常用電子測(cè)量?jī)x器.ppt

主編 肖曉萍,電子測(cè)量實(shí)訓(xùn)教程第3版 電子教案,普通高等教育”十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 全國(guó)高等職業(yè)教育規(guī)劃教材,機(jī)械工業(yè)出版社,第1章 電子測(cè)量的基本知識(shí) 第2章 常用電子測(cè)量?jī)x器 第3章 示波器 第4章 電路元器件參數(shù)的測(cè)量 第5章 線性系統(tǒng)頻率特性測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析儀 第6章 信號(hào)分析和頻域測(cè)量?jī)x器 第7章 數(shù)據(jù)域測(cè)量 第8章 虛擬儀器與LabVIEW編程基礎(chǔ),目 錄,第2章 常用電子測(cè)量?jī)x器 本章重點(diǎn) 2.1 電壓測(cè)量?jī)x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(wàn)用表 2.2 信號(hào)發(fā)生器 2.2.1 概述 2.2.2 AS1053射頻信號(hào)發(fā)生器 2.2.3 任意波形信號(hào)發(fā)生器,2.3 頻率和時(shí)間測(cè)量?jī)x器 2.3.1 概述 2.3.2 數(shù)字頻率計(jì) 2.3.3 通用電子計(jì)數(shù)器 2.4 實(shí)訓(xùn) 2.4.1 直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準(zhǔn)確度和 紋波系數(shù)的測(cè)量 2.4.2 交流信號(hào)基本參數(shù)的測(cè)量 2.5 習(xí)題,本章重點(diǎn) 電壓測(cè)量?jī)x器 （模擬電壓表、數(shù)字電壓表、數(shù)字萬(wàn)用表） 信號(hào)發(fā)生器 頻率測(cè)量?jī)x器 （數(shù)字頻率計(jì)、通用電子計(jì)數(shù)器）,2.1 電壓測(cè)量?jī)x器 2.1.1 概述,電壓表征電信號(hào)能量的三個(gè)基本參數(shù)（電壓、電流、功率）之一。 1電壓測(cè)量對(duì)儀表的基本要求 2電壓測(cè)量?jī)x器的分類(lèi) 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(lèi) 按電壓表工作頻段分類(lèi) 按測(cè)量電壓的量級(jí)分類(lèi) 按刻度特性分類(lèi) 按電路組成不同分類(lèi) 按檢波原理分類(lèi) 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(cè)電壓的平均值成正比。 如果被測(cè)信號(hào)是正弦波，示值U為有效值。 如果被測(cè)信號(hào)是非正弦波，則必須進(jìn)行“波形換算”。,被測(cè)電壓的有效值,如果被測(cè)信號(hào)是非正弦波，直接將電壓表的示值作為被測(cè)電壓的有效值帶來(lái)的誤差稱(chēng)為“波形誤差”或“示值誤差”。,例2-1用全波均值型電壓表測(cè)量正弦波、方波、三角波，電表指示都為1V，問(wèn)被測(cè)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(jì)算波形誤差，測(cè)量正弦波時(shí),測(cè)三角波時(shí),測(cè)方波時(shí),被測(cè)電壓的有效值,如果被測(cè)信號(hào)是非正弦波，直接將電壓表的示值作為被測(cè)電壓的有效值帶來(lái)的誤差稱(chēng)為“波形誤差”或“示值誤差”。,如果被測(cè)信號(hào)是正弦波，示值U為有效值。 如果被測(cè)信號(hào)是非正弦波，則必須進(jìn)行“波形換算”。,(2)峰值電壓表 采用峰值檢波器的電壓表稱(chēng)為峰值電壓表。,例2-2用峰值電壓表測(cè)量正弦波、方波、三角波，電表指示都為1V，問(wèn)被測(cè)電壓的峰值、有效值各為多少？示值相對(duì)誤差為多少？,查表2-1得，,，KP,=1,解：由式 (2-13) 計(jì)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(jì)算示值相對(duì)誤差 測(cè)量三角波時(shí)的示值相對(duì)誤差為,測(cè)量方波時(shí)的示值相對(duì)誤差為,有效值電壓表測(cè)量交流電壓時(shí)，示值就是被測(cè)交流信號(hào)的有效值。,（3）有效值電壓表,3YB2173交流毫伏表 技術(shù)性能指標(biāo) 電壓測(cè)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(zhǔn)頻率1KHz） 頻率響應(yīng)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(shí)300；3100量程時(shí)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(shuō)明 圖2-4 操作方法,1分類(lèi) 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(wàn)用表。 按A/D轉(zhuǎn)換器的原理分：比較式、積分式和復(fù)合式。 2DVM的主要技術(shù)指標(biāo) 測(cè)量范圍 分辨力 測(cè)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(cè)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09共十個(gè)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(lái)，能說(shuō)明DVM有無(wú)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(chēng)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(cè)電壓的最小變化值，即最小量程時(shí)顯示器末位跳一個(gè)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(cè)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(cè)量，已知2V檔和 200V檔固有誤差分別為0.025%Ux1個(gè) 字和0.03%Ux1個(gè)字。問(wèn)：兩種情況下 由固有誤差引起的測(cè)量誤差分別為多少？,固有誤差 DVM的固有誤差通常用絕對(duì)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(cè)儀表的核心部件。 交流電壓的測(cè)量需附加一個(gè)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,4 DS-26A型雙積分式數(shù)字電壓表 （1）主要技術(shù)性能 測(cè)量電壓范圍 靈敏度 準(zhǔn)確度 固有誤差 工作誤差 校準(zhǔn)周期 穩(wěn)定性 輸入阻抗 抗干擾能力 測(cè)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(zhǔn)測(cè)量,2.1.4 數(shù)字萬(wàn)用表 數(shù)字萬(wàn)用表又稱(chēng)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(cè)量轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)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(wàn)用表 特點(diǎn) 主要技術(shù)指標(biāo) 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(cè)量 直流（DC)和交流（AC）電流測(cè)量 電阻測(cè)量 電容測(cè)量 晶體管測(cè)量 二極管和通斷測(cè)量 注意事項(xiàng),2.2 信號(hào)發(fā)生器 2.2.1 概述,1信號(hào)發(fā)生器的基本概念 在測(cè)試、研究或調(diào)整電子電路及設(shè)備、測(cè)定電路的電參量時(shí)，用于產(chǎn)生不同頻率，不同波形的電壓、電流信號(hào)的裝置，統(tǒng)稱(chēng)為信號(hào)發(fā)生器，也稱(chēng)為信號(hào)源。 信號(hào)發(fā)生器的分類(lèi)： 按頻率范圍分類(lèi) 按輸出波形分類(lèi) 按信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)分類(lèi),2信號(hào)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(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo) 頻率特性 輸出特性 調(diào)制特性,2.2.2 AS1053射頻信號(hào)發(fā)生器 （1）主要技術(shù)性能 信號(hào)發(fā)生器輸出頻率 音頻內(nèi)調(diào)制信號(hào) 射頻信號(hào) 工作頻率、信號(hào)方式存儲(chǔ),（2）面板結(jié)構(gòu) 圖2-10 （3）操作說(shuō)明,2.2.3 任意波形信號(hào)發(fā)生器 任意波形信號(hào)發(fā)生器也稱(chēng)為函數(shù)發(fā)生器。 基本工作原理 圖2-12 YB1636函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 主要技術(shù)性能 使用方法 1)面板圖 圖2-13 2)準(zhǔn)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(hào)。 第一步，WAVE FORM開(kāi)關(guān)置“正弦波”。 第二步，RANGEHz開(kāi)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(hào)幅度，使示波器顯示的波形如圖2-14所示。此時(shí)示波器的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)開(kāi)關(guān)置2V/div，掃描因數(shù)開(kāi)關(guān)置1s/div。 4）斜波的產(chǎn)生 5）TTL輸出 6）調(diào)頻信號(hào)輸出,2.3頻率和時(shí)間測(cè)量?jī)x器 2.3.1 概述,周期性過(guò)程重復(fù)出現(xiàn)一次所需要的時(shí)間稱(chēng)為“周期” 。 周期性過(guò)程在單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)稱(chēng)為“頻率”。 頻率和時(shí)間測(cè)量技術(shù)按工作原理可分為： 直接法 比較法測(cè)頻 示波法測(cè)量頻率,2.3.2 數(shù)字頻率計(jì) 主要用于測(cè)量頻率和計(jì)數(shù)的電子計(jì)數(shù)器稱(chēng)為頻率計(jì)數(shù)器或數(shù)字式頻率計(jì)。 計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率的原理 圖2-15 FC-1000數(shù)字頻率計(jì) 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(jì)數(shù)器 具有多種測(cè)量功能的電子計(jì)數(shù)器稱(chēng)為通用電子計(jì)數(shù)器或頻率時(shí)間計(jì)數(shù)器。 1通用電子計(jì)數(shù)器的基本測(cè)量功能 頻率測(cè)量 累加計(jì)數(shù) 圖2-17 頻率比測(cè)量 圖2-18 周期測(cè)量 圖2-19 時(shí)間間隔測(cè)量 圖2-20 自校準(zhǔn) 圖2-21,2E-312A型通用電子計(jì)數(shù)器 通用電子計(jì)數(shù)器組成原理 圖2-22 主要技術(shù)指標(biāo) 面板布置 圖2-23 圖2-24 測(cè)量使用方法 應(yīng)用實(shí)例,2.4實(shí)訓(xùn) 2.4.1 直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準(zhǔn)確度和 紋波系數(shù)的測(cè)量,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)儀器 三、預(yù)習(xí)要求 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟 （一）直流穩(wěn)壓電源的輸出指示準(zhǔn)確度的測(cè)量 測(cè)量原理 實(shí)驗(yàn)步驟 圖2-26 （二）直流穩(wěn)壓電源紋波系數(shù)的測(cè)量 測(cè)量原理 實(shí)驗(yàn)步驟 圖2-27 五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 六. 思考題,2.4.2交流信號(hào)基本參數(shù)的測(cè)量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)儀器 三、預(yù)習(xí)要求 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟 正弦信號(hào)頻率和頻率準(zhǔn)確度的測(cè)量 直流電壓的測(cè)量 正弦信號(hào)幅度和輸出電平的頻響測(cè)量 五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 六. 思考題,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(wú)特殊說(shuō)明)？ 2 用均值型電壓表分別測(cè)量正弦波、方波和三角波電壓，示值都為V，問(wèn)： （）對(duì)每個(gè)波形來(lái)說(shuō)，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(cè)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(wèn)題？ 4 用有效值型電壓表測(cè)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(wèn)題？,5 已知某電壓表采用有效值定度，如何用實(shí)驗(yàn)方法確定其檢波的方式？舉例說(shuō)明之。 6 用一種4位DVM 2V量程測(cè)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(cè)量誤差，它的誤差相當(dāng)于幾個(gè)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(cè)量1.8V和0.18 V時(shí)產(chǎn)生的絕對(duì)誤差和相對(duì)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(shí)的分辨力？,9 如需測(cè)量圖2-28電路的基極靜態(tài)電壓，為使測(cè)量準(zhǔn)確度較高，對(duì)電壓表有何要求？如果使用500型萬(wàn)用表（20kV）2.5 V量程來(lái)測(cè)量是否恰當(dāng)？測(cè)量發(fā)射極電壓可以嗎？ 10 模擬式萬(wàn)用表和數(shù)字式萬(wàn)用表都有紅、黑表筆，在使用時(shí)須注意什么？ 11 簡(jiǎn)述信號(hào)發(fā)生器的基本組成和各部分的功能。,12 正弦信號(hào)發(fā)生器的主要性能指標(biāo)有哪些？各自具有什么含義？ 13 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案有哪幾種？ 14 時(shí)間和頻率的測(cè)量方法有哪些？ 15 簡(jiǎn)述數(shù)字頻率計(jì)的測(cè)頻原理，并畫(huà)出其原理方框圖。,16 簡(jiǎn)述電子計(jì)數(shù)器測(cè)量周期的基本原理，并畫(huà)出其原理方框圖。 17 用計(jì)數(shù)器測(cè)頻率，已知閘門(mén)時(shí)間和計(jì)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(shí)讀數(shù)N,18 用某7位電子計(jì)數(shù)器進(jìn)行自校。選用不同的時(shí)標(biāo)和不同的閘門(mén)時(shí)間，其讀數(shù)N為多少？請(qǐng)?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(cè)試功能、量程、測(cè)量誤差等項(xiàng)指標(biāo),圖2-8 DT890B+數(shù)字萬(wàn)用表的面板,圖2-9 信號(hào)發(fā)生器原理方框圖,圖2-10 AS1053信號(hào)發(fā)生器的前面板示意圖,圖2-11 AS1053信號(hào)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