第2章常用電子測(cè)量?jī)x器

主編肖曉萍《電子測(cè)量實(shí)訓(xùn)教程》第3版

電子教案普通高等教育”十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材全國(guó)高等職業(yè)教育規(guī)劃教材機(jī)械工業(yè)出版社第1章電子測(cè)量的基本知識(shí)第2章常用電子測(cè)量?jī)x器第3章示波器第4章電路元器件參數(shù)的測(cè)量第5章線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀第6章信號(hào)分析和頻域測(cè)量?jī)x器第7章數(shù)據(jù)域測(cè)量第8章虛擬儀器與LabVIEW編程基礎(chǔ)目錄第2章常用電子測(cè)量?jī)x器

本章重點(diǎn)2.1電壓測(cè)量?jī)x器

2.1.1概述2.1.2模擬電壓表2.1.3數(shù)字電壓表2.1.4數(shù)字萬用表2.2信號(hào)發(fā)生器2.2.1概述2.2.2AS1053射頻信號(hào)發(fā)生器2.2.3任意波形信號(hào)發(fā)生器2.3頻率和時(shí)間測(cè)量?jī)x器

2.3.1概述

2.3.2數(shù)字頻率計(jì)

2.3.3通用電子計(jì)數(shù)器2.4實(shí)訓(xùn)

2.4.1直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準(zhǔn)確度和紋波系數(shù)的測(cè)量

2.4.2交流信號(hào)基本參數(shù)的測(cè)量2.5習(xí)題本章重點(diǎn)電壓測(cè)量?jī)x器（模擬電壓表、數(shù)字電壓表、數(shù)字萬用表）信號(hào)發(fā)生器頻率測(cè)量?jī)x器（數(shù)字頻率計(jì)、通用電子計(jì)數(shù)器）

2.1電壓測(cè)量?jī)x器

2.1.1概述電壓——表征電信號(hào)能量的三個(gè)基本參數(shù)（電壓、電流、功率）之一。1．電壓測(cè)量對(duì)儀表的基本要求2．電壓測(cè)量?jī)x器的分類3．交流電壓的基本參數(shù)（1）峰值（圖2-1）（2）平均值（圖2-2）（3）有效值

（4）波形因數(shù)和波峰因數(shù)表2-12.1.2模擬式電壓表1．分類按電壓表工作頻段分類按測(cè)量電壓的量級(jí)分類按刻度特性分類按電路組成不同分類按檢波原理分類2．模擬式電壓表的結(jié)構(gòu)原理普通直流電壓表圖2-3直流電子電壓表模擬式流電壓表按檢波原理不同可以構(gòu)成：平均值電壓表、有效值電壓表和峰值電壓表(1)平均值電壓表

平均值電壓表的讀數(shù)與被測(cè)電壓的平均值成正比。如果被測(cè)信號(hào)是正弦波，示值Uα為有效值。如果被測(cè)信號(hào)是非正弦波，則必須進(jìn)行“波形換算”。被測(cè)電壓的有效值如果被測(cè)信號(hào)是非正弦波，直接將電壓表的示值作為被測(cè)電壓的有效值帶來的誤差稱為“波形誤差”或“示值誤差”。［例2-1］用全波均值型電壓表測(cè)量正弦波、方波、三角波，電表指示都為1V，問被測(cè)電壓的有效值分別為多少？波形誤差為多少？解：根據(jù)式(2-10)，正弦波、方波、三角波的平均值為：

查表2-1，KF~=1.11，KFΔ=1.15，KF=1正弦波有效值：方波有效值:U=KF

=1×0.9=0.9V

三角波有效值:根據(jù)(2-12)計(jì)算波形誤差，測(cè)量正弦波時(shí)測(cè)三角波時(shí)

測(cè)方波時(shí)

被測(cè)電壓的有效值如果被測(cè)信號(hào)是非正弦波，直接將電壓表的示值作為被測(cè)電壓的有效值帶來的誤差稱為“波形誤差”或“示值誤差”。如果被測(cè)信號(hào)是正弦波，示值Uα為有效值。如果被測(cè)信號(hào)是非正弦波，則必須進(jìn)行“波形換算”。(2)峰值電壓表

采用峰值檢波器的電壓表稱為峰值電壓表。［例2-2］用峰值電壓表測(cè)量正弦波、方波、三角波，電表指示都為1V，問被測(cè)電壓的峰值、有效值各為多少？示值相對(duì)誤差為多少？查表2-1得，，KP=1

解：由式(2-13)計(jì)算方波、三角波的峰值為

方波的有效值為

三角波的有效值為

由式(2-15)計(jì)算示值相對(duì)誤差測(cè)量三角波時(shí)的示值相對(duì)誤差為測(cè)量方波時(shí)的示值相對(duì)誤差為有效值電壓表測(cè)量交流電壓時(shí)，示值就是被測(cè)交流信號(hào)的有效值。（3）有效值電壓表3．YB2173交流毫伏表技術(shù)性能指標(biāo)①電壓測(cè)量量程300μＶ～100Ｖ（分貝范圍-70dB～+40dB）②工作頻率范圍：5Hz～2MHz（雙路）③電壓誤差：≤±3%（基準(zhǔn)頻率1KHz）④頻率響應(yīng)誤差：在20Hz～200KHz擋≤±3%，在5Hz～20Hz，200KHz～2MHz擋≤±10%（以上誤差均為滿度值之比值）⑤輸入阻抗1MΩ；輸入電容50PF⑥最大輸入電壓：300μＶ～1Ｖ量程時(shí)300Ｖ；3Ｖ～100Ｖ量程時(shí)500Ｖ⑦刻度值：正弦波有效值1Ｖ=0dB值，1mW=0dBm⑧電源電壓：額定電壓220Ｖ（50Hz）模擬式電壓表的使用方法YB2173前面板配置圖及說明圖2-4操作方法1．分類按用途分：直流數(shù)字電壓表、交流數(shù)字電壓表和數(shù)字萬用表。按A/D轉(zhuǎn)換器的原理分：比較式、積分式和復(fù)合式。2．DVM的主要技術(shù)指標(biāo)測(cè)量范圍分辨力測(cè)量速度輸入阻抗固有誤差和工作誤差抗干擾能力輸入零電流2.1.3數(shù)字電壓表（1）測(cè)量范圍包括顯示位數(shù)、量程和超量程能力。①量程是以基本量程為基礎(chǔ)，常為1V或10V，也有2V或5V。②顯示位數(shù)指能顯示0～9共十個(gè)數(shù)碼的位數(shù)。?位指最高位只能取“1”或“0”。?位和基本量程結(jié)合起來，能說明DVM有無超量程能力。例如某3?位DVM基本量程為1V，該DVM具有超量程能力。最高位只能取0~5的位稱為?位。5?位DVM指數(shù)字電壓表的最大顯示為599999。（2）分辨力指DVM能夠顯示被測(cè)電壓的最小變化值，即最小量程時(shí)顯示器末位跳一個(gè)字所需的最小輸入電壓。例如SX1842DVM最小量程20mV，最大顯示數(shù)為19999V，其分辨力為20mV/19999，即1

V。Ux——測(cè)量示值；Um——滿量程值；a%Ux——讀數(shù)誤差；b%Um——滿度誤差。［例2-3］用4?位數(shù)字電壓表1.5V電壓，分別用2V檔和200V檔測(cè)量，已知2V檔和200V檔固有誤差分別為±0.025%Ux±1個(gè)字和±0.03%Ux±1個(gè)字。問：兩種情況下由固有誤差引起的測(cè)量誤差分別為多少？固有誤差DVM的固有誤差通常用絕對(duì)誤差表示： 3．結(jié)構(gòu)原理圖2-5直流數(shù)字電壓表是許多數(shù)字式電測(cè)儀表的核心部件。交流電壓的測(cè)量需附加一個(gè)交流（AC）/直流（DC）變換器。直流數(shù)字電壓表根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方式分：比較型DVM積分型DVM復(fù)合型DVM4．DS-26A型雙積分式數(shù)字電壓表（1）主要技術(shù)性能測(cè)量電壓范圍靈敏度準(zhǔn)確度固有誤差工作誤差校準(zhǔn)周期穩(wěn)定性輸入阻抗抗干擾能力測(cè)量速率輸出方式（2）使用方法圖2-6前面板配置圖調(diào)零

校準(zhǔn)

測(cè)量2.1.4數(shù)字萬用表數(shù)字萬用表又稱數(shù)字式多用表（DMM），在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上再增加一些參量變換器，把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)就構(gòu)成了DMM。1．電路的基本組成數(shù)字多用表的原理框圖圖2-72.DT890B+數(shù)字萬用表特點(diǎn)主要技術(shù)指標(biāo)表2-2面板構(gòu)造圖2-8使用方法直流（DC)和交流（AC）電壓測(cè)量直流（DC)和交流（AC）電流測(cè)量電阻測(cè)量電容測(cè)量晶體管測(cè)量二極管和通斷測(cè)量注意事項(xiàng)2.2信號(hào)發(fā)生器

2.2.1概述1．信號(hào)發(fā)生器的基本概念在測(cè)試、研究或調(diào)整電子電路及設(shè)備、測(cè)定電路的電參量時(shí)，用于產(chǎn)生不同頻率，不同波形的電壓、電流信號(hào)的裝置，統(tǒng)稱為信號(hào)發(fā)生器，也稱為信號(hào)源。信號(hào)發(fā)生器的分類：按頻率范圍分類按輸出波形分類按信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)分類2．信號(hào)發(fā)生器的基本組成圖2-9振蕩器變換器輸出電路輸出指示電路電源3．正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)頻率特性輸出特性調(diào)制特性2.2.2AS1053射頻信號(hào)發(fā)生器

（1）主要技術(shù)性能

信號(hào)發(fā)生器輸出頻率音頻內(nèi)調(diào)制信號(hào)

射頻信號(hào)

工作頻率、信號(hào)方式存儲(chǔ)

（2）面板結(jié)構(gòu)圖2-10（3）操作說明2.2.3任意波形信號(hào)發(fā)生器任意波形信號(hào)發(fā)生器也稱為函數(shù)發(fā)生器?；竟ぷ髟韴D2-12YB1636函數(shù)信號(hào)發(fā)生器主要技術(shù)性能使用方法1)面板圖圖2-132)準(zhǔn)備工作3)正弦波、方波、三角波的產(chǎn)生【例2-4】利用YB1636函數(shù)發(fā)生器輸出250KHz、10VP-P正弦波信號(hào)。第一步，WAVEFORM開關(guān)置“正弦波”。第二步，RANGE—Hz開關(guān)選擇置100KHz擋，調(diào)節(jié)FREQUENCY旋鈕使顯示窗口顯示頻率為250KHz。第三步，調(diào)節(jié)AMPLITUDE旋鈕，改變輸出信號(hào)幅度，使示波器顯示的波形如圖2-14所示。此時(shí)示波器的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)開關(guān)置2V/div，掃描因數(shù)開關(guān)置1ms/div。4）斜波的產(chǎn)生5）TTL輸出6）調(diào)頻信號(hào)輸出2.3頻率和時(shí)間測(cè)量?jī)x器

2.3.1概述

周期性過程重復(fù)出現(xiàn)一次所需要的時(shí)間稱為“周期”。周期性過程在單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)稱為“頻率”。頻率和時(shí)間測(cè)量技術(shù)按工作原理可分為：

直接法比較法測(cè)頻示波法測(cè)量頻率2.3.2數(shù)字頻率計(jì)

主要用于測(cè)量頻率和計(jì)數(shù)的電子計(jì)數(shù)器稱為頻率計(jì)數(shù)器或數(shù)字式頻率計(jì)。計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率的原理圖2-15FC-1000數(shù)字頻率計(jì)主要技術(shù)性能面板配置圖圖2-16使用方法2.3.3通用電子計(jì)數(shù)器具有多種測(cè)量功能的電子計(jì)數(shù)器稱為通用電子計(jì)數(shù)器或頻率——時(shí)間計(jì)數(shù)器。1．通用電子計(jì)數(shù)器的基本測(cè)量功能頻率測(cè)量累加計(jì)數(shù)圖2-17頻率比測(cè)量圖2-18周期測(cè)量圖2-19時(shí)間間隔測(cè)量圖2-20自校準(zhǔn)圖2-212．E-312A型通用電子計(jì)數(shù)器通用電子計(jì)數(shù)器組成原理圖2-22主要技術(shù)指標(biāo)面板布置

圖2-23

圖2-24測(cè)量使用方法應(yīng)用實(shí)例2.4實(shí)訓(xùn)

2.4.1直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準(zhǔn)確度和

紋波系數(shù)的測(cè)量

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器三、預(yù)習(xí)要求四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟（一）直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準(zhǔn)確度的測(cè)量測(cè)量原理實(shí)驗(yàn)步驟圖2-26（二）直流穩(wěn)壓電源紋波系數(shù)的測(cè)量測(cè)量原理實(shí)驗(yàn)步驟圖2-27五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求六.思考題2.4.2交流信號(hào)基本參數(shù)的測(cè)量

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器三、預(yù)習(xí)要求四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟正弦信號(hào)頻率和頻率準(zhǔn)確度的測(cè)量直流電壓的測(cè)量正弦信號(hào)幅度和輸出電平的頻響測(cè)量

五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求六.思考題2.5習(xí)題1交流電壓的平均值，峰值，有效值是如何定義的？均值電壓表和峰值電壓表的刻度一般是按什么定度的(無特殊說明)？2用均值型電壓表分別測(cè)量正弦波、方波和三角波電壓，示值都為１V，問：（１）對(duì)每個(gè)波形來說，讀數(shù)代表何意義？（２）它們的峰值、平均值、有效值各為多少？3用峰值型電壓表測(cè)量正弦波、方波和三角波三種電壓，示值都為１V，回答上題相同的問題？4用有效值型電壓表測(cè)量正弦波、方波和三角波三種電壓，示值都為１V，回答上題相同的問題？

5已知某電壓表采用有效值定度，如何用實(shí)驗(yàn)方法確定其檢波的方式？舉例說明之。6用一種4?位DVM2V量程測(cè)量1.2V電壓，已知該儀器的固有誤差為±0.05%×讀數(shù)±0.01%×滿度，求由于固有誤差產(chǎn)生的測(cè)量誤差，它的誤差相當(dāng)于幾個(gè)字？7數(shù)字電壓表的固有誤差為±（0.001%×讀數(shù)＋0.002%×滿度），求在2V量程測(cè)量1.8V和0.18V時(shí)產(chǎn)生的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。8下面四種DVM最大讀數(shù)為(１)9999；(２)19999；(３)59999；(４)1999。它們各屬于幾位表？求第二種電壓表在0.2V量程時(shí)的分辨力？9如需測(cè)量圖2-28電路的基極靜態(tài)電壓，為使測(cè)量準(zhǔn)確度較高，對(duì)電壓表有何要求？如果使用500型萬用表（20kΩ／V）2.5V量程來測(cè)量是否恰當(dāng)？測(cè)量發(fā)射極電壓可以嗎？10模擬式萬用表和數(shù)字式萬