第3章常用电子测量仪器.ppt

主编 肖晓萍,电子测量实训教程第2版 电子教案,面向21世纪 高职高专系列教材,机械工业出版社,目 录 第1章 绪论 第2章 误差分析和测量数据处理 第3章 常用电子测量仪器 第4章 示波测试和测量技术 第5章 电路元器件参数的测量 第6章 电子电路参数的测量 第7章 频域测量 第8章 数据域测量 第9章 自动测试系统,第3章 常用电子测量仪器 本章重点 3.1 电压测量仪器 3.1.1 概述 3.1.2 模拟式电压表 3.1.3 数字式电压表 3.1.4 数字式万用表 3.2 信号发生器 3.2.1 概述,3.2.2 频率合成技术 3.2.3 任意波形信号发生器 3.3 频率测量仪器 3.3.1 概述 3.3.2 数字频率计 3.3.3 通用电子计数器 3.4 实训 3.5 习题,本章重点 电压测量仪器 （模拟式电压表、数字式电压表、数字式万用表） 信号发生器 频率测量仪器,3.1 电压测量仪器 3.1.1 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。 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3-1）（2）平均值（图3-2） （3）有效值 （4）波形因数和波峰因数 表3-1,3.1.2 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3-3 直流电子电压表 图3-4 模拟式交流电压表 图3-5,电压表度盘是以正弦波的有效值定度的。 放大-检波式 图3-5(a) 频率范围受放大器频带的限制，一般为20Hz10MHz。 灵敏度受放大器内部噪声的限制，可做到mV级，可作为“低频毫伏表”、“视频毫伏表”。 检波器多为平均值型或有效值型检波器，分别构成平均值电压表和有效值电压表。 平均值电压表测量交流电压时，读数与被测电压的平均值成正比。 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。, 检波-放大式 图3-5（b） 测量频率范围取决于检波器的频率响应，称“高频电压表”或“超高频电压表” 。 采用峰值检波器的电压表称为峰值电压表。 峰值电压表的读数与被测电压的峰值成正比。 外差式 图3-5（c） 既有较高的上限工作频率，又有很高的灵敏度，常用作高频微伏表，其上限频率可达几百兆赫，最小量程达微伏级。,3YB2173交流毫伏表 技术性能指标 电压测量量程300100（分贝范围-70dB+40dB） 工作频率范围：5Hz2MHz（双路） 电压误差：±3%（基准频率1KHz） 频率响应误差：在20Hz200KHz挡±3%，在5Hz20Hz，200KHz2MHz挡±10%（以上误差均为满度值之比值） 输入阻抗1M；输入电容50PF 最大输入电压： 3001量程时300；3100量程时500 刻度值：正弦波有效值1=0 dB值，1mW=0dBm 电源电压：额定电压220（50 Hz） 模拟式电压表的使用方法 YB2173前面板配置图及说明 图3-6 操作方法,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。 按A/D转换器的原理分：比较式、积分式和复合式。 2DVM的主要技术指标 测量范围 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,3.1.3 数字式电压表（DVM ）,3结构原理 图3-7 直流数字电压表是许多数字式电测仪表的核心部件。 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： 比较型DVM 图3-8 设被测电压Ux=1893 mV，则电路完成一次A/D变换的比较过程 图3-9 积分型DVM 图3-10图3-11 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 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3-12所示 前面板配置图 调零校准测量,3.1.4 数字万用表 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成了DMM。 测量过程 图3-13 1转换电路 线性AC/DC变换器 图3-14 I/V变换器 图3-15 /V变换器 图3-16,2.DT890B+数字万用表 特点 主要技术指标 表3-2 面板构造 图3-17 使用方法 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,3.2 信号发生器 3.2.1 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： 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3-18 振荡器 变换器 输出电路 输出指示电路 电源 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,3.2.2 频率合成技术 从频率合成技术的发展来看，大致可分为三个阶段： 直接合成技术 图3-19 间接合成技术：锁相合成法 图3-20 数字频率合成技术 直接数字合成技术 图3-21 锁相环数字合成技术 图3-22,3.2.3 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3-23 三角波形成正弦波 图3-24 NF-1651A函数发生器的工作原理 工作波形 图3-25 YB1636函数信号发生器 主要技术性能 使用方法 面板图 图3-26,3.3频率和时间测量仪器 3.3.1 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： 直接法 电桥法测频 图3-28 谐振法测频 图3-29 频率-电压（f V）转换法测频 图3-30 比较法测频 示波法测量频率,3.3.2 数字频率计 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。 计数法测量频率的原理 图3-31 FC-1000数字频率计 主要技术性能 面板配置图 图3-32 使用方法,3.3.3 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 累加计数 图3-33 频率比测量 图3-34 周期测量 图3-35 时间间隔测量 图3-36 自校准 图3-37,2E-312A型通用电子计数器 通用电子计数器组成原理 图3-38 主要技术指标 面板布置 图3-39图3-40 测量使用方法 应用实例,3.4实训 3.4.1 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、预习要求 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 （二）直流稳压电源纹波系数的测量 测量原理 实验步骤 五.实验报告要求 六. 思考题,3.4.2 交流信号基本参数的测量 一、实验目的 二、实验仪器 三、预习要求 四、实验内容和步骤 （一）正弦信号频率和频率准确度的测量 测量原理 实验步骤 （二）正弦信号幅度和输出电平的频响测量 五.实验报告要求 六. 思考题,3.5习题,1 交流电压的平均值，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)？ 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V，问：（）对每个波形来说，读数代表何意义？ （）它们的峰值、平均值、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V，回答上题相同的问题？ 4 试比较均值型、峰值型、有效值型三种电压表在测量方波和三角波时的示值相对误差。 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。,6 用8位逐次逼近比较式A/D转换器转换电压。已知满量程值Um=256V，Ux=222.5V和255V。求转换后的二进制电压值，给出测量的绝对误差。它的最大绝对误差为多少伏？ 7 简述双斜积分式A/D转换器工作原理。 8 用一种4½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？,9 数字电压表的固有误差为±（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。 10 下面四种DVM最大读数为()9 999；()19 999；()59 999；()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？,11 如需测量图3-43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（20kV）2.5 V量程来测量是否恰当？测量发射极电压可以吗？ 12 模拟式万用表和数字式万用表都有红、黑表笔，在使用时须注意什么？ 13 简述信号发生器的基本组成和各部分的功能。,14 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？ 15 什么是频率合成技术？它有哪几种类型？ 16 函数信号发生器的设计方案有哪几种？简述函数信号发生器由三角波转变成正弦波的二极管整形网络的工作原理。 17 时间和频率的测量方法有哪些？,18 简述数字频率计的测频原理，并画出其原理方框图。 19 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。 20 用计数器测频率，已知闸门时间和计数值N如表3-8所列，求各情况下的fx =?,表3-8,表3-9 自校时读数N,21 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3-9。,表3-1 交流电压的波形与参数,图3-1 交流电压的峰值和幅值,图3-2 交流电压半波整流和全波整流后的波形,图3-3普通直流电压表电路,图3-4 电子电压表组成,图3-5 模拟式电压表的基本方框图 放大检波式电压表 检波-放大式电压表 外差式电压表,平均值电压表 如果被测信号是正弦波，示值U为有效值。 如果被测信号是非正弦波，则必须进行“波形换算”。,被测电压的有效值,例3-1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多少？波形误差为多少？,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”。,峰值电压表 如果被测信号是正弦波，示值U为有效值。 如果被测信号是非正弦波，则必须进行“波形换算”。,被测电压的有效值,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”。,例3-2用峰值电压表测量正弦波、方波、三角波，电表指示都为1V，问被测电压的峰值、有效值各为多少？示值相对误差为多少？,图3-6 YB2173交流毫伏表的前面板配置图,（1）测量范围 包括显示位数、量程和超量程能力。 量程是以基本量程为基础，常为1V或10V，也有2V或5V。 显示位数指能显示09共十个数码的位数。 ½位指最高位只能取“1”或“0”。½位和基本量程结合起来，能说明DVM有无超量程能力。例如某3½位DVM基本量程为1V，该DVM具有超量程能力。 最高位只能取05的位称为¾位。5¾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19999V，其分辨力为20mV /19999，即1V。,Ux测量示值；Um满量程值； a%Ux读数误差；b%Um满度误差。 例3-3用4½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？,固有误差 DVM的固有误差通常用绝对误差表示：,图3-7直流数字电压表框图,图3-8逐次逼近比较式电压表,图3-9 逐次逼近比较过程波形图,图3-10双积分式数字电压表原理方框图,图3-11双积分A/D变换原理图,图3-12 DS-26A型数字电压表的前面板配置图,图3-13 数字式万用表的测量过程,图3-14 线性平均值AC/DC转换器原理图,图3-15 I/V变换器的原理图,图3-16 恒流法/V变换器原理图,表3-2 测试功能、量程、测量误差等项指标,图3-17 DT890B+数字万用表的面板,图3-18 信号发生器原理方框图,图3-19 直接合成法图,图3-20 常用基本锁相环,图3-21 直接数字合成系统,图3-22 CMOS全集成锁相环频率合成器,图3-23 NF-1651A函数发生器方框图,图3-24 由三角波整形成正弦波 （a）正弦波的折线近似 （b）二极管整形网络,图3-25函数发生器波形图,图3-26 YB1636函数发生器的面板图,图3-28 电桥法测频,图3-29串联谐振法测频电路,图3-30 f V转换法测频,图3-31 频率测量原理,图3-32 FC-1000数字频率计的面板配置图,图3-33 累加计数原理框图,图3-34 频率比测量原理框图,图3-35周期测量原理框图,图3-36 时间间隔测量原理框图,图 3-37 自校准原理框图,图3-38 E312B通用电子计数器原理框图,图3-39 E-312A前面板布置图,图3-40 E-312A后面板布置图,图3-43,