【正文】 1 第 3章 常用電子儀器 2．測量儀器和被測電路串聯(lián) 當用測量儀器測量電路電流時，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，則 ，測量值接近于真值；而當 Zm=Zs 時， ，即測量指示值僅為真值的 1/2。因此，在這種情況下，測量儀器的輸入阻抗應遠遠小于被測電路的輸出阻抗。 I?I??sms1)()(ZZIIZVI?????????測量值真值II ?? ??II ?? 21????????88／ 581 第 3章 常用電子儀器 常用電子測量儀器的正確使用 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。 電壓測量儀器 1．直流電壓測量 測量放大器靜態(tài)工作點的直流電壓時，通常使用萬用表，特別要注意萬用表的內(nèi)阻對被測電路的影響。例如，MF30型萬用表 1V~25V內(nèi)所有量程，其內(nèi)阻為 20 k?/V，當用它的 5V擋測量內(nèi)阻為 100k?電路的電壓時，電壓指示值將僅為真值的一半。為了減小測量誤差，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)換方式進行分類。 ① 逐次逼近式 DVM。此種 DVM的特點是： a. 把輸入電壓的瞬時值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 b. 對輸入信號能每秒進行幾十至幾百次的高速測量。 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，當精度要求不高時，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)點是抗干擾能力強。 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)換方式的特點是線性度好、速度快、抗干擾能力強、線路簡單及與計算機接口簡單。由此可知，此種 DVM具有上述三種 A/D轉(zhuǎn)換式 DVM的優(yōu)點。 當被測電壓疊加上串模干擾電壓時，若用非積分式 DVM測量，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測量浮地直流電源 VX時， 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。積分式 DVM測量速度較慢是它的一個特點，使用時應加以注意。例如，雙積分式DVM，一個測量周期為 60 ms左右。 )dB(g201 nS M R EVK ??91／ 581 第 3章 常用電子儀器 ⑤ DVM保護端 G的使用方法。通常， DVM有三個輸入端：Hi（高）、 Lo（低）、 G（保護端）。 G內(nèi)部已接在DVM機內(nèi)保護屏蔽殼上， Hi、 Lo兩端接測量電壓。保護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，共模電流不應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測量浮地直流電源 時， G端的最佳連接（ G、 L相連）。因為此種接法 僅流過 L、 G連線，在 Ra,Rb上無壓降， G、 Lo實際處于同一電位，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，將引起測量誤差。 xV?CI?CV?92／ 581 第 3章 常用電子儀器 圖 DVM測量浮地直流電源 VX時， G端的最佳連接 93／ 581 第 3章 常用電子儀器 2．交流電壓測量 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電壓進行檢波 ,然后再將檢波后的信號進行放大。這樣通過電流表的平均電流 Iav 正比于被測電壓 Vav的平均值。由于正弦波應用廣泛，且有效值具有實用意義，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，用晶體管毫伏表測量非正弦波電壓時，因各種波形電壓的 KF值不同將產(chǎn)生較大的波形誤差。當用晶體管毫伏表分別測量方波和三角波電壓時，若電表均指示在10V處，就不能簡單地認為此方波、三角波電壓的有效值就是10V。因為這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 被測電壓的頻率應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，被測電壓的頻率應在20Hz~1MHz的范圍內(nèi)。 ② 要有較高的輸入阻抗。這是因為測量儀器的輸入阻抗是被測電路的負載之一，它的大小將影響測量精度。 ③ 需要正確測量失真的正弦波形或脈沖波形的有效值時，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 圖 ，圖 的波形示意圖。 其工作原理簡述如下： 輸入電路對被測信號進行放大、整形，使其成為與輸入信號同頻率的脈沖波形，如圖 ① 所示。圖 ③ 為在高電平的時間內(nèi)，門電路打開。圖 ① 的信號通過門電路輸出，控制信號為低電平時，門電路關(guān)閉，無輸出。圖 ④ 為門電路的輸出波形。計數(shù)電路對圖 ④ 的脈沖個數(shù)進行計數(shù)。開門時間一般為 1ms、 10ms、 100ms、 1s、 10s等。顯然，開門時間為 1s時，計數(shù)值就是輸入信號的頻率數(shù)，開門時間的準確度由時基發(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 使用儀器時，應注意以下事項。 ① 了解使用儀器的技術(shù)指標、工作原理圖和實驗中要用到的各個旋鈕開關(guān)的作用。 ② 正確選擇量程和調(diào)節(jié)儀器，使得儀器處于測試本數(shù)據(jù)的最佳狀態(tài)。 ③ 注意實驗中儀器的共連問題。實驗中有時需要用到多個電源，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，實驗中要用到兩個電源，如果是給實驗中的測試對象的兩部分電路分別供電，那么這兩個電源的地線就應該連起來，但如果想要用這兩個電源串聯(lián)來獲得更高的電壓，那么只能是一個電壓源的地線和另一個電壓源的正極線連起來，所以共連問題在具體的實驗中有具體的連法。 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)來選擇相應的功能，測量結(jié)果可在表頭上顯示出來，當然不同的功能對應表頭上不同的讀數(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，測量時水平放置?？蓽y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旋鈕的功能。 在表頭的中間有一個旋鈕，叫做機械歸零旋鈕，通過調(diào)節(jié)這個旋鈕可使表上的指針與零線對齊，一般出廠的時候已經(jīng)調(diào)好，不需要頻繁地調(diào)節(jié)。 面板上標注 “ +、 ”兩個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，黑表筆表示輸入的是負極性信號。但是用來測電阻的時候，內(nèi)部電流從黑表筆處流出，從紅表筆處流入，這在測試一些有極性的元件時要特別注意。 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 面板上方有一個調(diào)零電位器，它用于測電阻時的調(diào)零，每換一個歐姆擋都要調(diào)節(jié)這個電位器，使得表筆短接時，指針與最右端刻度對齊，否則測得的電阻值不準確。 表 。 101／ 581 第 3章 常用電子儀器 類別 符號 表示意義 類別 符號 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 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 正負極性 電動式儀表 公共端 電磁式有磁屏蔽 安放位置 標度尺水平 電動式有磁屏蔽 標度尺垂直 感應式儀表 準確度 177。 % 靜電式儀表 熱電式儀表 絕緣實驗 試驗電壓 2kV 使用條件 警告 按說明書要求使用 防磁能力 防御外磁場能力第 Ⅱ 級 B組使用條件 102／ 581 第 3章 常用電子儀器 主要技術(shù)指標： 測量直流電壓范圍： 1V～ 500V，分 5擋： 1V、 5V、 25V、 100V、500V； 測量交流電壓范圍： 10V～ 500V，分 3擋： 10V、 100V、 500V； 測量直流電流范圍： 5mA～ 500mA，分 3擋： 5mA、 50mA、500mA； 測量交流電流范圍： 50?A～ 500?A，分 2擋： 50?A、 500?A； 電阻測量分為 5擋： 100、 1k、 10k。 萬用表的電壓電流擋具有線性型，即實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應刻度線上的顯示值乘以相應的倍率得到。假設現(xiàn)在使用直流電壓擋 100V，顯示值是 425，則實際電壓是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），這樣測量時對被測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，這樣對測量來說是相當方便的。 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，當測試量超過量程的時候液晶面顯示為 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，只有正弦交流信號得到的結(jié)果是準確的。 （ 3）三極管?？蓽y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即表示是測量直流電流信號。如果顯示為 1，則把擋位向大的方向打。擋位指向 hFE的時候，把三極管插到右上角插孔處，可分別測量PNP和 NPN管，擋位打到 “” 處，可用來測試二極管的正負極和電路的通斷性，如電路是通的，萬用表會發(fā)出聲音。最下面四個輸入端子中黑表筆始終位于標記： “ MAX， 500V”處，測量電壓和電阻的時候紅表筆插入標記，電流小于 2A的時候紅表筆用左二端子。 106／ 581 第 3章 常用電子儀器 信號發(fā)生器 概述 信號發(fā)生器是用來產(chǎn)生正弦信號、方波信號、三角波信號以及其他各種不同波形和頻率信號的儀器。 按頻率信號，發(fā)生器可分為低頻信號發(fā)生器和高頻信號發(fā)生器。 按波形信號，發(fā)生器可分為正弦信號發(fā)生器和多諧信號發(fā)生器，例如方波信號發(fā)生器、三角波信號發(fā)生器都屬于多諧信號發(fā)生器。 本節(jié)介紹的是 XD22型低頻信號發(fā)生器（如圖 示）。這是一種多功能、寬頻帶低頻信號發(fā)生器，能產(chǎn)生 1Hz～ 3MHz的正弦波信號、脈沖信號和邏輯電平信號（ TTL）。有效輸出電壓為 ～ 6V。 107／ 581 第 3章 常用電子儀器 圖 XD低頻信號發(fā)生