电子测量技术教案《1》

11111退出下一页上一页最后一页1第10章现代电子测量仪器第1章电子测量第2章信号源第3章示波器第4章电子计数器第5章电子电压表第6章扫频仪第7章晶体管特性图示仪第8章失真度仪第9章万用电桥和Q表目录22222退出下一页上一页最后一页21.1概述1.2电子测量仪器1.3电子测量方法1.4测量误差1.5实训章节目录33333退出下一页上一页最后一页3第1章电子测量本章要点电子测量的意义、内容、特点电子测量仪器的分类、用途、典型仪器及使用常识电子测量的方法、分类电子测量的误差及减小误差的方法44444退出下一页上一页最后一页41.1概述1.1.1测量和电子测量的意义1.测量（1）量体裁衣就是一个测量的例子。（2）在初中做化学实验的时候，总是要用量杯，定量取参加反应的溶液，这也是测量。（4）在生活、生产和科学实验中，随时都要测量。（3）机器设备的研制、检测和使用过程中的调试，都要依赖测量技术去实现。55555退出下一页上一页最后一页53.电子测量（1）广义上的定义是用电子线路制造成的仪器进行的测量都称为电子测量。（2）从狭义来讲，电子测量是指利用电子线路制造的仪器用来测量电的量值。2.测量的意义（1）测量是人类认识自然和改造自然的一个重要手段。（2）测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。66666退出下一页上一页最后一页6电的量值包括：a.电能量:电压、电流、功率。b.电路参数：电阻、电容、电感、阻抗、品质因数。c.电信号特性：波形、频率、相位等。77777退出下一页上一页最后一页74.电子测量的意义（1）电子测量是测量学的重要组成部分；（2）使电子测量技术得到广泛应用，从而推动了电子和其它行业的发展；（3）电子测量技术的发展，不仅标志着测量技术的提高，而且推动了整个科学技术的发展和人类的进步。88888退出下一页上一页最后一页81.1.2电子测量的特点1.测量频率范围宽：2.测量量程范围宽：3.测量精确度很高：4.测量速度快：5.容易实现自动遥测：10-5~1012Hz量值比：1：102210-13~10-14Hz计算机、计算机网络传感、计算机99999退出下一页上一页最后一页91.直接测量与间接测量（1）直接测量法测量电参数时，可由仪器的表盘或显示器直接读出被测量的数值，对某一未知量直接进行测量，从而得到被测量值的测量方法称为直接测量。例如，用频率计测量频率，用电流表串入电路中测量电流，都属于直接测量。直接测量法直观迅速。1.1.3电子测量的分类1010101010退出下一页上一页最后一页10（2）间接测量法先用仪器测量一个与被测量有间接关系的间接测量，再通过这一间接量与被测量之间的函数关系，通过计算而得到测量结果的测量方法称为间接测量。例如，测量已知电阻两端的电压，电阻消耗的功率可以用公式P=U2/R（U是电阻两端的电压，R是电阻的阻值），求出功率。1111111111退出下一页上一页最后一页11（3）组合测量法在测量中被测量值不能一次得出结果，需要通过测量几个未知量，然后通过被测量与这几个未知量之间的方程组求解，得到被测量结果。1212121212退出下一页上一页最后一页122.按被测信号特性分类（1）时域测量测量被测对象在不同时间的特性。例如，用示波器测量被测信号的波形，测量它的幅度、周期、上升沿和下降沿及动态电路的瞬态过程。（2）频域测量频域测量是测量被测对象在不同频率时的特性，主要测量被测量与频率之间的关系。例如，用扫频仪测量电视机图象中放的幅频特性。1313131313退出下一页上一页最后一页13（3）数据域测量数据域测量是对数字系统逻辑特性进行的测量。数据域测量可以同时观察多条数据通道上的逻辑状态或显示某条数据线上的时序波形，也可以用计算机分析大规模集成电路芯片的逻辑功能。1414141414退出下一页上一页最后一页141.1.4电子测量的内容电子测量的内容很多，大概分为四大类：1．电路元件参数包括电阻、电抗、阻抗、电感、电容、品质因数、介质常数、导磁率、晶体管β等。2．电能量包括电压、电流、功率、电场强度、电磁干扰及噪声等。1515151515退出下一页上一页最后一页153．信号特征包括频率、相位、幅度、上升沿、下降沿、调制度、频谱、信噪比等。4．电路性能包括灵敏度、选择性、频带宽度、分辨力、增益、衰减、驻波比、反射系数、噪声系数等。1616161616退出下一页上一页最后一页161.2电子测量仪器电子测量仪器种类繁多。根据测量精度的要求不同，既有高精度的，也有普通的，甚至还有简易的；根据用途分类有专业用仪器和通用仪器。专业用仪器是指各专业中测量特殊参量的仪器，如心电图仪就是用于医疗专业的；通用示波器则是用于测量电路及电路调试、维修和电子元件。这里主要是介绍用于电子和通信类的通用仪器。1717171717退出下一页上一页最后一页171．集中参数测量仪器（1）用途测量电阻、电容、电感值。（2）典型仪器Q表、万能电桥、电容电感测量仪。1.2.1常见的电子测量仪器1818181818退出下一页上一页最后一页182．器件参数测量仪器（1）用途测量各种电子器件的参数，如晶体二极管的输入特性，晶体三极管的放大倍数。（2）典型仪器晶体管特性图示仪。3．电平测量仪器（1）用途测量电能的量，包括电流、电压、电功率。1919191919退出下一页上一页最后一页19（2）典型仪器电流表、电压表、电平表、多用表、功率表。4．信号发生器（1）用途用仪器产生的低频信号、高频信号、脉冲信号等对电子产品进行调试和维修。（2）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。2020202020退出下一页上一页最后一页205．时间频率测量仪器（1）用途用于测量周期性曲线的频率、周期、脉冲数。（2）典型仪器频率计。6．信号波形测量仪器（1）用途观察电信号电压或电流与时间之间的关系。（2）典型仪器示波器。2121212121退出下一页上一页最后一页217．网络参数测量仪器（1）用途测量网络的频率特性、相位特性、噪声特性等。（2）典型仪器扫频仪。8．数据域测试仪器（1）用途研究以离散时间或事件为自变量的数据流。（2）典型仪器逻辑分析仪。2222222222退出下一页上一页最后一页229．计算机仿真测量（1）用途可以避免受实验时间和设备的限制，方便设计电路。（2）典型软件EWB。2323232323退出下一页上一页最后一页231.2.2电子测量仪器的使用常识要使电子测量仪器正常的工作，必须要注意它的使用条件和使用方法。因为电子测量仪器是由电阻、电容、电感、晶体管、集成电路等多种电子元件及零部件构成的，那么，仪器就会受到温度、电压、电流、湿度、振动、电磁干扰等因素的影响。如何保证电子测量仪器的正常工作，获取准确的测量数据，保障电子测量仪器的完好和测量人员的操作安全，是电子测量仪器使用的首要问题。2424242424退出下一页上一页最后一页24（1）电源使用仪器前最首要的问题是检查仪器的供电要求。（2）仪器的连接仪器的电源插头应该采用“三星”插头，“中星”应与仪器的外壳相连接。仪器的放置既要考虑到仪器连线的方便，又要考虑到仪器的散热，尽量不要重叠放置。1．电源和仪器的连接2525252525退出下一页上一页最后一页25同时使用几台仪器时，测试线的连接要尽量短，减少信号的衰减，尽量减少测试线的交叉，以免信号相互串扰产生寄生振荡。技术接地是指仪器的测试端口标有“⊥”的点，它应与被测电路的技术接地点连在一起。2626262626退出下一页上一页最后一页262.环境因素根据电子测量的性质和各种电子测量仪器的技术要求不同，环境因素对测量的影响也不同。为了达到最佳的测量效果，国际电工委员会（IEC）对不同的电子测量仪器的工作环境分别作了规定，我国也制定了相应的部颁标准（SI2075-82标准）。从环境影响角度考虑，可以把电子测量仪器分成三类：2727272727退出下一页上一页最后一页27（1）高精度仪器高精度仪器测量精度高，相应的测量电路比较复杂。安装高精度仪器的房间要安装空调，以保证仪器正常使用。（2）通用仪器通用仪器对温度的要求不高，用于一般的环境。它允许受到一般的振动和冲击。（3）特殊仪器特殊仪器是指在特殊环境使用的仪器。它可以在气温较低或有大量热源的高温环境下工作，使用时允许受到振动和冲击。2828282828退出下一页上一页最后一页281.3电子测量方法1.3.1按获得读数的方法分类1．直读法用能够直接指示或显示被测参数的电子仪器进行测量称为直读法。例如，用电压表测量电压，指针的偏转位置反映了被测电压的大小，我们可以直读电压值。2929292929退出下一页上一页最后一页292．比较法用被测量和已知量进行比较而得到测量参数的方法。它有下面几种：（1）替代法在仪器上用已知量的标准元件代替未知的被测元件，如果两次测量仪器的读数相同，则未知量等于已知量。如利用Q表测量电感量。（2）差值法仪器测量的读数是未知量和标准已知量的差值。3030303030退出下一页上一页最后一页30（3）重合法在测量过程中，将未知量变为一系列均匀出现的记号或信号，并和对应已知量的一系列均匀出现的记号或信号作比较，观察它们重合的情况，确定被测量的值。3131313131退出下一页上一页最后一页311.3.2根据测量结果的方法分类在仪器上直接获得测量结果并进行读数，称为直接测量。如用频率计测量频率。1．直接测量在这种测量中，是测量一个与被测量有着某种函数关系的量，再利用函数关系计算出被测量。如测量放大电路的集电极电流，我们可以测量发射极上电阻的电压，再通过部分电路的欧姆定律计算出集电极电流。2．间接测量3232323232退出下一页上一页最后一页32在测量中被测量值不能一次得出结果，需要通过测量几个未知量，然后通过被测量与这几个未知量之间的方程组求解，得到被测量的结果。例如，在电阻与温度的关系式：Rt=R20[1+α（t-20）+β(t-20)2]中的α和β测定。可以立方程求解3.组合测量法Rt1=R20[1+α（t1-20）+β(t1-20)2]Rt2=R20[1+α（t2-20）+β(t2-20)2]解出α和β的这些测量结果。3333333333退出下一页上一页最后一页331.3.3有关的测量术语1．灵敏度和分辨率(1)仪器响应对引起此响应的输入端被测量大小之比，称为灵敏度。(2)响应可以是指针的偏转角大小，或是数码显示中的数码。在四位数字电压表中假定输入电压为1V，数字显示将为1000，因此它的灵敏度，用S表示为：S=有时也用1/S的概念来描述，如示波器SR-8上标的0.05V/cm，……就是用1/S来表示各档灵敏度的高低。V110003434343434退出下一页上一页最后一页34(3)分辨率是仪器输入端能响应的被测量的最小变化量的大小，实际上就是灵敏度的倒数。(4)在数字电压表中分辨率就是量化误差，分辨率是仪器的重要指标之一。3535353535退出下一页上一页最后一页352.真值与约定真值(1)真值是被测量对象真实的、没有误差的值。真值一般用：A0表示。(2)约定真值是根据测量误差的要求，用高一级或数级的标准仪器或计量器具测量所得的值。约定真值用：A表示。3636363636退出下一页上一页最后一页363.等精度测量与非等精度测量(1)等精度测量在同等条件下，即所用仪器、所用方法、周围环境条件，测量者的细心程度都不变，对同一被测电量进行多次的测量时，每一次都是有同样的可靠性，也就是说每一次测量结果的精度都是相等的。(2)非等精度测量若在每一次测量时测量条件都不同，其测量结果的可靠性程度是不一样的，则称这样进行的一系列测量为非等精度测量。3737373737退出下一页上一页最后一页371.4测量误差1.4.1定义测量误差——出现测量结果与实际值（真值）有差异，这种差异称为测量误差。（1）测量误差是的不可避免的。（2）寻找误差的来源，尽可能防止误差和减小误差。（3）测量结果进行正