常用電子測量儀器.ppt

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1、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 機械工業(yè)出版社 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 第 2章 常用電子測量儀器 本章

2、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 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 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

3、 習(xí)題 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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） 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 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 第 二 章 常 用 電 子

4、測 量 儀 器 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 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 (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”。 UUU 9.0 11

5、.1 被測電壓的有效值 UKU Fx r m s 9.0 %100)9.01(%1009.0 FF KU UKU 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 二 章 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？ V9.019.09.0 UU 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

6、弦波有效值： 方波有效值 : U =KF U =1 0.9 = 0.9V 1.11 0.9 V =1VFU K U 三角波有效值 : 1. 15 0. 9 V = 1. 04 VFU K U ( 1 0.9 1.1 1 ) 100 % 0 根據(jù) (2-12)計算波形誤差，測量正弦波時 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 ( 1 0 . 9 1 . 1 5 ) 1 0 0 % 4 % ( 1 0 .9 ) 1 0 0 % 1 0 % 測三角波時 測方波時 第 二 章

7、常 用 電 子 測 量 儀 器 UU P 2 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”。 UKK UU PP P x r m s 2 %100)21(%100/2 P P KU KUU 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。 第 二 章 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

8、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 2 1 . 4 1 4VpUU 方波的有效值為 2 V=1 .4 1 4 V1U 2 0 . 8 1 6 V 3U 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 0 0 2( 1 ) 1 0 0 % 1 8 3 測量方波時的示值相對誤差為 0 02( 1 ) 1 0 0 % 4 1 .41 第 二 章 常 用 電 子 測 量

9、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 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 3 YB2173交流毫伏表 技術(shù)性能指標 電壓測量量程 300 100（分貝范圍 - 70dB +40dB） 工作頻率范圍： 5Hz 2MHz（雙路） 電壓誤差： 3%（基準頻率 1KHz） 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） 輸入阻抗 1M；輸入電容 50PF 最大輸入電壓： 300 1量程時 300； 3 100

10、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 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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 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 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 （ 1

11、） 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(chǔ)，常為 1V或 10V， 也有 2V或 5V。 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 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

12、數(shù)為 19999V，其分辨力為 20mV /19999，即 1V。 第 二 章 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%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： )%%( mx UbUaU 個字nUaU x % 第 二 章 常 用 電

13、子 測 量 儀 器 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 DVM 第 二 章 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(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

14、測量 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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 2-7 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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

15、通斷測量 注意事項 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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)生器的性能指標分類 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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

16、出特性 調(diào)制特性 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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

17、的產(chǎn)生 第 二 章 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(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 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(guān)置 2V/div，掃描因數(shù)開關(guān)置 1s/div。 4）斜波的產(chǎn)生 5） TTL輸出 6）調(diào)頻信號輸出 第 二 章 常 用 電 子 測

18、 量 儀 器 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 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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 第 二

19、 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 2 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 面板

20、布置 圖 2-23 圖 2-24 測量使用方法 應(yīng)用實例 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 2.4實訓(xùn) 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?zāi)康? 二、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 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 2.4

21、.2交流信號基本參數(shù)的測量 一、實驗?zāi)康? 二、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 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 2.5 習(xí)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

22、、平均值、有效值各為 多少？ 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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？ 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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(dāng)于幾個字？ 第 二 章

23、 常 用 電 子 測 量 儀 器 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？ 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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（ 20k V） 2.5 V 量程來測量是否恰當(dāng)？測量

24、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。 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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(shè)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。 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 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

25、列，求各情況下的 fx =? 表 2-9 T 10s 1s 0.1s 10ms 1ms N 1000 000 100 000 10 000 1 000 100 fx 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 時標 閘門時間 1ms 10ms 0.1s 1s 10s 0.1 s 0010000 010000.0 10000.00 0000.000 000.0000 1 s 10 s 0.1ms 1ms 001.0000 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?2-10。 第 二 章 常 用 電

26、 子 測 量 儀 器 表 2-1 交流電壓的波形與參數(shù) 第 二 章 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 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-3普通直流電壓表電路 第 二 章 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 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-5直流數(shù)字電壓表框圖 第 二 章 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 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器

27、 圖 2-7數(shù)字多用表的原理框圖 第 二 章 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-2-20-200-1000V 0.5% AC 交流電壓 200mV-2-20-200-700V 0.8% DC 直流電流 2m-20m-200m-10A 0.8% AC 交流電流 2m-20m-200m-10A 1.0% 電阻 200-200M 0.8% 電容 2000P-20n-200n-2 -20 F 2.5% hFE NPN PNP 0-1000 Ib=10 A Uce<3.0V 二極管測量 最大測試電流為 1.5mA 表 2-2

28、 測試功能、量程、測量誤差等項指標 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-8 DT890B+數(shù)字萬用表的面板 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-9 信號發(fā)生器原理方框圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-10 AS1053信號發(fā)生器的前面板示意圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-11 AS1053信號發(fā)生器的后面板示意圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-12 NF-1651A函數(shù)發(fā)生器方框圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-13 YB1636函數(shù)

29、發(fā)生器的面板圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-14正弦波的顯示 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-15 頻率測量原理 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-16 FC-1000數(shù)字頻率計的面板配置圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 N=T/TS 圖 2-17 累加計數(shù)原理框圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-18 頻率比測量原理框圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-19周期測量原理框圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-2

30、0 時間間隔測量原理框圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-21 自校準原理框圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-22 E312B通用電子計數(shù)器原理框圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-23 E-312A前面板布置圖 圖 2-24 E-312A后面板布置圖 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-25 計數(shù)器法測量脈寬 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-26直流穩(wěn)壓電源準確度測量接線圖 圖 2-27 直流穩(wěn)壓電源紋波系數(shù)的測量電路 第 二 章 常 用 電 子 測 量 儀 器 圖 2-28