电子测量仪器PPT全套完整课件

项目1电子测量和仪器的基本理论1234测量的意义和特点电子测量的意义、特点和内容电子测量的方法测量误差的概念下一页返回56测量结果的处理电子测量仪器概述全套PPT课件学习目标了解电子测量的意义、特点和内容掌握电子测量的方法。理解测量误差的概念。掌握测量结果的处理方法。理解电子测量仪器返回任务1测量的意义和特点

1.测量的意义狭义的测量是指人类对客观事物获取其数量概念的认识过程，为了确定被测对象的数量而进行的一系列的实践过程。测量结果＝测量数值×测量单位因此，测量是一种比较过程。测量同一物理量所选单位越大，则测出的数值越小。任务1测量的意义和特点

1.测量的意义广义的测量是指对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。例如，遥感遥测、无损探伤、地质勘探、故障诊断、地震源测定、卫星定位等。其原理可以从其信息获取过程来说明，包括信息的感知和信息识别两个环节。任务1测量的意义和特点

2.测量的特点测量结果的量值由数值(大小及符号)和相应的单位名称两部分组成。在测量过程中，误差是不可避免地存在着的。当表示测量结果时，应将误差标注在测量结果之后，以体现测量结果的可信程度。任务2电子测量的意义、特点和内容

1.电子测量的意义广义的电子测量是指以电子技术为基本手段的一种测量。电子测量可以涉及极宽频率范围内的所有电量、磁量和各种非电量的测量。从某种意义上讲，电子测量的水平可以保证和体现近代科学技术的水平。一个国家的电子测量的水平，已成为衡量这个国家的科学技术水平的重要标志之一。任务2电子测量的意义、特点和内容

2.电子测量的特点速度快范围广准确度高频率范围宽易于实现测量过程自动化、测量仪器智能化易于实现遥测和长期不间断测量任务2电子测量的意义、特点和内容

3.电子测量的内容(1)电信号特性的测量，如波形、频率、时间等。(2)特性曲线的显示，如幅频特性、器件特性等。(3)电能量的测量，如电压、电流和功率等。(4)电路性能的测量，如衰减量、灵敏度等。(5)电路和元器件参数的测量，如阻抗、电感、电容和电子器件参数等。任务3电子测量的方法1.按测量方式分类(1)电信号特性的测量，如波形、频率、时间等。(2)特性曲线的显示，如幅频特性、器件特性等。(3)电能量的测量，如电压、电流和功率等。(4)电路性能的测量，如衰减量、灵敏度等。(5)电路和元器件参数的测量，如阻抗、电感、电容和电子器件参数等。任务3电子测量的方法2.按测量性质分(1)数域测量：对数字系统逻辑特性进行的测量。(2)频域测量：对被测对象在不同频率时的特性(即被测量与频率有函数关系)所进行的测量。(3)时域测量：对被测对象在不同时间的特性(即被测量与时间有函数关系)所进行的测量。(4)随机测量：对随机量进行的测量。任务4测量误差的概念1.测量误差的产生在测量过程中，误差的来源主要有仪器误差、影响误差、理论误差和方法误差、人员误差4种。任务4测量误差的概念2.测量误差的分类（1）系统误差在相同的条件下，对同一个量值进行多次测量，若误差的数值和符号保持恒定，或在条件改变时，按照一定的规律变化的误差称为系统误差。任务4测量误差的概念2.测量误差的分类（2）随机误差在相同的条件下，对同一个量值进行多次测量，每次的测量结果均出现无规律的、随机变化的误差称为随机误差（或称偶然误差）。任务4测量误差的概念2.测量误差的分类（3）过失误差在一定条件下，当测量值明显偏离实际值时所对应的误差称为过失误差。这种误差并不是由测量仪器本身造成的，而是由在测量过程中的疏忽造成的。任务4测量误差的概念3.测量误差的表示方法（1）绝对误差（2）相对误差定义：修正正：任务5测量结果的处理1.测量结果的表示方法测量结果以数字形式表示应包括两部分：数值(包括数值前的正负号)和计量单位，如12.87mV，12300Hz，1.598dB等。任务5测量结果的处理2.有效数字0.5误差原则。具体来讲是：如果末位数字是个位，那么包含的绝对误差值不大于0.5；如果末位数字是十位，那么包含的绝对误差值不大于5……。有效数字是指对于不大于末位数字一半的数，从左边第一个不为零的数字开始，一直到右边最后一位数字结束的所有各位数字的位数。任务5测量结果的处理3.数字的舍入规则——“四舍六入五凑双”(1)如果舍掉部分的数值大于保留部分的末位的半个单位，那么末位数值加1。(2)如果舍掉部分的数值小于保留部分的末位的半个单位，那么末位数值不变。(3)如果舍掉部分的数值等于保留部分的末位的半个单位，那么末位数值凑成偶数。任务6电子测量仪器概述1.电子测量仪器的种类通用仪器和专用仪器通用仪器分电平测量仪器、信号发生器、信号分析仪、网络特性测量仪、电子元器件测试仪，时间、频率和相位测量仪，逻辑分析仪、电波特性测试仪、辅助仪器。任务6电子测量仪器概述2.电子测量仪器的发展过程发展过程：(1)模拟仪器阶段。(2)数字仪器阶段。(3)智能仪器阶段。(4)虚拟仪器阶段。发展方向：近些年来，随着电子测量仪器的应用领域不断扩大，各学科、各领域之间的知识与技术往往是相辅相成、相互促进的。其他学科领域对电子测量技术的大量运用对电子测量技术起到了巨大的推动作用。测量技术与计算机网络技术也以非常快的速度走向融合。项目习题1.什么是测量？什么是电子测量？2.电子测量的特点有哪些？3.简述电子测量的内容。4.简述电子测量的方法。5.测量误差分为哪几类，分别是什么？6.简述测量误差的产生原因。7.电子测量仪器分为哪几类？项目2电压表1234电压表概述模拟电压表数字电压表数字万用表下一页返回5电压表的选用任务1电压表概述

1.电压表的特点测量精确度高抗干扰能力强测量范围广测量电压频率范围宽测量电压波形多样输入阻抗高2.交流电压的基本参数峰值和振幅值平均值有效值波形印数和波峰因数任务2模拟电压表

1.电压信号的测量(1)直流电压信号。只需测出其大小值、确定其电压极性。(2)交流电压信号。在测量时要考虑的问题较多，如波形、频率、交直流分量叠加等。

2.模拟电压表的分类（1）检波-放大式：这种电压表对输入的被测信号先检波再进行直流放大。

2.模拟电压表的分类（2）放大-检波式：这种电压表对输入的被测信号先进行放大再进行检波。

2.模拟电压表的分类（3）外差式：首先将被测交流信号输入电路，在混频器中与本机振荡信号混频，得到频率固定的中频信号，然后经中频放大器放大，再进入检波器变换成直流电压，从而推动表头显示。外差式电压表又称为高频微伏表。

3.均值电压表频响误差、检波特性变化引起的误差、噪声误差

4.峰值电压表

5.有效值电压表（1）分段逼近式有效值检波器

5.有效值电压表（2）热电转换式有效值电压表

5.有效值电压表（3）计算式有效值电压表任务3数字电压表1.工作原理（1）比较型DVM。比较型DVM把被测电压与基准电压进行比较，以获得被测电压的量值，是一种直接转换方式。(2)积分型DVM。积分型DVM是利用积分原理首先把被测电压转换为与之成正比的中间量——时间或频率，再利用计数器测量该中间量，它是一种间接转换方式。(3)复合型DVM。复合型DVM是将比较型和积分型结合起来的一种类型，2.主要技术指标1）测量范围(1)量程。表示电压表所能测量的最小和最大电压范围。(2)显示位数。是指DVM能够完整显示0～9这10个数码的位数，称为完整显示位。(3)超量程能力。是指DVM能测量的最大电压超过其量程值的能力。。2.主要技术指标2）分辨力：是指DVM能够显示输入电压最小变化值的能力，即显示器末位跳变一个单位所需的最小电压变化值。3）测量误差2.主要技术指标4）输入电阻和输入偏置电流数字电压表具有比较高的输入电阻，一般不小于10MΩ，输入偏置电流是指仪器内部产生的表现于输入端的电流，应尽力使该电流减小。5）抗干扰特性：按干扰作用在仪器输入端的方式，分为串模干扰和共模干扰。6）测量速度：它表示DVM每秒钟对被测电压的测量次数或一次测量所需要的时间。3.A/D转换器的工作原理1）逐次比较式A／D转换器逐次比较式A／D转换器在转换过程中，用被测电压与D／A转换器输出的标准电压进行比较，并用比较结果控制D／A转换器的输入，使其输出电压大小向被测电压靠近，直到两者趋于相等为止。此时D／A转换器的输入量(比较寄存器的输出量)即A／D转换器的输出数字量。3.A/D转换器的工作原理2）双积分式A／D转换器工作过程是：在同一个测量周期内，首先对被测直流电压Ux在限定时间T1内进行定时积分，然后切换积分器的输入电压，再进行定值反向积分，直到积分器输出电压等于零为止。。4.数字电压表的自动功能1）自动校零自动校零可采用硬件方法或软件方法。其中，硬件方法电路复杂，但速度快；软件方法电路简单，但速度较慢。2）自动转换量程自动转换量程包括降量程和升量程。任务4数字万用表1.特点一般的DVM所具有的准确度高、数字显示、读数迅速准确、分辨力高、输入阻抗高、能自动调零、自动转换量程等优点外，体积小，可靠性好，测量功能齐全，操作简便。不足之处：不能反映被测量的连续变化过程和变化的趋势2.基本结构3.测量电路电压测量电路3.测量电路电流测量电路3.测量电路电阻测量电路任务5电压表的选用1.电压表的选用原则（1）根据被测电压的种类(如直流、交流、脉冲、噪声等)，选择电压表的类型。（2）根据被测电压的大小，选择量程适宜的电压表。（3）保证被测电压的频率不超出所选电压表的频率范围。（4）在其他条件相同的情况下，应尽量选择输入阻抗大的电压表。（5）当测量非正弦波电压时，应根据被测电压波形的特征，适当选择电压表的类型(峰值型、均值型或有效值型)，以便正确理解读数的含义及对读数进行修正。（6）注意电压表的误差范围，包括固有误差及各种附加误差，以保证测量精确度的要求。2.电压表的正确使用（1）正确放置电压表。（2）测量前，要进行机械调零和电气调零。（3）有的电压表在电气调零后要进行满刻度校正。（4）注意被测电压和电压表间的连接。（5）正确选择量程。（6）注意输入阻抗的影响。（7）为了防止外界电磁场的干扰，除了应选择抗干扰能力强的电压表、用高频同轴电缆连接信号外，对于微伏级的电压测量应在屏蔽室内进行。（8）测量电阻时，数字万用表的内部电压极性是红表笔为“+”，黑表笔为“-”，而模拟万用表却恰好相反，用它来判断有关电路时应注意。项目习题（部分）1.常用的模拟电压表和数字电压表各分为几类?2.用全波均值电压表分别测量频率相同的正弦波、三角波和方波电压，若示值均为1V，试计算各种波形电压的平均值、有效值和峰值各为多少。项目3信号源1234信号源概述正弦信号发生器函数信号发生器频率合成器下一页返回任务1信号源概述活动1.信号源的概念信号源又称为信号发生器，是能够为电子测量提供符合一定技术要求的电信号的设备。信号源是电子测量中使用最广泛的、最基本的电子仪器之一。(1)信号仿真。(2)信号激励。信号源可为某些电气设备产生一个激励信号，如激励扬声器发出声音等。(3)校准源。标准信号源可以作为校准源，用来对一般信号源或其他测量仪器进行校准。活动2.信号源的分类1.按信号的基波频率分类2.按信号的波形分类按信号的波形分类，信号源可分为正弦信号发生器、函数信号发生器、扫频信号发生器、脉冲及数字信号发生器、调制信号发生器、噪声及伪随机信号发生器和任意波形发生器等。3.按其他特性分类按是否利用频率合成技术来区分，可将信号源分为频率合成式与非频率合成式两大类。按是否可接受编程控制，分为可程控仪器与非可程控仪器按仪器结构和工作场合，分为台式、装架叠放式、便携式、手持式和模块式等。按系统使用的总线，分为GPIB式、VXI式和USB式等。活动3.信号源的主要技术指标１.输出频率方面相对误差：频率稳定度：经过一定的预热时间之后，信号源在规定时间内频率的相对变化。老化率：阿伦方差：反映频率在短时间内变化的常用指标。输出频率范围：频率分辨力：信号源能够精确控制的频率可改变量。2.输出幅度方面输出幅度范围是指信号源在保证波形失真度等技术指标的情况下的输出幅度的范围。输出幅度标称值的准确程度常用输出幅度的绝对误差与标称值之比来衡量，也可把这个比值转化为用分贝表示。3.输出波形方面输出波形方面的技术指标经常包含很多信号源在输出波形方面的功能描述。4.其他技术指标信号源除了输出频率、幅度和波形三个方面的技术指标以外，其他技术指标也不少。任务2正弦信号发生器活动1.低频信号发生器1.技术指标2.组成原理(1)主振器。用来产生低频的正弦波信号，并实现频率调节功能。(2)电压放大器：用来放大主振器产生的振荡信号，满足信号发生器对输出信号幅度的要求，并将振荡器与功率输出器隔离，防止因输出负载变化而影响振荡频率的稳定。功率放大器：提供足够的输出功率。2.组成原理(3)输出衰减器：用来调节输出电压，使之达到所需要的值。通常，低频信号发生器采用连续衰减器和步级衰减器配合进行衰减。阻抗变换器：用来使输出端在连接不同的负载时都能得到最大的输出功率。(4)监测电压表。用来监测振荡器输出电压的大小，或监测输出功率。活动2.高频信号发生器

高频信号发生器，是指向各种高频电子设备和电路提供高频信号能量或高频标准信号的信号源，可以用来测试电气性能，如接收机灵敏度、选择性等。2.主要技术指标2.组成原理(1)主振级。用来产生具有一定频率调节范围的高频正弦波信号。(2)缓冲级。用来放大主振级输出的高频信号，并在主振级和后续电路间起隔离作用，以提高振荡频率的稳定性。(3)调制信号发生器。高频信号发生器的调制信号发生器有内调制信号和外调制信号两种。外调制和内调制的转换可以通过开关控制。2.组成原理(4)调制级。载频的调幅调制级通常在末级或末前级进行，这样能减小由于放大器的非线性所产生的高次谐波输出。(5)输出级。作用有3点：①衰减、放大及调制输出信号，使信号发生器输出电平有足够的调节范围；②滤除不需要的频率分量；③保证输出端有固定的50Ω输出阻抗。(6)可变电抗器。用来与主振级的谐振电路耦合，使主振级产生调频信号。活动3.正弦信号发生器的主要技术特性1.频率特性(1)有效频率范围。是指在各项指标都能得到保证的情况下，信号发生器的输出信号频率范围。(2)频率准确度。是指信号发生器输出频率的实际值与频率显示值之间的相对误差。(3)频率稳定度。是指信号发生器在一定时间内维持其输出信号频率不变的能力。2.输出特性(1)输出电平。是指输出信号幅度的有效范围，可用相对电平(dB)或绝对电平(V，mV，μV)表示。(2)输出电平准确度。是指信号发生器输出电平的实际值与显示值之间的相对误差，通常在±(3％～10％)范围内。(3)输出阻抗。低频信号发生器电压输出端的输出阻抗一般为600Ω(或1kΩ)，高频信号发生器一般仅有50Ω或75Ω挡。3.调制特性(1)调制信号。调制信号既可以是由内调制振荡器产生的，也可以是由外部输入的。同时，调制信号的频率既可以是固定的，也可以是连续调节的。(2)调制类型。信号发生器中的调制类型一般有调幅、调频和脉冲调制等几种。(3)调制系数的有效范围。是指在保证信号发生器的各项指标正常的情况下，所得到的调制系数的最大范围。活动4.典型产品介绍1.主要技术参数2.操作方法(1)选择频率(2)输出电压(3)输出功率(4)过载保护(5)交流电压表任务3函数信号发生器活动1.函数信号发生器的概念函数信号发生器是能够输出正弦波、方波、三角波、锯齿波等多种波形信号的信号发生器，由于这些输出波形均可用数学函数描述，故称为函数信号发生器。其中，正弦波、方波、三角波是最为常用的3种波形。有的函数信号发生器还具有调制功能，可以进行调幅、调频、调相、脉冲调制和压控振荡器（VCO）控制。活动2.函数信号发生器的工作原理1.由方波产生三角波、正弦波首先由双稳态触发器产生方波信号；然后用积分器将方波信号变为三角波信号；再用函数变换网络将三角波信号变换成正弦波信号。2.由正弦波产生方波、三角波首先采用文氏桥振荡器产生很好的正弦波，频率在20Hz～20kHz范围内，谐波失真度可小于0.1％；然后把正弦信号送至整形电路限幅，再经微分、单稳态调宽、放大，便得到幅度可调的正负矩形脉冲，且其宽度可在0.1～10000μs范围内连续调节，脉冲前沿小于40ns；再把负矩形脉冲送至锯齿波形成电路，从而得到扫描时间可连续调节的锯齿波信号。3.由三角波产生方波、正弦波在一些新型的晶体管化和集成化的函数发生器中，也可采用正、负电流源对积分电容充放电，可以产生线性很好的三角波。然后，三角波再经正弦波形成网络，可输出正弦波。最后，三角波、方波和正弦波信号经选择开关送往输出放大器放大后输出。输出端接有衰减器，调整输出电压的大小。活动3.典型产品介绍1.主要技术参数2.操作方法(1)按下“电源”按钮，接通电源，预热5～10min。(2)按下“内测外测”按钮，处于“内测”位置，频率显示器即显示输出信号频率。(3)按下“波形”按钮，选择想要输出的信号波形。(4)按下“频率选择”按钮，进行频率粗调。旋转“频率调节”旋钮，进行频率细调。(5)按下“衰减dB”按钮衰减输出信号(输出幅度粗调)。2.操作方法(6)若输出波形为方波，可将“脉宽调节”旋钮拉出并旋转，调节输出矩形波的占空比。(7)将开路电缆接至“输出”插座，即可输出信号。(8)在“输入”插座接一输入信号，并将“内测外测”按钮弹起，则频率显示器显示输入信号的频率，此时函数信号发生器相当于一台频率计，可以测量外部输入的信号频率。任务4频率合成器活动1.技术指标和分类1.频率合成器的技术指标(1)相位噪声。单边带相位噪声是指在一侧边带中偏离载波f0一定频率，在1Hz带宽内噪声功率频谱的积分与载波加边带功率之和的比。(2)谐波频谱及杂散频谱。谐波频谱是指基波整数倍频率的频谱。杂散频谱是指谐波以外的离散频谱。(3)频率转换时间。是指信号源从一个频率转换到另一频率所需的时间。2.频率合成器的分类频率合成器的发展大致可分为3个阶段：第一阶段是模拟直接合成技术；第二阶段是间接合成技术(又称锁相合成技术)；第三阶段是数字直接合成技术。其中，模拟直接合成法和数字直接合成法统称为直接合成法。2.频率合成器的分类(1)模拟直接合成。是指将一个或多个基准频率，通过倍频、分频、混频技术实现算术运算(加、减、乘、除)，合成所需频率，并用窄带滤波器将其选出。(2)间接合成。也叫锁相合成，是指通过锁相环来完成频率的加、减、乘、除运算，得到所需频率。(3)数字直接合成。以合成正弦波为例，数字直接合成法首先把一个周期的正弦波按一定的相位间隔分成若干离散点，求出相应点的正弦函数值；再将这些数值依次写入ROM中，构成一个正弦表。活动2.锁相式频率合成器1.锁相环的工作原理1.锁相环的工作原理一个基本的锁相环是由鉴相器(PD)、低通滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)组成的。鉴相器用于将输入信号和输出信号的相位进行比较，然后输出与两信号的相位差成正比例的误差电压；低通滤波器用来滤除误差电压中的高频分量和噪声，以保证环路所要求的性能，并提高系统的稳定性；压控振荡器用来接受滤波器输出电压的控制，使其振荡频率向输入信号的频率靠近，直至锁定。2.常用基本锁相单元(1)倍频式锁相环。倍频式锁相环的输出频率为基准频率的整数倍。脉冲倍频环的基准频率通常由石英振荡器产生，经过脉冲形成电路形成脉冲供给鉴相器。数字倍频环是在基本锁相环的反馈支路中加入了数字分频器。2.常用基本锁相单元(2)分频式锁相环。分频式锁相环对基准频率进行分频。2.常用基本锁相单元(3)混频式锁相环。混频式锁相环通常对基准频率做一些加减运算。3.多环合成单元由基本锁相单元单独构成的信号源称为单环合成单元。由两个或两个以上基本锁相单元构成的锁相电路称为多环合成单元。活动3.直接数字频率合成器1.DDFS的工作原理2.频率分辨率和输出频率(1)频率分辨力。在不少DDFS型频率合成器中，不用相位码而用相位码高位作为波形存储器地址，这主要是为了进一步提高频率分辨力。(2)输出频率。目前使用较多的仍是锁相式频率合成器。活动4.任意波形发生器1.AWG的产生AWG是指能产生所要求的任意波形的信号源。与以往的频率合成器不同，AWG除了具有信号源的共有技术指标和放大、衰减等有共性的电路之外，还有它特有的功能要求和技术指标。例如，它区别于其他信号源的一项功能就是可以提供很方便的波形设置方法。2.AWG的技术指标(1)最高采样率。指输出波形中采样点的最高速率。(2)幅度分辨率。用来表示AWG所能表现的幅度细小变化的程度。(3)波形存储器容量。也叫波形存储器深度，是指每个通道能存储的最大点数。(4)通道的数目。多通道的AWG更容易表现复杂波形，所以通道数目是AWG中很重要的参数。3.任意波形数据的建立方法(1)直接绘图输入。(2)表格法。(3)波形直接输入。(4)数学表达式。(5)逐点输入与内插法配合。项目习题（部分）1.简述信号发生器的概念及作用。2.正弦信号发生器的主要性能指标有哪些?各具有什么含义？3.脉冲信号发生器与数字信号发生器有何区别?4.低频信号发生器由哪几部分组成?各单元的功能是什么?5.高频信号发生器输出信号的调制方式一般有哪两种?在这两种调制方式下，主振级各输出什么波形?项目4示波器1234示波器概述通用示波器数字存储示波器通用示波器的选用下一页返回5示波器的基本测量方法任务1示波器概述活动1.示波器概述示波器是电子测量中最常用的一种仪器。它既可以直观地显示电信号的时域波形图像，并根据波形测量信号的电压、频率、周期、相位和调幅系数等参数，也可间接观测电路的有关参数及元器件的伏安特性。根据目前发展的现状，示波器主要分为模拟示波器和数字示波器两种，进一步可分为以下几类：通用示波器(包括简易示波器、慢扫描示波器、多线示波器和多踪示波器等)、取样示波器、存储示波器和特种示波器等。活动2.示波器的工作原理1.阴极射线示波管示波器将电信号波形转换成人眼能直接观察的图像，是通过其核心部件——阴极射线示波管——来实现的。它的电气结构包括3个部分：电子枪、偏转系统和荧光屏。整个密封在玻璃壳内，成为大型的电真空器件。就其用途而言，它是把电信号变成光信号的转换器。2.波形显示原理示波器之所以能用来观测信号波形是基于示波管的线性偏转特性，也就是电子束的偏转距离正比于加到偏转板上的电压大小。电子束沿垂直和水平两个方向的运动是相互独立的，打在荧光屏上亮点的位置取决于同时加在两对偏转板上的电压。扫描、波形显示、同步扫描过程中的增辉X-Y显示方式活动3.示波器的结构１.示波器的水平系统产生并放大一个与时间呈现线性关系的锯齿波电压，该电压使电子束沿水平方向随时间线性偏移，形成时间基线；选择适当的触发或同步信号，并在此信号作用下产生稳定的扫描电压，以确保显示波形的稳定；产生增辉或消隐信号，控制示波器的Z通道。现代通用示波器的X通道至少包括触发整形电路、扫描发生器和X放大器电路。2.示波器的垂直系统Y通道要探测被测信号，并对它进行不失真地衰减和放大；还要具有倒相作用，以便将被测信号对称地加到Y偏转板。另外，为了和X通道相配合，Y通道还应有延时功能，并能向X通道提供内触发源。输入电路延迟线放大器触发放大电路3.示波器的主机系统示波器的主机系统包括高/低压电源、阴极射线示波管及其显示电路、Z轴电路和校准信号发生器等。(1)高/低压电源。低压电源为示波器中的电子线路提供所需的直流电压。(2)显示电路。显示电路包括阴极射线示波管和为示波管各个电极提供电压的电路、光迹旋转电路及Z轴电路。(3)校准信号发生器。任务2通用示波器活动1.工作过程将被测信号经探头加到示波器的Y输入端，经衰减、前置放大和倒相后，再经延迟线延迟时间和Y后置放大器放大，输出足够大的推挽信号，然后加在示波管的垂直偏转板上，以控制电子束作垂直方向的偏转。活动2.多波形显示所谓多波形显示，就是在同一台示波器上“同时”显示多个既相关又相互独立的被测信号波形。1.双线示波器双线示波器是把两个相互独立的电子枪和偏转系统封装在同一个示波管内，利用同一荧光屏加以显示。2.双踪示波器使用单束示波管，利用Y轴电子开关，采用时间分割的方法轮流地将两个信号接至同一垂直偏转板，实现双踪显示。活动3.通用示波器的正确使用1.使用要点辉度聚焦：应使用光点聚焦，不要用扫描线聚焦。测量连接探头：目前，常用的探头是无源探头，灵敏度稳定度2.仪器使用前的自校(1)光迹水平位置调整。调节示波器，使之出现清晰的扫描基线。(2)仪器自校及探头补偿。用本仪器附件中的探头接到CH1连接插座，探头钩在校准信号输出插座上，垂直方式开关置于CH1，调节CH1移位、X移位及其他控制装置。3.基本操作步骤（1）开机前，检查电源电压与仪器的工作电压是否相符，若不符合禁止使用。（2）开机预热，调节辉度和聚焦旋钮使亮度适中，聚焦最佳。（3）使用前，使用仪器内部的探头校准信号进行校准。（4）根据被测信号，选择正确的输入耦合方式、触发方式、扫描工作方式和垂直工作方式。（5）根据被测信号的电压和周期，选择适当的Y轴灵敏度和X轴扫描速度。（6）调节垂直位移和水平位移，使波形在示波管屏幕的有效面积内进行测量。任务3数字存储示波器活动1.工作原理活动2常见功能活动3特点活动4主要技术指标活动5显示方式活动1.工作原理1.取样与A／D转换(1)取样。将连续波形离散化是通过取样来完成的，取样可分为实时取样和等效实时取样(非实时取样)两种方式。取样方式主要取决于取样脉冲的产生方法。（2）A/D转换。A／D转换器是波形存储的关键部件，它决定了示波器的最高取样速度、存储带宽和垂直分辨力等多项指标。目前，A／D转换的形式有逐次比较型、并联型、串并联型以及CCD器件与A／D转换器相配合的形式等。2.数字时基发生器数字时基发生器用于产生取样脉冲信号，以控制A／D转换器的取样速度和存储器的写入速度。当示波器工作于实时取样状态时，时基发生器相当于扫描时间因数控制器，它实际上是一个时基分频器，先由晶振产生时钟信号，再用若干分频器将其分频，即可得到各种不同的时基信号。由该信号来控制A／D转换器，即可得不同的取样速度。3.地址计数器用来产生存储器的地址信号，它由二进制计数器组成。计数器的位数由存储长度来决定。4.存储器为了实现对高速信号的测量，应该选用存储速度较高的RAM。5.预置触发功能预置触发功能含有延迟触发和负延迟触发两种情况。活动2.数字示波器的常见功能数字示波器大多具有模拟示波器的基本功能，如基本显示波形的功能、XY工作模式、基本触发方式等。数字示波器比模拟示波器增加了多种有用的功能，最常见的有自动标定、自动参数测量、波形和设置状态的存储、接口总线及输出打印、显示平均及曲线拟合(内插方法)、带宽滤波器接入、触发工作模式及触发条件选择、光标测量。活动3.数字存储示波器的特点(1)对波形的取样、存储与波形的显示可以分离。(2)能长期存储信号。(3)具有先进的触发功能。(4)具有很强的处理能力。(5)便于观测单次过程和缓慢变化的信号。(6)具有多种显示方式。(7)可用字符显示测量结果。(8)便于程控和用多种方式输出。(9)便于进行功能扩展。(10)实现多通道混合信号测量。(11)便携式示波器。活动4.数字存储示波器的主要技术指标1.最高取样速度最高取样速度是指单位时间内取样的次数，也称数字化速度，用每秒钟完成的A／D转换的最高次数来衡量，常以频率来表示。2.存储带宽由A／D转换器的最高速度决定。存储带宽主要反映在最大数字化速度(取样速度)时还要能分辨多位数(精确度要求)。3.分辨力分辨力是指示波器能分辨的最小电压或最小时间增量，即量化的最小单元。4.存储容量：又称记录长度。与水平分辨力在数值上互为倒数。它以采集存储器(主存储器)的最大存储容量来表示，常以字(Word)为单位。5.读出速度：是指将数据从存储器中读出的速度，常用(时间)／div来表示。活动5.数字存储示波器的显示方式1.存储显示存储显示是数字存储示波器最基本的显示方式。它显示的波形是由一次触发捕捉到的信号片断，即在一次触发形成并完成信号数据存储之后，通过控制存储器的地址依次将数据读出，再经D／A转换稳定地显示在显示器屏幕上。存储显示根据读出方法的不同，可分为CPU控制方式和直接控制方式。2.双踪显示与存储方式密切相关。存储时，为了使两条复现的波形在时间上保持原有的对应关系，常采用交替存储技术。3.锁存和半存显示锁存显示就是把一幅波形数据存入存储器之后，只允许从存储器中读出数据进行显示，不准再写入新数据。半存显示是指波形被存储之后，允许存储器奇数(或偶数)地址中的内容更新，但偶数(或奇数)地址中的内容保持不变。4.滚动显示滚动显示是数字存储示波器一项很有特点的显示方式。它的表现形式是被测波形连续不断地从屏幕右端进入，从屏幕左端移出。5.插值显示一般情况下，数字存储示波器屏幕显示的波形由一些密集的点构成，称为点显示。任务4通用示波器的选用活动1.根据被测信号的特性选择如果只定性观察一般的正弦波或其他重复信号的波形，当频率不高时，可选用普通示波器或简易示波器等，并要求其扫描时间应能显示适当周期数目的信号。如果观察非周期信号或宽度很小的脉冲信号，应当选用具有触发扫描或单次扫描的宽频带示波器，扫描速度的选取应能使显示的脉冲信号占有荧光屏的大部分。如果观察快速变化的非周期性信号，则应选用高速示波器。如果观察低频缓慢变化的信号，可选用低频示波器或长余辉慢扫描示波器。如果需要对两个被测信号进行比较，则应选用双踪示波器。如果需要同时观测多个被测信号，则应采用多Y通道的示波器，如四踪的或八踪的。如果希望对被测信号波形的局部突出显示，则可采用双时基示波器，利用延迟扫描功能来突出显示其局部。如果希望波形存储起来以供事后进行分析研究，可选择数字存储示波器。活动2.根据示波器的性能选择(1)频带宽度和上升时间。(2)垂直灵敏度。决定了对被测信号在垂直方向的展示能力。一般地，通用示波器的最高灵敏度可达10～20mV／div(3)输入阻抗。是被测电路的额外负载，(4)扫描速度。决定了在水平方向对信号的展示能力。任务5示波器的基本测量方法活动1.模拟示波器的测量方法1.电压测量电压测量方法是先在示波器屏幕上测出被测电压的波形高度，然后与相应通道的偏转因数相乘即可。直流电压测量的测量方法如下：（1）先将示波器各旋钮调到工作状态，使之出现扫描线，然后调节Y轴“移位”旋钮使扫描线位于荧光屏幕中间。(2)确定被测电压的极性。接入被测电压，将耦合方式开关置于“DC”，注意扫描光迹的偏移方向。若光迹向上偏移，则被测电压为正极性，否则为负极性。(3)将耦合方式开关再置于“j”，然后按照直流电压极性的反方向，将扫描线调到荧光屏刻度线的最低或最高位置上，并定为零电平线，此后不再动Y“移位”旋钮。(4)测量直流电压值。将耦合方式开关再拨到“DC”位置上，选择合适的Y轴偏转因数(V／div)，使屏幕尽可能多地显示覆盖垂直分度，以提高测量准确度。2.时间测量时间测量包括测量信号周期、脉冲宽度和前后沿等。当用示波器测量时间时，应注意时基因数的微调应置于“校准”位置(顺时针旋到底)，同时还要注意有没有扫描扩展。(1)测量正弦波周期。(2)测量两个脉冲信号的时间差。3.比值测量活动2.数字存储示波器的测量方法1.进行光标测量(1)测量脉冲上升时间。(2)测量脉冲上冲幅值。2.捕捉单次信号步骤如下：调整“V／div”和“s／div”旋钮，为观察的信号建立合适的垂直与水平范围；按下取样按钮，以显示采集菜单；按下峰值检测按钮；按下触发菜单按钮，以显示触发菜单；按下触发方式按钮，以选择单次触发；按下斜率按钮，以选择上升沿；旋转电平旋钮，以调整触发电平至继电器的打开电压与关闭电压的中间值。活动3.仪器操作和管理注意事项不少仪器，特别是进口或出口仪器，都可以选择采用交流220V或110V供电，一般由转换开关或熔断丝(保险丝)进行位置切换。在使用仪器前，要仔细阅读使用说明书，特别是要遵守说明书中对安全操作的提示。项目习题（部分）1.示波管由哪些部分组成，各部分的作用是什么?2.通用示波器应包括哪些基本单元?各有何功能?3.如果扫描正程时间是回程时间的4倍，要观察频率为2000Hz的正弦波电压的4个周期，连续扫描的频率应该是多少?4.如果被测信号(设为正弦波)的频率为600Hz，而线性扫描电压的频率为400Hz，试绘出荧光屏上所显示的波形图。项目5电子计数器1234电子计数器的概念电子计数器的测量原理电子计数器的误差分析通用计数器的使用注意事项下一页返回56两种典型通用电子计数器电子计数器的前景学习目标了解电子测量的概念、技术性能和基本组成。掌握电子计数器的测量原理、误差分析。理解通用计数器的使用注意事项。掌握两种典型的通用电子计数器。理解电子计数器的前景。返回任务1电子计数器的概念活动1.电子计数器的概念“时间”一般有两种含义：一是指“时刻”，用于指明某现象在何时发生；二是指“间隔”，即两个时刻之间的间隔，用于指明某现象持续多长时间。频率和时间的测量方法较多，示波器是通过显示波形测量信号的周期与频率的，但采用最多且最基本的方法为计数器法，所使用的仪器是电子计数器。按照其测试功能的不同，电子计数器可分为以下3类。（1）通用计数器。通常指多功能计数器，它一般都具有测量频率、周期、频率比、时间间隔和累加计数等功能。配以适当的转换插件，还可扩展其测试功能。（2）频率计数器。频率计数器通常只具有测频和计数功能。测量高频和微波频率的计数器多属此类。（3）计算计数器。它是一种带有微处理器的具有计算功能的计数器，除了具有通用计数器的功能外，还能进行数学运算、求解比较复杂的方程等。活动2电子计数器的技术性能1.测试功能测试功能通常包括测量频率、测量周期、测量频率比、时间间隔、累加计数和自校等。2.测量范围不同的测量功能，其测量范围含义也不同。例如，测量频率时指频率的上、下限，测量周期时指周期(时间单位)的最大、最小值。3.输入特性电子计数器一般有2～3个输入通道，各个通道有着不同的特性。具体有输入灵敏度、输入耦合方式、输入阻抗、最大输入电压。4.测量准确度电子计数器的测量准确度一般用测量误差来表示，由实际误差和计数误差共同决定。5.显示及工作方式（1）显示位数。显示位数指电子计数器显示的数字位数。（2）显示时间。显示时间指一次测量结束显示测量结果的持续时间，显示时间通常可调节。（3）显示方式。电子计数器的显示方式一般分为有记忆显示和不记忆显示两种方式。6.闸门时间和时标机内标准时间信号源提供的标准时间信号包括闸门时间信号和时标信号两种，可以有多种选择。7.输出电子计数器可以输出标准时间(频率)信号的种类、输出数据的编码方式及输出电平等。活动3电子计数器的基本组成通用电子计数器的基本电路主要包括A、B输入通道，主门，时基单元，控制单元，计数与显示单元等。1.A、B输入通道输入通道的作用是将被测信号进行幅度调整、波形整形和阻抗变换，使其变换为标准脉冲。（1）A输入通道。A输入通道是计数(脉冲)信号的输入电路（2）B输入通道。B输入通道是闸门时间信号的通路，用于控制主门是否开通。2.主门主门又称闸门，它控制计数脉冲信号能否进入计数器。主门电路是一个双输入端逻辑与门。3.时基单元时基单元主要由晶体振荡器、分频及倍频器组成，产生标准时间信号。4.控制单元控制单元能产生各种控制信号去控制和协调通用计数器各单元的工作，以使整机按一定的工作程序自动完成测量任务。5.计数与显示单元本单元对主门输出的脉冲计数，并以十进制数字显示计数结果。通常它由二-十进制计数器、译码器和数字显示器等组成。任务2电子计数器的测量原理活动1.测量频率频率是指一个周期性过程在单位时间内重复的次数。当测量同一个信号的频率时，若闸门时间增加，测量结果不变，但有效数字的位数增加，因而提高了测量精确度。活动2测量周期周期是频率的倒数，因此，在测量周期时，可以把测量频率时的计数信号和门控信号的来源相对调来实现。为了提高测量精确度，还可采用多周期法(又称周期倍乘)，周期倍乘率(K)的改变与显示屏上小数点位置的移动同步进行，使用者无须对计数结果进行换算，即可直接读出测量结果。活动3测量频率比电子计数器测量频率时也是测量频率比，只是其中一个频率是标准频率。当被测信号由B通道输入时，经(放大)整形后控制主门的启闭，门控信号的脉宽等于B通道输入信号的周期；当被测信号由A通道输入时，经(放大)整形后作为计数脉冲，在主门开启时送至计数器计数，直接显示测量结果。活动4累加计数累加计数是指在给定的时间内，对输入的脉冲进行累加计数。当累加计数时，门控电路改用人工控制。门控电路被启动后，主门开启，输入脉冲通过主门进入计数器累加计数；门控双稳态电路被复原后，主门关闭，计数停止。显示屏直接显示累加计数的总和。活动5测量时间间隔对于周期相同的两路信号，将开关S闭合，将触发沿选择开关选择相同极性，就可依据输入的一路信号测出信号周期；再将开关S断开，分别输入两路被测信号，触发沿选择开关仍选相同极性，就可测出两路信号的相同边沿穿过触发电平的时间差t,则可得两路信号间的相位差。活动6自校在正式测量前，为了检验仪器工作是否正常，一般电子计数器都设有自校功能。自校的原理与测量频率的原理基本相同。晶振产生的标准信号(或经分频、倍频)代替测频时的被测信号，以完成自校任务。整个自校过程实质是在给定的闸门时间内对已知的时标信号进行计数，计数结果是可以预知的。任务3电子计数器的误差分析活动1.误差来源1.量化误差量化误差又称计数误差，产生的原因是主门的开启和计数脉冲的到达在时间关系上是随机的。量化的结果只能取整数，故这种误差的极限是±1个数码，称为量化误差，又称±1误差。2.标准频率误差在测量频率和时间时，电子计数器都是以晶体振荡器产生的各种标准时间信号为基准的。显然，若标准时间信号不准或不稳定，则会产生测量误差，此误差称为时基误差或标准频率误差。3.时基单元转换过程中存在各种干扰和噪声的影响，用做整形的施密特电路进行转换时，电路本身的触发电平还可能产生漂移，从而引入触发误差。误差的大小与被测信号的大小和转换电路的信噪比有关。活动2频率测量误差分析频率测量误差主要由量化误差决定。频率测量误差与被测信号的频率和闸门时间有关。当被测信号的频率一定时，增大闸门时间就可以减小测频误差，或者说增大计数结果，即可减小测频误差。活动3周期测量误差分析电子计数器测量周期是利用被测信号或被测信号的若干倍形成闸门，而用标准信号形成时标，通过在闸门时间内对时标信号的计数来确定被测信号的周期。与测量频率的过程类似，计数值不完全准确及时标信号的周期略有误差都会造成测周误差，这是测量周期的基本误差。任务4通用计数器的使用注意事项活动1.避免计数和显示值错误在讨论测频和测周误差时已经证明，适当加大计数值，能减小误差。但计数值的加大必须以保证计数器不会溢出为条件，否则显示结果会完全错误。目前，很多计数器都安装了溢出指示灯，操作时要注意观察。活动2使用前要预热标准信号一般由石英晶体振荡器产生，这个振荡器的频率准确度和稳定度需要在恒温条件下才能保证。因此，石英晶体振荡器常装在恒温装置内，并通电一定时间才能达到恒温。在计数器说明书中，规定从仪器上电到开始测试之间的时间称为预热时间。不同准确度的仪器，预热时间也不完全相同，通常不小于10min。活动3测试前进行仪器的自检自检就是为了验证这些电路工作是否正常，开关、按键是否良好和小数点定位是否准确等情况。自检功能实际上是利用计数器机内的时基闸门测量机内的时标信号。因为两个信号是由同一晶振源产生的，所以若计数器机内电路工作正常，显示值和小数点的位置也应是确定的，并由仪器说明书列表给出。活动4闸门、时标和周期倍乘的选择闸门时间、时标和周期倍乘的选择可在很大范围影响计数误差。对于位数较多的计数器，这个误差可能相差成千上万倍，它通常是计数器总误差中最主要的成分。闸门、时标和周期倍乘的选择原则是：在不溢出的前提下，尽可能加大计数值。任务5两种典型通用电子计数器活动1.E312A型通用电子计数器简介1.主要技术性能(1)频率测量。从A通道输入；频率测量范围为1Hz～10MHz(2)周期测量。从A通道输入；测量范围为0.4～10s(3)频率比测量。从A、B通道输入；测量范围：A通道为1Hz～10MHz，B通道为1Hz～2.5MHz；倍乘率与周期测量时相同；无单位显示，小数点自动定位。(4)脉冲时间间隔测量。测量范围为0.1～0.25μs；单线由A通道输入，双线由A、B通道输入，并要求脉宽大于10.5μs，休止期大于10.5μs。(5)计数。计数最大值为108-1；小数点在数字右边；其他各项指标与频率测量时相同。(6)输入阻抗。A、B端输入电阻大于500kΩ，输入电容小于30pF。(7)晶体振荡器。振荡频率为5MHz。(8)显示及工作方式。2.基本工作原理被测信号经输入通道放大、整形后，形成矩形波输出，控制选择门可选择其上升沿或下降沿，送入计数／控制逻辑单元。计数／控制逻辑单元可以直接驱动外接的8位LED显示器，以扫描形式显示测量结果。显示驱动电路有无效零消隐功能，并有计数溢出指示。活动2E312B型通用电子计数器简介1.主要技术性能(1)输入通道特性。(2)C通道输入特性。频率测量范围：100MHz～1GHz。输入幅度范围(有效值)：30mV～1.5V。输入阻抗：50Ω。(3)周期测量：100ns～10s。预选闸门时间：10ms、100ms、1s、10s四挡。(4)时间间隔测量。测量范围：200ns～100s。测量时间：同周期测量。2.基本工作原理首先由微处理器发出预备信号，由被测信号的上升沿触发E同步门，主门E开放，E计数器开始计数；同时，由时钟脉冲(10MHz)的上升沿触发T同步门、主门T开放，T计数器开始计数。当T计数器累计到了预定闸门时间所需的脉冲个数时，微处理器发出解除预备信号，在随后的被测信号的上升沿作用下，E同步门关闭，E计数器停止计数。3.基本测量方法(1)测量频率。(2)测量周期。(3)测量时间间隔。1）测量脉宽。2）测量两个脉冲的时间间隔。(4)B／A测量。任务6电子计数器的前景活动1.微机化等相对误差计数器在利用IC技术改进计数器的过程中，研制了微机化等相对误差计数器。它使测频和测周的计数误差相同，并有利于减小这种误差。同时，还能做到计数误差不随被测信号的频率而变化。活动2计数器的发展趋势（1）在功能扩展方面，计数器除了测频、测周、测时间差、测频率比及累加计数等功能外，有些计数器还增加了测各种调制信号的载频和调制频率。（2）在仪器结构方面，表现为计数器与其他仪器装于同一机箱，有构成综合测试仪器的趋势。例如，把计数器与示波器、数字多用表、信号源或功率计装于同一机箱或表壳内，形成两种以上功能的仪器。活动3计数器测频范围的扩展计数器测频范围的扩展主要是指提高所能测量频率的范围1.用取样法测微波、毫米波信号的频率用取样法测微波、毫米波的频率是20世纪80年代兴起的测频技术。2.用变频法测微波、毫米波的频率变频法又称混频法或外差法，与取样法类似，变频法也是先将微波、毫米波信号变为中频信号后，再用普通计数器测量，只不过取样法与变频法获取中频的方法不同。此外，变频法选择及判断谐波次数的速度不是很快。3.测高频信号的其他方法除了取样法和变频法外，用计数器测量高频信号的频率还有不少方法。下面简单介绍分频法的基本原理。分频法是将被测频率进行一定次数的分频，使分频后的频率可直接用普通频率计测量。直接测量所得分频后的频率乘以分频系数即为被测高频信号的频率。项目习题1.简述通用电子计数器的基本组成，并说明各组成部分的作用。2.简述电子计数器的工作原理。3.简述通用计数器的注意事项。4.简述通用计数器有哪些误差来源。5.在测量频率和周期时，电子计数器存在哪些主要误差?如何减小这些误差?项目6频域测量仪器1234频域测量仪器概述频率特性测试仪频谱分析仪项目习题下一页返回任务1频域测量仪器概述活动1.频域测量仪器的概念频域测量仪器是指可以将信号作为频率的函数进行分析的仪器。常见的频域测量仪器主要有频率特性测试仪(也称扫频仪)和频谱分析仪。它们都是利用频域测量的方法，对线性系统的频率特性和信号的频谱进行测量和分析。活动2.线性系统的频率特性和信号的频谱现代电子技术中，幅频特性测量主要采用20世纪60年代发展起来的扫频测量技术。这种被广泛应用的扫频测量技术，除了可以直接在示波管屏幕上显示出被测电路(或器件)的频率特性或信号源的频谱特性等外，还可以测量网络的参数。通常把按照一定规律列出的图表或绘制的图像称为谱。而信号的频谱是指对信号按照频率顺序排列起来的各种成分，当只考虑幅值时，被称为幅度频谱，简称频谱。信号的频谱可以通过频谱分析仪来测量，对信号的频谱所进行的研究称为频谱分析。任务2频率特性测试仪活动1.扫频测量法点频测量法不仅操作烦琐、过程费时，而且不直观，时常会漏掉一些突变点，造成很大的误差。这种频率扫动的信号，称为扫频信号。用频率连续变化的扫频信号测量幅频特性曲线，称为扫频测量法。由于扫频信号的频率是连续变化的，在示波器屏幕上能直观显示出被测电路的幅频特性，因此这种测量方法又称为动态测量法。1.扫频与扫描信号源扫频通常是指采用一定方法使正弦信号的输出频率能随时间在一定范围内扫描。它作为频率测试的信号源，能实现频率特性的快速测量，也有利于测试自动化。现代扫频信号源的概念有所推广，如三角波、方波等，只要其基波频率能随时间扫描，也被称为扫频信号源。2.扫频信号源的主要工作特性(1)有效扫频宽度和中心频率。有效扫频宽度是指在扫频线性和振幅平稳性能符合要求的前提下，一次扫频能达到的最大频率覆盖范围。(2)扫频线性。扫频线性是指扫频信号瞬时频率的变化和调制电压瞬时值的变化之间的吻合程度。吻合程度越高，扫频线性越好。(3)振幅平稳性。在幅频特性测试中，必须保证扫频信号的幅度恒定不变。扫频信号的振幅平稳性通常用它的寄生调幅来表示，寄生调幅越小，表示振幅平稳性越高。(4)频标。为了使幅频特性容易读数，应有多种频率标记，必要时频标可外接。3.扫频信号的产生方法(1)变容二极管扫频。变容二极管扫频是通过改变振荡回路中的电容量，以获得扫频的一种方法。它将变容二极管作为振荡器选频电路中电容的一部分，当扫频振荡器工作时，将调制信号反向地加到变容二极管上，使二极管的电容随调制信号变化而变化，进而使振荡器的振荡频率也随着变化，从而达到扫频的目的。(2)磁调制扫频。磁调制扫频是通过改变振荡回路中带磁芯的电感线圈的电感量，以获得扫频的一种方法。在磁调制扫频电路中，通常调制电流为正弦波，即采用正弦波扫频。(3)宽带扫频。前两种扫频方法难以同时满足这两个要求，它们的有效扫频宽度总是受到种种限制。一般用差频法来扩展扫频宽度。4.频率标记电路频率标记电路简称频标电路，频标的产生通常采用差频法。频率标记电路产生一系列频标，形成频标群，此频标群可作为频率标尺。由于电路中所用滤波器的特性，频标为菱形。把这些频标信号加至Y放大器与检波后的信号混合，就能得到加有频标的幅频特性曲线，以便读出各点相应的频率值。活动2.频率特性测试仪的工作原理

频率特性测试仪简称扫频仪，用来对网络的幅频特性进行动态测试，其曲线直接显示在荧光屏上。它是根据扫频测量法的原理设计、制造而成的。扫描电压发生器产生的扫描电压既加至X轴，又加至扫频信号发生器，使扫频信号的频率变化规律与扫描电压一致，从而使得每个扫描点与扫频信号输出的频率有一一对应的确定关系。因为光点的水平偏移与加至X轴的电压成正比，即光点的水平偏移位置与X轴上所加电压有确定的对应关系，而扫描电压与扫频信号的输出瞬时频率又有一一对应关系，所以X轴相应地成为频率坐标轴。扫频信号加至被测电路，检波探头对被测电路的输出信号进行峰值检波，并将检波所得信号送往示波器Y轴电路。该信号的幅度变化正好反映了被测电路的幅频特性，因而在屏幕上能直接观察到被测电路的幅频特性曲线。活动3.频率特性测试仪的使用注意事项（1）仪器在测量前，应进行电气性能的检查。（2）扫频输出电缆和检波输入电缆在接入被测网络时，地线应尽量短，以免产生误差。（3）对于输出端带有检波电路的待测网络，与Y轴输入端相连接的电缆不应带有检波探头；当被测网络的输出端带有直流电位时，Y轴输入应选用AC耦合方式；当被测网络的输入端带有直流电位时，应在扫频输出电缆上串接容量较小的隔直电容。（4）当频率特性测试仪工作在高频状态时，应注意扫频信号的输出和被测网络(或设备)之间的阻抗匹配。（5）当观察鉴频输出的S曲线时，要注意“+”“-”极性转换（6）被测件要注意屏蔽，否则由于受分布参数及输出与输入之间反馈等影响，会引起测量误差。（7）当需要特殊频率的频标时，可将频标选择开关置于“外接”位置，在外接输入插座上加入所需的信号电压(≥50mV)。（8）将面板上的扫频方式选择开关置于“点频”位置，此时扫频仪可作为一般信号发生器使用。（9）零频的确定。将频标选择开关置于“1、10MHz”，频标增益旋钮置于“合适”位置，调节中心频率旋钮，使中心频率在起始附近变化。（10）当使用频率特性测试仪进行测量时，要特别注意被测电路(或设备)增益的读法，可结合实际测量熟练掌握。任务3频谱分析仪活动1.常见的几种频谱分析仪频谱分析仪又叫频谱仪，它是一种重要的、精度较高的频域分析仪器，可用来测量信号电平、谐波失真、频率及频率响应、调制系数、频率稳定度及频谱纯度等。频谱分析仪按照构成方式，可分为顺序滤波式、扫频外差式和FFT分析式频谱分析仪3种。其中，前两种又称为滤波式；FFT分析式又称为计算式或算法式。1.扫频外差式频谱分析仪扫频外差式是按外差方式来选择所需频率分量，其中频固定，通过改变本机振荡器的振荡频率而达到选频的目的。这种频谱仪主要由外差式接收机和示波器两部分组成。由于示波器的扫描电压就是扫频振荡器的调制电压，所以水平轴已变成频率轴，因而在屏幕上显示出被测信号的频谱图。2.顺序滤波式频谱分析仪顺序滤波式频谱分析仪又称多通道滤波器分析仪。与其他测量仪器类似，被测信号首先经过放大、衰减等处理，然后并行输入给多个带通滤波器，后者选出它通带中能通过的频率分量，经检波器得到各频率分量的数值，送给处理显示电路。最后，处理及显示电路将各频率分量在显示器频率轴(横轴)的相应位置排开，即得频谱分析仪的显示结果。3.FFT分析式频谱仪20世纪60年代，一种对离散傅里叶变换的快速算法被提出来，称为快速傅里叶变换，记为FFT。它是依据离散傅里叶变换发展形成的，只是在算法上进行了改进，使分析速度大大提高。目前，利用FFT技术进行频谱分析，已成为利用计算机技术进行频域分析的常用方法。在实际FFT分析仪中，往往仍有一些实际问题需要解决，现简单介绍如下。（1）FFT分析给出的是从接近直流开始至采样频率限制的某最高频率为止。（2）用采样值的FFT分析替代对原信号的频谱分析，对采样时间有一定的要求。（3）一般FFT分析的频谱用二维显示，在有些仪器的显示中可加入时间因素，即用不同时间的频谱来显示频谱随时间的变化，称为谱图。活动2.频谱分析仪的主要特性1.有效频率范围在满足仪器性能指标的情况下，仪器能分析的最宽频率范围被称为有效频率范围。在顺序滤波式频谱分析仪、扫频外差式频谱分析仪中，有效频率范围是指滤波器能选出的信号的最低频率至最高频率2.频率分辨力频率分辨力是指频谱仪能够分辨的最小谱线间隔。它表征了频谱仪能把频率相互靠近的信号区分开来的能力。3.频率相对误差和稳定度频率相对误差是所有与频率相关的仪器测量结果的基本保障，它对频谱仪是很重要的。在频谱仪中涉及频率相对误差的问题往往分成几个指标分别给出。其中，准确度最高（即相对误差最小）的是仪器内的基准，它常采用石英晶体振荡器，其相对误差的定义与信号源的有关内容相同。对机内晶体的稳定度也常给出信号源项目讨论过的日稳定度、老化率、温度变化时的稳定度等指标。4.动态范围（1）仪器动态范围。指在规定的仪器误差允许范围内，所能测量同时出现在输入端不同频谱信号电平的最大差值。（2）显示动态范围。指在规定的仪器误差允许范围内，能同时完整地显示出的、两个非谐波关系的正弦信号电平的最大差值，也常以dB为单位表示。5.灵敏度频谱分析仪的灵敏度是指在给定的其他指标条件下，可以测量的最小信号的能力。通常灵敏度受噪声干扰很大。若信号被掩盖在噪声干扰之中，则其频谱无法进行测量。因此，常把高于噪声干扰平均电平3dB(或规定的其他确定值)的信号电平称为灵敏度。6.幅度限制（1）性能无降低最大输入电平。性能无降低最大输入电平是指当频谱仪的输入端分别加入直流及交流信号时，频谱仪性能无降低所对应的输入电平。（2）增益压缩电平。通常以信号增大至某电平时，该电平的实际值与显示值相差不大于某确定的分贝值，这时的输入信号电平称为增益压缩电平。（3）无损坏最大输入功率。是仪器输入端所加的不会损坏仪器的最大功率。7.分析时间分析时间是指进行一次频谱分析所用的时间。8.幅度显示方式及其相对误差频谱仪纵坐标显示的幅度可以是功率，也可以是电压，其单位可以使用dBm，dBV等表示。幅度显示的相对误差在不同显示方式下可以分别给出。活动3.频谱分析仪的应用1.分析信号包含的频谱分量及其幅值分析信号所包含的频谱分量及其幅值是频谱仪最基本的功能。实际上，只要将被测信号接入频谱仪的输入端，就可测得信号各频谱分量的幅值。2.测量谐波失真和互调失真(1)测量谐波失真。用频谱仪测信号的谐波失真，在忽略频谱仪本身非线性的情况下，只需测量信号的基频及谐波的相对电平即可。由于谐波的产生电路存在非线性，这种电路产生的信号所含谐波失真与信号的大小有关。所以在描述一个信号的谐波失真的数值时，还应说明该信号的大小或者其基波的大小。后一种情况只要把频谱仪的Y轴改为读绝对电平就可直接读出。(2)测量互调失真。当输入两个或两个以上不同频率的信号给非线性系统时，在其输出端除了有各信号的基波和某些谐波外，还可能有各频率间的和频及差频信号，这些和频及差频信号称为互调失真分量。3.测量随机噪声和相位噪声(1)测量随机噪声。对统计特性不随时间变化的随机噪声称为平稳随机噪声，用频谱仪测量随机噪声通常是指测量平稳随机噪声。测量的方法是测量在一定频率时的功率谱密度。除了噪声为离散值时可直接用统计分析外，大多数情况下噪声在频域不再是离散的谱线。这时衡量在某个频率附近噪声功率的大小，常用该频率附近单位频率(即1Hz)内噪声在1Ω电阻上产生的功率来衡量。(2)测量相位噪声。用频谱仪测量单边带相位噪声和随机噪声有不少相似之处。测量时，最好令频谱仪作相对电平显示，将载波信号的功率置于参考电平，然后将有效噪声带宽内的噪声功率折算为1Hz内的噪声功率。由于与测量随机噪声类似的原因，测量结果将需再加一个修正值。由于噪声功率谱通常不够稳定，通常取其多次测量的平均值。现代频谱仪大多给出平均和自动修正功能。当频谱仪内部的噪声与相位噪声相比不能忽略时，仪器也会在修正值中自动考虑。项目习题（部分）1.频率特性测试仪主要由哪几部分组成?简述各部分的功能。2.当用频率特性测试仪测量电路的频率特性时，正程扫描与逆程扫描为什么会不重合?为了解决此问题，在扫频仪中采取何种措施?3.频率特性测试仪的X轴为什么可用来表示频率轴?项目7电子元件测量仪器123电子元件特性及参数测量仪器集总参数元件测量仪器项目习题下一页返回任务1电子元件特性及参数测量仪器活动1.三极管特性曲线的测量三极管特性曲线是指三极管各个电极的电压-电流之间或者电流-电流之间的关系曲线。活动2.半导体管特性图示仪1.组成原理(1)基极阶梯信号源。阶梯信号源可提供不同极性、不同大小的阶梯信号，用以产生阶梯电流或阶梯电压，供测试不同类型的半导体分立器件时采用。测试时，阶梯信号源为被测半导体分立器件提供偏置。阶梯信号源内设有调零电位器，调整它可保证阶梯电压的起始级为零电平。(2)集电极扫描电压发生器。集电极扫描电压发生器用以供给所需的集电极扫描电压。(3)示波器。用于显示晶体管的特性曲线，包括X放大器、Y放大器及示波管。(4)开关及附属电路。1）极性开关。包括基极阶梯信号源和集电极扫描电压发生器的正、负极性选择开关，以适应不同类型晶体管的测试要求。2）X轴、Y轴选择开关。把不同信号接至X放大器或Y放大器。3）零电压、零电流开关。可使基极接地或基极开路。4）灵敏度校准电压。提供校准电压，用于对刻度进行校正2.测量原理(1)二极管特性曲线的测量。要测量二极管的正向特性就加正极性扫描电压，测量反向特性就加负极性扫描电压，不必使用阶梯信号。将集电极电压接至X轴，取样电压接至Y轴，即可显示相应的特性曲线。(2)三极管输出特性曲线的测试。三极管输出特性曲线及测试原理在前面已经介绍过，这里不再赘述。(3)三极管输入特性曲线的测试。三极管输入特性曲线是一组以UCE为参变量的曲线。按照类似于输出特性曲线的显示方法，在基极回路加上经全波整流后的扫描电压，E极接至示波器X输入端，B极接示波器的“地”端(设示波器X放大器反相一次)，使图像仍为正向扫描；由电阻RB上的电压降获得iB变化的取样，接至示波器Y输入端，在集电极回路加阶梯电压，即可得到一组输入特性曲线。活动3.典型产品介绍1.主要技术性能2.工作原理XJ4810型半导体管的工作原理与一般的半导体管特性图示仪基本相同。为了方便使用，增设“二簇电子开关”。当阶梯信号每次复零时，“二簇电子开关”将阶梯信号交替送至其中一只被测管的基极，从而实现了在屏幕上同时显示两只三极管的特性曲线的目的。3.面板说明(1)电源及示波管控制部分。(2)集电极电源部分。1)“峰值电压范围”按键开关。2)“峰值电压％”调节旋钮。3)“+、-”极性按键开关。4)“电容平衡”与“辅助电容平衡”旋钮。5)“功耗限制电阻Ω”选择开关。(3)Y轴部分。1)“电流／格”开关。2)“移位”旋钮。3)“增益”旋钮。(4)X轴部分。1)“电压／格”开关：集电极电压和基