第2章常用电子测量仪器

1、主编主编 肖晓萍肖晓萍电子测量实训教程电子测量实训教程第第3 3版版 电子教案电子教案普通高等教育普通高等教育”十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材全国高等职业教育规划教材全国高等职业教育规划教材机械工业出版社机械工业出版社第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l第第1 1章章 电子测量的基本知识电子测量的基本知识l第第2 2章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器l第第3 3章章 示波器示波器l第第4 4章章 电路元器件参数的测量电路元器件参数的测量l第第5 5章章 线性系统频率特性测量和网络分析仪线性系统频率特性测量和网络分析仪l第第6 6章章 信号分析和频域测量仪器信号分析

2、和频域测量仪器l第第7 7章章 数据域测量数据域测量l第第8章章 虚拟仪器与虚拟仪器与LabVIEW编程基础编程基础目目 录录第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 第第2章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l本章重点本章重点l2.1 电压测量仪器电压测量仪器 2.1.1 概述 2.1.2 模拟电压表 2.1.3 数字电压表 2.1.4 数字万用表l2.2 信号发生器信号发生器 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第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l2.3 频率和时间测量仪器频率和时间测量仪器 2.3.1 概述 2.

3、3.2 数字频率计 2.3.3 通用电子计数器l2.4 实训实训 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 2.4.2 交流信号基本参数的测量l2.5 习题习题第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 本章重点本章重点l电压测量仪器电压测量仪器 （模拟电压表、数字电压表、数字万用表）（模拟电压表、数字电压表、数字万用表）l信号发生器信号发生器l频率测量仪器频率测量仪器 （数字频率计、通用电子计数器）（数字频率计、通用电子计数器） 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.1 电压测量仪器电压测量仪器2.1.1 概述概述电压电压表征电信号能量的三个基本参数表征电

4、信号能量的三个基本参数（电压、电流、功率）之一。（电压、电流、功率）之一。l1电压测量对仪表的基本要求l2电压测量仪器的分类l3交流电压的基本参数（1）峰值（图2-1）（2）平均值（图2-2）（3）有效值 （4）波形因数和波峰因数 表2-1第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.1.2 模拟式电压表模拟式电压表1分类l 按电压表工作频段分类l 按测量电压的量级分类l 按刻度特性分类l 按电路组成不同分类l 按检波原理分类2模拟式电压表的结构原理l 普通直流电压表 图2-3l 直流电子电压表 l 模拟式流电压表 按检波原理不同可以构成：平均值电压表、有效值电压表和峰值电压表第第二二章

5、章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 (1)平均值电压表平均值电压表 l平均值电压表的读数与被测电压的平均值成正比。l如果被测信号是正弦波，示值U为有效值。l如果被测信号是非正弦波，则必须进行“波形换算”。UUU9.011.1被测电压的有效值UKUFxrms9 . 0%100)9 . 01 (%1009 . 0FFKUUKUl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”。第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 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多少？波形误差为多少？V9

6、 . 019 . 09 . 0UU解：根据式(2-10)，正弦波、方波、三角波的平均值为： 查表2-1，KF=1.11，KF=1.15，KF=1 正弦波有效值：方波有效值: U =KFU =10.9 = 0.9V 1.11 0.9V=1VFUK U三角波有效值: 1.15 0.9V=1.04VFUK U(1 0.9 1.11) 100%0根据(2-12)计算波形误差，测量正弦波时 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 (10.9 1.15) 100%4% (10.9 ) 100%10% 测三角波时 测方波时 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 UUP2被测电压的有效值l如

7、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”。UKKUUPPPxrms2%100)21 (%100/2PPKUKUU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”。(2)峰值电压表峰值电压表 采用峰值检波器的电压表称为峰值电压表。第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 例2-2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？3PK查表2-1得，KP=1 解：由式 (2-13) 计算方波、三角波的峰值为 21.414VpUU 方波的有

8、效值为 2V = 1 .4 1 4 V1U 20 .8 1 6 V3U 三角波的有效值为 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002(1)100%183测量方波时的示值相对误差为 002(1) 100%41.41第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 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）有效值电压表）有效值电压表第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3YB2173交流毫伏表l 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

9、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） l 模拟式电压表的使用方法YB2173前面板配置图及说明 图2-4操作方法第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 1分类l按用途分：直流数字电压表、交流数字电压表和数字万用表。l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l测量范围l分辨力l测量速度l输入阻抗l

10、固有误差和工作误差l抗干扰能力l输入零电流2.1.3 数字电压表数字电压表第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 （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。l位指最高位只能取“1”或“0”。位和基本量程结合起来，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。l最高位只能取05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l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SX1

11、842DVM最小量程20mV，最大显示数为19999V，其分辨力为20mV /19999，即1V。第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 Ux测量示值；Um满量程值；a%Ux读数误差；b%Um满度误差。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%Ux1个字和0.03%Ux1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： )%(mxUbUaU个字nUaUx%第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 3结构原理图2-5l直流数字电压表是许多数字式电测仪表的核心

12、部件。 l交流电压的测量需附加一个交流（AC）/直流（DC）变换器。l直流数字电压表根据A/D转换器的转换方式分：比较型DVM 积分型DVM复合型DVM 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 4 DS-26A型双积分式数字电压表（1）主要技术性能l测量电压范围l灵敏度l准确度固有误差 工作误差校准周期稳定性l输入阻抗l抗干扰能力l测量速率l输出方式 （2）使用方法 图2-6 前面板配置图调零校准测量 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.1.4 数字万用表数字万用表 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

13、号就构成了DMM。1电路的基本组成l数字多用表的原理框图 图2-7第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.DT890B+数字万用表l 特点l 主要技术指标 表2-2l 面板构造 图2-8l 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 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.2 信号发生器信号发生器2.2.1 概述概述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，统称为信号发生器信号发生器，也称为

14、信号信号源源。信号发生器的分类：l按频率范围分类l按输出波形分类l按信号发生器的性能指标分类第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2信号发生器的基本组成 图2-9l 振荡器 l 变换器 l 输出电路 l 输出指示电路l 电源 3正弦信号发生器的性能指标l 频率特性l 输出特性l 调制特性 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.2.2 AS1053射频信号发生器射频信号发生器 （1）主要技术性能 l信号发生器输出频率l音频内调制信号 l射频信号 l工作频率、信号方式存储 （2）面板结构 图2-10（3）操作说明 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.2.3

15、任意波形信号发生器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。l 基本工作原理 图2-12l 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3)正弦波、方波、三角波的产生第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 【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，RANGEHz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图2-14所示。此

16、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5）TTL输出6）调频信号输出第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.3频率和时间测量仪器频率和时间测量仪器2.3.1 概述概述 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：l 直接法 l 比较法测频l 示波法测量频率 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.3.2 数字频率计数字频率计 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。l计数法测量频率的原理 图2-15 l FC

17、-1000数字频率计 主要技术性能 面板配置图 图2-16 使用方法 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.3.3 通用电子计数器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l频率测量l累加计数 图2-17l 频率比测量 图2-18l 周期测量 图2-19l 时间间隔测量 图2-20l 自校准 图2-21第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2E-312A型通用电子计数器l 通用电子计数器组成原理 图2-22l 主要技术指标l 面板布置 图2-23 图2-24l 测量使用方法l 应用实例第第二二章章 常用电

18、子测量仪器常用电子测量仪器 2.4实训实训2.4.1 直流稳压电源的输出指示准确度和直流稳压电源的输出指示准确度和 纹波系数的测量纹波系数的测量 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l测量原理 l实验步骤 图2-26（二）直流稳压电源纹波系数的测量l测量原理l实验步骤 图2-27五.实验报告要求六. 思考题第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.4.2交流信号基本参数的测量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l正弦信号频率和频率准确度的测量 直流电压的测量l正弦信号幅度和输出电平的频

19、响测量 五.实验报告要求六. 思考题第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 2.5 习题习题l1 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)？l2 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？第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l3 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？l4 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V，回答上题相同的问题？ 第第二二章章

20、常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l5 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。l6 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？第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l7 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。l8 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

21、？ 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l9 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（20kV）2.5 V量程来测量是否恰当？测量发射极电压可以吗？l10 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？l11 简述信号发生器的基本组成和各部分的功能。第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 l12 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？l13 函数信号发生器的设计方案有哪几种？l14 时间和频率的测量方法有哪些？l15 简述数字频率计的测频原理，并画出其原理方框图。第第二二章章 常用电

22、子测量仪器常用电子测量仪器 l16 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。l17 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2-9T10s1s0.1s10ms1msN1000 000100 00010 0001 000100fx第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 时标闸门时间1ms10ms0.1s1s10s0.1s0010000010000.0 10000.00 0000.000000.00001s10s0.1ms1ms001.0000表2-10 自校时读数Nl18 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

23、数N为多少？请填完表2-10。第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 表2-1 交流电压的波形与参数 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 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 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图2-3普通直流电压表电路 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图2-4 YB2173交流毫伏表的前面板配置图第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图2-5直流数字电压表框图第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图2-6 DS-26A型数字电压表的前面板配置图第第二二章章 常用电子测

24、量仪器常用电子测量仪器 图2-7数字多用表的原理框图 第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 测试功能量程范围精确度(%rdg)DC 直流电压200m-2-20-200-1000V0.5%AC 交流电压200mV-2-20-200-700V0.8%DC 直流电流2m-20m-200m-10A0.8%AC 交流电流 2m-20m-200m-10A1.0%电阻200-200M0.8%电容2000P-20n-200n-2-20F2.5%hFENPN PNP 0-1000 Ib=10A Uce3.0V二极管测量最大测试电流为1.5mA表2-2 测试功能、量程、测量误差等项指标第第二二章章 常用电子测量仪器常用电子测量仪器 图2-8 DT