電子式儀器儀表及測(cè)量課件

第四講電子式儀器儀表及測(cè)量第十一章電子式儀器儀表及應(yīng)用第三節(jié)

模擬電子式頻譜分析儀第一節(jié)

電子示波器及其應(yīng)用

第二節(jié)模擬式電子電壓表及其使用電子示波器（也稱陰極射線示波器或電子射線示波器）簡(jiǎn)稱示波器，是可觀測(cè)時(shí)域電壓信號(hào)波形或某兩時(shí)域電壓信號(hào)函數(shù)關(guān)系的快速顯示儀器。示波器的基本量測(cè)量是電壓。在配以輔助設(shè)備、測(cè)量（轉(zhuǎn)換）等條件下，用它還可觀測(cè)其它顯示結(jié)果。第一節(jié)

電子示波器及其應(yīng)用

示波管的基本結(jié)構(gòu)如圖11-1中所示，它的電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏等全部被密封在抽成真空的玻璃外殼內(nèi)。電子槍在電源驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生一精確聚焦的電子束，并加速之使其達(dá)到很高速度射向涂覆有熒光物質(zhì)的屏幕，結(jié)果在熒光屏上產(chǎn)生一小亮（光）點(diǎn)。電子束射向熒光屏的運(yùn)動(dòng)過程中，穿過一組垂直偏轉(zhuǎn)板和一組水平偏轉(zhuǎn)板（見圖11-1）。當(dāng)只有交變的被測(cè)信號(hào)經(jīng)垂直放大器加到垂直偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，僅在屏幕上形成一條垂直線，其長(zhǎng)短反映被測(cè)信號(hào)的強(qiáng)弱，見圖11-2（a）；而僅有鋸齒波經(jīng)水平放大器加至水平偏轉(zhuǎn)板時(shí)，屏幕上則形成一條水平直線，見圖11-2（b）。當(dāng)上述兩信號(hào)同時(shí)存在時(shí)，垂直軸的被測(cè)信號(hào)便被鋸齒波信號(hào)沿水平時(shí)間軸方向展開了，于是在屏幕上展現(xiàn)出隨時(shí)間連續(xù)變化的被測(cè)信號(hào)波形。

示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度較低，若被觀測(cè)信號(hào)微弱，就必須用放大器放大，使之達(dá)到足夠大的電平后，再去驅(qū)動(dòng)電子束在示波管內(nèi)做垂直偏轉(zhuǎn)。

示波器電源由高壓和低壓兩部分組成，高壓部分用于驅(qū)動(dòng)示波管，產(chǎn)生高壓電子束；低壓部分則為其電子電路供電。2、同步及其實(shí)現(xiàn)

為使被觀測(cè)周期信號(hào)在熒光屏的確定位置上重復(fù)出現(xiàn)，就要求水平掃描信號(hào)與被觀測(cè)信號(hào)同步，亦即每每水平掃描信號(hào)的出現(xiàn)都必須是在被觀測(cè)信號(hào)波形不同周期的相同點(diǎn)。如果被觀測(cè)周期信號(hào)與掃描鋸齒波信號(hào)的周期稍有不同或不是正好成整數(shù)倍，它的波形在屏幕上將左移或右移，呈現(xiàn)不穩(wěn)定，圖11-3是對(duì)這種現(xiàn)象的說明。二、示波器的主要技術(shù)性能1、頻率響應(yīng)范圍

示波器對(duì)輸入的不同頻率的被觀測(cè)信號(hào)的衰減作用不同，其頻率響應(yīng)范圍是指輸入信號(hào)在屏幕上所顯示圖像幅度的下降不超過3dB（分貝）的頻率區(qū)域—上限頻率fh與下限頻率fi之差。由于示波器的fh?fi，故頻率響應(yīng)范圍可僅用fh表征。示波器響應(yīng)范圍越寬，其應(yīng)用范圍越廣。4、偏轉(zhuǎn)靈敏度

指光點(diǎn)在屏幕上偏轉(zhuǎn)單位長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)無衰減被觀測(cè)信號(hào)峰-峰值的大小。它體現(xiàn)著示波器觀測(cè)微弱信號(hào)的能力；其值越小，即偏轉(zhuǎn)靈敏度越高，表明示波器能觀測(cè)微弱信號(hào)的能力越強(qiáng)。一般示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度為每厘米幾毫伏。5、時(shí)域響應(yīng)指標(biāo)

是指示波器電子電路在方波脈沖輸入作用下的響應(yīng)特性，主要由上升時(shí)間、下降時(shí)間、上沖、下沖、預(yù)沖及下垂等參數(shù)表示。Sp定義方波脈沖階躍之前的預(yù)沖量d與A之比，

（11-3）下垂??則定義為脈沖平頂部分傾斜度e與A之比

（11-4）一、概述

電子電壓表包括模擬式電子電壓表和數(shù)字電壓表。模擬式電子電壓表是有整流與放大電路單元組成測(cè)量電路，磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)坐指示器的指針式儀表。按功能，模擬式電子電壓表可分為交流和直流兩類。第二節(jié)模擬式電子電壓表及其使用二、模擬式電子電壓表的整流原理1、平均值整流

（1）原理

平均值整流器亦稱均值整流器，其輸出電流正比于輸入電壓的平均值。圖11-12（a）是半波式平均值整流器的原理圖。（2）應(yīng)用舉例

圖11-13為JB-F1型晶體管毫伏表中整流器的原理電路。顯見，它與圖11-12（d）整流器電路一樣。圖11-14是DA-16型晶體管毫伏表整流器的原理電路。與圖11-12（d）比，只增設(shè)了調(diào)零電位器。

（2）應(yīng)用舉例

峰值整流器主要用于整流-放大式電表中，圖11-16是它的兩種實(shí)用電路。圖11-16（a）為HFG-1B型高頻毫伏表的整流器，是并聯(lián)式峰值整流電路。圖11-16（b）是DA-4型高頻毫伏表的整流器，為倍壓整流式峰-峰值整流電路。

3、有效值整流器和變換器

有效值整流器和變換器有二極管平方律整流式、分段逼近整流式、熱電偶變換式和模擬運(yùn)算電路式等四種。三、模擬式電子電壓表的電路結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

依用途不同，模擬式電子電壓表的電路結(jié)構(gòu)分為兩種：一種先將被測(cè)交流信號(hào)整流成直流信號(hào)，然后作直流放大，結(jié)果由磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)指示，見圖11-22（a）。另一種是先放大被測(cè)交流信號(hào)，再進(jìn)行整流，結(jié)果由直流微安表頭指示，如圖11-22（b）。四、模擬式電子電壓表的刻度特性及波形誤差

由不同種整流器與磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)形成的模擬式電子電壓表的刻度特性決定于其整流的響應(yīng)特性。刻度特性和定度系數(shù)（1）、平均值表盡管實(shí)際中多使用由平均值整流器制成的電壓表，但這種表通常按正弦波有效值刻度。（2）、峰值表

峰值電壓表也按正弦電壓有效值刻度。（3）、有效值表

平均值電壓表的示值規(guī)律是“平均值相等示值就相等”；峰值表則具有“峰值相等示值就一樣”的特點(diǎn)。所以用平均值表、峰值表測(cè)量非正弦電壓且需要得到其有效值時(shí)，應(yīng)先將指示值折算成平均值、峰值，再利用波形因數(shù)、波峰因數(shù)換算出有效值。表11-2中給出了幾種常見典型電壓的波形因數(shù)。

在電工、電子測(cè)量領(lǐng)域，用于時(shí)域分析的最重要儀器是電子示波器，；頻域分析的最重要儀器則要數(shù)頻譜分析儀。頻率為f1的正弦電壓信號(hào)u輸入到一非線性電路或系統(tǒng)便會(huì)產(chǎn)生失真，亦即它的輸出除f1頻率分量外，還有其他頻率分量。此失真信號(hào)如表示到u、t、f三維坐標(biāo)系中，則如圖11-26（a）所示；若送入示波器，其熒光屏上將呈現(xiàn)如圖11-26（b）那樣的u-t時(shí)域波形；而以頻譜分析儀測(cè)量的話，其顯示屏上將呈現(xiàn)u的線狀幅度頻譜圖，見圖11-26（c）。第三節(jié)

模擬電子式頻譜分析儀

用示波器、頻譜分析儀觀測(cè)同一信