通信传输网测试以及常用仪器仪表

1、常用仪表与电子元器件简介 主要内容：主要内容：1、常用仪表工作原理简介2、常用仪表的使用方法与维护3、深入了解电子元器件常用仪表：常用仪表：1、万用表：指针表，数字表（手持表，台式表）；2、示波器：模拟示波器、数字示波器；3、信号源：函数信号发生器，任意波形发生器，高频信号发生器；4、频率计；5、频谱仪；6、数字电桥；7、逻辑分析仪；8、功率计；万用表-功能：测量参数：直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、电阻、电容、电感、频率、占空比、二极管、三极管、等等问题一：万用表能不能测量某200赫兹信号的电压值？如果能，如何测量？答案：如果所使用万用表带有真有效值测量功能，则可测量其有效值，再根据

2、信号的波形特点换算出其峰值等其他参数，典型带有真有效值的万用表：UT61D、VC980+。价格200左右万用表-功能：问题二： 通常我们称呼某万用表为3位半、4位半、5位半、6位半甚至8位半，是什么意思？答案：以上均为通俗称法，3位半即3 位万用表，指该表可显示的最大数值为1999，以此类推，4位半即最大显示19999，市面上也还存在3 位、3 5/6位万用等。DT-830B：功能-量程-准确度直流电压： 200mV-500V 【(0.5%+2dgt)】交流电压： 200-500V 【(1.2%+10dgt)】直流电流： 200uA-5A 【(1.0%+2dgt)】- 电 阻： 200-2M

3、【(0.8%+2dgt)】二 极 管： 有三 极 管： 有电源供应： 6F22型9V电池最大显示： 1999万用表-功能：万用表-功能：问题三： 万用表价格有高有低，如何选择，性能有何区别？答案：一分钱一分货，亘古不变的道理，最便宜的DT830B，10元一块，档次较高的FLUKE 189 自动表，2400元一块。目前万用表在低端价位上（ 、 、= =），达到捕捉异常脉冲的功能。），达到捕捉异常脉冲的功能。 示波器-指标： 使用示波器在时域中观察和测量波形，其中垂直轴为幅度，而使用示波器在时域中观察和测量波形，其中垂直轴为幅度，而水平轴为时间。对绝大多数波形来说，这是最好的观察方法。但有时水平轴

4、为时间。对绝大多数波形来说，这是最好的观察方法。但有时您还想了解波形的频率含量。于是提出了傅立叶变化建立时域和频域的数学相您还想了解波形的频率含量。于是提出了傅立叶变化建立时域和频域的数学相关关系：关关系：V(f)=V(f)= v(t)e v(t)e-j2-j2ftft dtdt ( (连续连续) )X Xk k = = x xi ie e-j2-j2ik/Nik/N（离散）离散） 上式是一个上式是一个DFTDFT，需要大量的数学运算，速度很慢。从而出现需要大量的数学运算，速度很慢。从而出现FFTFFT数学算法，数学算法，两者差别如下：两者差别如下： DFTDFTN N2 2FFTFFTNlo

5、gNlog2 2N N示波器-指标： 绝大多数测量都要求使用窗函数，如绝大多数测量都要求使用窗函数，如 HanningHanning 或或 RectangularRectangular窗函数。窗函数。 它们都适合典型的频率分析测量。选择这两种窗函数要它们都适合典型的频率分析测量。选择这两种窗函数要在频率分辨率和幅度准确度间进行权衡。在频率分辨率和幅度准确度间进行权衡。窗窗 优点优点 缺点缺点HanningHanning频率分辨率较好频率分辨率较好幅度准确度较差幅度准确度较差HammingHamming幅度准确度较好幅度准确度较好频率分辨率较差频率分辨率较差RectangleRectangle频

6、率分辨率最好频率分辨率最好幅度准确度最差幅度准确度最差BlackmanBlackman副值分辨率最好副值分辨率最好频率分辨率最差频率分辨率最差 示波器-指标：探头是在一个测试点或信号源和一台示波器之间做的物理及电路的连探头是在一个测试点或信号源和一台示波器之间做的物理及电路的连接，探头对于被测回路，必须有最小的影响，同时对想要测量地信接，探头对于被测回路，必须有最小的影响，同时对想要测量地信号应保证足够的保真度。号应保证足够的保真度。 在理想世界中，理想的探头将提供下列关键的属性：连接简单和便利在理想世界中，理想的探头将提供下列关键的属性：连接简单和便利绝对的信号保真度零信号源极负载完全的噪音

7、抗扰性绝对的信号保真度零信号源极负载完全的噪音抗扰性实际上，实际上，一根一根 100 MHz 100 MHz 探头或示波器被设计为在高至探头或示波器被设计为在高至 100 MHz 100 MHz 的频的频率范围内进行测量。在信号频率高于指定带宽时进行测量会导致不率范围内进行测量。在信号频率高于指定带宽时进行测量会导致不可预知的测量结果。为了合理精确地测量脉冲上升或下降时间，探可预知的测量结果。为了合理精确地测量脉冲上升或下降时间，探头和示波器的上升时间之和应该是头和示波器的上升时间之和应该是 3 35 5 倍倍快于被测脉冲快于被测脉冲 示波器-指标：大多数探头被设计为匹配特定的示波器的输入电路

8、。然而，不同的示波器之间有细微的大多数探头被设计为匹配特定的示波器的输入电路。然而，不同的示波器之间有细微的变化，甚至在同一示波器的不同的输入通道之间也有。为了处理这一问题，许多探头，变化，甚至在同一示波器的不同的输入通道之间也有。为了处理这一问题，许多探头，特别是衰减探头特别是衰减探头( 10X ( 10X 和和 100X 100X 探头探头) )，有内建的补偿网络。，有内建的补偿网络。探头补偿，遵循下列过程：探头补偿，遵循下列过程：1 . 1 . 把探头接入示波器。把探头接入示波器。2. 2. 把探头尖接入示波器前面板上的探头补偿测试点。把探头尖接入示波器前面板上的探头补偿测试点。3. 3

9、. 使用探头自带的调整工具或其他无感调节工具，来调节补偿网络，从而获得一个标准使用探头自带的调整工具或其他无感调节工具，来调节补偿网络，从而获得一个标准波形，这一波形应当具有平直的顶部，不能有过冲及圆弧波形，这一波形应当具有平直的顶部，不能有过冲及圆弧示波器-指标：地环路自感等效电路地环路自感等效电路 示波器-指标： 地环路为RLC环路,其品质因数Q可以按下式计算:其中Rs为信号源输出阻抗. 较小的Rs将导致在处产生较强的谐振,影响截止频率高于fr的信号测量结果；示波器探头的地环路自感严重影响测量信号上升时间,并可能导致谐振；减小地环路面积是减小地环路自感最有效的方法；sRLCQ2/1)(LC

10、fr21示波器-指标： 示波器探头的地环路自感严重影响测量信号 上升时间，并可能导致谐振。减小地环路面积是减小地环路自感最有效的方法示波器-内部电路分析：本部分结合示波器DIY电路讲解信号源信号源图2.12几种典型的信号波形信号源 本课对信号源的分析仅基于我们日常用到两种信号发生器函数信号发生器和基于直接数字频率合成的任意波形发生器。信号源EE1641型信号源 EE1641型信号源EE1641型信号源EE1641型信号源1 如上图所示，整机电路由两片单片机进行管理，主要工作为： a) 控制函数发生器产生的频率； b) 控制输出信号的波形； c) 测量输出的频率或测量外部输入的频率并显示； d)

11、 测量输出信号的幅度并显示。2 函数信号由专用的集成电路产生，该电路集成度大，线路简单精度高并易于与微机接口，使得整机指标得到可靠保证。3 扫描电路由多片运算放大器组成，以满足扫描宽度、扫描速率的需要。宽带直流功放电路的选用，保证输出信号的带负载能力以及输出信号的直流电平偏移，均可受面板电位器控制。4 整机电源采用线性电路以保证输出波形的纯净性，具有过压、过流、过热保护。EE1641型信号源频率显示频率显示幅度显示幅度显示扫描速率扫描速率调节旋钮调节旋钮 扫描宽度扫描宽度调节旋钮调节旋钮 外部输外部输入插座入插座 TTL信号信号/CMOS电平电平输出端输出端 CMOS电平调电平调节旋钮节旋钮函

12、数信号函数信号输出端输出端 幅度调节幅度调节旋钮旋钮 直流电平直流电平调节旋钮调节旋钮 占空比调占空比调节旋钮节旋钮 波形选波形选择按钮择按钮 “扫描扫描/计数计数”按钮按钮 频率频率档位档位调节调节频率频率细调细调旋钮旋钮频段频段显示显示电源开关电源开关EE1641型信号源电源插座电源插座保险丝座保险丝座DG1022型任意波形发生器 性能指标性能指标采用先进的采用先进的DDSDDS技术，双通道输出，技术，双通道输出，100 100 MSa/sMSa/s采样率，采样率，14 bits14 bits垂直分垂直分辨率辨率输出输出5 5 种标准波形，内置种标准波形，内置48 48 种任意波形种任意波

13、形丰富的调制功能：丰富的调制功能：AMAM、FMFM、PMPM、FSKFSK，以及输出线性，以及输出线性/ /对数扫描和脉冲对数扫描和脉冲串波串波丰富的输入输出：波形输出，同步信号输出，外接调制源，外接基准丰富的输入输出：波形输出，同步信号输出，外接调制源，外接基准10 MHz10 MHz时钟源，外触发输入时钟源，外触发输入独特的通道耦合和通道复制功能独特的通道耦合和通道复制功能内置高精度、宽频带频率计，可测量范围：内置高精度、宽频带频率计，可测量范围：100 100 mHzmHz 200 MHz( 200 MHz(单通单通道道) )文件管理（支持文件管理（支持U U盘和本地存储）盘和本地存储

14、） DG1022型任意波形发生器双通道输出：可分别设置两个通道的波形和参数及输出开关。操作菜单“同相位”可使能双通道输出时相位同步。 任意波形输出：仪器内置48种任意波形（含直流），包括常用、数学、工程、窗函数及其他常见波形。 可编辑任意波：可编辑输出14bits，4kpts的任意波形。仪器内部提供10个非易失性存储空间以存储用户自定义的任意波形。通过上位机软件Ultrawave可编辑和存储更多任意波形。 丰富的调制功能：支持AM，FM，PM，FSK，可直观的观察已调制的波形，特别适合教育培训方面的应用。 扫频输出：在指定的扫描时间内从开始频率到终止频率以线性或对数方式变化输出。扫描时间设置范

15、围：1 ms 500 s。可使用正弦波、方波、锯齿波或任意波产生扫频输出。 脉冲串输出：提供多种波形函数的脉冲串输出，可持续特定数目的波形循环或应用外部门控信号。 DG1022型任意波形发生器DG1022型任意波形发生器双通道耦合：设定基准通道和耦合频率/相位差后，另一通道的频率/相位将随基准通道的改变而改变，并且始终保持所设定的耦合频率/相位差。 双通道复制：可将其中一个通道的参数快速复制到另外一个通道，而不改变另一个通道的输出波形。内置频率计：测量范围100 mHz 200 MHz。可测量参数：频率、周期、占空比、正脉宽和负脉宽。 频率计的设置分为自动和手动两种方式： 自动模式：信号发生器

16、将自动设置耦合方式，灵敏度，触发电平以及高频抑制的开关。 手动模式：可设置直流/交流，灵敏度（低，中，高），触发电平，高频抑制的开/ 关DG1022型任意波形发生器DG1022型任意波形发生器结合实际操作演示结合实际操作演示DG1022DG1022的全部功能的全部功能频谱分析仪与示波器相比具有灵敏度高频谱分析仪与示波器相比具有灵敏度高频率频率范围宽范围宽动态范围大等特点动态范围大等特点. .可方便地获得时可方便地获得时域测量中不易得到的独特信息域测量中不易得到的独特信息. .它可测量信号它可测量信号频率幅度频率幅度频谱纯度频谱纯度信号失真信号失真寄生寄生交调交调等各种参数等各种参数. .是是微

17、波领域的万用表微波领域的万用表. .是雷达是雷达 航天航天 通信等领域的重要测试仪器通信等领域的重要测试仪器. .它可以很它可以很好的对遥控器好的对遥控器对讲机对讲机无绳电话无绳电话有线电视有线电视CATVCATV手机等有线手机等有线 无线系统进行故障检查无线系统进行故障检查及信号频率的分析比较仪器及信号频率的分析比较仪器. . 频谱仪频谱仪与示波器的区别信号时域分析时域分析频域分析频域分析信号周期信号周期升降沿升降沿峰值电压峰值电压信号频率信号频率谐波分量谐波分量信号功率信号功率寄生、交调寄生、交调信号边带信号边带频谱仪简化结构框图ADCFFTfS输入显示器处理器 数字滤波器 模数转换器取样

18、器衰减器 模拟滤波器频谱仪组成框图 为了能动态地观察被测信号的频谱，现代频谱仪大多采用为了能动态地观察被测信号的频谱，现代频谱仪大多采用扫频超外差式接收方案，利用扫频第一本振的方法，被测信号扫频超外差式接收方案，利用扫频第一本振的方法，被测信号经混频后得到固定的中频信号。经混频后得到固定的中频信号。频谱仪的工作原理频谱仪的工作原理-FFT单元频谱仪的工作原理-检波法第一变频器第三变频器第二变频器F1IFF2IFF3IFFRF射频衰减器F1lo第一本振YTOYTF带宽滤波器对数放大器LOG扫描斜波发生器检波器显示器低通滤波器低通滤波器带通滤波器步进放大器MXR1MXR2频谱仪的刻度1 12 23

19、 34 45 56 67 78 89 90 02 23 34 45 56 67 78 8 810格刻度格刻度 CRT显示管显示管（阴极射线显示管）（阴极射线显示管）SCANWIDTHMHzDIVZEROSCAN1005020105210.50.20.10频谱仪的刻度-扫描宽度SCANWIDTHMHzDIVZEROSCAN1005020105210.50.20.10中心中心频率频率CenterFrequencyX 轴轴频谱仪的刻度-扫描宽度SCANWIDTHMHzDIVZEROSCAN1005020105210.50.20.10中心中心频率频率CenterFrequencyX 轴轴A、当中心频率

20、：、当中心频率： 500MHz 时时B、当扫频宽度：、当扫频宽度： 100MHz 时时400300200100600700 800 900500频谱仪的刻度-扫描宽度SCANWIDTHMHzDIVZEROSCAN1005020105210.50.20.10A、当中心频率、当中心频率：500MHz时B、当扫频宽度、当扫频宽度：100MHz时 以中心频率的刻度线为基础进行计算：以中心频率的刻度线为基础进行计算： 左五格的频率左五格的频率 = 中心频率线中心频率线 - 减去格数减去格数 右五格的频率右五格的频率 = 中心频率线中心频率线 + 减去格数减去格数功率转换信号的功率指在一定负载的情况下，负载所获得信号的功率指在一定负载的情况下，负载所获得的功率。的功率。例如：相同电压加在不同负载上，负载会得到不例如：相同电压加在不同负载上，负载会得到不同的功率。同的功率。dBm与与mw的互换。的互换。P(dBm)=10logP(mW)0dBm=1mW,+3dBm