電子工業(yè)出版社 電子測量儀器與應(yīng)用(第3版)電子教案

1、電子測量儀器與應(yīng)用(第3版)電子教案電子教案主編 李明生副主編 丁向榮 孫敏中等職業(yè)學(xué)校電子信息類教材（電子技術(shù)專業(yè)）中等職業(yè)學(xué)校電子信息類教材（電子技術(shù)專業(yè)）課程目錄第1章 電子測量和儀器的基本知識(shí) 第2章 信號(hào)源第3章 電子電壓表第4章 電子示波器第5章 電子計(jì)數(shù)器第6章 頻域測量及其儀器第7章 電子元器件參數(shù)及特性測量儀器 第8章 邏輯分析儀第9章 基于（Based on）計(jì)算機(jī)的儀器第1章電子測量和儀器的基本知識(shí) 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解電子測量的意義、內(nèi)容和特點(diǎn)。2、了解測量誤差的來源與分類。3、掌握測量誤差的表示方法。4、了解電子測量儀器的分類及儀器誤差的表示方法。初步掌握電子測量

2、儀器正確使用的常識(shí)。5、理解有效數(shù)字的概念，會(huì)對測量結(jié)果進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)處理。：測量是人類對客觀事物取得數(shù)量概念的認(rèn)識(shí)過程。：即以電子技術(shù)為手段的測量。它是衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志。測量結(jié)果測量結(jié)果= =數(shù)值（大小及符號(hào)）數(shù)值（大小及符號(hào)）+ +相應(yīng)的單位相應(yīng)的單位注意：沒有單位的量值是沒有物理意義的1.1 1.1 電子測量的意義、內(nèi)容和特點(diǎn)電子測量的意義、內(nèi)容和特點(diǎn)1.1.2 1.1.2 電子測量的內(nèi)容電子測量的內(nèi)容 電能量的測量：如I、U、P等的測量；電路、元器件參數(shù)的測量：如R、L、C、Q、D等；電信號(hào)特性的測量：如f、 T 、波形、時(shí)間等；電路性能的測量：如放大倍數(shù)、衰減量、靈敏度

3、等； 特性曲線的測量：如幅頻特性、相頻特性等。1.測量頻率范圍寬；2.儀器量程寬；3.測量準(zhǔn)確度高；4.測量速度快；5.易于實(shí)現(xiàn)遙測；6.易于實(shí)現(xiàn)測量自動(dòng)化和測量儀器微機(jī)化。1.1.31.1.3 電子測量的特點(diǎn)電子測量的特點(diǎn)1.2.1 1.2.1 按測量方式分類按測量方式分類 ：用預(yù)先按已知標(biāo)準(zhǔn)量定度好的測量儀器，對某一未知量直接進(jìn)行測量，從而得到被測量值的測量方法稱為直接測量。：對一個(gè)與被測量有確定函數(shù)關(guān)系的物理量進(jìn)行直接測量，然后通過代表該函數(shù)關(guān)系的公式、曲線或表格，求出被測量值的方法，稱為間接測量。：是一種兼用直接測量與間接測量的方法 。 1.2 1.2 電子測量方法的分類電子測量方法的

4、分類 1.2.2 1.2.2 按被測信號(hào)的性質(zhì)分類按被測信號(hào)的性質(zhì)分類 ：測量被測量對象在不同時(shí)刻的特性，這時(shí)把被測量對象看成時(shí)間的函數(shù)； ：測量被測量對象在不同頻率時(shí)的特性，這時(shí)把被測量對象看成頻率的函數(shù)； ：對數(shù)字系統(tǒng)邏輯特性的測量。 ：例如各類噪聲、干擾信號(hào)等，利用噪聲信號(hào)源進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，這是一種比較新的測量技術(shù)。 1.3.1 1.3.1 測量誤差的表示方法測量誤差的表示方法 Axx ：由測量所得到的被測量值x與其真值A(chǔ)0之差，稱為絕對誤差，即 式中的真值A(chǔ)0是一個(gè)理想概念，無法得到，實(shí)際應(yīng)用中通常用實(shí)際值A(chǔ)來代替真值A(chǔ)0。實(shí)際值也稱為約定真值。 0Axx特點(diǎn)：絕對誤差既有大小，又有符號(hào)

5、和量綱。1.3 1.3 測量誤差的基本概念測量誤差的基本概念 （2）修正值：與絕對誤差的絕對值大小相等，但符號(hào)相反的量值，稱為修正值，用c表示。 測量儀器的修正值可以通過上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的檢定給出，修正值可以是數(shù)值表格、曲線或函數(shù)表達(dá)式等形式。在日常測量中，利用其儀器的修正值C和該已檢儀器的示值，可求得被測量的實(shí)際值 A= xC 。 xAxc：絕對誤差與被測量的真值之比，稱為相對誤差，用表示 。 001000 x 特點(diǎn)：只有大小和符號(hào)，沒有單位。 00100AxA：真值是不能確切得到的，通常用實(shí)際值A(chǔ)代替真值來表示相對誤差 。 ：誤差較小、要求不太嚴(yán)格的場合，也可以用測量值x代替實(shí)際值A(chǔ) 。 001

6、00 xxx：經(jīng)常用絕對誤差與儀器滿刻度值x m之比來表示相對誤差，稱為引用相對誤差（或稱滿度相對誤差）。00100 xxmm00100mmxxmm 電工儀表按mm值分0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5及5.0七七級(jí)級(jí)。準(zhǔn)確度等級(jí)常用符號(hào)S表示。測量儀器使用最大引用相對誤差來表示它的準(zhǔn)確度。1.3.2 1.3.2 測量誤差的來源與分類測量誤差的來源與分類 ：由于測量儀器及其附件的設(shè)計(jì)、制造、檢定等不完善，以及儀器使用過程中老化、磨損、疲勞等因素而使儀器帶有的誤差。 ：由于各種環(huán)境因素（溫度、濕度、振動(dòng)、電源電壓、電磁場等）與測量要求的條件不一致而引起的誤差。 ：由于測量原理、近似公

7、式、測量方法不合理而造成的誤差。 ：由于測量人員感官的分辨能力、反應(yīng)速度、視覺疲勞、固有習(xí)慣、缺乏責(zé)任心等原因，而在測量中使用操作不當(dāng)、現(xiàn)象判斷出錯(cuò)或數(shù)據(jù)讀取疏失等而引起的誤差。 ：在同一測量條件下，多次測量重復(fù)同一量時(shí)，測量誤差的絕對值和符號(hào)都保持不變，或在測量條件改變時(shí)按一定規(guī)律變化的誤差，稱為系統(tǒng)誤差。 ：在同一測量條件下（指在測量環(huán)境、測量人員、測量技術(shù)和測量儀器都相同的條件下），多次重復(fù)測量同一量值時(shí)（等精度測量），每次測量誤差的絕對值和符號(hào)都以不可預(yù)知的方式變化的誤差，稱為隨機(jī)誤差。：粗大誤差是一種顯然與實(shí)際值不符的誤差，又稱疏失誤差。含有粗差的測量值稱為壞值或異常值，在數(shù)據(jù)處理時(shí)

8、，應(yīng)剔除掉。 1.3.21.3.2 測量誤差的來源與分類測量誤差的來源與分類 1.4.1 1.4.1 測量結(jié)果的表示測量結(jié)果的表示 1.4 1.4 測量結(jié)果的表示及有效數(shù)字測量結(jié)果的表示及有效數(shù)字 一、 測量結(jié)果的表示測量結(jié)果表示為：一定的數(shù)值和相應(yīng)的計(jì)量單位。例：40KV、465KHz等。 1.4.2 1.4.2 有效數(shù)字及有效數(shù)字位有效數(shù)字及有效數(shù)字位 ：對于包含的誤差不大于末位單位數(shù)字的一半的數(shù)，從它最左端一位非零數(shù)字起，到最末一位所有數(shù)字都稱為有效數(shù)字。： 1）可以從有效數(shù)字的位數(shù)估計(jì)出測量誤差，一般規(guī)定誤差不超過有效數(shù)字末位單位的一半。 2） “0”在最左面為非有效數(shù)字。 3）有效數(shù)

9、字不能因選用單位的變化而變化。 例：0.1030A 表示含有誤差：0.1/2=0.05,舍去且往前位增1)16.43 16.46 16.35 16.45 16.4501 16.4 (0.030.1/2=0.05,舍去且往前位增1) 16.4 (0.05=0.1/2,3為奇數(shù)，舍去且往前位增1) 16.4 (0.05=0.1/2,4為偶數(shù)，舍去)1.5.1 1.5.1 電子測量儀器的分類電子測量儀器的分類 一般分為專用儀器和通用儀器兩大類，本課程主要討論后者。 1.5 1.5 電子測量儀器的基本知識(shí)電子測量儀器的基本知識(shí) 通用儀器通用儀器(按照功能分類按照功能分類)1.信號(hào)發(fā)信號(hào)發(fā)生器2.電平測

10、量儀器3. 信號(hào)分析儀器4. 頻率、時(shí)間和相位測量儀器5. 網(wǎng)絡(luò)特性測量儀6. 電子元器件測試儀7. 電波特性測試儀8. 邏輯分析儀9. 輔助儀器10. 基于(based on)計(jì)算機(jī)的儀器1.5.2 1.5.2 電子測量儀器的誤差電子測量儀器的誤差 ：指在基準(zhǔn)工作條件下測量儀器的誤差。是在額定工作條件內(nèi)任一值上測得的某一性能特性的誤差。由于測量儀器穩(wěn)定性不好引起性能特性的變化產(chǎn)生的誤差稱為穩(wěn)定誤差。 當(dāng)同一個(gè)影響量相繼取兩個(gè)不同值時(shí)，對于被測量的同一數(shù)值，測量儀器給出的示值之差，稱為電子測量儀器的變動(dòng)量。1.5.3 1.5.3 電子測量儀器的正確使用電子測量儀器的正確使用 1、儀器儀表的使用

11、環(huán)境、儀器儀表的使用環(huán)境2、儀器儀表的維護(hù)措施、儀器儀表的維護(hù)措施（1）防塵與去塵（2）防潮與驅(qū)潮（3）防熱與排熱 （4） 防震與防松 （5）防腐蝕 （6） 防漏電3、使用儀器的注意事項(xiàng)、使用儀器的注意事項(xiàng)（1）儀器的正確選用和連接（2）儀器開機(jī)前注意事項(xiàng)（3）儀器開機(jī)后注意事項(xiàng)（4）儀器使用時(shí)注意事項(xiàng)（5）儀器使用后注意事項(xiàng)4、儀器儀表的計(jì)量檢定、儀器儀表的計(jì)量檢定（1）周期檢定 （2）修理檢定 （3）驗(yàn)收檢定 儀器的選用 儀器的連接本章小結(jié)本章小結(jié)1、電子測量的意義以及電子測量方法的分類。2、測量誤差的表示方法絕對誤差相對誤差（用最大引用相對誤差確定電子測 量儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)。）3、測量誤

12、差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差疏失誤差4、要根據(jù)要求確定有效數(shù)字位。 對多余數(shù)字位進(jìn)行刪略，必須遵循數(shù)字的舍入規(guī)則“四舍五入”； 對數(shù)據(jù)進(jìn)行近似運(yùn)算也要遵循一定規(guī)則。5、電子測量儀器正確使用的基本知識(shí)。第2章信號(hào)源 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解信號(hào)源的分類。2理解正弦信號(hào)發(fā)生器的主要性能指標(biāo)及用途。3能畫出低頻信號(hào)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器的組成框圖，理解其工作原理，并注意其使用要點(diǎn)。4了解合成信號(hào)發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)及其分類與用途。了解模擬直接合成法工作原理，理解間接合成法、數(shù)字直接頻率合成法的工作原理。5理解幾種函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的工作原理與用途。6會(huì)操作低頻信號(hào)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)源，能使

13、其輸出符合要求的信號(hào)。2.1 2.1 概述概述2.1.1 2.1.1 信號(hào)源的用途信號(hào)源的用途（1）激勵(lì)源；（2）信號(hào)仿真；（3）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。 2.1.2 2.1.2 信號(hào)源的分類信號(hào)源的分類1、按其性能指標(biāo):普通信號(hào)發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。 2、按輸出波形:正弦信號(hào)發(fā)生器和非正弦信號(hào)發(fā)生器。 3、按調(diào)制方式:調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器、調(diào)幅信號(hào)發(fā)生器、調(diào)相信號(hào)發(fā)生器、脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生器。按產(chǎn)生信號(hào)的頻段分為：按產(chǎn)生信號(hào)的頻段分為：2.2 2.2 正弦信號(hào)源正弦信號(hào)源2.2.1 2.2.1 正弦信號(hào)源的分類正弦信號(hào)源的分類超低頻信號(hào)發(fā)生器，頻率范圍0.0001Hz1000Hz；低頻信號(hào)發(fā)生器，頻率范圍1H

14、z1MHz；視頻信號(hào)發(fā)生器，頻率范圍20Hz10MHz；高頻信號(hào)發(fā)生器，頻率范圍100KHz30MHz；甚高頻信號(hào)發(fā)生器，頻率30MHz300MHz；超高頻信號(hào)發(fā)生器，頻率300MHz以上。1頻率特性（1）頻率范圍；（2）頻率準(zhǔn)確度；（3）頻率穩(wěn)定度 2輸出特性（1）輸出電平范圍；（2）輸出電平準(zhǔn)確度； （3）輸出阻抗。 3調(diào)制特性 主要包括調(diào)制頻率，調(diào)幅系數(shù)等。 2.2.1 2.2.1 正弦信號(hào)源的主要技術(shù)特性正弦信號(hào)源的主要技術(shù)特性2.2 2.2 正弦信號(hào)源正弦信號(hào)源2.2.2 2.2.2 低頻信號(hào)發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器1 1低頻信號(hào)發(fā)生器的基本組成及工作原理低頻信號(hào)發(fā)生器的基本組成及工作原

15、理(1)(1)主振級(jí)主振級(jí) 產(chǎn)生低頻的正弦波信號(hào)，其振蕩頻率范圍即為信號(hào)發(fā)生產(chǎn)生低頻的正弦波信號(hào)，其振蕩頻率范圍即為信號(hào)發(fā)生器的有效頻率范圍，是低頻信號(hào)發(fā)生器的核心部件。器的有效頻率范圍，是低頻信號(hào)發(fā)生器的核心部件。 常采用常采用RC振蕩器，尤以文氏電橋振蕩器為多。振蕩器，尤以文氏電橋振蕩器為多。 (2)(2)電壓放大級(jí)和功率放大級(jí)電壓放大級(jí)和功率放大級(jí) 放大主振級(jí)產(chǎn)生的微弱振蕩信號(hào)，滿足信號(hào)發(fā)生器對輸出信號(hào)幅度的放大主振級(jí)產(chǎn)生的微弱振蕩信號(hào)，滿足信號(hào)發(fā)生器對輸出信號(hào)幅度的要求，要求， 將振蕩器與后續(xù)電路隔離，防止因輸出負(fù)載變化而影響振蕩器頻率的將振蕩器與后續(xù)電路隔離，防止因輸出負(fù)載變化而影響

16、振蕩器頻率的穩(wěn)定。穩(wěn)定。 應(yīng)具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、頻率范圍寬、非線性失真小等性能。應(yīng)具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、頻率范圍寬、非線性失真小等性能。 (3)(3)衰減器和匹配器：衰減器和匹配器： 衰減器：調(diào)節(jié)輸出電壓使之達(dá)到所需的值。衰減器：調(diào)節(jié)輸出電壓使之達(dá)到所需的值。 匹配器：實(shí)際為變壓器，其作用是使輸出端連接不同負(fù)載時(shí)都能得匹配器：實(shí)際為變壓器，其作用是使輸出端連接不同負(fù)載時(shí)都能得到最大的輸出功率。到最大的輸出功率。 連續(xù)調(diào)節(jié)由電位器實(shí)現(xiàn)，也稱細(xì)調(diào)；步進(jìn)調(diào)節(jié)由電阻分壓器完成，連續(xù)調(diào)節(jié)由電位器實(shí)現(xiàn)，也稱細(xì)調(diào)；步進(jìn)調(diào)節(jié)由電阻分壓器完成，也稱粗調(diào)。也稱粗調(diào)。(4)(4)監(jiān)測電壓表監(jiān)測電壓表

17、用于監(jiān)測信號(hào)源輸出電壓或輸出功率的大小。用于監(jiān)測信號(hào)源輸出電壓或輸出功率的大小。2.2.3 2.2.3 高頻信號(hào)發(fā)生器高頻信號(hào)發(fā)生器1高頻信號(hào)發(fā)生器的基本組成及工作原理 （1 1）主振級(jí)：產(chǎn)生頻率可調(diào)的高頻正弦信號(hào)，一般采用）主振級(jí)：產(chǎn)生頻率可調(diào)的高頻正弦信號(hào)，一般采用LC振蕩電路，信號(hào)發(fā)生器的頻率特性主要由主振級(jí)決定。振蕩電路，信號(hào)發(fā)生器的頻率特性主要由主振級(jí)決定。（2 2）緩沖級(jí)：放大主振級(jí)輸出的高頻信號(hào)；隔離主振級(jí)與后續(xù)）緩沖級(jí)：放大主振級(jí)輸出的高頻信號(hào)；隔離主振級(jí)與后續(xù)電路，提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。電路，提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。（3 3）調(diào)制級(jí)：對主振信號(hào)調(diào)幅，輸出調(diào)幅信號(hào)，滿足某些測量）

18、調(diào)制級(jí)：對主振信號(hào)調(diào)幅，輸出調(diào)幅信號(hào)，滿足某些測量需要。需要。（4 4）內(nèi)調(diào)制信號(hào)發(fā)生器：輸出內(nèi)調(diào)制信號(hào)，頻率為）內(nèi)調(diào)制信號(hào)發(fā)生器：輸出內(nèi)調(diào)制信號(hào)，頻率為400HZ或或1000HZ。（5 5）輸出級(jí)：放大、衰減調(diào)制級(jí)的輸出信號(hào)，使信號(hào)發(fā)生）輸出級(jí)：放大、衰減調(diào)制級(jí)的輸出信號(hào)，使信號(hào)發(fā)生器有足夠的電平調(diào)節(jié)范圍；濾除不需要的頻率分量；保證器有足夠的電平調(diào)節(jié)范圍；濾除不需要的頻率分量；保證輸出端有固定的輸出阻抗。輸出端有固定的輸出阻抗。（6 6）可變電抗器：可變電抗器與主振級(jí)的諧振電路耦合，使）可變電抗器：可變電抗器與主振級(jí)的諧振電路耦合，使主振級(jí)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)，多采用二極管調(diào)頻電路。主振級(jí)產(chǎn)生調(diào)頻信

19、號(hào)，多采用二極管調(diào)頻電路。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器三種組成方案： 第一種是施密特電路產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變換得到三角波和正弦波； 第二種是先產(chǎn)生正弦波再得到方波和三角波； 第三種是先產(chǎn)生三角波再轉(zhuǎn)換為方波和正弦波。 函數(shù)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等多種波形的信號(hào)發(fā)生器。 2.4 2.4 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器2.4.1 2.4.1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的工作原理函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的工作原理 1.脈沖式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器2. 正弦波式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器3. 三角波式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器本章小結(jié)本章小結(jié)1、信號(hào)發(fā)生器時(shí)域測量和頻域測量不可缺少的設(shè)備。2、信號(hào)發(fā)生器的基本組成：振蕩器、變換器和輸出電路。振蕩器是核心

20、。3、正弦信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)：頻率特性、輸出特性和調(diào)制特性。 低頻信號(hào)發(fā)生器主振級(jí)主要采用文氏橋振蕩器，電路中常采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻以促進(jìn)振蕩器起振和穩(wěn)定輸出信號(hào)幅度。 高頻信號(hào)發(fā)生器具有一種或一種以上調(diào)制或調(diào)制組合（調(diào)幅、調(diào)頻、脈沖調(diào)制）。4、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器有三種產(chǎn)生信號(hào)的方法： 先產(chǎn)生正弦波，再產(chǎn)生方波和三角波； 先產(chǎn)生方波，再產(chǎn)生三角波和正弦波； 先產(chǎn)生三角波，再產(chǎn)生方波和正弦波。綜合實(shí)踐綜合實(shí)踐1 1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的使用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的使用一實(shí)踐目的一實(shí)踐目的1掌握函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的正確使用方法。2熟悉函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的測量方法。二實(shí)踐器材二實(shí)踐器材1函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)，型號(hào) 。2

21、示波器一臺(tái)，型號(hào) 。三實(shí)踐內(nèi)容及步驟三實(shí)踐內(nèi)容及步驟1.打開儀器電源開關(guān)，預(yù)熱15min左右，準(zhǔn)備使用。2.調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器面板上的旋鈕，使之調(diào)出實(shí)踐記錄表1.1中所列的頻率和幅度的正弦波信號(hào)。并用示波器觀測波形（完成后在相應(yīng)的格內(nèi)打“”）。反復(fù)進(jìn)行訓(xùn)練，直到熟練掌握。3. 調(diào)出實(shí)踐記錄表1.2所列的頻率和幅度的方波，并用示波器觀測波形（完成后在相應(yīng)的格內(nèi)打“”）。反復(fù)進(jìn)行訓(xùn)練，直到熟練掌握。4. 調(diào)出實(shí)踐記錄表1.3所列的調(diào)制波，用示波器觀測波形，并在空格內(nèi)畫出所觀察到的波形。第3章電子電壓表 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解電壓測量的特點(diǎn)、電壓表的分類。理解交流電壓的基本參數(shù)。2了解模擬式電子電壓

22、表（峰值型、均值型、有效值型）的工作原理；能熟練掌握均值電壓表、峰值電壓表的讀數(shù)換算方法。3理解數(shù)字電壓表的主要技術(shù)性能；了解逐次逼近比較式、雙斜積分式等基本A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理；了解數(shù)字多用表中的自動(dòng)功能。4了解數(shù)字多用表的組成框圖、工作原理及特點(diǎn)，掌握多用表的選用原則和使用方法。5掌握模擬電壓表和數(shù)字電壓表的選用原則和使用方法。3.1.1 3.1.1 電壓測量的特點(diǎn)電壓測量的特點(diǎn)3.1 3.1 電子電壓表基礎(chǔ)電子電壓表基礎(chǔ) 、被測電壓頻率范圍寬、被測電壓值范圍廣、輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)、測量精確度高、被測電壓波形多樣1、電子電路中的許多參數(shù)可視為電壓的派生量；2、各種電路的工作狀態(tài)可用

23、電壓的形式反映出來；3、電子設(shè)備的各種信號(hào)，主要以電壓量來表現(xiàn)；4、很多電子測量儀器都用電壓量來指示。3.1.2 3.1.2 交流電壓的基本參數(shù)交流電壓的基本參數(shù) 峰值是交變電壓u(t)在所觀察的時(shí)間內(nèi)或一個(gè)周期內(nèi)偏離零電平的最大電壓幅值，記為UP，正、負(fù)峰值不等時(shí)分別用UP+和UP-表示。 u(t)在一個(gè)周期內(nèi)偏離直流分量（平均值）U0的最大值稱為幅值或振幅值，記為Um，正、負(fù)幅值不等時(shí)分別用Um+、Um-表示， 峰值以零為參考電平，振幅值以直流分量為參考電平。對于不含直流分量的正弦交流信號(hào)，振幅值等于峰值，且正負(fù)峰值相等。1、峰值01( )TUu t dtT2、平均值數(shù)學(xué)上定義為： 不同信

24、號(hào)的平均值有可能相同，數(shù)學(xué)平均值定義不能唯一說明信號(hào)的特征。 交流電壓測量中，平均值通常指經(jīng)過全波或半波整流后的波形（一般若無特指，均為全波整流）。（1）全波平均值01( )TUu t dtT（2）半波平均值 正半波平均值：負(fù)半波平均值：0)(,)(10tudttuTUT0)(,)(10tudttuTUT3、有效值（均方根值 ）通常所說的交流電壓的量值就是指它的有效值。對于理想的正弦波交流電壓其有效值為：5、波峰因數(shù)4、波形因數(shù)對于正弦波： 波峰因數(shù)KP定義為交流電壓的峰值與有效值之比，即： 對于正弦波： 為了表征同一信號(hào)的有效值及平均值的關(guān)系，引入波形因數(shù)。 為了表征同一信號(hào)的峰值、有效值的

25、關(guān)系，引入波峰因數(shù)。波形因數(shù)KF定義為交流電壓有效值與平均值之比，即：3.2 3.2 模擬交流電壓表模擬交流電壓表3.2.1 3.2.1 模擬式電壓表的主要測量方案模擬式電壓表的主要測量方案 1、放大檢波式（視頻毫伏表 ）：先放大再檢波，因此靈敏度很高，通頻帶窄。2、檢波放大式：先檢波再放大，因此通頻帶很寬,靈敏度較低。靈敏度高，通頻帶寬。3、外差式電壓表（高頻微伏表 ） 被測信號(hào)通過輸入電路后，在混頻器中與本機(jī)振蕩器的振蕩信號(hào)混頻，輸出頻率固定的中頻信號(hào)，經(jīng)中頻放大器放大后進(jìn)入檢波器變換成直流電壓，驅(qū)動(dòng)直流表頭指針偏轉(zhuǎn)。 3.2.2 3.2.2 模擬式電子電壓表的主要類型模擬式電子電壓表的主

26、要類型 1、均值電壓表（1）定度系數(shù)（記為）幾乎所有交流電壓表都是按照正弦波有效值定度的。 用均值電壓表測量正弦波電壓，其示值就是被測電壓的有效值；測量非正弦波電壓，其示值并無直接的物理意義，只知道被測電壓的平均值為：若被測電壓的波形已知，可根據(jù)平均值求出其它的有效值。（2）波形換算 （3）波形誤差 當(dāng)被測電壓不是正弦波時(shí)，直接將電壓表示值作為被測電壓的有效值而帶來的誤差，通常稱為“波形誤差”。檢波器輸出直流電壓正比于其輸入的交流電壓的峰值。 串聯(lián)式峰值檢波器電路中的電容C起濾波作用。并聯(lián)式峰值檢波器，電路中的電容C有隔直流和濾波作用。2、峰值電壓表（）定度系數(shù) 用峰值電壓表測量正弦波電壓，其

27、示值就是正弦波有效值；測量非正弦波電壓，其示值并無直接的物理意義。若被測電壓波形已知，則可根據(jù)峰值及波峰因數(shù)求出其有效值。 （2）波形換算 （3）波形誤差 有效值電壓表內(nèi)部所使用的檢波電路為有效值檢波器,其輸出直流電壓正比于輸入交流電壓的有效值。 （1）分段逼近式有效值檢波器（2）熱電轉(zhuǎn)換式有效值電壓表 （3）計(jì)算式有效值檢波器 不管用哪種方案構(gòu)成有效值電壓表，表頭刻度總為被測電壓的有效值，而與被測電壓波形無關(guān)。 3、有效值電壓表3.3 3.3 數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表3.3.1 3.3.1 數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表(DVM)(DVM)組成組成 數(shù)字式電壓表首先對被測模擬電壓進(jìn)行處理、量化，再由數(shù)字邏

28、輯電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后以數(shù)碼形式顯示測量結(jié)果。 直流數(shù)字電壓表主要根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理不同，可分為以下幾種類型。 （）比較型數(shù)字電壓表測量精確度高、速度快，但抗干擾能力差。（）積分型數(shù)字電壓表抗干擾能力強(qiáng)，成本低，但轉(zhuǎn)換速度慢。（）復(fù)合型A/D轉(zhuǎn)換器將比較型和積分型結(jié)合，取其各自優(yōu)點(diǎn)，兼顧精確度、速度、抗干擾能力，從而適用于高精度測量。 A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)字電壓表的核心。3.3.2 3.3.2 數(shù)字電壓表的主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)字電壓表的主要技術(shù)指標(biāo)1、測量范圍（1）量程 表示電壓表所能測量的最小電壓到最大電壓范圍。 其中不經(jīng)衰減器和輸入放大器的量程稱為基本量程，它是測量誤差最小的量程。 214

29、3 （2）顯示位數(shù) 顯示位數(shù)是指數(shù)字電壓表能夠完整顯示這十個(gè)數(shù)碼的位數(shù)，稱完整顯示位。只能顯示05的顯示位稱為這兩種都是非完整顯示位，位于最高位。把只能顯示0和1兩個(gè)數(shù)碼的顯示位稱為顯示位。顯示位。（）超量程能力 超量程能力是數(shù)字電壓表的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它是指數(shù)字電壓表能測量的最大電壓超過其量程值的能力。 一臺(tái)數(shù)字電壓表有無超量程能力，決定于它的量程分擋情況和能夠顯示的最大數(shù)字情況。 超量程能力公式：使用具有超量程能力的電壓表，在有些情況下可以提高測量精度。 2、分辯力 分辯力是指數(shù)字電壓表能夠顯示被測電壓的最小變化值的能力，即顯示器末位跳變一個(gè)字所需的最小電壓變化值。 在不同量程上,數(shù)字電壓表

30、的分辯力是不同的。在最小量程上數(shù)字電壓表具有最高的分辯力。 3、測量誤差 數(shù)字電壓表的測量誤差包括固有誤差和工作誤差，這里只討論固有誤差。 固有誤差是指在基準(zhǔn)條件下的誤差。常以如下形式給出：)0000(mUUUx 固有誤差由兩部分構(gòu)成：讀數(shù)誤差和滿度誤差。讀數(shù)誤差： 與當(dāng)前讀數(shù)有關(guān)。主要包括DVM的刻度系數(shù)誤差和非線性誤差。滿度誤差： 與當(dāng)前讀數(shù)無關(guān)，只與選用的量程有關(guān)。滿度誤差有時(shí)也用與之相當(dāng)?shù)哪┪粩?shù)字的跳變個(gè)數(shù)來表示，記為n個(gè)字 。 當(dāng)被測量（讀數(shù)值）很小時(shí)，滿度誤差起主要作用，當(dāng)被測量較大時(shí)，讀數(shù)誤差起主要作用。為減小滿度誤差的影響，應(yīng)合理選擇量程，以使被測量大于滿量程的2/3以上。xU

31、00m00U例：例：某5位DVM在5V量程測得電壓為2V，已知5V量程的固有誤差計(jì)算式為U=(0.005%Ux+0.004%Um)，試求DVM的固有誤差、讀數(shù)誤差和滿度誤差各是多少？滿度誤差相當(dāng)于幾個(gè)字？ 解：解：因?yàn)镈VM位數(shù)為5，且量程為5V，所以電壓表末尾1個(gè)單位為0.0001V。 讀數(shù)誤差為：0.005%Ux=0.005%2V=0.0001V 滿度誤差為：0.004%Um=0.004%5V=0.0002V 固有誤差：（0.0001V+0.0002V）=0.0003V 滿度誤差相當(dāng)于2個(gè)字3.3.3 3.3.3 A/D轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理 1、逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器 工作原理類似于天平，

32、在轉(zhuǎn)換過程中，用被測電壓與一已知的標(biāo)準(zhǔn)電壓（D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓）進(jìn)行比較，并用比較結(jié)果控制D/A轉(zhuǎn)換器的輸入，使其輸出電壓大小向被測電壓靠近，直到兩者趨于相等為止。此時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器的輸入量（也就是比較寄存器的輸出量）即為A/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量。 2、雙斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器 是一種間接式A/D轉(zhuǎn)換器。其轉(zhuǎn)換原理是通過兩次積分，將被測電壓變換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，然后在該時(shí)間間隔內(nèi)對時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。（1）準(zhǔn)備階段（t0t ） ： 計(jì)數(shù)器復(fù)零，電路處于休止?fàn)顟B(tài)。（2）采樣階段（t1t2）： 該階段A/D轉(zhuǎn)換器對被測電壓Ux定時(shí)積分。 （3）比較階段（t2 t3）： 本

33、階段對基準(zhǔn)電壓進(jìn)行定值反向積分。 3.4 3.4 數(shù)字多用表數(shù)字多用表3.4.1 3.4.1 數(shù)字多用表的特點(diǎn)數(shù)字多用表的特點(diǎn) 1、特點(diǎn)： 準(zhǔn)確度高、數(shù)字顯示、讀數(shù)迅速準(zhǔn)確、分辨力高、輸入阻抗高、能自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程、自動(dòng)轉(zhuǎn)換及顯示極性。 用大規(guī)模集成電路，體積小，可靠性好，測量功能齊全，操作簡便。內(nèi)部有較完善的保護(hù)電路，過載能力強(qiáng)。 2、不足之處： 不能反映被測量的連續(xù)變化過程以及變化的趨勢。不適于作電橋調(diào)平衡用的零位指示器。價(jià)格偏高。VC890C型數(shù)字萬用表 3.5 3.5 電壓表的選擇和使用電壓表的選擇和使用 （）根據(jù)被測電壓的種類選擇電壓表的類型。 （）根據(jù)被測電壓的大小選擇量程適

34、宜的電壓表。 （）保證被測量電壓的頻率不超出電壓表的頻率范圍。 （）其他條件相同的情況下，應(yīng)盡量選擇輸入阻抗大的電壓表。在測量高頻電壓時(shí)，應(yīng)盡量選擇輸入電容小的電壓表。 （）測量非正弦波電壓，應(yīng)根據(jù)被測電壓波形的特征，適當(dāng)選擇電壓表的類型，以便正確理解讀數(shù)的含義并對其進(jìn)行修正。 （）注意電壓表的誤差范圍3.5.1 3.5.1 電壓表的選擇電壓表的選擇使用注意事項(xiàng) （）正確放置電表。 （）測量前，要進(jìn)行機(jī)械調(diào)零和電氣調(diào)零。 （）注意被測電壓與電壓表之間的連接。 （）正確選擇量程。 （）注意輸入阻抗的影響。 （）測量電阻時(shí)，數(shù)字多用表的內(nèi)部電壓極性是紅筆為“”，黑筆為“”，而模擬多用表卻恰好相反，

35、用它來判斷有關(guān)電路時(shí)應(yīng)注意。 3.5.2 3.5.2 電壓表的正確使用電壓表的正確使用1、電壓測量是電子測量的重要內(nèi)容之一。 電子電壓表是一種常用的電子測量儀器，按其工作原理可分為模擬電壓表和數(shù)字電壓表。2、在測量交流電壓時(shí)，必須對被測交流電壓進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換。最重要的轉(zhuǎn)換方法是檢波法，采用的電路是檢波器。 根據(jù)其輸出直流信號(hào)和被測交流電壓表征值的關(guān)系，可將檢波器分為均值響應(yīng)、峰值響應(yīng)和有效值響應(yīng)三種類型。3、模擬式交流電壓表根據(jù)其所用檢波器，可分為均值電壓表、峰值電壓表和有效值電壓表。由于不同電壓表的測量范圍、頻帶寬度不同，因而各有其適用場合。 用峰值表和均值表測量非正弦波電壓會(huì)產(chǎn)生波形誤差，

36、必要時(shí)需進(jìn)行換算以提高測量精度。本章小結(jié)本章小結(jié)4、數(shù)字式電壓表根據(jù)其所用A/D轉(zhuǎn)換器，可分為積分型和非積分型兩類。 前者抗干擾能力強(qiáng)，測量精確度高，但測量速率較低；后者測量速度快，但抗干擾能力差?？偟膩碚f，積分型特別是雙斜積分式DVM性能較優(yōu)，應(yīng)用較廣泛。5、數(shù)字多用表以直流電壓測量為基礎(chǔ)，使用各種轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)多種測量功能。 此外，數(shù)字多用表還具有測量精確度高及具有某些自動(dòng)功能等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得越來越廣泛的應(yīng)用。6、測量電壓時(shí)要注意選擇合適的電壓表，并采用正確的測量方法。綜合實(shí)踐綜合實(shí)踐2 2 數(shù)字多用表的使用數(shù)字多用表的使用一實(shí)踐目的一實(shí)踐目的1熟悉數(shù)字多用表的面板布置，識(shí)別各種標(biāo)志符號(hào)2掌

37、握數(shù)字多用表基本測量方法二實(shí)踐器材二實(shí)踐器材1數(shù)字多用表，型號(hào) 。2直流穩(wěn)壓電源，型號(hào) 。3電阻元件、電容、二極管、三極管若干。三實(shí)踐內(nèi)容三實(shí)踐內(nèi)容1.交流電壓的測量2.直流電壓的測量3.常見電子元件參數(shù)值的測量第4章電子示波器4.1 4.1 概述概述（對信號(hào)的處理方式） 示波器的分類示波器的分類 模擬示波器通用示波器取樣示波器存儲(chǔ)示波器專用示波器數(shù)字示波器示波器實(shí)時(shí)取樣隨機(jī)取樣順序取樣 組成：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏工作原理： 由電子槍產(chǎn)生的高速電子束轟擊熒光屏的相應(yīng)部位產(chǎn)生熒光，而偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)則能使電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而改變熒光屏上光點(diǎn)的位置。4.2 4.2 示波測量的基本原理示波測量的基本原理

38、4.2.1 4.2.1 陰極射線示波管陰極射線示波管 示波管結(jié)構(gòu)圖及供電電路示波管結(jié)構(gòu)圖及供電電路 1電子槍（1）作用：發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束，轟擊熒光屏使之發(fā)光。（2）組成：燈絲F、陰極K、柵極G和陽極A1、A2。 1）燈絲F、陰極K 燈絲用于加熱陰極。 陰極受熱后發(fā)射電子。 2）控制柵極G 控制柵極用來控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變熒光屏上波形的輝度（亮度）。G的負(fù)電位絕對值越大，打到熒光屏上電子的數(shù)目越少，圖形越暗，反之越亮。 調(diào)節(jié)“輝度電位器”RP1改變柵、陰極之間的電位差即可達(dá)到此目的。3）第一陽極A1、第二陽極A2 A1和A2對電子束進(jìn)行聚焦并加速，使到達(dá)熒光屏的電子

39、形成很細(xì)的一束并具有很高速度。 調(diào)節(jié)A1的電位，即可調(diào)節(jié)G與A1和A1與A2之間的電位，調(diào)節(jié)A1的電位器稱為“聚焦”旋鈕；調(diào)節(jié)A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦”。 示波管的“輝度”與“聚焦”并非相互獨(dú)立，而是有關(guān)連的。在使用示波器時(shí)，這二者應(yīng)該配合調(diào)節(jié)。G1、A1、A2的電位關(guān)系為：的電位關(guān)系為：VGVK、 VG VA1，因此，因此，電子從電子從G至至A1、A1至至A2將得到會(huì)聚并加速，而從將得到會(huì)聚并加速，而從K至至G將發(fā)散。將發(fā)散。2偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（1）工作原理：線性偏轉(zhuǎn)理論 電子的位移與所加電壓的大小成正比。（2）結(jié)構(gòu)： 由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為垂直（Y）偏轉(zhuǎn)板和水平（X）偏轉(zhuǎn)板。

40、 偏轉(zhuǎn)板上沒有外加電壓時(shí)，電子束打向熒光屏的中心點(diǎn)；有外加電壓，則在偏轉(zhuǎn)電場作用下，電子束打向由X、Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的某個(gè)坐標(biāo)位置。 3熒光屏 熒光屏將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，是示波管的波形顯示部分，通常制作成矩形平面。 電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點(diǎn)在屏幕上移動(dòng)的軌跡，是加到偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號(hào)的波形。1、掃描（1）定義：光點(diǎn)在掃描電壓作用下掃動(dòng)的過程。（2）掃描電壓波形：鋸齒波4.2.2 4.2.2 波形顯示原理波形顯示原理 2、波形顯示原理 Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號(hào) X偏轉(zhuǎn)板：加掃描電壓信號(hào)1 1）設(shè)）設(shè)Ux=Uy=0 0，則光點(diǎn)在垂直和水平方，則光點(diǎn)在垂直和水平方向都不偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)在熒光屏的中

41、心位置向都不偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)在熒光屏的中心位置2 2）設(shè)）設(shè)Ux=0，Uy=Umsint , ,由于由于X偏轉(zhuǎn)板不加電偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在水平方向是不偏移的，則光點(diǎn)只在熒壓，光點(diǎn)在水平方向是不偏移的，則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來回移動(dòng)，出現(xiàn)一條垂直線段。光屏的垂直方向來回移動(dòng)，出現(xiàn)一條垂直線段。3 3）設(shè)設(shè)Ux=kt，Uy=0 , ,由于由于Y偏轉(zhuǎn)板不加電偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在垂直方向是不移動(dòng)的，則光點(diǎn)壓，光點(diǎn)在垂直方向是不移動(dòng)的，則光點(diǎn)在熒光屏的水平方向上來回移動(dòng)，出現(xiàn)的在熒光屏的水平方向上來回移動(dòng)，出現(xiàn)的是一條水平線段。是一條水平線段。由上三種情況可看出：1、X偏轉(zhuǎn)板上所加電壓控制電子的水平運(yùn)

42、動(dòng)；2、Y偏轉(zhuǎn)板上所加電壓控制電子的垂直運(yùn)動(dòng)；3、電子位移長度取決于所加電壓的大小。4 4）設(shè)設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓Uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓壓Ux=kt，且有，且有Tx= =Ty。熒光屏顯示熒光屏顯示被測信號(hào)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定波形。被測信號(hào)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定波形。5 5）設(shè)設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓Uy=Umsint， X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓壓Ux=kt，且有，且有Tx=2=2Ty，熒光屏顯示熒光屏顯示被測信號(hào)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定波形。被測信號(hào)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定波形。第一掃描周期第二掃描周期6 6）設(shè)設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板

43、加正弦波信號(hào)電壓偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓Uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux=kt，且有，且有Tx=3/2=3/2Ty，熒光屏顯示被熒光屏顯示被測信號(hào)隨時(shí)間變化的不穩(wěn)定波形。測信號(hào)隨時(shí)間變化的不穩(wěn)定波形。 (1)當(dāng)掃描電壓的周期是被測信號(hào)周期的整數(shù)倍時(shí)，即Tx=nTy（n為正整數(shù)），掃描的后一個(gè)周期描繪的波形與前一個(gè)周期完全重合，熒光屏上得到穩(wěn)定的波形，此時(shí)，掃描信號(hào)與被測信號(hào)同步。 3、掃描電壓與信號(hào)的同步 (2)為了在屏幕上獲得穩(wěn)定的波形顯示，應(yīng)保證每次掃描的起始點(diǎn)都對應(yīng)信號(hào)的相同相位點(diǎn)，即保證掃描信號(hào)與被測信號(hào)同步。 (3)電子束在被測電壓與同步掃描電壓的共同作用

44、下，亮點(diǎn)在熒光屏上所描繪的圖形反映了被測信號(hào)隨時(shí)間變化的過程，當(dāng)多次重復(fù)就構(gòu)成穩(wěn)定的圖像。4、X-Y顯示方式 示波器又是一個(gè)XY圖示儀。 若加在水平偏轉(zhuǎn)板上的不是由示波器內(nèi)部產(chǎn)生的掃描鋸齒波信號(hào)，而是另一路被測信號(hào)，則示波器工作于XY顯示方式，它可以反映加在兩副偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號(hào)之間的關(guān)系。4.3 4.3 通用示波器通用示波器1、組成:主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分組成。此外，還包括電源電路及校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。 4 43 31 1通用示波器的基本組成通用示波器的基本組成 （2）偏轉(zhuǎn)靈敏度 指輸入信號(hào)在無衰減的情況下，亮點(diǎn)在屏幕的Y方向上偏轉(zhuǎn)單位距離（1cm即1div）所需的電壓峰一峰值。

45、表示了示波器Y通道的放大/衰減能力，其下限表征示波器觀測微弱信號(hào)的能力，其上限表示示波器輸入所允許加的最大電壓（峰-峰值）。2、示波器的主要技術(shù)指標(biāo) （1）頻帶寬度BW和上升時(shí)間tr 35. 0rHtftr反映了示波器Y通道跟隨輸入信號(hào)快速變化的能力。 LHffBWBW一般指Y通道的頻帶寬度。（3）輸入阻抗 Y通道的輸入阻抗包括輸入電阻和輸入電容。輸入電阻越大越好，輸入電容越小越好。 （4）掃描速度 常用時(shí)基因數(shù)表示。 時(shí)基因數(shù)是掃描速度的倒數(shù)，指在無擴(kuò)展情況下，亮點(diǎn)在X方向偏轉(zhuǎn)單位距離所需的時(shí)間。 為了觀測緩慢變化的信號(hào)，則要求示波器具有極慢的掃描速度。 為了觀測很寬頻率范圍的信號(hào)，就要求示

46、波器的掃描速度能在很寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。作用： 將輸入的被測信號(hào)進(jìn)行衰減或線性放大后，輸出符合示波器偏轉(zhuǎn)要求的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)，使被測信號(hào)在屏幕上顯示出來。構(gòu)成： 輸入電路、Y前置放大器、延遲線和Y后置放大器等。4.3.2 4.3.2 通用示波器的垂直系統(tǒng)（通道）通用示波器的垂直系統(tǒng)（通道） 1、輸入電路作用：引入被測信號(hào)，并為前置放大器提供良好的工作條件。輸入電路必須有適當(dāng)?shù)耐l帶、輸入阻抗、較高的靈敏度、大的過載能力、輸入電路必須有適當(dāng)?shù)耐l帶、輸入阻抗、較高的靈敏度、大的過載能力、適當(dāng)?shù)鸟詈戏绞?，盡可能靠近被測信號(hào)源，一般采取平衡對稱輸出。適當(dāng)?shù)鸟詈戏绞?，盡可能靠近被測信號(hào)源，一般采取平衡對

47、稱輸出。（1）探頭 作用：便于直接探測被測信號(hào)，提供示波器的高輸入阻抗，減小波形失真及展寬示波器的工作頻帶等。探頭分有源探頭及無源探頭。無源探頭由R、C組成，其原理電路如圖所示。其中C是可變電容，調(diào)整C對頻率變化的影響進(jìn)行補(bǔ)償。（2）耦合方式選擇開關(guān) AC：交流耦合，適于觀察交流信號(hào)。DC：直流耦合，用于觀測頻率很低的信號(hào)或帶有直流分量的交流信號(hào)。 GND：接地，用于確定零電壓。 （3）步進(jìn)衰減器 作用：衰減輸入信號(hào)，進(jìn)行頻率補(bǔ)償。面板上用“V/cm”標(biāo)記的開關(guān)改變分壓比從而改變示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度。 步進(jìn)調(diào)節(jié)設(shè)置示例：電阻衰減直流分量；電容器衰減交流分量。2、延遲線作用：把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的信

48、號(hào)延遲一段時(shí)間，使信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間滯后于掃描開始時(shí)間，保證在屏幕上掃描出信號(hào)全過程。 3、Y通道中的放大電路 為了保證示波器的頻帶寬度，Y通道放大器為寬帶放大器，多采用帶有高頻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的多級(jí)差動(dòng)反饋放大電路。它的基本任務(wù)是將被測信號(hào)不失真地放大到足夠幅度，使電子束在Y方向獲得足夠的偏轉(zhuǎn)。另外，在Y放大器中還設(shè)有極性倒換、移位、尋跡等功能。4、觸發(fā)放大電路 設(shè)置此放大電路的目的，是使從延遲線之前引出的被測信號(hào)，先經(jīng)過此電路加以放大，以便有足夠幅度驅(qū)動(dòng)觸發(fā)整形電路。作用：產(chǎn)生并放大一個(gè)與時(shí)間呈現(xiàn)線性關(guān)系的鋸齒波電壓，形成時(shí)間基線；能選擇適當(dāng)?shù)挠|發(fā)或同步信號(hào)，產(chǎn)生穩(wěn)定的掃描電壓，以確保顯示波形的穩(wěn)定；

49、還要能產(chǎn)生增輝或消隱信號(hào)，去控制示波器的Z通道。構(gòu)成：觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等。 4.3.3 4.3.3 通用示波器的水平系統(tǒng)（通道）通用示波器的水平系統(tǒng)（通道）1、掃描發(fā)生器（時(shí)基發(fā)生器）電路 作用：掃描發(fā)生器電路在觸發(fā)脈沖啟動(dòng)下，產(chǎn)生線性變化的鋸齒波掃描電壓。 結(jié)構(gòu)：它由時(shí)基閘門、掃描電壓產(chǎn)生電路、電壓比較電路及釋抑電路組成，上述電路組成一個(gè)閉環(huán)，故也稱掃描發(fā)生器環(huán)。掃描發(fā)生器環(huán)的基本工作過程： 觸發(fā)脈沖到來后，打開時(shí)基閘門，掃描電壓產(chǎn)生電路開始產(chǎn)生線性變化的鋸齒波電壓，此電壓送至X放大器，控制電子束自左向右掃描，同時(shí)也送往比較器； 當(dāng)鋸齒波電壓達(dá)到預(yù)定的幅度后，電壓比較器輸出經(jīng)釋

50、抑電路產(chǎn)生停止信號(hào)，關(guān)閉時(shí)基閘門，使掃描電壓產(chǎn)生電路進(jìn)入回程期； 在回程期，釋抑電路起“抑止”作用，防止后續(xù)觸發(fā)脈沖去開啟時(shí)基閘門，直到閘門輸入端及掃描電路完全恢復(fù)到初始狀態(tài)才釋放閘門。掃描正程：從時(shí)基閘掃描正程：從時(shí)基閘門打開到閘門關(guān)閉的門打開到閘門關(guān)閉的一段時(shí)期。一段時(shí)期。釋抑期：從掃描正程釋抑期：從掃描正程開始到閘門開始到閘門“釋放釋放”時(shí)為止的一段時(shí)間，時(shí)為止的一段時(shí)間，比逆程期長。比逆程期長。一次掃描至少包括掃一次掃描至少包括掃描正程和釋抑期，釋描正程和釋抑期，釋抑期內(nèi)既完成掃描回抑期內(nèi)既完成掃描回程，又保證電路恢復(fù)程，又保證電路恢復(fù)到初始狀態(tài)，等待下到初始狀態(tài)，等待下一個(gè)觸發(fā)脈沖觸

51、發(fā)。一個(gè)觸發(fā)脈沖觸發(fā)。2、掃描方式（1）連續(xù)掃描：掃描電壓是連續(xù)的，即掃描正程緊跟著逆程，逆程結(jié)束又開始新的正程，掃描是不間斷的。（2）觸發(fā)掃描：由被測信號(hào)激發(fā)掃描發(fā)生器的間斷的工作方式，適用于測量脈沖信號(hào)。（3）自動(dòng)掃描：無觸發(fā)信號(hào)時(shí)，連續(xù)掃描；有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，觸發(fā)形成掃描。（4）單次掃描：只在第一個(gè)觸發(fā)脈沖到來時(shí)啟動(dòng)掃描一次，主要用于觀測非周期信號(hào)。3、觸發(fā)整形電路 作用：為掃描信號(hào)發(fā)生器提供符合要求的觸發(fā)脈沖。 結(jié)構(gòu)：包括觸發(fā)源選擇、觸發(fā)耦合方式選擇、觸發(fā)方式選擇、觸發(fā)極性選擇、觸發(fā)電平選擇和觸發(fā)放大整形等電路。 （1）觸發(fā)源選擇 內(nèi)觸發(fā)（INT）：采用來自Y通道的被測信號(hào)作觸發(fā)信號(hào)源。

52、外觸發(fā)（EXT）：用外接的、與被測信號(hào)有嚴(yán)格同步關(guān)系的信號(hào)作為觸發(fā)源，用于比較兩個(gè)信號(hào)的同步關(guān)系。或者，當(dāng)被測信號(hào)不適于作觸發(fā)信號(hào)時(shí)使用。電源觸發(fā)（LINE）：用50Hz的工頻正弦信號(hào)作為觸發(fā)源，適用于觀測與50Hz交流有同步關(guān)系的信號(hào)。（2）觸發(fā)耦合方式 DC直流耦合：用于接入直流或變化緩慢的信號(hào)，或者頻率很低且含有直流成分的信號(hào)。一般用于外觸發(fā)或連續(xù)掃描方式。AC交流耦合：用于觀察由低頻到較高頻率的信號(hào)，“內(nèi)”、“外”、“電源”觸發(fā)均可使用，是常用的一種耦合方式。AC（H）高頻耦合：屬低頻抑制狀態(tài)。用于觀察高頻信號(hào)。（3）觸發(fā)極性 （4）觸發(fā)電平 （5）放大整形電路 掃描信號(hào)發(fā)生器要穩(wěn)定工

53、作，對觸發(fā)信號(hào)有一定的要求，因此，需對觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行放大、整形。 整形電路的基本形式是電壓比較器，當(dāng)輸入的觸發(fā)源信號(hào)與通過“觸發(fā)極性”和“觸發(fā)電平”選擇的信號(hào)之差達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，比較電路翻轉(zhuǎn)，輸出矩形波，然后經(jīng)過微分整形，變成觸發(fā)脈沖。 4、X放大器 作用：主要是放大掃描電壓，使電子束在水平方向獲得足夠偏轉(zhuǎn)，同時(shí)還兼設(shè)尋跡、水平位移、掃描擴(kuò)展等功能。 掃描擴(kuò)展：就是在不改變掃描電壓產(chǎn)生電路參數(shù)的情況下提高掃描速度。通過提高X放大器的放大倍數(shù)，使掃描鋸齒波的幅度加大，因而使光點(diǎn)在相同的時(shí)間里，在擴(kuò)展后通過的水平距離較擴(kuò)展前大得多，從而使掃描速度得到提高。 當(dāng)示波器工作于X-Y方式時(shí)，X放大器則作

54、為X外接輸入信號(hào)的傳輸通道。4.3.4 4.3.4 示波器的多波形顯示示波器的多波形顯示 1、雙線示波器 雙線示波器是把兩個(gè)相互獨(dú)立的電子槍和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)封裝在同一個(gè)示波管內(nèi)，利用同一熒光屏加以顯示。 雙線示波器適于觀測同一時(shí)間出現(xiàn)的兩個(gè)瞬變信號(hào)，且圖像清晰，無間斷現(xiàn)象。但它的制造工藝要求高，使其應(yīng)用受到一定限制。2、雙蹤示波器 雙蹤示波器使用單束示波管，利用Y軸電子開關(guān)，采用時(shí)間分割的方法輪流地將兩個(gè)信號(hào)接至同一垂直偏轉(zhuǎn)板，實(shí)現(xiàn)雙蹤顯示。 根據(jù)電子開關(guān)工作方式的不同，雙蹤示波器有5種顯示方式：YA、YB、YAYB、交替和斷續(xù) 。 （1）交替：電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率受掃描電路控制，以一個(gè)掃描周期為間隔

55、，電子開關(guān)輪流接通YA和YB。若掃描頻率較高，兩個(gè)信號(hào)輪流顯示的速度很快，由于熒光屏的余輝效應(yīng)和人眼的視覺滯留效應(yīng)，便會(huì)獲得兩個(gè)波形“同時(shí)”顯示的效果。這種顯示方式只適用于被測信號(hào)頻率較高的場合。 用交替顯示方式易產(chǎn)生 “相位誤差”：若示波器處于交替觸發(fā)狀態(tài)，即顯示YA信號(hào)時(shí)用YA信號(hào)觸發(fā)，顯示YB信號(hào)時(shí)用YB信號(hào)觸發(fā)，則原來有相位差的兩個(gè)信號(hào)會(huì)顯示為相位相同的信號(hào)。 解決辦法：用相位超前的信號(hào)作固定的內(nèi)觸發(fā)源，或者改用“斷續(xù)”顯示方式。（2）斷續(xù)：示波器的電子開關(guān)工作在自激振蕩狀態(tài)，將兩個(gè)被測信號(hào)分成很多小段輪流顯示。由于轉(zhuǎn)換頻率比被測信號(hào)頻率高得多，間斷的亮點(diǎn)靠得很近，人眼看到的波形好像是

56、連續(xù)波形。這種顯示方式只適用于被測信號(hào)頻率較低的場合。 4.5 4.5 數(shù)字存儲(chǔ)示器數(shù)字存儲(chǔ)示器 將捕捉到的波形通過A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字化，而后存入示波管外的數(shù)字存儲(chǔ)器中。4.5.1 4.5.1 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的特點(diǎn)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的特點(diǎn)（1）對信號(hào)波形的采樣、存儲(chǔ)與波形的顯示可以分離（2）能長期存儲(chǔ)信號(hào)（3）具有先進(jìn)的觸發(fā)功能（4）具有很強(qiáng)的處理能力（5）便于觀測單次過程和緩慢變化的信號(hào)（6）多種顯示方式（7）可用字符顯示測量結(jié)果（8）便于程控和用多種方式輸出（9）便于進(jìn)行功能擴(kuò)展（10）實(shí)現(xiàn)多通道混合信號(hào)測量（11）便攜式示波器4.5.2 4.5.2 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)字存儲(chǔ)示波器

57、的主要技術(shù)指標(biāo)（1）最高取樣速率（數(shù)字化速率） 指單位時(shí)間內(nèi)取樣的次數(shù)，用每秒鐘完成的A/D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來衡量，單位為采樣點(diǎn)/秒（Sa/s），也常以頻率來表示。 取樣速率愈高，示波器捕捉信號(hào)的能力愈強(qiáng)。（2）存儲(chǔ)帶寬 主要反映在最大數(shù)字化速率（取樣速率）時(shí)還要能分辨多位數(shù)（精確度要求）。 最大存儲(chǔ)帶寬由取樣定理確定，即當(dāng)取樣速率大于被測信號(hào)中最高頻率分量頻率的兩倍時(shí)，即可由取樣信號(hào)無失真地還原出原模擬信號(hào)。 通常信號(hào)都是有諧波分量的，一般用最高取樣速率除以25作為有效的存儲(chǔ)帶寬。 （）分辨力 分辨力指示波器能分辨的最小電壓增量和最小時(shí)間增量，即量化的最小單元。它包括垂直分辨力（電壓分辨力）和

58、水平分辨力（時(shí)間分辨力）。（）存儲(chǔ)容量(存儲(chǔ)深度) 由采集存儲(chǔ)器（主存儲(chǔ)器）的最大存儲(chǔ)容量來表示，常以字（word）為單位。（）讀出速度 指將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出的速度，常用t/div來表示。4.5.3 4.5.3 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成及工作原理數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成及工作原理1、數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成工作原理可分為波形的取樣與存儲(chǔ)、波形的顯示、波形的測量工作原理可分為波形的取樣與存儲(chǔ)、波形的顯示、波形的測量與處理等幾部分與處理等幾部分。2、工作過程(1)存儲(chǔ)階段：模擬輸入信號(hào)先經(jīng)適當(dāng)?shù)胤糯蠛退p，送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化處理，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后，在邏輯控制電路的控制下依次將A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)

59、字信號(hào)寫入存儲(chǔ)器RAM中。(2)顯示階段： 將信號(hào)從存儲(chǔ)器中讀出，送入D/A轉(zhuǎn)換器變換為模擬信號(hào)，經(jīng)垂直放大器放大后加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板。 CPU的讀地址信號(hào)加至D/A轉(zhuǎn)換器，得到一階梯波電壓，經(jīng)水平放大器放大后加至示波管的水平偏轉(zhuǎn)板，從而達(dá)到在示波管上以稠密的光點(diǎn)重現(xiàn)輸入的模擬信號(hào)的目的。 2、工作原理（1）取樣：就是從被測波形上取得樣點(diǎn)的過程。實(shí)時(shí)取樣：從一個(gè)周期的信號(hào)波形中取得所有取樣點(diǎn)，來表示一個(gè)信號(hào)波形的方法。非實(shí)時(shí)取樣（等效取樣）：從被測信號(hào)的許多相鄰周期的信號(hào)波形上取得樣點(diǎn)的方法。要解決示波器上限頻率不夠高的問題，應(yīng)該采用非實(shí)時(shí)取樣。非實(shí)時(shí)取樣只適用于周期性信號(hào)順序進(jìn)行的取樣稱

60、為順序取樣；否則稱為隨機(jī)取樣。（3）數(shù)字時(shí)基發(fā)生器用于產(chǎn)生取樣脈沖信號(hào)，以控制A/D轉(zhuǎn)換器的取樣速率和存儲(chǔ)器的寫 入速度。（2）A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換器是波形存儲(chǔ)的關(guān)鍵部件，它決定了示波器的最高取樣速率、存儲(chǔ)帶寬以及垂直分辨力等多項(xiàng)指標(biāo)。 （4）地址計(jì)數(shù)器 地址計(jì)數(shù)器用來產(chǎn)生存儲(chǔ)器地址信號(hào)，由二進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。 計(jì)數(shù)器的位數(shù)由存儲(chǔ)深度來決定。（5）存儲(chǔ)器為了實(shí)現(xiàn)對高速信號(hào)的測量，應(yīng)該選用存儲(chǔ)速度較高的RAM，若要測量的時(shí)間長度較長，則應(yīng)選用存儲(chǔ)深度較大的RAM。要想斷電后仍能長期存儲(chǔ)波形數(shù)據(jù)，則應(yīng)配有E2PROM，有些新型數(shù)字示波器配有硬盤和軟驅(qū)，可將波形數(shù)據(jù)以文本文件的形式長期保存。（6）預(yù)置