苏职大2011级通信仪器复习

1、通信仪器使用技术小结电子测量的一般方法 1） 测量手段分类： A）直接测量 B）间接测量 C）组合测量2）测量方式分类： A）偏差式测量 B) 零位式测量 C) 微差式测量3）测量性质分类： A) 时域测量 B）频域测量 C）数据域测量 D）随机测量测量方法选择标准：1）被测量本身特性 2）所测量的要求3）测量环境 4）测量设备 测量仪器 1）、测量仪器的基本功能。（后续） 2）、仪器的性能指标：精度、稳定性、匹配性（输入输出阻抗）、灵敏性、拟线性、实时性（动态）。误差1. 真值A0 、实际值A 、指定值As 2. 误差的表示方法：1）绝对误差：绝对误差定义为 x=x-A0 ，式中x为绝对误差

2、，x为测量值， A0为被测量真值。前面已提到，真值A0一般无法得到，所以用实际值A代替A0 ，因而绝对误差更有实际意义的定义是：x=x-A2）相对误差：相对误差用来说明测量精度的高低。3. 误差的来源 ：1）仪器误差：仪器误差又称设备误差，是由于设计、制造、装配、检定等的不完善以及仪器使用过程中元器件老化、机械部件磨损、疲劳等因素而使测量仪器设备带有的误差。仪器误差还可细分为：读数误差，包括出厂校准定度不准确产生的校准误差、刻度误差、读数分辨力有限而造成的读数误差及数字式仪表的量化误差(±l个字误差)；仪器内部噪声引起的内部噪声误差；元器件疲劳、老化及周围环境变化造成的稳定误差；仪器

3、响应的滞后现象造成的动态误差；探头等辅助设备带来的其他方面的误差。2）使用误差：使用误差又称操作误差，是由于对测量设备操作使用不当而造成的误差。比如有些设备要求正式测量前进行预热而未预热；有些设备要求水平放置而倾斜或垂直放置；有的测量设备要求实际测量前须进行校准(例如：普通万用表测电阻时应校零，用示波器观测信号的幅度前应进行幅度校准等)而未校准，等等。减小使用误差的最有效途径是提高测量操作技能，严格按照仪器使用说明书中规定的方法步骤进行操作。3）人身误差：人身误差主要指由于测量者感官的分辨能力、视觉疲劳、固有习惯等而对测量实验中的现象与结果判断不准确而造成的误差。比如指针式仪表刻度的读取，谐振

4、法测量L、C、Q时谐振点的判断等，都很容易产生误差。 减小人身误差的主要途径有：提高测量者的操作技能和工作责任心；采用更合适的测量方法(比如用交叉读数法代替传统的谐振点判断法)；采用数字式显示的客观读数以避免指针式仪表的读数视差等。4）影响误差 ：影响误差是指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。对电子测量而言，最主要的影响因素是环境温度、电源电压和电磁干扰等。当环境条件符合要求时，影响误差通常可不予考虑。但在精密测量及计量中，需根据测量现场的温度、湿度、电源电压等影响数值求出各项影响误差，以便根据需要做进一步的数据处理。5）测量对象变化误差：指在测量过程中由于测量对象变化而使得测量值不准

5、确而造成的误差，如动态误差等。6）理论误差和方法误差：由于测量原理、近似公式、测量方法不合理造成的误差。4. 误差的分类1）系统误差： 在多次等精度测量同一量值时，误差的绝对值和符号保持不变，或当条件改变时按某种规律变化的误差称为系统误差，简称系差。如果系差的大小、符号不变而保持恒定，则称为恒定系差，否则称为变值系差。变值系差又可分为累进性系差、周期性系差和按复杂规律变化的系差。2）随机误差： 随机误差又称偶然误差，是指对同一量值进行多次等精度测量时，其绝对值和符号均以不可预定的方式无规则变化的误差。 就单次测量而言，随机误差没有规律，其大小和方向完全不可预定，但当测量次数足够多时，其总体服从

6、统计学规律，多数情况下接近正态分布3）粗大误差：在一定的测量条件下，测得值明显地偏离实际值所形成的误差称为粗大误差，也称为疏失误差，简称粗差。确认含有粗差的测得值称为坏值，应当剔除不用，因为坏值不能反映被测量的真实数值。产生粗大误差的主要原因包括： 测量方法不当或错误。例如用普通万用表电压档直接测量高内阻电源的开路电压，用普通万用表交流电压档测量高频交流信号的幅值等. 测量操作疏忽和失误。例如未按规程操作，读错读数或单位，或记录及计算错误等. 测量条件的突然变化。例如电源电压突然增高或降低，雷电干扰，机械冲击等引起测量仪器示值的剧烈变化等。这类变化虽然也带有随机性，但由于它造成的示值明显偏离实

7、际值，因此将其列入粗差范畴。信号发生器1. 信号发生器的用途也称为信号源或振荡器，它用于产生符合一定电技术要求（如：电压、匹配、电平范围）的电测试信号。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。&#

8、160;2. 信号发生器的分类1）按其输出波形分为四大类： 函数(波形)信号发生器：能产生幅度与时间成一定函数关系的信号，如正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等，频率范围可从几微赫到几十兆赫。 正弦信号发生器：主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按其不同性能和用途还可细分为低频(20赫至10兆赫)信号发生器、高频(100千赫至300兆赫)信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等 脉冲信号发生器：能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。

9、随机信号发生器：通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。噪声信号发生器主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能;外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数;用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。2）按输出频率分为六类： 超低频信号发生器：频率范围0.0001HZ-1KHZ; 低频信号发生器：频率范围1HZ-1MHZ; 视频信号发生器: 频率范围20HZ-10MHZ; 高频信号发生器: 频率范围200KHZ-30MHZ; 甚高频信

10、号发生器: 频率范围30MHZ-300MHZ; 超高频信号发生器: 频率范围在300MHZ以上。3. 信号发生器的基本构成1）振荡器：信号发生器的核心部分，由它产生各种不同颇率的信号，通常是正弦波振荡器或脉冲发生器。它决定了信号发生器的一些重要工作特性，如工作频率范围、频率的稳定度等，输出电平及其稳定度、频谱纯度、调频特性等。调频信号一般都在本级直接调制而产生。2）变换器：可以是电压放大器、功率放大器或调制器、脉冲形成器等，它将振荡器的输出信号进行放大或变换，进一步提高信号的电平并给出所要求的波形。还有像调幅、调频等信号，也需在这部分由调制信号对载频加以调制。而像函数发生器，振荡器输出的是三角

11、波，需在这里由整形电路整形成方波或正弦波。3） 输出级：其基本功能是调节输出信号的电平和输出阻抗，可以是衰减器、匹配变压器和射极跟随器等。4） 指示器：用来监视输出信号。不同功用的信号发生器，指示器的种类是不同的，它可能是电压表、功率计、频率计、调制度仪或以上综合等。使用时可通过指示器来调整输出信号的频率、幅度及其他特性。通常情况下指示器接于衰减器之前，并且由于指示仪表本身准确度不高，其示值仅供参考，从输出端输出信号的实际特性需用其他更准确的测量仪表来测量。5）电源：为测量信号源的各部分电路提供所需的各种直流电压，通常是将50Hz的交流电经过变压、整流、滤波和稳压后而得到的。4. 信号发生器的

12、发展趋势5. 正弦信号发生器的性能指标1）频率范围：指信号发生器所产生的信号频率范围，该范围内既可连续又可由若 干频段或一系列离散频率复盖，在此范围内应满足全部误差要求。例如国产XDl型信号发生器，输，出信号频率范围为1Hz1MHz，分六档即六个频段，为了保证有效频率范围连续，两相邻频段间有相互衔接的公共部分即频段重迭。又如(美)HP公司HP8660C型频率合成器产生的正弦信号的频率范围为主0kHz2 600MHz，可提供间隔为1Hz总共近26亿个分立频率。2）频率准确度：频率准确度是指信号发生器度盘(或数字显示)数值f1与实际输出信号频率f0间的偏差，通常用相对误差表示。 式中f0为度盘或数

13、字显示数值，也称预调值，f1是输出正弦信号频率的实际值。频率准确度实际上是输出信号频率的工作误差。用度盘读数的信号发生器频率准确度约为±(110)，精密低频信号发生器频率准确度可达±0.5o例如调谐式XFC6型标准信号发生器，其频率准确度优于±1，而一些采用频率合成技术带有数字显示的信号发生器，其输出频率具有基准频率(晶振)的准确度，若机内采用高稳定度晶体振荡器，输出频率的准确度可达到l0-810-10。3）频率稳定度： 频率稳定度指标要求与频率准确度相关。频率稳定度是指其他外界条件恒定不变的情况下，在规定时间内，信号发生器输出频率相对于预调值变化的大小。按照国家

14、标准，频率稳定度又分为频率短期稳定度和频率长期稳定度。频率短期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，信号频率在任意1.5min内所发生的最大变化，表示为 式中fo为预调频率，fmax、fmin分别为任意15min信号频率的最大值和最小值。频率长期稳定度定义为信号发生器经过规定的预热时间后，信号频率在任意3h内所发生的最大变化，表示为：4）由温度、电源、负载变化而引起的频率变动量5）非线性失真系数(失真度) ：正弦信号发生器的输出在理想情况下应为单一频率的正弦波，但由于放大器件均有非线性特性，它们的线性放大范围有一定的限度，当输入信号幅度超过一定值后，输出电压将会产生非线性失真。人们通常用

15、信号频谱纯度来说明输出信号波形接近正弦波的程度，而输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数。6）输出阻抗：信号发生器的输出阻抗视其类型不同而异。低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600(或1 k )，功率输出端依输出匹配变压器的设计而定，通常有50 、75 、150 、600和5k等档。高频信号发生器一般仅有50或75档。当使用高频信号发生器时，要特别注意阻抗的匹配。7）输出电平：输出电平指的是输出信号幅度的有效范围，即由产品标准规定的信号发生器的最大输出电压和最大输出功率及其衰减范围内所得到输出幅度的有效范围。输出幅度可用电压(V，mV， V)或分贝表示。例如XD-1低

16、频信号发生器的最大电压输出为lHz1MHz，>5V，最大功率输出为10Hz700kHz(50 、75 、150 、600 )，>4W。8）调制特性：高频信号发生器在输出正弦波的同时，一般还能输出一种或一种以上的已被调制的信号，多数情况下是调幅信号和调频信号，有些还带有调相和脉冲调制等功能。当调制信号由信号发生器内部产生时，称为内调制，当调制信号由外部加到信号发生器进行调制时，称为外调制。低频信号发生器框图大致工作原理：主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。电压输出端的负载能力很弱，只

17、能供给电压，故为电压输出；振荡信号再经功率放大器放大后，才能输出较大功率。阻抗变换器用来匹配不同的负载阻抗，已获得最大的功率输出。函数信号发生器波形变换网络:振荡电路->整形电路->积分器 正弦波 方波 三角波 图1. 函数信号发生器电路组成图利用二极管整形网络可以实现图1的逆过程。示波器电子示波器简称示波器，它是一种用荧光屏显示电量随时间变化过程的电子测量仪器，主要用来测量信号波形，测量电压、频率、时间等参数，是经典的时域测量仪器。它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和电源等五部分组成。其中，示波管主要由电子枪、偏转系统(X、Y偏转板)和荧光屏三部分组成。 1. 垂直偏转系统

18、：1）输入电路：输入电路由探头、衰减器、阻抗变换器组成。被测信号通过垂直偏转通道加到示波管的Y偏转板上，整个输入电路可以看成一个二端网络，为了不：失真地传输信号，此二端网络应是一个交直流耦合电路，通过该耦合电路后，信号再加到放大器进行放大。下面先说明输入耦合方式，再说明对于大信号必须加入衰减器的情况。 阻容补偿分压器构成的衰减器2）延迟线：当示波器工作在“内”触发状态时，利用垂直通道输入的被测信号去触发水平偏转系统产生扫描电压波，从接受触发到开始扫描需要一小段时间，这样就会出现被测信号到达y偏转板而扫描信号尚未到达x偏转板的情况，为了正确显示波形，必须将接入y通道的 被测信号进行一定的延迟，以

19、便与水平系统的扫描电压在时间上相匹配。通常延迟时间在50200ns之间，这个延迟准确性要求不高，但延迟应稳定，否则会导致图像的水平漂移和晃动。 3）垂直偏转放大器：被测信号经探头检测引入示波器后，微弱的信号必须通过放大器放大后加到示波器的垂直偏转板，使电子束有足够大的偏转能量。 垂直偏转通道放大器可以设计成输入端为单端放大器而在接到示波管之前变换成差动放大器，也可以从输入端到输出端都设计成差动放大器(推挽放大器) 。差动放大器具有抑制寄生信号的能力，不管这种信号是由附近的干扰源通过空间耦合而来，还是通过传导而来。此 外，差动放大器还能大大改善因环境温度、电源电压、晶体管参数等变化引起的漂移。

20、垂直偏转放大是决定了示波器的带宽的一个主要方面，有一下几种扩大通频带的措施：a)选用截止频率高的器件，减少分布电容，选小的集电极电阻。b) 电路中引入负反馈，扩大通频带。负反馈的实质，就是在放大器增益低时，反馈信号也较小，这时放大器的增益比无反馈时下降得较少；当处于中频区时，放大器增益最高，负反馈信号也较大，放大器增益比无反馈时下降得较多。这样使放大器在高频及低频区时，增益下降(相对中频区)得比较慢，相应地使通频带变得较宽。可参见图：c)引入电抗元件补偿，提高放大器的截止频率。2. 阻抗变换器：阻抗变换器一般可由射极跟随器构成。射极跟随器的高输入阻抗使得示波器对外呈现高输入阻抗，射极跟随器的低

21、输出阻抗容易与后接的低阻延迟线相匹配，亦可于发射极接一个电位器，以便微调所显示波形的幅度。线性时基扫描方式可分为连续扫描方式和触发扫描两类。扫频仪频标产生电路频率标记：频率标记是扫频测量中的频率定度 。产生频标的基本方法是差频法，利用差频方式可产生一个或多个频标，频标的数目取决于和扫频信号混频的基准频率的成分。主要有四种方法（模拟法）：差频法、电压比较法、吸收法、选频法。差频法：形成菱形频标，适用于高频扫频仪中。（频标宽度） 所用的频率基准的频率稳定度和准确度较高 频标幅度应基本一致、显示整齐 不包含杂频和泄漏进来的扫频信号 多种频标形式以满足不同的显示和测量需要 电路时延尽可能小以减小频率定

22、度误差1）菱形频标 利用差频法得到，适用于测量高频段的频率特性。对作为基准频率进行限幅、整形和微分，形成含有很多谐波成分的尖脉冲，再和扫频信号混频。2）脉冲频标 由菱形频标变换而来的。将菱形频标送去触发单稳电路并产生输出，整形后形成极窄的矩形脉冲频标，也叫针形频标。宽度较菱形频标窄，在测量低频电路时分辨力更高。 3）线形频标状如一条条极细的垂直亮线，是光栅增辉式显示器特有的频标形式。菱形频标产生原理：频率稳定度很高的1MHz（或10MHz）晶振信号和扫频信号混频，结果将产生差频输出。扫频信号的频率在fmin到fmax范围内反复扫变，当扫频信号的频率自fmin向晶振频率接近时，频差越来越小；当频

23、率扫变到等于晶振频率时，产生零拍差频；而当扫频信号频率向fmax接近时，则频差越来越大。差频信号波形在晶振频率处是中间疏两边越来越密。这个波形经带通滤波器后，差频信号的高频成分被滤掉，只有在晶振频率附近，差频信号的低频成分保留下来，而且离开晶振频率愈远的差频信号幅度衰减愈大。这部分被保留下来的差频信号形状如同一个菱形，常被叫做“菱形频标”。下图中（1）是迭加在被测网络频率特性曲线上的菱形频标，它指出曲线在该点的频率就是晶振信号的频率。频标的“菱形”是差频信号通过滤波器后的包络形状。下图是放大了的菱形频标波形图。系列频标的产生：扫频信号在由低变高过程中，与标准信号产生差频，零差频被取出，形成频标

24、。不断改变标准信号频率，频标将在幅频特性曲线上移动。频率时间测量：1） 时间的定义与标准 ：时间是国际单位制中七个基本物理量之一，基本单位为秒（s）。在一般概念中有两种定义：一是指“时刻”，回答某事件或现象何时发生的;二是指“间隔”，即两个时刻之间的间隔，回答某事件或现象持续多久。2） 频率的定义与标准：周期信号在单位时间（1s）内的变化次数。如果在一定时间间隔T内周期信号重复变化了N次，则频率可表达为f=N/T.电子计数器1. 电子计数法测频原理：若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则根据频率的定义，可知该信号的频率fx=N/T。 通常要取s或其它十进时间，如l0s，0.1s等。电子计数器

25、基本组成 计数法测频误差示意图2. 相位差测量：1） 用示波器测量相位差方法直接比较法椭圆法2） 相位差转换为时间间隔进行测量 模拟直读相位计 数字式相位差计：数字式相位差计又称电子计数式相位差计，这种方法就是应用电子计数器来测量周期T和两同频正弦波过零点时间差3） 相位差转换为电压进行测量4） 零示法测量相位差：零示法又称比较法，其原理如图所示。它是以一精密移相器相移值与被测相移值作比较来确定被测信号间相位差的。测量时，调节精密移相器，使之抵消被测信号间原有的相位差使平衡指示器示零。由精密移相器表针指示可直读两被测信号间的相位差值。图中的平衡指示器可以由电压表、电流表、示波器或耳机等担当，它

26、们应有足够高的灵敏度才有益于提高测量精确度。测量精确度主要决定于精密移相器的刻度误差及稳定性。电压测量1. 模拟式直流电压测量：数字万用表测量、模拟式万用表测量、电子电压表测量、零示法测量直、用示波器测量、微差法测量、2. 交流电压表征和测量方法 表征：峰值，平均值 ，有效值 ， 波形因数 、波峰因数 测量方法 ：测量交流电压的方法很多，依据的原理也不同，其中最主要的是利用交流/直流（AC/DC）转换电路将交流电压转换成直流电压，然后再接到直流电压表上进行测量。根据AC/DC转换器的类型，可分为检波法和热电转换法。根据检波特性的不同，检波法又可以分为平均值检波、峰值检波、有效值检波。 电阻测量

27、1. 直流阻抗：伏安法，直流平衡电桥，数字式直流电阻测试仪，半偏法2. 交流阻抗：三表法（电流表、电压表、功率表），平衡电桥法动态测量电路模块的功能测量、二端口网络参数如S参数线性系统频率特性测量，经典的测量方法是采用正弦点频法， 这是一种静态测量方法，而广为采用的是正弦波扫频测量，即动态测量。正弦点频法又叫逐点测量法，如下图所示。信号源提供可调的正弦波电压；电子毫伏表ui监测被测电路输入电压大小（保持其恒定）；电子毫伏表uo指示被测电路输出电压；双踪示波器用来监测输入、输出电压的波形。测量时，每改变一次信号源频率，都要保持被测输入Ui值不变，测出输出Uo ，同时监测波形不能畸变。当测完一组数据后，做出20lg f曲线。 计算机化虚拟仪器组网测量虚拟仪器技术、智能化测量、数据远程测量-组网1、给定电阻电容元件，自己构建高通、低通、带通或带阻网络设计实验