【正文】 1 第 3章 常用電子儀器 2．測(cè)量儀器和被測(cè)電路串聯(lián) 當(dāng)用測(cè)量儀器測(cè)量電路電流時(shí)，其連線如圖，若未接 Zm前的真值電流為 ，串接 Zm后電流為 ，則 若 ZmZs時(shí)，則 ，測(cè)量值接近于真值；而當(dāng) Zm=Zs 時(shí)， ，即測(cè)量指示值僅為真值的 1/2。因此，在這種情況下，測(cè)量儀器的輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于被測(cè)電路的輸出阻抗。 I?I??sms1)()(ZZIIZVI?????????測(cè)量值真值II ?? ??II ?? 21????????88／ 581 第 3章 常用電子儀器 常用電子測(cè)量儀器的正確使用 本節(jié)主要討論如何正確使用常用電子測(cè)量儀器，因篇幅關(guān)系，讀者如需要了解儀器內(nèi)部的工作原理，可參閱其他有關(guān)參考書。 電壓測(cè)量儀器 1．直流電壓測(cè)量 測(cè)量放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的直流電壓時(shí)，通常使用萬用表，特別要注意萬用表的內(nèi)阻對(duì)被測(cè)電路的影響。例如，MF30型萬用表 1V~25V內(nèi)所有量程，其內(nèi)阻為 20 k?/V，當(dāng)用它的 5V擋測(cè)量內(nèi)阻為 100k?電路的電壓時(shí)，電壓指示值將僅為真值的一半。為了減小測(cè)量誤差，需要改用高輸入電阻的直流電壓表或數(shù)字電壓表（ DVM）來測(cè)量。 89／ 581 第 3章 常用電子儀器 （ 1）常用數(shù)字電壓表按其 A／ D轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行分類。 ① 逐次逼近式 DVM。此種 DVM的特點(diǎn)是： a. 把輸入電壓的瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 b. 對(duì)輸入信號(hào)能每秒進(jìn)行幾十至幾百次的高速測(cè)量。 c. 易受干擾影響，抑制干擾困難。 ② 斜坡電壓式 DVM。此種 DVM線路簡單，其精度在 1%左右，當(dāng)精度要求不高時(shí)，廣泛采用此類電壓表。 ③ 積分式 DVM。這種 A/D轉(zhuǎn)換器是把輸入電壓在一定時(shí)間（ 20 ms~100 ms）內(nèi)的平均值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。所以，此類電壓表的最大優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)。 90／ 581 第 3章 常用電子儀器 ④ 多周期脈寬調(diào)制式 DVM。此種 A/D轉(zhuǎn)換方式的特點(diǎn)是線性度好、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、線路簡單及與計(jì)算機(jī)接口簡單。由此可知，此種 DVM具有上述三種 A/D轉(zhuǎn)換式 DVM的優(yōu)點(diǎn)。 當(dāng)被測(cè)電壓疊加上串模干擾電壓時(shí)，若用非積分式 DVM測(cè)量，此干擾電壓將在顯示的數(shù)字中反映出來，從而產(chǎn)生顯示誤差。 積分式 DVM的抗串模干擾能力，常用串模抑制比（ KSMR）表示，其定義如下： 式中， Vn為串模干擾電壓； ?E為 Vn造成的顯示誤差。 圖 DVM測(cè)量浮地直流電源 VX時(shí)， G端的最佳連接一般情況下，積分式 DVM的 KSMR為 80 dB~100 dB。從上式可知，KSMR越大，表示該儀器抗干擾能力越強(qiáng)。積分式 DVM測(cè)量速度較慢是它的一個(gè)特點(diǎn)，使用時(shí)應(yīng)加以注意。例如，雙積分式DVM，一個(gè)測(cè)量周期為 60 ms左右。 )dB(g201 nS M R EVK ??91／ 581 第 3章 常用電子儀器 ⑤ DVM保護(hù)端 G的使用方法。通常， DVM有三個(gè)輸入端：Hi（高）、 Lo（低）、 G（保護(hù)端）。 G內(nèi)部已接在DVM機(jī)內(nèi)保護(hù)屏蔽殼上， Hi、 Lo兩端接測(cè)量電壓。保護(hù)端外部的連接原則是： G與 Lo處于同電位或兩者盡量接近，同時(shí)，共模電流不應(yīng)流過任何接在輸入端的電阻。 在圖 ， Ra、 Rb為引線電阻， VC、 IC分別為共模電壓及其產(chǎn)生的共模電流。此圖為 DVM測(cè)量浮地直流電源 時(shí)， G端的最佳連接（ G、 L相連）。因?yàn)榇朔N接法 僅流過 L、 G連線，在 Ra,Rb上無壓降， G、 Lo實(shí)際處于同一電位，若 Lo、 G相連，雖然 Lo、 G同電位，但 產(chǎn)生的全部共模電流流過 Rb，將引起測(cè)量誤差。 xV?CI?CV?92／ 581 第 3章 常用電子儀器 圖 DVM測(cè)量浮地直流電源 VX時(shí)， G端的最佳連接 93／ 581 第 3章 常用電子儀器 2．交流電壓測(cè)量 指針式交流電壓表按其工作原理不同可分為檢波 放大式、放大 檢波式及外差式三種。 放大 檢波式交流電壓表是將被測(cè)電壓經(jīng)放大后送至全波檢波器 。而檢波 放大式交流電壓表是先將被測(cè)電壓進(jìn)行檢波 ,然后再將檢波后的信號(hào)進(jìn)行放大。這樣通過電流表的平均電流 Iav 正比于被測(cè)電壓 Vav的平均值。由于正弦波應(yīng)用廣泛，且有效值具有實(shí)用意義，所以交流電壓表通常都按正弦波有效值刻度。 為了便于討論晶體管毫伏表由于波形不同所產(chǎn)生的誤差，先引入波形因數(shù) KF。 KF定義為： 正弦波的 KF≈。由此可知，用晶體管毫伏表測(cè)量非正弦波電壓時(shí)，因各種波形電壓的 KF值不同將產(chǎn)生較大的波形誤差。當(dāng)用晶體管毫伏表分別測(cè)量方波和三角波電壓時(shí)，若電表均指示在10V處，就不能簡單地認(rèn)為此方波、三角波電壓的有效值就是10V。因?yàn)檫@只是正弦波的有效值，其平均值 。 平均值有效值?FK ???V94／ 581 第 3章 常用電子儀器 使用交流電壓表還必須注意下列問題： ① 被測(cè)電壓的頻率應(yīng)在交流電壓表的頻率范圍內(nèi)。例如， DA16型晶體管毫伏表的頻率范圍為 20Hz~1MHz。因此，被測(cè)電壓的頻率應(yīng)在20Hz~1MHz的范圍內(nèi)。 ② 要有較高的輸入阻抗。這是因?yàn)闇y(cè)量儀器的輸入阻抗是被測(cè)電路的負(fù)載之一，它的大小將影響測(cè)量精度。 ③ 需要正確測(cè)量失真的正弦波形或脈沖波形的有效值時(shí)，可選用真有效值電壓表，如 DA24型。 95／ 581 第 3章 常用電子儀器 數(shù)字頻率計(jì) 圖 ，圖 的波形示意圖。 其工作原理簡述如下： 輸入電路對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大、整形，使其成為與輸入信號(hào)同頻率的脈沖波形，如圖 ① 所示。圖 ③ 為在高電平的時(shí)間內(nèi)，門電路打開。圖 ① 的信號(hào)通過門電路輸出，控制信號(hào)為低電平時(shí)，門電路關(guān)閉，無輸出。圖 ④ 為門電路的輸出波形。計(jì)數(shù)電路對(duì)圖 ④ 的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。開門時(shí)間一般為 1ms、 10ms、 100ms、 1s、 10s等。顯然，開門時(shí)間為 1s時(shí)，計(jì)數(shù)值就是輸入信號(hào)的頻率數(shù)，開門時(shí)間的準(zhǔn)確度由時(shí)基發(fā)生器予以保證。 96／ 581 第 3章 常用電子儀器 圖 數(shù)字頻率計(jì)原理方框圖 圖 波形示意圖 97／ 581 第 3章 常用電子儀器 注意事項(xiàng) 使用儀器時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)。 ① 了解使用儀器的技術(shù)指標(biāo)、工作原理圖和實(shí)驗(yàn)中要用到的各個(gè)旋鈕開關(guān)的作用。 ② 正確選擇量程和調(diào)節(jié)儀器，使得儀器處于測(cè)試本數(shù)據(jù)的最佳狀態(tài)。 ③ 注意實(shí)驗(yàn)中儀器的共連問題。實(shí)驗(yàn)中有時(shí)需要用到多個(gè)電源，那么就存在共連的問題，共連并不總是把用到的儀器的地線連接起來。例如，實(shí)驗(yàn)中要用到兩個(gè)電源，如果是給實(shí)驗(yàn)中的測(cè)試對(duì)象的兩部分電路分別供電，那么這兩個(gè)電源的地線就應(yīng)該連起來，但如果想要用這兩個(gè)電源串聯(lián)來獲得更高的電壓，那么只能是一個(gè)電壓源的地線和另一個(gè)電壓源的正極線連起來，所以共連問題在具體的實(shí)驗(yàn)中有具體的連法。 98／ 581 第 3章 常用電子儀器 萬用表 概述 圖 MF30型指針式萬用表本節(jié)主要講指針式萬用表，最后簡單介紹一下數(shù)字萬用表。萬用表是一種多功能的電子表，通過切換開關(guān)來選擇相應(yīng)的功能，測(cè)量結(jié)果可在表頭上顯示出來，當(dāng)然不同的功能對(duì)應(yīng)表頭上不同的讀數(shù)區(qū)。數(shù)字式萬用表在顯示屏上直接顯示所測(cè)得的數(shù)據(jù)，使用起來比較方便，可以把人為誤差減小到最小的程度，讀數(shù)的精度也比較高 。 MF30型指針式萬用表 MF30型指針式萬用表（如圖 ），是一種高靈敏、多功能、多量程的便攜式萬用表，測(cè)量時(shí)水平放置。可測(cè)量直流電壓、電流；交流電流、電壓和電阻。 下面介紹面板上各個(gè)旋鈕的功能。 在表頭的中間有一個(gè)旋鈕，叫做機(jī)械歸零旋鈕，通過調(diào)節(jié)這個(gè)旋鈕可使表上的指針與零線對(duì)齊，一般出廠的時(shí)候已經(jīng)調(diào)好，不需要頻繁地調(diào)節(jié)。 面板上標(biāo)注 “ +、 ”兩個(gè)端子分別用來連接紅表筆和黑表筆，紅表筆表示輸入表內(nèi)的是正極性信號(hào)，黑表筆表示輸入的是負(fù)極性信號(hào)。但是用來測(cè)電阻的時(shí)候，內(nèi)部電流從黑表筆處流出，從紅表筆處流入，這在測(cè)試一些有極性的元件時(shí)要特別注意。 99／ 581 第 3章 常用電子儀器 圖 MF30型指針式萬用表 100／ 581 第 3章 常用電子儀器 面板上方有一個(gè)調(diào)零電位器，它用于測(cè)電阻時(shí)的調(diào)零，每換一個(gè)歐姆擋都要調(diào)節(jié)這個(gè)電位器，使得表筆短接時(shí)，指針與最右端刻度對(duì)齊，否則測(cè)得的電阻值不準(zhǔn)確。 表 。 101／ 581 第 3章 常用電子儀器 類別 符號(hào) 表示意義 類別 符號(hào) 表示意義 波形類別與限值 直流 使用原理 磁電式儀表 交流 磁電式流比計(jì) 交直流兩用 整流式儀表（有效值表示） 45Hz~55Hz 限定使用的頻率范圍 電磁式儀表 鈕端 正負(fù)極性 電動(dòng)式儀表 公共端 電磁式有磁屏蔽 安放位置 標(biāo)度尺水平 電動(dòng)式有磁屏蔽 標(biāo)度尺垂直 感應(yīng)式儀表 準(zhǔn)確度 177。 % 靜電式儀表 熱電式儀表 絕緣實(shí)驗(yàn) 試驗(yàn)電壓 2kV 使用條件 警告 按說明書要求使用 防磁能力 防御外磁場(chǎng)能力第 Ⅱ 級(jí) B組使用條件 102／ 581 第 3章 常用電子儀器 主要技術(shù)指標(biāo)： 測(cè)量直流電壓范圍： 1V～ 500V，分 5擋： 1V、 5V、 25V、 100V、500V； 測(cè)量交流電壓范圍： 10V～ 500V，分 3擋： 10V、 100V、 500V； 測(cè)量直流電流范圍： 5mA～ 500mA，分 3擋： 5mA、 50mA、500mA； 測(cè)量交流電流范圍： 50?A～ 500?A，分 2擋： 50?A、 500?A； 電阻測(cè)量分為 5擋： 100、 1k、 10k。 萬用表的電壓電流擋具有線性型，即實(shí)際的輸入值和指針偏轉(zhuǎn)的角度成正比，所以原則上電壓電流的輸入值都可以用表頭上指針對(duì)應(yīng)刻度線上的顯示值乘以相應(yīng)的倍率得到。假設(shè)現(xiàn)在使用直流電壓擋 100V，顯示值是 425，則實(shí)際電壓是425/500 100=85V。 103／ 581 第 3章 常用電子儀器 數(shù)字萬用表 下面再對(duì)數(shù)字萬用表作簡單的介紹。數(shù)字萬用表具有非常大的內(nèi)阻（兆歐），這樣測(cè)量時(shí)對(duì)被測(cè)電路的影響幾乎可以忽略。數(shù)字萬用表用數(shù)字的方式顯示，不存在人為讀數(shù)誤差，并且一般的數(shù)字萬用表可直接顯示所用量程，這樣對(duì)測(cè)量來說是相當(dāng)方便的。 下面介紹 DT840數(shù)字萬用表（如圖 ）。 這種萬用表采用層疊 9V電池供電，對(duì)電池的要求較高。顯示為三位半也就是說共有四位顯示位，但最高位只能顯示 0和 1?？蓽y(cè)交直流電壓、電流，電阻，二極管、三極管和電路的通斷 ,具有全量程過載保護(hù)，當(dāng)測(cè)試量超過量程的時(shí)候液晶面顯示為 1。 104／ 581 第 3章 常用電子儀器 圖 DT840數(shù)字萬用表面板 105／ 581 第 3章 常用電子儀器 1．主要性能及面板介紹 （ 1）直流。電壓： 200mV～ 1000V；電流： 20?A～ 20A。 （ 2）交流。電壓： 200mV～ 700V；電流： 20?A～ 20A；工作頻率40Hz～ 400Hz，只有正弦交流信號(hào)得到的結(jié)果是準(zhǔn)確的。 （ 3）三極管?？蓽y(cè)放大系數(shù) hFE:0～ 1000。 （ 4）顯示。最大量程為 1999，這里指的數(shù)值沒有考慮單位。 （ 5）面板。面板的中間部分是萬用表功能選擇區(qū)，如 DCA即表示是測(cè)量直流電流信號(hào)。如果顯示為 1，則把擋位向大的方向打。擋位指向 hFE的時(shí)候，把三極管插到右上角插孔處，可分別測(cè)量PNP和 NPN管，擋位打到 “” 處，可用來測(cè)試二極管的正負(fù)極和電路的通斷性，如電路是通的，萬用表會(huì)發(fā)出聲音。最下面四個(gè)輸入端子中黑表筆始終位于標(biāo)記： “ MAX， 500V”處，測(cè)量電壓和電阻的時(shí)候紅表筆插入標(biāo)記，電流小于 2A的時(shí)候紅表筆用左二端子。 106／ 581 第 3章 常用電子儀器 信號(hào)發(fā)生器 概述 信號(hào)發(fā)生器是用來產(chǎn)生正弦信號(hào)、方波信號(hào)、三角波信號(hào)以及其他各種不同波形和頻率信號(hào)的儀器。 按頻率信號(hào)，發(fā)生器可分為低頻信號(hào)發(fā)生器和高頻信號(hào)發(fā)生器。 按波形信號(hào)，發(fā)生器可分為正弦信號(hào)發(fā)生器和多諧信號(hào)發(fā)生器，例如方波信號(hào)發(fā)生器、三角波信號(hào)發(fā)生器都屬于多諧信號(hào)發(fā)生器。 本節(jié)介紹的是 XD22型低頻信號(hào)發(fā)生器（如圖 示）。這是一種多功能、寬頻帶低頻信號(hào)發(fā)生器，能產(chǎn)生 1Hz～ 3MHz的正弦波信號(hào)、脈沖信號(hào)和邏輯電平信號(hào)（ TTL）。有效輸出電壓為 ～ 6V。 107／ 581 第 3章 常用電子儀器 圖 XD低頻信號(hào)發(fā)生