第2章常用電子測量儀器

主編肖曉萍《電子測量實訓(xùn)教程》第3版

電子教案普通高等教育”十一五”國家級規(guī)劃教材全國高等職業(yè)教育規(guī)劃教材機(jī)械工業(yè)出版社第1章電子測量的基本知識第2章常用電子測量儀器第3章示波器第4章電路元器件參數(shù)的測量第5章線性系統(tǒng)頻率特性測量和網(wǎng)絡(luò)分析儀第6章信號分析和頻域測量儀器第7章數(shù)據(jù)域測量第8章虛擬儀器與LabVIEW編程基礎(chǔ)目錄第2章常用電子測量儀器

本章重點2.1電壓測量儀器

2.1.1概述2.1.2模擬電壓表2.1.3數(shù)字電壓表2.1.4數(shù)字萬用表2.2信號發(fā)生器2.2.1概述2.2.2AS1053射頻信號發(fā)生器2.2.3任意波形信號發(fā)生器2.3頻率和時間測量儀器

2.3.1概述

2.3.2數(shù)字頻率計

2.3.3通用電子計數(shù)器2.4實訓(xùn)

2.4.1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

2.4.2交流信號基本參數(shù)的測量2.5習(xí)題本章重點電壓測量儀器（模擬電壓表、數(shù)字電壓表、數(shù)字萬用表）信號發(fā)生器頻率測量儀器（數(shù)字頻率計、通用電子計數(shù)器）

2.1電壓測量儀器

2.1.1概述電壓——表征電信號能量的三個基本參數(shù)（電壓、電流、功率）之一。1．電壓測量對儀表的基本要求2．電壓測量儀器的分類3．交流電壓的基本參數(shù)（1）峰值（圖2-1）（2）平均值（圖2-2）（3）有效值

（4）波形因數(shù)和波峰因數(shù)表2-12.1.2模擬式電壓表1．分類按電壓表工作頻段分類按測量電壓的量級分類按刻度特性分類按電路組成不同分類按檢波原理分類2．模擬式電壓表的結(jié)構(gòu)原理普通直流電壓表圖2-3直流電子電壓表模擬式流電壓表按檢波原理不同可以構(gòu)成：平均值電壓表、有效值電壓表和峰值電壓表(1)平均值電壓表

平均值電壓表的讀數(shù)與被測電壓的平均值成正比。如果被測信號是正弦波，示值Uα為有效值。如果被測信號是非正弦波，則必須進(jìn)行“波形換算”。被測電壓的有效值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2-1］用全波均值型電壓表測量正弦波、方波、三角波，電表指示都為1V，問被測電壓的有效值分別為多少？波形誤差為多少？解：根據(jù)式(2-10)，正弦波、方波、三角波的平均值為：

查表2-1，KF~=1.11，KFΔ=1.15，KF=1正弦波有效值：方波有效值:U=KF

=1×0.9=0.9V

三角波有效值:根據(jù)(2-12)計算波形誤差，測量正弦波時測三角波時

測方波時

被測電壓的有效值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”。如果被測信號是正弦波，示值Uα為有效值。如果被測信號是非正弦波，則必須進(jìn)行“波形換算”。(2)峰值電壓表

采用峰值檢波器的電壓表稱為峰值電壓表。［例2-2］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？查表2-1得，，KP=1

解：由式(2-13)計算方波、三角波的峰值為

方波的有效值為

三角波的有效值為

由式(2-15)計算示值相對誤差測量三角波時的示值相對誤差為測量方波時的示值相對誤差為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。（3）有效值電壓表3．YB2173交流毫伏表技術(shù)性能指標(biāo)①電壓測量量程300μＶ～100Ｖ（分貝范圍-70dB～+40dB）②工作頻率范圍：5Hz～2MHz（雙路）③電壓誤差：≤±3%（基準(zhǔn)頻率1KHz）④頻率響應(yīng)誤差：在20Hz～200KHz擋≤±3%，在5Hz～20Hz，200KHz～2MHz擋≤±10%（以上誤差均為滿度值之比值）⑤輸入阻抗1MΩ；輸入電容50PF⑥最大輸入電壓：300μＶ～1Ｖ量程時300Ｖ；3Ｖ～100Ｖ量程時500Ｖ⑦刻度值：正弦波有效值1Ｖ=0dB值，1mW=0dBm⑧電源電壓：額定電壓220Ｖ（50Hz）模擬式電壓表的使用方法YB2173前面板配置圖及說明圖2-4操作方法1．分類按用途分：直流數(shù)字電壓表、交流數(shù)字電壓表和數(shù)字萬用表。按A/D轉(zhuǎn)換器的原理分：比較式、積分式和復(fù)合式。2．DVM的主要技術(shù)指標(biāo)測量范圍分辨力測量速度輸入阻抗固有誤差和工作誤差抗干擾能力輸入零電流2.1.3數(shù)字電壓表（1）測量范圍包括顯示位數(shù)、量程和超量程能力。①量程是以基本量程為基礎(chǔ)，常為1V或10V，也有2V或5V。②顯示位數(shù)指能顯示0～9共十個數(shù)碼的位數(shù)。?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。最高位只能取0~5的位稱為?位。5?位DVM指數(shù)字電壓表的最大顯示為599999。（2）分辨力指DVM能夠顯示被測電壓的最小變化值，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1

V。Ux——測量示值；Um——滿量程值；a%Ux——讀數(shù)誤差；b%Um——滿度誤差。［例2-3］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%Ux±1個字和±0.03%Ux±1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： 3．結(jié)構(gòu)原理圖2-5直流數(shù)字電壓表是許多數(shù)字式電測儀表的核心部件。交流電壓的測量需附加一個交流（AC）/直流（DC）變換器。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積分型DVM復(fù)合型DVM4．DS-26A型雙積分式數(shù)字電壓表（1）主要技術(shù)性能測量電壓范圍靈敏度準(zhǔn)確度固有誤差工作誤差校準(zhǔn)周期穩(wěn)定性輸入阻抗抗干擾能力測量速率輸出方式（2）使用方法圖2-6前面板配置圖調(diào)零

校準(zhǔn)

測量2.1.4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。1．電路的基本組成數(shù)字多用表的原理框圖圖2-72.DT890B+數(shù)字萬用表特點主要技術(shù)指標(biāo)表2-2面板構(gòu)造圖2-8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2.2信號發(fā)生器

2.2.1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：按頻率范圍分類按輸出波形分類按信號發(fā)生器的性能指標(biāo)分類2．信號發(fā)生器的基本組成圖2-9振蕩器變換器輸出電路輸出指示電路電源3．正弦信號發(fā)生器的性能指標(biāo)頻率特性輸出特性調(diào)制特性2.2.2AS1053射頻信號發(fā)生器

（1）主要技術(shù)性能

信號發(fā)生器輸出頻率音頻內(nèi)調(diào)制信號

射頻信號

工作頻率、信號方式存儲

（2）面板結(jié)構(gòu)圖2-10（3）操作說明2.2.3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?；竟ぷ髟韴D2-12YB1636函數(shù)信號發(fā)生器主要技術(shù)性能使用方法1)面板圖圖2-132)準(zhǔn)備工作3)正弦波、方波、三角波的產(chǎn)生【例2-4】利用YB1636函數(shù)發(fā)生器輸出250KHz、10VP-P正弦波信號。第一步，WAVEFORM開關(guān)置“正弦波”。第二步，RANGE—Hz開關(guān)選擇置100KHz擋，調(diào)節(jié)FREQUENCY旋鈕使顯示窗口顯示頻率為250KHz。第三步，調(diào)節(jié)AMPLITUDE旋鈕，改變輸出信號幅度，使示波器顯示的波形如圖2-14所示。此時示波器的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)開關(guān)置2V/div，掃描因數(shù)開關(guān)置1ms/div。4）斜波的產(chǎn)生5）TTL輸出6）調(diào)頻信號輸出2.3頻率和時間測量儀器

2.3.1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：

直接法比較法測頻示波法測量頻率2.3.2數(shù)字頻率計

主要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。計數(shù)法測量頻率的原理圖2-15FC-1000數(shù)字頻率計主要技術(shù)性能面板配置圖圖2-16使用方法2.3.3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)器的基本測量功能頻率測量累加計數(shù)圖2-17頻率比測量圖2-18周期測量圖2-19時間間隔測量圖2-20自校準(zhǔn)圖2-212．E-312A型通用電子計數(shù)器通用電子計數(shù)器組成原理圖2-22主要技術(shù)指標(biāo)面板布置

圖2-23

圖2-24測量使用方法應(yīng)用實例2.4實訓(xùn)

2.4.1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

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)確度的測量測量原理實驗步驟圖2-26（二）直流穩(wěn)壓電源紋波系數(shù)的測量測量原理實驗步驟圖2-27五.實驗報告要求六.思考題2.4.2交流信號基本參數(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)容和步驟正弦信號頻率和頻率準(zhǔn)確度的測量直流電壓的測量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2.5習(xí)題1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)？2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１V，問：（１）對每個波形來說，讀數(shù)代表何意義？（２）它們的峰值、平均值、有效值各為多少？3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１V，回答上題相同的問題？4用有效值型電壓表測量正弦波、方波和三角波三種電壓，示值都為１V，回答上題相同的問題？

5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。6用一種4?位DVM2V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？7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0.18V時產(chǎn)生的絕對誤差和相對誤差。8下面四種DVM最大讀數(shù)為(１)9999；(２)19999；(３)59999；(４)1999。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？9如需測量圖2-28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（20kΩ／V）2.5V量程來測量是否恰當(dāng)？測量發(fā)射極電壓可以嗎？10模擬式萬用表和數(shù)字式萬