电子测量基本知识

1电子测量基础知识2元器件的检测3电压测量4分贝测量5信号参数测量6时间和频率的数字测量7电路性能参数测量电子测量简介1电子测量基础知识1.1电子测量1.1.1电子测量的定义测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测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结果。

测量结果＝测量数值.测量单位，即：1.1.2电子测量的特点（1）测量频率范围宽。被测信号的频率范围除测量直流外，测量交流信号的频率范围低至10-6Hz以下，高至THz（1THz=1012Hz）（2）量程范围宽。如数字万用表对电压测量由纳伏（nV）级至千伏（kV）级电压，量程达12个数量级（3）测量准确度高。例如，用电子测量方法对频率和时间进行测量时，由于采用原子频标和原子秒作为基准，可以使测量准确度达到10-13～10-14的数量级。（4）测量速度快。因为电子测量是通过电子运动和电磁波传播进行工作（5）易于实现遥测

（6）易于实现测量过程的自动化和测量仪器智能化（1）电能量的测量包括各种频率及波形下的电压、电流、功率、电场强度等的测量。（2）电路参数的测量包括电阻、电感、电容、阻抗、品质因数、电子器件参数等的测量。（3）电信号特征的测量包括信号、频率、周期、时间、相位、调幅度、调频指数、失真度、噪音以及数字信号的逻辑状态等的测量。（4）电子设备性能的测量包括放大倍数、衰减、灵敏度、频率特性、通频带、噪声系数的测量。（5）特性曲线的测量包括幅频特性曲线、晶体管特性曲线等的测量和显示。1.1.3电子测量的内容1.1.4电子测量的基本方法（按被测性质）（1）频域测量技术：幅值和相位随频率的变化（1）正弦波点频法（2）正弦波扫频法（2）时域测量技术：

——幅值随时间的变化测试信号是脉冲、方波及阶跃信号（3）频域测量和时域测量比较频域测量和时域测量是测量线性系统性能的两种方法，是从两个不同的角度去观测同一个被测对象，其结果应该是一致的。从理论上讲，时域函数的付里叶变换就是频域函数，而频域函数的付里叶逆变换也就是时域函数。（4）随机测量技术：测量噪声信号和使用随机信号源噪声是一种与时间因素有关的随机变量，对噪声的研究使用概率统计方法

主要包括下述三个内容：（1）噪声信号统计特性的测量，如时域中的均值、均方根性，频域中的频谱密度函数、功率谱密度函数等；（2）将已知特性的噪声作激励源对被测系统进行统计性测量，研究被测系统的特性；（3）在背景噪声信号不可忽略时对信号、特别是微弱信号的精确测量。1.1.4电子测量的基本方法集中参数测量仪器用途：测量电阻、电容和电感值典型仪器：Q表，万能电桥及电容电感测量仪器件参数测量仪器用途：测量各种电子器件的参数，如晶体二极管输入特性，晶体三极管放大倍数典型仪器：晶体管特性图示仪电能量测量仪器用途：测量电能的量，包括电流、电压及电功率典型仪器：电流表、电压表、电平表、多用表及功率表1.2电子测量仪器1.2电子测量仪器信号发生器用途：提供测量所需的各种波形的信号，用于调试和维修典型仪器：低频信号发生器，高频信号发生器，脉冲信号发生器和函数发生器时间频率测试仪器用途：用于测量周期性曲线的频率、周期、相位及脉冲数典型仪器：频率计信号波形测量仪器用途：观察电信号电压或电流与时间之间的关系典型仪器：示波器1.2电子测量仪器网络参数测量仪器用途：测量网络的频率特性、相位特性、噪声特性典型仪器：网络分析仪、扫频仪数据域测试仪器用途：研究以离散时间或者事件为自变量的数据流典型仪器：逻辑分析仪计算机仿真测量用途：可以避免受实验时间和设备的限制，方便设计电路典型仪器：Multisim101.灵敏度和分辨率灵敏度：表示测量仪器对被测量变化的敏感程度，一般定义为测量仪器指示值增量与被测量增量之比。例：4位DVM，假定输入电压1V，数字显示为1000，灵敏度S=1000/1V。分辨率：测量仪器所能够区分的被测量的最小变化量，就是灵敏度的倒数。例：DVM的分辨率如为1uV,表示该数字电压表显示器末尾跳变1个字时，对应输入电压变化量为1uV。1.3测量术语1.3测量术语2.真值与约定真值真值：被测量真实的值，它是确定但是未知的值。约定真值：代替真值的量，一般根据测量误差要求，用高一级或者数级的标准仪器或计量器具测量所得值。3.等精度测量与非等精度测量等精度测量：相同条件下，对同一被测量进行多次测量，每次测量结果都有同样的可靠性，既每次测量结果精度相同。非等精度测量：每一次测量时条件都不同，其测量结果的可靠性程度也一样。

1.4测量误差1.4.1测量误差的来源（1）仪器误差：由于测量仪器及其附件的设计、制造、检定等不完善，以及仪器使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有的误差。（2）影响误差：由于各种环境因素（温度、湿度、振动、电源电压、电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。（3）理论误差和方法误差：由于测量原理、近似公式、测量方法不合理而造成的误差。（4）人身误差：由于测量人员感官的分辨能力、反应速度、视觉疲劳、固有习惯、缺乏责任心等原因，而在测量中使用操作不当、现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差。（5）测量对象变化误差：测量过程中由于测量对象变化而使得测量值不准确，如引起动态误差等。1.随机误差定义:在同一测量条件下（指在测量环境、测量人员、测量技术和测量仪器都相同的条件下），多次重复测量同一量值时（等精度测量），每次测量误差的绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差，称为随机误差或偶然误差，简称随差。注意：多次测量随机误差平均值趋于零，它服从随机变量规律，一般用统计规律分析。通常用精密度表征。2.系统误差定义：在同一测量条件下，多次测量重复同一量时，测量误差的绝对值和符号都保持不变，或在测量条件改变时按一定规律变化的误差，称为系统误差。1.4.2测量误差的性质和分类注意：系统误差表明了一个测量结果偏离真值或实际值的程度。一般用准确度表征其大小，系差越小，准确度越高，测量就越准确。3.粗大误差定义：是一种显然与实际值不符的误差。产生粗差的原因有：①测量操作疏忽和②测量方法不当或错误③测量环境条件的突然注意：含有粗差的测量值称为坏值或异常值，在数据处理时，应剔除掉1.4.3测量误差的性质和分类1.4.4测量误差的表示方法

测量误差有绝对误差和相对误差两种表示方法。1.绝对误差（1）定义：由测量所得到的被测量值与其真值之差，称为绝对误差：实际应用中常用实际值A（高一级以上的测量仪器或计量器具测量所得之值）来代替真值。绝对误差：

有大小，又有符号和量纲1.4.4测量误差的表示方法（2）修正值与绝对误差的绝对值大小相等，但符号相反的量值，称为修正值测量仪器的修正值可以通过上一级标准的检定给出，修正值可以是数值表格、曲线或函数表达式等形式。被测量的实际值1.4.4测量误差的表示方法2.相对误差一个量的准确程度，不仅与它的绝对误差的大小，而且与这个量本身的大小有关。例：测量足球场的长度和孝感市到武汉市的距离，若绝对误差都为1米，测量的准确程度是否相同？（1）相对真误差、实际相对误差、示值相对误差相对误差：绝对误差与被测量的真值之比相对误差是两个有相同量纲的量的比值，只有大小和符号，没有单位。1.4.4测量误差的表示方法实际相对误差：用实际值A代替真值A0

示值相对误差：用测量值X代替实际值A（2）满度相对误差（引用相对误差）用测量仪器在一个量程范围内出现的最大绝对误差与该量程值（上限值－下限值）之比来表示的相对误差，称为满度相对误差（或称引用相对误差）仪表各量程内绝对误差的最大值1.4.4测量误差的表示方法电工仪表就是按引用误差之值进行分级的。是仪表在工作条件下不应超过的最大引用相对误差我国电工仪表共分七级：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5及5.0。如果仪表为S级，则说明该仪表的最大引用误差不超过S%测量点的最大相对误差在使用这类仪表测量时，应选择适当的量程，使示值尽可能接近于满度值，指针最好能偏转在不小于满度值2/3以上的区域。

1.4.4测量误差的表示方法（3）分贝误差——相对误差的对数表示分贝误差是用对数形式（分贝数）表示的一种相对误差，单位为分贝（dB）。电压增益的测得值为误差为设A为电压增益实际值，G=20lgA功率增益分贝误差定义为：分贝误差1.4.5测量数据的正确处理1.有效数字定义:从左边第一个非零数字到最末一位数为止的全部数字。注意：截取或舍入误差的绝对值不超过近似数末位的半个单位。例如：3.142 四位有效数字，极限误差≤0.00058.7×103

二位有效数字，极限误差≤0.05×1032.有效数字的处理小于5舍去——末位不变。大于5进1——在末位增1。等于5时，取偶数——删除部分最高位等于5时，只要5后面有非零数字，增1，如果5后面全是0或者无数字时，当末位是偶数，末位不变；末位是奇数，在末位增1。例：将下列数据舍入到小数第二位。12.4344→12.43 63.73501→63.740.69499→0.6925.3250→25.32 17.6955→17.70 123.1150→123.123.有效数字的运算对于加、减运算，有效数字的取舍以小数点后面有效数字位数最少项为准；对于乘、除运算，有效数字取舍决定于有效数字最少的一项数据，与小数点无关。1.4.5测量数据的正确处理1.4.6测量结果的评价准确度：反映系统误差影响程度精密度：反映随机误差的形象程度精确度：反映系统误差和随机误差综合的影响程度A图：弹着点很分散，精密度很差B图：弹着点很集中，但偏向一方，精密度高，准确度差C图：弹着点很集中靶心，精密度高，准确度高，精确度高2.1电阻的检测1.固定电阻器的检测非在路检测：对电阻直接测量或者把电阻从印制电路板焊下一脚再测量；当测量大电阻时，不能用手同时接触被测电阻的两个引脚，否则人体电路会与被测电阻并联影响测量结果。在路测量：只能大致判断电阻的好坏，不能准确测量电阻数值。2.光敏电阻的检测无光照时，光敏电阻呈高阻状态，有光照时，电阻迅速减少。检测时可以改变光线强度，用万用表观察阻值是否改变。2元器件的检测3.电位器的检测先检测电位器两端片之间阻值是否为标称值，再检测它的中心端片与电阻体接触情况，将万用表调于电阻档，一支表笔接中心端片，另一支表笔接其余两端片任意一个，慢慢旋转电位器转柄从一个极端位置旋转到另一个极端位置，其阻值从0（或标称值）连续变化到标称值（或0）过程中，表针不应有跳动现象。4.压敏电阻的检测VSR：当两端电压大于一定值（压敏电压值）时，压敏电阻的阻值急剧减少，当压敏电阻两端电压恢复正常时，压敏电阻的阻值也恢复正常，常用于家用电器的市电进线端起保护作用2.1电阻的检测2.2电容器的检测1.固定无极性电容器的检测检测10pF以下和10pF-0.01pF的小电容10pF以下的固定电容器容量太小，用指针式万用表测试时，只能定性地检查其是否有漏电、内部短路或击穿现象。测量时，选用R*10k档，用两表笔分别任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大，若测出有阻值或者阻值为0，则说明电容漏电损坏或内部击穿。检测0.01pF以上的电容采用R*10k档可直接测试电容器有无充电过程及内部短路或漏电，并可根据指针摆动幅度大小估计出电容器容量。2.2电容器的检测测试时，先用两表笔任意触碰电容的两引脚端，然后调换表笔再触碰一次，如果电容是好的，万用表指针会向右摆动一下，然后向做迅速返回无穷大位置，电容量越大，指针摆动幅度越大。如果反复调换表笔触碰电容器引脚，万用表指针始终不向右摆动，则说明该电容容量小于0.01pF或者没有容量，若指针向右摆动后不能再向左回到无穷大位置，则说明电容漏电或已经被击穿。若用数字万用表，只需将电容的两脚插入数字万用表的Cx插座内，将数字万用表置于相应的挡位即可。2.电解电容的检测（一般采用指针式万用表测试）（1）挡位选择：1-47uF用R*1k档，大于47uF用R*100档测量。2.2电容器的检测（2）测量漏电阻将万用表红表笔接电容负极，黑表笔接正极，在接触瞬间，万用表指针即向右编撰较大幅度（对于同一电阻档，容量越大，摆幅越大），接着逐渐向左回转，知道停在某一位置，此时电阻值就是电解电容的正向漏电阻。该值越大，说明漏电流越小，电容性能越好。如果将红黑表笔对调，万用表将重复上述摆动现象，此时测得是反向漏电阻，且略小于正向漏电阻，一般情况下，漏电阻在几百千欧以上，否则不能正常工作。测试过程中，若正向，反向均无充电现象，表针不动，则该电容容量消失或者内部断路，若阻值很小或为0，说明电容漏电大或已被击穿损坏，不能使用。2.2电容器的检测对于大电解电容，可以先选择低阻档进行测量，使电容器很快充足电，指针迅速向左回旋到无穷大，然后选用较高一档，若指针停在无穷大处，说明漏电极小，该档已经测不出来，继续加档，若指针缓慢向右摆动停留在某一处，该处电阻就是漏电阻值。（3）极性判别先任意测一下漏电阻，记住大小，然后交换表笔再测出一个阻值，两次测量中阻值大的那次便是正向接法，即黑表笔接正极，红表笔接负极。2.2电容器的检测3.可变电容器的检测（1）检查转轴机械性能用手轻轻旋转转轴，感觉应十分平滑，不应有时松有时紧甚至卡纸现象。向各个方向推动转轴时不能有松动现象。（2）检查转轴与动片连接是否良好可靠用一只收旋转转轴，另一只手轻摸动片组外缘，不应有松脱现象，否则就是转轴与动片接触不良，不能继续使用。（3）检查动片与定片间有无碰片或漏电2.3电感线圈的检测1.在路检测将万用表置R*1档或R*10档，用两表笔接触在路线圈的两端，指针应指示导通，否则线圈断路，该法只能粗略快速测量线圈是否烧断。2.非在路检测将万用表调R*10档并准确调零，测线圈两端电阻，如线圈用线较细或匝数多，则指针应有明显摆动，一般为几欧姆至十几欧姆，如阻值明显偏小，则可判断线圈匝间短路，对于线圈线径较粗，电阻值小甚至小于1欧姆，这时采用数字万用表可准确测量其阻值在1欧姆左右。电感线圈的电感量需用电感测量仪测量。2.4电源变压器的检测1.检测线圈通断将万用表置R*1档分别测量初级，次级线圈电阻值，一般初级在几十至几百欧，变压器功率越小，电阻值越大；次级在几至几十欧，电压较高的次级线圈阻值较大。如某个绕组电阻值无穷大，该绕组断路。2.判断初次级线圈一般初级绕组多标有220V字样，次级绕组标出额定电压值，如15V、24V，可根据这些标志识别。如果没有标志，通常情况下初级绕组电阻值比次级绕组电阻值大得多，可依次判别（升压绕组除外）3.检测判别各绕组同名端2.4电源变压器的检测使用电源变压器时，为了得到所需次级电压，可以将两个或更多次级绕组串联，但必须注意同名端连接。如图连接，万用表置于直流2.5V档或直流0.5mA档，当开关S接通瞬间，万用表指针向右摆，说明a与c同名端，若向左摆，说明a与d同名端。2.4电源变压器的检测注意：（1）对各绕组测试过程中，干电池的正负极性与初级绕组连接保持不变，否则会误判；（2）如果是升压变压器，通常把电池E接次级绕组上，万用表接初级绕组检测；（3）接通电源后要间隔几秒再断开，或者多测几次，保证结果准确可靠。2.5二极管的检测1.整流二极管的检测（1）极性判别二极管外壳上标有二极管符号，则带有三角形箭头一段为正极，另一端为负极。二极管外壳上有色环，带色环一段为负极。将万用表置于R*100档或者R*1k档，测试两端阻值，然后再交换表笔测试阻值，如果二极管是好的，则以阻值小的一次测量为准，黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。（2）鉴别质量好坏2.5二极管的检测将万用表置于R*1k档（测试电路较小），测试正向电阻应为几千欧至十几千欧，反向电阻无穷大，再换用R*1档（测试电流大）对管子进行复测，正向电阻应为几欧至几十欧，反向电阻无穷大。若测得的正向电阻太大或反向电阻太小，则二极管整流效率不高，若测得正向电阻无穷大，则内部断路，若测得反向电阻接近0，则已经击穿。（3）检测最高工作频率用万用表置于R*1k档测试，一般正向电阻小于1k欧的多为高频管，大于1k欧的多为低频管。（4）检测最高反向击穿电压2.5二极管的检测用万用表R*1k档测试一下二极管反向电阻，若万用表指针微动或者不动，则一般被测管的反向电压能达150V以上，反向电阻越小，管子的耐压越低。一般情况下，二极管的击穿电压比最高反向电压高的多（约1倍左右）。2.全桥组件的检测（1）极性判断将万用表置于R*1k档，黑表笔任意接组件某个引脚，用红表笔测量其余3个引脚，如果测得阻值都为无穷大，，则黑表笔所接引脚为直流输出正极。如果测得阻值为4-10k欧，则黑表笔所接引脚为直流输出负极，剩下就是组件的交流输入端。2.5二极管的检测（2）判断好坏用万用表R*10k档测量组件交流输入端3、4脚正、反电阻值，阻值应该都为无穷大；若测得阻值不是无穷大，则说明4个二极管中必定有一个或多个漏电，当测得阻值只有几千欧时，说明组件中有个别二极管已经击穿。用万用表R*1k档测试1、2脚正向电阻值一般在8-10k欧，若1、2脚正向电阻值小于6k欧，说明4个二极管中有一个或2个已经损坏，若测得1、2脚正向电阻大于10k欧，说明组件中的二极管存在正向电阻变大或开路性故障。3.稳压二极管的检测（1）判别极性（同整流二极管）（2）稳压二极管与普通二极管的鉴别用万用表R*10k档，黑表笔接被测管负极，红表笔接正极，若此时测得反向电阻值比用用万用表R*1k档的反向电阻小很多，则被测管是稳压二极管，如果测得反向电阻值仍很大，被测管是普通二极管。2.5二极管的检测（3）稳压二极管稳压值的检测简易测试法：将万用表置于R*10k档并准确调零。红表笔接被测稳压管的正极，黑表笔接负极，待指针摆到一定位置后，用万用笔直流10V电压刻度上读出其数据，利用下列公式计算被测稳压值。

被测稳压值（V）=（10V-读数值）*1.5外接电源测试法采用一台0-30V稳压电源如图所示：先让稳压源输出15V，用万用笔电压档直接测试稳压管两端电压，该电压就是稳压值，若测得数值为15V，则该管子未被击穿，可将稳压源调到20V或以上，继续测试即可。2.6中小功率三极管的检测1.引脚判断（1）判断基极b用万用表R*1k档，黑表笔接三极管某一引脚）假设为基极），再用红表笔分别接另外两引脚，如果指针指示两次都小，则是NPN管，其中黑表笔所接引脚为基极，如果指针指示阻值一大一小，则黑表笔所接引脚不是基极。如果用红表笔接某一引脚，黑表笔分别接另外两个引脚，两次指针指示都小，则是PNP管，黑表笔所接引脚是基极。（2）判断集电极c和发射极e对于NPN管，

置于R*1k档，将黑表笔接基极，红表笔接触另两脚测试，在阻值较小的一次测量中，红表笔所接为集电极，在阻值较大一次测量中，红表笔所接为发射极。对于PNP管，红表笔接基极，黑表笔接另两级，在阻值较小一次测量中，黑笔所接为集电极，在阻值较大一次测量中，黑表笔所接为发射极。2.6中小功率三极管的检测如用数字万用表的hfe功能，先测出基极和PNP管还是NPN管，再用hfe功能当，将三极管三个脚分别插入基极孔，发射级孔和集电极孔，读出hfe值，对调发射级和集电极，再测一次hfe，数值较大一次插入孔正确。2.硅管和锗管判别组建所示电路，测试基极和发射极电压，硅管为0.5-0.8V，锗管为0.2-0.3V。2.6中小功率三极管的检测3.高频管与低频管的判别NPN管为例，

置于R*1k档，黑表笔接发射级，红表笔接基极，此时电阻值一般在几百千欧以上，红黑表笔接法不变，用万用表置于R*10k档，重新测试beJ间电阻值，若所测阻值与第一次测得的阻值变化不大，则为低频管，若阻值变化较大，为高频管。2.7晶闸管的检测1.单向晶闸管的检测（1）功能阐述晶闸管承受反向阳极电压时，无论门级承受何种电压，晶闸管都处于关断状态；晶闸管承受正向阳极电压时，只有门级承受正向电压下才导通；晶闸管在导通状态下，只要有一定的正向阳极电压，无论门级电压如何，晶闸管都导通，此时门级电压失去作用；晶闸管在导通状态下，当主回路电压或电流减小到接近于0时，晶闸管关断。2.7晶闸管的检测晶闸管是一种可控硅，主要用于大功率交直流电之间的转换，将交流转换为直流，输出直流电压具有可控性；利用其无触点开关迅速导通或关断电路，将直流转成交流（逆变），如车载逆变器将直流转换成交流供手机充电，也可将一种频率的交流电变换成另一种频率的交流电，实现变频。（2）极性判别晶闸管极性的判断对晶闸管的电极有的可从外形封装加以判断，如外壳就为阳极，阴极引线比控制极引线长。用万用表进行判别：将万用表拨至Rx1k或Rx100挡，分别测量各脚间的正反向电阻，如测得某两脚之间的电阻较大(约8OkΩ左右)，再将两表笔对调，重测这两脚之间的电阻，如阻值较小(大约2kΩ左右)，这时黑表笔所接触的引脚为控制极G，红表笔所接触的引脚为阴极，剩余的一个引脚就为阳极。在测量中如正、反向电阻都很大，则应更换引脚位置重新测量，直到出现上述的情况为止。2.7晶闸管的检测（3）性能好坏判别万用表选电阻R*1K挡或R*10K挡，测试阴极和阳极正反向电阻值均较大，如果测得阻值很小或趋近无穷大，说明晶闸管击穿短路或者开路了。测试阳极与控制级间电阻，电阻值很小说明晶闸管损坏，用R*10挡或R*100挡测控制级与阴极间正反向电阻，正向电阻接近于0或无穷大，管子损坏，反向电阻应很大但不能无穷大，正常情况反向阻值明显大于正向阻值。2.双向晶闸管2.7晶闸管的检测（1）极性判别用万用表电阻R*1Ω挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻，结果其中两组读数为无穷大。若一组为数十欧姆时，该组红、黑表所接的两引脚为第一阳极A1和控制极G，另一空脚即为第二阳极A2。确定A1、G极后，再仔细测量A1、G极间正、反向电