第3章常用電子測量儀器

1、主編主編 肖曉萍肖曉萍電子測量教程電子測量教程第第2 2版版 電子教案電子教案面向21世紀(jì)系列教材機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 目目 錄錄l第1章 緒論 l第2章 誤差分析和測量數(shù)據(jù)處理 l第3章 常用電子測量儀器 l第4章 示波測試和測量技術(shù) l第5章 電路元器件參數(shù)的測量 l第6章 電子電路參數(shù)的測量 l第7章 頻域測量 l第8章 數(shù)據(jù)域測量 l第9章 自動測試系統(tǒng) 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 第第3章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 l本章重點本章重點l3.1 電壓測量儀器電壓測量儀器l3.1.1 概述概述l3.1.2

2、 模擬式電壓表模擬式電壓表l3.1.3 數(shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表l3.1.4 數(shù)字式萬用表數(shù)字式萬用表l3.2 信號發(fā)生器信號發(fā)生器l3.2.1 概述概述第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 l3.2.2 頻率合成技術(shù)頻率合成技術(shù)l3.2.3 任意波形信號發(fā)生器任意波形信號發(fā)生器l3.3 頻率測量儀器頻率測量儀器l3.3.1 概述概述l3.3.2 數(shù)字頻率計數(shù)字頻率計l3.3.3 通用電子計數(shù)器通用電子計數(shù)器l3.4 實訓(xùn)實訓(xùn)l3.5 習(xí)題習(xí)題 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 本章重點本章重點l電壓測量儀器電壓測量儀器（模擬式電壓表、數(shù)字式電壓表、數(shù)（模擬式電壓表、數(shù)

3、字式電壓表、數(shù)字式萬用表）字式萬用表）l信號發(fā)生器信號發(fā)生器l頻率測量儀器頻率測量儀器第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3.1 電壓測量儀器電壓測量儀器3.1.1 概述概述電壓電壓表征電信號能量的三個基本參數(shù)表征電信號能量的三個基本參數(shù)（電壓、電流、功率）之一。（電壓、電流、功率）之一。l1電壓測量對儀表的基本要求l2電壓測量儀器的分類l3交流電壓的基本參數(shù)（1）峰值（圖3-1）（2）平均值（圖3-2）（3）有效值 （4）波形因數(shù)和波峰因數(shù) 表3-1第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3.1.2 模擬式電壓表模擬式電壓表1分類l 按電壓表工作頻段分類l 按測量電壓的量

4、級分類l 按刻度特性分類l 按電路組成不同分類l 按檢波原理分類2模擬式電壓表的結(jié)構(gòu)原理l 普通直流電壓表 圖3-3l 直流電子電壓表 圖3-4l 模擬式交流電壓表 圖3-5第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 電壓表度盤是以正弦波的有效值定度的。電壓表度盤是以正弦波的有效值定度的。 放大-檢波式 圖3-5(a) l頻率范圍受放大器頻帶的限制，一般為20Hz10MHz。 l靈敏度受放大器內(nèi)部噪聲的限制，可做到mV級，可作為“低頻毫伏表”、“視頻毫伏表”。 l檢波器多為平均值型或有效值型檢波器，分別構(gòu)成平均值電壓表和有效值電壓表。l平均值電壓表測量交流電壓時，讀數(shù)與被測電壓的平均值成正

5、比。 l有效值電壓表測量交流電壓時，示值就是被測交流信號的有效值。第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 檢波-放大式圖3-5（b）l測量頻率范圍取決于檢波器的頻率響應(yīng)，稱“高頻電壓表”或“超高頻電壓表” 。l采用峰值檢波器的電壓表稱為峰值電壓表。l峰值電壓表的讀數(shù)與被測電壓的峰值成正比。 外差式 圖3-5（c）l既有較高的上限工作頻率，又有很高的靈敏度，常用作高頻微伏表，其上限頻率可達(dá)幾百兆赫，最小量程達(dá)微伏級。第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3YB2173交流毫伏表l 技術(shù)性能指標(biāo) 電壓測量量程300100（分貝范圍-70dB+40dB） 工作頻率范圍：5Hz2MH

6、z（雙路） 電壓誤差：3%（基準(zhǔn)頻率1KHz） 頻率響應(yīng)誤差：在20Hz200KHz擋3%，在5Hz20Hz，200KHz2MHz擋10%（以上誤差均為滿度值之比值） 輸入阻抗1M；輸入電容50PF 最大輸入電壓： 3001量程時300；3100量程時500 刻度值：正弦波有效值1=0 dB值，1mW=0dBm 電源電壓：額定電壓220（50 Hz） l 模擬式電壓表的使用方法YB2173前面板配置圖及說明 圖3-6操作方法第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 1分類l 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。l 按A/D轉(zhuǎn)換器的原理分：比較式、積分式和復(fù)合式。2DVM

7、的主要技術(shù)指標(biāo)l測量范圍l分辨力l測量速度l輸入阻抗l固有誤差和工作誤差l抗干擾能力l輸入零電流3.1.3 數(shù)字式電壓表（數(shù)字式電壓表（DVM ）第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3結(jié)構(gòu)原理圖3-7l直流數(shù)字電壓表是許多數(shù)字式電測儀表的核心部件。 l交流電壓的測量需附加一個交流（AC）/直流（DC）變換器。l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 圖3-8設(shè)被測電壓Ux=1893 mV，則電路完成一次A/D變換的比較過程 圖3-9積分型DVM 圖3-10圖3-11復(fù)合型DVM 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 4 DS-26A型雙積分式數(shù)字電壓表（

8、1）主要技術(shù)性能l測量電壓范圍l靈敏度l準(zhǔn)確度固有誤差 工作誤差校準(zhǔn)周期穩(wěn)定性l輸入阻抗l抗干擾能力l測量速率l輸出方式 （2）使用方法 圖3-12所示 前面板配置圖調(diào)零校準(zhǔn)測量 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3.1.4 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，把被測量轉(zhuǎn)換為直流電壓信號就構(gòu)成了DMM。 測量過程 圖3-131轉(zhuǎn)換電路l 線性AC/DC變換器 圖3-14l I/V變換器 圖3-15l/V變換器 圖3-16第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2.DT890B+數(shù)字萬用表l 特點l 主要技術(shù)指標(biāo) 表3

9、-2l 面板構(gòu)造 圖3-17l 使用方法直流（DC)和交流（AC）電壓測量 直流（DC)和交流（AC）電流測量 電阻測量 電容測量 晶體管測量 二極管和通斷測量 注意事項 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3.2 信號發(fā)生器信號發(fā)生器3.2.1 概述概述1信號發(fā)生器的基本概念 在測試、研究或調(diào)整電子電路及設(shè)備、測定電路的電參量時，用于產(chǎn)生不同頻率，不同波形的電壓、電流信號的裝置，統(tǒng)稱為信號發(fā)生器，也稱為信號源。信號發(fā)生器的分類：l按頻率范圍分類l按輸出波形分類l按信號發(fā)生器的性能指標(biāo)分類第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2信號發(fā)生器的基本組成 圖3-18l 振蕩器

10、l 變換器 l 輸出電路 l 輸出指示電路l 電源 3正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo)l 頻率特性l 輸出特性l 調(diào)制特性 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3.2.2 頻率合成技術(shù)頻率合成技術(shù) 從頻率合成技術(shù)的發(fā)展來看，大致可分為三個階段： l 直接合成技術(shù) 圖3-19l 間接合成技術(shù)：鎖相合成法 圖3-20l 數(shù)字頻率合成技術(shù) 直接數(shù)字合成技術(shù) 圖3-21 鎖相環(huán)數(shù)字合成技術(shù) 圖3-22第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3.2.3 任意波形信號發(fā)生器任意波形信號發(fā)生器 任意波形信號發(fā)生器也稱為函數(shù)發(fā)生器。l 基本工作原理 圖3-23 三角波形成正弦波 圖3-24 NF-

11、1651A函數(shù)發(fā)生器的工作原理 工作波形 圖3-25 l YB1636函數(shù)信號發(fā)生器 主要技術(shù)性能 使用方法 面板圖 圖3-26 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3.3頻率和時間測量儀器頻率和時間測量儀器3.3.1 概述概述 周期性過程重復(fù)出現(xiàn)一次所需要的時間稱為“周期” 。 周期性過程在單位時間內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)稱為“頻率”。頻率和時間測量技術(shù)按工作原理可分為：l 直接法 電橋法測頻 圖3-28 諧振法測頻 圖3-29 頻率-電壓（f V）轉(zhuǎn)換法測頻 圖3-30 l 比較法測頻l 示波法測量頻率 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3.3.2 數(shù)字頻率計數(shù)字頻率計 主要

12、用于測量頻率和計數(shù)的電子計數(shù)器稱為頻率計數(shù)器或數(shù)字式頻率計。l計數(shù)法測量頻率的原理 圖3-31 l FC-1000數(shù)字頻率計 主要技術(shù)性能 面板配置圖 圖3-32 使用方法 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3.3.3 通用電子計數(shù)器通用電子計數(shù)器具有多種測量功能的電子計數(shù)器稱為通用電子計數(shù)器或頻率時間計數(shù)器。1通用電子計數(shù)器的基本測量功能l 累加計數(shù) 圖3-33l 頻率比測量 圖3-34l 周期測量 圖3-35l 時間間隔測量 圖3-36l 自校準(zhǔn) 圖3-37第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2E-312A型通用電子計數(shù)器l 通用電子計數(shù)器組成原理 圖3-38l

13、主要技術(shù)指標(biāo)l 面板布置 圖3-39圖3-40l 測量使用方法l 應(yīng)用實例第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3.4實訓(xùn)實訓(xùn)3.4.1 直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準(zhǔn)確度和直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準(zhǔn)確度和 紋波系數(shù)的測量紋波系數(shù)的測量 一、實驗?zāi)康亩?、實驗儀器三、預(yù)習(xí)要求四、實驗內(nèi)容和步驟（一）直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準(zhǔn)確度的測量l測量原理 l實驗步驟（二）直流穩(wěn)壓電源紋波系數(shù)的測量l測量原理l實驗步驟五.實驗報告要求六. 思考題第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3.4.2 交流信號基本參數(shù)的測量交流信號基本參數(shù)的測量一、實驗?zāi)康亩嶒瀮x器三、預(yù)習(xí)要求 四、實驗內(nèi)容和步驟（一

14、）正弦信號頻率和頻率準(zhǔn)確度的測量l 測量原理l 實驗步驟（二）正弦信號幅度和輸出電平的頻響測量五.實驗報告要求六. 思考題第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3.5習(xí)題習(xí)題l1 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)？ l2 用均值型電壓表分別測量正弦波、方波和三角波電壓，示值都為V，問：（）對每個波形來說，讀數(shù)代表何意義？ （）它們的峰值、平均值、有效值各為多少？第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 l3 用峰值型電壓表測量正弦波、方波和三角波三種電壓，示值都為V，回答上題相同的問題？l4 試比較均值型、

15、峰值型、有效值型三種電壓表在測量方波和三角波時的示值相對誤差。l5 已知某電壓表采用有效值定度，如何用實驗方法確定其檢波的方式？舉例說明之。第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 l6 用8位逐次逼近比較式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電壓。已知滿量程值Um=256V，Ux=222.5V和255V。求轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制電壓值，給出測量的絕對誤差。它的最大絕對誤差為多少伏？l7 簡述雙斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理。l8 用一種4位DVM 2V量程測量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)生的測量誤差，它的誤差相當(dāng)于幾個字？第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測

16、量儀器 l9 數(shù)字電壓表的固有誤差為（0.001%讀數(shù)0.002%滿度），求在2V量程測量1.8V和0.18 V時產(chǎn)生的絕對誤差和相對誤差。l10 下面四種DVM最大讀數(shù)為()9 999；()19 999；()59 999；()1 999。它們各屬于幾位表？求第二種電壓表在0.2V量程時的分辨力？第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 l11 如需測量圖3-43電路的基極靜態(tài)電壓，為使測量準(zhǔn)確度較高，對電壓表有何要求？如果使用500型萬用表（20kV）2.5 V量程來測量是否恰當(dāng)？測量發(fā)射極電壓可以嗎？l12 模擬式萬用表和數(shù)字式萬用表都有紅、黑表筆，在使用時須注意什么？l13 簡述信

17、號發(fā)生器的基本組成和各部分的功能。第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 l14 正弦信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)有哪些？各自具有什么含義？l15 什么是頻率合成技術(shù)？它有哪幾種類型？l16 函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計方案有哪幾種？簡述函數(shù)信號發(fā)生器由三角波轉(zhuǎn)變成正弦波的二極管整形網(wǎng)絡(luò)的工作原理。l17 時間和頻率的測量方法有哪些？第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 l18 簡述數(shù)字頻率計的測頻原理，并畫出其原理方框圖。l19 簡述電子計數(shù)器測量周期的基本原理，并畫出其原理方框圖。l20 用計數(shù)器測頻率，已知閘門時間和計數(shù)值N如表3-8所列，求各情況下的fx =?表3-8T10s1s

18、0.1s10ms1msN1000 000100 00010 0001 000100fx第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 時標(biāo)閘門時間1ms10ms0.1s1s10s0.1s0010000010000.0 10000.00 0000.000000.00001s10s0.1ms1ms001.0000表3-9 自校時讀數(shù)Nl21 用某7位電子計數(shù)器進(jìn)行自校。選用不同的時標(biāo)和不同的閘門時間，其讀數(shù)N為多少？請?zhí)钔瓯?-9。第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 表3-1 交流電壓的波形與參數(shù) 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖3-1 交流電壓的峰值和幅值 圖3-2

19、 交流電壓半波整流和全波整流后的波形 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖3-3普通直流電壓表電路圖3-4 電子電壓表組成第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖3-5 模擬式電壓表的基本方框圖 放大檢波式電壓表 檢波-放大式電壓表(a)外差式電壓表第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 平均值電壓表平均值電壓表 l如果被測信號是正弦波，示值U為有效值。l如果被測信號是非正弦波，則必須進(jìn)行“波形換算”。UUU9.011.1被測電壓的有效值UKUFxrms9 . 0%100)9 . 01 (%1009 . 0FFKUUKU例3-1用全波均值型電壓表測量正弦波、方波

20、、三角波，電表指示都為1V，問被測電壓的有效值分別為多少？波形誤差為多少？l如果被測信號是非正弦波，直接將電壓表的示值作為被測電壓的有效值帶來的誤差稱為“波形誤差”或“示值誤差”。第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 峰值電壓表峰值電壓表 l如果被測信號是正弦波，示值U為有效值。l如果被測信號是非正弦波，則必須進(jìn)行“波形換算”。UUP2被測電壓的有效值l如果被測信號是非正弦波，直接將電壓表的示值作為被測電壓的有效值帶來的誤差稱為“波形誤差”或“示值誤差”。例3-2用峰值電壓表測量正弦波、方波、三角波，電表指示都為1V，問被測電壓的峰值、有效值各為多少？示值相對誤差為多少？UKKUUP

21、PPxrms2%100)21 (%100/2PPKUKUU第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖3-6 YB2173交流毫伏表的前面板配置圖第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 （1）測量范圍包括顯示位數(shù)、量程和超量程能力。 量程是以基本量程為基礎(chǔ)，常為1V或10V，也有2V或5V。 顯示位數(shù)指能顯示09共十個數(shù)碼的位數(shù)。l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。l最高位只能取05的位稱為位。5位DVM指數(shù)字電壓表的最大顯示為599 999。（2）分辨力l指DVM能夠顯示被測

22、電壓的最小變化值，即最小量程時顯示器末位跳一個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1V。第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 Ux測量示值；Um滿量程值；a%Ux讀數(shù)誤差；b%Um滿度誤差。l例3-3用4位數(shù)字電壓表1.5V電壓，分別用2V檔和200V檔測量，已知2V檔和200V檔固有誤差分別為0.025%Ux1個字和0.03%Ux1個字。問：兩種情況下由固有誤差引起的測量誤差分別為多少？固有誤差DVM的固有誤差通常用絕對誤差表示： )%(mxUbUaU個字nUaUx%第第三三章章 常用電子測量儀

23、器常用電子測量儀器 圖3-7直流數(shù)字電壓表框圖圖3-8逐次逼近比較式電壓表 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖3-9 逐次逼近比較過程波形圖 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖3-10雙積分式數(shù)字電壓表原理方框圖圖3-11雙積分A/D變換原理圖 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖3-12 DS-26A型數(shù)字電壓表的前面板配置圖第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖3-13 數(shù)字式萬用表的測量過程圖3-14 線性平均值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器原理圖第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖3-15 I/V變換器的原理圖圖3-16 恒流法

24、/V變換器原理圖 第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 測試功能量程范圍精確度(%rdg)DC 直流電壓200m-2-20-200-1000V0.5%AC 交流電壓200mV-2-20-200-700V0.8%DC 直流電流2m-20m-200m-10A0.8%AC 交流電流 2m-20m-200m-10A1.0%電阻200-200M0.8%電容2000P-20n-200n-2-20F2.5%hFENPN PNP 0-1000 Ib=10A Uce3.0V二極管測量最大測試電流為1.5mA表3-2 測試功能、量程、測量誤差等項指標(biāo)第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖3-17 DT890B+數(shù)字萬用表的面板第第三三章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖3-18 信號發(fā)生器原