电子测量技术与仪器

1、机 械 工 业 出 版 社书名：电子测量技术与仪器ISBN： 978-7-111-34664-7作者：王成安出版社：机械工业出版社本书配有电子课件电子测量技术与仪器ppt 课件机 械 工 业 出 版 社课件策划：王成安课件制作：宋月丽高等职业教育高等职业教育“十二五十二五”规划教材（电子信息规划教材（电子信息类）类）电子测量技术与仪器ppt 课件v第第1章章 电子测量技术的基础知识电子测量技术的基础知识v第第2章章 常用信号发生器的使用常用信号发生器的使用v第第3章章 电流和电压的测量方法与测量仪器电流和电压的测量方法与测量仪器v第第4章章 频率和时间的测量技术与测量仪器频率和时间的测量技术与

2、测量仪器v第第5章章 万用电桥和万用电桥和Q表的使用表的使用v第第6章章 晶体管特性图示仪的使用晶体管特性图示仪的使用v第第7章章 信号频谱与电路频率特性的测量技术信号频谱与电路频率特性的测量技术v第第8章章 数据信号的测量技术数据信号的测量技术v第第9章章 智能化测量仪器与自动测量系统智能化测量仪器与自动测量系统v第第10章章 虚拟测量技术虚拟测量技术 目目 录录电子测量技术与仪器ppt 课件第2章 常用信号发生器的使用 2.1 信号发生器的种类和技术指标2.1.1 信号发生器的用途测量用信号发生器又称为信号源，是最基本和应用最广泛的电子测量仪器之一，它可以给被测设备提供各种不同频率的正弦波

3、信号、方波信号、三角波信号等，信号的幅值可按需要进行调节，然后由其它的测试仪器观测被测设备的输出响应。这个过程如图2.1所示。测试仪输 出响 应被测设备输 入激 励信号发生器图2.1 信号发生器的用途电子测量技术与仪器ppt 课件 一般来说，信号发生器的用途主要有以下三个方面：一般来说，信号发生器的用途主要有以下三个方面：1.1.用作激励源用作激励源2.2.用作信号仿真用作信号仿真3.3.用作校准源用作校准源 2.1.2 2.1.2 信号发生器的分类信号发生器的分类信号发生器一般可分为通用信号发生器和专用信号发生器两大类。专用信号发信号发生器一般可分为通用信号发生器和专用信号发生器两大类。专用

4、信号发生器是为某种特殊用途而设计生产的仪器，能提供特殊的测量信号，如电视信生器是为某种特殊用途而设计生产的仪器，能提供特殊的测量信号，如电视信号发生器、调频信号发生器等。号发生器、调频信号发生器等。通用信号发生器根据其工作频率的不同，可分为超低频、低频、视频、高频、通用信号发生器根据其工作频率的不同，可分为超低频、低频、视频、高频、甚高频、超高频几大类。信号发生器的工作频率范围见表甚高频、超高频几大类。信号发生器的工作频率范围见表2.12.1。类型类型频率范围频率范围主要应用主要应用超低频信号发生器超低频信号发生器0.0001Hz0.0001Hz1kHz1kHz电声学、声纳电声学、声纳低频信号

5、发生器低频信号发生器1 Hz1 Hz 1MHz1MHz低频电子技术低频电子技术视频信号发生器视频信号发生器20 Hz 20 Hz 10MHz10MHz无线电广播无线电广播高频信号发生器高频信号发生器200kHz 200kHz 30MH30MH高频电子技术高频电子技术甚高频信号发生器甚高频信号发生器30MHz 30MHz 300MHz300MHz电视、调频广播电视、调频广播超高频信号发生器超高频信号发生器300MHz300MHz以上以上雷达、导航、气象雷达、导航、气象电子测量技术与仪器ppt 课件 2.1.3 2.1.3 信号发生器的一般组成信号发生器的一般组成信号发生器的一般组成框图如图2.2

6、所示，主要由振荡器、变换器、输出电路、电源、指示器五部分组成。 图2.2 信号发生器的一般组成框图振荡器变换器输出电路指示器电源输出电子测量技术与仪器ppt 课件 2.1.4 信号发生器的主要技术指标信号发生器的技术指标主要包括三项内容。 1频率特性信号发生器的频率特性包括有效频率范围、频率准确度和频率稳定度。（1）有效频率范围（2）频率准确度 信号发生器的频率准确度是指信号频率的实际值fx与其标称值f0的相对偏差，其表达式为：（3）频率稳定度 信号发生器的频率稳定度是指在一定时间内仪器输出频率准确度的变化，它表示了信号源维持工作于某一恒定频率的能力。信号发生器的频率稳定度是由振荡器的频率稳定

7、度来保证的。频率稳定度可分为短期频率稳定度和长期频率稳定度。000fffffx电子测量技术与仪器ppt 课件 2输出特性 （1）输出形式信号发生器的输出形式有平衡输出（或叫对称输出u2）和不平衡输出（或叫不对称输出u1）两种形式，如图2.3所示图2.3 信号发生器的平衡输出和不平衡输出。（2）输出阻抗（3）电平特性（4）输出波形及其非线性失真 3调制特性信 号信 号源源+ +u u2 2- -+ +u u1 1- -电子测量技术与仪器ppt 课件 2.2 2.2 低频信号发生器的使用低频信号发生器的使用低频信号发生器的输出频率范围通常为低频信号发生器的输出频率范围通常为20Hz20Hz20kH

8、z20kHz，所以又称为音，所以又称为音频信号发生器。现代生产的低频信号发生器的输出频率范围已延伸到频信号发生器。现代生产的低频信号发生器的输出频率范围已延伸到1Hz1Hz1MHz1MHz频段，且可以产生正弦波、方波及其它波形的信号。频段，且可以产生正弦波、方波及其它波形的信号。低频信号发生器广泛用于测试低频电路、音频传输网络、广播和音响低频信号发生器广泛用于测试低频电路、音频传输网络、广播和音响等电声设备，还可为高频信号发生器提供外部调制信号。等电声设备，还可为高频信号发生器提供外部调制信号。 2.2.1 2.2.1 低频信号发生器的组成与技术指标低频信号发生器的组成与技术指标如图如图2.4

9、2.4所示，是低频信号发生器的组成框图，它包括振荡器、电压所示，是低频信号发生器的组成框图，它包括振荡器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器和指示电压表等。放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器和指示电压表等。指示电压表振荡器放大器输出衰减器功率放大器阻抗变换器电压输出S功率输出电压输入振荡输出调节图2.4 低频信号发生器的组成框图电子测量技术与仪器ppt 课件 1.1.各部分电路的作用各部分电路的作用振荡器是低频信号发生器的核心，其产生频率可调的正振荡器是低频信号发生器的核心，其产生频率可调的正弦信号，一般由弦信号，一般由RCRC振荡器或差频式振荡器组成。振荡器振荡器或差频式

10、振荡器组成。振荡器决定了输出信号的的频率范围和频率稳定度。决定了输出信号的的频率范围和频率稳定度。低频信号发生器的放大器包括电压放大器和功率放大器，低频信号发生器的放大器包括电压放大器和功率放大器，以达到实现输出一定电压幅度和功率的要求。电压放大以达到实现输出一定电压幅度和功率的要求。电压放大器的作用是对振荡器产生的微弱信号进行放大，并把功器的作用是对振荡器产生的微弱信号进行放大，并把功率放大器、输出衰减器以及负载和振荡器隔离起来，防率放大器、输出衰减器以及负载和振荡器隔离起来，防止对振荡信号的频率产生影响，所以又把电压放大器称止对振荡信号的频率产生影响，所以又把电压放大器称为缓冲放大器。为缓

11、冲放大器。输出衰减器用于改变信号发生器的输出电压或功率，由输出衰减器用于改变信号发生器的输出电压或功率，由连续调节器和步进调节器组成。常用的输出衰减器原理连续调节器和步进调节器组成。常用的输出衰减器原理图如图图如图2.52.5所示。所示。R1R2R3R4R5R6R7R812345678CRViVo2图2.5 衰减器电原理图图中的电位器图中的电位器R R为连续调节器（电压幅度细调），电阻为连续调节器（电压幅度细调），电阻R R1 1R R8 8与开关构成了步进衰减器，与开关构成了步进衰减器，开关就是步进调节器（电压幅度粗调）。调节开关就是步进调节器（电压幅度粗调）。调节R R或变换开关的挡位，均

12、可使衰减器输出不或变换开关的挡位，均可使衰减器输出不同的电压幅度。同的电压幅度。步进衰减器一般以分贝（步进衰减器一般以分贝（dBdB）值即）值即20lg20lg（VO / ViVO / Vi）来标注刻度。波段开关每增加一档，）来标注刻度。波段开关每增加一档，就增加就增加10dB10dB的衰减量。的衰减量。输出电路一般还包括电子电压表，一般接在衰减器之前。经过衰减的输出电压应根据电输出电路一般还包括电子电压表，一般接在衰减器之前。经过衰减的输出电压应根据电压表读数和衰减量进行计算。压表读数和衰减量进行计算。输出级包括功率放大器、阻抗变换器和指示电压表几部分。功率放大器对衰减器输出的输出级包括功率

13、放大器、阻抗变换器和指示电压表几部分。功率放大器对衰减器输出的电子测量技术与仪器ppt 课件 2.2.低频信号发生器的技术指标低频信号发生器的技术指标通用低频信号发生器的主要技术指标有：通用低频信号发生器的主要技术指标有：（1 1）频率范围）频率范围 1Hz1Hz20kHz20kHz（现代仪器已延伸到（现代仪器已延伸到1 MHz1 MHz），可均匀连），可均匀连续可调。续可调。（2 2）频率准确度）频率准确度 （1 13 3）% %。（3 3）频率稳定度）频率稳定度 （0.10.10.40.4）%/%/小时。小时。（4 4）输出电压）输出电压 0 010V10V连续可调。连续可调。（5 5）输

14、出功率）输出功率 0.50.55W5W连续可调。连续可调。（6 6）非线性失真范围）非线性失真范围 （0.10.11 1）% %。（7 7）输出阻抗）输出阻抗 有有5050、7575、150150、600600、5k5k等几种。等几种。（8 8）输出形式）输出形式 有平衡输出与不平衡输出两种。有平衡输出与不平衡输出两种。 2.2.2 2.2.2 低频信号发生器的使用操作低频信号发生器的使用操作尽管低频信号发生器的型号很多，但它们的使用操作方法基本相同。尽管低频信号发生器的型号很多，但它们的使用操作方法基本相同。 1 1熟悉面板熟悉面板 2 2掌握正确的操作步骤掌握正确的操作步骤（1 1）准备工

15、作）准备工作 （2 2）输出频率调节）输出频率调节 （4 4）输出形式的选择）输出形式的选择（3 3）输出阻抗的配接）输出阻抗的配接 电子测量技术与仪器ppt 课件一般低频信号发生器都有两组输出端子。一组是电压输出插座，它通一般低频信号发生器都有两组输出端子。一组是电压输出插座，它通常输出常输出0 05V5V的正弦信号电压，另一组是功率输出接线柱，它有输出的正弦信号电压，另一组是功率输出接线柱，它有输出、输出输出、中心端和接地四个接线柱，如图、中心端和接地四个接线柱，如图2.62.6所示。所示。图图2.62.6低频信号发生器功率输出端及其接法低频信号发生器功率输出端及其接法5 5）输出电压的调

16、节和测读）输出电压的调节和测读 通过调节幅度调节旋钮可以得到相应大小的输出电压。在使用衰减器（通过调节幅度调节旋钮可以得到相应大小的输出电压。在使用衰减器（0dB0dB挡挡除外）时，由于指示电压表的示值是未经衰减器之前的电压，故实际输出电压除外）时，由于指示电压表的示值是未经衰减器之前的电压，故实际输出电压的大小应为：示值的大小应为：示值电压衰减倍数。例如，信号发生器的指示电压表示值为电压衰减倍数。例如，信号发生器的指示电压表示值为20V20V，衰减分贝数为，衰减分贝数为60dB60dB，输出电压应为，输出电压应为0.02 V0.02 V（20 V20 V1060/20 = 0.02 V106

17、0/20 = 0.02 V）。）。输出输出中心端接地中心端输出中心端输出(a) 输出变压器(b) 不平衡输出(c) 平衡输出表表2.22.2列出了衰减分贝数与电压衰减倍数的对应关系。列出了衰减分贝数与电压衰减倍数的对应关系。表表2.2 2.2 衰减分贝（衰减分贝（dBdB）与电压衰减倍数的对应关系）与电压衰减倍数的对应关系3. FJ-XD22PS 3. FJ-XD22PS 低频信号发生器的实际操作使用低频信号发生器的实际操作使用FJ-XD22PS FJ-XD22PS 低频信号发生器是一种多用途的仪器低频信号发生器是一种多用途的仪器, ,它能够输出正弦它能够输出正弦波、矩形波尖脉冲、尖脉冲、波、

18、矩形波尖脉冲、尖脉冲、TTLTTL电平和单次脉冲五种信号，还可电平和单次脉冲五种信号，还可以作为频率计使用，测量外来输入信号的频率。以作为频率计使用，测量外来输入信号的频率。FJ-XD22PSFJ-XD22PS低频信低频信号发生器的面板如图号发生器的面板如图2.72.7所示。所示。衰减分贝数/dB102030405060708090电压衰减倍数3.161031.6100316100031601000031600 FJ-XD22PSFJ-XD22PS低频信号发生器面板上各旋钮开关的作用低频信号发生器面板上各旋钮开关的作用 FJ-XD22PSFJ-XD22PS低频信号发生器的主要技术性能低频信号发

19、生器的主要技术性能 （1 1）信号源部分）信号源部分（2 2）频率计部分（内测和外测）：）频率计部分（内测和外测）： 基本操作步骤基本操作步骤 操作实例操作实例 必须说明的是：该信号发生器的测频电路的显示滞后于调节，所以旋必须说明的是：该信号发生器的测频电路的显示滞后于调节，所以旋转旋钮时要缓慢一些；信号发生器本身不能显示输出信号的电压值，转旋钮时要缓慢一些；信号发生器本身不能显示输出信号的电压值，需要另配交流毫伏表测量输出电压，当输出电压不符合要求时，可以需要另配交流毫伏表测量输出电压，当输出电压不符合要求时，可以选择不同的衰减再配合调节输出正弦信号的幅度旋钮，直到输出电压选择不同的衰减再配

20、合调节输出正弦信号的幅度旋钮，直到输出电压为为10mV10mV。若要观察输出信号波形，可把信号输入示波器。需要输出其它信号，若要观察输出信号波形，可把信号输入示波器。需要输出其它信号，可参考上述步骤进行操作。可参考上述步骤进行操作。 2.2.3 2.2.3 低频信号发生器的典型应用低频信号发生器的典型应用放大倍数是放大器的重要性能指标之一，包括电压放大倍数、电流放放大倍数是放大器的重要性能指标之一，包括电压放大倍数、电流放大倍数、功率放大倍数等。大倍数、功率放大倍数等。在低频电子线路中，放大倍数的测量实质上是对电压和电流的测量。在低频电子线路中，放大倍数的测量实质上是对电压和电流的测量。测试电

21、路如图测试电路如图2.82.8所示。所示。低频信号发生器输出中频段的某一频率（如音频放大器可选低频信号发生器输出中频段的某一频率（如音频放大器可选1 kHz1 kHz左右）信号，左右）信号，加到被测电路的输入端。输入幅度由毫伏表监测，不要过大，否则输出会失加到被测电路的输入端。输入幅度由毫伏表监测，不要过大，否则输出会失真。输出同时用毫伏表和示波器测试，使输出信号在基本不失真、无振荡和真。输出同时用毫伏表和示波器测试，使输出信号在基本不失真、无振荡和严重干扰的情况下进行定量测试。电压放大倍数为：严重干扰的情况下进行定量测试。电压放大倍数为：AV = UO /UiAV = UO /Ui式中式中

22、UO UO 被测放大器输出电压有效值；被测放大器输出电压有效值；Ui Ui 被测放大器输入电压有效值。被测放大器输入电压有效值。示波器毫伏表被测放大器低频信号源图图2.8 2.8 放大器放大放大器放大倍数的测量连线图倍数的测量连线图 2.3 2.3 高频信号发生器的使用高频信号发生器的使用 高频信号发生器也称射频信号发生器，通常产生高频信号发生器也称射频信号发生器，通常产生200kHz200kHz30MHz30MHz的正弦波或的正弦波或调幅波信号，在高频电子线路工作特性（如各类高频接收机的灵敏度、选择调幅波信号，在高频电子线路工作特性（如各类高频接收机的灵敏度、选择性等）测试中应用较广。目前，

23、高频信号发生器的频率已延伸到性等）测试中应用较广。目前，高频信号发生器的频率已延伸到303030MHz30MHz的甚高频信号范围，且通常具有一种或一种以上调制或组合调制功能，包括的甚高频信号范围，且通常具有一种或一种以上调制或组合调制功能，包括正弦调幅、正弦调频及脉冲调制，特别是具有正弦调幅、正弦调频及脉冲调制，特别是具有VV级的小信号输出，以满足接级的小信号输出，以满足接收机测试的需要，这类的信号发生器通常也称为标准信号发生器。收机测试的需要，这类的信号发生器通常也称为标准信号发生器。高频信号发生器按调制类型分为调幅和调频两种高频信号发生器按调制类型分为调幅和调频两种. . . .3.1 3

24、.1 高频信号发生器的组成与原理高频信号发生器的组成与原理 高频信号发生器组成的基本框图如图高频信号发生器组成的基本框图如图2.92.9所示，主要包括所示，主要包括主振器、缓冲级、调制级、输出级、衰减器、内调制振荡主振器、缓冲级、调制级、输出级、衰减器、内调制振荡器、监测电路和电源等部分。器、监测电路和电源等部分。可变电抗器主振器缓冲级调制级输出级监测器内调制振荡器电源外调制输入输出图2.9 高频信号发生器的组成框图内外FMSAM主振器是信号发生器的核心，一般采用可调频率范围宽、频率准确度高和稳定度好的LC振荡器，它用于产生高频振荡信号。该信号经缓冲后送到调制级进行幅度调制和放大，然后再送至输

25、出级输出，进而保证有一定的输出电平调节范围。监测器监测输出的载波电平和调制系数，电源电路用于提供各部分所需的直流电压。各主要部分单元电路的功能如下：1可变电抗器2内调制振荡器3调制级4输出级 2.3.2 高频信号发生器的主要性能指标高频信号发生器的主要性能指标很多，这里以XFG-7型高频信号发生器为例进行介绍。 （1）频率范围 XFG-7型高频信号发生器的频率范围为100kHz 30MHz，分8个频段，与频率调节度盘上的8条刻度线相对应。 （2）输出电压与输出阻抗 （3）调幅频率 （4）漏讯 0.3V。 .3 高频信号发生器的使用步骤与技巧高频信号发生器的使用步骤与技巧 各种调幅高频信号发生器

26、的使用方法略有差异，但是它们除载波频率范围、输出电压、调幅信号频率大小等有些差异外，它们的基本使用方法是类似的。下面仍以XFG-7型高频信号发生器为例，介绍调幅高频信号发生器面板装置、测试步骤与使用技巧。 1面板装置 XFG-7型调幅高频信号发生器面板图如图2.10所示。VM%00.1V保险丝通调幅度调节载波调节输出微调01V0101100100010000输出倍乘400等幅1000调幅选择波段 外调幅输入V零点1V校准M%零点指示灯频率粗调频率细调图2.10 XFG-7型高频信号发生器面板图12345678（1）波段开关 （2）频率调节旋钮 （3）载波调节旋钮 （4）输出-微调旋钮 （5）

27、输出-倍乘开关 （6） 调幅选择开关 （7） 外调幅输入接线柱 （8）调幅度调节旋钮 （9） 01V输出插孔 （10） 00.1V输出插孔 （11） 电压表（V表） （12） 调幅度表（M%表） （13） V表零点旋钮 （15） M表零点旋钮 （14） lV校准电位器 （15） M表零点旋钮 2XFG-7型调幅高频信号发生器的使用步骤与技巧（1）等幅波输出（2）调幅波输出使用内调制信号时：使用外调制信号时： 2.3.4 调幅高频信号发生器的典型应用调幅高频信号发生器是一种载波频率、调幅度范围（0100%）连续可调的标准高频信号发生器，广泛应用在无线电接收机的测试实践中。现以调幅广播收音机的性能

28、调试为例，介绍高频信号发生器的应用。 1接线方法注意：输出电缆不应靠近仪器的电源线，两者更不能绞在一起。 图2.11 等效天线接法 图2.12 典型等效天线电路等效天线输出插孔电缆分压器输出孔0-0.1天线接线拄被 测接收机地线高频信号发生器XFG-7 20uH400400pF200pF 2 2收音机中频的校准收音机中频的校准超外差式收音机中频变压器的调整又称校中周，即调整中周磁芯或磁超外差式收音机中频变压器的调整又称校中周，即调整中周磁芯或磁帽使中频选频回路的谐振频率为帽使中频选频回路的谐振频率为465kHz465kHz，从而保证中频信号得到充分，从而保证中频信号得到充分的放大（这里的的放大

29、（这里的465kHz465kHz实质上为高频信号范畴，但对收音机习惯上称实质上为高频信号范畴，但对收音机习惯上称之为中频信号）。中频调整的好坏对收音机的灵敏度等指标有决定性之为中频信号）。中频调整的好坏对收音机的灵敏度等指标有决定性的影响。调试电路如图的影响。调试电路如图2.132.13所示，所示， 图图2.13 2.13 用高频信号发生器调收音机中周用高频信号发生器调收音机中周3 3灵敏度的测试灵敏度的测试4 4选择性的测试选择性的测试 2.4 函数信号发生器简介函数信号发生器是一种能产生正弦波、方波、三角波等多波形的信号源（频率范围约几Hz 几十MHz），由于其输出波形均为数学函数，故称为

30、函数信号发生器。现代函数信号发生器一般具有调频、调幅等调制功能和压控频率（VCF）特性，被广泛应用于生产测试、仪器维修和实验室等工作中，是一种不可缺少的通用信号发生器。 2.4.1函数信号发生器的组成 1方波-三角波-正弦波方式（脉冲式）脉冲式函数信号发生器先由施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波和正弦波形，其组成如图2.14所示。它包括双稳态触发器、积分器和正弦波形成电路等部分，双稳态触发器通常采用施密特触发器，积分器则采用密勒积分器。 输出uoU r双稳态触发器比较器正弦波形成电路输出级 +VD1VD2S2BCR1R2u2R3+ 积分电路RPu1U rAS1图2.14 脉冲式函数信号发

31、生器的组成原理框图 脉冲式函数信号发生器的工作过程为：假设开关脉冲式函数信号发生器的工作过程为：假设开关S1S1悬空，当双稳态触悬空，当双稳态触发器输出为发器输出为u u1=1=U U1 1时，积分器输出时，积分器输出u u2 2将开始线性下降，当将开始线性下降，当u u2 2下降到等下降到等于参考电平于参考电平U Ur r时，比较器使双稳态触发器翻转，时，比较器使双稳态触发器翻转， u u1 1由由U U1 1变为变为U U1 1，同时，同时，u u2 2将以与线性下降时相等的速率线性上升。当将以与线性下降时相等的速率线性上升。当u u2 2上升到等于参上升到等于参考电平考电平U Ur r时

32、，双稳态触发器又翻转回去，于是完成一个循环周期。不时，双稳态触发器又翻转回去，于是完成一个循环周期。不断重复上述过程，可以得到方波信号断重复上述过程，可以得到方波信号u u1 1、三角波信号、三角波信号u u2 2，u u2 2经过正弦经过正弦波形成电路再变换成的正弦波，三种波形最后经过输出级放大后，在波形成电路再变换成的正弦波，三种波形最后经过输出级放大后，在输出端即可得到所需的各自波形。上述过程的工作波形如图输出端即可得到所需的各自波形。上述过程的工作波形如图2.152.15（a a）所示。）所示。 图图2.15 2.15 脉冲式函数信号发生器的工作波形图脉冲式函数信号发生器的工作波形图若若S1与与VD2相接，当触发器输出为相接，当触发器输出为U1时，时，VD2导通，导通， R3被短路，积被短路，积分器很快下降，当下降到分器很快下降，当下降到Ur时，触发电路翻转，触发器输出为时，触发电路翻转，触发器输出为U1，VD2截止，截止，R3接入电路，积分器输出缓慢上升，形成正向锯齿波接入电路，积分器输出缓慢上升，形成正向锯齿波u2(t)，触发器输出为矩形波，触发器输出为矩形波u1(t)，如图，如图2.15(b)所示。若所示。若S1与与