第3章常用电子测量仪器

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1、主编主编 肖晓萍肖晓萍电子测量实训教程电子测量实训教程第第2 2版版 电子教案电子教案面向21世纪高职高专系列教材机械工业出版社机械工业出版社第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 目目 录录l第1章 绪论 l第2章 误差分析和测量数据处理 l第3章 常用电子测量仪器 l第4章 示波测试和测量技术 l第5章 电路元器件参数的测量 l第6章 电子电路参数的测量 l第7章 频域测量 l第8章 数据域测量 l第9章 自动测试系统 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 第第3章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l本章重点本章重点l3.1 电压测量仪器电压测量仪器l3.1.1 概述

2、概述l3.1.2 模拟式电压表模拟式电压表l3.1.3 数字式电压表数字式电压表l3.1.4 数字式万用表数字式万用表l3.2 信号发生器信号发生器l3.2.1 概述概述第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l3.2.2 频率合成技术频率合成技术l3.2.3 任意波形信号发生器任意波形信号发生器l3.3 频率测量仪器频率测量仪器l3.3.1 概述概述l3.3.2 数字频率计数字频率计l3.3.3 通用电子计数器通用电子计数器l3.4 实训实训l3.5 习题习题 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 本章重点本章重点l电压测量仪器电压测量仪器（模拟式电压表、数字式电压表、数（

3、模拟式电压表、数字式电压表、数字式万用表）字式万用表）l信号发生器信号发生器l频率测量仪器频率测量仪器第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3.1 电压测量仪器电压测量仪器3.1.1 概述概述电压电压表征电信号能量的三个基本参数表征电信号能量的三个基本参数（电压、电流、功率）之一。（电压、电流、功率）之一。l 1电压测量对仪表的基本要求l 2电压测量仪器的分类l 3交流电压的基本参数（1）峰值（图3-1）（2）平均值（图3-2）（3）有效值（4）波形因数和波峰因数 表3-1第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3.1.2 模拟式电压表模拟式电压表1分类l 按电压表工作频段分

4、类l 按测量电压的量级分类l 按刻度特性分类l 按电路组成不同分类l 按检波原理分类2模拟式电压表的结构原理l 普通直流电压表 图3-3l 直流电子电压表 图3-4l 模拟式交流电压表 图3-5第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 电压表度盘是以正弦波的有效值定度的。电压表度盘是以正弦波的有效值定度的。放大-检波式 图3-5(a)l 频率范围受放大器频带的限制，一般为20Hz10MHz。l 灵敏度受放大器内部噪声的限制，可做到mV级，可作为“低频毫伏表”、“视频毫伏表”。l 检波器多为平均值型或有效值型检波器，分别构成平均值电压表和有效值电压表。l 平均值电压表测量交流电压时，读数与

5、被测电压的平均值成正比。l 有效值电压表测量交流电压时，示值就是被测交流信号的有效值。第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 检波-放大式图3-5（b）l 测量频率范围取决于检波器的频率响应，称“高频电压表”或“超高频电压表”。l 采用峰值检波器的电压表称为峰值电压表。l 峰值电压表的读数与被测电压的峰值成正比。外差式 图3-5（c）l 既有较高的上限工作频率，又有很高的灵敏度，常用作高频微伏表，其上限频率可达几百兆赫，最小量程达微伏级。第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3YB2173交流毫伏表l 技术性能指标 电压测量量程300100（分贝范围-70dB+40dB）工作

6、频率范围：5Hz2MHz（双路）电压误差：3%（基准频率1KHz）频率响应误差：在20Hz200KHz挡3%，在5Hz20Hz，200KHz2MHz挡10%（以上误差均为满度值之比值）输入阻抗1M；输入电容50PF 最大输入电压：3001量程时300；3100量程时500 刻度值：正弦波有效值1=0 dB值，1mW=0dBm 电源电压：额定电压220（50 Hz）l 模拟式电压表的使用方法YB2173前面板配置图及说明 图3-6操作方法第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 1分类l 按用途分：直流数字电压表、交流数字电压表和数字万用表。l 按A/D转换器的原理分：比较式、积分式和复合

7、式。2DVM的主要技术指标l 测量范围l 分辨力l 测量速度l 输入阻抗l 固有误差和工作误差l 抗干扰能力l 输入零电流3.1.3 数字式电压表（数字式电压表（DVM）第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3结构原理图3-7l 直流数字电压表是许多数字式电测仪表的核心部件。l 交流电压的测量需附加一个交流（AC）/直流（DC）变换器。l 直流数字电压表根据A/D转换器的转换方式分：比较型DVM 图3-8设被测电压Ux=1893 mV，则电路完成一次A/D变换的比较过程 图3-9 积分型DVM 图3-10图3-11 复合型DVM 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 4 D

8、S-26A型双积分式数字电压表（1）主要技术性能l 测量电压范围l 灵敏度l 准确度固有误差 工作误差校准周期稳定性l 输入阻抗l 抗干扰能力l 测量速率l 输出方式（2）使用方法 图3-12所示 前面板配置图调零校准测量 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3.1.4 数字万用表 数字万用表又称数字式多用表（DMM），在数字电压表的基础上再增加一些参量变换器，把被测量转换为直流电压信号就构成了DMM。测量过程 图3-131转换电路l 线性AC/DC变换器 图3-14l I/V变换器 图3-15l/V变换器 图3-16第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.DT890B

9、+数字万用表l 特点l 主要技术指标 表3-2l 面板构造 图3-17l 使用方法直流（DC)和交流（AC）电压测量 直流（DC)和交流（AC）电流测量 电阻测量 电容测量 晶体管测量 二极管和通断测量 注意事项 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3.2 信号发生器信号发生器3.2.1 概述概述1信号发生器的基本概念 在测试、研究或调整电子电路及设备、测定电路的电参量时，用于产生不同频率，不同波形的电压、电流信号的装置，统称为信号发生器，也称为信号源。信号发生器的分类：l 按频率范围分类l 按输出波形分类l 按信号发生器的性能指标分类第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器

10、 2信号发生器的基本组成 图3-18l 振荡器 l 变换器 l 输出电路 l 输出指示电路l 电源 3正弦信号发生器的性能指标l 频率特性l 输出特性l 调制特性 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3.2.2 频率合成技术频率合成技术 从频率合成技术的发展来看，大致可分为三个阶段：l 直接合成技术 图3-19l 间接合成技术：锁相合成法 图3-20l 数字频率合成技术 直接数字合成技术 图3-21 锁相环数字合成技术 图3-22第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3.2.3 任意波形信号发生器任意波形信号发生器 任意波形信号发生器也称为函数发生器。l 基本工作原理 图

11、3-23 三角波形成正弦波 图3-24 NF-1651A函数发生器的工作原理 工作波形 图3-25 l YB1636函数信号发生器 主要技术性能 使用方法 面板图 图3-26 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3.3频率和时间测量仪器频率和时间测量仪器3.3.1 概述概述 周期性过程重复出现一次所需要的时间称为“周期”。周期性过程在单位时间内出现的次数称为“频率”。频率和时间测量技术按工作原理可分为：l 直接法 电桥法测频 图3-28 谐振法测频 图3-29 频率-电压（f V）转换法测频 图3-30 l 比较法测频l 示波法测量频率 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪

12、器 3.3.2 数字频率计数字频率计 主要用于测量频率和计数的电子计数器称为频率计数器或数字式频率计。l 计数法测量频率的原理 图3-31 l FC-1000数字频率计 主要技术性能 面板配置图 图3-32 使用方法 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3.3.3 通用电子计数器通用电子计数器具有多种测量功能的电子计数器称为通用电子计数器或频率时间计数器。1通用电子计数器的基本测量功能l 累加计数 图3-33l 频率比测量 图3-34l 周期测量 图3-35l 时间间隔测量 图3-36l 自校准 图3-37第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2E-312A型通用电子计数

13、器l 通用电子计数器组成原理 图3-38l 主要技术指标l 面板布置 图3-39图3-40l 测量使用方法l 应用实例第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3.4实训实训3.4.1 直流稳压电源的输出指示准确度和直流稳压电源的输出指示准确度和 纹波系数的测量纹波系数的测量 一、实验目的二、实验仪器三、预习要求四、实验内容和步骤（一）直流稳压电源的输出指示准确度的测量l 测量原理 l 实验步骤（二）直流稳压电源纹波系数的测量l 测量原理l 实验步骤五.实验报告要求六.思考题第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3.4.2 交流信号基本参数的测量交流信号基本参数的测量一、实验目

14、的二、实验仪器三、预习要求 四、实验内容和步骤（一）正弦信号频率和频率准确度的测量l 测量原理l 实验步骤（二）正弦信号幅度和输出电平的频响测量五.实验报告要求六.思考题第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3.5习题习题l1 交流电压的平均值，峰值，有效值是如何定义的？均值电压表和峰值电压表的刻度一般是按什么定度的(无特殊说明)？l2 用均值型电压表分别测量正弦波、方波和三角波电压，示值都为V，问：（）对每个波形来说，读数代表何意义？（）它们的峰值、平均值、有效值各为多少？第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l3 用峰值型电压表测量正弦波、方波和三角波三种电压，示值都为

15、V，回答上题相同的问题？l4 试比较均值型、峰值型、有效值型三种电压表在测量方波和三角波时的示值相对误差。l5 已知某电压表采用有效值定度，如何用实验方法确定其检波的方式？举例说明之。第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l6 用8位逐次逼近比较式A/D转换器转换电压。已知满量程值Um=256V，Ux=222.5V和255V。求转换后的二进制电压值，给出测量的绝对误差。它的最大绝对误差为多少伏？l7 简述双斜积分式A/D转换器工作原理。l8 用一种4位DVM 2V量程测量1.2V电压，已知该仪器的固有误差为0.05%读数0.01%满度，求由于固有误差产生的测量误差，它的误差相当于几个

16、字？第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l9 数字电压表的固有误差为（0.001%读数0.002%满度），求在2V量程测量1.8V和0.18 V时产生的绝对误差和相对误差。l10 下面四种DVM最大读数为()9 999；()19 999；()59 999；()1 999。它们各属于几位表？求第二种电压表在0.2V量程时的分辨力？第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l11 如需测量图3-43电路的基极静态电压，为使测量准确度较高，对电压表有何要求？如果使用500型万用表（20kV）2.5 V量程来测量是否恰当？测量发射极电压可以吗？l12 模拟式万用表和数字式万用表都有红

17、、黑表笔，在使用时须注意什么？l13 简述信号发生器的基本组成和各部分的功能。第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l14 正弦信号发生器的主要性能指标有哪些？各自具有什么含义？l15 什么是频率合成技术？它有哪几种类型？l16 函数信号发生器的设计方案有哪几种？简述函数信号发生器由三角波转变成正弦波的二极管整形网络的工作原理。l17 时间和频率的测量方法有哪些？第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l18 简述数字频率计的测频原理，并画出其原理方框图。l19 简述电子计数器测量周期的基本原理，并画出其原理方框图。l20 用计数器测频率，已知闸门时间和计数值N如表3-8所列

18、，求各情况下的fx=?表3-8T10s1s0.1s10ms1msN1000 000100 00010 0001 000100fx第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 时标闸门时间1ms10ms0.1s1s10s0.1s0010000010000.0 10000.00 0000.000000.00001s10s0.1ms1ms001.0000表3-9 自校时读数Nl21 用某7位电子计数器进行自校。选用不同的时标和不同的闸门时间，其读数N为多少？请填完表3-9。第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 表3-1 交流电压的波形与参数 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器

19、 图3-1 交流电压的峰值和幅值 图3-2 交流电压半波整流和全波整流后的波形 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-3普通直流电压表电路图3-4 电子电压表组成第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-5 模拟式电压表的基本方框图(a)放大检波式电压表 (b)检波-放大式电压表(c)外差式电压表第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 平均值电压表平均值电压表 l 如果被测信号是正弦波，示值U为有效值。l 如果被测信号是非正弦波，则必须进行“波形换算”。UUU9.011.1被测电压的有效值UKUFxrms9.0%100)9.01(%1009.0FFKUUKU

20、例3-1用全波均值型电压表测量正弦波、方波、三角波，电表指示都为1V，问被测电压的有效值分别为多少？波形误差为多少？l 如果被测信号是非正弦波，直接将电压表的示值作为被测电压的有效值带来的误差称为“波形误差”或“示值误差”。第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 峰值电压表峰值电压表 l 如果被测信号是正弦波，示值U为有效值。l 如果被测信号是非正弦波，则必须进行“波形换算”。UUP2被测电压的有效值l 如果被测信号是非正弦波，直接将电压表的示值作为被测电压的有效值带来的误差称为“波形误差”或“示值误差”。例3-2用峰值电压表测量正弦波、方波、三角波，电表指示都为1V，问被测电压的峰值

21、、有效值各为多少？示值相对误差为多少？UKKUUPPPxrms2%100)21(%100/2PPKUKUU第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-6 YB2173交流毫伏表的前面板配置图第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 （1）测量范围包括显示位数、量程和超量程能力。量程是以基本量程为基础，常为1V或10V，也有2V或5V。显示位数指能显示09共十个数码的位数。l 位指最高位只能取“1”或“0”。位和基本量程结合起来，能说明DVM有无超量程能力。例如某3位DVM基本量程为1V，该DVM具有超量程能力。l 最高位只能取05的位称为位。5位DVM指数字电压表的最大显示为5

22、99 999。（2）分辨力l 指DVM能够显示被测电压的最小变化值，即最小量程时显示器末位跳一个字所需的最小输入电压。例如SX1842DVM最小量程20mV，最大显示数为19999V，其分辨力为20mV/19999，即1V。第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 Ux测量示值；Um满量程值；a%Ux读数误差；b%Um满度误差。l 例3-3用4位数字电压表1.5V电压，分别用2V档和200V档测量，已知2V档和200V档固有误差分别为0.025%Ux1个字和0.03%Ux1个字。问：两种情况下由固有误差引起的测量误差分别为多少？固有误差DVM的固有误差通常用绝对误差表示：)%(mxUbU

23、aU个字nUaUx%第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-7直流数字电压表框图图3-8逐次逼近比较式电压表 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-9 逐次逼近比较过程波形图 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-10双积分式数字电压表原理方框图图3-11双积分A/D变换原理图 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-12 DS-26A型数字电压表的前面板配置图第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-13 数字式万用表的测量过程图3-14 线性平均值AC/DC转换器原理图第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图

24、3-15 I/V变换器的原理图图3-16 恒流法/V变换器原理图 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 测试功能量程范围精确度(%rdg)DC 直流电压200m-2-20-200-1000V0.5%AC 交流电压200mV-2-20-200-700V0.8%DC 直流电流2m-20m-200m-10A0.8%AC 交流电流 2m-20m-200m-10A1.0%电阻200-200M0.8%电容2000P-20n-200n-2-20F2.5%hFENPN PNP 0-1000 Ib=10A Uce3.0V二极管测量最大测试电流为1.5mA表3-2 测试功能、量程、测量误差等项指标第第三

25、三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-17 DT890B+数字万用表的面板第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-18 信号发生器原理方框图第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-19 直接合成法图第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-20 常用基本锁相环第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-21 直接数字合成系统图3-22 CMOS全集成锁相环频率合成器 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-23 NF-1651A函数发生器方框图第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-24 由三角波整形成正弦

26、波（a）正弦波的折线近似（b）二极管整形网络第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-25函数发生器波形图图3-26 YB1636函数发生器的面板图第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-28 电桥法测频图3-29串联谐振法测频电路第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-30 f V转换法测频第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-31 频率测量原理第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-32 FC-1000数字频率计的面板配置图第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-33 累加计数原理框图 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-34 频率比测量原理框图 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-35周期测量原理框图第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-36 时间间隔测量原理框图 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图 3-37 自校准原理框图 第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-38 E312B通用电子计数器原理框图第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-39 E-312A前面板布置图图3-40 E-312A后面板布置图第第三三章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图3-43