电子电路测量技术的基本知识.doc

第一部分：电 子 技 术 基 础 实 验 的 基 本 知 识11 电子电路测量技术的基本知识 一、要点提示 1、电子技术基础实验的目的和意义2、电子技术基础实验的一般要求3、误差分析与测量结果的处理4、测量仪器的阻抗对测量的影响5、接地、电源接地二、内容简介1.1.1 电子技术基础实验的目的和意义 实验是将事物置于控制的或特定的条件下加以观测。是对事物发展规律进行科学认识的必要环节，是科学理论的源泉，自然科学的根本，工程技术的基础。任何科学技术的发展都离不开实验。电子技术是一门实践性很强的学科，它的任务是使学生获得电子技术方面的基础理论、基础知识和基本技能。加强实验训练特别是技能的训练，对提高学生分析问题和解决问题的能力，特别是毕业后的实际工作能力，具有十分重要的意义。 电子技术是一门飞速发展的学科，市场经济需要的是具有一定实际工作能力的复合型人才，而实验教学在培养学生诸能力方面有一定的优势。在实验过程中，通过分析、验证器件和电路的工作原理及功能；对电路进行分析、调试、故障排除和性能指标的测量；自行设计、制作各种功能的实际电路等多方面的系统训练，可以使学生的各种实验技能得以提高，实际工作能力也得到了锻炼。同时，学生的创造性思维能力、观测能力、表达能力、动手能力、查阅文献资料的能力等综合素质也得到了提高。此外，通过实验还可以培养学生勤奋进取、严肃认真、理论联系实际的务实作风和为科学事业奋斗的精神。 电子技术实验，按性质可分为验证性实验、训练性实验、综合性实验和设计性实验四大类。 验证性实验和训练性实验是针对于电子技术基础理论而设置的，通过实验获得感性认识。验证和巩固重要的基础理论，同时使学生掌握测量仪器的工作原理和规范使用，熟悉常用元器件的原理和性能，掌握其参数的测量方法和元器件的使用方法，掌握基本实验知识、基本实验方法和基本实验技能。同时，培养学生一定的安装、调试、分析、寻找故障等技能。 综合性实验侧重于对一些理论知识的综合应用和实验的综合分析，其目的是培养学生综合应用理论知识能力和解决较复杂的实际问题的能力，包括实验理论的系统性、实验方案的完整性、可行性、元器件及测量仪器的综合应用等。 设计性实验对学生来说，既有综合性又有探索性。它主要侧重于某些理论知识的灵活应用。要求学生在教师的指导下独立查阅资料、设计方案与组合实验等工作，并写出试验报告。借助于计算机仿真实验，可以使实验方案更加完善、合理。这类实验对提高学生的科学实验能力等方面非常有益。1.1.2 电子技术基础实验的一般要求 尽管每个电子技术实验的目的和内容不同，但为了培养良好的学风，充分发挥学生的主动精神，促使其独立思考、独立完成实验并有所创新。我们对电子技术实验的准备阶段、进行阶段、完成阶段和实验报告分别提出下列基本要求。 一、 实验前准备 为了避免盲目性，参加实验者应对实验内容进行预习。通过预习，明确实验目的和要求，掌握实验的基本原理，看懂实验电路图，查阅有关资料，拟出实验方法和步骤，设计实验表格，对思考题作出解答，初步估算（或分析）实验结果，最后做出预习报告。 二、 实验进行 参加实验者要自觉遵守实验室规则。 根据实验内容合理布置实验现场。仪器设备和实验装置安放要适当。检查所用器件和仪器是否完好，然后按实验方案搭接实验电路和测试电路。并认真检查，确保无误后方可通电测试。 认真记录实验条件和所得资料、波形（并进行分析判断所得资料、波形是否正确）。发生故障应独立思考，耐心寻找故障原因并排除，记录排除故障的过程和方法。 仔细申阅实验内容及要求，确保实验内容完整，测量结果准确无误，现象合理。 实验中若发生异常现象，应立即切断电源，并报请指导教师和实验室有关人员，等候处理。 三、实验完成 必须实验报告是对实验工作的全面总结。学生做完实验后用简明的形式将实验结果和实验情况完整地和真实地表达出来。 1.验报告的内容 实验报告应包括以下几个部分： 实验的目的和要求。 实验电路、测试电路和实验的工作原理。 实验用的仪器、主要工具。 实验的具体步骤、实验原始数据及实验过程的详细情况记录。 实验结果和分析。必要时，应对实验结果进行误差分析。 实验小结。实验小结即总结实验完成情况，对实验方案和实验结果进行讨论，对实验中遇到的问题进行分析，简单叙述实验的收获和体会。 参考资料。记录实验前、后阅读的有关资料。应记录资料的名称、作者和简单内容。为今后查阅提供方便。 实验报告的基本要求 实验报告的基本要求是：结论正确、分析合理、讨论深入、文理通顺、简明扼要、符号标准、字迹端正、图表清晰。在实验报告上还应注明：课题、实验者、实验日期、使用仪器编号等内容。1.1.3 误差分析与测量结果的处理 在科学实验与生产实践的过程中，为了获取表征被研究对象的特征的定量信息，必须准确地进行测量。在测量过程中，由于各种原因，测量结果和待测量的客观真值之间总存在一定差别，即测量误差。因此，分析误差产生的原因，如何采取措施减少误差，使测量结果更加准确，对实验人员及科技工作者来说是必须了解和掌握的。一、 差的来源与分类 1测量误差的来源 测量误差的来源主要有以下几个方面： （1） 仪器误差 仪器误差是指测量仪器本身的电气或机械等性能不完善所造成的误差。显然，消除仪器误差的方法是配备性能优良的仪器并定时对测量仪器进行校准。 （2） 使用误差也称操作误差 指测量过程中因操作不当而引起的误差。减小使用误差的办法是测量前详细阅读仪器的使用说明书，严格遵守操作规程，提高实验技巧和对各种仪器和操作能力。例如：万用表表盘上的符号：；60o分别表示万用表垂直位置使用；水平位置使用；与水平面倾斜成60o使用。使用时应按规定放置万用表，否则会带来误差，至于用欧姆档测电阻前不调零所带来的误差，更是显而易见的。 （3） 方法误差又称理论误差 它是指由于使用的测量方法不完善、理论依据不严密、对某些经典测量方法作了不适当的修改简化所产生的，即凡是在测量结果的表达式中没有得到反映的因素，而实际上这些因素在测量过程中又起到一定的作用所引起的误差。例如，用伏安法测电阻时，若直接以电压表示值与电流表示值之比作测量结果，而不计电表本身内阻的影响，就会引起误差。 测量误差的分类 测量误差按性质和特点可分为系统误差、随机误差和疏失误差三大类。 （1） 系统误差 是指在相同条件下重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化的误差。系统误差一般可通过实验或分析方法，查明其变化规律及产生原因后，可以减少或消除。电子技术实验中系统误差常来源于测量仪器的调整不当和使用方法不当所致。 (2)随机误差（偶然误差）在相同条件下多次重复测量同一量时，误差大小和符号无规律的变化的误差称为随机误差。随机误差不能用实验方法消除。但从随机误差的统计规律中可了解它的分布特性，并能对其大小及测量结果的可靠性作出估计，或通过多次重复测量，然后取其中算术平均值来达到目的。 (3)粗差 这是一种过失误差。这种误差是由于测量者对仪器不了解、粗心，导致读数不正确而引起的，测量条件的突然变化也会引起粗差。含有粗差的测量值称为坏值或异常值。必须根据统计检验方法的某些准则去判断哪个测量值是坏值，然后去除。二 、 误差的表示方法 误差可以用绝对误差和相对误差来表示。 1绝对误差 设被测量量的真值为o，测量仪器的示值为X，则绝对值为 XXo 在某一时间及空间条件下，被测量量的真值虽然是客观存在的，但一般无法测得，只能尽量逼近它。故常用高一级标准测量仪器的测量值代替真值o，则 XX 在测量前，测量仪器应由高一级标准仪器进行校正，校正量常用修正值C表示。对于被测量量，高一级标准仪器的示值减去测量仪器的示值所得的差值，就是修正值。实际上，修正值就是绝对误差，只是符号相反 CXX 利用修正值便可得该仪器所测量的实际值 AXC 例如，用电压表测量电压时，电压表的示值为1.1V，通过鉴定得出其修正值为0.01V。则被测电压的真值为 A1.1（0.01）1.09V 修正值给出的方式可以是曲线、公式或数表。对于自动测验仪器，修正值则预先编制成有关程序，存于仪器中，测量时对误差进行自动修正，所得结果便是实际值。相对误差 绝对误差值的大小往往不能确切地反映出被测量量的准确程度。例如，测100V电压时，X12V，在测10V电压时，X2.5，虽然X1X2，可实际X1只占被测量量的，而X2却占被测量的5。显然，后者的误差对测量结果的影响相对较大。因此，工程上常采用相对误差来比较测量结果的准确程度。 相对误差又分为实际相对误差、示值相对误差和引用（或满度）相对误差。 （1）实际相对误差；是用绝对误差X与被测量的实际值A的比值的百分数来表示的相对误差，记为 （2）示值相对误差；是用绝对误差X与仪器给出值X的百分数来表示的相对误差，即 （3）引用（或满度）相对误差；是用绝对误差X与仪器的满刻度值Xm之比的百分数来表示的相对误差，即 电工仪表的准确度等级就是由 决定的，如1.5级的电表，表明1.5。我国电工仪表按 值共分七级：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。若某仪表的等级是S级，它的满刻度值为Xm，则测量的绝对误差为 XXmS 其示值相对误差为 在上式中，总是满足XXm的，可见当仪表等级S选定后，X愈接近Xm时， 的上限值愈小，测量愈准确。因此，当我们使用这类仪表进行测量时，一般应使被测量的值尽可能在仪表满刻度值的二分之一以上。二、 测量结果的处理 测量结果通常用数字或图形表示。下面分别进行讨论。 1.测量结果的数据处理 （1）有效数字 由于存在误差，所以测量资料总是近似值，它通常由可靠数字和欠准数字两部分组成。例如，由电流表测得电流为12.6mA，这是个近似数，12是可靠数字，而末位6为欠准数字，即12.6为三位有效数字。有效数字对测量结果的科学表述极为重要。对有效数字的正确表示，应注意以下几点： 与计量单位有关的0不是有效数字，例如，0.054A与54mA这两种写法均为两位有效数字。 小数点后面的0不能随意省略，例如，18mA与18.00mA是有区别的，前者为两位有效数字，后者则是四位有效数字。 对后面带0的大数目数字，不同写法其有效数字位数是不同的，例如，3000如写成3010 2，则成为两位有效数字；若写成3103，则成为一位有效数字；如写成30001，就是四位有效数字。 如已知误差，则有效数字的位数应与误差所在位相一致，即：有效数字的最后一位数应与误差所在位对齐。如；仪表误差为0.02V，测得数为3.2832V，其结果应写作3.28V。因为小数点后面第二位8所在位已经产生了误差，所以从小数点后面第三位开始后面的32已经没有意义了，写结果时应舍去。 当给出的误差有单位时，则测量资料的写法应与其一致。如：频率计的测量误差为数kHz，其测得某信号的的频率为7100kHz，可写成7.100MHz和7100103Hz，若写成7100000或7.1MHz是不行的。因为后者的有效数字与仪器的测量误差不一致。 （2）数据舍入规则 为了使正、负舍入误差出现的机会大致相等，现已广泛采用小于5舍，大于5入，等于5时取偶数的舍入规则。即 若保留n位有效数字，当后面的数值小于第n位的0.5单位就舍去； 若保留n位有效数字，当后面的数值大于第n位的0.5单位就在第n位数字上加1； 若保留n位有效数字，当后面的数值恰为第n位的0.5单位，则当第n位数字为偶数（0，2，4，6，8）时应舍去后面的数字（即末位不变），当第n位数字为奇数（1，3，5，7，9）时，第n位数字应加1（即将末位凑成为偶数）。这样，由于舍入概率相同，当舍入次数足够多时，舍入的误差就会抵消。同时，这种舍入规则，使有效数字的尾数为偶数的机会增多，能被除尽的机会比奇数多，有利于准确计算。 （3）有效数字的运算规则当测量结果需要进行中间运算时，有效数字的取舍，原则上取决于参与运算的各数中精度最差的那一项。一般应遵循以下规则： 当几个近似值进行加、减运算时，在各数中（采用同一计量单位），以小数点后位数最少的那一个数（如无小数点，则为有效位数最少者）为准，其余各数均舍入至比该数多一位后再进行加减运算，结果所保留的小数点后的位数，应与各数中小数点后位数最少者的位数相同。 进行乘除运算时，在各数中，以有效数字位数最少的那一个数为准，其余各数及积（或商）均舍入至比该因子多一位后进行运算，而与小数点位置无关。运算结果的有效数字的位数应取舍成与运算前有效数字位数最少的因子相同。 将数平方或开方后，结果可比原数多保留一位。 用对数进行运算时，n位有效数字的数应该用n位对数表 若计算式中出现如e、 等常数时，可根据具体情况来决定它们应取的位数。2测量结果的曲线处理 在分析两个（或多个）物理量之间的关系时，用曲线比用数字、公式表示常常更形象和直观。因此，测量结果常要用曲线来表示。在实际测量过程中，由于各种误差的影响，测量数据将出现离散现象，如将测量点直接连接起来，将不是一条光滑的曲线，而是呈折线状。如图1.1.1所示，但我们应用有关误差理论，可以把各种随机因素引起的曲线波动抹平，使其成为一条光滑均匀的曲线，这个过程称为曲线的修匀。图1.1.1 直线连接测量点时曲线的波动情况 图1.1.2 分组平均法修均曲线 在要求不太高的测量中，常采用一种简便、可行的工程方法-分组平均法来修匀曲线。这种方法是将各测量点分成若干组，每组含24个数据点，然后分别估取各组的几何重心，再将这些重心连接起来。图1.1.2就是每组取24个数据点进行平均后的修匀曲线。这条曲线，由于进行了测量点的平均，在一定程度上减少了偶然误差的影响，使之较为符合实际情况。1.1.4 测量仪器的阻抗对测量的影响 被测电路的输入或输出阻抗与测量仪器的输入或输出阻抗间的关系，如果没有合理的匹配将造成测量误差，下面作简单叙述。 一、测量仪器和被测电路并联 以用示波器或数字电压表测量电路的内部电压为例，在图1.1.3中，被测电路的输出阻抗为ZS，内部电压为U 。用输入阻抗为Zm的示波器，或者数字电压表测量时，测量点A、B间的电压U为 当ZmZs时，VV，此时误差非常小。如果ZmZs，VV2，指示值为实际电压的12。因此，在这种情况下，必须使测量仪器的输入阻抗比被测电路的输出阻抗大很多。图1.1.3 用高输入阻抗一起测量电压图1.1.4用低输入阻抗一起测量电流 另外，一般Zm和Zs是频率的函数（通常多是频率越高，阻抗越低），尤其在高频测量时必须注意这一点。测量仪器和被测电路串联测量电流时，如图1.1.4，若未接Zm前的真值电流为I，串接Zm后电流为I ，则 若Zm Zs，则I I ，测量值近于真值。如果ZmZs，则I I 2，测量指示值为真值的12倍。因此，在这种情况下，测量仪器的输入阻抗应远小于被测电路的输出阻抗。由此也可见，如果忽略了测量仪器的阻抗，会对结果产生较大影响，实验中应给予足够的重视。二、阻抗匹配 用信号发生器进行测量时，如图1.1.5，当被测电路输入阻抗Zm和信号发生器的输出阻抗Zs相等时，称为阻抗匹配，匹配的目的在于使负载Zm上得到最大功率，特别在高频电路中，此种匹配还为了在负载端不产生反射。 在高频、脉冲传输系统中，传输线多数采用50，它比用600系统时，电抗成分影响小，因此，前沿陡的脉冲及高频的测量比较正确。图1.1.5 阻抗匹配1.1.5 接地、电源接地一、接地的含义 一般电子技术中的接地有两种含义。第一种含义是指接真正的大地即与地球保持等电位，而且常常局限于所在实验室附近的大地。对于交流供电电网的地线，通常是指三相电力变压器的中线(又称零线)，它是在发电厂接大地。第二种含义是指接电子测量仪器、设备、被测电路等的公共联接点。这个公共联接点通常与机壳直接联接在一起，或通过一个大电容(有时还并联一个大电阻-有形或无形的)与机壳相联(这在交流意义上也相当于短路)。因此，至少在交流意义上，可以把一个测量系统中的公共联接点，即电路的地线与仪器或设备的机壳看作同义语。研究接地问题应包括两方面的内容：保证实验者人身安全的安全接地和保证正常实验、抑制噪声的技术接地。二、安全接地 绝大多数实验室所用的测量仪器和设备都由50Hz，220V的交流电网供电，供电线路的中线(零线)已经在发电厂用良导体接大地，另一根为相线(又称为火线)。如果仪器或设备长期处于湿度较高的环境或长期受潮未烘烤、变压器质量低劣等，变压器的绝缘电阻就会明显下降。通电后，如人体接触机壳就有可能触电。为了防止因漏电使仪器外壳电位升高，造成人身事故，应将仪器外壳接大地。为了避免触电事故的发生，可在通电后用试电笔检查机壳是否明显带电。一般情况下，电源变压器初级线圈两端的漏电阻是不相同的，因此，往往把单相电源插头换个方向插入电源插座中部可削弱甚至消除漏电现象。图1.1.6 利用三孔插座进行安全接地 比较安全的办法是采用三孔插头座，如图1.1.6中，三孔插座中间较粗的插孔与本实验室的地线(实验室的大地)相接，另外两个较细的插孔，一个接220V相线(火线)，另一个接电网零线（中线），由于实验室的地线与电网中线的实际节点不同，二者之间存在一定的大地电阻d(这个电阻还随地区、距离、季节等变化，一般是不稳定的)，如图1.1.7所示。 电网零线与实验室大地之间由于存在沿线分布的大地电阻，因此不允许把电网中线与实验室地线相联。否则，零线电流会在大地电阻d上形成一个电位差。同样道理，也不能用电网零线代替实验室地线。实验室地线是将大的金属板或金属棒深埋在实验室附近的地下(并用撒食盐等办法来减小接地电阻)，然后用粗导线与之焊牢再引入实验室，分别接入各电源插座的相应位置。图1.1.7 实验室的地线与电网电线间的电阻 三孔插头中较粗的一根插头应与仪器或设备的机壳相联，另外两根较细的插头分别与仪器或设备的电源变压器的初级线圈的两端相联。利用如图1.1.6所示的电源插接方式，就可以保证仪器或设备的机壳始终与实验室大地处于同电位，从而避免了触电事故。如果电子仪器或设备没有三孔插头，也可以用导线将仪器或设备的机壳与实验室大地相联。三、技术接地 1接地不良引入干扰 在电子电路实验中，由信号源、被测电路和测试仪器所构成的测试系统必须具有公共的零电位线(即接地的第二种含义)，被测电路、测量仪器的接地除了保证人身安全外，还可防止干扰或感应电压窜入测量系统或测量仪器形成相互间的干扰，以及消除人体操作的影响。接地是使测量稳定所必需的,抑制外界的干扰，保证电子测量仪器和设备能正常工作。如果接地不当，可能会产生实验者所不希望的结果。下面举几个常见的例子来说明。 如图1.1.8所示为用晶体管毫伏表测量信号发生器输出电压，因未接地或接地不良引入干扰的示意图。图1.1.8接地不良引入干扰 在图1.1.8中，1、2分别为信号发生器和晶体管毫伏表的电源变压器初级线圈对各自机壳(地线)的分布电容，3、4分别为信号发生器和晶体管毫伏表的机壳对大地的分布电容。由于图中晶体管毫伏表和信号发生器的地线没有相连，因此实际到达晶体管毫伏表输入端的电压为被测电压x与分布电容3、4所引入的50Hz干扰电压C3、C4之和(如图1.1.8(b)所示)，由于晶体管毫伏表的输入阻抗很高(兆欧级)，故加到它上面的总电压可能很大而使毫伏表过负荷，表现为在小量程档表头指针超量程而打表。 如果将图1.1.8中的晶体管毫伏表改为示波器，则会在示波器的荧光屏上看到如图1.1.9(a)所示的干扰电压波形，将示波器的灵敏度降低可观察到如图1.1.9(b)所示的一个低频信号叠加一个高频信号的信号波形，并可测出低频信号的频率为50Hz。（a） （b）图1.1.9示波器观测50Hz干扰信号波形如果将图1.1.8中信号发生器和晶体管毫伏表的地线相联(机壳)或两地线(机壳)分别接大地，干扰就可消除。因此，对高灵敏度、高输入阻抗的电子测量仪器应养成先接好地线再进行测量的习惯。在实验过程中，如果测量方法正确、被测电路和测量仪器的工作状态也正常，而得到的仪器读数却比预计值大得多或在示波器上看到如图1.1.9所示的信号波形，那么，这种现象很可能就是地线接触不良造成的。2仪器信号线与地线接反引入干扰有的实验者认为，信号发生器输出的是交流信号，而交流信号可以不分正负，所以信号线与地线可以互换使用，其实不然。 如图1.1.10(a)所示，用示波器观测信号发生器的输出信号，将两个仪器的信号线分别与对方的地线(机壳)相联，即两仪器不共地。1、2分别为两仪器的电源变压器的初级线圈对各自机壳的分布电容，3、4分别为两仪器的机壳对大地的分布电容，那么图1.1.10(a)可以用图1.1.10(b)来表示，图中C3、C4为分布电容3、4所引入的50Hz干扰，在示波器荧光屏上所看到的信号波形叠加有50Hz干扰信号，因而包络不再是平直的而是呈近似的正弦变化。图1.1.10 信号线与地线接反引入干扰 如果将信号发生器和示波器的地线(机壳)相连或两地线(机壳)分别与实验室的大地相接，那么，在示波器的荧光屏上就观测不到任何信号波形，信号发生器的输出端被短路。 3高输入阻抗仪表输入端开路引入干扰 以示波器为例来说明这个问题。如图1.1.11(a)所示，1、2分别为示波器输入端对电源变压器初级线圈和大地的分布电容，3、4分别为机壳对电源变压器初级线圈和大地的分布电容。此电路可等效为如图1.1.11(b)所示电路，可见，这些分布参数构成一个桥路，当1423时，示波器的输入端无电流流过。但是，对于分布参数来说，一般不可能满足1423，因此示波器的输入端就有50Hz的市电电流流过，荧光屏上就有50Hz交流电压信号显示。如果将示波器换成晶体管毫伏表，毫伏表的指针就会指示出干扰电压的大小。正是由于这个原因，毫伏表在使用完毕后，必须将其量程旋钮置3V以上档位，并使输入端短路，否则，一开机，毫伏表的指针会出现打表现象。图1.1.11示波器输入端开路引入干扰 4接地不当将被测电路短路 这个问题在使用双踪示波器时尤其应注意。如图1.1.12所示，由于双踪示波器两路输入端的地线都是与机壳相联的，因此，在图1.1.12(a)中，示波器的第一路(CHl)观测被测电路的输入信号，连接方式是正确的，而示波器的第二路(CH2)观测被测电路的输出信号，连接方式是错误的，导致了被测电路的输出端被短路。在图1.1.12(b)中，示波器的第二路(CH2)观测被测电路的输出信号，连接方式是正确的，而示波器的第一路(CHl)，观测被测电路的输入信号，连接方式是错误的，导致了被测电路的输入端被短路。图1.1.12 接地不当将被测电路短路 此外，接地时应避免多点接地，而采取一点接地方法，以排除对测量结果的干扰而产生测量误差。尤其多个测量电仪器间有二点以上接地时更需注意。如果实验室电源有地线，此项干扰可以排除，否则，由于两处接地，工作电流在各接地点间产生电压降或在接地点间产生电磁感应电压，这些原因也会造成测量上的误差。为此，必须采取一点接地措施。 在测量放大嚣的放大倍数或观察其输入、输出波形关系时，也要强调放大器、信号发生器、晶体管毫伏表以及示波器实行共地测量，以此来减小测量误差与干扰。 12 电子技术实验中基本电量的测量 一、要点提示1.2.1 电阻的测量1.2.2 电容的测量1.2.3 电感的测量1.2.4 电压的测量1.2.5 电流的测量二、内容简介 电子技术实验离不开对某些电量的测量，测量是为了确定被测量对象的量值而进行的实验过程。在这个过程中，人们借助于专门的设备，把被测量对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量值。它所涉及的内容包含以下几个方面：电能量的测量（如电压、电流、功率）；元件和电路参数的测量（如电阻、电容、电感、晶体管参数）；电信号特性参数的测量（如频率、相位）；电路性能指标的测量（如放大倍数、噪声指数）；特性曲线的测量（如晶体管特性曲线、电路的幅频曲线），上述各参数中，电压、电流、电阻等是基本参量，由于受篇幅所限，本节仅介绍几个基本电量的测量，其它有关电参量的测量，请参阅有关章节。1.2.1 电阻的测量 电阻由于其结构上的特点，存在引线电感和分布电容，当工作于低频时电阻分量起主要作用，电抗分量可以忽略不计。但当工作频率升高时电抗分量就不能忽略不计了。此时，工作于交流电路的电阻的阻值，由于集肤效应、涡流损耗等原因，其等效电阻随频率的不同而不同。实验证明，当频率在1kHz以下时，电阻的交流阻值和直流阻值相差不过110-4 ，随着频率的升高，其间的差值随之增大。一、固定电阻的测量 万用表测量电阻 用万用表的电阻档测量电阻时，先根据被测电阻的大小，选择好万用表电阻档的倍率或量程范围，再将两个输入端(称表笔)短路调零，最后将万用表并接在被测电阻的两端，读出电阻值即可。 在用万用表测量电阻时应注意以下几个问题： 要防止用双手把电阻的两个端子和万用表的两个表笔并联捏在一起，因为这样测得的阻值是人体电阻与待测电阻并联后的等效电阻的阻值，而不是待测电阻的阻值。 当电阻连接在电路中时，首先应将电路的电源断开，决不允许带电测量。 用万用表测量电阻时应注意被测电阻所能承受的电压和电流值，以免损坏被测电阻。例如，不能用万用表直接测量微安表的表头内阻，因为这样做可能使流过表头的电流超过其承受能力(微安级)而烧坏表头。 万用表测量电阻时不同倍率档的零点不同，每换一档都应重新进行一次调零，当某一档调节调零电位器不能使指针回到0欧姆处时，表明表内电池电压不足了，需要更换新电池。 由于模拟式万用表电阻档表盘刻度的非线性，测量误差也较大，因而一般作粗略测量。数字式万用表测量电阻的误差比模拟万用表的误差小，但当它用以测量阻值较小的电阻时，相对误差仍然是比较大的。 2电桥法测量电阻 当对电阻值的测量精度要求很高时，可用电桥法进行测量。如图1.2.1所示R,R是固定电阻，称为比率臂，比例系数K=RR可通过量程开关进调节，Rn为标准电阻称为标准臂，Rx为被测电阻，G为检流计。测量时接上被测电阻，接通电源，通过调节K和Rn，使电桥平衡即检流计指示为零，读出K和Rn的值，即可求得Rx的值。图1.2.1电桥法测量电阻 3伏安法测量电阻 伏安法是一种间接测量法，理论依据是欧姆定律RUI，给被测电阻施加一定的电压，所加电压应不超出被测电阻的承受能力，然后用电压表和电流表分别测出被测电阻两端的电压和流过它的电流，即可算出被测电阻的阻值。 伏安法有如图1.2.1（a）、（b）所示的两种测量电路。 如图1.2.2（a）所示电路称为电压表前接法。由图可见，电压表测得的电压为被测电阻Rx两端的电压与电流表内阻R压降之和。因此，根据欧姆定律求得的测量值为R测UIx（UxU）IxRx+RRx图1.2.2 伏安法测量电阻 如图1.2.2（b）所示电路称为电压表后接法。由图可见，电流表测得的电流为流过被测电阻Rx的电流与流过电压表内阻Rv的电流之和，因此，根据欧姆定律求得的测量值为 R测UIxUx(IvIx)RxRvRx 使用伏安法时，应根据被测电阻的大小，选择合适的测量电路；如果预先无法估计被测电阻的大小，可以两个电路都试一下，看两种电路电压表和电流表的读数的差别情况，若两种电路电压表的读数差别比电流表的读数差别小，则可选择电压表前接法，即如图1.2.2(a)所示电路。反之，则可选择电压表后接法即如图1.2.2(b)所示电路。二、电位器的测量 用万用表测量电位器 用万用表测量电位器的方法与测量固定电阻的方法相同，先测量电位器两固定端之间的总体固定电阻，然后测量滑动端对任意一端之间的电阻值，并不断改变滑动端的位置，观察电阻值的变化情况，直到滑动端调到另一端为止。在缓慢调节滑动端时，应滑动灵活，松紧适度，听不到咝咝的噪声，阻值指示平稳变化，没有跳变现象，否则说明滑动端接触不良，或滑动端的引出机构内部存在故障。 2，用示波器测量电位器的噪声 如图1.2.3所示，给电位器两端加一适当的直流电源，的大小应不造成电位器超功耗，最好用电池。让一定电流流过电位位器，缓慢调节电位器的滑动端，在示波器的荧光屏上显示出一条光滑的水平亮线，随着电位器滑动端的调节，水平亮线在垂直方向移动，若水平亮线上有不规则的毛刺出现，则表示有滑动噪声或静态噪声存在。图1.2.3用示波器测电位器的噪声三、非线性电阻的测量 非线性电阻如热敏电阻、二极管的内阻等，它们的阻值与工作环境以及外加电压和电流的大小有关，一般采用专用设备测量其特性。当无专用设备时，可采用前面介绍的伏安法，测量一定直流电压下的直流电流值，然后改变电压的大小，逐点测量相应的电流，最后作出伏安特性曲线，所得电阻值只表示一定电压或电流下的直流电阻值。如果电阻值与环境温度有关时还应制造一定的外界环境。1.2.2电容的测量 电容的主要作用是贮存电能。它由两片金属中间夹绝缘介质构成。由于存在绝缘电阻(绝缘介质的损耗)和引线电感。而引线电感在工作频率较低时，可以忽略其影响。因此，电容的测量主要包括电容量值与电容器损耗(通常用损耗因数D表示)两部分内容，有时需要测量电容器的分布电感。 一、谐振法测量电容量 将交流信号源、交流电压表、标准电感和被测电容Cx连成如图1.2.4所示的并联电路，其中C为标准电感的分布电容。 测量时，调节信号源的频率，使并联电路谐振，即交流电压表读数达到最大值，反复调节几次，确定电压表读数最大时所对应的信号源的频率?，则被测电容值Cx为图1.2.4 并联谐振法测量电容量二、交流电桥法测量电容量和损耗因数 交流电桥有如图1.2.5(a)和(b)所示的串联和并联两种电桥。 对于如图1.2.5(a)所示的串联电桥，Cx为被测电容，Rx为其等效串联损耗电阻，由电桥的平衡条件可得图1.2.5测量电容的交流电桥 测量时，先根据被测电容的范围，通过改变R3来选取一定的量程，然后反复调节R4和Rn使电桥平衡，即检流计读数最小，从R4，Rn刻度读Cx和Dx的值。这种电桥适用于测量损耗小的电容器。 对于如图1.2.5(b)所示的并联电桥，Cx为被测电容，Rx为其等效并联损耗电阻，测量时，调节Rn和Cn使电桥平衡，此时 这种电桥适于测量损耗较大的电容器。三、用万用表估测电容 用模拟式万用表的电阻档测量电容器，不能测出其容量和漏电阻的确切数值，更不能知道电容器所能承受的耐压，但对电容器的好坏程度能粗略判别，在实际工作中经常使用。 1.估测电容量 将万用表设置在电阻档，表笔并接在被测电容的两端，在器件与表笔相接的瞬间，表针摆动幅度越大，表示电容量越大，这种方法一般用来估测0.01F以上的电容器。2.电容器漏电阻的估测除铝电解电容外，普通电容的绝缘电阻应大于10M，用万用表测量电容器漏电阻时，万用表置x1k或x10k倍率档，当表笔与被测电容并接的瞬间，表针会偏转很大的角度，然后逐渐回转，经过一定时间，表针退回到处，说明被测电容的漏电阻极大，若表针回不到处，则示值即为被测电容的漏电阻值。铝电解电容的漏电阻应超过200k?才能使用。若表针偏转一定角度后，无逐渐回转现象，说明被测电容已被击穿，不能使用了。1.2.3 电感的测量 电感的主要特性是贮存磁场能。但由于它一般是用金属导线绕制而成的，所以有绕线电阻(对于磁芯电感还应包括磁性材料插入的损耗电阻)和线圈匝与匝之间的分布电容。采用一些特殊的制作工艺，可减小分布电容，工作频率也较低时，分布电容可忽略不计。因此，电感的测量主要包括电感量和损耗(通常用品质因数Q表示)两部分内容。 一、谐振法测量电感 如图1.2.6所示为并联谐振法测电感的电路，其中C为标准电感，L为被测电感，Co为被测电感的分布电容。测量时，调节信号源频率，使电路谐振，即电压表指示最大，记下此时的信号源频率f，则 图1.2.6 谐振法测量电感 由此可见，还需要测出分布容Co，测量电路如图1.2.6所示，只是不接标准容。调信号源频率，使电路自然谐振。设此频率为f1，则 由上两式可得 将Co代入的表达式，即可得到被测电感的感量。二、 交流电桥法测量电感 测量电感的交流电桥如图1.2.7(a)和(b)所示的马氏电桥和海氏电桥两种电桥，分别适用于测量品质因数不同的电感。图1.2.7交流电桥法测量电感 如图1.2.7(a)所示的马氏电桥适用于测量10的电感，图中x为被测电感，Rx为被测电感损耗电阻，马氏电桥由电桥平衡条可得 一般在马氏电桥中，R3用开关换接作为量程选择，R2和Rn为可调元件，由R2的刻度可直读Lx，由Rn的刻度可直读Q值。图1.2.7(b)所示的海氏电桥适用于测量10的电感，测量方法和结论与马氏电桥相同。1.2.4 电压的测量 在电子测量领域中，电压是基本参数之一。许多电参数，如增益、频率特性、电流、功率调幅度等都可视为电压的派生量。各种电路工作状态，如饱和、截止等，通常都以电压的形式反映出来。不少测量仪器也都用电压来表示。因此，电压的测量是许多电参数测量的基础。电压的测量对调试电子电路可以说是必不可少的。 电子电路中电压测量的特点是： (1) 频率范围宽；电子电路中电压的频率可以从直流到数百兆赫范围内变化。 (2) 电压范围广；电子电路中，电压范围由微伏级到千伏以上高压，对于不同的电压档级必须采用不同的电压表进行测量。 (3) 存在非正弦量电压；被测信号除了正弦电压外，还有大量的非正弦电压。 (4) 交、直流电压并存；被测的电压中常常是交流与直流并存，甚至还夹杂有噪声干扰等成分。 (5) 要求测量仪器有高输入阻抗；由于电子电路一般是高阻抗电路，为了使仪器对被测电路的影响减至足够小，要求测量仪器有更高的输入电阻。 所以，在电子电路中，应根据被测电压的波形、频率、幅度、等效内阻，针对不同的测量对象采用不同的测量方法。如：测量精度要求不高，可用示波器或普通万用表；如果希望测量精度较高，根据现有条件，选择合适的测量仪器。 一、直流电压的测量 电子电路中的直流电压一般分为两大类，一类为直流电源电压，它具有一定的直流电动势和等效内阻R0，如图1.2.8（a）所示。另一类是直流电路中某元器件两端之间的电压差或各点对地的电位，如图1.2.8（b）所示，图中R1，R2，R3，R4可以是任意元器件的直流等效电阻，UR1、UR3为元器件两端电压，Ul、U2既是对地电位又是元器件两端电压。图1.2.8两种直流电压 直流电压的测量方法大体上有直接测量法和间接测量法两种。 （1）直接测量法 将电压表直接并联在被测支路的两端，如图1.2.8所示，如果电压表的内阻为无限大，则电压表的示数即是被测两点间的电压值。实际电压表的的内阻不可能为无穷大，因此直接测量法必定会影响被测电路，造成测量误差。测量时还应注意电压表的极性。它影响到测量值与参考极性之的关系，也影响模拟式电压表指针的偏转方向。 （2）间接测量法 如图1.2.8（b）所示，若要测量R3两端的电压，可以分别测出R3对地的电位U1和U2，然后利用公式UR3U1U2求出要测量的电压值。 下面介绍实际使用的测方法。 1、 数字万用表测量直流电压数字万用表的基本构成部件是数字直流电压表，因此，数字万用表均有直流电压档。用它测量直流电压可直接显示被测直流电压的数值和极性，有效数值位数较多，精确度高。一般数字万用表直流电压档的输入电阻较高，可达10M以上，如DT890型数字万用表的直流电压档的输入电阻为10M，将它并接在被测支路两端对被测电路的影响较小。 用数字万用表测量直流电压时，要选择合适的量程，当超出量程时会有溢出显示，如DT-990C型数字万用表，当测量值超出量程时会显示OL，并在显示屏左侧显示OVER表示溢出。 数字万用表的直流电压档有一定的分辨力，即它所能显示的被测电压的最小变化值，实际上不同量程档的分辨力不同，一般以最小量程档的分辨力为数字电压表的分辨力，如DT890型数字万用表的直流电压分辨力为100V，即这个万用表不能显示出比100V更小的电压变化。 2、 模拟式万用表测量直流电压 模拟式万用表的直流电压档由表头串联分压电阻和并联电阻组成，因而其输入电阻一般不太大，而且各量程档的内阻不同，各量程档内阻Rv量程直流电压灵敏度Sv-，因此同一块表，量程越大内阻越大。在用模拟式万用表测量直流电压时，一定要注意表的内阻对被测电路的影响，否则将可能产生较大的测量误差。例如用MF500-B型万用表测量如图1.2.9所示电路的等效电动势，万用表的直流电压灵敏度Sv20k?V，选用10V量程档，测量值为7.2V，理论值为9V，相对误差为20，这就是由所用万用表直流电压档的内阻Rv与被测电路等效内阻相比不够大所引起的，是测量方法不当引起的误差。再比如, 用灵敏度为10KV的万用表的2.5V直流电压档，去测量图1.2.10所示放大器中晶体管的发射结电压Ube。如果不直接测量UBE，而是分别测得UB0.88V，UE0.92V，计算得UBEUBUE0.04V。根据这个测量结果，放大器必然处于截止状态，而实际上放大器却工作在放大状态，且UBE=0.32V。图1.2.9 测量支流电压造成这个错误结论的原因是万用表2.5V 档的内阻为25k,这个电阻并联在基极与地之间，减小了下偏置电阻，因而测出的UB值比实际值小得多，而测得的UE值由于发射极输出阻抗低，仪器内阻的影响小而接近其实际值。可见，上述误差是由于测试方法不当引起的，应直接测量基极与发射极之间的电压UBE。因此模拟式万用表的直流电压档测量电压只适用于被测电路等效内阻很小或信号源内阻很小的情况。图1.2.10 单管放大电路图1.2.11 零示法测量直流电压 、零示法测量直流电压 为了减小由于模拟式电压表内阻不够大而引起的测量误差，可用如图1.2.11所示的零示法。图中Es为大小可调的标准直流电源，测量时，先将标准电源Es置最小，电压表置较大量程档，按如图1.2.11所示的极性接人电路，然后缓慢调节标准电源Es的大小，并逐步减小电压表的量程档，直到电压表在最小量程档指示为零，此时EEs，电压表中没有电流流过，电压表的内阻对被测电路无影响。然后断开电路，用电压表测量标准电源Es的大小即为被测E的大小。在此由于标准直流电源的内阻很小，一般均小于l?，而电压表的内阻一般在K?级以上，所以用电压表直接测量标准电源的输出电压，电压表内阻引起的误差完全可以忽略不计。 4、用电子电压表测量直流电压 为了提高电压表的内阻，可以将磁电式表头加装输入阻抗高、并且具有一定放大量的电子线路构成电子电压表，一般采用跟随器和放大器等电路提高电压表的输入阻抗和测量灵敏度，这种电子电压表可在电子电路中测量高电阻电路的电压值。? 5、示波器测量直流电压 用示波器测量电压时，首先应将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置校准档，否则电压读数不准确。具体测量步骤如下： (1)将待测信号送至示波器的垂直输入端。 (2)确定直流电压的极性。将示波器的输入耦合开关置于GND档，调节垂直位移旋钮，将荧光屏上的水平亮线(时基线)移至荧光屏的中央位置，即水平坐标轴上。调整垂直灵敏度开关于适当档位，将示波器的输入耦合开关置于DC档，观察水平亮线的偏转方向（灵敏度不合适时，亮线可能消失，