電子測量技術與儀器

電子測量技術與儀器第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日電子測量技術與儀器

電子教案機械工業(yè)出版社課件策劃：王成安課件制作：宋月麗高等職業(yè)教育“十二五”規(guī)劃教材（電子信息類）電子測量技術與儀器ppt課件第二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日第1章電子測量技術的基礎知識第2章常用信號發(fā)生器的使用第3章電流和電壓的測量方法與測量儀器第4章頻率和時間的測量技術與測量儀器第5章萬用電橋和Q表的使用第6章晶體管特性圖示儀的使用第7章信號頻譜與電路頻率特性的測量技術第8章數(shù)據信號的測量技術第9章智能化測量儀器與自動測量系統(tǒng)第10章虛擬測量技術

目錄電子測量技術與儀器ppt課件第三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日第2章常用信號發(fā)生器的使用2.1信號發(fā)生器的種類和技術指標2.1.1信號發(fā)生器的用途測量用信號發(fā)生器又稱為信號源，是最基本和應用最廣泛的電子測量儀器之一，它可以給被測設備提供各種不同頻率的正弦波信號、方波信號、三角波信號等，信號的幅值可按需要進行調節(jié)，然后由其它的測試儀器觀測被測設備的輸出響應。這個過程如圖2.1所示。測試儀輸出響應被測設備輸入激勵信號發(fā)生器圖2.1信號發(fā)生器的用途電子測量技術與儀器ppt課件第四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日一般來說，信號發(fā)生器的用途主要有以下三個方面：1.用作激勵源2.用作信號仿真3.用作校準源2.1.2信號發(fā)生器的分類信號發(fā)生器一般可分為通用信號發(fā)生器和專用信號發(fā)生器兩大類。專用信號發(fā)生器是為某種特殊用途而設計生產的儀器，能提供特殊的測量信號，如電視信號發(fā)生器、調頻信號發(fā)生器等。通用信號發(fā)生器根據其工作頻率的不同，可分為超低頻、低頻、視頻、高頻、甚高頻、超高頻幾大類。信號發(fā)生器的工作頻率范圍見表2.1。類型頻率范圍主要應用超低頻信號發(fā)生器0.0001Hz～1kHz電聲學、聲納低頻信號發(fā)生器1Hz～1MHz低頻電子技術視頻信號發(fā)生器20Hz～10MHz無線電廣播高頻信號發(fā)生器200kHz～30MH高頻電子技術甚高頻信號發(fā)生器30MHz～300MHz電視、調頻廣播超高頻信號發(fā)生器300MHz以上雷達、導航、氣象電子測量技術與儀器ppt課件第五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2.1.3信號發(fā)生器的一般組成信號發(fā)生器的一般組成框圖如圖2.2所示，主要由振蕩器、變換器、輸出電路、電源、指示器五部分組成。圖2.2信號發(fā)生器的一般組成框圖振蕩器變換器輸出電路指示器電源輸出電子測量技術與儀器ppt課件第六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2.1.4信號發(fā)生器的主要技術指標信號發(fā)生器的技術指標主要包括三項內容。1．頻率特性信號發(fā)生器的頻率特性包括有效頻率范圍、頻率準確度和頻率穩(wěn)定度。（1）有效頻率范圍（2）頻率準確度信號發(fā)生器的頻率準確度是指信號頻率的實際值fx與其標稱值f0的相對偏差，其表達式為：（3）頻率穩(wěn)定度信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度是指在一定時間內儀器輸出頻率準確度的變化，它表示了信號源維持工作于某一恒定頻率的能力。信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度是由振蕩器的頻率穩(wěn)定度來保證的。頻率穩(wěn)定度可分為短期頻率穩(wěn)定度和長期頻率穩(wěn)定度。電子測量技術與儀器ppt課件第七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2．輸出特性（1）輸出形式信號發(fā)生器的輸出形式有平衡輸出（或叫對稱輸出u2）和不平衡輸出（或叫不對稱輸出u1）兩種形式，如圖2.3所示圖2.3信號發(fā)生器的平衡輸出和不平衡輸出。（2）輸出阻抗（3）電平特性（4）輸出波形及其非線性失真3．調制特性信號源+u2-——+u1-——電子測量技術與儀器ppt課件第八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2.2低頻信號發(fā)生器的使用低頻信號發(fā)生器的輸出頻率范圍通常為20Hz～20kHz，所以又稱為音頻信號發(fā)生器。現(xiàn)代生產的低頻信號發(fā)生器的輸出頻率范圍已延伸到1Hz～1MHz頻段，且可以產生正弦波、方波及其它波形的信號。低頻信號發(fā)生器廣泛用于測試低頻電路、音頻傳輸網絡、廣播和音響等電聲設備，還可為高頻信號發(fā)生器提供外部調制信號。2.2.1低頻信號發(fā)生器的組成與技術指標如圖2.4所示，是低頻信號發(fā)生器的組成框圖，它包括振蕩器、電壓放大器、輸出衰減器、功率放大器、阻抗變換器和指示電壓表等。指示電壓表振蕩器放大器輸出衰減器功率放大器阻抗變換器電壓輸出S功率輸出電壓輸入振蕩輸出調節(jié)圖2.4

低頻信號發(fā)生器的組成框圖電子測量技術與儀器ppt課件第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日1.各部分電路的作用振蕩器是低頻信號發(fā)生器的核心，其產生頻率可調的正弦信號，一般由RC振蕩器或差頻式振蕩器組成。振蕩器決定了輸出信號的的頻率范圍和頻率穩(wěn)定度。低頻信號發(fā)生器的放大器包括電壓放大器和功率放大器，以達到實現(xiàn)輸出一定電壓幅度和功率的要求。電壓放大器的作用是對振蕩器產生的微弱信號進行放大，并把功率放大器、輸出衰減器以及負載和振蕩器隔離起來，防止對振蕩信號的頻率產生影響，所以又把電壓放大器稱為緩沖放大器。輸出衰減器用于改變信號發(fā)生器的輸出電壓或功率，由連續(xù)調節(jié)器和步進調節(jié)器組成。常用的輸出衰減器原理圖如圖2.5所示。圖2.5

衰減器電原理圖圖中的電位器R為連續(xù)調節(jié)器（電壓幅度細調），電阻R1～R8與開關構成了步進衰減器，開關就是步進調節(jié)器（電壓幅度粗調）。調節(jié)R或變換開關的擋位，均可使衰減器輸出不同的電壓幅度。步進衰減器一般以分貝（dB）值即20lg（VO/Vi）來標注刻度。波段開關每增加一檔，就增加10dB的衰減量。輸出電路一般還包括電子電壓表，一般接在衰減器之前。經過衰減的輸出電壓應根據電壓表讀數(shù)和衰減量進行計算。輸出級包括功率放大器、阻抗變換器和指示電壓表幾部分。功率放大器對衰減器輸出的電子測量技術與儀器ppt課件第十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2.低頻信號發(fā)生器的技術指標通用低頻信號發(fā)生器的主要技術指標有：（1）頻率范圍1Hz～20kHz（現(xiàn)代儀器已延伸到1MHz），可均勻連續(xù)可調。（2）頻率準確度±（1～3）%。（3）頻率穩(wěn)定度（0.1～0.4）%/小時。（4）輸出電壓0～10V連續(xù)可調。（5）輸出功率0.5～5W連續(xù)可調。（6）非線性失真范圍（0.1～1）%。（7）輸出阻抗有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω、5kΩ等幾種。（8）輸出形式有平衡輸出與不平衡輸出兩種。2.2.2低頻信號發(fā)生器的使用操作盡管低頻信號發(fā)生器的型號很多，但它們的使用操作方法基本相同。1．熟悉面板2．掌握正確的操作步驟（1）準備工作（2）輸出頻率調節(jié)（4）輸出形式的選擇（3）輸出阻抗的配接電子測量技術與儀器ppt課件第十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日一般低頻信號發(fā)生器都有兩組輸出端子。一組是電壓輸出插座，它通常輸出0～5V的正弦信號電壓，另一組是功率輸出接線柱，它有輸出Ⅰ、輸出Ⅱ、中心端和接地四個接線柱，如圖2.6所示。圖2.6低頻信號發(fā)生器功率輸出端及其接法5）輸出電壓的調節(jié)和測讀通過調節(jié)幅度調節(jié)旋鈕可以得到相應大小的輸出電壓。在使用衰減器（0dB擋除外）時，由于指示電壓表的示值是未經衰減器之前的電壓，故實際輸出電壓的大小應為：示值÷電壓衰減倍數(shù)。例如，信號發(fā)生器的指示電壓表示值為20V，衰減分貝數(shù)為60dB，輸出電壓應為0.02V（20V÷1060/20=0.02V）。第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日表2.2列出了衰減分貝數(shù)與電壓衰減倍數(shù)的對應關系。表2.2衰減分貝（dB）與電壓衰減倍數(shù)的對應關系3.FJ-XD22PS低頻信號發(fā)生器的實際操作使用FJ-XD22PS低頻信號發(fā)生器是一種多用途的儀器,它能夠輸出正弦波、矩形波尖脈沖、尖脈沖、TTL電平和單次脈沖五種信號，還可以作為頻率計使用，測量外來輸入信號的頻率。FJ-XD22PS低頻信號發(fā)生器的面板如圖2.7所示。衰減分貝數(shù)/dB102030405060708090電壓衰減倍數(shù)3.161031.6100316100031601000031600第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日●FJ-XD22PS低頻信號發(fā)生器面板上各旋鈕開關的作用●FJ-XD22PS低頻信號發(fā)生器的主要技術性能（1）信號源部分（2）頻率計部分（內測和外測）：

●基本操作步驟●操作實例必須說明的是：該信號發(fā)生器的測頻電路的顯示滯后于調節(jié)，所以旋轉旋鈕時要緩慢一些；信號發(fā)生器本身不能顯示輸出信號的電壓值，需要另配交流毫伏表測量輸出電壓，當輸出電壓不符合要求時，可以選擇不同的衰減再配合調節(jié)輸出正弦信號的幅度旋鈕，直到輸出電壓為10mV。若要觀察輸出信號波形，可把信號輸入示波器。需要輸出其它信號，可參考上述步驟進行操作。第十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2.2.3低頻信號發(fā)生器的典型應用放大倍數(shù)是放大器的重要性能指標之一，包括電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)、功率放大倍數(shù)等。在低頻電子線路中，放大倍數(shù)的測量實質上是對電壓和電流的測量。測試電路如圖2.8所示。低頻信號發(fā)生器輸出中頻段的某一頻率（如音頻放大器可選1kHz左右）信號，加到被測電路的輸入端。輸入幅度由毫伏表監(jiān)測，不要過大，否則輸出會失真。輸出同時用毫伏表和示波器測試，使輸出信號在基本不失真、無振蕩和嚴重干擾的情況下進行定量測試。電壓放大倍數(shù)為：AV=UO/Ui式中UO——

被測放大器輸出電壓有效值；Ui——

被測放大器輸入電壓有效值。示波器毫伏表被測放大器低頻信號源圖2.8放大器放大倍數(shù)的測量連線圖第十五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2.3高頻信號發(fā)生器的使用

高頻信號發(fā)生器也稱射頻信號發(fā)生器，通常產生200kHz～30MHz的正弦波或調幅波信號，在高頻電子線路工作特性（如各類高頻接收機的靈敏度、選擇性等）測試中應用較廣。目前，高頻信號發(fā)生器的頻率已延伸到30～30MHz的甚高頻信號范圍，且通常具有一種或一種以上調制或組合調制功能，包括正弦調幅、正弦調頻及脈沖調制，特別是具有μV級的小信號輸出，以滿足接收機測試的需要，這類的信號發(fā)生器通常也稱為標準信號發(fā)生器。高頻信號發(fā)生器按調制類型分為調幅和調頻兩種..3.1高頻信號發(fā)生器的組成與原理高頻信號發(fā)生器組成的基本框圖如圖2.9所示，主要包括主振器、緩沖級、調制級、輸出級、衰減器、內調制振蕩器、監(jiān)測電路和電源等部分。可變電抗器主振器緩沖級調制級輸出級監(jiān)測器內調制振蕩器電源外調制輸入輸出圖2.9高頻信號發(fā)生器的組成框圖內外FMSAM第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日主振器是信號發(fā)生器的核心，一般采用可調頻率范圍寬、頻率準確度高和穩(wěn)定度好的LC振蕩器，它用于產生高頻振蕩信號。該信號經緩沖后送到調制級進行幅度調制和放大，然后再送至輸出級輸出，進而保證有一定的輸出電平調節(jié)范圍。監(jiān)測器監(jiān)測輸出的載波電平和調制系數(shù)，電源電路用于提供各部分所需的直流電壓。各主要部分單元電路的功能如下：1．可變電抗器2．內調制振蕩器3．調制級4．輸出級2.3.2高頻信號發(fā)生器的主要性能指標高頻信號發(fā)生器的主要性能指標很多，這里以XFG-7型高頻信號發(fā)生器為例進行介紹。（1）頻率范圍

XFG-7型高頻信號發(fā)生器的頻率范圍為100kHz～30MHz，分8個頻段，與頻率調節(jié)度盤上的8條刻度線相對應。

（2）輸出電壓與輸出阻抗（3）調幅頻率（4）漏訊＜0.3μV。第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日.3高頻信號發(fā)生器的使用步驟與技巧各種調幅高頻信號發(fā)生器的使用方法略有差異，但是它們除載波頻率范圍、輸出電壓、調幅信號頻率大小等有些差異外，它們的基本使用方法是類似的。下面仍以XFG-7型高頻信號發(fā)生器為例，介紹調幅高頻信號發(fā)生器面板裝置、測試步驟與使用技巧。1．面板裝置XFG-7型調幅高頻信號發(fā)生器面板圖如圖2.10所示。VM%0～0.1V保險絲通調幅度調節(jié)載波調節(jié)輸出微調0～1V0101100100010000輸出倍乘400等幅1000調幅選擇波段外調幅輸入V零點1V校準M%零點指示燈頻率粗調頻率細調圖2.10XFG-7型高頻信號發(fā)生器面板圖12345678第十八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日（1）波段開關（2）頻率調節(jié)旋鈕（3）載波調節(jié)旋鈕（4）輸出-微調旋鈕（5）輸出-倍乘開關（6）調幅選擇開關（7）外調幅輸入接線柱（8）調幅度調節(jié)旋鈕（9）0～1V輸出插孔（10）0～0.1V輸出插孔（11）電壓表（V表）（12）調幅度表（M%表）（13）V表零點旋鈕（15）M表零點旋鈕（14）lV校準電位器（15）M表零點旋鈕2．XFG-7型調幅高頻信號發(fā)生器的使用步驟與技巧（1）等幅波輸出（2）調幅波輸出使用內調制信號時：使用外調制信號時：第十九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2.3.4調幅高頻信號發(fā)生器的典型應用調幅高頻信號發(fā)生器是一種載波頻率、調幅度范圍（0－100%）連續(xù)可調的標準高頻信號發(fā)生器，廣泛應用在無線電接收機的測試實踐中。現(xiàn)以調幅廣播收音機的性能調試為例，介紹高頻信號發(fā)生器的應用。1．接線方法注意：輸出電纜不應靠近儀器的電源線，兩者更不能絞在一起。

圖2.11等效天線接法圖2.12典型等效天線電路第二十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2．收音機中頻的校準超外差式收音機中頻變壓器的調整又稱校中周，即調整中周磁芯或磁帽使中頻選頻回路的諧振頻率為465kHz，從而保證中頻信號得到充分的放大（這里的465kHz實質上為高頻信號范疇，但對收音機習慣上稱之為中頻信號）。中頻調整的好壞對收音機的靈敏度等指標有決定性的影響。調試電路如圖2.13所示，

圖2.13用高頻信號發(fā)生器調收音機中周3．靈敏度的測試4．選擇性的測試第二十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2.4函數(shù)信號發(fā)生器簡介函數(shù)信號發(fā)生器是一種能產生正弦波、方波、三角波等多波形的信號源（頻率范圍約幾Hz～幾十MHz），由于其輸出波形均為數(shù)學函數(shù)，故稱為函數(shù)信號發(fā)生器。現(xiàn)代函數(shù)信號發(fā)生器一般具有調頻、調幅等調制功能和壓控頻率（VCF）特性，被廣泛應用于生產測試、儀器維修和實驗室等工作中，是一種不可缺少的通用信號發(fā)生器。2.4.1函數(shù)信號發(fā)生器的組成1．方波-三角波-正弦波方式（脈沖式）脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器先由施密特電路產生方波，然后經變換得到三角波和正弦波形，其組成如圖2.14所示。它包括雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、積分器和正弦波形成電路等部分，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器通常采用施密特觸發(fā)器，積分器則采用密勒積分器。輸出uo＋Ur雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器比較器正弦波形成電路輸出級－

∞

++VD1VD2S2BCR1R2u2R3+

積分電路RPu1－－UrAS1圖2.14脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器的組成原理框圖第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器的工作過程為：假設開關S1懸空，當雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出為u1=U1時，積分器輸出u2將開始線性下降，當u2下降到等于參考電平–Ur時，比較器使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉，

u1由U1變?yōu)楱CU1，同時，u2將以與線性下降時相等的速率線性上升。當u2上升到等于參考電平Ur時，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又翻轉回去，于是完成一個循環(huán)周期。不斷重復上述過程，可以得到方波信號u1、三角波信號u2，u2經過正弦波形成電路再變換成的正弦波，三種波形最后經過輸出級放大后，在輸出端即可得到所需的各自波形。上述過程的工作波形如圖2.15（a）所示。

圖2.15脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器的工作波形圖若S1與VD2相接，當觸發(fā)器輸出為U1時，VD2導通，

R3被短路，積分器很快下降，當下降到–Ur時，觸發(fā)電路翻轉，觸發(fā)器輸出為–U1，VD2截止，R3接入電路，積分器輸出緩慢上升，形成正向鋸齒波u2(t)，觸發(fā)器輸出為矩形波u1(t)，如圖2.15(b)所示。若S1與VD1相接，則可得到反向鋸齒波和極性相反的矩形波。u2(t)U1－U10tt0－UrUrUr–UrU1－U100u2(t)(a)(b)u1(t)u1(t)tt第二十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期日2．正弦波-方波-三角波方式（正弦式）正弦式函數(shù)信號發(fā)生器先振蕩出正弦波，然后經變換得到方波和三角波，其組成如圖2.16所方波形