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1、中等职业教育国家规划教材电子测量仪器电子教学资料肖晓萍 主编Publishing House of Electronics Industry北京 BEIJING前 言为了配合电子测量仪器课程的教学，体现教材的编写特色，更好地为读者服务，编写了此教学资料。教学资料内容有三个部分：第一部分是教学指南，包括了课程性质与任务、课程内容和要求、教学建议、教学时间分配、实验项目参考。第二部分是电子教案，采用PowerPoint课件形式。教师可以根据不同的教学要求按需选取和重新组合。第三部分是习题答案，给出了相关习题的答案。限于编著者水平，教学资料中有错误或不妥之处，请读者给予批评指正。编 者2005年1月
2、电子测量仪器教学指南 一、课程的性质与任务本课程是电子技术应用专业学习电子测量技术和电子仪器的专用教材。本课程注意对学生职业能力、创新精神和实践应用能力的培养。在保证课程内容体系的相对完整性和系统性的基础上，按照掌握知识的思维规律，对原理性内容的叙述作简要的理论介绍，将重点放在应用知识的介绍上，教学内容经实践教学的方式引出。通过本课程的学习，使学生掌握电子测量和电子仪器的基本概念、电子测量仪器的基本原理及应用。着重体现会使用各种电子测量仪器测量各种电量参数、器件特性，利用电子测量基本知识进行测量结果的简单分析，以提高电子仪器的应用的水平和能力。二、教学提要、课程内容、教学要求第1章 电子测量与
3、仪器的基本知识本章教学提要教学重点：电子测量的概念；测量误差的基本概念和分类；测量误差的表示方法；测量结果的数据处理；电子测量仪器的概念；教学难点：测量误差的表示方法、测量数据的处理。本章教学内容电子测量是一门与现代科学技术紧密相关、发展迅速、应用广泛、对现代科学技术的发展起着重大推动作用的独立科学。本章介绍了电子测量、测量误差的基本概念和测量结果的处理方法。1.1 电子测量的特点、内容和基本方法测量是人类认识自然和改造自然的重要手段，是为了确定被测对象的量值或量值的依从关系而进行的实验过程。电子测量是泛指以电子技术为手段而进行的测量。电子测量具有几个明显的特点：测量频率范围宽、量程范围广、测
4、量准确度高、测量速度快、易于实现遥测和实现测量过程的自动化和测量仪器微机化。电子测量的内容主要包括：电能量的测量、电路元器件参数的测量、电信号特征的测量、电路参数的测量、特性曲线的显示。电子测量按测量手段分为直接测量、间接测量和组合测量；按被测量性质分为时域测量、频域测量、数据域测量和随机测量。1.2 测量误差的基本概念 测量误差有绝对误差和相对误差两种表示方法。绝对误差是误差的代数值，只能说明测量结果偏离实际值的情况，但不能确切反映测量的准确程度。相对误差是误差的相对数值，可以确切反映测量的准确程度。 测量误差来源于仪器误差、影响误差、方法误差和理论误差、人身误差和测量对象变化误差。 测量误
5、差根据性质可分为系统误差、随机误差、疏失误差三类。 1.3 测量结果的数据处理 测量结果的数据处理，就是从测量所得到的原始数据中求出被测量的最佳估计值，并计算其准确程度。1.4 电子测量仪器的基本知识 电子测量仪器一般分为专用仪器和通用仪器两大类。专用仪器是指各个专业领域中测量特殊参量的仪器。通用仪器是为了测量一个或某一些基本电参数而设计的，它能用于各种电子测量。 按照我国标准电子测量仪器误差的一般规定GB 6592-1986中规定：常用工作误差、固有误差、影响误差和稳定误差来描述测量仪器误差。第2章 电压表本章教学提要教学重点：电压测量仪器的类型； 交流电压的基本参数；模拟式交流电压表的类型
6、；峰值电压表的检波原理；均值电压表的检波原理；有效值电压表的检波原理；数字式电压表（DVM）的技术指标；数字式电压表（DVM）的工作原理；数字式多用表（DMM）的组成原理； 电压表的使用。教学难点：峰值、均值和有效值电压表的检波原理、数字式电压表（DVM）的技术指标本章教学内容电压测量是电子测量中最基本、最常用和最重要的内容之一，可以采用模拟式交流电压表和数字式电压表（DVM）进行电压测量。本章重点讨论模拟和数字式两种电压表的结构、原理和使用。2.1 概述电压测量对仪表的基本要求：频率范围宽、测量电压范围广、测量信号波形类型多样、输入阻抗高、测量准确度要求高和具有高的抗干扰能力。交流电压的基本
7、参数：峰值、幅值、平均值、有效值。2.2 模拟式交流电压表峰值电压表采用峰值检波器，输出电压与被测电压的峰值成正比。均值电压表采用均值检波器，输出电压与被测电压的平均值成正比。有效值电压表采用有效值检波器，输出电压与被测电压的有效值成正比。2.3 数字式电压表（DVM）DVM的主要技术指标有：测量范围（显示位数、量程和超量程能力）、分辨率、测量速度、输入阻抗、固有误差和工作误差、抗干扰能力、输入零电流。 DVM的组成包括：模拟部分和数字部分。模拟部分包括输入电路和A/D转换器。数字部分完成逻辑控制、译码（将二进制数字转换成十进制）和显示功能。常用的A/D转换器有：逐次逼近比较式、双积分式。2.
8、4 数字式多用表（DMM） 数字式多用表DMM是在数字电压表的基础上再增加一些参量变换器，把被测量转换为直流电压信号而构成的。它的测量功能较多，不但能测量直流电压、交流电压、直流电流、交流电流和电阻等参数，而且能测量信号频率、电容器容量及电路的通断等。此外，还有自动校零，自动显示极性，过载指示，读数保持，显示被测量单位的符号等功能。2.5 电压表的使用方法模拟交流电压表的技术指标和使用；数字万用表的技术指标和使用。第3章 信号源本章教学提要教学重点：正弦信号发生器的主要性能指标；低频信号发生器的基本组成；通用RC振荡器的工作原理； 高频信号发生器的基本组成和工作原理；函数发生器的基本组成和工作
9、原理；信号发生器的正确使用。教学难点：通用RC振荡器的工作原理、高频信号发生器的工作原理。本章教学内容3.1 正弦信号发生器的主要性能指标正弦信号发生器的三大指标：频率特性、输出特性和调制特性。3.2 低频信号发生器低频信号发生器的基本组成；通用RC振荡器的工作原理；3.3 高频信号发生器高频信号发生器的基本组成和分类；高频信号发生器的基本工作原理；3.4 函数发生器由方波产生三角波、正弦波的电路；由正弦波产生方波、三角波的电路；由三角波产生方波、正弦波的电路；3.5 信号发生器的选择和使用信号发生器的选择；信号发生器的正确使用；第4章 示波器本章教学提要教学重点：阴极射线示波管；图形显示的基
10、本原理；通用示波器的组成、工作原理及主要技术性能； 示波器的正确使用；示波器的基本测量方法；教学难点：图形显示的基本原理、通用示波器的工作原理本章教学内容示波器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。示波器既是典型的时域测量仪器，也是构成其他屏幕显示仪器的基础。本章讨论示波器显示图形的原理、示波器的基本组成、工作原理、测量技术及使用方法。4.1 概述 示波器可以把人眼看不见的电信号转换成具体的可见图像显示在示波器屏幕上。示波器既可用于直接测量被测信号的电压、频率、周期、时间、相位、调幅系数等参数，亦可间接观测电路的有关参数及元器件的伏安特性；利用传感器、示波器还可测量各种非电量甚至
11、人体的某些生理现象，所以广泛应用在科学研究、航空航天、工农业生产、医疗卫生、地质勘探等方面。4.2 阴极射线示波管示波管是示波器用来显示测量结果的指示器，它能将被测信号转换为光信号，用荧光屏来显示被测信号的图形。示波管内部结构包括电子枪、偏转系统和荧光屏三大部分。电子枪用于产生并形成高速、聚束的电子流，去轰击荧光屏使之发光。偏转系统由两对相互垂直的平行金属板组成，两对偏转板分别控制电子束在垂直方向和水平方向的运动。若偏转板上加偏转电压，则偏转板之间有电场，当电子在偏转板之间运动时，电子会在偏转电场的作用下射向荧光屏的指定位置。荧光屏是示波器的显示部分，它能把电子的动能转化为光能，把电子束按一定
12、的规律逐点描绘的轨迹转化为可见的光迹。4.3 图形显示的基本原理如果在示波管的Y轴偏转板上加被测信号，在X轴偏转板上加随时间作线性变化的锯齿波电压，两个信号周期同步，就可将被测信号随时间的变化规律展现在屏幕上，称为波形显示；将任意两个信号同时分别加在X和Y两个偏转板，屏幕显示任意两个变量x与y的关系，称为X-Y显示。4.4 通用示波器通用示波器由垂直系统（Y通道）、水平系统（X通道）和主机系统（Z通道）组成。垂直系统（Y通道）垂直系统又称垂直通路或Y通道，它是被测信号的通道。它将输入的各种不同频率和幅度的被测信号电压加以放大，然后送到示波管的Y轴偏转板，使电子束在垂直方向发生偏移，从而在荧光屏
13、上产生上、下移动的光点。并能向X通道提供内触发信号。水平系统（X通道）又称水平通路或X通道，在显示时变信号时，水平系统用于产生并放大一个与时间呈线性关系的锯齿形电压，控制电子束在水平方向的线性偏移，形成时间基线； 在X-Y工作方式时放大x信号并送至水平偏转板，作为水平扫描信号。主机系统（Z通道）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。它是为使示波管和其他电路正常工作提供所需的各种直流电源电压及某些附加功能的电路。4.5 示波器的选择和使用示波器的选择可从被测信号特性和示波器的性能指标方面考虑。示波器的主要性能指标主要考虑：频带宽度和上升时间、垂直灵敏度（垂直偏转
14、因数）和扫描速度。以YB4320示波器为类掌握示波器的正确使用方法。4.6 示波器的基本测量方法示波器的基本测量技术是利用它显示被测信号的时域波形，并对信号的基本参数如电压、周期、频率、相位、时间等时域特性的测量。第5章 电子计数器本章教学提要教学重点：通用电子计数器的基本组成；电子计数器的基本测量功能；电子计数器的测量误差分析； 电子计数器的使用；教学难点：电子计数器的基本测量功能、测量误差分析。本章教学内容电子计数器是一种多功能的电子测量仪器，它是利用电子计数法原理，在一定的时间间隔内对输入信号脉冲进行累加计数，以完成各种测量，并将测量结果以数字形式显示出来。本章介绍电子计数器的组成、基本
15、测量功能、测量误差分析和使用。5.1 概述电子计数器可以用来测量信号的频率、频率比、周期、时间间隔和累加计数等。用电子计数器测量信号的频率、周期和时间等参量，具有准确度高，测量范围宽，读取速度快，便于实现测量过程的自动化等一系列优点，它已成为测量频率、周期和时间间隔等参量的主要仪器。若配适当的传感器，还可以进行多种非电量的测量。5.2 电子计数器通用电子计数器的主要技术性能：测量功能、测量范围、输入特性、闸门时间和时标、周期和比值倍率、显示位数、石英晶振器特性和输出信号等。通用电子计数器一般由输入通道、计数电路、显示电路、时基形成电路、控制电路及电源电路等部分组成。5.3 电子计数器的基本测量功能通用电子计数器具有多种测
