電子測(cè)量與儀器總復(fù)習(xí)公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省優(yōu)質(zhì)課大賽獲獎(jiǎng)?wù)n件

總復(fù)習(xí)（2）電子測(cè)量與智能儀器電子測(cè)量是以電子技術(shù)理論為依據(jù)，以電子測(cè)量?jī)x器和設(shè)備為伎倆，以電量和非電量為測(cè)量對(duì)象測(cè)量過(guò)程。電子測(cè)量?jī)?nèi)容包含：電能量測(cè)量（各種頻率和波形電壓、電流、電功率等）；電信號(hào)特征測(cè)量（信號(hào)波形、頻率、相位、噪聲及邏輯狀態(tài)等）；電路參數(shù)測(cè)量（阻抗、品質(zhì)因數(shù)、電子器件參數(shù)等）；導(dǎo)出量測(cè)量（增益、失真度、調(diào)幅度等）；特征曲線顯示（幅頻特征、相頻特征及器件參數(shù)等）。計(jì)量是為了確保量值統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致一個(gè)測(cè)量。它三個(gè)主要特征是統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。計(jì)量學(xué)是研究測(cè)量、確保測(cè)量統(tǒng)一和準(zhǔn)確科學(xué)。計(jì)量是國(guó)民經(jīng)濟(jì)一項(xiàng)主要技術(shù)基礎(chǔ)。計(jì)量科學(xué)技術(shù)水平普通也能夠標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平。1、誤差概念真值：一個(gè)量在被觀察時(shí)，該量本身所含有真實(shí)大小稱為真值。測(cè)量誤差：人們經(jīng)過(guò)試驗(yàn)方法來(lái)求被測(cè)量真值時(shí)，對(duì)客觀規(guī)律認(rèn)識(shí)不足、測(cè)量器具不準(zhǔn)確、測(cè)量伎倆不完善、測(cè)量條件發(fā)生改變及測(cè)量工作中疏忽或錯(cuò)誤等原因，都會(huì)使測(cè)量結(jié)果與真值不一樣，這個(gè)差異就是測(cè)量誤差。誤差：測(cè)量值（或稱測(cè)得值、測(cè)值）與真值之差。誤差=測(cè)量值-真值在《通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義》中，真值是“與給定特定量定義一致值”，并注明：①量真值只有經(jīng)過(guò)完善測(cè)量才有可能取得；②真值按其本性是不確定；③與給定特定量定義一致值不一定只有一個(gè)。真值是一個(gè)理想概念。真值客觀存在，卻難以取得。因?yàn)樽匀唤缛魏挝矬w都處于永恒運(yùn)動(dòng)中，一個(gè)量在不一樣時(shí)間、空間都會(huì)發(fā)生改變，從而有不一樣真值。故真值應(yīng)是指在瞬間條件下值，普通來(lái)說(shuō)是無(wú)法經(jīng)過(guò)完善測(cè)量來(lái)取得。修正值定義：用代數(shù)方法與未修正測(cè)量結(jié)果相加，以賠償其系統(tǒng)誤差值，修正值等于負(fù)系統(tǒng)誤差。

C=－Δx=A－x

在測(cè)量時(shí)，利用測(cè)得值與已知修正值相加，即可算出被測(cè)量實(shí)際值。

A=x+C用相對(duì)誤差便于比較-----表示相對(duì)誤差2相對(duì)誤差：例：用二只電壓表V1和V2分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)電壓值。V1

表測(cè)量150伏，絕對(duì)誤差Δx1=1.5伏，V2

表測(cè)量10伏，絕對(duì)誤差Δx2=0.5伏從絕對(duì)誤差來(lái)比較Δx1＞Δx2

誰(shuí)準(zhǔn)確？

（1）定義測(cè)量絕對(duì)誤差與被測(cè)量真值之比（用百分?jǐn)?shù)表示），稱為相對(duì)誤差用γ0表示。

普通情況下，可用絕對(duì)誤差與實(shí)際值之比表示相對(duì)誤差（有必要區(qū)分時(shí)稱為實(shí)際相對(duì)誤差），用γA表示例：

用相對(duì)誤差能夠恰當(dāng)?shù)乇碚鳒y(cè)量準(zhǔn)確程度。相對(duì)誤差是一個(gè)只有大小和符號(hào)，而沒(méi)有量綱數(shù)值。在誤差較小或要求不太嚴(yán)格場(chǎng)所，也能夠用儀器測(cè)得值代替實(shí)際值。這時(shí)相對(duì)誤差稱為示值相對(duì)誤差，用γx表示。

式中，Δx由所用儀器準(zhǔn)確度等級(jí)定出。因?yàn)閤中含有誤差，所以γx只適合用于近似測(cè)量。

滿度（引用）相對(duì)誤差：用絕對(duì)誤差與儀器滿量程xm之比來(lái)表示相對(duì)誤差，記為：測(cè)量值相對(duì)誤差γx與滿度相對(duì)誤差S%關(guān)系：測(cè)量值x靠近滿量程值xm相對(duì)誤差小電工儀表將滿度相對(duì)誤差分為七個(gè)等級(jí)：例2.2：1.5級(jí)電壓表在150V檔時(shí)，其最大絕對(duì)誤差為例2.3：檢定量程為1000μA0.2級(jí)電流表，在500μA刻度上標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)為499μA，問(wèn)此電流表是否合格？解：x0=499μAx=500μAxm=1000μA（0.2級(jí)表）按照誤差特點(diǎn)和性質(zhì)，誤差可分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差三類。1、系統(tǒng)誤差在相同條件下，屢次測(cè)量同一個(gè)量值時(shí)，誤差絕對(duì)值和符號(hào)保持不變，或在條件改變時(shí)，按一定規(guī)律改變誤差稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差特點(diǎn)是，測(cè)量條件一經(jīng)確定，誤差就為一確切數(shù)值。用屢次測(cè)量取平均值方法并不能改變誤差大小。2、隨機(jī)誤差在相同條件下，屢次測(cè)量同一個(gè)量值時(shí)，誤差絕對(duì)值和符號(hào)均以不可預(yù)定方式改變誤差稱為隨機(jī)誤差。這一類誤差特點(diǎn)是，在屢次測(cè)量中誤差絕對(duì)值波動(dòng)有一定界限，即含有有界性；正負(fù)誤差出現(xiàn)機(jī)會(huì)相同，即含有對(duì)稱性。依據(jù)上述特點(diǎn)，能夠經(jīng)過(guò)對(duì)屢次測(cè)量值取算術(shù)平均值方法來(lái)消弱隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果影響。3、疏失誤差（粗大誤差）在一定測(cè)量條件下，測(cè)量值顯著地偏離實(shí)際值所形成誤差稱為疏失誤差。凡確認(rèn)含有疏失誤差測(cè)量數(shù)據(jù)稱為壞值，應(yīng)該剔除不用。

3.t分布下置信度

（n<20）

在實(shí)際測(cè)量中，總是進(jìn)行有限次測(cè)量，只能依據(jù)貝塞爾公式求出標(biāo)準(zhǔn)差估值s(x)，但因測(cè)量次數(shù)較少（如n＜20時(shí)，測(cè)值不服從正態(tài)分布。英國(guó)人科薩特（Gosset，但常以“student”筆名發(fā)表文章）證實(shí)了這時(shí)服從t分布，也稱“學(xué)生”氏分布。對(duì)于非等精度測(cè)量，計(jì)算最終測(cè)量結(jié)果及其精度（如標(biāo)準(zhǔn)差），不能套用前面等精度測(cè)量計(jì)算公式，需要采取新計(jì)算公式。1.“權(quán)”概念和確定方法日常統(tǒng)計(jì)中也用“權(quán)”概念，如按學(xué)分加權(quán)課程統(tǒng)計(jì)學(xué)生各科總平均成績(jī)，以顯示學(xué)分多課程主要性。比如，三門(mén)學(xué)分為3、1、2課程加權(quán)平均成績(jī)?yōu)?.加權(quán)算術(shù)平均值

若對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行m組非等精度測(cè)量，得到，設(shè)對(duì)應(yīng)權(quán)值為

，則加權(quán)算術(shù)平均值為m組測(cè)量結(jié)果例2.10工作基準(zhǔn)米尺在連續(xù)三天內(nèi)與國(guó)家基準(zhǔn)器比較，得到工作基準(zhǔn)米尺平均長(zhǎng)度分別為999.9425mm（3次測(cè)量），999.9416mm（2次測(cè)量），999.9419mm（5次測(cè)量），求最終測(cè)量結(jié)果。解：按測(cè)量次數(shù)來(lái)確定權(quán)：w1=3，w2=2，w3=5，取x0=999.94mm，則有2.3粗大誤差在一定條件下，測(cè)量值顯著偏離其實(shí)際值所對(duì)應(yīng)誤差。

產(chǎn)生原因：主要是表現(xiàn)為讀數(shù)錯(cuò)誤、測(cè)量方法錯(cuò)誤、儀器有缺點(diǎn)、電磁干擾及電壓跳動(dòng)等。

粗大誤差無(wú)規(guī)律可循，故必須看成壞值給予剔除。

剔除是要有一定依據(jù)。在不明原因情況下，首先要判斷可疑數(shù)據(jù)是否是粗大誤差。其方法基本思想是給定一置信概率，確定對(duì)應(yīng)置信區(qū)間，凡超出置信區(qū)間誤差就認(rèn)為是粗大誤差。詳細(xì)檢驗(yàn)方法常見(jiàn)有三種：

一、定義2.3.1萊特檢驗(yàn)法這是一個(gè)在正態(tài)分布情況下判別異常值方法。假設(shè)在一列等精度測(cè)量結(jié)果中，第i項(xiàng)測(cè)量值xi，所對(duì)應(yīng)殘差vi絕對(duì)值＞3s（x）

則該誤差為粗差，應(yīng)剔除不用。式中s(x)是這列數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差預(yù)計(jì)值。2.3.2格拉布斯檢驗(yàn)法格氏檢測(cè)法是在未知總體標(biāo)準(zhǔn)偏差s(x)情況下，對(duì)正態(tài)樣本或靠近正態(tài)樣本異常值進(jìn)行判別一個(gè)方法。（理論與試驗(yàn)證實(shí)很好）＞Gs在一組測(cè)量數(shù)據(jù)中，可疑數(shù)據(jù)應(yīng)極少。不然，說(shuō)明系統(tǒng)工作不正常。

2.3.3中位數(shù)檢驗(yàn)法中位數(shù)檢驗(yàn)法是把測(cè)量結(jié)果按自小到大次序排列起來(lái)，在所得數(shù)值中居于中間位置一個(gè)值應(yīng)是最正確預(yù)計(jì)，稱之為中位數(shù)。假如有兩個(gè)值居于中間位置，則它們平均值為中位數(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)列中沒(méi)有粗大誤差時(shí)，其中位數(shù)應(yīng)與這個(gè)數(shù)據(jù)列算術(shù)平均值十分靠近，若差異較大，說(shuō)明有異常數(shù)據(jù)，則剔除數(shù)列兩頭數(shù)值偏離中位數(shù)較大那個(gè)數(shù)據(jù)，然后再計(jì)算算術(shù)平均值。2.4.1系統(tǒng)誤差檢驗(yàn)和判別系統(tǒng)誤差（簡(jiǎn)稱系差）特征是：

恒定系差-----屢次測(cè)量同一量值時(shí)，誤差絕對(duì)值和符號(hào)保持不變；變值系差-----條件改變時(shí)，誤差按一定規(guī)律改變。

1.恒定系統(tǒng)誤差檢驗(yàn)和處理

1)改變測(cè)量條件

測(cè)量條件指測(cè)量者、測(cè)量方法和環(huán)境條件等。在某一測(cè)量條件下，測(cè)量值為一確定不變值。如改變測(cè)量條件，就會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)確定值，則可判斷有恒差，比如，對(duì)儀表零點(diǎn)調(diào)整。

2.變值系差判定

慣用有以下兩種判據(jù)：

1)剩下誤差觀察法

（a）剩下誤差大致上正負(fù)相間，且無(wú)顯著改變規(guī)律，可認(rèn)為不存在系統(tǒng)誤差；

（b）剩下誤差有規(guī)律遞增或遞減，且在測(cè)量開(kāi)始與結(jié)束誤差符號(hào)相反，則存在線性系統(tǒng)誤差；（c）變值系統(tǒng)誤差剩下誤差符號(hào)有規(guī)律地由正變負(fù)，再由負(fù)變正，且循環(huán)交替重復(fù)改變，則存在周期性系統(tǒng)誤差；

（d）同時(shí)存在線性和周期性系統(tǒng)誤差。若測(cè)量列中含有不變系統(tǒng)誤差，用剩下誤差觀察法則發(fā)覺(jué)不了。

Φv0n圖2.13變值系差示意圖(c)nΦv0nΦv0nΦv0(a)(b)(d)2)累進(jìn)性系差判別—馬利科夫判據(jù)

圖2.13(a)(b)表示了與測(cè)量條件成線性關(guān)系累進(jìn)性系統(tǒng)誤差，如因?yàn)樾铍姵囟穗妷合陆狄l(fā)電流下降。在累進(jìn)性系差情況下，殘差基本上向一個(gè)固定方向改變。

馬利科夫判據(jù)是慣用判別有沒(méi)有累進(jìn)性系差方法。詳細(xì)步驟是：

①將n項(xiàng)剩下誤差

按次序排列；

②分成前后兩半求和，再求其差值D

前二分之一后二分之一

當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)

當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)

③若則說(shuō)明測(cè)量數(shù)據(jù)存在累進(jìn)性系差。（2.41）

3)周期性系差判別——阿貝—赫梅特判據(jù)周期性系差經(jīng)典例子是當(dāng)指針式儀表度盤(pán)安裝偏心時(shí)，會(huì)產(chǎn)生這種周期性系差。

如圖2.14（a）所表示，如鐘表軸心在水平方向有一點(diǎn)偏移，設(shè)它指針在垂直向上位置時(shí)造成誤差為ξ，當(dāng)指針在水平位置運(yùn)動(dòng)時(shí)ξ逐步減小至零，當(dāng)指針運(yùn)動(dòng)到垂直向下位置時(shí)，誤差為-ξ，如此周而復(fù)始，造成誤差如圖2.14（b）所表示，這類呈規(guī)律性交替變換系統(tǒng)誤差稱為周期性系統(tǒng)誤差。2.5誤差合成與分配研究：先講合成：例：P＝IUΔU和ΔI怎樣影響ΔP？I=U/RΔU和ΔR怎樣影響ΔI？方法：推導(dǎo)一個(gè)普遍適用公式。分項(xiàng)誤差合成分配總合誤差2.5.1測(cè)量誤差合成1誤差傳遞公式設(shè)若在附近各階偏導(dǎo)數(shù)存在，則可把y展為泰勒級(jí)數(shù)

(“0”點(diǎn)，表示真值、起始點(diǎn))若用分別表示x1及x2分項(xiàng)誤差，因?yàn)橹懈唠A小量能夠略去，則總合誤差為則泰勒級(jí)數(shù)同理，當(dāng)總合y由m個(gè)分項(xiàng)合成時(shí)，可得即

絕對(duì)誤差傳遞公式（2.45）這是絕對(duì)誤差傳遞公式。2.5.3最正確測(cè)量方案選擇對(duì)于實(shí)際測(cè)量，我們通常希望測(cè)量準(zhǔn)確度越高即誤差總合越小越好。所謂測(cè)量最正確方案，從誤差角度看就是要做到

（2.56）（2.57）慣用選擇方法有：1.函數(shù)形式選擇

當(dāng)有各種間接測(cè)量方案時(shí)，各方案函數(shù)表示式不一樣，應(yīng)選其中總合誤差最小函數(shù)形式。例：前述測(cè)量電阻R消耗功率例中，當(dāng)

問(wèn)采取哪種測(cè)量方案很好？

方案1：P=UI

方案2：P=U2／R

方案3：P=I2R

可見(jiàn)，在題中給定各分項(xiàng)誤差條件下，應(yīng)選擇第一方案P＝UI.

2.測(cè)量點(diǎn)選擇

在前面引用（滿度）相對(duì)誤差中曾指出，用指針式三用表電壓、電流檔測(cè)量時(shí)，應(yīng)正確選擇量程，使測(cè)值靠近滿度，即測(cè)量點(diǎn)要選在滿量程附近，測(cè)量結(jié)果相對(duì)誤差小。對(duì)電阻檔測(cè)量點(diǎn)應(yīng)選擇何處呢？現(xiàn)介紹普通性方法。

ERx圖2.20電阻測(cè)量原理Ri由誤差合成公式(2.45)，可求得絕對(duì)誤差為

則相對(duì)誤差表示式為

令

求極小值可求得

結(jié)論：指針處于中央位置時(shí)，測(cè)量電阻相對(duì)誤差最小。

電阻量程1.不確定度定義和分類

測(cè)量不確定度從詞義上了解，意味著對(duì)測(cè)量結(jié)果有效性可疑程度或不愿定程度。從傳統(tǒng)上了解，它是被測(cè)量真值所處范圍估計(jì)值。不過(guò)真值是一個(gè)理想化概念，實(shí)際上往往難以測(cè)得，而可以具體操作則是變化測(cè)量結(jié)果。所以，現(xiàn)代測(cè)量不確定度被定義為：“不確定度是與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)絡(luò)一種參數(shù)，用于表征被測(cè)量之值可能分散性程度”。這種測(cè)量不確定度定義表明：

Y=y±U

其中，y——是被測(cè)量值預(yù)計(jì)，通常取屢次測(cè)量值算術(shù)平均值：y=xi。

U——是測(cè)量不確定度，在GUM中要求，這個(gè)參數(shù)能夠是標(biāo)準(zhǔn)偏差s或是s倍數(shù)ks；也能夠是含有某置信概率P（比如P=95％或P=99％）下置信區(qū)間半寬。

不確定度標(biāo)準(zhǔn)不確定度擴(kuò)展(展伸)不確定度（擴(kuò)大uC置信區(qū)間，提升置信概率）A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA（類同隨機(jī)誤差處理）B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB（查已經(jīng)有信息求得）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uC（A、B類合成）不確定度分類：2數(shù)字舍入（修約）規(guī)則對(duì)五入可能帶來(lái)誤差未使尾數(shù)為偶數(shù)，不便于除盡經(jīng)典“四舍五入”缺點(diǎn)：測(cè)量中用：四舍六入五湊偶法則規(guī)則小于5舍大于5入等于5取偶5后有數(shù)，舍5入15后無(wú)數(shù)或?yàn)榱銜r(shí)5前是奇數(shù)，舍5入15前是偶數(shù)，舍5不進(jìn)17.995→18.0014.9850→14.983.62456→3.625三例都取4位有效數(shù)字

3.近似運(yùn)算規(guī)則在近似數(shù)運(yùn)算中，為了確保最終結(jié)果有盡可能高精度，全部參加運(yùn)算數(shù)據(jù)，在有效數(shù)字后可多保留一位數(shù)字作為參考數(shù)字，或稱為安全數(shù)字。1)在近似數(shù)加減運(yùn)算時(shí)，各運(yùn)算數(shù)據(jù)以小數(shù)位數(shù)最少數(shù)據(jù)位數(shù)為準(zhǔn)，其余各數(shù)據(jù)可多取一位小數(shù)，但最終結(jié)果應(yīng)與小數(shù)位數(shù)最少數(shù)據(jù)小數(shù)位相同。例2.24求2643.0＋987.7十4.187＋0.2354=？≈2643.0＋987.7＋4.19＋0.24＝3635.13≈3635.12)在近似數(shù)乘除運(yùn)算時(shí)，各運(yùn)算數(shù)據(jù)以有效位數(shù)最少數(shù)據(jù)位數(shù)為準(zhǔn)，其余各數(shù)據(jù)要比有效位數(shù)最少數(shù)據(jù)位數(shù)多取一位數(shù)字，而最終結(jié)果應(yīng)與有效位數(shù)最少數(shù)據(jù)位數(shù)相同。3.1.2信號(hào)發(fā)生器分類1.按頻率范圍分

無(wú)低頻高頻微波頻段頻率范圍主振電路調(diào)制方式RC電路1Hz~1MHz磁控管、體效應(yīng)管、……1MHz~1GHz1GHz~100GHzLC電路AM、FM、PMAM、FM3.2.1低頻信號(hào)發(fā)生器現(xiàn)在普通“低頻信號(hào)發(fā)生器”是指1Hz~1MHz頻段，輸出波形以正弦波為主，或兼有方涉及其它波形發(fā)生器。1、低頻信號(hào)發(fā)生器組成原理主振器放大器衰減器輸出電壓指示(a)波段式

帶負(fù)載能力弱，只能提供電壓輸出。輸出(b)固定頻率振蕩器可變頻率振蕩器混頻器濾波放大衰減器f2=3.4000MHzf1=3.3997~5.1000MHzf0=300Hz~1.7000MHz差頻式最大優(yōu)點(diǎn)是頻率覆蓋范圍大，輕易做到整個(gè)低頻段內(nèi)頻率可連續(xù)調(diào)整而不用更換波段，且輸出電平也比較平衡。頻率覆蓋范圍大小通慣用頻率覆蓋系數(shù)表示：（3.7）以通信中慣用某電平振蕩器（實(shí)際上就是低頻信號(hào)發(fā)生器）為例，f1=3.3997MHz～5.1000MHz，f2=3.4000MHz，則f0=300Hz～1.7000MHz。比較一下頻率覆蓋系數(shù)而可變頻率振蕩器（相當(dāng)波段式中一個(gè)波段）頻率覆蓋系數(shù)為可見(jiàn)，差頻式信號(hào)發(fā)生器頻率覆蓋范圍大得多。2.主振蕩器特點(diǎn)低頻信號(hào)發(fā)生器中主振蕩器大多都采取文氏橋式振蕩器，其特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定，易于調(diào)整，而且波形失真小和易于穩(wěn)幅。輸出(f0)R1AR1R3C1C2R2?文氏橋式振蕩器振蕩頻率決定于RC式反饋網(wǎng)絡(luò)諧振頻率，表示式為：3.2.3脈沖信號(hào)發(fā)生器脈沖信號(hào)發(fā)生器通常是指矩形窄脈沖發(fā)生器，它廣泛用于測(cè)試和校準(zhǔn)脈沖設(shè)備和寬帶設(shè)備。1、矩形脈沖參數(shù)U0tUm0.9Um0.1UmδΔU0.5UmτtrtfΔ矩形脈沖參數(shù)重復(fù)頻率：f占空系數(shù)：τ/T脈沖幅度：Um

上沖量：δ脈沖寬度：τ反沖量：△上升時(shí)間：tr

平頂落差：△U下降時(shí)間：tf

偏移：E3.2.4函數(shù)信號(hào)發(fā)生器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一個(gè)寬帶頻率可調(diào)波形發(fā)生器，它能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波等。1、正弦式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器其工作過(guò)程為：正弦振蕩器輸出正弦波，經(jīng)緩沖級(jí)隔離后，分為兩路信號(hào)，一路送至放大器輸出正弦波，另一路作為方波形成電路觸發(fā)信號(hào)。方波形成電路通常為施密特觸發(fā)器。后者也輸出兩路信號(hào)，一路送放大器，經(jīng)放大后輸出方波；另一路作為積分器輸入信號(hào)。積分器普通是密勒積分電路。積分器將方波積分形成三角波，經(jīng)放大后輸出。三種波形輸出由放大器中選擇開(kāi)關(guān)控制。3.3合成信號(hào)發(fā)生器采取頻率合成技術(shù)，能夠把信號(hào)發(fā)生器頻率穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度提升到與基準(zhǔn)頻率相同水平，而且能夠在很寬頻率范圍內(nèi)進(jìn)行精細(xì)頻率調(diào)整。合成信號(hào)源可工作于調(diào)制狀態(tài)，可對(duì)輸出電平進(jìn)行調(diào)整，也可輸出各種波形。它是當(dāng)前用得最廣泛性能較高信號(hào)源。頻率合成方法很多，但基本上分為兩大類，直接合成法和間接合成法。在詳細(xì)實(shí)現(xiàn)中可分為下面三種方法。頻率合成方法直接數(shù)字頻率合成法（DDS）

間接鎖相式合成法（DirectAnalogFrequencySynthesis）（DirectDigitalFrequencySynthesis）直接模擬頻率合成法（DAFS）

混頻器fi11MHzLPVCOPDfo=|fi1-fi2|=1000-100=900kHzBPFM+fi2=100kHzf0+fi23)混頻鎖相環(huán)

當(dāng)兩個(gè)輸入頻率之和或之差超出了允許范圍時(shí)，環(huán)路不能進(jìn)入鎖定狀態(tài)，也無(wú)法控制VCO輸出頻率，即環(huán)路“失鎖”。這時(shí)需要調(diào)整VCO工作參數(shù)以改變其固有振蕩頻率，或者調(diào)整輸入信號(hào)頻率，均能夠到達(dá)鎖定目標(biāo)。交流電壓能夠用峰值、有效值、平均值、波形因數(shù)、波峰因數(shù)來(lái)表征。

雙斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器中，第一次積分是定時(shí)積分，第二次積分是定值積分。1掃描發(fā)生器環(huán)又叫時(shí)基電路，常由掃描門(mén)、積分器及比較和釋抑電路組成。Q表是依據(jù)諧振原理制成測(cè)量?jī)x器，主要用于測(cè)量電路品質(zhì)因數(shù)。雙斜積分式DVM含有高抗串模干擾能力，但測(cè)量速率較低。時(shí)基電路作用電壓測(cè)量中共模干擾。示波器帶寬均值電壓表1、余數(shù)循環(huán)比較式A/D轉(zhuǎn)換器原理圖以下列圖所表示，試依據(jù)該圖說(shuō)明，設(shè)輸入電壓為Ui=8.9099V，其D/A轉(zhuǎn)換器輸出為5位二進(jìn)制碼（即8，4，2，1，1/2），A2=16。試說(shuō)明其轉(zhuǎn)換過(guò)程3.頻率合成單元1)組合環(huán)一個(gè)經(jīng)典組合環(huán)及其輸出頻率，如圖所表示。因?yàn)樗訪PFPDfo=—fiVCO÷N2÷N1fiN1N22)多環(huán)合成單元由倍頻環(huán)可得由混頻環(huán)可得:因?yàn)樗?3.22)(3.23)LPFPDfo1=Nfi1VCO1fi

圖3.27雙環(huán)合成單元VCO2M(-)晶振PDLPF內(nèi)插振蕩器f

i2同軸倍頻環(huán)混頻環(huán)fo2=Nfi1+fi2Nfi1fo14.1.3頻率測(cè)量方法頻率測(cè)量方法模擬法計(jì)數(shù)法頻響法比較法電橋法諧振法拍頻法差頻法示波法李莎育圖形法測(cè)周期法電容充放電式電子計(jì)數(shù)式±1×10-8～±1×10-13量級(jí)±1×10-2量級(jí)1)、時(shí)基（T）電路兩個(gè)特點(diǎn)：(1)標(biāo)準(zhǔn)性閘門(mén)時(shí)間準(zhǔn)確度應(yīng)比被測(cè)頻率高一數(shù)量級(jí)以上，故通常晶振頻率穩(wěn)定度要求達(dá)10-6～10-10。（恒溫糟）(2)多值性閘門(mén)時(shí)間T不一定為1秒，應(yīng)讓用戶依據(jù)測(cè)頻精度和速度不一樣要求自由選擇。比如：1kHz100Hz10Hz1Hz0.1Hz1ms10ms0.1s、1s、10s時(shí)基電路作用就是提供準(zhǔn)確閘門(mén)時(shí)間。它普通由高穩(wěn)定石英晶體振蕩器、分頻整形電路和門(mén)控（雙穩(wěn)）電路組成。4.2.2誤差分析計(jì)算由第二章誤差傳遞公式（2.45）可對(duì)式（4.2）求得（4.3）

計(jì)數(shù)誤差時(shí)基誤差4.3.3中界頻率研究量化誤差（±1誤差）對(duì)測(cè)頻和測(cè)周影響。測(cè)頻、測(cè)周誤差相等頻率稱為中界頻率。將（4.6）和（4.12）式中量化誤差表示式聯(lián)立可得

式中，

為中界頻率，

為標(biāo)準(zhǔn)頻率，T為閘門(mén)時(shí)間。

令

則

因

故

100MHz圖4.14測(cè)頻量化誤差與測(cè)周量化誤差1Hz1KHz1MHz10-810-710-610-510-410-310-210-1110ST=1S0.1Sfc=10MHzfc=1GHzfc=100MHz測(cè)頻量化誤差測(cè)周量化誤差f100MHz所以，當(dāng)

宜測(cè)頻；

當(dāng)

，宜測(cè)周。

這給使用帶來(lái)不便，要查知所用狀態(tài)下中界頻率，是當(dāng)前通用計(jì)數(shù)器缺點(diǎn)，下面將介紹采取雙路計(jì)數(shù)器方法，對(duì)測(cè)頻或測(cè)周都能實(shí)現(xiàn)等精度測(cè)量。5.1概述5.1.1電壓測(cè)量主要性電壓是電子測(cè)量一個(gè)主要參數(shù)。電參量基礎(chǔ)：U=IRI=U/RR=U/IP=IU=U2/R=I2R電壓派生量，比如，調(diào)幅度，波形非線性失真系數(shù)等等。在非電量測(cè)量中，大多數(shù)物理量（如溫度、壓力、振動(dòng)、速度等）傳感器大多是電壓作輸出。所以，電壓測(cè)量是其它許多電參量、非電參數(shù)測(cè)量基礎(chǔ)。5.3交流電壓測(cè)量5.3.1交流電壓表征交流電壓能夠用峰值、平均值、有效值、波形系數(shù)以及波峰系數(shù)來(lái)表征。數(shù)學(xué)定義：均方根值物理定義：能量等效tUUPUPtU峰值平均值直接平均為零；半波均值全波均值tU有效值U3）、刻度特征因?yàn)檎疑婕坝行е祵?shí)際意義，電壓表讀數(shù)α都用正弦有效值進(jìn)行定度，即

角標(biāo)“～”表示正弦波式中，α為平均值電壓表指示值；K為定度系數(shù)，或稱為刻度系數(shù)；為被測(cè)電壓均值。這里為何等于1.11？對(duì)正弦波恰好是其波形因數(shù)KF

證實(shí)：見(jiàn)P160表5.1：KF=1.11所以,均值電壓表測(cè)平均值,讀數(shù)是正弦波有效值正弦波UP

=U

對(duì)于非正弦波，KF

≠1.11，直接讀數(shù)無(wú)物理意義，要經(jīng)過(guò)換算求得有效值。例5.l用平均值電壓表測(cè)量一個(gè)三角波電壓，讀得測(cè)量值為

10V，試求有效值為多少伏？解:對(duì)于均值表，讀數(shù)（5.17）先求出均值，再通過(guò)KF換算成有效值。三角波均值為查P160表5.1，得三角波KF=1.15，故被測(cè)三角波有效值為4)波形誤差因讀數(shù)是按標(biāo)準(zhǔn)無(wú)失真正弦波有效值定度，而實(shí)際正弦波和非正弦波則會(huì)有誤差。定義：讀數(shù)與實(shí)際有效值之間相對(duì)誤差為波形誤差

（5.20）用均值電壓表測(cè)量非正弦波電壓時(shí)，其讀數(shù)應(yīng)作修正。將式（5.20）代入上式，則有求例5.1中波形誤差：三角波KF=1.153)刻度特征峰值電壓表響應(yīng)被測(cè)電壓峰值UP，讀數(shù)α（峰值表指示值）為

K——定度系數(shù)，對(duì)正弦波讀數(shù)α就是有效值非正弦波讀數(shù)α無(wú)物理意義，要經(jīng)過(guò)：求出峰值，再由峰值因數(shù)KP求出有效值U例5.2用峰值電壓表測(cè)量一個(gè)三角波電壓，讀得測(cè)量值為10V，試求有效值為多少伏？解：對(duì)于峰值表，讀數(shù)乘以得出被測(cè)電壓峰值所以，三角波峰值為由表5.1查得三角波故被測(cè)三角波有效值為4)波形誤差因?yàn)榉逯惦妷罕碜x數(shù)沒(méi)有直接物理意義，測(cè)量非正弦波時(shí)，假如不進(jìn)行換算，將產(chǎn)生波形誤差。其定義為（5.28）即（5.29）對(duì)于例5.2可見(jiàn)，用峰值表測(cè)量失真正弦電壓或非正弦電壓時(shí)，若將讀數(shù)當(dāng)成輸入電壓有效值，就會(huì)產(chǎn)生波形誤差。而且，峰值電壓表波形失真較大。5.4.2數(shù)字電壓表主要工作特征1.測(cè)量范圍1）量程---借助于分壓器和輸入放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)量程分基本量程-----不經(jīng)衰減和放大量程，誤差最小手動(dòng)量程-----手控?fù)Q量程,例:200mV,2V,20V,200V自動(dòng)量程-----程序控制量程2)位數(shù)顯示位數(shù)：通常為3?位～8?位。判定數(shù)字儀表位數(shù)有兩條標(biāo)準(zhǔn)：①能顯示從0～9全部數(shù)字位是整數(shù)值；②分?jǐn)?shù)位數(shù)值是以最大顯示值中最高位數(shù)字為分子，用滿量程時(shí)最高位數(shù)字做分母。比如，1999≈，31/2三位半

39999≈40000，43/4四又四分之三位499999≈500000，54/5五又五分之四位3)超量程能力在臨界量程處，不會(huì)降低精度和分辨力。10V檔：9.999V（只能顯示0.006）100V檔：99.99V（只能顯示10.00）測(cè)量：10.006V溢出1丟失65.5積分式A/D轉(zhuǎn)換器5.5.1雙斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器1.工作原理Ui-Ur+UrK1K1K2K2K3K3K4K4ARC+--+比較器積分器CD發(fā)生器時(shí)鐘顯示器數(shù)字輯電路控制邏計(jì)數(shù)器B積分器第一次積分是對(duì)輸入電壓Ui做定時(shí)（T1)積分，第二次積分是對(duì)基準(zhǔn)電壓作定值積分。經(jīng)過(guò)兩次積分得到與輸入電壓5.6.2余數(shù)循環(huán)比較式A/D轉(zhuǎn)換器能否不要很多位（如只有1位），逐次比較一遍，將相差余數(shù)(剩下誤差)存下來(lái)，放大10倍再又比較一遍，又將余數(shù)存下來(lái)，放大后又再比較一遍，這么重復(fù)循環(huán)下去，則能夠用較少位數(shù)實(shí)現(xiàn)非常準(zhǔn)確迫近。這就是下面介紹余數(shù)循環(huán)式A/D。123S1S2C1C2uiS/H2u22A2D/A±usCS/H11u1A1+_uD+_ui'極性檢測(cè)及控制電路圖5.50余數(shù)循環(huán)比較式A/D原理圖序號(hào)輸入電壓或數(shù)存放電壓(V)極性判別數(shù)據(jù)判別8421D/A輸出余數(shù)電壓(V)余數(shù)存放電壓(V)1+7.9053+01117+0.9053+9.05329.053+100190.0530.5330.53+000000.535.345.3+010150.33.053+00113005.8.4電壓測(cè)量干擾及其抑制技術(shù)1.影響電壓測(cè)量精度原因1)隨機(jī)性干擾---熱噪聲、電磁干擾等2)確定性干擾---串模、共模干擾等圖5.65數(shù)字電壓表串模干擾和共模干擾意圖UxUnHLDVMUxUcmHLDVM(a)(b)(a)串模干擾(b)共模干擾6.1時(shí)域測(cè)量引論由第四章知識(shí)可知，對(duì)于一個(gè)攜帶信息模擬調(diào)制信號(hào)，能夠從3個(gè)方面去進(jìn)行研究。即時(shí)域（TimeDomain）反應(yīng)幅度U與時(shí)間T關(guān)系（如示波器），頻域（FrequencyDomain）反應(yīng)幅度U與頻率F關(guān)系（如頻譜儀）及調(diào)制域（ModulationDomain）.圖6.1給出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正弦調(diào)頻信號(hào)3域波形。6.1.3示波器組成Y（垂直）通道：由探頭、衰減器、前置放大器、延遲線和輸出放大器組成，主要對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行不失真線性放大，以確保示波器測(cè)量靈敏度。X（水平）通道：由觸發(fā)電路、時(shí)基發(fā)生器和水平輸出放大器組成，主要產(chǎn)生與被測(cè)信號(hào)相適應(yīng)掃描鋸齒波。顯示器：主要由陰極射線管組成，常以CRT(CathodeRayTube)表示，通常稱為示波管。Y(垂直)通道X(水平)通道電源圖6.2示波器基本組成顯示器6.2.1示波管示波管屬于電真空器件，又稱為陰極射線管（CRT）。藍(lán)色：電力線紅色：等位面3.連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描連續(xù)掃描：一開(kāi)機(jī)就有掃描線，來(lái)信號(hào)同時(shí)后波形才穩(wěn)定。觸發(fā)掃描：一開(kāi)機(jī)沒(méi)有掃描線，來(lái)信號(hào)觸發(fā)后波形才穩(wěn)定。

屏幕上出現(xiàn)脈沖波形集中在時(shí)間基線起始部分，即圖