电子测量技术与仪器教材课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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 社书名：电子测量技术与仪器电子测量技,电子测量技术与仪器,电 子 教 案,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,“,十二五,”,规划教材（电子信息类）,电子测量技术与仪器,ppt,课件,电子测量技术与仪器电 子 教 案机,第,1,章 电子测量技术的基础知识,第,2,章 常用信号发生器的使用,第,3,章 电流和电压的测量方法与测量仪器,第,4,章 频率和时间的测量技术与测量仪器,第,5,章 万用电桥和,Q,表的使用,第,6,章 晶体管特性图示仪的使用,第,7,章 信号频谱与电路频率特性的测量技术,第,8,章 数据信号的测量技术,第,9,章 智能化测量仪器与自动测量系统,第,10,章 虚拟测量技术,目 录,电子测量技术与仪器,ppt,课件,第1章 电子测量技术的基础知识 目 录电子测量,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,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,一般来说，信号发生器的用途主要有以下三个方面：,1.,用作激励源,2.,用作信号仿真,3.,用作校准源,2.1.2,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,2.1,类型,频率范围,主要应用,超低频信号发生器,0.0001Hz,1kHz,电声学、声纳,低频信号发生器,1 Hz,1MHz,低频电子技术,视频信号发生器,20 Hz,10MHz,无线电广播,高频信号发生器,200kHz,30MH,高频电子技术,甚高频信号发生器,30MHz,300MHz,电视、调频广播,超高频信号发生器,300MHz,以上,雷达、导航、气象,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：类型频率范围主,2.1.3,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,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,2.1.3 信号发生器的一般组成振荡器变换器输出电路指示器,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电子测量技术与仪器pp,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,信号源,+,u,2,-,+,u,1,-,电子测量技术与仪器,ppt,课件,2输出特性信号源+电子测量技术与仪器ppt 课件,2.2,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,20Hz,20kHz,，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,1Hz,1MHz,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,低频信号发生器的组成与技术指标,如图,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,2.2 低频信号发生器的使用指示电压表振放输出衰减器功率放,1.,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弦信号，一般由,RC,振荡器或差频式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。

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图如图,2.5,所示图,2.5,衰减器电原理图,图中的电位器,R,为连续调节器（电压幅度细调），电阻,R,1,R,8,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,R,或变换开关的挡位，均可使衰减器输出不同的电压幅度步进衰减器一般以分贝（,dB,）值即,20lg,（,VO/Vi,）来标注刻度波段开关每增加一档，就增加,10dB,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,电子测量技术与仪器,ppt,课件,1.各部分电路的作用图2.5 衰减器电原理图图中的电位器R,2.,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：,（,1,）频率范围,1Hz,20kHz,（现代仪器已延伸到,1 MHz,），可均匀连续可调2,）频率准确度,（,1,3,）,%,3,）频率稳定度（,0.1,0.4,）,%/,小时4,）输出电压,0,10V,连续可调。

5,）输出功率,0.5,5W,连续可调6,）非线性失真范围 （,0.1,1,）,%,7,）输出阻抗 有,50,、,75,、,150,、,600,、,5k,等几种8,）输出形式 有平衡输出与不平衡输出两种2.2.2,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1,熟悉面板,2,掌握正确的操作步骤,（,1,）准备工作,（,2,）输出频率调节,（,4,）输出形式的选择,（,3,）输出阻抗的配接,电子测量技术与仪器,ppt,课件,2.低频信号发生器的技术指标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，它通常输出,0,5V,的正弦信号电压，另一组是功率输出接线柱，它有输出,、输出,、中心端和接地四个接线柱，如图,2.6,所示图,2.6,低频信号发生器功率输出端及其接法,5,）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（,0dB,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,20V,，衰减分贝数为,60dB,，输出电压应为,0.02 V,（,20 V1060/20=0.02 V,）。

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,表,2.2,列出了衰减分贝数与电压衰减倍数的对应关系表,2.2,衰减分贝（,dB,）与电压衰减倍数的对应关系,3.FJ-XD22PS,低频信号发生器的实际操作使用,FJ-XD22PS,低频信号发生器是一种多用途的仪器,它能够输出正弦波、矩形波尖脉冲、尖脉冲、,TTL,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FJ-XD22PS,低频信号发生器的面板如图,2.7,所示衰减分贝数,/dB,10,20,30,40,50,60,70,80,90,电压衰减倍数,3.16,10,31.6,100,316,1000,3160,10000,31600,表2.2列出了衰减分贝数与电压衰减倍数的对应关系衰减分贝数,FJ-XD22PS,低频信号发生器面板上各旋钮开关的作用,FJ-XD22PS,低频信号发生器的主要技术性能,（,1,）信号源部分,（,2,）频率计部分（内测和外测）：,基本操作步骤,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，直到输出电压为,10mV,。

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FJ-XD22PS低频信号发生器面板上各旋钮开关的作用,2.2.3,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测试电路如图,2.8,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,1 kHz,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：,AV=UO/Ui,式中,UO,被测放大器输出电压有效值；,Ui,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,2.8,放大器放大倍数的测量连线图,2.2.3 低频信号发生器的典型应用毫伏表被测低图2.8,2.3,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,200kHz,30MHz,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,30,30MHz,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,V,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高频信号发生器按调制类型分为调幅和调频两种,.,.,3.1,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,2.9,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,FM,S,AM,2.3 高频信号发生器的使用 可变电抗器主振器缓冲级调制级,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,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,.3,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V,M%,0,0.1V,保险丝,通,调幅度调节,载波调节,输出微调,0,1V,0,10,1,100,1000,10000,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,1,2,3,4,5,6,7,8,.3 高频信号发生器的使用步骤与技巧VM%00.1V保险,（,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,）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,）,0,1V,输出插孔,（,10,）,0,0.1V,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,2,XFG-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：,（1）波段开关,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（,0,100%,）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,2.3.4 调幅高频信号发生器的典型应用,2,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帽使中频选频回路的谐振频率为,465kHz,，从而保证中频信号得到充分的放大（这里的,465kHz,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的影响调试电路如图,2.13,所示，,图,2.13,用高频信号发生器调收音机中周,3,灵敏度的测试,4,选择性的测试,2收音机中频的校准,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,u,o,U,r,双稳态触发器,比较器,正弦波,形成电路,输出级,+,+,VD,1,VD,2,S,2,B,C,R,1,R,2,u,2,R,3,+,积分电路,RP,u,1,U,r,A,S,1,图,2.14,脉冲式函数信号发生器的组成原理框图,2.4 函数信号发生器简介输出uoU r双稳态触发器比较,脉冲式函数信号发生器的工作过程为：假设开关,S1,悬空，当双稳态触发器输出为,u,1=,U,1,时，积分器输出,u,2,将开始线性下降，当,u,2,下降到等于参考电平,U,r,时，比较器使双稳态触发器翻转，,u,1,由,U,1,变为,U,1,，同时，,u,2,将以与线性下降时相等的速率线性上升当,u,2,上升到等于参考电平,U,r,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,u,1,、三角波信号,u,2,，,u,2,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,2.15,（,a,）所示。

图,2.15,脉冲式函数信号发生器的工作波形图,若,S1,与,VD2,相接，当触发器输出为,U,1,时，,VD2,导通，,R,3,被短路，积分器很快下降，当下降到,U,r,时，触发电路翻转，触发器输出为,U,1,，,VD2,截止，,R,3,接入电路，积分器输出缓慢上升，形成正向锯齿波,u,2(,t,),，触发器输出为矩形波,u,1(,t,),，如图,2.15(b),所示若,S1,与,VD1,相接，则可得到反向锯齿波和极性相反的矩形波u,2,(,t,),U,1,U,1,0,t,t,0,U,r,U,r,U,r,U,r,U,1,U,1,0,0,u,2,(,t,),(a),(b),u,1,(,t,),u,1,(,t,),t,t,脉冲式函数信号发生器的工作过程为：假设开关S1悬空，当双稳态,2,正弦波,-,方波,-,三角波方式（正弦式）,正弦式函数信号发生器先振荡出正弦波，然后经变换得到方波和三角波，其组成如图,2.16,所方波形成器积分器,正弦,振荡器缓冲级放大器输出级图,2.16,2.4.2,函数信号发生器的性能指标,函数信号发生器的性能指标有：,（,1,）输出波形,（,3,）输出电压,（,2,）频率范围,（,4,）输出阻抗,（,5,）波形特性,方波形成器,积分器,正弦,振荡器,缓冲级,放大器,输出级,图,2.16,正弦式函数信号发生器组成框图,2正弦波-方波-三角波方式（正弦式）方波形成器积分器缓冲级,【,本章小结,】,信号发生器是电子测量中最基本的电子仪器，主要用来提供电参量测量时所需的各种激励电信号，其输出幅值和频率按需要可以进行调节。

1,正弦信号发生器广泛应用于线性系统的测试中按其产生的信号频段，可分为超低频、低频、视频、高频、甚高频和超高频信号发生器2,衡量信号发生器的主要性能指标有：频率准确度、频率稳定度、输出特性、输出形式和非线性失真度等3.,低频信号发生器的主振器为,RC,振荡器，以产生,1Hz,1 MHz,的正弦信号为主，也可输出脉冲波形它主要用于测试调整低频放大器、传输网络等，还可用于调制高频信号发生器或标准电子电压表等，是一种实际工程上应用广泛的多功能仪器4,高频信号发生器常以,LC,振荡器为主振器，通常频率范围为,200kHz,30MHz,，可输出调幅波、载波等多种波形主要用于调试各类接收机的选择性、灵敏度、调幅等特性，其输出信号的频率和电平在一定范围内可调节并能准确读数，特别是能输出微伏级的小信号，以满足接收机测试的需要高频信号发生器中可采用锁相环技术以提高输出信号频率的稳定度和准确度5,函数信号发生器是一种低频范围内的多波形发生器，可以输出正弦波、方波、三角波等多种波形除了作为正弦信号源使用外，还可以用于测试各种电路的瞬态相应特性、数字电路的逻辑功能、摸,/,数转换器及锁相环的性能等按其结构可分为脉冲式、正弦式等，主要用于要求不高的测试场合。

6.,阻抗匹配是信号发生器使用时应特别注意的问题，只有在输出阻抗匹配的情况下，信号发生器才能正常工作本章小结】,。