1、電子測量電子測量期末復習課期末復習課電能量測量、電能量測量、 電信號特性測量、電信號特性測量、 電路元件參數測電路元件參數測量、電子設備的性能測量量、電子設備的性能測量 。非電量的測量。非電量的測量。2.2.什么是電子測量？電子測量的特點有哪些？什么是電子測量？電子測量的特點有哪些？1.1.電子測量的主要內容有：電子測量的主要內容有： 直接測量直接測量 間接測量間接測量 組合測量組合測量 偏差式測量法（直讀法）偏差式測量法（直讀法） 零位式測量法（比較測量法）零位式測量法（比較測量法） 微差式測量法微差式測量法 時域測量時域測量頻域測量頻域測量 數據域測量數據域測量 隨機測量隨機測量 按測量性

2、質分：按測量性質分：按測量過程分：按測量過程分：按測量方式分：按測量方式分：下列不屬于測量誤差來源的是下列不屬于測量誤差來源的是 。A 、儀器誤差和（環境）影響誤差、儀器誤差和（環境）影響誤差 B 、滿度誤差和分貝誤差、滿度誤差和分貝誤差 C 、人身誤差和測量對象變化誤差、人身誤差和測量對象變化誤差 D 、理論誤差和方法誤差、理論誤差和方法誤差B3.3.相對誤差定義為相對誤差定義為 與與 真值真值 的比值，通常用百分數的比值，通常用百分數表示。表示。 絕對誤差絕對誤差4.4.隨機誤差的大小，可以用測量值的隨機誤差的大小，可以用測量值的 來衡量，其值來衡量，其值越小，測量值越集中，測量的越小，測

3、量值越集中，測量的 越高精密度越高精密度標準偏差標準偏差精密度精密度一、相對誤差一、相對誤差 相對誤差用來說明測量精度的高低，又可分為：相對誤差用來說明測量精度的高低，又可分為： (1)實際相對誤差 實際相對誤差定義為%100 AxA (2)示值相對誤差 示值相對誤差也叫標稱相對誤差，定義為 %100 xxx 例：被測電壓真值為例：被測電壓真值為 100v ，用電壓表測試時，指示值為，用電壓表測試時，指示值為 80v ，則相對誤差為則相對誤差為 。 A +25% B -25% C +20% D -20%D依依約定值約定值不同，相對誤差可表示為不同，相對誤差可表示為 實際相對誤差實際相對誤差示值

4、相對誤差示值相對誤差滿度相對誤差滿度相對誤差二、隨機誤差二、隨機誤差 隨機誤差又稱偶然誤差，是指對同一量值進行多次等精隨機誤差又稱偶然誤差，是指對同一量值進行多次等精度測量時，其絕對值和符號均以不可預定的方式無規則變化度測量時，其絕對值和符號均以不可預定的方式無規則變化的誤差。的誤差。在相同條件下多次測量同一量時，隨機誤差的變化特點在相同條件下多次測量同一量時，隨機誤差的變化特點 -分貝誤差分貝誤差是用是用 形式表示的形式表示的 誤差。誤差。對數對數相對相對測量值的測量值的數學期望數學期望 E( X ) ，就是當測量次數，就是當測量次數 n 趨趨近無窮大時，它的各次測量值的近無窮大時，它的各次

5、測量值的 。算術平均值算術平均值多余數字的舍入規則多余數字的舍入規則對測量結果中的多余有效數字，應按下面的舍入規則進行：對測量結果中的多余有效數字，應按下面的舍入規則進行：簡單概括為簡單概括為“小于小于5 5舍，大于舍，大于5 5入，等于入，等于5 5時采取偶數法則時采取偶數法則”。例例：將下列數字保留到小數點后一位：將下列數字保留到小數點后一位：l234，l236，l235，l245。 解：解：1234 l23 (45， 進一進一) l235 l24 (3是奇數，是奇數，5入入) 1245 124 (4是偶數，是偶數，5舍舍)某待測電壓約為某待測電壓約為100V100V，現有現有1.01.0

6、級級量程為量程為2 200V00V和和1.51.5級級量程為量程為150V150V的兩個電壓表的兩個電壓表，問用哪一塊電壓表測量較問用哪一塊電壓表測量較好？好？%2%0 . 1 )(100200%1sxxmx用用1.51.5級量程為級量程為150V150V的電壓表測的電壓表測100V100V時，時，%.%.)(%252511001502 sxxmx 因為因為, ,2%2.25%2%2.25% 所以選所以選用用1.01.0級量程為級量程為200V200V的電壓表更好。的電壓表更好。測量最大相對誤差測量最大相對誤差測量最大相對誤差測量最大相對誤差例：例：分析：測量效果好分析：測量效果好, ,主要看

7、哪塊表的示值相對誤差小主要看哪塊表的示值相對誤差小解：解：用用1.01.0級量程為級量程為200V200V的電壓表的電壓表測測100V100V時，時， 在低頻在低頻( (或超低頻或超低頻) )信號發生器的家族中，還有一種被稱為信號發生器的家族中，還有一種被稱為函數信號發生器，函數信號發生器，簡稱函數發生器簡稱函數發生器，它在輸出正弦波的同時，它在輸出正弦波的同時，還能輸出同頻率的三角波、方波、鋸齒波等波形，以滿足不同還能輸出同頻率的三角波、方波、鋸齒波等波形，以滿足不同的測試需求。的測試需求。函數發生器的基本工作原理函數發生器的基本工作原理是先由積分電路和觸是先由積分電路和觸發電路產生三角波和

8、方波，然后通過函數轉換器發電路產生三角波和方波，然后通過函數轉換器( (例如二極管例如二極管整形網絡整形網絡) )將三角波整形成正弦波。將三角波整形成正弦波。 函數信號發生器函數信號發生器能夠輸出多種信號波形的信號發生器是能夠輸出多種信號波形的信號發生器是 。函數信號發生器函數信號發生器主要由電壓控制振蕩器主要由電壓控制振蕩器(簡稱簡稱VCO， 其振蕩頻率可由偏置電壓改變。比如改變其振蕩頻率可由偏置電壓改變。比如改變變容二極管兩端直流電壓，就可改變變容二極管兩端直流電壓，就可改變 其等效電容，從而改變由它構成的振蕩其等效電容，從而改變由它構成的振蕩器的頻率器的頻率)、鑒相器、鑒相器(簡稱簡稱P

9、D，其輸出端直流電壓隨其兩個輸入信號的相位差改，其輸出端直流電壓隨其兩個輸入信號的相位差改 變變)、低通濾波器、低通濾波器(簡稱簡稱PLF，在這里的，在這里的 作用是濾除高頻成分，留下隨相位差變作用是濾除高頻成分，留下隨相位差變 化的直流電壓化的直流電壓)及晶體振蕩器等部分構及晶體振蕩器等部分構 成。成。該鎖相環的基本工作原理如下該鎖相環的基本工作原理如下：當壓控振蕩器輸出：頻率：當壓控振蕩器輸出：頻率f2由于某種原因變化由于某種原因變化時，相應相位也產生變化，相應相位也產生變化，該相位變化在鑒相器中與基時，相應相位也產生變化，相應相位也產生變化，該相位變化在鑒相器中與基準晶振頻率準晶振頻率f

10、1的穩定相位相比較，使鑒相器輸出一個與相位差成比例的電壓的穩定相位相比較，使鑒相器輸出一個與相位差成比例的電壓ud(t)，經過低通濾波器，檢出其直流分量，經過低通濾波器，檢出其直流分量uc(t) ，用，用uc(t)控制壓控振蕩器中壓控控制壓控振蕩器中壓控元件數值元件數值(如變容二極管電容如變容二極管電容)，從而調整，從而調整VCO的輸出頻率的輸出頻率f2 ，使其不但頻率和，使其不但頻率和基準晶振一致，相位也同步，這時稱為相位鎖定，因此最終基準晶振一致，相位也同步，這時稱為相位鎖定，因此最終VCO的頻率輸出的頻率輸出穩定度就由晶振頻率穩定度就由晶振頻率f1所決定。所決定。鎖相環路的基本組成和工作

11、原理。鎖相環路的基本組成和工作原理。 圖中壓控振蕩器輸出頻率經分圖中壓控振蕩器輸出頻率經分 頻后得到頻后得到 頻率的信號送往鑒相器，與采自晶振輸出經頻率的信號送往鑒相器，與采自晶振輸出經n2次分次分頻的頻率頻的頻率f0/n2的信號進行相位比較，由前面的鎖相的信號進行相位比較，由前面的鎖相環路的介紹可知環路的介紹可知，當當201/nfnf 021fnnf 間接合成法即鎖相環路法間接合成法即鎖相環路法即即ZrZrMHfkHf40,10021 ZoMHf)1 .10173( ZkHf100 已知用于組成混頻倍頻環，其，步進頻率環路形式如下圖所示，求（1）M取“+”，N=？（2）M取“”N=？輸出頻率

12、輸出頻率混頻器混頻器(M)(M)鑒相器鑒相器f0=(73101.1)MHZ帶通濾波帶通濾波器器f r1=100kHZ頻率源頻率源1 1壓控振蕩壓控振蕩器器低通濾波低通濾波器器頻率源頻率源2 2fr2=40MHZf=100kHZ分頻器分頻器（N N）f1rNff orfff 2ZZZorMHMHMHfff)1 .141113()1 .10173(402 141111301 . 01 .1411131 rffN解：根據鎖相原理，我們不難看出解：根據鎖相原理，我們不難看出 而而（1）若）若M取取“+”+”，則，則則則ZZZroMHMHMHfff)1 .6133(40)1 .10173(2 61133

13、01 . 01 .61331 rffN（2）若）若M取取“-”-”，則，則則則1.頻率輸出范圍：頻率輸出范圍：2maxmin/ 42/ 2nocnocffMff 024ccnfff3.頻率分辨率：頻率分辨率：2cnff 2.輸出頻率的個數：輸出頻率的個數：DDS的幾個結論：的幾個結論：示波管由示波管由 電子槍電子槍 、偏轉系統偏轉系統和和熒光熒熒光熒三部分組成。三部分組成。用峰值電壓表測量某一電壓，若讀數為用峰值電壓表測量某一電壓，若讀數為1V，則該電壓的峰值為則該電壓的峰值為 1.41 伏伏。示波器熒光屏上，光點在鋸齒波電壓作用下掃動的過程稱為示波器熒光屏上，光點在鋸齒波電壓作用下掃動的過程

14、稱為 掃描掃描 。當示波器兩個偏轉板上都加當示波器兩個偏轉板上都加 信號信號 時，顯示的圖形叫時，顯示的圖形叫李沙育圖李沙育圖形形，這種圖形在，這種圖形在 相位相位 和頻率測量中常會用到。和頻率測量中常會用到。下圖是電子示波器組成框圖，說明各部分的作用是什么? 電子示波器由電子示波器由Y通道通道、X通道通道、Z通道、示波管、幅度校正器、通道、示波管、幅度校正器、掃描時間校正器、電源幾部分組成。掃描時間校正器、電源幾部分組成。在示波器垂直通道中設置電子開關的目的是在示波器垂直通道中設置電子開關的目的是 。A:實現雙蹤顯示實現雙蹤顯示 ； B:實現雙時基掃描實現雙時基掃描 C:實現觸發掃描實現觸發

15、掃描 ； D:實現同步實現同步A為了在示波器熒光屏上得到清晰而穩定的波形，應保為了在示波器熒光屏上得到清晰而穩定的波形，應保證信號的掃描電壓同步，即掃描電壓的周期應等于被證信號的掃描電壓同步，即掃描電壓的周期應等于被測信號周期的測信號周期的倍倍。 計算下列波形的計算下列波形的幅度幅度和和頻率頻率( (經探頭經探頭10:110:1接入接入) )：Vdiv位于位于0.2檔，檔，tdiv位于位于2 s檔。檔。 H2div， D3div H 5div， D 2div H 3div， D 5div 解解:diVs321 Uy=0.2V V2div2div10=4V10=4V=167KHz=167KHz計

16、算題計算題Tf1 Uy=0.2V5div10=10V diVs221 =250KHz Uy=0.2V3div10=6V diVs521 =100KHz=100KHzTf1 Tf1 已知示波器的偏轉因數已知示波器的偏轉因數Dy0.2 V/cm，熒光屏的，熒光屏的水平方向長度為水平方向長度為10 cm。 若時基因數為若時基因數為0.05 ms/cm，所觀測的波形如題，所觀測的波形如題2.25圖所示，求被測信號的峰圖所示，求被測信號的峰-峰值及頻率。峰值及頻率。 8cm 8cm V 6 . 1 82 . 0 hDUyppms 2 . 02805. 0 xDTtkHz 51Tf u1和u2為同頻率的正

17、弦信號，用雙蹤示波器測量相位差，顯示圖形如圖所示，測得x11.5div，x8div，求相位差。5673608513601. . xDxDtt u2 u1 x1 x TNfx 電子計數法測頻原理電子計數法測頻原理 若某一信號在T秒時間內重復變化了N次，則根據頻率的定義，可知該信號的頻率fx為電子計數器測量時間間隔電子計數器測量時間間隔的誤差與測周期時類似的誤差與測周期時類似，它主要由，它主要由量化誤差量化誤差、觸發誤差觸發誤差和和標準頻率誤差標準頻率誤差三部分構三部分構成。成。 用一個用一個6位電子計數器測量頻率為位電子計數器測量頻率為2 000 Hz的信號頻的信號頻率，試計算當閘門時間率，試計

18、算當閘門時間T分別為分別為1 s、0.1 s和和10 ms時，時，由由1誤差產生的測頻誤差。誤差產生的測頻誤差。TfNNx1 %05. 01200011 TfNNx%5 . 01 . 0200011 TfNNx當當T為為1 s時，時，當當T為為0.1 s時，時，當當T為為10 ms時，時，%501. 0200011 TfNNx能夠得出什么啟示能夠得出什么啟示 測量一個頻率為測量一個頻率為200 Hz的信號頻率，采用測頻法（閘的信號頻率，采用測頻法（閘門時間門時間T1 s）和測周法（時標信號周期）和測周法（時標信號周期Ts0.1s）兩種方法，分別計算由兩種方法，分別計算由1誤差引起的測量誤差。誤

19、差引起的測量誤差。%002. 0 200101 . 0 6 xsxsfTTTNN%5 . 0120011 TfNNx采用測頻法采用測頻法采用測周法采用測周法電壓測量的重要性電壓測量的重要性電壓測量是電測量與非電測量的基礎；電壓測量是電測量與非電測量的基礎； （1）電測量中，許多電量的測量可以轉化為電壓測量：）電測量中，許多電量的測量可以轉化為電壓測量：（2）非電測量中，物理量）非電測量中，物理量電壓信號，再進行測量電壓信號，再進行測量 如：溫度、壓力、振動、（加）速度如：溫度、壓力、振動、（加）速度電壓測量的主要特征電壓測量的主要特征 (1)應有足夠寬的頻率范圍；應有足夠寬的頻率范圍； (2)

20、應有足夠寬的電壓測量范圍；應有足夠寬的電壓測量范圍； (3)應用足夠高的測量準確度；應用足夠高的測量準確度； (4)應有足夠高的輸入阻抗；應有足夠高的輸入阻抗； (5)應具有高的抗干擾能力。應具有高的抗干擾能力。波形因數、波峰因數波形因數、波峰因數 交流電壓的有效值、平均值和峰值間有一定的關系，可分交流電壓的有效值、平均值和峰值間有一定的關系，可分別用波形因數別用波形因數( (或稱波形系數或稱波形系數) )及波峰因數及波峰因數( (或稱波峰系數或稱波峰系數) )表示表示。 波形因數波形因數KF，定義為該電壓的有效值與平均值之比定義為該電壓的有效值與平均值之比波峰因數波峰因數，定義為該電壓的峰值

21、與有效值之比，定義為該電壓的峰值與有效值之比 測量交流電壓的方法很多，依據的原理也不同。測量交流電壓的方法很多，依據的原理也不同。其中最主要的是利用交流直流其中最主要的是利用交流直流(ACDC)轉換電路轉換電路將交流電壓轉換成直流電壓，然后再接到直流電壓表將交流電壓轉換成直流電壓，然后再接到直流電壓表上進行測量。根據上進行測量。根據ACDC轉換器的類型，可分成檢轉換器的類型，可分成檢波法和熱電轉換法。根據檢波特性的不同，檢波法又波法和熱電轉換法。根據檢波特性的不同，檢波法又可分成平均值檢波、峰值檢波、有效值檢波等。可分成平均值檢波、峰值檢波、有效值檢波等。交流電壓測量的基本原理交流電壓測量的基

22、本原理均值電壓表均值電壓表 由于均值檢波器檢波靈敏度的非線性特性及輸入阻由于均值檢波器檢波靈敏度的非線性特性及輸入阻抗過低，所以以均值檢波器為抗過低，所以以均值檢波器為ACDC變換器的均值電壓變換器的均值電壓表一般都設計成表一般都設計成放大放大檢波式檢波式。放大器的主要作用是放大。放大器的主要作用是放大被測電壓，提高測量靈敏度，使檢波器工作在線性區域，被測電壓，提高測量靈敏度，使檢波器工作在線性區域，同時它的高輸入阻抗可以大大減小負載效應。同時它的高輸入阻抗可以大大減小負載效應。波形換算波形換算 前已敘述，電壓表度盤是以正弦波的有效值定度的，而前已敘述，電壓表度盤是以正弦波的有效值定度的，而均

23、值檢波器的輸出，均值檢波器的輸出，( (即流過電流表的電流即流過電流表的電流) )與被測信號電壓與被測信號電壓的平均值成線性關系，為此有的平均值成線性關系，為此有UKUaa 例例 用全波整流均值電壓表分別測量用全波整流均值電壓表分別測量正弦波，三正弦波，三角波和方波角波和方波，若電壓表示值均為，若電壓表示值均為10V10V，問被測電壓的，問被測電壓的有效值有效值各為多少各為多少? ?VUUa10 解：對于正弦波，由于電壓表本來就是按其有效值定解：對于正弦波，由于電壓表本來就是按其有效值定度，即電壓表的示值就是正弦波的有效值，所以正弦度，即電壓表的示值就是正弦波的有效值，所以正弦波的有效值波的有

24、效值 對于三角波，查表，其波形系數對于三角波，查表，其波形系數 ，所，所以有效值以有效值15. 1 FKVUKUaF35.101015. 19 . 09 . 0 對于方波，查表，其波形系數對于方波，查表，其波形系數KF1，所以有效值所以有效值VUKUaF91019 . 09 . 0 峰值檢波器峰值檢波器 波形換算波形換算 當被測電壓為非正弦波時，應進行波形換算才當被測電壓為非正弦波時，應進行波形換算才能得到被測電壓的有效值。波形換算的原理是：示能得到被測電壓的有效值。波形換算的原理是：示值值Ua相等則峰值相等則峰值Up也相等也相等。apUU2 再由表給出的波峰因數再由表給出的波峰因數 得到有效

25、值得到有效值UUkpp/apUKU2 上式僅適用于單峰值電壓表。上式僅適用于單峰值電壓表。 例例 用峰值電壓表分別測量正弦波、三角波和方波，電壓用峰值電壓表分別測量正弦波、三角波和方波，電壓表均指在表均指在l0V位置，問三種波形被測信號的峰值和有效值各為位置，問三種波形被測信號的峰值和有效值各為多少多少? 解：按著示值相等峰值也相等的原理可知三種波形的電壓解：按著示值相等峰值也相等的原理可知三種波形的電壓峰值峰值Up都是都是 VUUap1 .141022 因為電壓表就是以正弦波有效值定度的，因此正弦波的有因為電壓表就是以正弦波有效值定度的，因此正弦波的有效值就是電壓表表針指示值，即正弦波的有效

26、值效值就是電壓表表針指示值，即正弦波的有效值U10V。對于三角波，有效值對于三角波，有效值VUKUap17. 873. 11044. 12 對于方波，波峰系數對于方波，波峰系數Kp=1，因此有效值，因此有效值VUUp1 .14 利用單峰值電壓表測量題圖中正弦、方波和三角波的電壓，電壓表讀數均為5V，問： (1)對每種波形來說，讀數各代表什么意義? (2)三種波形的峰值、平均值、有效值各為多少? 解：（解：（1）對于單峰值電壓表按示值相等峰值也相等的原理）對于單峰值電壓表按示值相等峰值也相等的原理,對每種波形來說，讀數各代表三種波形的峰值為對每種波形來說，讀數各代表三種波形的峰值為VUUap07

27、. 7522 VUUp07. 7 即正弦波的有效值即正弦波的有效值U5V5V 對于方波，波峰系數對于方波，波峰系數K Kp p=1=1，因此有效值，因此有效值VUKUap07. 715414. 12 對于三角波波峰系數對于三角波波峰系數Kp=1.73，有效值，有效值 VUKUap09. 473. 15414. 12 （2）因為電壓表就是以正弦波有效值定度的，因此正弦）因為電壓表就是以正弦波有效值定度的，因此正弦波的有效值就是電壓表表針指示值波的有效值就是電壓表表針指示值平均值平均值KF=1平均值平均值KF=1.15VU07. 7 VU56. 315. 109. 4 VUUap1 .141022

28、VUKUap17. 873. 11044. 12 VUUp10用峰值電壓表分別測量正弦波、三角波和方波，電壓表均指在l0V位置，問三種波形被測信號的峰值和有效值各為多少?（三角波 KP =1.73 方波Kp=1） 解：按著示值相等峰值也相等的原理，可知三種波形的電壓峰值Up都是 因為電壓表就是以正弦波有效值定度的，因此正弦波的有效值就是電壓表表針指示值，即正弦波的有效值U10V。對于三角波 Kp=1.73 有效值對于方波，波峰系數Kp=1，因此有效值VUUp10數字萬用表的數字萬用表的核心核心是是 A/DA/D轉換器轉換器1999屬于屬于 3位半位半 位數字萬用表，在位數字萬用表，在10V量程上的超量程能力為量程上的超量程能力為 100% ，在，在0.2V量程上的超量程能力為量程上的超量程能力為 0 。 數字電壓表顯示位數越多，則數字電壓表顯示位數越多，則_。A、測量范圍越大、測量范圍越大 B、測量誤差越小、測量誤差越小 C、過載能力越強、過載能力越強 D、測量分辨力越高、測量分辨力越高DDVM的特點是什么的特點是什么? 繪圖說明繪圖說明DVM的電路構成和工作原理的電路構成和工作原理答：數字電壓表（答：數字電壓表（DVM）的組成如圖所示。）的組成如圖所示。數字電壓表的組成框圖模擬部分被測信號A/變換器邏輯控制電路計數器輸入電路顯示器時鐘信號發生電路數字部分整個框圖包括兩