電子電路測量誤差實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

1、11 電子電路測量技術(shù)的基本知識 一、要點(diǎn)提示  1、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的目的和意義2、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的一般要求3、誤差分析與測量結(jié)果的處理4、測量儀器的阻抗對測量的影響5、接地、電源接地 二、內(nèi)容簡介1.1.1 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的目的和意義    實(shí)驗(yàn)是將事物置于控制的或特定的條件下加以觀測。是對事物發(fā)展規(guī)律進(jìn)行科學(xué)認(rèn)識的必要環(huán)節(jié)，是科學(xué)理論的源泉，自然科學(xué)的根本，工程技術(shù)的基礎(chǔ)。任何科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都離不開實(shí)驗(yàn)。電子技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，它的任務(wù)是使學(xué)生獲得電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識和基本技能。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練特別是技能的訓(xùn)練，對提高

2、學(xué)生分析問題和解決問題的能力，特別是畢業(yè)后的實(shí)際工作能力，具有十分重要的意義。    電子技術(shù)是一門飛速發(fā)展的學(xué)科，市場經(jīng)濟(jì)需要的是具有一定實(shí)際工作能力的復(fù)合型人才，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生諸能力方面有一定的優(yōu)勢。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過分析、驗(yàn)證器件和電路的工作原理及功能；對電路進(jìn)行分析、調(diào)試、故障排除和性能指標(biāo)的測量；自行設(shè)計(jì)、制作各種功能的實(shí)際電路等多方面的系統(tǒng)訓(xùn)練，可以使學(xué)生的各種實(shí)驗(yàn)技能得以提高，實(shí)際工作能力也得到了鍛煉。同時(shí)，學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、觀測能力、表達(dá)能力、動(dòng)手能力、查閱文獻(xiàn)資料的能力等綜合素質(zhì)也得到了提高。此外，通過實(shí)驗(yàn)還可以培養(yǎng)學(xué)生勤奮進(jìn)取、嚴(yán)肅認(rèn)

3、真、理論聯(lián)系實(shí)際的務(wù)實(shí)作風(fēng)和為科學(xué)事業(yè)奮斗的精神。     電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，按性質(zhì)可分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、訓(xùn)練性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)四大類。    驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和訓(xùn)練性實(shí)驗(yàn)是針對于電子技術(shù)基礎(chǔ)理論而設(shè)置的，通過實(shí)驗(yàn)獲得感性認(rèn)識。驗(yàn)證和鞏固重要的基礎(chǔ)理論，同時(shí)使學(xué)生掌握測量儀器的工作原理和規(guī)范使用，熟悉常用元器件的原理和性能，掌握其參數(shù)的測量方法和元器件的使用方法，掌握基本實(shí)驗(yàn)知識、基本實(shí)驗(yàn)方法和基本實(shí)驗(yàn)技能。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生一定的安裝、調(diào)試、分析、尋找故障等技能。    綜合性實(shí)驗(yàn)側(cè)重于對一些理論知識的綜合應(yīng)

4、用和實(shí)驗(yàn)的綜合分析，其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用理論知識能力和解決較復(fù)雜的實(shí)際問題的能力，包括實(shí)驗(yàn)理論的系統(tǒng)性、實(shí)驗(yàn)方案的完整性、可行性、元器件及測量儀器的綜合應(yīng)用等。     設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生來說，既有綜合性又有探索性。它主要側(cè)重于某些理論知識的靈活應(yīng)用。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立查閱資料、設(shè)計(jì)方案與組合實(shí)驗(yàn)等工作，并寫出試驗(yàn)報(bào)告。借助于計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，可以使實(shí)驗(yàn)方案更加完善、合理。這類實(shí)驗(yàn)對提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ确矫娣浅Ｓ幸妗?#160;1.1.2 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的一般要求    盡管每個(gè)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的目的和內(nèi)容不同，但為了培養(yǎng)良

5、好的學(xué)風(fēng)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)精神，促使其獨(dú)立思考、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并有所創(chuàng)新。我們對電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段、進(jìn)行階段、完成階段和實(shí)驗(yàn)報(bào)告分別提出下列基本要求。    一、 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備    為了避免盲目性，參加實(shí)驗(yàn)者應(yīng)對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)。通過預(yù)習(xí)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，掌握?shí)驗(yàn)的基本原理，看懂實(shí)驗(yàn)電路圖，查閱有關(guān)資料，擬出實(shí)驗(yàn)方法和步驟，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格，對思考題作出解答，初步估算（或分析）實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后做出預(yù)習(xí)報(bào)告。    二、 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行    2 / 33參加實(shí)驗(yàn)者要自覺遵守實(shí)驗(yàn)室

6、規(guī)則。    根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容合理布置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場。儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)裝置安放要適當(dāng)。檢查所用器件和儀器是否完好，然后按實(shí)驗(yàn)方案搭接實(shí)驗(yàn)電路和測試電路。并認(rèn)真檢查，確保無誤后方可通電測試。    認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)條件和所得資料、波形（并進(jìn)行分析判斷所得資料、波形是否正確）。發(fā)生故障應(yīng)獨(dú)立思考，耐心尋找故障原因并排除，記錄排除故障的過程和方法。    仔細(xì)申閱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求，確保實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完整，測量結(jié)果準(zhǔn)確無誤，現(xiàn)象合理。    實(shí)驗(yàn)中若發(fā)生異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即切斷電源，并報(bào)請指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)室有關(guān)人

7、員，等候處理。    三、實(shí)驗(yàn)完成    必須實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對實(shí)驗(yàn)工作的全面總結(jié)。學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后用簡明的形式將實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)情況完整地和真實(shí)地表達(dá)出來。    1.驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容    實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下幾個(gè)部分：        實(shí)驗(yàn)的目的和要求。        實(shí)驗(yàn)電路、測試電路和實(shí)驗(yàn)的工作原理。      &#

8、160; 實(shí)驗(yàn)用的儀器、主要工具。        實(shí)驗(yàn)的具體步驟、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)過程的詳細(xì)情況記錄。        實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析。必要時(shí)，應(yīng)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差分析。        實(shí)驗(yàn)小結(jié)。實(shí)驗(yàn)小結(jié)即總結(jié)實(shí)驗(yàn)完成情況，對實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論，對實(shí)驗(yàn)中遇到的問題進(jìn)行分析，簡單敘述實(shí)驗(yàn)的收獲和體會(huì)。        參考資料。記錄實(shí)驗(yàn)前、后閱讀的有關(guān)資

9、料。應(yīng)記錄資料的名稱、作者和簡單內(nèi)容。為今后查閱提供方便。    實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本要求    實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本要求是：結(jié)論正確、分析合理、討論深入、文理通順、簡明扼要、符號標(biāo)準(zhǔn)、字跡端正、圖表清晰。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上還應(yīng)注明：課題、實(shí)驗(yàn)者、實(shí)驗(yàn)日期、使用儀器編號等內(nèi)容。 1.1.3 誤差分析與測量結(jié)果的處理    在科學(xué)實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐的過程中，為了獲取表征被研究對象的特征的定量信息，必須準(zhǔn)確地進(jìn)行測量。在測量過程中，由于各種原因，測量結(jié)果和待測量的客觀真值之間總存在一定差別，即測量誤差。因此，分析誤差產(chǎn)生

10、的原因，如何采取措施減少誤差，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，對實(shí)驗(yàn)人員及科技工作者來說是必須了解和掌握的。一、 差的來源與分類    1測量誤差的來源    測量誤差的來源主要有以下幾個(gè)方面：    （1） 儀器誤差    儀器誤差是指測量儀器本身的電氣或機(jī)械等性能不完善所造成的誤差。顯然，消除儀器誤差的方法是配備性能優(yōu)良的儀器并定時(shí)對測量儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。    （2） 使用誤差也稱操作誤差    指測量過程中因操作不當(dāng)而引起的

11、誤差。減小使用誤差的辦法是測量前詳細(xì)閱讀儀器的使用說明書，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，提高實(shí)驗(yàn)技巧和對各種儀器和操作能力。例如：萬用表表盤上的符號：；60o分別表示萬用表垂直位置使用；水平位置使用；與水平面傾斜成60o使用。使用時(shí)應(yīng)按規(guī)定放置萬用表，否則會(huì)帶來誤差，至于用歐姆檔測電阻前不調(diào)零所帶來的誤差，更是顯而易見的。    （3） 方法誤差又稱理論誤差    它是指由于使用的測量方法不完善、理論依據(jù)不嚴(yán)密、對某些經(jīng)典測量方法作了不適當(dāng)?shù)男薷暮喕a(chǎn)生的，即凡是在測量結(jié)果的表達(dá)式中沒有得到反映的因素，而實(shí)際上這些因素在測量過程中又起到一定的作

12、用所引起的誤差。例如，用伏安法測電阻時(shí)，若直接以電壓表示值與電流表示值之比作測量結(jié)果，而不計(jì)電表本身內(nèi)阻的影響，就會(huì)引起誤差。    測量誤差的分類    測量誤差按性質(zhì)和特點(diǎn)可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和疏失誤差三大類。    （1） 系統(tǒng)誤差    是指在相同條件下重復(fù)測量同一量時(shí)，誤差的大小和符號保持不變，或按照一定的規(guī)律變化的誤差。系統(tǒng)誤差一般可通過實(shí)驗(yàn)或分析方法，查明其變化規(guī)律及產(chǎn)生原因后，可以減少或消除。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)誤差常來源于測量儀器的調(diào)整不當(dāng)和使用方法不當(dāng)所

13、致。    (2)隨機(jī)誤差（偶然誤差）在相同條件下多次重復(fù)測量同一量時(shí)，誤差大小和符號無規(guī)律的變化的誤差稱為隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差不能用實(shí)驗(yàn)方法消除。但從隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)規(guī)律中可了解它的分布特性，并能對其大小及測量結(jié)果的可靠性作出估計(jì)，或通過多次重復(fù)測量，然后取其中算術(shù)平均值來達(dá)到目的。    (3)粗差    這是一種過失誤差。這種誤差是由于測量者對儀器不了解、粗心，導(dǎo)致讀數(shù)不正確而引起的，測量條件的突然變化也會(huì)引起粗差。含有粗差的測量值稱為壞值或異常值。必須根據(jù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法的某些準(zhǔn)則去判斷哪個(gè)測量值是壞值，

14、然后去除。二 、 誤差的表示方法    誤差可以用絕對誤差和相對誤差來表示。    1絕對誤差    設(shè)被測量量的真值為o，測量儀器的示值為X，則絕對值為                XXo    在某一時(shí)間及空間條件下，被測量量的真值雖然是客觀存在的，但一般無法測得，只能盡量逼近它。故常用高一級標(biāo)準(zhǔn)測量儀器的測量值代替真值o，則 &#

15、160;              XX    在測量前，測量儀器應(yīng)由高一級標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行校正，校正量常用修正值C表示。對于被測量量，高一級標(biāo)準(zhǔn)儀器的示值減去測量儀器的示值所得的差值，就是修正值。實(shí)際上，修正值就是絕對誤差，只是符號相反                 CXX     利用修正值便可得

16、該儀器所測量的實(shí)際值                AXC    例如，用電壓表測量電壓時(shí)，電壓表的示值為1.1V，通過鑒定得出其修正值為0.01V。則被測電壓的真值為                A1.1（0.01）1.09V    修正值給出的方式可以是曲線、公式或數(shù)表。對

17、于自動(dòng)測驗(yàn)儀器，修正值則預(yù)先編制成有關(guān)程序，存于儀器中，測量時(shí)對誤差進(jìn)行自動(dòng)修正，所得結(jié)果便是實(shí)際值。相對誤差    絕對誤差值的大小往往不能確切地反映出被測量量的準(zhǔn)確程度。例如，測100V電壓時(shí)，X12V，在測10V電壓時(shí)，X2.5，雖然X1X2，可實(shí)際X1只占被測量量的，而X2卻占被測量的5。顯然，后者的誤差對測量結(jié)果的影響相對較大。因此，工程上常采用相對誤差來比較測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度。    相對誤差又分為實(shí)際相對誤差、示值相對誤差和引用（或滿度）相對誤差。    （1）實(shí)際相對誤差；是用絕對誤差X與

18、被測量的實(shí)際值A(chǔ)的比值的百分?jǐn)?shù)來表示的相對誤差，記為                        （2）示值相對誤差；是用絕對誤差X與儀器給出值X的百分?jǐn)?shù)來表示的相對誤差，即                        （3）

19、引用（或滿度）相對誤差；是用絕對誤差X與儀器的滿刻度值Xm之比的百分?jǐn)?shù)來表示的相對誤差，即                        電工儀表的準(zhǔn)確度等級就是由 決定的，如1.5級的電表，表明±1.5。我國電工儀表按 值共分七級：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。若某儀表的等級是S級，它的滿刻度值為Xm，則測量的絕對誤差為      

20、;              XXm×S        其示值相對誤差為                        在上式中，總是滿足XXm的，可見當(dāng)儀表等級S選定后，X愈接近Xm時(shí)， 的上限值愈小，測量愈準(zhǔn)確。因此，當(dāng)我們使用這類儀表進(jìn)行測量時(shí)

21、，一般應(yīng)使被測量的值盡可能在儀表滿刻度值的二分之一以上。二、 測量結(jié)果的處理    測量結(jié)果通常用數(shù)字或圖形表示。下面分別進(jìn)行討論。    1.測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理    （1）有效數(shù)字    由于存在誤差，所以測量資料總是近似值，它通常由可靠數(shù)字和欠準(zhǔn)數(shù)字兩部分組成。例如，由電流表測得電流為12.6mA，這是個(gè)近似數(shù)，12是可靠數(shù)字，而末位6為欠準(zhǔn)數(shù)字，即12.6為三位有效數(shù)字。有效數(shù)字對測量結(jié)果的科學(xué)表述極為重要。對有效數(shù)字的正確表示，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：  

22、;  與計(jì)量單位有關(guān)的"0"不是有效數(shù)字，例如，0.054A與54mA這兩種寫法均為兩位有效數(shù)字。    小數(shù)點(diǎn)后面的"0"不能隨意省略，例如，18mA與18.00mA是有區(qū)別的，前者為兩位有效數(shù)字，后者則是四位有效數(shù)字。     對后面帶"0"的大數(shù)目數(shù)字，不同寫法其有效數(shù)字位數(shù)是不同的，例如，3000如寫成30×10 2，則成為兩位有效數(shù)字；若寫成3×103，則成為一位有效數(shù)字；如寫成3000±1，就是四位有效數(shù)字。 &#

23、160;  如已知誤差，則有效數(shù)字的位數(shù)應(yīng)與誤差所在位相一致，即：有效數(shù)字的最后一位數(shù)應(yīng)與誤差所在位對齊。如；儀表誤差為±0.02V，測得數(shù)為3.2832V，其結(jié)果應(yīng)寫作3.28V。因?yàn)樾?shù)點(diǎn)后面第二位"8"所在位已經(jīng)產(chǎn)生了誤差，所以從小數(shù)點(diǎn)后面第三位開始后面的"32"已經(jīng)沒有意義了，寫結(jié)果時(shí)應(yīng)舍去。    當(dāng)給出的誤差有單位時(shí)，則測量資料的寫法應(yīng)與其一致。如：頻率計(jì)的測量誤差為±數(shù)kHz，其測得某信號的的頻率為7100kHz，可寫成7.100MHz和7100×103Hz，若寫成710

24、0000或7.1MHz是不行的。因?yàn)楹笳叩挠行?shù)字與儀器的測量誤差不一致。    （2）數(shù)據(jù)舍入規(guī)則    為了使正、負(fù)舍入誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)大致相等，現(xiàn)已廣泛采用"小于5舍，大于5入，等于5時(shí)取偶數(shù)"的舍入規(guī)則。即    若保留n位有效數(shù)字，當(dāng)后面的數(shù)值小于第n位的0.5單位就舍去；        若保留n位有效數(shù)字，當(dāng)后面的數(shù)值大于第n位的0.5單位就在第n位數(shù)字上加1；    若保留n位有效數(shù)字

25、，當(dāng)后面的數(shù)值恰為第n位的0.5單位，則當(dāng)?shù)趎位數(shù)字為偶數(shù)（0，2，4，6，8）時(shí)應(yīng)舍去后面的數(shù)字（即末位不變），當(dāng)?shù)趎位數(shù)字為奇數(shù)（1，3，5，7，9）時(shí)，第n位數(shù)字應(yīng)加1（即將末位湊成為偶數(shù)）。這樣，由于舍入概率相同，當(dāng)舍入次數(shù)足夠多時(shí)，舍入的誤差就會(huì)抵消。同時(shí)，這種舍入規(guī)則，使有效數(shù)字的尾數(shù)為偶數(shù)的機(jī)會(huì)增多，能被除盡的機(jī)會(huì)比奇數(shù)多，有利于準(zhǔn)確計(jì)算。    （3）有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則當(dāng)測量結(jié)果需要進(jìn)行中間運(yùn)算時(shí)，有效數(shù)字的取舍，原則上取決于參與運(yùn)算的各數(shù)中精度最差的那一項(xiàng)。一般應(yīng)遵循以下規(guī)則：    當(dāng)幾個(gè)近似值進(jìn)行加、減運(yùn)算時(shí)，在

26、各數(shù)中（采用同一計(jì)量單位），以小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少的那一個(gè)數(shù)（如無小數(shù)點(diǎn)，則為有效位數(shù)最少者）為準(zhǔn)，其余各數(shù)均舍入至比該數(shù)多一位后再進(jìn)行加減運(yùn)算，結(jié)果所保留的小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)，應(yīng)與各數(shù)中小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少者的位數(shù)相同。    進(jìn)行乘除運(yùn)算時(shí)，在各數(shù)中，以有效數(shù)字位數(shù)最少的那一個(gè)數(shù)為準(zhǔn)，其余各數(shù)及積（或商）均舍入至比該因子多一位后進(jìn)行運(yùn)算，而與小數(shù)點(diǎn)位置無關(guān)。運(yùn)算結(jié)果的有效數(shù)字的位數(shù)應(yīng)取舍成與運(yùn)算前有效數(shù)字位數(shù)最少的因子相同。    將數(shù)平方或開方后，結(jié)果可比原數(shù)多保留一位。    用對數(shù)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，n位有效數(shù)字的

27、數(shù)應(yīng)該用n位對數(shù)表    若計(jì)算式中出現(xiàn)如e、 等常數(shù)時(shí)，可根據(jù)具體情況來決定它們應(yīng)取的位數(shù)。2測量結(jié)果的曲線處理    在分析兩個(gè)（或多個(gè)）物理量之間的關(guān)系時(shí)，用曲線比用數(shù)字、公式表示常常更形象和直觀。因此，測量結(jié)果常要用曲線來表示。在實(shí)際測量過程中，由于各種誤差的影響，測量數(shù)據(jù)將出現(xiàn)離散現(xiàn)象，如將測量點(diǎn)直接連接起來，將不是一條光滑的曲線，而是呈折線狀。如圖1.1.1所示，但我們應(yīng)用有關(guān)誤差理論，可以把各種隨機(jī)因素引起的曲線波動(dòng)抹平，使其成為一條光滑均勻的曲線，這個(gè)過程稱為曲線的修勻。圖1.1.1 直線連接測量點(diǎn)時(shí)曲線的波動(dòng)情況&#

28、160;  圖1.1.2 分組平均法修均曲線    在要求不太高的測量中，常采用一種簡便、可行的工程方法-分組平均法來修勻曲線。這種方法是將各測量點(diǎn)分成若干組，每組含24個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后分別估取各組的幾何重心，再將這些重心連接起來。圖1.1.2就是每組取24個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行平均后的修勻曲線。這條曲線，由于進(jìn)行了測量點(diǎn)的平均，在一定程度上減少了偶然誤差的影響，使之較為符合實(shí)際情況。 1.1.4 測量儀器的阻抗對測量的影響    被測電路的輸入或輸出阻抗與測量儀器的輸入或輸出阻抗間的關(guān)系，如果沒有合理的匹配將造成測量誤差，下

29、面作簡單敘述。    一、測量儀器和被測電路并聯(lián)    以用示波器或數(shù)字電壓表測量電路的內(nèi)部電壓為例，在圖1.1.3中，被測電路的輸出阻抗為ZS，內(nèi)部電壓為U 。用輸入阻抗為Zm的示波器，或者數(shù)字電壓表測量時(shí)，測量點(diǎn)A、B間的電壓U為    當(dāng)Zm>>Zs時(shí)，VV，此時(shí)誤差非常小。如果ZmZs，VV2，指示值為實(shí)際電壓的12。因此，在這種情況下，必須使測量儀器的輸入阻抗比被測電路的輸出阻抗大很多。圖1.1.3 用高輸入阻抗一起測量電壓圖1.1.4用低輸入阻抗一起測量電流  

30、  另外，一般Zm和Zs是頻率的函數(shù)（通常多是頻率越高，阻抗越低），尤其在高頻測量時(shí)必須注意這一點(diǎn)。測量儀器和被測電路串聯(lián)測量電流時(shí)，如圖1.1.4，若未接Zm前的真值電流為I，串接Zm后電流為I ，則     若Zm>> Zs，則I I ，測量值近于真值。如果ZmZs，則I I 2，測量指示值為真值的12倍。因此，在這種情況下，測量儀器的輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)小于被測電路的輸出阻抗。由此也可見，如果忽略了測量儀器的阻抗，會(huì)對結(jié)果產(chǎn)生較大影響，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)給予足夠的重視。二、阻抗匹配    用信號發(fā)生器進(jìn)行測量時(shí)，如圖1.1.

31、5，當(dāng)被測電路輸入阻抗Zm和信號發(fā)生器的輸出阻抗Zs相等時(shí)，稱為阻抗匹配，匹配的目的在于使負(fù)載Zm上得到最大功率，特別在高頻電路中，此種匹配還為了在負(fù)載端不產(chǎn)生反射。    在高頻、脈沖傳輸系統(tǒng)中，傳輸線多數(shù)采用50，它比用600系統(tǒng)時(shí)，電抗成分影響小，因此，前沿陡的脈沖及高頻的測量比較正確。圖1.1.5 阻抗匹配 1.1.5 接地、電源接地一、接地的含義     一般電子技術(shù)中的接地有兩種含義。第一種含義是指接真正的大地即與地球保持等電位，而且常常局限于所在實(shí)驗(yàn)室附近的大地。對于交流供電電網(wǎng)的地線，通常是指三相電力變壓器的

32、中線(又稱零線)，它是在發(fā)電廠接大地。第二種含義是指接電子測量儀器、設(shè)備、被測電路等的公共聯(lián)接點(diǎn)。這個(gè)公共聯(lián)接點(diǎn)通常與機(jī)殼直接聯(lián)接在一起，或通過一個(gè)大電容(有時(shí)還并聯(lián)一個(gè)大電阻-有形或無形的)與機(jī)殼相聯(lián)(這在交流意義上也相當(dāng)于短路)。因此，至少在交流意義上，可以把一個(gè)測量系統(tǒng)中的公共聯(lián)接點(diǎn)，即電路的地線與儀器或設(shè)備的機(jī)殼看作同義語。研究接地問題應(yīng)包括兩方面的內(nèi)容：保證實(shí)驗(yàn)者人身安全的安全接地和保證正常實(shí)驗(yàn)、抑制噪聲的技術(shù)接地。 二、安全接地    絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室所用的測量儀器和設(shè)備都由50Hz，220V的交流電網(wǎng)供電，供電線路的中線(零線)已經(jīng)在發(fā)電廠用良導(dǎo)體接大

33、地，另一根為相線(又稱為火線)。如果儀器或設(shè)備長期處于濕度較高的環(huán)境或長期受潮未烘烤、變壓器質(zhì)量低劣等，變壓器的絕緣電阻就會(huì)明顯下降。通電后，如人體接觸機(jī)殼就有可能觸電。為了防止因漏電使儀器外殼電位升高，造成人身事故，應(yīng)將儀器外殼接大地。為了避免觸電事故的發(fā)生，可在通電后用試電筆檢查機(jī)殼是否明顯帶電。一般情況下，電源變壓器初級線圈兩端的漏電阻是不相同的，因此，往往把單相電源插頭換個(gè)方向插入電源插座中部可削弱甚至消除漏電現(xiàn)象。圖1.1.6 利用三孔插座進(jìn)行安全接地    比較安全的辦法是采用三孔插頭座，如圖1.1.6中，三孔插座中間較粗的插孔與本實(shí)驗(yàn)室的地線(實(shí)驗(yàn)室

34、的大地)相接，另外兩個(gè)較細(xì)的插孔，一個(gè)接220V相線(火線)，另一個(gè)接電網(wǎng)零線（中線），由于實(shí)驗(yàn)室的地線與電網(wǎng)中線的實(shí)際節(jié)點(diǎn)不同，二者之間存在一定的大地電阻d(這個(gè)電阻還隨地區(qū)、距離、季節(jié)等變化，一般是不穩(wěn)定的)，如圖1.1.7所示。     電網(wǎng)零線與實(shí)驗(yàn)室大地之間由于存在沿線分布的大地電阻，因此不允許把電網(wǎng)中線與實(shí)驗(yàn)室地線相聯(lián)。否則，零線電流會(huì)在大地電阻d上形成一個(gè)電位差。同樣道理，也不能用電網(wǎng)零線代替實(shí)驗(yàn)室地線。實(shí)驗(yàn)室地線是將大的金屬板或金屬棒深埋在實(shí)驗(yàn)室附近的地下(并用撒食鹽等辦法來減小接地電阻)，然后用粗導(dǎo)線與之焊牢再引入實(shí)驗(yàn)室，分別接入各電源插座的相應(yīng)

35、位置。圖1.1.7 實(shí)驗(yàn)室的地線與電網(wǎng)電線間的電阻    三孔插頭中較粗的一根插頭應(yīng)與儀器或設(shè)備的機(jī)殼相聯(lián)，另外兩根較細(xì)的插頭分別與儀器或設(shè)備的電源變壓器的初級線圈的兩端相聯(lián)。利用如圖1.1.6所示的電源插接方式，就可以保證儀器或設(shè)備的機(jī)殼始終與實(shí)驗(yàn)室大地處于同電位，從而避免了觸電事故。如果電子儀器或設(shè)備沒有三孔插頭，也可以用導(dǎo)線將儀器或設(shè)備的機(jī)殼與實(shí)驗(yàn)室大地相聯(lián)。三、技術(shù)接地    1接地不良引入干擾    在電子電路實(shí)驗(yàn)中，由信號源、被測電路和測試儀器所構(gòu)成的測試系統(tǒng)必須具有公共的零電位線(即接地的第

36、二種含義)，被測電路、測量儀器的接地除了保證人身安全外，還可防止干擾或感應(yīng)電壓竄入測量系統(tǒng)或測量儀器形成相互間的干擾，以及消除人體操作的影響。接地是使測量穩(wěn)定所必需的,抑制外界的干擾，保證電子測量儀器和設(shè)備能正常工作。如果接地不當(dāng)，可能會(huì)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)者所不希望的結(jié)果。下面舉幾個(gè)常見的例子來說明。    如圖1.1.8所示為用晶體管毫伏表測量信號發(fā)生器輸出電壓，因未接地或接地不良引入干擾的示意圖。圖1.1.8接地不良引入干擾    在圖1.1.8中，1、2分別為信號發(fā)生器和晶體管毫伏表的電源變壓器初級線圈對各自機(jī)殼(地線)的分布電容，3、4

37、分別為信號發(fā)生器和晶體管毫伏表的機(jī)殼對大地的分布電容。由于圖中晶體管毫伏表和信號發(fā)生器的地線沒有相連，因此實(shí)際到達(dá)晶體管毫伏表輸入端的電壓為被測電壓x與分布電容3、4所引入的50Hz干擾電壓C3、C4之和(如圖1.1.8(b)所示)，由于晶體管毫伏表的輸入阻抗很高(兆歐級)，故加到它上面的總電壓可能很大而使毫伏表過負(fù)荷，表現(xiàn)為在小量程檔表頭指針超量程而打表。    如果將圖1.1.8中的晶體管毫伏表改為示波器，則會(huì)在示波器的熒光屏上看到如圖1.1.9(a)所示的干擾電壓波形，將示波器的靈敏度降低可觀察到如圖1.1.9(b)所示的一個(gè)低頻信號疊加一個(gè)高頻信號的信號波

38、形，并可測出低頻信號的頻率為50Hz。（a） （b）圖1.1.9示波器觀測50Hz干擾信號波形如果將圖1.1.8中信號發(fā)生器和晶體管毫伏表的地線相聯(lián)(機(jī)殼)或兩地線(機(jī)殼)分別接大地，干擾就可消除。因此，對高靈敏度、高輸入阻抗的電子測量儀器應(yīng)養(yǎng)成先接好地線再進(jìn)行測量的習(xí)慣。 在實(shí)驗(yàn)過程中，如果測量方法正確、被測電路和測量儀器的工作狀態(tài)也正常，而得到的儀器讀數(shù)卻比預(yù)計(jì)值大得多或在示波器上看到如圖1.1.9所示的信號波形，那么，這種現(xiàn)象很可能就是地線接觸不良造成的。2儀器信號線與地線接反引入干擾有的實(shí)驗(yàn)者認(rèn)為，信號發(fā)生器輸出的是交流信號，而交流信號可以不分正負(fù)，所以信號線與地線可以互換使用，其實(shí)不

39、然。    如圖1.1.10(a)所示，用示波器觀測信號發(fā)生器的輸出信號，將兩個(gè)儀器的信號線分別與對方的地線(機(jī)殼)相聯(lián)，即兩儀器不共地。1、2分別為兩儀器的電源變壓器的初級線圈對各自機(jī)殼的分布電容，3、4分別為兩儀器的機(jī)殼對大地的分布電容，那么圖1.1.10(a)可以用圖1.1.10(b)來表示，圖中C3、C4為分布電容3、4所引入的50Hz干擾，在示波器熒光屏上所看到的信號波形疊加有50Hz干擾信號，因而包絡(luò)不再是平直的而是呈近似的正弦變化。圖1.1.10 信號線與地線接反引入干擾    如果將信號發(fā)生器和示波器的地線(機(jī)殼)相連

40、或兩地線(機(jī)殼)分別與實(shí)驗(yàn)室的大地相接，那么，在示波器的熒光屏上就觀測不到任何信號波形，信號發(fā)生器的輸出端被短路。    3高輸入阻抗儀表輸入端開路引入干擾     以示波器為例來說明這個(gè)問題。如圖1.1.11(a)所示，1、2分別為示波器輸入端對電源變壓器初級線圈和大地的分布電容，3、4分別為機(jī)殼對電源變壓器初級線圈和大地的分布電容。此電路可等效為如圖1.1.11(b)所示電路，可見，這些分布參數(shù)構(gòu)成一個(gè)橋路，當(dāng)1423時(shí)，示波器的輸入端無電流流過。但是，對于分布參數(shù)來說，一般不可能滿足1423，因此示波器的輸入端就有50Hz的市電

41、電流流過，熒光屏上就有50Hz交流電壓信號顯示。如果將示波器換成晶體管毫伏表，毫伏表的指針就會(huì)指示出干擾電壓的大小。正是由于這個(gè)原因，毫伏表在使用完畢后，必須將其量程旋鈕置3V以上檔位，并使輸入端短路，否則，一開機(jī)，毫伏表的指針會(huì)出現(xiàn)打表現(xiàn)象。圖1.1.11示波器輸入端開路引入干擾    4接地不當(dāng)將被測電路短路     這個(gè)問題在使用雙蹤示波器時(shí)尤其應(yīng)注意。如圖1.1.12所示，由于雙蹤示波器兩路輸入端的地線都是與機(jī)殼相聯(lián)的，因此，在圖1.1.12(a)中，示波器的第一路(CHl)觀測被測電路的輸入信號，連接方式是正確的，

42、而示波器的第二路(CH2)觀測被測電路的輸出信號，連接方式是錯(cuò)誤的，導(dǎo)致了被測電路的輸出端被短路。在圖1.1.12(b)中，示波器的第二路(CH2)觀測被測電路的輸出信號，連接方式是正確的，而示波器的第一路(CHl)，觀測被測電路的輸入信號，連接方式是錯(cuò)誤的，導(dǎo)致了被測電路的輸入端被短路。圖1.1.12 接地不當(dāng)將被測電路短路    此外，接地時(shí)應(yīng)避免多點(diǎn)接地，而采取一點(diǎn)接地方法，以排除對測量結(jié)果的干擾而產(chǎn)生測量誤差。尤其多個(gè)測量電儀器間有二點(diǎn)以上接地時(shí)更需注意。如果實(shí)驗(yàn)室電源有地線，此項(xiàng)干擾可以排除，否則，由于兩處接地，工作電流在各接地點(diǎn)間產(chǎn)生電壓降或

43、在接地點(diǎn)間產(chǎn)生電磁感應(yīng)電壓，這些原因也會(huì)造成測量上的誤差。為此，必須采取一點(diǎn)接地措施。     在測量放大囂的放大倍數(shù)或觀察其輸入、輸出波形關(guān)系時(shí)，也要強(qiáng)調(diào)放大器、信號發(fā)生器、晶體管毫伏表以及示波器實(shí)行共地測量，以此來減小測量誤差與干擾。 電子電路測量誤差實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理類別：電子綜合 實(shí)驗(yàn)中，任何直接測量所得到的數(shù)值都是近似值。由這些近似值再根據(jù)一定的理論計(jì)算公式，通過運(yùn)算而得到的間接測量值當(dāng)然也是近似值。為了減小不應(yīng)有的誤差，獲得較精確的測量結(jié)果，測量值的讀取和運(yùn)算必須遵守一定的規(guī)則。1直接測量數(shù)據(jù)的讀取一般情況下，直接測量所得到的數(shù)據(jù)的誤差只用一位數(shù)字

44、表示。這時(shí)，儀器讀數(shù)的最后一位是讀數(shù)誤差的所在位。為了減小讀數(shù)誤差，從儀器上讀取數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)盡可能地估讀到儀器最小刻度的110。有些分度較窄而指針較寬的指針式儀表，可以估讀到其指示度盤的最小刻度的15或12。測量數(shù)據(jù)的讀數(shù)位數(shù)應(yīng)與對測量精度要求的位數(shù)相適應(yīng)。恰當(dāng)?shù)淖x數(shù)位數(shù)與正確地選擇儀器、儀表有關(guān)，還與正確選擇儀器、儀表的量程有關(guān)。測量時(shí)，指針式儀表的指針偏轉(zhuǎn)應(yīng)在量程13以上的位置。對數(shù)字式儀表、電橋和電位差計(jì)等，應(yīng)選擇使它們的最高位或第一個(gè)測量盤有讀數(shù)。為了提高測量結(jié)果的可靠性和精確度，在相同情況下，應(yīng)對同一被測量采用較多次數(shù)的重復(fù)測量。特別是在有干擾影響或在動(dòng)態(tài)測量的時(shí)候，儀器讀數(shù)的指示裝置

45、往往不穩(wěn)定，在這種情況下，更應(yīng)讀取多次的測量數(shù)據(jù)，通過求算術(shù)平均值的方法，來確定被測量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，或者在不嚴(yán)格的情況下，讀取其指示數(shù)值中出現(xiàn)次數(shù)最多的數(shù)據(jù)作為測量的結(jié)果。2實(shí)驗(yàn)曲線測量數(shù)據(jù)的讀取在測量兩個(gè)或多個(gè)量之間關(guān)系變化的實(shí)驗(yàn)曲線時(shí)，為了使測量數(shù)據(jù)能充分、正確地體現(xiàn)被測量間關(guān)系變化的客觀規(guī)律，在讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，在曲線變化劇烈的部分要多取數(shù)據(jù)點(diǎn)，在曲線變化比較緩慢或線性變化區(qū)，可少取數(shù)據(jù)點(diǎn)，曲線上極值點(diǎn)和拐點(diǎn)處的數(shù)據(jù)要完整。為了便于測量，在讀取數(shù)據(jù)前，首先應(yīng)仔細(xì)觀察隨自變量變化的曲線形狀，對變化關(guān)系復(fù)雜的曲線，可先根據(jù)觀察的數(shù)據(jù)畫出曲線的大致形狀，標(biāo)出其特殊點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以備精確測量數(shù)據(jù)時(shí)作參考

46、。然后，根據(jù)被測曲線的變化特征列表，讀取測量數(shù)據(jù)，這樣可以提高測量的速度和精度。3測量數(shù)據(jù)的有效數(shù)字實(shí)驗(yàn)中所得測量數(shù)據(jù)或由計(jì)算所得測量結(jié)果，從第一個(gè)非零數(shù)字算起，到誤差最低位所對應(yīng)的那位數(shù)字為止的全部數(shù)字，在測量上稱為有效數(shù)字。如果一個(gè)測量數(shù)的有效數(shù)字為n位，就說此數(shù)字為n位有效數(shù)字。例如，測得I=15.8±0.01mA，表示被測量I的測量值為15.80 mA，測量誤差為0.01mA，其有效數(shù)字為15.80，為四位有效數(shù)字。一般說來，測量結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)越多，測量的相對誤差就越小，表示測量的精確度就越高。測量結(jié)果之間有效數(shù)字的末位是由絕對誤差決定的，它表示測量結(jié)果精確到的具體位數(shù)。

47、因此，用有效數(shù)字讀取測量數(shù)據(jù)時(shí)，其位數(shù)不能少記，也不能多記，無論測量值末位數(shù)值是否為“0”，它都應(yīng)與絕對誤差的末位相對應(yīng)。第一部分電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 實(shí) 驗(yàn) 的 基 本 知 識 11 電子電路測量技術(shù)的基本知識 一、要點(diǎn)提示 1、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的目的和意義 2、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的一般要求 3、誤差分析與測量結(jié)果的處理 4、測量儀器的阻抗對測量的影響 5、接地、電源接地 二、內(nèi)容簡介 1.1.1 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的目的和意義 實(shí)驗(yàn)是將事物置于控制的或特定的條件下加以觀測。是對事物發(fā)展規(guī)律進(jìn)行科學(xué)認(rèn)識的必要環(huán)節(jié)是科學(xué)理論的源泉自然科學(xué)的根本工程技術(shù)的基礎(chǔ)。任何科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都離不開實(shí)驗(yàn)。電子

48、技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科它的任務(wù)是使學(xué)生獲得電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識和基本技能。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練特別是技能的訓(xùn)練對提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力特別是畢業(yè)后的實(shí)際工作能力具有十分重要的意義。 電子技術(shù)是一門飛速發(fā)展的學(xué)科市場經(jīng)濟(jì)需要的是具有一定實(shí)際工作能力的復(fù)合型人才而實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生諸能力方面有一定的優(yōu)勢。在實(shí)驗(yàn)過程中通過分析、驗(yàn)證器件和電路的工作原理及功能對電路進(jìn)行分析、調(diào)試、故障排除和性能指標(biāo)的測量自行設(shè)計(jì)、制作各種功能的實(shí)際電路等多方面的系統(tǒng)訓(xùn)練可以使學(xué)生的各種實(shí)驗(yàn)技能得以提高實(shí)際工作能力也得到了鍛煉。同時(shí)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、觀測能力、表達(dá)能力、動(dòng)手能力、查閱文獻(xiàn)資料的能力

49、等綜合素質(zhì)也得到了提高。此外通過實(shí)驗(yàn)還可以培養(yǎng)學(xué)生勤奮進(jìn)取、嚴(yán)肅認(rèn)真、理論聯(lián)系實(shí)際的務(wù)實(shí)作風(fēng)和為科學(xué)事業(yè)奮斗的精神。 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)按性質(zhì)可分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、訓(xùn)練性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)四大類。 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和訓(xùn)練性實(shí)驗(yàn)是針對于電子技術(shù)基礎(chǔ)理論而設(shè)置的通過實(shí)驗(yàn)獲得感性認(rèn)識。驗(yàn)證和鞏固重要的基礎(chǔ)理論同時(shí)使學(xué)生掌握測量儀器的工作原理和規(guī)范使用熟悉常用元器件的原理和性能掌握其參數(shù)的測量方法和元器件的使用方法掌握基本實(shí)驗(yàn)知識、基本實(shí)驗(yàn)方法和基本實(shí)驗(yàn)技能。同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生一定的安裝、調(diào)試、分析、尋找故障等技能。 綜合性實(shí)驗(yàn)側(cè)重于對一些理論知識的綜合應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)的綜合分析其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用理論知識能力和解

50、決較復(fù)雜的實(shí)際問題的能力包括實(shí)驗(yàn)理論的系統(tǒng)性、實(shí)驗(yàn)方案的完整性、可行性、元器件及測量儀器的綜合應(yīng)用等。 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生來說既有綜合性又有探索性。它主要側(cè)重于某些理論知識的靈活應(yīng)用。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立查閱資料、設(shè)計(jì)方案與組合實(shí)驗(yàn)等工作并寫出試驗(yàn)報(bào)告。借助于計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)可以使實(shí)驗(yàn)方案更加完善、合理。這類實(shí)驗(yàn)對提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ确矫娣浅Ｓ幸妗?1.1.2 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的一般要求 盡管每個(gè)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的目的和內(nèi)容不同但為了培養(yǎng)良好的學(xué)風(fēng)充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)精神促使其獨(dú)立思考、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并有所創(chuàng)新。我們對電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段、進(jìn)行階段、完成階段和實(shí)驗(yàn)報(bào)告分別提出下列基本要求。 一

51、、 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備 為了避免盲目性參加實(shí)驗(yàn)者應(yīng)對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)。通過預(yù)習(xí)明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笳莆諏?shí)驗(yàn)的基本原理看懂實(shí)驗(yàn)電路圖查閱有關(guān)資料擬出實(shí)驗(yàn)方法和步驟設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格對思考題作出解答初步估算或分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果最后做出預(yù)習(xí)報(bào)告。 二、 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行 參加實(shí)驗(yàn)者要自覺遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)則。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容合理布置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場。儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)裝置安放要適當(dāng)。檢查所用器件和儀器是否完好然后按實(shí)驗(yàn)方案搭接實(shí)驗(yàn)電路和測試電路。并認(rèn)真檢查確保無誤后方可通電測試。 認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)條件和所得資料、波形并進(jìn)行分析判斷所得資料、波形是否正確。發(fā)生故障應(yīng)獨(dú)立思考耐心尋找故障原因并排除記錄排除故障的過程和方法。 仔細(xì)申閱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求確保實(shí)驗(yàn)內(nèi)

52、容完整測量結(jié)果準(zhǔn)確無誤現(xiàn)象合理。 實(shí)驗(yàn)中若發(fā)生異?，F(xiàn)象應(yīng)立即切斷電源并報(bào)請指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)室有關(guān)人員等候處理。 三、實(shí)驗(yàn)完成 必須實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對實(shí)驗(yàn)工作的全面總結(jié)。學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后用簡明的形式將實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)情況完整地和真實(shí)地表達(dá)出來。 1. 驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下幾個(gè)部分 實(shí)驗(yàn)的目的和要求。 實(shí)驗(yàn)電路、測試電路和實(shí)驗(yàn)的工作原理。 實(shí)驗(yàn)用的儀器、主要工具。 實(shí)驗(yàn)的具體步驟、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)過程的詳細(xì)情況記錄。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析。必要時(shí)應(yīng)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差分析。 實(shí)驗(yàn)小結(jié)。實(shí)驗(yàn)小結(jié)即總結(jié)實(shí)驗(yàn)完成情況對實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論對實(shí)驗(yàn)中遇到的問題進(jìn)行分析簡單敘述實(shí)驗(yàn)的收獲和體會(huì)。 參考資料。記

53、錄實(shí)驗(yàn)前、后閱讀的有關(guān)資料。應(yīng)記錄資料的名稱、作者和簡單內(nèi)容。為今后查閱提供方便。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本要求 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本要求是結(jié)論正確、分析合理、討論深入、文理通順、簡明扼要、符號標(biāo)準(zhǔn)、字跡端正、圖表清晰。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上還應(yīng)注明課題、實(shí)驗(yàn)者、實(shí)驗(yàn)日期、使用儀器編號等內(nèi)容。 1.1.3 誤差分析與測量結(jié)果的處理 在科學(xué)實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐的過程中為了獲取表征被研究對象的特征的定量信息必須準(zhǔn)確地進(jìn)行測量。在測量過程中由于各種原因測量結(jié)果和待測量的客觀真值之間總存在一定差別即測量誤差。因此分析誤差產(chǎn)生的原因如何采取措施減少誤差使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確對實(shí)驗(yàn)人員及科技工作者來說是必須了解和掌握的。 一、 差的來源與分

54、類 1測量誤差的來源 測量誤差的來源主要有以下幾個(gè)方面 1 儀器誤差 儀器誤差是指測量儀器本身的電氣或機(jī)械等性能不完善所造成的誤差。顯然消除儀器誤差的方法是配備性能優(yōu)良的儀器并定時(shí)對測量儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。 2 使用誤差也稱操作誤差 指測量過程中因操作不當(dāng)而引起的誤差。減小使用誤差的辦法是測量前詳細(xì)閱讀儀器的使用說明書嚴(yán)格遵守操作規(guī)程提高實(shí)驗(yàn)技巧和對各種儀器和操作能力。 例如萬用表表盤上的符號60o分別表示萬用表垂直位置使用水平位置使用與水平面傾斜成60o使用。使用時(shí)應(yīng)按規(guī)定放置萬用表否則會(huì)帶來誤差至于用歐姆檔測電阻前不調(diào)零所帶來的誤差更是顯而易見的。 3 方法誤差又稱理論誤差 它是指由于使用的測量

55、方法不完善、理論依據(jù)不嚴(yán)密、對某些經(jīng)典測量方法作了不適當(dāng)?shù)男薷暮喕a(chǎn)生的即凡是在測量結(jié)果的表達(dá)式中沒有得到反映的因素而實(shí)際上這些因素在測量過程中又起到一定的作用所引起的誤差。例如用伏安法測電阻時(shí)若直接以電壓表示值與電流表示值之比作測量結(jié)果而不計(jì)電表本身內(nèi)阻的影響就會(huì)引起誤差。 測量誤差的分類 測量誤差按性質(zhì)和特點(diǎn)可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和疏失誤差三大類。 1 系統(tǒng)誤差 是指在相同條件下重復(fù)測量同一量時(shí)誤差的大小和符號保持不變或按照一定的規(guī)律變化的誤差。系統(tǒng)誤差一般可通過實(shí)驗(yàn)或分析方法查明其變化規(guī)律及產(chǎn)生原因后可以減少或消除。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)誤差常來源于測量儀器的調(diào)整不當(dāng)和使用方法不當(dāng)所致。

56、 2隨機(jī)誤差偶然誤差 在相同條件下多次重復(fù)測量同一量時(shí)誤差大小和符號無規(guī)律的變化的誤差稱為隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差不能用實(shí)驗(yàn)方法消除。但從隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)規(guī)律中可了解它的分布特性并能對其大小及測量結(jié)果的可靠性作出估計(jì)或通過多次重復(fù)測量然后取其中算術(shù)平均值來達(dá)到目的。 3粗差 這是一種過失誤差。這種誤差是由于測量者對儀器不了解、粗心導(dǎo)致讀數(shù)不正確而引起的測量條件的突然變化也會(huì)引起粗差。含有粗差的測量值稱為壞值或異常值。必須根據(jù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法的某些準(zhǔn)則去判斷哪個(gè)測量值是壞值然后去除。 二 、 誤差的表示方法 誤差可以用絕對誤差和相對誤差來表示。 1絕對誤差 設(shè)被測量量的真值為o測量儀器的示值為X則絕對值為

57、XXo 在某一時(shí)間及空間條件下被測量量的真值雖然是客觀存在的但一般無法測得只能盡量逼近它。故常用高一級標(biāo)準(zhǔn)測量儀器的測量值代替真值o則 XX 在測量前測量儀器應(yīng)由高一級標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行校正校正量常用修正值C表示。對于被測量量高一級標(biāo)準(zhǔn)儀器的示值減去測量儀器的示值所得的差值就是修正值。實(shí)際上修正值就是絕對誤差只是符號相反 CXX 利用修正值便可得該儀器所測量的實(shí)際值 AXC 例如用電壓表測量電壓時(shí)電壓表的示值為1.1V通過鑒定得出其修正值為0.01V。則被測電壓的真值為 A1.10.011.09V 修正值給出的方式可以是曲線、公式或數(shù)表。對于自動(dòng)測驗(yàn)儀器修正值則預(yù)先編制成有關(guān)程序存于儀器中測量時(shí)對誤

58、差進(jìn)行自動(dòng)修正所得結(jié)果便是實(shí)際值。 相對誤差 絕對誤差值的大小往往不能確切地反映出被測量量的準(zhǔn)確程度。例如測100V電壓時(shí)X12V在測10V電壓時(shí)X2.5雖然X1X2可實(shí)際X1只占被測量量的而X2卻占被測量的5。顯然后者的誤差對測量結(jié)果的影響相對較大。因此工程上常采用相對誤差來比較測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度。 相對誤差又分為實(shí)際相對誤差、示值相對誤差和引用或滿度相對誤差。 1實(shí)際相對誤差是用絕對誤差X與被測量的實(shí)際值A(chǔ)的比值的百分?jǐn)?shù)來表示的相對誤差記為 2示值相對誤差是用絕對誤差X與儀器給出值X的百分?jǐn)?shù)來表示的相對誤差即 3引用或滿度相對誤差是用絕對誤差X與儀器的滿刻度值Xm之比的百分?jǐn)?shù)來表示的相對誤

59、差即 電工儀表的準(zhǔn)確度等級就是由 決定的如1.5級的電表表明±1.5。我國電工儀表按 值共分七級0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。若某儀表的等級是S級它的滿刻度值為Xm則測量的絕對誤差為 XXm³S 其示值相對誤差為 在上式中總是滿足XXm的可見當(dāng)儀表等級S選定后X愈接近Xm時(shí) 的上限值愈小測量愈準(zhǔn)確。因此當(dāng)我們使用這類儀表進(jìn)行測量時(shí)一般應(yīng)使被測量的值盡可能在儀表滿刻度值的二分之一以上。 二、 測量結(jié)果的處理 測量結(jié)果通常用數(shù)字或圖形表示。下面分別進(jìn)行討論。 1.測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理 1有效數(shù)字 由于存在誤差所以測量資料總是近似值它通常由可靠數(shù)字和欠準(zhǔn)數(shù)

60、字兩部分組成。例如由電流表測得電流為12.6mA這是個(gè)近似數(shù)12是可靠數(shù)字而末位6為欠準(zhǔn)數(shù)字即12.6為三位有效數(shù)字。有效數(shù)字對測量結(jié)果的科學(xué)表述極為重要。 對有效數(shù)字的正確表示應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 與計(jì)量單位有關(guān)的quot0quot不是有效數(shù)字例如0.054A與54mA這兩種寫法均為兩位有效數(shù)字。 小數(shù)點(diǎn)后面的quot0quot不能隨意省略例如18mA與18.00mA是有區(qū)別的前者為兩位有效數(shù)字后者則是四位有效數(shù)字。 對后面帶quot0quot的大數(shù)目數(shù)字不同寫法其有效數(shù)字位數(shù)是不同的例如3000如寫成30³10 2則成為兩位有效數(shù)字若寫成3³103則成為一位有效數(shù)字如寫成30

61、00±1就是四位有效數(shù)字。 如已知誤差則有效數(shù)字的位數(shù)應(yīng)與誤差所在位相一致即有效數(shù)字的最后一位數(shù)應(yīng)與誤差所在位對齊。如儀表誤差為±0.02V測得數(shù)為3.2832V其結(jié)果應(yīng)寫作3.28V。因?yàn)樾?shù)點(diǎn)后面第二位quot8quot所在位已經(jīng)產(chǎn)生了誤差所以從小數(shù)點(diǎn)后面第三位開始后面的quot32quot已經(jīng)沒有意義了寫結(jié)果時(shí)應(yīng)舍去。 當(dāng)給出的誤差有單位時(shí)則測量資料的寫法應(yīng)與其一致。如頻率計(jì)的測量誤差為±數(shù)kHz其測得某信號的的頻率為7100kHz可寫成7.100MHz和7100³103Hz若寫成7100000或7.1MHz是不行的。因?yàn)楹笳叩挠行?shù)字與儀器的測量

62、誤差不一致。 2數(shù)據(jù)舍入規(guī)則 為了使正、負(fù)舍入誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)大致相等現(xiàn)已廣泛采用quot小于5舍大于5入等于5時(shí)取偶數(shù)quot的舍入規(guī)則。即 若保留n位有效數(shù)字當(dāng)后面的數(shù)值小于第n位的0.5單位就舍去 若保留n位有效數(shù)字當(dāng)后面的數(shù)值大于第n位的0.5單位就在第n位數(shù)字上加1 若保留n位有效數(shù)字當(dāng)后面的數(shù)值恰為第n位的0.5單位則當(dāng)?shù)趎位數(shù)字為偶數(shù)02468時(shí)應(yīng)舍去后面的數(shù)字即末位不變當(dāng)?shù)趎位數(shù)字為奇數(shù)13579時(shí)第n位數(shù)字應(yīng)加1即將末位湊成為偶數(shù)。這樣由于舍入概率相同當(dāng)舍入次數(shù)足夠多時(shí)舍入的誤差就會(huì)抵消。同時(shí)這種舍入規(guī)則使有效數(shù)字的尾數(shù)為偶數(shù)的機(jī)會(huì)增多能被除盡的機(jī)會(huì)比奇數(shù)多有利于準(zhǔn)確計(jì)算。 3

63、有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則 當(dāng)測量結(jié)果需要進(jìn)行中間運(yùn)算時(shí)有效數(shù)字的取舍原則上取決于參與運(yùn)算的各數(shù)中精度最差的那一項(xiàng)。一般應(yīng)遵循以下規(guī)則 當(dāng)幾個(gè)近似值進(jìn)行加、減運(yùn)算時(shí)在各數(shù)中采用同一計(jì)量單位以小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少的那一個(gè)數(shù)如無小數(shù)點(diǎn)則為有效位數(shù)最少者為準(zhǔn)其余各數(shù)均舍入至比該數(shù)多一位后再進(jìn)行加減運(yùn)算結(jié)果所保留的小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)應(yīng)與各數(shù)中小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少者的位數(shù)相同。 進(jìn)行乘除運(yùn)算時(shí)在各數(shù)中以有效數(shù)字位數(shù)最少的那一個(gè)數(shù)為準(zhǔn)其余各數(shù)及積或商均舍入至比該因子多一位后進(jìn)行運(yùn)算而與小數(shù)點(diǎn)位置無關(guān)。運(yùn)算結(jié)果的有效數(shù)字的位數(shù)應(yīng)取舍成與運(yùn)算前有效數(shù)字位數(shù)最少的因子相同。 將數(shù)平方或開方后結(jié)果可比原數(shù)多保留一位。 用對數(shù)進(jìn)行運(yùn)算

64、時(shí)n位有效數(shù)字的數(shù)應(yīng)該用n位對數(shù)表 若計(jì)算式中出現(xiàn)如e、 等常數(shù)時(shí)可根據(jù)具體情況來決定它們應(yīng)取的位數(shù)。 2測量結(jié)果的曲線處理 在分析兩個(gè)或多個(gè)物理量之間的關(guān)系時(shí)用曲線比用數(shù)字、公式表示常常更形象和直觀。因此測量結(jié)果常要用曲線來表示。在實(shí)際測量過程中由于各種誤差的影響測量數(shù)據(jù)將出現(xiàn)離散現(xiàn)象如將測量點(diǎn)直接連接起來將不是一條光滑的曲線而是呈折線狀。如圖1.1.1所示但我們應(yīng)用有關(guān)誤差理論可以把各種隨機(jī)因素引起的曲線波動(dòng)抹平使其成為一條光滑均勻的曲線這個(gè)過程稱為曲線的修勻。 圖1.1.1 直線連接測量點(diǎn)時(shí)曲線的波動(dòng)情況 圖1.1.2 分組平均法修均曲線 在要求不太高的測量中常采用一種簡便、可行的工程方法-分組平均法來修勻曲線。這種方法是將各測量點(diǎn)分成若干組每組含24個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)然后分別估取各組的幾何重心再將這些重心連接起來。圖1.1.2就是每組取24個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行平均后的修勻曲線。這條曲線由于進(jìn)行了測量點(diǎn)的平均在一定程度上減少了偶然誤差的影響使之較為符合實(shí)際情況。 1.1.4 測量儀器的阻抗對測量的影響 被測電路的輸入或輸出阻抗與測量儀器的輸