常用電子測量儀器.ppt

主編 肖曉萍,電子測量實訓教程第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,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 2.2.2 AS1053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 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 2.5 習題,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2-1,2.1.2 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”。,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，KF=1.15，KF=1 正弦波有效值：,方波有效值: U =KF,=10.9 = 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 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,3YB2173交流毫伏表 技術(shù)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） 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、積分式和復合式。 2DVM的主要技術(shù)指標 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。 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)。 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 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1V。,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：,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 復合型DVM,4 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 準確度 固有誤差 工作誤差 校準周期 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2-7,2.DT890B+數(shù)字萬用表 特點 主要技術(shù)指標 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 頻率特性 輸出特性 調(diào)制特性,2.2.2 AS1053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。 基本工作原理 圖2-12 YB1636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2-13 2)準備工作 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，WAVE FORM開關置“正弦波”。 第二步，RANGEHz開關選擇置100KHz擋，調(diào)節(jié)FREQUENCY旋鈕使顯示窗口顯示頻率為250 KHz。 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)開關置2V/div，掃描因數(shù)開關置1s/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2-15 FC-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 圖2-21,2E-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 面板布置 圖2-23 圖2-24 測量使用方法 應用實例,2.4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,一、實驗目的 二、實驗儀器 三、預習要求 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、實驗目的 二、實驗儀器 三、預習要求 四、實驗內(nèi)容和步驟 正弦信號頻率和頻率準確度的測量 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 習題 作業(yè)：1、6、15、16,1 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？,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V，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V，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(chǎn)生的測量誤差，它的誤差相當于幾個字？,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0.18 V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()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？,9 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？ 10 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？ 11 簡述信號發(fā)生器的基本組成和各部分的功能。,12 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？ 13 函數(shù)信號發(fā)生器的設計方案有哪幾種？ 14 時間和頻率的測量方法有哪些？ 15 簡述數(shù)字頻率計的測頻原理，并畫出其原理方框圖。,16 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。 17 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2-9,表2-10 自校時讀數(shù)N,18 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，其讀數(shù)N為多少？請?zhí)钔瓯?-10。,表2-1 交流電壓的波形與參數(shù),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,圖2-3普通直流電壓表電路,圖2-4 YB2173交流毫伏表的前面板配置圖,圖2-5直流數(shù)字電壓表框圖,圖2-6 DS-26A型數(shù)字電壓表的前面板配置圖,圖2-7數(shù)字多用表的原理框圖,表2-2 測試功能、量程、測量誤差等項指標,圖2-8 DT890B+數(shù)字萬用表的面板,圖2-9 信號發(fā)生器原理方框圖,圖2-10 AS1053信號發(fā)生器的前面板示意圖,圖2-11 AS1053信號發(fā)生器的后面板示意圖,圖2-12 NF-1651A函數(shù)發(fā)生器方框圖,圖2-13 YB