第2章常用电子测量仪器 共68页

发布于:2021-11-29 04:20:43

普通高等教育”十一五”国家级规划教材 全国高等职业教育规划教材
《电子测量实训教程》第3版 电子教案
主编 肖晓萍
机械工业出版社

第 二

目录



? 第1章 电子测量的基本知识



? 第2章 常用电子测量仪器



? 第3章 示波器

电 子

? 第4章 电路元器件参数的测量



? 第5章 线性系统频率特性测量和网络分析仪



? 第6章 信号分析和频域测量仪器



? 第7章 数据域测量



? 第8章 虚拟仪器与LabVIEW编程基础

第2章 常用电子测量仪器

第 二 章

? 本章重点 ? 2.1 电压测量仪器

2.1.1 概述

常 用 电

2.1.2 模拟电压表 2.1.3 数字电压表



2.1.4 数字万用表



? 2.2 信号发生器

量 仪

2.2.1 概述



2.2.2 AS1053射频信号发生器

2.2.3 任意波形信号发生器





?2.3 频率和时间测量仪器



2.3.1 概述

2.3.2 数字频率计



2.3.3 通用电子计数器



?2.4 实训

电 子

2.4.1 直流稳压电源的输出指示准确度和 纹波系数的测量

测 量 仪

2.4.2 交流信号基本参数的测量 ?2.5 *题





本章重点





? 电压测量仪器

常 用

(模拟电压表、数字电压表、数字万用表)

电 子

? 信号发生器

测 量

? 频率测量仪器

仪 器

(数字频率计、通用电子计数器)

2.1 电压测量仪器



2.1.1 概述



电压——表征电信号能量的三个基本参数



(电压、电流、功率)之一。

常 用

? 1.电压测量对仪表的基本要求



? 2.电压测量仪器的分类





? 3.交流电压的基本参数





(1)峰值(图2-1)(2)*均值(图2-2)



(3)有效值 (4)波形因数和波峰因数

表2-1

2.1.2 模拟式电压表





1.分类



? 按电压表工作频段分类

? 按测量电压的量级分类



? 按刻度特性分类



? 按电路组成不同分类



? 按检波原理分类



2.模拟式电压表的结构原理



? 普通直流电压表

图2-3

量 仪 器

? 直流电子电压表 ? 模拟式流电压表
按检波原理不同可以构成:*均值电压表、有效 值电压表和峰值电压表

(1)*均值电压表

? *均值电压表的读数与被测电压的*均值成正比。



? 如果被测信号是正弦波,示值Uα为有效值。



? 如果被测信号是非正弦波,则必须进行“波形换算”。





U?1U.1?1?0.9U?





被测电压的有效值

Uxrm?s0.9KFU?





? 如果被测信号是非正弦波,直接将电压表的示值作

量 仪

为被测电压的有效值带来的误差称为“波形误差” 或“示值误差”。



?? U ?? 0 U .9 ?K F U ?? 1% 0? 0 (1 ? 0 .9 K F )? 1% 00

[例2-1]用全波均值型电压表测量正弦波、方波、三

角波,电表指示都为1V,问被测电压的有效值分别为

第 多少?波形误差为多少?



解:根据式(2-10),正弦波、方波、三角波的*均值为:



U?0.9U ??0.9?1?0.9V

常 用

查表2-1,KF~=1.11,KFΔ=1.15,KF=1 正弦波有效值:



U?K FU?1.11?0.9V =1V

子 测

三角波有效值: U ?K F ? U ?1.15?0.9V = 1.04V



方波有效值: U =KF U =1×0.9 = 0.9V

仪 器

根据(2-12)计算波形误差,测量正弦波时

?? ( 1 ? 0 .9 ? 1 .1 1 )? 1 0 0 % ? 0

测三角波时

第 二

?? ( 1 ? 0 .9 ? 1 .1 5 ) ? 1 0 0 % ? ? 4 %



测方波时

常 用

?? (1 ? 0 .9 ? )? 1 0 0 % ? 1 0 %













(2)峰值电压表

采用峰值检波器的电压表称为峰值电压表。

第 二 章

如果被测信号是正弦波,示值Uα为有效值。 如果被测信号是非正弦波,则必须进行“波形换算”。

UP ? 2U?


用 电 子 测 量 仪 器

被测电压的有效值

Uxrms?U KP P ? K2P U?

? 如果被测信号是非正弦波,直接将电压表的

示值作为被测电压的有效值带来的误差称为

“波形误差”或“示值误差”。

??U ??2U ?/K P?10 % ? 0(1?2)?10 %0

U ?

K P

[例2-2]用峰值电压表测量正弦波、方波、

第 二

三角波,电表指示都为1V,问被测电压的峰值、 有效值各为多少?示值相对误差为多少?



解:由式 (2-13) 计算方波、三角波的峰值为



Up? 2U??1.414V



查表2-1得,KP? ? 3 ,KP =1



方波的有效值为

U ? 2 V=1.414V

子 测

三角波的有效值为

U?

1
2 ? 0.816V 3

量 仪 器

由式(2-15)计算示值相对误差 测量三角波时的示值相对误差为

? ?(1? 23)?100%?1800

测量方波时的示值相对误差为

??(1?12)?100%??41.400



(3)有效值电压表





常 用

有效值电压表测量交流电压时,示值就是 被测交流信号的有效值。













3.YB2173交流毫伏表

? 技术性能指标



① 电压测量量程300μV~100V(分贝范围-



70dB~+40dB)



② 工作频率范围:5Hz~2MHz(双路) ③ 电压误差:≤±3%(基准频率1KHz)

常 用

④ 频率响应误差:在20Hz~200KHz挡≤±3%,在 5Hz~20Hz,200KHz~2MHz挡≤±10%(以上 误差均为满度值之比值)



⑤ 输入阻抗1MΩ;输入电容50PF



⑥ 最大输入电压: 300μV~1V量程时300V;3

测 量

V~100V量程时500V
⑦ 刻度值:正弦波有效值1V=0 dB值, 1mW=0dBm



⑧ 电源电压:额定电压220V(50 Hz)



? 模拟式电压表的使用方法

? YB2173前面板配置图及说明 图2-4

? 操作方法

2.1.3 数字电压表



1.分类



? 按用途分:直流数字电压表、交流数字电压



表和数字万用表。

常 用

? 按A/D转换器的原理分:比较式、积分式和复 合式。



2.DVM的主要技术指标





? 测量范围

量 仪 器

? 分辨力 ? 测量速度 ? 输入阻抗 ? 固有误差和工作误差

? 抗干扰能力

? 输入零电流

(1)测量范围



包括显示位数、量程和超量程能力。



① 量程是以基本量程为基础,常为1V或10V,



也有2V或5V。

② 显示位数指能显示0~9共十个数码的位数。



? ?位指最高位只能取“1”或“0”。?位和基本量程结

用 电 子

合起来,能说明DVM有无超量程能力。例如某3? 位 DVM基本量程为1V,该DVM具有超量程能力。 ? 最高位只能取0~5的位称为?位。5?位DVM指数字 电压表的最大显示为599 999。



(2)分辨力



? 指DVM能够显示被测电压的最小变化值,即最小量



程时显示器末位跳一个字所需的最小输入电压。例



如SX1842DVM最小量程20mV,最大显示数为 20199V,其分辨力为20mV /20199,即1?V。

固有误差



DVM的固有误差通常用绝对误差表示:

二 章 常

? U ?? (a % U x?b % U m )
?U??a%Ux ?n个字
Ux——测量示值;Um——满量程值;

用 电

a%Ux——读数误差;b%Um——满度误差。

子 测 量 仪 器

[例2-3]用4? 位数字电压表1.5V电压, 分别用2V档和200V档测量,已知2V档和 200V档固有误差分别为±0.025%Ux±1个 字和±0.03%Ux±1个字。问:两种情况下 由固有误差引起的测量误差分别为多少?

第 二

3.结构原理 图2-5



? 直流数字电压表是许多数字式电测仪

表的核心部件。

常 用 电

? 交流电压的测量需附加一个交流(AC) /直流(DC)变换器。



? 直流数字电压表根据A/D转换器的转换



方式分:

量 仪

? 比较型DVM



? 积分型DVM

? 复合型DVM

4. DS-26A型双积分式数字电压表



(1)主要技术性能



? 测量电压范围



? 灵敏度

? 准确度



? 固有误差



? 工作误差



? 校准周期

子 测 量 仪 器

? 稳定性
? 输入阻抗 ? 抗干扰能力 ? 测量速率 ? 输出方式 (2)使用方法

图2-6 前面板配置图

调零?校准?测量

2.1.4 数字万用表

第 二 章

数字万用表又称数字式多用表(DMM), 在数字电压表的基础上再增加一些参量变

换器,把被测量转换为直流电压信号就构

常 用

成了DMM。



1.电路的基本组成

子 测

? 数字多用表的原理框图 图2-7







第 二 章

2.DT890B+数字万用表 ? 特点 ? 主要技术指标 表2-2

? 面板构造

图2-8



? 使用方法

用 电 子 测

? 直流(DC)和交流(AC)电压测量 ? 直流(DC)和交流(AC)电流测量 ? 电阻测量



? 电容测量



? 晶体管测量



? 二极管和通断测量

? 注意事项

2.2 信号发生器



2.2.1 概述





1.信号发生器的基本概念

在测试、研究或调整电子电路及设



备、测定电路的电参量时,用于产生不



同频率,不同波形的电压、电流信号的



装置,统称为信号发生器,也称为信号



源。



信号发生器的分类:

量 仪 器

? 按频率范围分类 ? 按输出波形分类 ? 按信号发生器的性能指标分类



2.信号发生器的基本组成 图2-9



? 振荡器



? 变换器



? 输出电路



? 输出指示电路



? 电源

子 测 量

3.正弦信号发生器的性能指标 ? 频率特性



? 输出特性



? 调制特性

2.2.2 AS1053射频信号发生器 第



(1)主要技术性能



? 信号发生器输出频率



? 音频内调制信号



? 射频信号

电 子

? 工作频率、信号方式存储

测 量

(2)面板结构 图2-10

仪 器

(3)操作说明

第 二 章

2.2.3 任意波形信号发生器
任意波形信号发生器也称为函数发生器。

? 基本工作原理

图2-12



? YB1636函数信号发生器



? 主要技术性能



? 使用方法



1)面板图 图2-13



2)准备工作

量 仪

3)正弦波、方波、三角波的产生





【例2-4】利用YB1636函数发生器输出



250KHz、10VP-P正弦波信号。



第一步,WAVE FORM开关置“正弦波”。

第二步,RANGE—Hz开关选择置100KHz挡,调节



FREQUENCY旋钮使显示窗口显示频率为250 KHz。



第三步,调节AMPLITUDE旋钮,改变输出信号幅度,



使示波器显示的波形如图2-14所示。此时示波器的垂



直偏转因数开关置2V/div,扫描因数开关置1ms/div。





4)斜波的产生

仪 器

5)TTL输出 6)调频信号输出

第 二

2.3频率和时间测量仪器
2.3.1 概述



周期性过程重复出现一次所需要的时

间称为“周期” 。



周期性过程在单位时间内出现的次数



称为“频率”。





频率和时间测量技术按工作原理可分为:

测 量 仪

? 直接法 ? 比较法测频



? 示波法测量频率



2.3.2 数字频率计

二 章

主要用于测量频率和计数的电子计数

器称为频率计数器或数字式频率计。

常 用

? 计数法测量频率的原理 图2-15



? FC-1000数字频率计

子 测

? 主要技术性能



? 面板配置图 图2-16

仪 器

? 使用方法



2.3.3 通用电子计数器



具有多种测量功能的电子计数器称为通用电子计



数器或频率——时间计数器。

1.通用电子计数器的基本测量功能

常 用

? 频率测量



? 累加计数

图2-17



? 频率比测量

图2-18



? 周期测量

图2-19

量 仪 器

? 时间间隔测量 ? 自校准

图2-20 图2-21

第 二

2.E-312A型通用电子计数器



? 通用电子计数器组成原理 图2-22



? 主要技术指标



? 面板布置

电 子

图2-23 图2-24



? 测量使用方法

量 仪

? 应用实例



2.4实训



2.4.1 直流稳压电源的输出指示准确度和



纹波系数的测量



一、实验目的

二、实验仪器



三、预*要求



四、实验内容和步骤



(一)直流稳压电源的输出指示准确度的测量



? 测量原理



? 实验步骤

图2-26



(二)直流稳压电源纹波系数的测量



? 测量原理



? 实验步骤

图2-27

五.实验报告要求

六. 思考题

2.4.2交流信号基本参数的测量



一、实验目的



二、实验仪器



三、预*要求



四、实验内容和步骤



? 正弦信号频率和频率准确度的测量 直流电



压的测量



? 正弦信号幅度和输出电*的频响测量

测 量 仪

五.实验报告要求 六. 思考题





2.5 *题



? 1 交流电压的*均值,峰值,有效值是如何



定义的?均值电压表和峰值电压表的刻度



一般是按什么定度的(无特殊说明)?



电 子 测

? 2 用均值型电压表分别测量正弦波、方波和 三角波电压,示值都为1V,问:



(1)对每个波形来说,读数代表何意义?



(2)它们的峰值、*均值、有效值各为



多少?





? 3 用峰值型电压表测量正弦波、方波和三



角波三种电压,示值都为1V,回答上题



相同的问题?



电 子

? 4 用有效值型电压表测量正弦波、方波和



三角波三种电压,示值都为1V,回答上



题相同的问题?







二 章

? 5 已知某电压表采用有效值定度,如何用 实验方法确定其检波的方式?举例说明之。



用 电

? 6 用一种4?位DVM 2V量程测量1.2V电压,



已知该仪器的固有误差为±0.05%×读数



±0.01%×满度,求由于固有误差产生的



测量误差,它的误差相当于几个字?







? 7 数字电压表的固有误差为±

二 章

(0.001%×读数+0.002%×满度),

求在2V量程测量1.8V和0.18 V时产生



的绝对误差和相对误差。







? 8 下面四种DVM最大读数为(1)9 999;

测 量

(2)19 999;(3)59 999;(4)1 999。



它们各属于几位表?求第二种电压表在



0.2V量程时的分辨力?

第 二 章

? 9 如需测量图2-28电路的基极静态电压, 为使测量准确度较高,对电压表有何要求?

如果使用500型万用表(20kΩ/V)2.5 V

常 用 电

量程来测量是否恰当?测量发射极电压可 以吗?



? 10 模拟式万用表和数字式万用表都有红、

测 量

黑表笔,在使用时须注意什么?



? 11 简述信号发生器的基本组成和各部分



的功能。





? 12 正弦信号发生器的主要性能指标有哪些?各



自具有什么含义?



? 13 函数信号发生器的设计方案有哪几种?



? 14 时间和频率的测量方法有哪些?

电 子

? 15 简述数字频率计的测频原理,并画出



其原理方框图。











? 16 简述电子计数器测量周期的基本原理,并



画出其原理方框图。



? 17 用计数器测频率,已知闸门时间和计数值



N如表2-9所列,求各情况下的fx =?





表2-9





T 10s

1s

0.1s 10ms 1ms



N 1000 000 100 000 10 000 1 000 100



fx



? 18 用某7位电子计数器进行自校。选用不



同的时标和不同的闸门时间,其读数N为



多少?请填完表2-10。



表2-10 自校时读数N



时标

闸门时间

电 子

1ms

10ms

0.1s

1s

10s

0.1μ s 0010000 010000.0 10000.00 0000.000 000.0000

测 量

1μ s 10μ s



0.1ms



1ms

001.0000

表2-1 交流电压的波形与参数
第 二 章 常 用 电 子 测 量 仪 器

第 二 章





图2-1 交流电压的峰值和幅值













图2-2 交流电压半波整流和全波整流后的波形

第 二 章













仪 器

图2-3普通直流电压表电路

第 二 章 常 用 电 子 测 量 仪 器
图2-4 YB2173交流毫伏表的前面板配置图

第 二 章











图2-5直流数字电压表框图







第 二 章

















图2-6 DS-26A型数字电压表的前面板配置图

第 二 章















图2-7数字多用表的原理框图



表2-2 测试功能、量程、测量误差等项指标

第 二

测试功能

量程范围

精确度±(%rdg)



DC 直流电压 200m-2-20-200-1000V

0.5%

AC 交流电压 200mV-2-20-200-700V

0.8%



DC 直流电流 2m-20m-200m-10A

用 电

AC 交流电流 2m-20m-200m-10A

0.8% 1.0%



电阻

200Ω -200MΩ

0.8%

测 量

电容

2000P-20n-200n-2μ 20μ F

2.5%





hFE

NPN PNP 0-1000 Ib=10μ A Uce<3.0V

二极管测量 最大测试电流为1.5mA

第 二 章 常 用 电 子 测 量 仪 器
图2-8 DT890B+数字万用表的面板

第 二 章















图2-9 信号发生器原理方框图



第 二 章















图2-10 AS1053信号发生器的前面板示意图



第 二 章











量 仪

图2-11 AS1053信号发生器的后面板示意图



第 二 章 常 用 电 子 测 量 仪 器
图2-12 NF-1651A函数发生器方框图

第 二 章 常 用 电 子 测 量 仪 器
图2-13 YB1636函数发生器的面板图

第 二 章









测 量

图2-14正弦波的显示





第 二 章 常 用 电 子 测 量 仪 器
图2-15 频率测量原理

第 二 章 常 用 电 子 测 量 仪 器
图2-16 FC-1000数字频率计的面板配置图

第 二 章















N=T/TS



图2-17 累加计数原理框图

第 二 章

















图2-18 频率比测量原理框图

第 二 章

















图2-19周期测量原理框图

第 二 章

















图2-20 时间间隔测量原理框图

第 二 章

















图 2-21 自校准原理框图

第 二 章

















图2-22 E312B通用电子计数器原理框图

第 二 章





图2-23 E-312A前面板布置图













图2-24 E-312A后面板布置图

第 二 章















图2-25 计数器法测量脉宽



第 二 章





图2-26直流稳压电源准确度测量接线图













图2-27 直流稳压电源纹波系数的测量电路

第 二 章
常 用 电 子 测 量 仪 器
图2-28

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