第2章常用電子測量儀器

1、主編主編 肖曉萍肖曉萍電子測量實訓教程電子測量實訓教程第第3 3版版 電子教案電子教案普通高等教育普通高等教育”十一五十一五”國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材全國高等職業(yè)教育規(guī)劃教材全國高等職業(yè)教育規(guī)劃教材機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 l第第1 1章章 電子測量的基本知識電子測量的基本知識l第第2 2章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器l第第3 3章章 示波器示波器l第第4 4章章 電路元器件參數(shù)的測量電路元器件參數(shù)的測量l第第5 5章章 線性系統(tǒng)頻率特性測量和網絡分析儀線性系統(tǒng)頻率特性測量和網絡分析儀l第第6 6章章 信號分析和頻域測量儀器信號分析

2、和頻域測量儀器l第第7 7章章 數(shù)據(jù)域測量數(shù)據(jù)域測量l第第8章章 虛擬儀器與虛擬儀器與LabVIEW編程基礎編程基礎目目 錄錄第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 第第2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l2.1 電壓測量儀器電壓測量儀器 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l2.2 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 2.2.1 概述 2.2.2 AS1053射頻信號發(fā)生器 2.2.3 任意波形信號發(fā)生器第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 l2.3 頻率和時間測量儀器頻率和時間測量儀器 2.3.1 概述 2.

3、3.2 數(shù)字頻率計 2.3.3 通用電子計數(shù)器l2.4 實訓實訓 2.4.1 直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準確度和 紋波系數(shù)的測量 2.4.2 交流信號基本參數(shù)的測量l2.5 習題習題第第二二章章 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 （模擬電壓表、數(shù)字電壓表、數(shù)字萬用表）（模擬電壓表、數(shù)字電壓表、數(shù)字萬用表）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 （數(shù)字頻率計、通用電子計數(shù)器）（數(shù)字頻率計、通用電子計數(shù)器） 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2.1 電壓測量儀器電壓測量儀器2.1.1 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

4、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2-1第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2.1.2 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模擬式電壓表的結構原理l 普通直流電壓表 圖2-3l 直流電子電壓表 l 模擬式流電壓表 按檢波原理不同可以構成：平均值電壓表、有效值電壓表和峰值電壓表第第二二章

5、章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 (1)平均值電壓表平均值電壓表 l平均值電壓表的讀數(shù)與被測電壓的平均值成正比。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，則必須進行“波形換算”。UUU9.011.1被測電壓的有效值UKUFxrms9 . 0%100)9 . 01 (%1009 . 0FFKUUKUl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”。第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 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？V9

6、 . 019 . 09 . 0UU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，KF=1.15，KF=1 正弦波有效值：方波有效值: U =KFU =10.9 = 0.9V 1.11 0.9V=1VFUK U三角波有效值: 1.15 0.9V=1.04VFUK U(1 0.9 1.11) 100%0根據(jù)(2-12)計算波形誤差，測量正弦波時 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 (10.9 1.15) 100%4% (10.9 ) 100%10% 測三角波時 測方波時 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 UUP2被測電壓的有效值l如

7、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”。UKKUUPPPxrms2%100)21 (%100/2PPKUKUU如果被測信號是正弦波，示值U為有效值。如果被測信號是非正弦波，則必須進行“波形換算”。(2)峰值電壓表峰值電壓表 采用峰值檢波器的電壓表稱為峰值電壓表。第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 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？3PK查表2-1得，KP=1 解：由式 (2-13) 計算方波、三角波的峰值為 21.414VpUU 方波的有

8、效值為 2V = 1 .4 1 4 V1U 20 .8 1 6 V3U 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002(1)100%183測量方波時的示值相對誤差為 002(1) 100%41.41第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 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）有效值電壓表第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3YB2173交流毫伏表l 技術性能指標 電壓測量量程300100（分貝范圍-70dB+40dB） 工作頻率范圍：5Hz2MHz（雙路） 電壓誤差：3%（基準頻率1KHz） 頻

9、率響應誤差：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2-4操作方法第第二二章章 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轉換器的原理分：比較式、積分式和復合式。2DVM的主要技術指標l測量范圍l分辨力l測量速度l輸入阻抗l

10、固有誤差和工作誤差l抗干擾能力l輸入零電流2.1.3 數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表第第二二章章 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，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SX1

11、842DVM最小量程20mV，最大顯示數(shù)為19999V，其分辨力為20mV /19999，即1V。第第二二章章 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。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%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%第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 3結構原理圖2-5l直流數(shù)字電壓表是許多數(shù)字式電測儀表的核心

12、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轉換器的轉換方式分：比較型DVM 積分型DVM復合型DVM 第第二二章章 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（1）主要技術性能l測量電壓范圍l靈敏度l準確度固有誤差 工作誤差校準周期穩(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2-6 前面板配置圖調零校準測量 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2.1.4 數(shù)字萬用表數(shù)字萬用表 數(shù)字萬用表又稱數(shù)字式多用表（DMM），在數(shù)字電壓表的基礎上再增加一些參量變換器，把被測量轉換為直流電壓信

13、號就構成了DMM。1電路的基本組成l數(shù)字多用表的原理框圖 圖2-7第第二二章章 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 主要技術指標 表2-2l 面板構造 圖2-8l 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 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2.2 信號發(fā)生器信號發(fā)生器2.2.1 概述概述1信號發(fā)生器的基本概念 在測試、研究或調整電子電路及設備、測定電路的電參量時，用于產生不同頻率，不同波形的電壓、電流信號的裝置，統(tǒng)稱為信號發(fā)生器信號發(fā)生器，也稱為

14、信號信號源源。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)生器的性能指標分類第第二二章章 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2-9l 振蕩器 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l 頻率特性l 輸出特性l 調制特性 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2.2.2 AS1053射頻信號發(fā)生器射頻信號發(fā)生器 （1）主要技術性能 l信號發(fā)生器輸出頻率l音頻內調制信號 l射頻信號 l工作頻率、信號方式存儲 （2）面板結構 圖2-10（3）操作說明 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2.2.3

15、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2-12l YB1636函數(shù)信號發(fā)生器 主要技術性能 使用方法 1)面板圖 圖2-13 2)準備工作3)正弦波、方波、三角波的產生第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 【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，WAVE FORM開關置“正弦波”。第二步，RANGEHz開關選擇置100KHz擋，調節(jié)FREQUENCY旋鈕使顯示窗口顯示頻率為250 KHz。第三步，調節(jié)AMPLITUDE旋鈕，改變輸出信號幅度，使示波器顯示的波形如圖圖2-14所示。此

16、時示波器的垂直偏轉因數(shù)開關置2V/div，掃描因數(shù)開關置1ms/div。4）斜波的產生5）TTL輸出6）調頻信號輸出第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2.3頻率和時間測量儀器頻率和時間測量儀器2.3.1 概述概述 周期性過程重復出現(xiàn)一次所需要的時間稱為“周期” 。 周期性過程在單位時間內出現(xiàn)的次數(shù)稱為“頻率”。 頻率和時間測量技術按工作原理可分為：l 直接法 l 比較法測頻l 示波法測量頻率 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2.3.2 數(shù)字頻率計數(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。l計數(shù)法測量頻率的原理 圖2-15 l FC

17、-1000數(shù)字頻率計 主要技術性能 面板配置圖 圖2-16 使用方法 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2.3.3 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頻率測量l累加計數(shù) 圖2-17l 頻率比測量 圖2-18l 周期測量 圖2-19l 時間間隔測量 圖2-20l 自校準 圖2-21第第二二章章 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2-22l 主要技術指標l 面板布置 圖2-23 圖2-24l 測量使用方法l 應用實例第第二二章章 常用電

18、子測量儀器常用電子測量儀器 2.4實訓實訓2.4.1 直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準確度和直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準確度和 紋波系數(shù)的測量紋波系數(shù)的測量 一、實驗目的二、實驗儀器三、預習要求四、實驗內容和步驟（一）直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準確度的測量l測量原理 l實驗步驟 圖2-26（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 圖2-27五.實驗報告要求六. 思考題第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2.4.2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、實驗目的二、實驗儀器三、預習要求四、實驗內容和步驟l正弦信號頻率和頻率準確度的測量 直流電壓的測量l正弦信號幅度和輸出電平的頻

19、響測量 五.實驗報告要求六. 思考題第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 2.5 習題習題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？第第二二章章 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 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V，回答上題相同的問題？ 第第二二章章

20、常用電子測量儀器常用電子測量儀器 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。l6 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，求由于固有誤差產生的測量誤差，它的誤差相當于幾個字？第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 l7 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時產生的絕對誤差和相對誤差。l8 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

21、？ 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 l9 如需測量圖2-28電路的基極靜態(tài)電壓，為使測量準確度較高，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？測量發(fā)射極電壓可以嗎？l10 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？l11 簡述信號發(fā)生器的基本組成和各部分的功能。第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 l12 正弦信號發(fā)生器的主要性能指標有哪些？各自具有什么含義？l13 函數(shù)信號發(fā)生器的設計方案有哪幾種？l14 時間和頻率的測量方法有哪些？l15 簡述數(shù)字頻率計的測頻原理，并畫出其原理方框圖。第第二二章章 常用電

22、子測量儀器常用電子測量儀器 l16 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。l17 用計數(shù)器測頻率，已知閘門時間和計數(shù)值N如表2-9所列，求各情況下的fx =?表2-9T10s1s0.1s10ms1msN1000 000100 00010 0001 000100fx第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 時標閘門時間1ms10ms0.1s1s10s0.1s0010000010000.0 10000.00 0000.000000.00001s10s0.1ms1ms001.0000表2-10 自校時讀數(shù)Nl18 用某7位電子計數(shù)器進行自校。選用不同的時標和不同的閘門時間，其讀

23、數(shù)N為多少？請?zhí)钔瓯?-10。第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 表2-1 交流電壓的波形與參數(shù) 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖2-1 交流電壓的峰值和幅值 圖2-2 交流電壓半波整流和全波整流后的波形 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖2-3普通直流電壓表電路 第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖2-4 YB2173交流毫伏表的前面板配置圖第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖2-5直流數(shù)字電壓表框圖第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖2-6 DS-26A型數(shù)字電壓表的前面板配置圖第第二二章章 常用電子測

24、量儀器常用電子測量儀器 圖2-7數(shù)字多用表的原理框圖 第第二二章章 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2-2 測試功能、量程、測量誤差等項指標第第二二章章 常用電子測量儀器常用電子測量儀器 圖2-8 DT