《常用電子測量儀器》PPT課件.ppt

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主編 肖曉萍,《電子測量實(shí)訓(xùn)教程》第2版 電子教案,,面向21世紀(jì) 高職高專系列教材,機(jī)械工業(yè)出版社,目 錄 第1章 緒論 第2章 誤差分析和測量數(shù)據(jù)處理 第3章 常用電子測量儀器 第4章 示波測試和測量技術(shù) 第5章 電路元器件參數(shù)的測量 第6章 電子電路參數(shù)的測量 第7章 頻域測量 第8章 數(shù)據(jù)域測量 第9章 自動測試系統(tǒng),第3章 常用電子測量儀器 本章重點(diǎn) 3.1 電壓測量儀器 3.1.1 概述 3.1.2 模擬式電壓表 3.1.3 數(shù)字式電壓表 3.1.4 數(shù)字式萬用表 3.2 信號發(fā)生器 3.2.1 概述,3.2.2 頻率合成技術(shù) 3.2.3 任意波形信號發(fā)生器 3.3 頻率測量儀器 3.3.1 概述 3.3.2 數(shù)字頻率計(jì) 3.3.3 通用電子計(jì)數(shù)器 3.4 實(shí)訓(xùn) 3.5 習(xí)題,,本章重點(diǎn) 電壓測量儀器 （模擬式電壓表、數(shù)字式電壓表、數(shù)字式萬用表） 信號發(fā)生器 頻率測量儀器,3.1 電壓測量儀器 3.1.1 概述,電壓——表征電信號能量的三個(gè)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3-1）（2）平均值（圖3-2） （3）有效值 （4）波形因數(shù)和波峰因數(shù) 表3-1,3.1.2 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3-3 直流電子電壓表 圖3-4 模擬式交流電壓表 圖3-5,電壓表度盤是以正弦波的有效值定度的。 ① 放大-檢波式 圖3-5(a) 頻率范圍受放大器頻帶的限制，一般為20Hz~10MHz。 靈敏度受放大器內(nèi)部噪聲的限制，可做到mV級，可作為“低頻毫伏表”、“視頻毫伏表”。 檢波器多為平均值型或有效值型檢波器，分別構(gòu)成平均值電壓表和有效值電壓表。 平均值電壓表測量交流電壓時(shí)，讀數(shù)與被測電壓的平均值成正比。 有效值電壓表測量交流電壓時(shí)，示值就是被測交流信號的有效值。,② 檢波-放大式 圖3-5（b） 測量頻率范圍取決于檢波器的頻率響應(yīng)，稱“高頻電壓表”或“超高頻電壓表” 。 采用峰值檢波器的電壓表稱為峰值電壓表。 峰值電壓表的讀數(shù)與被測電壓的峰值成正比。 ③ 外差式 圖3-5（c） 既有較高的上限工作頻率，又有很高的靈敏度，常用作高頻微伏表，其上限頻率可達(dá)幾百兆赫，最小量程達(dá)微伏級。,3．YB2173交流毫伏表 技術(shù)性能指標(biāo) ① 電壓測量量程300μＶ～100Ｖ（分貝范圍-70dB～+40dB） ② 工作頻率范圍：5Hz～2MHz（雙路） ③ 電壓誤差：≤3%（基準(zhǔn)頻率1KHz） ④ 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） ⑤ 輸入阻抗1MΩ；輸入電容50PF ⑥ 最大輸入電壓： 300μＶ～1Ｖ量程時(shí)300Ｖ；3Ｖ～100Ｖ量程時(shí)500Ｖ ⑦ 刻度值：正弦波有效值1Ｖ=0 dB值，1mW=0dBm ⑧ 電源電壓：額定電壓220Ｖ（50 Hz） 模擬式電壓表的使用方法 YB2173前面板配置圖及說明 圖3-6 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(fù)合式。 2．DVM的主要技術(shù)指標(biāo) 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,3.1.3 數(shù)字式電壓表（DVM ）,3．結(jié)構(gòu)原理 圖3-7 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(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 圖3-8 設(shè)被測電壓Ux=1893 mV，則電路完成一次A/D變換的比較過程 圖3-9 積分型DVM 圖3-10圖3-11 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 測量速率 輸出方式 （2）使用方法 圖3-12所示 前面板配置圖 調(diào)零?校準(zhǔn)?測量,3.1.4 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。 測量過程 圖3-13 1．轉(zhuǎn)換電路 線性AC/DC變換器 圖3-14 I/V變換器 圖3-15 Ω/V變換器 圖3-16,2.DT890B+數(shù)字萬用表 特點(diǎn) 主要技術(shù)指標(biāo) 表3-2 面板構(gòu)造 圖3-17 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(xiàng),,3.2 信號發(fā)生器 3.2.1 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(shí)，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(biāo)分類,2．信號發(fā)生器的基本組成 圖3-18 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(biāo) 頻率特性 輸出特性 調(diào)制特性,3.2.2 頻率合成技術(shù) 從頻率合成技術(shù)的發(fā)展來看，大致可分為三個(gè)階段： 直接合成技術(shù) 圖3-19 間接合成技術(shù)：鎖相合成法 圖3-20 數(shù)字頻率合成技術(shù) 直接數(shù)字合成技術(shù) 圖3-21 鎖相環(huán)數(shù)字合成技術(shù) 圖3-22,3.2.3 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3-23 三角波形成正弦波 圖3-24 NF-1651A函數(shù)發(fā)生器的工作原理 工作波形 圖3-25 YB1636函數(shù)信號發(fā)生器 主要技術(shù)性能 使用方法 面板圖 圖3-26,,3.3頻率和時(shí)間測量儀器 3.3.1 概述,周期性過程重復(fù)出現(xiàn)一次所需要的時(shí)間稱為“周期” 。 周期性過程在單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)稱為“頻率”。 頻率和時(shí)間測量技術(shù)按工作原理可分為： 直接法 電橋法測頻 圖3-28 諧振法測頻 圖3-29 頻率-電壓（f –V）轉(zhuǎn)換法測頻 圖3-30 比較法測頻 示波法測量頻率,3.3.2 數(shù)字頻率計(jì) 主要用于測量頻率和計(jì)數(shù)的電子計(jì)數(shù)器稱為頻率計(jì)數(shù)器或數(shù)字式頻率計(jì)。 計(jì)數(shù)法測量頻率的原理 圖3-31 FC-1000數(shù)字頻率計(jì) 主要技術(shù)性能 面板配置圖 圖3-32 使用方法,3.3.3 通用電子計(jì)數(shù)器 具有多種測量功能的電子計(jì)數(shù)器稱為通用電子計(jì)數(shù)器或頻率——時(shí)間計(jì)數(shù)器。 1．通用電子計(jì)數(shù)器的基本測量功能 累加計(jì)數(shù) 圖3-33 頻率比測量 圖3-34 周期測量 圖3-35 時(shí)間間隔測量 圖3-36 自校準(zhǔn) 圖3-37,2．E-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3-38 主要技術(shù)指標(biāo) 面板布置 圖3-39圖3-40 測量使用方法 應(yīng)用實(shí)例,,3.4實(shí)訓(xùn) 3.4.1 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)確度的測量 測量原理 實(shí)驗(yàn)步驟 （二）直流穩(wěn)壓電源紋波系數(shù)的測量 測量原理 實(shí)驗(yàn)步驟 五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 六. 思考題,3.4.2 交流信號基本參數(shù)的測量 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）正弦信號頻率和頻率準(zhǔn)確度的測量 測量原理 實(shí)驗(yàn)步驟 （二）正弦信號幅度和輸出電平的頻響測量 五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 六. 思考題,,3.5習(xí)題,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１V，問：（１）對每個(gè)波形來說，讀數(shù)代表何意義？ （２）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１V，回答上題相同的問題？ 4 試比較均值型、峰值型、有效值型三種電壓表在測量方波和三角波時(shí)的示值相對誤差。 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？舉例說明之。,6 用8位逐次逼近比較式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電壓。已知滿量程值Um=256V，Ux=222.5V和255V。求轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制電壓值，給出測量的絕對誤差。它的最大絕對誤差為多少伏？ 7 簡述雙斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理。 8 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(gè)字？,9 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(shí)產(chǎn)生的絕對誤差和相對誤差。 10 下面四種DVM最大讀數(shù)為(１)9 999；(２)19 999；(３)59 999；(４)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？,11 如需測量圖3-43電路的基極靜態(tài)電壓，為使測量準(zhǔn)確度較高，對電壓表有何要求？如果使用500型萬用表（20kΩ／V）2.5 V量程來測量是否恰當(dāng)？測量發(fā)射極電壓可以嗎？ 12 模擬式萬用表和數(shù)字式萬用表都有紅、黑表筆，在使用時(shí)須注意什么？ 13 簡述信號發(fā)生器的基本組成和各部分的功能。,14 正弦信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)有哪些？各自具有什么含義？ 15 什么是頻率合成技術(shù)？它有哪幾種類型？ 16 函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案有哪幾種？簡述函數(shù)信號發(fā)生器由三角波轉(zhuǎn)變成正弦波的二極管整形網(wǎng)絡(luò)的工作原理。 17 時(shí)間和頻率的測量方法有哪些？,18 簡述數(shù)字頻率計(jì)的測頻原理，并畫出其原理方框圖。 19 簡述電子計(jì)數(shù)器測量周期的基本原理，并畫出其原理方框圖。 20 用計(jì)數(shù)器測頻率，已知閘門時(shí)間和計(jì)數(shù)值N如表3-8所列，求各情況下的fx =?,表3-8,表3-9 自校時(shí)讀數(shù)N,21 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)和不同的閘門時(shí)間，其讀數(shù)N為多少？請?zhí)钔瓯?-9。,,表3-1 交流電壓的波形與參數(shù),圖3-1 交流電壓的峰值和幅值,圖3-2 交流電壓半波整流和全波整流后的波形,圖3-3普通直流電壓表電路,圖3-4 電子電壓表組成,圖3-5 模擬式電壓表的基本方框圖 放大檢波式電壓表 檢波-放大式電壓表 外差式電壓表,平均值電壓表 如果被測信號是正弦波，示值Uα為有效值。 如果被測信號是非正弦波，則必須進(jìn)行“波形換算”。,,被測電壓的有效值,,［例3-1］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？,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”。,峰值電壓表 如果被測信號是正弦波，示值Uα為有效值。 如果被測信號是非正弦波，則必須進(jìn)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3-2］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？,,,圖3-6 YB2173交流毫伏表的前面板配置圖,（1）測量范圍 包括顯示位數(shù)、量程和超量程能力。 ① 量程是以基本量程為基礎(chǔ)，常為1V或10V，也有2V或5V。 ② 顯示位數(shù)指能顯示0～9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，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0~5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(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1?V。,Ux——測量示值；Um——滿量程值； a%Ux——讀數(shù)誤差；b%Um——滿度誤差。 ［例3-3］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(gè)字和0.03%Ux1個(gè)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：,,,圖3-7直流數(shù)字電壓表框圖,圖3-8逐次逼近比較式電壓表,圖3-9 逐次逼近比較過程波形圖,圖3-10雙積分式數(shù)字電壓表原理方框圖,圖3-11雙積分A/D變換原理圖,圖3-12 DS-26A型數(shù)字電壓表的前面板配置圖,圖3-13 數(shù)字式萬用表的測量過程,圖3-14 線性平均值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器原理圖,圖3-15 I/V變換器的原理圖,圖3-16 恒流法Ω/V變換器原理圖,表3-2 測試功能、量程、測量誤差等項(xiàng)指標(biāo),圖3-17 DT890B+數(shù)字萬用表的面板,圖3-18 信號發(fā)生器原理方框圖,圖3-19 直接合成法圖,圖3-20 常用基本鎖相環(huán),圖3-21 直接數(shù)字合成系統(tǒng),圖3-22 CMOS全集成鎖相環(huán)頻率合成器,圖3-23 NF-1651A函數(shù)發(fā)生器方框圖,圖3-24 由三角波整形成正弦波 （a）正弦波的折線近似 （b）二極管整形網(wǎng)絡(luò),圖3-25函數(shù)發(fā)生器波形圖,圖3-26 YB1636函數(shù)發(fā)生器的面板圖,圖3-28 電橋法測頻,圖3-29串聯(lián)諧振法測頻電路,圖3-30 f –V轉(zhuǎn)換法測頻,圖3-31 頻率測量原理,圖3-32 FC-1000數(shù)字頻率計(jì)的面板配置圖,圖3-33 累加計(jì)數(shù)原理框圖,圖3-34 頻率比測量原理框圖,圖3-35周期測量原理框圖,圖3-36 時(shí)間間隔測量原理框圖,圖 3-37 自校準(zhǔn)原理框圖,圖3-38 E312B通用電子計(jì)數(shù)器原理框圖,圖3-39 E-312A前面板布置圖,圖3-40 E-312A后面板布置圖,圖3-43,