電子測量儀器PPT全套完整課件

項目1電子測量和儀器的基本理論1234測量的意義和特點電子測量的意義、特點和內容電子測量的方法測量誤差的概念下一頁返回56測量結果的處理電子測量儀器概述全套PPT課件學習目標了解電子測量的意義、特點和內容掌握電子測量的方法。理解測量誤差的概念。掌握測量結果的處理方法。理解電子測量儀器返回任務1測量的意義和特點

1.測量的意義狹義的測量是指人類對客觀事物獲取其數量概念的認識過程，為了確定被測對象的數量而進行的一系列的實踐過程。測量結果＝測量數值×測量單位因此，測量是一種比較過程。測量同一物理量所選單位越大，則測出的數值越小。任務1測量的意義和特點

1.測量的意義廣義的測量是指對更廣泛的被測對象進行定性、定位的測量。例如，遙感遙測、無損探傷、地質勘探、故障診斷、地震源測定、衛(wèi)星定位等。其原理可以從其信息獲取過程來說明，包括信息的感知和信息識別兩個環(huán)節(jié)。任務1測量的意義和特點

2.測量的特點測量結果的量值由數值(大小及符號)和相應的單位名稱兩部分組成。在測量過程中，誤差是不可避免地存在著的。當表示測量結果時，應將誤差標注在測量結果之后，以體現測量結果的可信程度。任務2電子測量的意義、特點和內容

1.電子測量的意義廣義的電子測量是指以電子技術為基本手段的一種測量。電子測量可以涉及極寬頻率范圍內的所有電量、磁量和各種非電量的測量。從某種意義上講，電子測量的水平可以保證和體現近代科學技術的水平。一個國家的電子測量的水平，已成為衡量這個國家的科學技術水平的重要標志之一。任務2電子測量的意義、特點和內容

2.電子測量的特點速度快范圍廣準確度高頻率范圍寬易于實現測量過程自動化、測量儀器智能化易于實現遙測和長期不間斷測量任務2電子測量的意義、特點和內容

3.電子測量的內容(1)電信號特性的測量，如波形、頻率、時間等。(2)特性曲線的顯示，如幅頻特性、器件特性等。(3)電能量的測量，如電壓、電流和功率等。(4)電路性能的測量，如衰減量、靈敏度等。(5)電路和元器件參數的測量，如阻抗、電感、電容和電子器件參數等。任務3電子測量的方法1.按測量方式分類(1)電信號特性的測量，如波形、頻率、時間等。(2)特性曲線的顯示，如幅頻特性、器件特性等。(3)電能量的測量，如電壓、電流和功率等。(4)電路性能的測量，如衰減量、靈敏度等。(5)電路和元器件參數的測量，如阻抗、電感、電容和電子器件參數等。任務3電子測量的方法2.按測量性質分(1)數域測量：對數字系統(tǒng)邏輯特性進行的測量。(2)頻域測量：對被測對象在不同頻率時的特性(即被測量與頻率有函數關系)所進行的測量。(3)時域測量：對被測對象在不同時間的特性(即被測量與時間有函數關系)所進行的測量。(4)隨機測量：對隨機量進行的測量。任務4測量誤差的概念1.測量誤差的產生在測量過程中，誤差的來源主要有儀器誤差、影響誤差、理論誤差和方法誤差、人員誤差4種。任務4測量誤差的概念2.測量誤差的分類（1）系統(tǒng)誤差在相同的條件下，對同一個量值進行多次測量，若誤差的數值和符號保持恒定，或在條件改變時，按照一定的規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。任務4測量誤差的概念2.測量誤差的分類（2）隨機誤差在相同的條件下，對同一個量值進行多次測量，每次的測量結果均出現無規(guī)律的、隨機變化的誤差稱為隨機誤差（或稱偶然誤差）。任務4測量誤差的概念2.測量誤差的分類（3）過失誤差在一定條件下，當測量值明顯偏離實際值時所對應的誤差稱為過失誤差。這種誤差并不是由測量儀器本身造成的，而是由在測量過程中的疏忽造成的。任務4測量誤差的概念3.測量誤差的表示方法（1）絕對誤差（2）相對誤差定義：修正正：任務5測量結果的處理1.測量結果的表示方法測量結果以數字形式表示應包括兩部分：數值(包括數值前的正負號)和計量單位，如12.87mV，12300Hz，1.598dB等。任務5測量結果的處理2.有效數字0.5誤差原則。具體來講是：如果末位數字是個位，那么包含的絕對誤差值不大于0.5；如果末位數字是十位，那么包含的絕對誤差值不大于5……。有效數字是指對于不大于末位數字一半的數，從左邊第一個不為零的數字開始，一直到右邊最后一位數字結束的所有各位數字的位數。任務5測量結果的處理3.數字的舍入規(guī)則——“四舍六入五湊雙”(1)如果舍掉部分的數值大于保留部分的末位的半個單位，那么末位數值加1。(2)如果舍掉部分的數值小于保留部分的末位的半個單位，那么末位數值不變。(3)如果舍掉部分的數值等于保留部分的末位的半個單位，那么末位數值湊成偶數。任務6電子測量儀器概述1.電子測量儀器的種類通用儀器和專用儀器通用儀器分電平測量儀器、信號發(fā)生器、信號分析儀、網絡特性測量儀、電子元器件測試儀，時間、頻率和相位測量儀，邏輯分析儀、電波特性測試儀、輔助儀器。任務6電子測量儀器概述2.電子測量儀器的發(fā)展過程發(fā)展過程：(1)模擬儀器階段。(2)數字儀器階段。(3)智能儀器階段。(4)虛擬儀器階段。發(fā)展方向：近些年來，隨著電子測量儀器的應用領域不斷擴大，各學科、各領域之間的知識與技術往往是相輔相成、相互促進的。其他學科領域對電子測量技術的大量運用對電子測量技術起到了巨大的推動作用。測量技術與計算機網絡技術也以非?？斓乃俣茸呦蛉诤稀ｍ椖苛曨}1.什么是測量？什么是電子測量？2.電子測量的特點有哪些？3.簡述電子測量的內容。4.簡述電子測量的方法。5.測量誤差分為哪幾類，分別是什么？6.簡述測量誤差的產生原因。7.電子測量儀器分為哪幾類？項目2電壓表1234電壓表概述模擬電壓表數字電壓表數字萬用表下一頁返回5電壓表的選用任務1電壓表概述

1.電壓表的特點測量精確度高抗干擾能力強測量范圍廣測量電壓頻率范圍寬測量電壓波形多樣輸入阻抗高2.交流電壓的基本參數峰值和振幅值平均值有效值波形印數和波峰因數任務2模擬電壓表

1.電壓信號的測量(1)直流電壓信號。只需測出其大小值、確定其電壓極性。(2)交流電壓信號。在測量時要考慮的問題較多，如波形、頻率、交直流分量疊加等。

2.模擬電壓表的分類（1）檢波-放大式：這種電壓表對輸入的被測信號先檢波再進行直流放大。

2.模擬電壓表的分類（2）放大-檢波式：這種電壓表對輸入的被測信號先進行放大再進行檢波。

2.模擬電壓表的分類（3）外差式：首先將被測交流信號輸入電路，在混頻器中與本機振蕩信號混頻，得到頻率固定的中頻信號，然后經中頻放大器放大，再進入檢波器變換成直流電壓，從而推動表頭顯示。外差式電壓表又稱為高頻微伏表。

3.均值電壓表頻響誤差、檢波特性變化引起的誤差、噪聲誤差

4.峰值電壓表

5.有效值電壓表（1）分段逼近式有效值檢波器

5.有效值電壓表（2）熱電轉換式有效值電壓表

5.有效值電壓表（3）計算式有效值電壓表任務3數字電壓表1.工作原理（1）比較型DVM。比較型DVM把被測電壓與基準電壓進行比較，以獲得被測電壓的量值，是一種直接轉換方式。(2)積分型DVM。積分型DVM是利用積分原理首先把被測電壓轉換為與之成正比的中間量——時間或頻率，再利用計數器測量該中間量，它是一種間接轉換方式。(3)復合型DVM。復合型DVM是將比較型和積分型結合起來的一種類型，2.主要技術指標1）測量范圍(1)量程。表示電壓表所能測量的最小和最大電壓范圍。(2)顯示位數。是指DVM能夠完整顯示0～9這10個數碼的位數，稱為完整顯示位。(3)超量程能力。是指DVM能測量的最大電壓超過其量程值的能力。。2.主要技術指標2）分辨力：是指DVM能夠顯示輸入電壓最小變化值的能力，即顯示器末位跳變一個單位所需的最小電壓變化值。3）測量誤差2.主要技術指標4）輸入電阻和輸入偏置電流數字電壓表具有比較高的輸入電阻，一般不小于10MΩ，輸入偏置電流是指儀器內部產生的表現于輸入端的電流，應盡力使該電流減小。5）抗干擾特性：按干擾作用在儀器輸入端的方式，分為串模干擾和共模干擾。6）測量速度：它表示DVM每秒鐘對被測電壓的測量次數或一次測量所需要的時間。3.A/D轉換器的工作原理1）逐次比較式A／D轉換器逐次比較式A／D轉換器在轉換過程中，用被測電壓與D／A轉換器輸出的標準電壓進行比較，并用比較結果控制D／A轉換器的輸入，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D／A轉換器的輸入量(比較寄存器的輸出量)即A／D轉換器的輸出數字量。3.A/D轉換器的工作原理2）雙積分式A／D轉換器工作過程是：在同一個測量周期內，首先對被測直流電壓Ux在限定時間T1內進行定時積分，然后切換積分器的輸入電壓，再進行定值反向積分，直到積分器輸出電壓等于零為止。。4.數字電壓表的自動功能1）自動校零自動校零可采用硬件方法或軟件方法。其中，硬件方法電路復雜，但速度快；軟件方法電路簡單，但速度較慢。2）自動轉換量程自動轉換量程包括降量程和升量程。任務4數字萬用表1.特點一般的DVM所具有的準確度高、數字顯示、讀數迅速準確、分辨力高、輸入阻抗高、能自動調零、自動轉換量程等優(yōu)點外，體積小，可靠性好，測量功能齊全，操作簡便。不足之處：不能反映被測量的連續(xù)變化過程和變化的趨勢2.基本結構3.測量電路電壓測量電路3.測量電路電流測量電路3.測量電路電阻測量電路任務5電壓表的選用1.電壓表的選用原則（1）根據被測電壓的種類(如直流、交流、脈沖、噪聲等)，選擇電壓表的類型。（2）根據被測電壓的大小，選擇量程適宜的電壓表。（3）保證被測電壓的頻率不超出所選電壓表的頻率范圍。（4）在其他條件相同的情況下，應盡量選擇輸入阻抗大的電壓表。（5）當測量非正弦波電壓時，應根據被測電壓波形的特征，適當選擇電壓表的類型(峰值型、均值型或有效值型)，以便正確理解讀數的含義及對讀數進行修正。（6）注意電壓表的誤差范圍，包括固有誤差及各種附加誤差，以保證測量精確度的要求。2.電壓表的正確使用（1）正確放置電壓表。（2）測量前，要進行機械調零和電氣調零。（3）有的電壓表在電氣調零后要進行滿刻度校正。（4）注意被測電壓和電壓表間的連接。（5）正確選擇量程。（6）注意輸入阻抗的影響。（7）為了防止外界電磁場的干擾，除了應選擇抗干擾能力強的電壓表、用高頻同軸電纜連接信號外，對于微伏級的電壓測量應在屏蔽室內進行。（8）測量電阻時，數字萬用表的內部電壓極性是紅表筆為“+”，黑表筆為“-”，而模擬萬用表卻恰好相反，用它來判斷有關電路時應注意。項目習題（部分）1.常用的模擬電壓表和數字電壓表各分為幾類?2.用全波均值電壓表分別測量頻率相同的正弦波、三角波和方波電壓，若示值均為1V，試計算各種波形電壓的平均值、有效值和峰值各為多少。項目3信號源1234信號源概述正弦信號發(fā)生器函數信號發(fā)生器頻率合成器下一頁返回任務1信號源概述活動1.信號源的概念信號源又稱為信號發(fā)生器，是能夠為電子測量提供符合一定技術要求的電信號的設備。信號源是電子測量中使用最廣泛的、最基本的電子儀器之一。(1)信號仿真。(2)信號激勵。信號源可為某些電氣設備產生一個激勵信號，如激勵揚聲器發(fā)出聲音等。(3)校準源。標準信號源可以作為校準源，用來對一般信號源或其他測量儀器進行校準?；顒?.信號源的分類1.按信號的基波頻率分類2.按信號的波形分類按信號的波形分類，信號源可分為正弦信號發(fā)生器、函數信號發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、脈沖及數字信號發(fā)生器、調制信號發(fā)生器、噪聲及偽隨機信號發(fā)生器和任意波形發(fā)生器等。3.按其他特性分類按是否利用頻率合成技術來區(qū)分，可將信號源分為頻率合成式與非頻率合成式兩大類。按是否可接受編程控制，分為可程控儀器與非可程控儀器按儀器結構和工作場合，分為臺式、裝架疊放式、便攜式、手持式和模塊式等。按系統(tǒng)使用的總線，分為GPIB式、VXI式和USB式等?；顒?.信號源的主要技術指標１.輸出頻率方面相對誤差：頻率穩(wěn)定度：經過一定的預熱時間之后，信號源在規(guī)定時間內頻率的相對變化。老化率：阿倫方差：反映頻率在短時間內變化的常用指標。輸出頻率范圍：頻率分辨力：信號源能夠精確控制的頻率可改變量。2.輸出幅度方面輸出幅度范圍是指信號源在保證波形失真度等技術指標的情況下的輸出幅度的范圍。輸出幅度標稱值的準確程度常用輸出幅度的絕對誤差與標稱值之比來衡量，也可把這個比值轉化為用分貝表示。3.輸出波形方面輸出波形方面的技術指標經常包含很多信號源在輸出波形方面的功能描述。4.其他技術指標信號源除了輸出頻率、幅度和波形三個方面的技術指標以外，其他技術指標也不少。任務2正弦信號發(fā)生器活動1.低頻信號發(fā)生器1.技術指標2.組成原理(1)主振器。用來產生低頻的正弦波信號，并實現頻率調節(jié)功能。(2)電壓放大器：用來放大主振器產生的振蕩信號，滿足信號發(fā)生器對輸出信號幅度的要求，并將振蕩器與功率輸出器隔離，防止因輸出負載變化而影響振蕩頻率的穩(wěn)定。功率放大器：提供足夠的輸出功率。2.組成原理(3)輸出衰減器：用來調節(jié)輸出電壓，使之達到所需要的值。通常，低頻信號發(fā)生器采用連續(xù)衰減器和步級衰減器配合進行衰減。阻抗變換器：用來使輸出端在連接不同的負載時都能得到最大的輸出功率。(4)監(jiān)測電壓表。用來監(jiān)測振蕩器輸出電壓的大小，或監(jiān)測輸出功率?；顒?.高頻信號發(fā)生器

高頻信號發(fā)生器，是指向各種高頻電子設備和電路提供高頻信號能量或高頻標準信號的信號源，可以用來測試電氣性能，如接收機靈敏度、選擇性等。2.主要技術指標2.組成原理(1)主振級。用來產生具有一定頻率調節(jié)范圍的高頻正弦波信號。(2)緩沖級。用來放大主振級輸出的高頻信號，并在主振級和后續(xù)電路間起隔離作用，以提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。(3)調制信號發(fā)生器。高頻信號發(fā)生器的調制信號發(fā)生器有內調制信號和外調制信號兩種。外調制和內調制的轉換可以通過開關控制。2.組成原理(4)調制級。載頻的調幅調制級通常在末級或末前級進行，這樣能減小由于放大器的非線性所產生的高次諧波輸出。(5)輸出級。作用有3點：①衰減、放大及調制輸出信號，使信號發(fā)生器輸出電平有足夠的調節(jié)范圍；②濾除不需要的頻率分量；③保證輸出端有固定的50Ω輸出阻抗。(6)可變電抗器。用來與主振級的諧振電路耦合，使主振級產生調頻信號?；顒?.正弦信號發(fā)生器的主要技術特性1.頻率特性(1)有效頻率范圍。是指在各項指標都能得到保證的情況下，信號發(fā)生器的輸出信號頻率范圍。(2)頻率準確度。是指信號發(fā)生器輸出頻率的實際值與頻率顯示值之間的相對誤差。(3)頻率穩(wěn)定度。是指信號發(fā)生器在一定時間內維持其輸出信號頻率不變的能力。2.輸出特性(1)輸出電平。是指輸出信號幅度的有效范圍，可用相對電平(dB)或絕對電平(V，mV，μV)表示。(2)輸出電平準確度。是指信號發(fā)生器輸出電平的實際值與顯示值之間的相對誤差，通常在±(3％～10％)范圍內。(3)輸出阻抗。低頻信號發(fā)生器電壓輸出端的輸出阻抗一般為600Ω(或1kΩ)，高頻信號發(fā)生器一般僅有50Ω或75Ω擋。3.調制特性(1)調制信號。調制信號既可以是由內調制振蕩器產生的，也可以是由外部輸入的。同時，調制信號的頻率既可以是固定的，也可以是連續(xù)調節(jié)的。(2)調制類型。信號發(fā)生器中的調制類型一般有調幅、調頻和脈沖調制等幾種。(3)調制系數的有效范圍。是指在保證信號發(fā)生器的各項指標正常的情況下，所得到的調制系數的最大范圍?；顒?.典型產品介紹1.主要技術參數2.操作方法(1)選擇頻率(2)輸出電壓(3)輸出功率(4)過載保護(5)交流電壓表任務3函數信號發(fā)生器活動1.函數信號發(fā)生器的概念函數信號發(fā)生器是能夠輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波等多種波形信號的信號發(fā)生器，由于這些輸出波形均可用數學函數描述，故稱為函數信號發(fā)生器。其中，正弦波、方波、三角波是最為常用的3種波形。有的函數信號發(fā)生器還具有調制功能，可以進行調幅、調頻、調相、脈沖調制和壓控振蕩器（VCO）控制?；顒?.函數信號發(fā)生器的工作原理1.由方波產生三角波、正弦波首先由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產生方波信號；然后用積分器將方波信號變?yōu)槿遣ㄐ盘?；再用函數變換網絡將三角波信號變換成正弦波信號。2.由正弦波產生方波、三角波首先采用文氏橋振蕩器產生很好的正弦波，頻率在20Hz～20kHz范圍內，諧波失真度可小于0.1％；然后把正弦信號送至整形電路限幅，再經微分、單穩(wěn)態(tài)調寬、放大，便得到幅度可調的正負矩形脈沖，且其寬度可在0.1～10000μs范圍內連續(xù)調節(jié)，脈沖前沿小于40ns；再把負矩形脈沖送至鋸齒波形成電路，從而得到掃描時間可連續(xù)調節(jié)的鋸齒波信號。3.由三角波產生方波、正弦波在一些新型的晶體管化和集成化的函數發(fā)生器中，也可采用正、負電流源對積分電容充放電，可以產生線性很好的三角波。然后，三角波再經正弦波形成網絡，可輸出正弦波。最后，三角波、方波和正弦波信號經選擇開關送往輸出放大器放大后輸出。輸出端接有衰減器，調整輸出電壓的大小?；顒?.典型產品介紹1.主要技術參數2.操作方法(1)按下“電源”按鈕，接通電源，預熱5～10min。(2)按下“內測外測”按鈕，處于“內測”位置，頻率顯示器即顯示輸出信號頻率。(3)按下“波形”按鈕，選擇想要輸出的信號波形。(4)按下“頻率選擇”按鈕，進行頻率粗調。旋轉“頻率調節(jié)”旋鈕，進行頻率細調。(5)按下“衰減dB”按鈕衰減輸出信號(輸出幅度粗調)。2.操作方法(6)若輸出波形為方波，可將“脈寬調節(jié)”旋鈕拉出并旋轉，調節(jié)輸出矩形波的占空比。(7)將開路電纜接至“輸出”插座，即可輸出信號。(8)在“輸入”插座接一輸入信號，并將“內測外測”按鈕彈起，則頻率顯示器顯示輸入信號的頻率，此時函數信號發(fā)生器相當于一臺頻率計，可以測量外部輸入的信號頻率。任務4頻率合成器活動1.技術指標和分類1.頻率合成器的技術指標(1)相位噪聲。單邊帶相位噪聲是指在一側邊帶中偏離載波f0一定頻率，在1Hz帶寬內噪聲功率頻譜的積分與載波加邊帶功率之和的比。(2)諧波頻譜及雜散頻譜。諧波頻譜是指基波整數倍頻率的頻譜。雜散頻譜是指諧波以外的離散頻譜。(3)頻率轉換時間。是指信號源從一個頻率轉換到另一頻率所需的時間。2.頻率合成器的分類頻率合成器的發(fā)展大致可分為3個階段：第一階段是模擬直接合成技術；第二階段是間接合成技術(又稱鎖相合成技術)；第三階段是數字直接合成技術。其中，模擬直接合成法和數字直接合成法統(tǒng)稱為直接合成法。2.頻率合成器的分類(1)模擬直接合成。是指將一個或多個基準頻率，通過倍頻、分頻、混頻技術實現算術運算(加、減、乘、除)，合成所需頻率，并用窄帶濾波器將其選出。(2)間接合成。也叫鎖相合成，是指通過鎖相環(huán)來完成頻率的加、減、乘、除運算，得到所需頻率。(3)數字直接合成。以合成正弦波為例，數字直接合成法首先把一個周期的正弦波按一定的相位間隔分成若干離散點，求出相應點的正弦函數值；再將這些數值依次寫入ROM中，構成一個正弦表?；顒?.鎖相式頻率合成器1.鎖相環(huán)的工作原理1.鎖相環(huán)的工作原理一個基本的鎖相環(huán)是由鑒相器(PD)、低通濾波器(LPF)、壓控振蕩器(VCO)組成的。鑒相器用于將輸入信號和輸出信號的相位進行比較，然后輸出與兩信號的相位差成正比例的誤差電壓；低通濾波器用來濾除誤差電壓中的高頻分量和噪聲，以保證環(huán)路所要求的性能，并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；壓控振蕩器用來接受濾波器輸出電壓的控制，使其振蕩頻率向輸入信號的頻率靠近，直至鎖定。2.常用基本鎖相單元(1)倍頻式鎖相環(huán)。倍頻式鎖相環(huán)的輸出頻率為基準頻率的整數倍。脈沖倍頻環(huán)的基準頻率通常由石英振蕩器產生，經過脈沖形成電路形成脈沖供給鑒相器。數字倍頻環(huán)是在基本鎖相環(huán)的反饋支路中加入了數字分頻器。2.常用基本鎖相單元(2)分頻式鎖相環(huán)。分頻式鎖相環(huán)對基準頻率進行分頻。2.常用基本鎖相單元(3)混頻式鎖相環(huán)?；祛l式鎖相環(huán)通常對基準頻率做一些加減運算。3.多環(huán)合成單元由基本鎖相單元單獨構成的信號源稱為單環(huán)合成單元。由兩個或兩個以上基本鎖相單元構成的鎖相電路稱為多環(huán)合成單元?；顒?.直接數字頻率合成器1.DDFS的工作原理2.頻率分辨率和輸出頻率(1)頻率分辨力。在不少DDFS型頻率合成器中，不用相位碼而用相位碼高位作為波形存儲器地址，這主要是為了進一步提高頻率分辨力。(2)輸出頻率。目前使用較多的仍是鎖相式頻率合成器。活動4.任意波形發(fā)生器1.AWG的產生AWG是指能產生所要求的任意波形的信號源。與以往的頻率合成器不同，AWG除了具有信號源的共有技術指標和放大、衰減等有共性的電路之外，還有它特有的功能要求和技術指標。例如，它區(qū)別于其他信號源的一項功能就是可以提供很方便的波形設置方法。2.AWG的技術指標(1)最高采樣率。指輸出波形中采樣點的最高速率。(2)幅度分辨率。用來表示AWG所能表現的幅度細小變化的程度。(3)波形存儲器容量。也叫波形存儲器深度，是指每個通道能存儲的最大點數。(4)通道的數目。多通道的AWG更容易表現復雜波形，所以通道數目是AWG中很重要的參數。3.任意波形數據的建立方法(1)直接繪圖輸入。(2)表格法。(3)波形直接輸入。(4)數學表達式。(5)逐點輸入與內插法配合。項目習題（部分）1.簡述信號發(fā)生器的概念及作用。2.正弦信號發(fā)生器的主要性能指標有哪些?各具有什么含義？3.脈沖信號發(fā)生器與數字信號發(fā)生器有何區(qū)別?4.低頻信號發(fā)生器由哪幾部分組成?各單元的功能是什么?5.高頻信號發(fā)生器輸出信號的調制方式一般有哪兩種?在這兩種調制方式下，主振級各輸出什么波形?項目4示波器1234示波器概述通用示波器數字存儲示波器通用示波器的選用下一頁返回5示波器的基本測量方法任務1示波器概述活動1.示波器概述示波器是電子測量中最常用的一種儀器。它既可以直觀地顯示電信號的時域波形圖像，并根據波形測量信號的電壓、頻率、周期、相位和調幅系數等參數，也可間接觀測電路的有關參數及元器件的伏安特性。根據目前發(fā)展的現狀，示波器主要分為模擬示波器和數字示波器兩種，進一步可分為以下幾類：通用示波器(包括簡易示波器、慢掃描示波器、多線示波器和多蹤示波器等)、取樣示波器、存儲示波器和特種示波器等?；顒?.示波器的工作原理1.陰極射線示波管示波器將電信號波形轉換成人眼能直接觀察的圖像，是通過其核心部件——陰極射線示波管——來實現的。它的電氣結構包括3個部分：電子槍、偏轉系統(tǒng)和熒光屏。整個密封在玻璃殼內，成為大型的電真空器件。就其用途而言，它是把電信號變成光信號的轉換器。2.波形顯示原理示波器之所以能用來觀測信號波形是基于示波管的線性偏轉特性，也就是電子束的偏轉距離正比于加到偏轉板上的電壓大小。電子束沿垂直和水平兩個方向的運動是相互獨立的，打在熒光屏上亮點的位置取決于同時加在兩對偏轉板上的電壓。掃描、波形顯示、同步掃描過程中的增輝X-Y顯示方式活動3.示波器的結構１.示波器的水平系統(tǒng)產生并放大一個與時間呈現線性關系的鋸齒波電壓，該電壓使電子束沿水平方向隨時間線性偏移，形成時間基線；選擇適當的觸發(fā)或同步信號，并在此信號作用下產生穩(wěn)定的掃描電壓，以確保顯示波形的穩(wěn)定；產生增輝或消隱信號，控制示波器的Z通道?，F代通用示波器的X通道至少包括觸發(fā)整形電路、掃描發(fā)生器和X放大器電路。2.示波器的垂直系統(tǒng)Y通道要探測被測信號，并對它進行不失真地衰減和放大；還要具有倒相作用，以便將被測信號對稱地加到Y偏轉板。另外，為了和X通道相配合，Y通道還應有延時功能，并能向X通道提供內觸發(fā)源。輸入電路延遲線放大器觸發(fā)放大電路3.示波器的主機系統(tǒng)示波器的主機系統(tǒng)包括高/低壓電源、陰極射線示波管及其顯示電路、Z軸電路和校準信號發(fā)生器等。(1)高/低壓電源。低壓電源為示波器中的電子線路提供所需的直流電壓。(2)顯示電路。顯示電路包括陰極射線示波管和為示波管各個電極提供電壓的電路、光跡旋轉電路及Z軸電路。(3)校準信號發(fā)生器。任務2通用示波器活動1.工作過程將被測信號經探頭加到示波器的Y輸入端，經衰減、前置放大和倒相后，再經延遲線延遲時間和Y后置放大器放大，輸出足夠大的推挽信號，然后加在示波管的垂直偏轉板上，以控制電子束作垂直方向的偏轉?；顒?.多波形顯示所謂多波形顯示，就是在同一臺示波器上“同時”顯示多個既相關又相互獨立的被測信號波形。1.雙線示波器雙線示波器是把兩個相互獨立的電子槍和偏轉系統(tǒng)封裝在同一個示波管內，利用同一熒光屏加以顯示。2.雙蹤示波器使用單束示波管，利用Y軸電子開關，采用時間分割的方法輪流地將兩個信號接至同一垂直偏轉板，實現雙蹤顯示?；顒?.通用示波器的正確使用1.使用要點輝度聚焦：應使用光點聚焦，不要用掃描線聚焦。測量連接探頭：目前，常用的探頭是無源探頭，靈敏度穩(wěn)定度2.儀器使用前的自校(1)光跡水平位置調整。調節(jié)示波器，使之出現清晰的掃描基線。(2)儀器自校及探頭補償。用本儀器附件中的探頭接到CH1連接插座，探頭鉤在校準信號輸出插座上，垂直方式開關置于CH1，調節(jié)CH1移位、X移位及其他控制裝置。3.基本操作步驟（1）開機前，檢查電源電壓與儀器的工作電壓是否相符，若不符合禁止使用。（2）開機預熱，調節(jié)輝度和聚焦旋鈕使亮度適中，聚焦最佳。（3）使用前，使用儀器內部的探頭校準信號進行校準。（4）根據被測信號，選擇正確的輸入耦合方式、觸發(fā)方式、掃描工作方式和垂直工作方式。（5）根據被測信號的電壓和周期，選擇適當的Y軸靈敏度和X軸掃描速度。（6）調節(jié)垂直位移和水平位移，使波形在示波管屏幕的有效面積內進行測量。任務3數字存儲示波器活動1.工作原理活動2常見功能活動3特點活動4主要技術指標活動5顯示方式活動1.工作原理1.取樣與A／D轉換(1)取樣。將連續(xù)波形離散化是通過取樣來完成的，取樣可分為實時取樣和等效實時取樣(非實時取樣)兩種方式。取樣方式主要取決于取樣脈沖的產生方法。（2）A/D轉換。A／D轉換器是波形存儲的關鍵部件，它決定了示波器的最高取樣速度、存儲帶寬和垂直分辨力等多項指標。目前，A／D轉換的形式有逐次比較型、并聯(lián)型、串并聯(lián)型以及CCD器件與A／D轉換器相配合的形式等。2.數字時基發(fā)生器數字時基發(fā)生器用于產生取樣脈沖信號，以控制A／D轉換器的取樣速度和存儲器的寫入速度。當示波器工作于實時取樣狀態(tài)時，時基發(fā)生器相當于掃描時間因數控制器，它實際上是一個時基分頻器，先由晶振產生時鐘信號，再用若干分頻器將其分頻，即可得到各種不同的時基信號。由該信號來控制A／D轉換器，即可得不同的取樣速度。3.地址計數器用來產生存儲器的地址信號，它由二進制計數器組成。計數器的位數由存儲長度來決定。4.存儲器為了實現對高速信號的測量，應該選用存儲速度較高的RAM。5.預置觸發(fā)功能預置觸發(fā)功能含有延遲觸發(fā)和負延遲觸發(fā)兩種情況?；顒?.數字示波器的常見功能數字示波器大多具有模擬示波器的基本功能，如基本顯示波形的功能、XY工作模式、基本觸發(fā)方式等。數字示波器比模擬示波器增加了多種有用的功能，最常見的有自動標定、自動參數測量、波形和設置狀態(tài)的存儲、接口總線及輸出打印、顯示平均及曲線擬合(內插方法)、帶寬濾波器接入、觸發(fā)工作模式及觸發(fā)條件選擇、光標測量?；顒?.數字存儲示波器的特點(1)對波形的取樣、存儲與波形的顯示可以分離。(2)能長期存儲信號。(3)具有先進的觸發(fā)功能。(4)具有很強的處理能力。(5)便于觀測單次過程和緩慢變化的信號。(6)具有多種顯示方式。(7)可用字符顯示測量結果。(8)便于程控和用多種方式輸出。(9)便于進行功能擴展。(10)實現多通道混合信號測量。(11)便攜式示波器?；顒?.數字存儲示波器的主要技術指標1.最高取樣速度最高取樣速度是指單位時間內取樣的次數，也稱數字化速度，用每秒鐘完成的A／D轉換的最高次數來衡量，常以頻率來表示。2.存儲帶寬由A／D轉換器的最高速度決定。存儲帶寬主要反映在最大數字化速度(取樣速度)時還要能分辨多位數(精確度要求)。3.分辨力分辨力是指示波器能分辨的最小電壓或最小時間增量，即量化的最小單元。4.存儲容量：又稱記錄長度。與水平分辨力在數值上互為倒數。它以采集存儲器(主存儲器)的最大存儲容量來表示，常以字(Word)為單位。5.讀出速度：是指將數據從存儲器中讀出的速度，常用(時間)／div來表示?；顒?.數字存儲示波器的顯示方式1.存儲顯示存儲顯示是數字存儲示波器最基本的顯示方式。它顯示的波形是由一次觸發(fā)捕捉到的信號片斷，即在一次觸發(fā)形成并完成信號數據存儲之后，通過控制存儲器的地址依次將數據讀出，再經D／A轉換穩(wěn)定地顯示在顯示器屏幕上。存儲顯示根據讀出方法的不同，可分為CPU控制方式和直接控制方式。2.雙蹤顯示與存儲方式密切相關。存儲時，為了使兩條復現的波形在時間上保持原有的對應關系，常采用交替存儲技術。3.鎖存和半存顯示鎖存顯示就是把一幅波形數據存入存儲器之后，只允許從存儲器中讀出數據進行顯示，不準再寫入新數據。半存顯示是指波形被存儲之后，允許存儲器奇數(或偶數)地址中的內容更新，但偶數(或奇數)地址中的內容保持不變。4.滾動顯示滾動顯示是數字存儲示波器一項很有特點的顯示方式。它的表現形式是被測波形連續(xù)不斷地從屏幕右端進入，從屏幕左端移出。5.插值顯示一般情況下，數字存儲示波器屏幕顯示的波形由一些密集的點構成，稱為點顯示。任務4通用示波器的選用活動1.根據被測信號的特性選擇如果只定性觀察一般的正弦波或其他重復信號的波形，當頻率不高時，可選用普通示波器或簡易示波器等，并要求其掃描時間應能顯示適當周期數目的信號。如果觀察非周期信號或寬度很小的脈沖信號，應當選用具有觸發(fā)掃描或單次掃描的寬頻帶示波器，掃描速度的選取應能使顯示的脈沖信號占有熒光屏的大部分。如果觀察快速變化的非周期性信號，則應選用高速示波器。如果觀察低頻緩慢變化的信號，可選用低頻示波器或長余輝慢掃描示波器。如果需要對兩個被測信號進行比較，則應選用雙蹤示波器。如果需要同時觀測多個被測信號，則應采用多Y通道的示波器，如四蹤的或八蹤的。如果希望對被測信號波形的局部突出顯示，則可采用雙時基示波器，利用延遲掃描功能來突出顯示其局部。如果希望波形存儲起來以供事后進行分析研究，可選擇數字存儲示波器?；顒?.根據示波器的性能選擇(1)頻帶寬度和上升時間。(2)垂直靈敏度。決定了對被測信號在垂直方向的展示能力。一般地，通用示波器的最高靈敏度可達10～20mV／div(3)輸入阻抗。是被測電路的額外負載，(4)掃描速度。決定了在水平方向對信號的展示能力。任務5示波器的基本測量方法活動1.模擬示波器的測量方法1.電壓測量電壓測量方法是先在示波器屏幕上測出被測電壓的波形高度，然后與相應通道的偏轉因數相乘即可。直流電壓測量的測量方法如下：（1）先將示波器各旋鈕調到工作狀態(tài)，使之出現掃描線，然后調節(jié)Y軸“移位”旋鈕使掃描線位于熒光屏幕中間。(2)確定被測電壓的極性。接入被測電壓，將耦合方式開關置于“DC”，注意掃描光跡的偏移方向。若光跡向上偏移，則被測電壓為正極性，否則為負極性。(3)將耦合方式開關再置于“j”，然后按照直流電壓極性的反方向，將掃描線調到熒光屏刻度線的最低或最高位置上，并定為零電平線，此后不再動Y“移位”旋鈕。(4)測量直流電壓值。將耦合方式開關再撥到“DC”位置上，選擇合適的Y軸偏轉因數(V／div)，使屏幕盡可能多地顯示覆蓋垂直分度，以提高測量準確度。2.時間測量時間測量包括測量信號周期、脈沖寬度和前后沿等。當用示波器測量時間時，應注意時基因數的微調應置于“校準”位置(順時針旋到底)，同時還要注意有沒有掃描擴展。(1)測量正弦波周期。(2)測量兩個脈沖信號的時間差。3.比值測量活動2.數字存儲示波器的測量方法1.進行光標測量(1)測量脈沖上升時間。(2)測量脈沖上沖幅值。2.捕捉單次信號步驟如下：調整“V／div”和“s／div”旋鈕，為觀察的信號建立合適的垂直與水平范圍；按下取樣按鈕，以顯示采集菜單；按下峰值檢測按鈕；按下觸發(fā)菜單按鈕，以顯示觸發(fā)菜單；按下觸發(fā)方式按鈕，以選擇單次觸發(fā)；按下斜率按鈕，以選擇上升沿；旋轉電平旋鈕，以調整觸發(fā)電平至繼電器的打開電壓與關閉電壓的中間值?；顒?.儀器操作和管理注意事項不少儀器，特別是進口或出口儀器，都可以選擇采用交流220V或110V供電，一般由轉換開關或熔斷絲(保險絲)進行位置切換。在使用儀器前，要仔細閱讀使用說明書，特別是要遵守說明書中對安全操作的提示。項目習題（部分）1.示波管由哪些部分組成，各部分的作用是什么?2.通用示波器應包括哪些基本單元?各有何功能?3.如果掃描正程時間是回程時間的4倍，要觀察頻率為2000Hz的正弦波電壓的4個周期，連續(xù)掃描的頻率應該是多少?4.如果被測信號(設為正弦波)的頻率為600Hz，而線性掃描電壓的頻率為400Hz，試繪出熒光屏上所顯示的波形圖。項目5電子計數器1234電子計數器的概念電子計數器的測量原理電子計數器的誤差分析通用計數器的使用注意事項下一頁返回56兩種典型通用電子計數器電子計數器的前景學習目標了解電子測量的概念、技術性能和基本組成。掌握電子計數器的測量原理、誤差分析。理解通用計數器的使用注意事項。掌握兩種典型的通用電子計數器。理解電子計數器的前景。返回任務1電子計數器的概念活動1.電子計數器的概念“時間”一般有兩種含義：一是指“時刻”，用于指明某現象在何時發(fā)生；二是指“間隔”，即兩個時刻之間的間隔，用于指明某現象持續(xù)多長時間。頻率和時間的測量方法較多，示波器是通過顯示波形測量信號的周期與頻率的，但采用最多且最基本的方法為計數器法，所使用的儀器是電子計數器。按照其測試功能的不同，電子計數器可分為以下3類。（1）通用計數器。通常指多功能計數器，它一般都具有測量頻率、周期、頻率比、時間間隔和累加計數等功能。配以適當的轉換插件，還可擴展其測試功能。（2）頻率計數器。頻率計數器通常只具有測頻和計數功能。測量高頻和微波頻率的計數器多屬此類。（3）計算計數器。它是一種帶有微處理器的具有計算功能的計數器，除了具有通用計數器的功能外，還能進行數學運算、求解比較復雜的方程等?；顒?電子計數器的技術性能1.測試功能測試功能通常包括測量頻率、測量周期、測量頻率比、時間間隔、累加計數和自校等。2.測量范圍不同的測量功能，其測量范圍含義也不同。例如，測量頻率時指頻率的上、下限，測量周期時指周期(時間單位)的最大、最小值。3.輸入特性電子計數器一般有2～3個輸入通道，各個通道有著不同的特性。具體有輸入靈敏度、輸入耦合方式、輸入阻抗、最大輸入電壓。4.測量準確度電子計數器的測量準確度一般用測量誤差來表示，由實際誤差和計數誤差共同決定。5.顯示及工作方式（1）顯示位數。顯示位數指電子計數器顯示的數字位數。（2）顯示時間。顯示時間指一次測量結束顯示測量結果的持續(xù)時間，顯示時間通?？烧{節(jié)。（3）顯示方式。電子計數器的顯示方式一般分為有記憶顯示和不記憶顯示兩種方式。6.閘門時間和時標機內標準時間信號源提供的標準時間信號包括閘門時間信號和時標信號兩種，可以有多種選擇。7.輸出電子計數器可以輸出標準時間(頻率)信號的種類、輸出數據的編碼方式及輸出電平等?；顒?電子計數器的基本組成通用電子計數器的基本電路主要包括A、B輸入通道，主門，時基單元，控制單元，計數與顯示單元等。1.A、B輸入通道輸入通道的作用是將被測信號進行幅度調整、波形整形和阻抗變換，使其變換為標準脈沖。（1）A輸入通道。A輸入通道是計數(脈沖)信號的輸入電路（2）B輸入通道。B輸入通道是閘門時間信號的通路，用于控制主門是否開通。2.主門主門又稱閘門，它控制計數脈沖信號能否進入計數器。主門電路是一個雙輸入端邏輯與門。3.時基單元時基單元主要由晶體振蕩器、分頻及倍頻器組成，產生標準時間信號。4.控制單元控制單元能產生各種控制信號去控制和協(xié)調通用計數器各單元的工作，以使整機按一定的工作程序自動完成測量任務。5.計數與顯示單元本單元對主門輸出的脈沖計數，并以十進制數字顯示計數結果。通常它由二-十進制計數器、譯碼器和數字顯示器等組成。任務2電子計數器的測量原理活動1.測量頻率頻率是指一個周期性過程在單位時間內重復的次數。當測量同一個信號的頻率時，若閘門時間增加，測量結果不變，但有效數字的位數增加，因而提高了測量精確度?；顒?測量周期周期是頻率的倒數，因此，在測量周期時，可以把測量頻率時的計數信號和門控信號的來源相對調來實現。為了提高測量精確度，還可采用多周期法(又稱周期倍乘)，周期倍乘率(K)的改變與顯示屏上小數點位置的移動同步進行，使用者無須對計數結果進行換算，即可直接讀出測量結果?；顒?測量頻率比電子計數器測量頻率時也是測量頻率比，只是其中一個頻率是標準頻率。當被測信號由B通道輸入時，經(放大)整形后控制主門的啟閉，門控信號的脈寬等于B通道輸入信號的周期；當被測信號由A通道輸入時，經(放大)整形后作為計數脈沖，在主門開啟時送至計數器計數，直接顯示測量結果?；顒?累加計數累加計數是指在給定的時間內，對輸入的脈沖進行累加計數。當累加計數時，門控電路改用人工控制。門控電路被啟動后，主門開啟，輸入脈沖通過主門進入計數器累加計數；門控雙穩(wěn)態(tài)電路被復原后，主門關閉，計數停止。顯示屏直接顯示累加計數的總和?；顒?測量時間間隔對于周期相同的兩路信號，將開關S閉合，將觸發(fā)沿選擇開關選擇相同極性，就可依據輸入的一路信號測出信號周期；再將開關S斷開，分別輸入兩路被測信號，觸發(fā)沿選擇開關仍選相同極性，就可測出兩路信號的相同邊沿穿過觸發(fā)電平的時間差t,則可得兩路信號間的相位差?；顒?自校在正式測量前，為了檢驗儀器工作是否正常，一般電子計數器都設有自校功能。自校的原理與測量頻率的原理基本相同。晶振產生的標準信號(或經分頻、倍頻)代替測頻時的被測信號，以完成自校任務。整個自校過程實質是在給定的閘門時間內對已知的時標信號進行計數，計數結果是可以預知的。任務3電子計數器的誤差分析活動1.誤差來源1.量化誤差量化誤差又稱計數誤差，產生的原因是主門的開啟和計數脈沖的到達在時間關系上是隨機的。量化的結果只能取整數，故這種誤差的極限是±1個數碼，稱為量化誤差，又稱±1誤差。2.標準頻率誤差在測量頻率和時間時，電子計數器都是以晶體振蕩器產生的各種標準時間信號為基準的。顯然，若標準時間信號不準或不穩(wěn)定，則會產生測量誤差，此誤差稱為時基誤差或標準頻率誤差。3.時基單元轉換過程中存在各種干擾和噪聲的影響，用做整形的施密特電路進行轉換時，電路本身的觸發(fā)電平還可能產生漂移，從而引入觸發(fā)誤差。誤差的大小與被測信號的大小和轉換電路的信噪比有關?；顒?頻率測量誤差分析頻率測量誤差主要由量化誤差決定。頻率測量誤差與被測信號的頻率和閘門時間有關。當被測信號的頻率一定時，增大閘門時間就可以減小測頻誤差，或者說增大計數結果，即可減小測頻誤差?；顒?周期測量誤差分析電子計數器測量周期是利用被測信號或被測信號的若干倍形成閘門，而用標準信號形成時標，通過在閘門時間內對時標信號的計數來確定被測信號的周期。與測量頻率的過程類似，計數值不完全準確及時標信號的周期略有誤差都會造成測周誤差，這是測量周期的基本誤差。任務4通用計數器的使用注意事項活動1.避免計數和顯示值錯誤在討論測頻和測周誤差時已經證明，適當加大計數值，能減小誤差。但計數值的加大必須以保證計數器不會溢出為條件，否則顯示結果會完全錯誤。目前，很多計數器都安裝了溢出指示燈，操作時要注意觀察?；顒?使用前要預熱標準信號一般由石英晶體振蕩器產生，這個振蕩器的頻率準確度和穩(wěn)定度需要在恒溫條件下才能保證。因此，石英晶體振蕩器常裝在恒溫裝置內，并通電一定時間才能達到恒溫。在計數器說明書中，規(guī)定從儀器上電到開始測試之間的時間稱為預熱時間。不同準確度的儀器，預熱時間也不完全相同，通常不小于10min?；顒?測試前進行儀器的自檢自檢就是為了驗證這些電路工作是否正常，開關、按鍵是否良好和小數點定位是否準確等情況。自檢功能實際上是利用計數器機內的時基閘門測量機內的時標信號。因為兩個信號是由同一晶振源產生的，所以若計數器機內電路工作正常，顯示值和小數點的位置也應是確定的，并由儀器說明書列表給出?；顒?閘門、時標和周期倍乘的選擇閘門時間、時標和周期倍乘的選擇可在很大范圍影響計數誤差。對于位數較多的計數器，這個誤差可能相差成千上萬倍，它通常是計數器總誤差中最主要的成分。閘門、時標和周期倍乘的選擇原則是：在不溢出的前提下，盡可能加大計數值。任務5兩種典型通用電子計數器活動1.E312A型通用電子計數器簡介1.主要技術性能(1)頻率測量。從A通道輸入；頻率測量范圍為1Hz～10MHz(2)周期測量。從A通道輸入；測量范圍為0.4～10s(3)頻率比測量。從A、B通道輸入；測量范圍：A通道為1Hz～10MHz，B通道為1Hz～2.5MHz；倍乘率與周期測量時相同；無單位顯示，小數點自動定位。(4)脈沖時間間隔測量。測量范圍為0.1～0.25μs；單線由A通道輸入，雙線由A、B通道輸入，并要求脈寬大于10.5μs，休止期大于10.5μs。(5)計數。計數最大值為108-1；小數點在數字右邊；其他各項指標與頻率測量時相同。(6)輸入阻抗。A、B端輸入電阻大于500kΩ，輸入電容小于30pF。(7)晶體振蕩器。振蕩頻率為5MHz。(8)顯示及工作方式。2.基本工作原理被測信號經輸入通道放大、整形后，形成矩形波輸出，控制選擇門可選擇其上升沿或下降沿，送入計數／控制邏輯單元。計數／控制邏輯單元可以直接驅動外接的8位LED顯示器，以掃描形式顯示測量結果。顯示驅動電路有無效零消隱功能，并有計數溢出指示?；顒?E312B型通用電子計數器簡介1.主要技術性能(1)輸入通道特性。(2)C通道輸入特性。頻率測量范圍：100MHz～1GHz。輸入幅度范圍(有效值)：30mV～1.5V。輸入阻抗：50Ω。(3)周期測量：100ns～10s。預選閘門時間：10ms、100ms、1s、10s四擋。(4)時間間隔測量。測量范圍：200ns～100s。測量時間：同周期測量。2.基本工作原理首先由微處理器發(fā)出預備信號，由被測信號的上升沿觸發(fā)E同步門，主門E開放，E計數器開始計數；同時，由時鐘脈沖(10MHz)的上升沿觸發(fā)T同步門、主門T開放，T計數器開始計數。當T計數器累計到了預定閘門時間所需的脈沖個數時，微處理器發(fā)出解除預備信號，在隨后的被測信號的上升沿作用下，E同步門關閉，E計數器停止計數。3.基本測量方法(1)測量頻率。(2)測量周期。(3)測量時間間隔。1）測量脈寬。2）測量兩個脈沖的時間間隔。(4)B／A測量。任務6電子計數器的前景活動1.微機化等相對誤差計數器在利用IC技術改進計數器的過程中，研制了微機化等相對誤差計數器。它使測頻和測周的計數誤差相同，并有利于減小這種誤差。同時，還能做到計數誤差不隨被測信號的頻率而變化?；顒?計數器的發(fā)展趨勢（1）在功能擴展方面，計數器除了測頻、測周、測時間差、測頻率比及累加計數等功能外，有些計數器還增加了測各種調制信號的載頻和調制頻率。（2）在儀器結構方面，表現為計數器與其他儀器裝于同一機箱，有構成綜合測試儀器的趨勢。例如，把計數器與示波器、數字多用表、信號源或功率計裝于同一機箱或表殼內，形成兩種以上功能的儀器?；顒?計數器測頻范圍的擴展計數器測頻范圍的擴展主要是指提高所能測量頻率的范圍1.用取樣法測微波、毫米波信號的頻率用取樣法測微波、毫米波的頻率是20世紀80年代興起的測頻技術。2.用變頻法測微波、毫米波的頻率變頻法又稱混頻法或外差法，與取樣法類似，變頻法也是先將微波、毫米波信號變?yōu)橹蓄l信號后，再用普通計數器測量，只不過取樣法與變頻法獲取中頻的方法不同。此外，變頻法選擇及判斷諧波次數的速度不是很快。3.測高頻信號的其他方法除了取樣法和變頻法外，用計數器測量高頻信號的頻率還有不少方法。下面簡單介紹分頻法的基本原理。分頻法是將被測頻率進行一定次數的分頻，使分頻后的頻率可直接用普通頻率計測量。直接測量所得分頻后的頻率乘以分頻系數即為被測高頻信號的頻率。項目習題1.簡述通用電子計數器的基本組成，并說明各組成部分的作用。2.簡述電子計數器的工作原理。3.簡述通用計數器的注意事項。4.簡述通用計數器有哪些誤差來源。5.在測量頻率和周期時，電子計數器存在哪些主要誤差?如何減小這些誤差?項目6頻域測量儀器1234頻域測量儀器概述頻率特性測試儀頻譜分析儀項目習題下一頁返回任務1頻域測量儀器概述活動1.頻域測量儀器的概念頻域測量儀器是指可以將信號作為頻率的函數進行分析的儀器。常見的頻域測量儀器主要有頻率特性測試儀(也稱掃頻儀)和頻譜分析儀。它們都是利用頻域測量的方法，對線性系統(tǒng)的頻率特性和信號的頻譜進行測量和分析?；顒?.線性系統(tǒng)的頻率特性和信號的頻譜現代電子技術中，幅頻特性測量主要采用20世紀60年代發(fā)展起來的掃頻測量技術。這種被廣泛應用的掃頻測量技術，除了可以直接在示波管屏幕上顯示出被測電路(或器件)的頻率特性或信號源的頻譜特性等外，還可以測量網絡的參數。通常把按照一定規(guī)律列出的圖表或繪制的圖像稱為譜。而信號的頻譜是指對信號按照頻率順序排列起來的各種成分，當只考慮幅值時，被稱為幅度頻譜，簡稱頻譜。信號的頻譜可以通過頻譜分析儀來測量，對信號的頻譜所進行的研究稱為頻譜分析。任務2頻率特性測試儀活動1.掃頻測量法點頻測量法不僅操作煩瑣、過程費時，而且不直觀，時常會漏掉一些突變點，造成很大的誤差。這種頻率掃動的信號，稱為掃頻信號。用頻率連續(xù)變化的掃頻信號測量幅頻特性曲線，稱為掃頻測量法。由于掃頻信號的頻率是連續(xù)變化的，在示波器屏幕上能直觀顯示出被測電路的幅頻特性，因此這種測量方法又稱為動態(tài)測量法。1.掃頻與掃描信號源掃頻通常是指采用一定方法使正弦信號的輸出頻率能隨時間在一定范圍內掃描。它作為頻率測試的信號源，能實現頻率特性的快速測量，也有利于測試自動化?，F代掃頻信號源的概念有所推廣，如三角波、方波等，只要其基波頻率能隨時間掃描，也被稱為掃頻信號源。2.掃頻信號源的主要工作特性(1)有效掃頻寬度和中心頻率。有效掃頻寬度是指在掃頻線性和振幅平穩(wěn)性能符合要求的前提下，一次掃頻能達到的最大頻率覆蓋范圍。(2)掃頻線性。掃頻線性是指掃頻信號瞬時頻率的變化和調制電壓瞬時值的變化之間的吻合程度。吻合程度越高，掃頻線性越好。(3)振幅平穩(wěn)性。在幅頻特性測試中，必須保證掃頻信號的幅度恒定不變。掃頻信號的振幅平穩(wěn)性通常用它的寄生調幅來表示，寄生調幅越小，表示振幅平穩(wěn)性越高。(4)頻標。為了使幅頻特性容易讀數，應有多種頻率標記，必要時頻標可外接。3.掃頻信號的產生方法(1)變容二極管掃頻。變容二極管掃頻是通過改變振蕩回路中的電容量，以獲得掃頻的一種方法。它將變容二極管作為振蕩器選頻電路中電容的一部分，當掃頻振蕩器工作時，將調制信號反向地加到變容二極管上，使二極管的電容隨調制信號變化而變化，進而使振蕩器的振蕩頻率也隨著變化，從而達到掃頻的目的。(2)磁調制掃頻。磁調制掃頻是通過改變振蕩回路中帶磁芯的電感線圈的電感量，以獲得掃頻的一種方法。在磁調制掃頻電路中，通常調制電流為正弦波，即采用正弦波掃頻。(3)寬帶掃頻。前兩種掃頻方法難以同時滿足這兩個要求，它們的有效掃頻寬度總是受到種種限制。一般用差頻法來擴展掃頻寬度。4.頻率標記電路頻率標記電路簡稱頻標電路，頻標的產生通常采用差頻法。頻率標記電路產生一系列頻標，形成頻標群，此頻標群可作為頻率標尺。由于電路中所用濾波器的特性，頻標為菱形。把這些頻標信號加至Y放大器與檢波后的信號混合，就能得到加有頻標的幅頻特性曲線，以便讀出各點相應的頻率值?；顒?.頻率特性測試儀的工作原理

頻率特性測試儀簡稱掃頻儀，用來對網絡的幅頻特性進行動態(tài)測試，其曲線直接顯示在熒光屏上。它是根據掃頻測量法的原理設計、制造而成的。掃描電壓發(fā)生器產生的掃描電壓既加至X軸，又加至掃頻信號發(fā)生器，使掃頻信號的頻率變化規(guī)律與掃描電壓一致，從而使得每個掃描點與掃頻信號輸出的頻率有一一對應的確定關系。因為光點的水平偏移與加至X軸的電壓成正比，即光點的水平偏移位置與X軸上所加電壓有確定的對應關系，而掃描電壓與掃頻信號的輸出瞬時頻率又有一一對應關系，所以X軸相應地成為頻率坐標軸。掃頻信號加至被測電路，檢波探頭對被測電路的輸出信號進行峰值檢波，并將檢波所得信號送往示波器Y軸電路。該信號的幅度變化正好反映了被測電路的幅頻特性，因而在屏幕上能直接觀察到被測電路的幅頻特性曲線?；顒?.頻率特性測試儀的使用注意事項（1）儀器在測量前，應進行電氣性能的檢查。（2）掃頻輸出電纜和檢波輸入電纜在接入被測網絡時，地線應盡量短，以免產生誤差。（3）對于輸出端帶有檢波電路的待測網絡，與Y軸輸入端相連接的電纜不應帶有檢波探頭；當被測網絡的輸出端帶有直流電位時，Y軸輸入應選用AC耦合方式；當被測網絡的輸入端帶有直流電位時，應在掃頻輸出電纜上串接容量較小的隔直電容。（4）當頻率特性測試儀工作在高頻狀態(tài)時，應注意掃頻信號的輸出和被測網絡(或設備)之間的阻抗匹配。（5）當觀察鑒頻輸出的S曲線時，要注意“+”“-”極性轉換（6）被測件要注意屏蔽，否則由于受分布參數及輸出與輸入之間反饋等影響，會引起測量誤差。（7）當需要特殊頻率的頻標時，可將頻標選擇開關置于“外接”位置，在外接輸入插座上加入所需的信號電壓(≥50mV)。（8）將面板上的掃頻方式選擇開關置于“點頻”位置，此時掃頻儀可作為一般信號發(fā)生器使用。（9）零頻的確定。將頻標選擇開關置于“1、10MHz”，頻標增益旋鈕置于“合適”位置，調節(jié)中心頻率旋鈕，使中心頻率在起始附近變化。（10）當使用頻率特性測試儀進行測量時，要特別注意被測電路(或設備)增益的讀法，可結合實際測量熟練掌握。任務3頻譜分析儀活動1.常見的幾種頻譜分析儀頻譜分析儀又叫頻譜儀，它是一種重要的、精度較高的頻域分析儀器，可用來測量信號電平、諧波失真、頻率及頻率響應、調制系數、頻率穩(wěn)定度及頻譜純度等。頻譜分析儀按照構成方式，可分為順序濾波式、掃頻外差式和FFT分析式頻譜分析儀3種。其中，前兩種又稱為濾波式；FFT分析式又稱為計算式或算法式。1.掃頻外差式頻譜分析儀掃頻外差式是按外差方式來選擇所需頻率分量，其中頻固定，通過改變本機振蕩器的振蕩頻率而達到選頻的目的。這種頻譜儀主要由外差式接收機和示波器兩部分組成。由于示波器的掃描電壓就是掃頻振蕩器的調制電壓，所以水平軸已變成頻率軸，因而在屏幕上顯示出被測信號的頻譜圖。2.順序濾波式頻譜分析儀順序濾波式頻譜分析儀又稱多通道濾波器分析儀。與其他測量儀器類似，被測信號首先經過放大、衰減等處理，然后并行輸入給多個帶通濾波器，后者選出它通帶中能通過的頻率分量，經檢波器得到各頻率分量的數值，送給處理顯示電路。最后，處理及顯示電路將各頻率分量在顯示器頻率軸(橫軸)的相應位置排開，即得頻譜分析儀的顯示結果。3.FFT分析式頻譜儀20世紀60年代，一種對離散傅里葉變換的快速算法被提出來，稱為快速傅里葉變換，記為FFT。它是依據離散傅里葉變換發(fā)展形成的，只是在算法上進行了改進，使分析速度大大提高。目前，利用FFT技術進行頻譜分析，已成為利用計算機技術進行頻域分析的常用方法。在實際FFT分析儀中，往往仍有一些實際問題需要解決，現簡單介紹如下。（1）FFT分析給出的是從接近直流開始至采樣頻率限制的某最高頻率為止。（2）用采樣值的FFT分析替代對原信號的頻譜分析，對采樣時間有一定的要求。（3）一般FFT分析的頻譜用二維顯示，在有些儀器的顯示中可加入時間因素，即用不同時間的頻譜來顯示頻譜隨時間的變化，稱為譜圖。活動2.頻譜分析儀的主要特性1.有效頻率范圍在滿足儀器性能指標的情況下，儀器能分析的最寬頻率范圍被稱為有效頻率范圍。在順序濾波式頻譜分析儀、掃頻外差式頻譜分析儀中，有效頻率范圍是指濾波器能選出的信號的最低頻率至最高頻率2.頻率分辨力頻率分辨力是指頻譜儀能夠分辨的最小譜線間隔。它表征了頻譜儀能把頻率相互靠近的信號區(qū)分開來的能力。3.頻率相對誤差和穩(wěn)定度頻率相對誤差是所有與頻率相關的儀器測量結果的基本保障，它對頻譜儀是很重要的。在頻譜儀中涉及頻率相對誤差的問題往往分成幾個指標分別給出。其中，準確度最高（即相對誤差最?。┑氖莾x器內的基準，它常采用石英晶體振蕩器，其相對誤差的定義與信號源的有關內容相同。對機內晶體的穩(wěn)定度也常給出信號源項目討論過的日穩(wěn)定度、老化率、溫度變化時的穩(wěn)定度等指標。4.動態(tài)范圍（1）儀器動態(tài)范圍。指在規(guī)定的儀器誤差允許范圍內，所能測量同時出現在輸入端不同頻譜信號電平的最大差值。（2）顯示動態(tài)范圍。指在規(guī)定的儀器誤差允許范圍內，能同時完整地顯示出的、兩個非諧波關系的正弦信號電平的最大差值，也常以dB為單位表示。5.靈敏度頻譜分析儀的靈敏度是指在給定的其他指標條件下，可以測量的最小信號的能力。通常靈敏度受噪聲干擾很大。若信號被掩蓋在噪聲干擾之中，則其頻譜無法進行測量。因此，常把高于噪聲干擾平均電平3dB(或規(guī)定的其他確定值)的信號電平稱為靈敏度。6.幅度限制（1）性能無降低最大輸入電平。性能無降低最大輸入電平是指當頻譜儀的輸入端分別加入直流及交流信號時，頻譜儀性能無降低所對應的輸入電平。（2）增益壓縮電平。通常以信號增大至某電平時，該電平的實際值與顯示值相差不大于某確定的分貝值，這時的輸入信號電平稱為增益壓縮電平。（3）無損壞最大輸入功率。是儀器輸入端所加的不會損壞儀器的最大功率。7.分析時間分析時間是指進行一次頻譜分析所用的時間。8.幅度顯示方式及其相對誤差頻譜儀縱坐標顯示的幅度可以是功率，也可以是電壓，其單位可以使用dBm，dBV等表示。幅度顯示的相對誤差在不同顯示方式下可以分別給出。活動3.頻譜分析儀的應用1.分析信號包含的頻譜分量及其幅值分析信號所包含的頻譜分量及其幅值是頻譜儀最基本的功能。實際上，只要將被測信號接入頻譜儀的輸入端，就可測得信號各頻譜分量的幅值。2.測量諧波失真和互調失真(1)測量諧波失真。用頻譜儀測信號的諧波失真，在忽略頻譜儀本身非線性的情況下，只需測量信號的基頻及諧波的相對電平即可。由于諧波的產生電路存在非線性，這種電路產生的信號所含諧波失真與信號的大小有關。所以在描述一個信號的諧波失真的數值時，還應說明該信號的大小或者其基波的大小。后一種情況只要把頻譜儀的Y軸改為讀絕對電平就可直接讀出。(2)測量互調失真。當輸入兩個或兩個以上不同頻率的信號給非線性系統(tǒng)時，在其輸出端除了有各信號的基波和某些諧波外，還可能有各頻率間的和頻及差頻信號，這些和頻及差頻信號稱為互調失真分量。3.測量隨機噪聲和相位噪聲(1)測量隨機噪聲。對統(tǒng)計特性不隨時間變化的隨機噪聲稱為平穩(wěn)隨機噪聲，用頻譜儀測量隨機噪聲通常是指測量平穩(wěn)隨機噪聲。測量的方法是測量在一定頻率時的功率譜密度。除了噪聲為離散值時可直接用統(tǒng)計分析外，大多數情況下噪聲在頻域不再是離散的譜線。這時衡量在某個頻率附近噪聲功率的大小，常用該頻率附近單位頻率(即1Hz)內噪聲在1Ω電阻上產生的功率來衡量。(2)測量相位噪聲。用頻譜儀測量單邊帶相位噪聲和隨機噪聲有不少相似之處。測量時，最好令頻譜儀作相對電平顯示，將載波信號的功率置于參考電平，然后將有效噪聲帶寬內的噪聲功率折算為1Hz內的噪聲功率。由于與測量隨機噪聲類似的原因，測量結果將需再加一個修正值。由于噪聲功率譜通常不夠穩(wěn)定，通常取其多次測量的平均值。現代頻譜儀大多給出平均和自動修正功能。當頻譜儀內部的噪聲與相位噪聲相比不能忽略時，儀器也會在修正值中自動考慮。項目習題（部分）1.頻率特性測試儀主要由哪幾部分組成?簡述各部分的功能。2.當用頻率特性測試儀測量電路的頻率特性時，正程掃描與逆程掃描為什么會不重合?為了解決此問題，在掃頻儀中采取何種措施?3.頻率特性測試儀的X軸為什么可用來表示頻率軸?項目7電子元件測量儀器123電子元件特性及參數測量儀器集總參數元件測量儀器項目習題下一頁返回任務1電子元件特性及參數測量儀器活動1.三極管特性曲線的測量三極管特性曲線是指三極管各個電極的電壓-電流之間或者電流-電流之間的關系曲線?；顒?.半導體管特性圖示儀1.組成原理(1)基極階梯信號源。階梯信號源可提供不同極性、不同大小的階梯信號，用以產生階梯電流或階梯電壓，供測試不同類型的半導體分立器件時采用。測試時，階梯信號源為被測半導體分立器件提供偏置。階梯信號源內設有調零電位器，調整它可保證階梯電壓的起始級為零電平。(2)集電極掃描電壓發(fā)生器。集電極掃描電壓發(fā)生器用以供給所需的集電極掃描電壓。(3)示波器。用于顯示晶體管的特性曲線，包括X放大器、Y放大器及示波管。(4)開關及附屬電路。1）極性開關。包括基極階梯信號源和集電極掃描電壓發(fā)生器的正、負極性選擇開關，以適應不同類型晶體管的測試要求。2）X軸、Y軸選擇開關。把不同信號接至X放大器或Y放大器。3）零電壓、零電流開關?？墒够鶚O接地或基極開路。4）靈敏度校準電壓。提供校準電壓，用于對刻度進行校正2.測量原理(1)二極管特性曲線的測量。要測量二極管的正向特性就加正極性掃描電壓，測量反向特性就加負極性掃描電壓，不必使用階梯信號。將集電極電壓接至X軸，取樣電壓接至Y軸，即可顯示相應的特性曲線。(2)三極管輸出特性曲線的測試。三極管輸出特性曲線及測試原理在前面已經介紹過，這里不再贅述。(3)三極管輸入特性曲線的測試。三極管輸入特性曲線是一組以UCE為參變量的曲線。按照類似于輸出特性曲線的顯示方法，在基極回路加上經全波整流后的掃描電壓，E極接至示波器X輸入端，B極接示波器的“地”端(設示波器X放大器反相一次)，使圖像仍為正向掃描；由電阻RB上的電壓降獲得iB變化的取樣，接至示波器Y輸入端，在集電極回路加階梯電壓，即可得到一組輸入特性曲線?；顒?.典型產品介紹1.主要技術性能2.工作原理XJ4810型半導體管的工作原理與一般的半導體管特性圖示儀基本相同。為了方便使用，增設“二簇電子開關”。當階梯信號每次復零時，“二簇電子開關”將階梯信號交替送至其中一只被測管的基極，從而實現了在屏幕上同時顯示兩只三極管的特性曲線的目的。3.面板說明(1)電源及示波管控制部分。(2)集電極電源部分。1)“峰值電壓范圍”按鍵開關。2)“峰值電壓％”調節(jié)旋鈕。3)“+、-”極性按鍵開關。4)“電容平衡”與“輔助電容平衡”旋鈕。5)“功耗限制電阻Ω”選擇開關。(3)Y軸部分。1)“電流／格”開關。2)“移位”旋鈕。3)“增益”旋鈕。(4)X軸部分。1)“電壓／格”開關：集電極電壓和基