2010級電子測量結(jié)業(yè)論文（2010136102張秋紅）

電子測量技術結(jié)業(yè)論文張秋紅 2011年4月摘要：作為一名2211世紀的大學生，在科技迅速發(fā)展的時代，掌握一定電子測量技術能力是相當必要的。電子測量是泛指以電子技術為基本手段的一種測量。在電子測量過程中，是以電子技術理論為依據(jù)，以電子測量儀器和設備為手段，對各種電量、電信號及電路元器件的特性和參數(shù)進行測量，還可以通過各種傳感器對非電量進行測量。電子測量涉及從直流到極寬頻率范圍內(nèi)所有電量、磁量以及各種非電量的測量。如今，電子測量已成為一門發(fā)展迅速、應用廣泛、精確度越來越高、對現(xiàn)代科學技術的發(fā)展起著巨大推動作用的獨立學科。電子測量不僅應用于電學各專業(yè)，也廣泛應用于物理學、化學、光學、機械學、生物學、醫(yī)學等科學領域以及生產(chǎn)、國防、交通、信息技術、貿(mào)易、環(huán)保乃至日常生活領域等各個方面。電子測量在信息技術產(chǎn)業(yè)中的地位尤為顯著。信息技術產(chǎn)業(yè)的研究對象及產(chǎn)品無一不與電子測量緊密相連，從元器件的生產(chǎn)到電子設備的組裝調(diào)試，從產(chǎn)品的銷售到維護都離不開電子測量。學習這門課程不僅能擴大我們的視野，而且能增長我們的知識，為我們的動手實踐奠定基礎。對于任何一件電子產(chǎn)品，我們只有在了解了它的各種性能及工作原理之后，才能充分并且正確利用它。電子測量技術這門課程系統(tǒng)的闡述了各種電子測量儀器的工作原理與使用，對于我們通信專業(yè)的學生學好這門課程是必需的也是必要的。這其實是我們專業(yè)的一門基礎課程，也就是說只有在學好這門課程的基礎上，我們才能更好的展開后面課程的學習。《電子測量儀器原理與使用》一書中的很多章節(jié)，將在我們后面的學習中充分的展示它的作用。我們從第一周就開始學習，在老師的精心講解下，我們開始認識一些很重要的測量儀器，并為后面的實驗課程打下了很好的基礎。后文我將對學習這門課程后，談談我的心得和感受。關鍵詞：電子測量技術、基礎。一、電子測量技術初印象在剛開始學習這門課程之前，就聽到高年級的學長學姐們說：這是一門比較難的課程，涵蓋的內(nèi)容較多且比較難。在以前的學習中都未接觸過，但是想將它也不是一件很難的事情。上課前好好的預習，上課時認真的聽老師講，下課之后在仔細的復習，這樣你就能將這門課學好。第一堂課，經(jīng)過老師一番講解之后，我對這門課程產(chǎn)生了濃厚的興趣，并下定決心要將這門課程學好。這是一門將會提高我的動手能力的課程，這是一門將會為我的未來打下基礎的課程，這是一門將會影響我后面學習的課程。學好它，我有信心。二、電子測量概述電子測量雖然也稱為測量，但卻與我們高中和初中所接觸到的一些測量有著很大的區(qū)別。它的定義可分為廣義定義和狹義定義，廣義定義為：凡是利用電子技術進行的測量都可以稱為電子測量。狹義定義為：對電子技術中各種電參量所進行的測量將其稱之為電子測量。電子測量的特點：頻率范圍寬：其頻率范圍低至10Hz，高至數(shù)THz。量程范圍廣：這是電子測量的突出優(yōu)點。測量準確度高：電子測量的準確度比其他的測量方法高得多，這也正是它在現(xiàn)代科學技術領域中得到廣泛應用的重要原因之一。測量速度快：由于電子測量技術是通過電子技術實現(xiàn)的，因而測量速度很快。這也是電子測量在現(xiàn)代科學技術領域中得到廣泛應用的一個重要原因。易于實現(xiàn)遙測和測量過程的自動化：電子測量通電子計算機相結(jié)合，使測量儀器智能化。易于實現(xiàn)儀器小型化：隨著模塊式儀器系統(tǒng)的采用，把多個儀器模塊連同計算機裝入一個機箱內(nèi)組成自動測試系統(tǒng)，使之更為緊湊。電子測量的內(nèi)容與方法：電能量的測量；電信號特性的測量；電路參數(shù)的測量；導出量的測量；特性曲線的顯示；元器件參數(shù)的測量。電子測量方法：按測量方法劃分：直接測量、間接測量、組合測量。按獲取測量結(jié)果方式劃分：直讀測量、比較測量。按測量性質(zhì)劃分：時域測量、頻域測量、數(shù)據(jù)域測量、調(diào)制域測量、隨機量測量。電子測量儀器的分類與誤差：按功能劃分：信號發(fā)生器（又稱信號源）、電壓測量儀器、示波器、頻率測量儀器，這4類儀器為基本儀器。按顯示方式劃分：模擬式、數(shù)字式。電子測量儀器的誤差：工作誤差、固有誤差、影響誤差、穩(wěn)定誤差。電子測量儀器的選擇：電子測量儀器工作在不同的頻段，即使功能相似，工作原理和結(jié)構(gòu)也常會有很大的不同。因此，在選擇儀器時要考慮這些問題：量程、準確度、頻響特性、儀器的輸入阻抗在所有量程內(nèi)是否滿足要求、穩(wěn)定性、環(huán)境、隔離和屏蔽、可靠性。這些也是電子測量儀器的主要技術指標。課程主要內(nèi)容測量用信號發(fā)生器信號發(fā)生器是一種電信號源，波形一般為正弦波（或其他波形），它是電子測量中最基本、使用最廣泛的的電子測量儀器之一。它可用于放大電路性能測試，檢修電子設備。信號發(fā)生器種類繁多，可分為通用和專用兩大類。通用信號發(fā)生器又可分為四類：正弦信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器、噪聲信號發(fā)生器。其中正弦信號發(fā)生器應用廣、靈活性好。專用信號發(fā)生器可分為：電視信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、頻譜信號發(fā)生器等三類。電子電壓表電子電壓表主要分為模擬式電壓表和數(shù)字式電壓表，兩種電壓表各具優(yōu)點和缺點。數(shù)字式電壓表具有很高的靈敏度和準確度，顯示清晰直觀、功能齊全、性能穩(wěn)定、可靠性好、輸入阻抗高、過載能力強耗電少、小巧輕便等優(yōu)點，因此得到了迅速的推廣和普及。模擬式電壓表具有電路簡單、成本低、測量、使用方便等特點，但測量精度較差、輸入阻抗不高。數(shù)字電壓表的種類很多，但其基礎都是直流數(shù)字電壓表，它是用來測量直流電壓的，其核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器。按工作原理劃分：比較型、電壓時間轉(zhuǎn)換型、積分型、復合型、特殊型。直流數(shù)字電壓表主要由模擬量-數(shù)字量轉(zhuǎn)換器、計數(shù)器、譯碼顯示器和控制器等組成。多用數(shù)字電壓表是在直流數(shù)字電壓表的基礎上擴展而來的利用交流-直流轉(zhuǎn)換器、電流-電壓轉(zhuǎn)換器、電阻-電壓轉(zhuǎn)換器等。數(shù)字電壓表與模擬式電壓表相比具有以下特點：準確度高、分辨率高、輸入阻抗和0電流、測量速度快、響應時間、抗干擾能力強（SMRR=20lgU(dB)、CMRR=20lgU/U(dB)電壓表一般可達10-4～10-7量級；交流電壓表的測量精確度可達10-2～10-4量級。在測量精確度要求不高時，可選用測量精確度在1%～3%左右的電壓表。電壓表精確度表示方法如下： （1）滿度值的百分數(shù)±β%Um 具有線性刻度的模擬式電壓表一般采用這種表示方法，式中±β%為滿度相對誤差，Um為電壓表滿刻度值。 （2）讀數(shù)值的百分數(shù)±α%Ux 具有對數(shù)刻度的電壓表一般采用這種表示方法，式中±α%為讀數(shù)相對誤差，Ux為電壓表測量讀數(shù)值。 （3）±(α%Ux+β%Um) 數(shù)字電壓表一般采用這種表示方法。電子示波器電子示波器是以短暫掃跡的形式顯示一個量的瞬時值的儀器，也是一種測量、觀察、記錄的儀器。它是一種直觀、通用、精密的測量工具，并能實現(xiàn)對某些物理量的變換或存儲。這一章節(jié)是重點內(nèi)容，老師特別強調(diào)這一章一定要學好。四年后我們比普通工人強就強在這里，我們會用示波器。電子示波器的主要特點是：由于電子束的慣性小，因而速度快，工作頻率范圍寬，適應于測試快速脈沖信號。測試靈敏度高。因為配有高增益放大器，所以能夠觀測微弱信號的變化。因為沒有采用表針指示方式，所以它的過載能力強。輸入阻抗高。隨著微處理器、單片機和計算機技術在電子示波器領域里得到了越來越廣泛的應用，使電子示波器的測量功能更強大。電子示波器可分為9類：模擬示波器、取樣示波器、存儲示波器、數(shù)字智能化示波器、電視示波器、邏輯分析儀、XY示波器、顯示器、特種示波器等。電子示波器的核心部件是示波管，近代電子示波器多采用高靈敏度示波管。示波管主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)及電子束偏轉(zhuǎn)規(guī)律、熒光屏。如圖所示為示波管的原理圖，電子槍中熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子，初速度很小，可視為零。電子槍的加速電壓為U0，緊挨著是偏轉(zhuǎn)電極YY′和XX′，設偏轉(zhuǎn)電極的極板長均為，板間距離均為d，偏轉(zhuǎn)電極XX′的右端到熒光屏的距離為。電子電量為e，質(zhì)量為m（不計偏轉(zhuǎn)電極YY′和XX′二者之間的間距）、在YY′、XX′偏轉(zhuǎn)電極上不加電壓時，電子恰能打在熒光屏上坐標的原點。在大多數(shù)電子束線管中，電子束都在互相垂直的兩個方向上偏移，以使電子束能夠到達電子接受器的任何位置，通常運用外加電場和磁場的方法實現(xiàn)，如示波管、顯像管等器件就是在這個基礎上運用相同的原理制成的。電偏轉(zhuǎn)原理如圖4－17－1所示。通常在示波管（又稱電子束線管）的偏轉(zhuǎn)板上加上偏轉(zhuǎn)電壓V，當加速后的電子以速度v沿Z方向進入偏轉(zhuǎn)板后，受到偏轉(zhuǎn)電場E（Y軸方向）的作用，使電子的運動軌道發(fā)生偏移。假定偏轉(zhuǎn)電場在偏轉(zhuǎn)板l范圍內(nèi)是均勻的，電子作拋物線運動，在偏轉(zhuǎn)板外，電場為零，電子不受力，作勻速直線運動。在偏轉(zhuǎn)板之內(nèi)式中v為電子初速度，Y為電子束在Y方向的偏轉(zhuǎn)。電子在加速電壓VA的作用下，加速電壓對電子所做的功全部轉(zhuǎn)為電子動能，則。將E＝V／d和v2代入式，得電子離開偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)時，電子運動的軌道與Z軸所成的偏轉(zhuǎn)角的正切為設偏轉(zhuǎn)板的中心至熒光屏的距離為L，電子在熒光屏上的偏離為S，則代入式，得由上式可知，熒光屏上電子束的偏轉(zhuǎn)距離S與偏轉(zhuǎn)電壓V成正比，與加速電壓VA成反比，由于上式中的其它量是與示波管結(jié)構(gòu)有關的常數(shù)故可寫成ke為電偏常數(shù)?？梢姡敿铀匐妷篤A一定時，偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)電壓呈線性關系。為了反映電偏轉(zhuǎn)的靈敏程度，定義稱為電偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為毫米/伏。越大，表示電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的靈敏度越高主要技術指標頻帶寬度BW和上升時間tr2、掃描速度是單位時間內(nèi)亮點水平移動距離，單位“cm/s”或“div/s”（1div讀作1格，1格一般等于1cm）。掃描速度越快，顯示的波形越寬，反之，越窄。掃描速度的倒數(shù)稱為“時基因數(shù)”，單位為“t/cm”或“t/div”，t可取μs、ms或s。3、偏轉(zhuǎn)因數(shù)是指在輸入信號作用下，亮點在熒光屏上移動1cm或1div所需的電壓值4、示波器輸入阻抗Zi，即被測電路的等效負載，可等效為輸入電阻Ri和輸入電容Ci的并聯(lián)5、輸入方式即輸入耦合方式，一般有直流（DC）、交流（AC）和（GND）三種耦合方式。6.觸發(fā)源選擇方式運用取樣技術把高頻信號變成波形與之相似的低頻或中頻信號后進行波形顯示的示波器為取樣示波器，它可以觀測吉赫茲以上的超高頻信號。取樣示波器取樣技術的實質(zhì)是頻率變換，它的取樣方式有實時取樣與非實時取樣兩種方式。測量高頻信號應采用非實時取樣技術。取樣示波器主要由主機、Y通道和X通道三部分組成。數(shù)字存儲示波器采用數(shù)字電路，將輸入的模擬信號先經(jīng)A/D變換器變換成數(shù)字信息，存儲于數(shù)字存儲器中，需要顯示時，再從存儲器中讀出，通過D/A變換器將數(shù)字信息變換成模擬信號顯示在熒光屏上。將數(shù)字存儲技術和CPU微處理器用于取樣示波器，可以構(gòu)成存儲取樣示波器。數(shù)字存儲示波器的觸發(fā)包括常態(tài)觸發(fā)和預置觸發(fā)兩種方式。數(shù)字存儲示波器的顯示方式包括存儲顯示方式、抹跡顯示、卷動顯示、放大顯示及X-Y顯示等五種方式示波器探頭對測量結(jié)果的準確性以及正確性至關重要，它是連接被測電路與示波器輸入

端的電子部件。最簡單的探頭是連接被測電路與示波器輸入端的一根導線，但是探頭都需考慮屏蔽措施及外界電磁場的干擾，而本身等效電容的大小，也會影響探頭接入電路時，被測電路增加的負載，嚴重時就會影響到被測信號的失真。頻率和時間測量及儀器電子計數(shù)器可以用來測量頻率、周期、時間等量，通過擴展還可以構(gòu)成頻率計、相位計，是電子測量三大儀器之一。頻率測量方法包括無源測量法、比較法、示波器法和計數(shù)法等。無源測量法包括諧振法和電橋法；比較法包括拍頻法和差頻法。電子計數(shù)器分為通用電子計數(shù)器、頻率計數(shù)器（即數(shù)字頻率計）和計算計數(shù)器。通用電子計數(shù)器由輸入通道、計數(shù)顯示電路、標準時間產(chǎn)生電路和邏輯控制電路等部分組成，它具有測量頻率、頻率比、周期、時間間隔、累加計數(shù)以及自檢等功能。它的測量原理是閘門開啟時間等于計數(shù)脈沖周期與計數(shù)脈沖計數(shù)值之積。在通用電子計數(shù)器