电子设计中的测试与分析

1、浙江工商职业技术学院机电工程分院浙江工商职业技术学院机电工程分院2007年全国大学生电子设计竞赛年全国大学生电子设计竞赛 基基本仪器和主要元器件清单本仪器和主要元器件清单 l20MHz普通示波器（双通道，外触发输入，有普通示波器（双通道，外触发输入，有X轴输入，可选带轴输入，可选带Z轴输入）轴输入）60MHz双通道数字示波器双通道数字示波器低频信号发生器（低频信号发生器（1Hz1MHz）高频信号发生器（高频信号发生器（1MHz40MHz）函数发生器函数发生器低频毫伏表低频毫伏表高频毫伏表高频毫伏表普通频率计普通频率计失真度测试仪失真度测试仪直流稳压电源直流稳压电源秒表秒表2米卷尺米卷尺游标高度

2、尺游标高度尺单片机开发系统及单片机开发系统及EDA开发系统开发系统单相自耦调压器（单相自耦调压器（200W）五位半数字万用表（电压表）五位半数字万用表（电压表）四位半数字万用表四位半数字万用表2006年浙江省大学生电子设计竞赛年浙江省大学生电子设计竞赛基本仪器基本仪器 l高频频率计（高频频率计（050MHz）60MHz数字示波器数字示波器60MHz示波器（双通道，有外触发输入）示波器（双通道，有外触发输入）方波信号发生器方波信号发生器稳压电源（稳压电源（5V、12V以上）以上）直流电流表（直流电流表（0500mA）数字万用表数字万用表白炽灯白炽灯红外线灯（大功率，交流红外线灯（大功率，交流22

3、0V）秒表秒表10米卷尺米卷尺单片机开发系统单片机开发系统 测量计算中的有效数字测量计算中的有效数字 l1 1、有效数字的概念、有效数字的概念测量结果都是包含误差的近似数据，在其记录、计测量结果都是包含误差的近似数据，在其记录、计算时应以测量可能达到的精度为依据来确定数据的位数算时应以测量可能达到的精度为依据来确定数据的位数和取位。如果参加计算的数据的位数取少了，就会损害和取位。如果参加计算的数据的位数取少了，就会损害外业成果的精度并影响计算结果的应有精度；如果位数外业成果的精度并影响计算结果的应有精度；如果位数取多了，易使人误认为测量精度很高，且增加了不必要取多了，易使人误认为测量精度很高，

4、且增加了不必要的计算工作量。的计算工作量。一般而言，对一个数据取其可靠位数的全部数字加一般而言，对一个数据取其可靠位数的全部数字加上第一位可疑数字，就称为这个数据的有效数字。上第一位可疑数字，就称为这个数据的有效数字。一个近似数据的有效位数是该数中有效数字的个数，一个近似数据的有效位数是该数中有效数字的个数，指从该数左方第一个非零数字算起到最末一个数字（包指从该数左方第一个非零数字算起到最末一个数字（包括零）的个数，它不取决于小数点的位置。括零）的个数，它不取决于小数点的位置。 l数字凑整规则数字凑整规则l由于数字的取舍而引起的误差称为由于数字的取舍而引起的误差称为“凑整误差凑整误差”或或“取

5、取舍误差舍误差”。为避免取舍误差的迅速积累而影响测量成果。为避免取舍误差的迅速积累而影响测量成果的精度，在计算中通常采用如下的凑整规则：的精度，在计算中通常采用如下的凑整规则：（1） 若拟舍去的第一位数字是若拟舍去的第一位数字是0至至4中的数，则被保留中的数，则被保留的末位数不变；的末位数不变；（2） 若拟舍去的第一位数字是若拟舍去的第一位数字是6至至9中的数，则被保留中的数，则被保留的末位数加的末位数加1；（3） 若拟舍去的第一位数字是若拟舍去的第一位数字是5，其右边的数字皆为，其右边的数字皆为0，则被保留的末位数是奇数时就加则被保留的末位数是奇数时就加1，是偶数时就不变。，是偶数时就不变。

6、 测量计算中的有效数字测量计算中的有效数字l数字运算规则数字运算规则l在数字的运算中，往往需要运算一些带有凑整误差的不同在数字的运算中，往往需要运算一些带有凑整误差的不同小数位的数值，这时应按下列规则进行合理取位。小数位的数值，这时应按下列规则进行合理取位。（1）加减运算：）加减运算： 在加减时，各数的取位是以小数位数最少的数为标准，在加减时，各数的取位是以小数位数最少的数为标准，其余各数均凑整成比该数多一位小数。其余各数均凑整成比该数多一位小数。（2）乘除运算：）乘除运算： 乘除时，各数的取位是以乘除时，各数的取位是以“数字数字”个数最少的为准，个数最少的为准，其余各数及乘积（商）均凑整成比

7、该数多一个其余各数及乘积（商）均凑整成比该数多一个“数字数字”的的数，该数，该“数字数字”与小数点位置无关。与小数点位置无关。测量计算中的有效数字测量计算中的有效数字实验测量误差实验测量误差 l任何一类测量中，都存在一定误差（即测任何一类测量中，都存在一定误差（即测量值与真实值之间存在一定的差值）。根量值与真实值之间存在一定的差值）。根据误差的性质和来源，可以把误差分为系据误差的性质和来源，可以把误差分为系统误差，随机误差和过失误差。统误差，随机误差和过失误差。 实验测量误差实验测量误差l系统误差系统误差: : 在指定测量条件下，多次测量同一在指定测量条件下，多次测量同一量时，如果测量误差的绝

8、对值和符号总是保持量时，如果测量误差的绝对值和符号总是保持恒定，使测量结果永远朝一个方向偏，那么这恒定，使测量结果永远朝一个方向偏，那么这种测量误差称为系统误差或恒定误差。系统误种测量误差称为系统误差或恒定误差。系统误差的产生与下列因素有关差的产生与下列因素有关: :l1.1.仪器装置本身的精确度有限，如仪器零点位仪器装置本身的精确度有限，如仪器零点位未调好，未调好，l 2.2.仪器使用时的环境因素仪器使用时的环境因素 l3.3.测量方法的限制测量方法的限制 l5.5.测量者个人的习惯性误差测量者个人的习惯性误差 实验测量误差实验测量误差l随机误差随机误差:指在实际相同条件下多次测量指在实际相

9、同条件下多次测量同一物理量时，其绝对值和符号都以不同同一物理量时，其绝对值和符号都以不同可预料的方式变化的误差。这是实验者不可预料的方式变化的误差。这是实验者不能预料的其它因素对测量的影响所引起的。能预料的其它因素对测量的影响所引起的。它在实验中总是存在，无法完全避免，但它在实验中总是存在，无法完全避免，但它服从几率分布。如在同一条件下对一物它服从几率分布。如在同一条件下对一物理量多次测量时，会发现数据的分布符合理量多次测量时，会发现数据的分布符合正态分布曲线。正态分布曲线。 实验测量误差实验测量误差l过失误差过失误差l 由于实验者的粗心由于实验者的粗心,如标度看错如标度看错,记录写记录写错错

10、,计算错误所引起的误差计算错误所引起的误差,称为过失误差称为过失误差 .这类误差是无规则可寻的这类误差是无规则可寻的,必须要求实验必须要求实验者处处小心者处处小心,才能避免才能避免.实验测量误差实验测量误差l绝对误差绝对误差 测量值测量值- -真值真值l相对误差相对误差 (测量值测量值- -真值真值)/)/真值真值) )* *% %实验数据表达实验数据表达 l数据是表达实验结果的重要方式之一，因数据是表达实验结果的重要方式之一，因此此,要求实验者将测量的数据正确地记录要求实验者将测量的数据正确地记录下来，加以整理，归纳，处理，并正确表下来，加以整理，归纳，处理，并正确表达实验结果所获得的规律。

11、实验数据的表达实验结果所获得的规律。实验数据的表达方法主要有三种；达方法主要有三种；l 列表法，列表法，l 图解法图解法l 数学方程式法数学方程式法 数控直流电流源数控直流电流源 测试内容l（1） 输出电流范围输出电流范围：200mA2000mA；l（2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出）可设置并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值电流与给定值偏差的绝对值给定值的给定值的l1+10 mA；l（3）具有）具有“+”、“-”步进调整功能，步进步进调整功能，步进10mA；l（4）改变负载电阻，输出电压在）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化以内变化时，要求输出电流变化的绝对值时

12、，要求输出电流变化的绝对值输出电流值的输出电流值的1+10 mA； l（5）纹波电流纹波电流2mA；简易频谱分析仪简易频谱分析仪 测试内容l（1）频率测量范围为）频率测量范围为10MHz30MHz；l（2）频率分辨力为）频率分辨力为10kHz，输入信号电，输入信号电压有效值为压有效值为20mV5mV，输入阻抗为，输入阻抗为50；l（3）可设置中心频率和扫频宽度；）可设置中心频率和扫频宽度；l（4）借助示波器显示被测信号的频谱图，）借助示波器显示被测信号的频谱图，并在示波器上标出间隔为并在示波器上标出间隔为1MHz的频标。的频标。正弦信号发生器正弦信号发生器 测试内容l（1）正弦波输出）正弦波输

13、出频率范围频率范围：1kHz10MHz；l（2）具有频率设置功能，频率步进：）具有频率设置功能，频率步进：100Hz； l（3）输出信号）输出信号频率稳定度频率稳定度：优于：优于10-4；l（4）输出电压幅度输出电压幅度：在负载电阻上的电压峰：在负载电阻上的电压峰-峰值峰值Vopp1V；l（5）失真度：用示波器观察时无明显失真。）失真度：用示波器观察时无明显失真。 测试实例（数控电流源）测试实例（数控电流源）l（1）输出电流范围为）输出电流范围为20mA2000mA，步进，步进1mA；l（2）设计、制作测量并显示输出电流的装置）设计、制作测量并显示输出电流的装置 (可同时或交替显示电流的给定值

14、和实测值可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测，测量误差的绝对值量误差的绝对值测量值的测量值的0.1+3个字；个字；l（3）改变负载电阻，输出电压在）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化以内变化时，要求输出电流变化的绝对值时，要求输出电流变化的绝对值输出电流值输出电流值的的0.1+ +1 mA；l（4）纹波电流）纹波电流0.2mA； 测试实例（数控电流源）测试实例（数控电流源）D11N4007D21N4007R12kR22kR31003261874U1OP-073261874U2OP-07RW115KRS1GND+24VD31N4007+5VGNDGNDOUT+5VGND+15V-15V

15、-15V-15VQ1MOSFET N+15V来自转换转换取点2.6kR62.4kR73261874U3OP-07-15V测试实例（数控电流源）测试实例（数控电流源）l1.1.输出电流范围及步进控制测量输出电流范围及步进控制测量l 将数字万用表接到电流源输出端，利将数字万用表接到电流源输出端，利用按键预设最小电流用按键预设最小电流2020mAmA，万用表能显示，万用表能显示相应电流值；再利用按键预设最大电流相应电流值；再利用按键预设最大电流20002000mAmA，万用表也能显示相应电流值。此，万用表也能显示相应电流值。此测试表明输出电流范围达到设计要求。测试表明输出电流范围达到设计要求。l 利

16、用按键将电流预设为利用按键将电流预设为200200mAmA, ,再按再按“+”+”或或“-”-”键，预设显示及万用表显示键，预设显示及万用表显示都表明，都表明，1 1mAmA步进增步进增/ /减变化正常。减变化正常。测试实例（数控电流源）测试实例（数控电流源）l2.2.输出电流误差测量及恒流特性测量输出电流误差测量及恒流特性测量l 将测试点选为将测试点选为2020mAmA、200mA200mA、500mA500mA、1000mA1000mA、1500mA1500mA、2000mA2000mA，将数字万用表，将数字万用表与与300300负载电阻（滑线电阻）串联后接负载电阻（滑线电阻）串联后接入电

17、流源输出端。输出电流绝对误差测试入电流源输出端。输出电流绝对误差测试就是指电流预设值与实测值的差异测试。就是指电流预设值与实测值的差异测试。测试实例（数控电流源）测试实例（数控电流源）l在测试过程中，当改变负载电阻时，若电流不在测试过程中，当改变负载电阻时，若电流不变，则表明此电流源的恒流特性良好。在测试变，则表明此电流源的恒流特性良好。在测试恒流特性时，根据输出电压变化恒流特性时，根据输出电压变化10V10V以内要求，以内要求，对于不同的测试点，应选择不同的负载电阻值。对于不同的测试点，应选择不同的负载电阻值。对于对于2020mAmA测试点，负载电阻应在测试点，负载电阻应在0 0500500

18、内变内变化；对于化；对于200200mAmA测试点，负载电阻应在测试点，负载电阻应在0 05050内变化；对于内变化；对于500500mAmA测试点，负载电阻应在测试点，负载电阻应在0 02020内变化；对于内变化；对于10001000mAmA测试点，负载电阻应测试点，负载电阻应在在0 01010内变化；对于内变化；对于15001500mAmA测试点，负载电测试点，负载电阻应在阻应在0 066内变化，对于内变化，对于 20002000mAmA测试点，负测试点，负载电阻应在载电阻应在0 055内变化。内变化。 测试实例（数控电流源）测试实例（数控电流源）电流预设值电流预设值（mAmA）数字万用表数字万用表电流实测值电流实测值（mAmA） 绝对误差绝对误差（mAmA） 相对误差相对误差 改变负载电改变负载电阻时的数字阻时的数字万用表电流万用表电流变化值变化值 负载电阻调负载电阻调节范围节范围 20200000-500 2002000000-50 5005000000-20 100010000000-10 15001499-1-0.067%-0.067% 00-6 20001988-2-0.1%-0.1% 00-5 测试实例（数控电流源）测试实例（数控电流源）电流预设值电流预设值 纹波电流有效值纹波电