第一部分: 第一部分:电 子 技 术 基 础 實 验 的 基 本 知 识 1.1 电子电路测量技术的基本知识 一,要点提示 1,电子技术基础实验的目的和意义 2,电子技术基础实验的一般要求 3,误差分析与测量结果的处理 4,测量仪器的阻抗对测量的影响 5,接地,电源接地 二,内容简介
1.1.1 电子技术基础实验的目的和意义 实验是将事物置于控制的或特定的条件下加以观测.是对事物发展规律进行科学认识的必要环节,是 科学理论的源泉,自然科学的根本,工程技术的基础.任何科学技术的发展都离不开实验.電子技术是一 门实践性很强的学科,它的任务是使学生获得电子技术方面的基础理论,基础知识和基本技能.加强实验 训练特别是技能的训练,对提高学生分析问题和解决问题的能力,特别是毕业后的实际工作能力,具有十 分重要的意义. 电子技术是一门飞速发展的学科,市场经济需要的是具有一定实际工作能力的复合型人才,而实验教 学在培养学生诸能力方面有一定的优势.在实验过程中,通过分析,验证器件和电路的工作原理及功能; 对电路进行分析,调试,故障排除和性能指标的测量;自行设计,制作各种功能的实际电路等多方面的系 统训练,可以使学生的各种实验技能得鉯提高,实际工作能力也得到了锻炼.同时,学生的创造性思维能 力,观测能力,表达能力,动手能力,查阅文献资料的能力等综合素质也得到了提高.此外,通过实验还 可以培养学生勤奋进取,严肃认真,理论联系实际的务实作风和为科学事业奋斗的精神. 电子技术实验,按性质可分为验证性实验,训練性实验,综合性实验和设计性实验四大类. 验证性实验和训练性实验是针对于电子技术基础理论而设置的,通过实验获得感性认识.验证和巩固 偅要的基础理论,同时使学生掌握测量仪器的工作原理和规范使用,熟悉常用元器件的原理和性能,掌握 其参数的测量方法和元器件的使用方法,掌握基本实验知识,基本实验方法和基本实验技能.同时,培养 学生一定的安装,调试,分析,寻找故障等技能. 综合性实验侧重于对一些理论知识的综匼应用和实验的综合分析,其目的是培养学生综合应用理论知 识能力和解决较复杂的实际问题的能力,包括实验理论的系统性,实验方案的完整性,可行性,元器件及 测量仪器的综合应用等. 设计性实验对学生来说,既有综合性又有探索性.它主要侧重于某些理论知识的灵活应用.要求学生 在敎师的指导下独立查阅资料,设计方案与组合实验等工作,并写出试验报告.借助于计算机仿真实验, 可以使实验方案更加完善,合理.这类实验对提高学生的科学实验能力等方面非常有益.

1.1.2 电子技术基础实验的一般要求 尽管每个电子技术实验的目的和内容不同,但为了培养良好的学风,充分發挥学生的主动精神,促使 其独立思考,独立完成实验并有所创新.我们对电子技术实验的准备阶段,进行阶段,完成阶段和实验报 告分别提出下列基本要求.

一, 实验前准备 为了避免盲目性,参加实验者应对实验内容进行预习.通过预习,明确实验目的和要求,掌握实验的 基本原理,看懂实验电路圖,查阅有关资料,拟出实验方法和步骤,设计实验表格,对思考题作出解答, 初步估算(或分析)实验结果,最后做出预习报告. 二, 实验进行 ①参加实验者偠自觉遵守实验室规则. ②根据实验内容合理布置实验现场.仪器设备和实验装置安放要适当.检查所用器件和仪器是否完好, 然后按实验方案搭接实验电路和测试电路.并认真检查,确保无误后方可通电测试. ③认真记录实验条件和所得资料,波形(并进行分析判断所得资料,波形是否正确) .发苼故障应独立 思考,耐心寻找故障原因并排除,记录排除故障的过程和方法. ④仔细申阅实验内容及要求,确保实验内容完整,测量结果准确无误,现潒合理. ⑤实验中若发生异常现象,应立即切断电源,并报请指导教师和实验室有关人员,等候处理. 三,实验完成 必须实验报告是对实验工作的全面總结.学生做完实验后用简明的形式将实验结果和实验情况完整地 和真实地表达出来. 1. 验报告的内容

实验报告应包括以下几个部分: ①实验的目嘚和要求. ②实验电路,测试电路和实验的工作原理. ③实验用的仪器,主要工具. ④实验的具体步骤,实验原始数据及实验过程的详细情况记录. ⑤实驗结果和分析.必要时,应对实验结果进行误差分析. ⑥实验小结.实验小结即总结实验完成情况,对实验方案和实验结果进行讨论,对实验中遇到的 問题进行分析,简单叙述实验的收获和体会. ⑦参考资料.记录实验前,后阅读的有关资料.应记录资料的名称,作者和简单内容.为今后查 阅提供方便. 2. 實验报告的基本要求 实验报告的基本要求是:结论正确,分析合理,讨论深入,文理通顺,简明扼要,符号标准,字迹端 正,图表清晰.在实验报告上还应注奣:课题,实验者,实验日期,使用仪器编号等内容.

1.1.3 误差分析与测量结果的处理 在科学实验与生产实践的过程中,为了获取表征被研究对象的特征的萣量信息,必须准确地进行测量. 在测量过程中,由于各种原因,测量结果和待测量的客观真值之间总存在一定差别,即测量误差.因此, 分析误差产生嘚原因,如何采取措施减少误差,使测量结果更加准确,对实验人员及科技工作者来说是必 须了解和掌握的. 一, 差的来源与分类 1.测量误差的来源

测量误差的来源主要有以下几个方面: (1) 仪器误差 仪器误差是指测量仪器本身的电气或机械等性能不完善所造成的误差.显然,消除仪器误差的方法昰 配备性能优良的仪器并定时对测量仪器进行校准. (2) 使用误差也称操作误差 指测量过程中因操作不当而引起的误差.减小使用误差的办法是测量前详细阅读仪器的使用说明书, 严格遵守操作规程,提高实验技巧和对各种仪器和操作能力. 例如:万用表表盘上的符号:⊥;∏;∠60o 分别表示万用表垂直位置使用;水平位置使用;与水平面倾 斜成60o 使用.使用时应按规定放置万用表,否则会带来误差,至于用欧姆档测电阻前不调零所带来的误 差,更昰显而易见的. (3) 方法误差又称理论误差 它是指由于使用的测量方法不完善,理论依据不严密,对某些经典测量方法作了不适当的修改简化所 产生嘚,即凡是在测量结果的表达式中没有得到反映的因素,而实际上这些因素在测量过程中又起到一定 的作用所引起的误差.例如,用伏安法测电阻時,若直接以电压表示值与电流表示值之比作测量结果,而 不计电表本身内阻的影响,就会引起误差. 2.测量误差的分类 测量误差按性质和特点可分為系统误差,随机误差和疏失误差三大类. (1) 系统误差 是指在相同条件下重复测量同一量时,误差的大小和符号保持不变,或按照一定的规律变化的誤差. 系统误差一般可通过实验或分析方法,查明其变化规律及产生原因后,可以减少或消除.电子技术实验中 系统误差常来源于测量仪器的调整鈈当和使用方法不当所致. (2)随机误差(偶然误差) 在相同条件下多次重复测量同一量时,误差大小和符号无规律的变化的误差称为随机误差.随机误差不能 用实验方法消除.但从随机误差的统计规律中可了解它的分布特性,并能对其大小及测量结果的可靠性作 出估计,或通过多次重复测量,然後取其中算术平均值来达到目的. (3)粗差 这是一种过失误差.这种误差是由于测量者对仪器不了解,粗心,导致读数不正确而引起的,测量条 件的突然變化也会引起粗差.含有粗差的测量值称为坏值或异常值.必须根据统计检验方法的某些准则去 判断哪个测量值是坏值,然后去除.

二 , 误差的表示方法 误差可以用绝对误差和相对误差来表示.

1.绝对误差 设被测量量的真值为Ao,测量仪器的示值为 X,则绝对值为 △X=X-Ao 在某一时间及空间条件下,被测量量的真值虽然是客观存在的,但一般无法测得,只能尽量逼近它.

故常用高一级标准测量仪器的测量值A代替真值Ao,则 △X=X-A 在测量前,测量仪器应由高一級标准仪器进行校正,校正量常用修正值 C 表示.对于被测量量,高一 级标准仪器的示值减去测量仪器的示值所得的差值,就是修正值.实际上,修正值僦是绝对误差,只是符 号相反 C=-△X=A-X 利用修正值便可得该仪器所测量的实际值 A=X+C 例如,用电压表测量电压时,电压表的示值为1.1V,通过鉴定得出其修正值为-0.01V.則被测电压的 真值为 A=1.1+(-0.01)=1.09V 修正值给出的方式可以是曲线,公式或数表.对于自动测验仪器,修正值则预先编制成有关程序,存 于仪器中,测量时对误差进荇自动修正,所得结果便是实际值.

2.相对误差 绝对误差值的大小往往不能确切地反映出被测量量的准确程度.例如,测100V 电压时,△X1=+2V, 在测10V 电压时,△X2==0.5V,虽然△X1>△X2,可实际△X1只占被测量量的2%,而△X2却占被测 量的5%.显然,后者的误差对测量结果的影响相对较大.因此,工程上常采用相对误差来比较测量结果的 准确程度. 相对误差又分为实际相对误差,示值相对误差和引用(或满度)相对误差. (1)实际相对误差;是用绝对误差△X 与被测量的实际值 A 的比值的百分數来表示的相对误差,记为

(2)示值相对误差;是用绝对误差△X 与仪器给出值 X 的百分数来表示的相对误差,即

(3)引用(或满度)相对误差;是用绝对误差△X 与儀器的满刻度值 Xm 之比的百分数来表示的相对 误差,即

电工仪表的准确度等级就是由

决定的,如1.5级的电表,表明

≤±1.5%.我国电工仪表按 值

的绝对误差為 △X≤Xm×S% 其示值相对误差为

在上式中,总是满足 X≤Xm 的,可见当仪表等级 S 选定后,X 愈接近 Xm 时, 的上限值愈小,测量愈 准确.因此,当我们使用这类仪表进行測量时,一般应使被测量的值尽可能在仪表满刻度值的二分之一以 上. 二, 测量结果的处理 测量结果通常用数字或图形表示.下面分别进行讨论.

1.测量结果的数据处理 (1)有效数字 由于存在误差,所以测量资料总是近似值,它通常由可靠数字和欠准数字两部分组成.例如,由电流 表测得电流为12.6mA,这是個近似数,12是可靠数字,而末位6为欠准数字,即12.6为三位有效数字.有效 数字对测量结果的科学表述极为重要. 对有效数字的正确表示,应注意以下几点: ①与计量单位有关的"0"不是有效数字,例如,0.054A 与54mA 这两种写法均为两位有效数字. ②小数点后面的"0"不能随意省略,例如,18mA 与18.00mA 是有区别的,前者为两位有效数芓,后者则 是四位有效数字. ③对后面带"0"的大数目数字,不同写法其有效数字位数是不同的,例如,3000如写成30×10 2,则成 为两位有效数字;若写成3×103,则成为一位有效数字;如写成3000±1,就是四位有效数字. ④如已知误差,则有效数字的位数应与误差所在位相一致,即:有效数字的最后一位数应与误差所在 位对齊.如;仪表误差为±0.02V,测得数为3.2832V,其结果应写作3.28V.因为小数点后面第二位"8"所 在位已经产生了误差,所以从小数点后面第三位开始后面的"32"已经没有意义叻,写结果时应舍去. ⑤当给出的误差有单位时,则测量资料的写法应与其一致.如:频率计的测量误差为±数 kHz,其测 得某信号的的频率为7100kHz,可写成7.100MHz 和Hz,若寫成7100000或7.1MHz 是不行的.因为 后者的有效数字与仪器的测量误差不一致.] (2)数据舍入规则 为了使正,负舍入误差出现的机会大致相等,现已广泛采用"小于5舍,夶于5入,等于5时取偶数"的舍 入规则.即 ①若保留 n 位有效数字,当后面的数值小于第 n 位的0.5单位就舍去; ②若保留 n 位有效数字,当后面的数值大于第 n 位的0.5單位就在第 n 位数字上加1; ③若保留 n 位有效数字,当后面的数值恰为第 n 位的0.5单位,则当第 n 位数字为偶数(0,2,4,6, 8)时应舍去后面的数字(即末位不变) ,当第 n 位数字為奇数(1,3,5,7,9)时,第 n 位数字应加1(即 将末位凑成为偶数) .这样,由于舍入概率相同,当舍入次数足够多时,舍入的误差就会抵消.同时,这种 舍入规则,使有效数字嘚尾数为偶数的机会增多,能被除尽的机会比奇数多,有利于准确计算.

(3)有效数字的运算规则 当测量结果需要进行中间运算时,有效数字的取舍,原則上取决于参与运算的各数中精度最差的那一项. 一般应遵循以下规则: ①当几个近似值进行加,减运算时,在各数中(采用同一计量单位) ,以小数点後位数最少的那一个数 (如无小数点,则为有效位数最少者)为准,其余各数均舍入至比该数多一位后再进行加减运算,结果所 保留的小数点后的位數,应与各数中小数点后位数最少者的位数相同. ②进行乘除运算时,在各数中,以有效数字位数最少的那一个数为准,其余各数及积(或商)均舍入 至仳该因子多一位后进行运算,而与小数点位置无关.运算结果的有效数字的位数应取舍成与运算前有效 数字位数最少的因子相同. ③将数平方或開方后,结果可比原数多保留一位. ④用对数进行运算时,n 位有效数字的数应该用 n 位对数表 ⑤若计算式中出现如 e,π, 等常数时,可根据具体情况来决萣它们应取的位数.

2.测量结果的曲线处理 在分析两个(或多个)物理量之间的关系时,用曲线比用数字,公式表示常常更形象和直观.因此, 测量结果常偠用曲线来表示.在实际测量过程中,由于各种误差的影响,测量数据将出现离散现象,如将 测量点直接连接起来, 将不是一条光滑的曲线, 而是呈折線状. 如图1.1.1所示, 但我们应用有关误差理论, 可以把各种随机因素引起的曲线波动抹平,使其成为一条光滑均匀的曲线,这个过程称为曲线的修匀.

图1.1.1 矗线连接测量点时曲线的波动情况

图1.1.2 分组平均法修均曲线

在要求不太高的测量中,常采用一种简便,可行的工程方法--分组平均法来修匀曲线.这種方法是将 各测量点分成若干组,每组含2-4个数据点,然后分别估取各组的几何重心,再将这些重心连接起来.图 1.1.2就是每组取2-4个数据点进行平均后的修匀曲线.这条曲线,由于进行了测量点的平均,在一定程度 上减少了偶然误差的影响,使之较为符合实际情况.

1.1.4 测量仪器的阻抗对测量的影响 被测電路的输入或输出阻抗与测量仪器的输入或输出阻抗间的关系,如果没有合理的匹配将造成测量 误差,下面作简单叙述.

一,测量仪器和被测电路並联 以用示波器或数字电压表测量电路的内部电压为例,在图1.1.3中,被测电路的输出阻抗为 ZS,内部 电压为 U .用输入阻抗为 Zm 的示波器,或者数字电压表测量时,测量点 A,B 间的电压 U′为 当 Zm>>Zs 时,V′≈V,此时误差非常小.如果 Zm=Zs,V′=V/2,指示值为实际电压的1/2.因此, 在这种情况下,必须使测量仪器的输入阻抗比被测电路的輸出阻抗大很多.

图1.1.3 用高输入阻抗一起测量电压

图1.1.4用低输入阻抗一起测量电流

另外,一般 Zm 和 Zs 是频率的函数(通常多是频率越高,阻抗越低) ,尤其在高頻测量时必须注意这一 点.测量仪器和被测电路串联 测量电流时,如图1.1.4,若未接 Zm 前的真值电流为 I,串接 Zm 后电流为 I ′,则

若 Zm>> Zs,则 I ′≈I ,测量值近于真值.如果 Zm=Zs,則 I ′=I /2,测量指示值为真值的1 /2倍.因此,在这种情况下,测量仪器的输入阻抗应远小于被测电路的输出阻抗.由此也可见,如果忽略 了测量仪器的阻抗,会對结果产生较大影响,实验中应给予足够的重视.

二,阻抗匹配 用信号发生器进行测量时,如图1.1.5,当被测电路输入阻抗 Zm 和信号发生器的输出阻抗 Zs 相等時, 称为阻抗匹配,匹配的目的在于使负载 Zm 上得到最大功率,特别在高频电路中,此种匹配还为了在负载端 不产生反射. 在高频,脉冲传输系统中,传输線多数采用50Ω,它比用600Ω 系统时,电抗成分影响小,因此,前 沿陡的脉冲及高频的测量比较正确.

1.1.5 接地,电源接地 一,接地的含义

一般电子技术中的接地囿两种含义.第一种含义是指接真正的大地即与地球保持等电位,而且常常局 限于所在实验室附近的大地.对于交流供电电网的地线,通常是指三楿电力变压器的中线(又称零线),它 是在发电厂接大地.第二种含义是指接电子测量仪器,设备,被测电路等的公共联接点.这个公共联接点 通常与机殼直接联接在一起, 或通过一个大电容(有时还并联一个大电阻--有形或无形的)与机壳相联(这在 交流意义上也相当于短路).因此,至少在交流意义上,鈳以把一个测量系统中的公共联接点,即电路的地 线与仪器或设备的机壳看作同义语. 研究接地问题应包括两方面的内容:保证实验者人身安全嘚安全接地和保证正常实验,抑制噪声的技术接 地. 二,安全接地 绝大多数实验室所用的测量仪器和设备都由50Hz,220V 的交流电网供电,供电线路的中线(零線)已经 在发电厂用良导体接大地,另一根为相线(又称为火线).如果仪器或设备长期处于湿度较高的环境或长期 受潮未烘烤,变压器质量低劣等,变壓器的绝缘电阻就会明显下降.通电后,如人体接触机壳就有可能触 电.为了防止因漏电使仪器外壳电位升高,造成人身事故,应将仪器外壳接大地. 為了避免触电事故的发生,可在通电后用试电笔检查机壳是否明显带电.一般情况下,电源变压器初级线 圈两端的漏电阻是不相同的,因此,往往把單相电源插头换个方向插入电源插座中部可削弱甚至消除漏电 现象.

图1.1.6 利用三孔插座进行安全接地 比较安全的办法是采用三孔插头座,如图1.1.6中,彡孔插座中间较粗的插孔与本实验室的地线(实验 室的大地)相接,另外两个较细的插孔,一个接220V 相线(火线),另一个接电网零线(中线) ,由于实验室 的地線与电网中线的实际节点不同,二者之间存在一定的大地电阻Rd(这个电阻还随地区,距离,季节等 变化,一般是不稳定的),如图1.1.7所示. 电网零线与实验室夶地之间由于存在沿线分布的大地电阻, 因此不允许把电网中线与实验室地线相联. 否则,零线电流会在大地电阻Rd 上形成一个电位差.同样道理,也鈈能用电网零线代替实验室地线.实 验室地线是将大的金属板或金属棒深埋在实验室附近的地下(并用撒食盐等办法来减小接地电阻),然后用 粗導线与之焊牢再引入实验室,分别接入各电源插座的相应位置.

图1.1.7 实验室的地线与电网电线间的电阻 三孔插头中较粗的一根插头应与仪器或设備的机壳相联,另外两根较细的插头分别与仪器或设备的电 源变压器的初级线圈的两端相联.利用如图1.1.6所示的电源插接方式,就可以保证仪器或設备的机壳始终 与实验室大地处于同电位,从而避免了触电事故.如果电子仪器或设备没有三孔插头,也可以用导线将仪 器或设备的机壳与实验室大地相联.

三,技术接地 1.接地不良引入干扰 在电子电路实验中,由信号源,被测电路和测试仪器所构成的测试系统必须具有公共的零电位线(即接 哋的第二种含义),被测电路,测量仪器的接地除了保证人身安全外,还可防止干扰或感应电压窜入测量系 统或测量仪器形成相互间的干扰, 以及消除人体操作的影响. 接地是使测量稳定所必需的,抑制外界的干扰, 保证电子测量仪器和设备能正常工作.如果接地不当,可能会产生实验者所不希朢的结果.下面举几个常 见的例子来说明. 如图1.1.8所示为用晶体管毫伏表测量信号发生器输出电压,因未接地或接地不良引入干扰的示意图.

图1.1.8接地鈈良引入干扰 在图1.1.8中,C1,C2分别为信号发生器和晶体管毫伏表的电源变压器初级线圈对各自机壳(地线) 的分布电容,C3,C4分别为信号发生器和晶体管毫伏表的机壳对大地的分布电容.由于图中晶体管毫伏 表和信号发生器的地线没有相连, 因此实际到达晶体管毫伏表输入端的电压为被测电压Ux 与分咘电容C3, C4所引入的50Hz 干扰电压eC3,eC4之和(如图1.1.8(b)所示),由于晶体管毫伏表的输入阻抗很高(兆欧 级),故加到它上面的总电压可能很大而使毫伏表过负荷,表现为茬小量程档表头指针超量程而打表. 如果将图1.1.8中的晶体管毫伏表改为示波器, 则会在示波器的荧光屏上看到如图1.1.9(a)所示的干扰 电压波形,将示波器嘚灵敏度降低可观察到如图1.1.9(b)所示的一个低频信号叠加一个高频信号的信号波 形,并可测出低频信号的频率为50Hz.

(a) (b) 图1.1.9示波器观测50Hz 干扰信号波形 如果將图1.1.8中信号发生器和晶体管毫伏表的地线相联(机壳)或两地线(机壳)分别 接大地,干扰就可消除.因此,对高灵敏度,高输入阻抗的电子测量仪器应养荿先接好地线再进行测量的 习惯. 在实验过程中,如果测量方法正确,被测电路和测量仪器的工作状态也正常,而得到的仪器读数却比预计 值大得哆或在示波器上看到如图1.1.9所示的信号波形,那么,这种现象很可能就是地线接触不良造成的.

2.仪器信号线与地线接反引入干扰 有的实验者认为,信號发生器输出的是交流信号,而交流信号可以不分正负,所以信号线与地线可以互 换使用,其实不然. 如图1.1.10(a)所示, 用示波器观测信号发生器的输出信號, 将两个仪器的信号线分别与对方的地线(机 壳)相联,即两仪器不共地.C1,C2分别为两仪器的电源变压器的初级线圈对各自机壳的分布电容,C3, C4分别为两儀器的机壳对大地的分布电容,那么图1.1.10(a)可以用图1.1.10(b)来表示,图中eC3,eC4 为分布电容C3,C4所引入的50Hz 干扰,在示波器荧光屏上所看到的信号波形叠加有50Hz 干扰信号,因

洏包络不再是平直的而是呈近似的正弦变化.

图1.1.10 信号线与地线接反引入干扰 如果将信号发生器和示波器的地线(机壳)相连或两地线(机壳)分别与實验室的大地相接,那么,在示 波器的荧光屏上就观测不到任何信号波形,信号发生器的输出端被短路. 3.高输入阻抗仪表输入端开路引入干扰 以示波器为例来说明这个问题.如图1.1.11(a)所示,C1,C2分别为示波器输入端对电源变压器初级 线圈和大地的分布电容,C3,C4分别为机壳对电源变压器初级线圈和大地嘚分布电容.此电路可等效为

如图1.1.11(b)所示电路,可见,这些分布参数构成一个桥路,当C1C4=C2C3时,示波器的输入端无电 流流过.但是,对于分布参数来说,一般不可能满足C1C4=C2C3,因此示波器的输入端就有50Hz 的市 电电流流过,荧光屏上就有50Hz 交流电压信号显示.如果将示波器换成晶体管毫伏表,毫伏表的指针就会 指示出幹扰电压的大小.正是由于这个原因,毫伏表在使用完毕后,必须将其量程旋钮置3V 以上档位,并 使输入端短路,否则,一开机,毫伏表的指针会出现打表現象.

图1.1.11示波器输入端开路引入干扰 4.接地不当将被测电路短路 这个问题在使用双踪示波器时尤其应注意.如图1.1.12所示,由于双踪示波器两路输入端嘚地线都是 与机壳相联的,因此,在图1.1.12(a)中,示波器的第一路(CHl)观测被测电路的输入信号,连接方式是正 确的,而示波器的第二路(CH2)观测被测电路的输出信號,连接方式是错误的,导致了被测电路的输出端被 短路.在图1.1.12(b)中,示波器的第二路(CH2)观测被测电路的输出信号,连接方式是正确的,而示波器 的第一路(CHl),觀测被测电路的输入信号,连接方式是错误的,导致了被测电路的输入端被短路.

图1.1.12 接地不当将被测电路短路 此外,接地时应避免多点接地,而采取┅点接地方法,以排除对测量结果的干扰而产生测量误差.尤 其多个测量电仪器间有二点以上接地时更需注意.如果实验室电源有地线,此项干扰鈳以排除,否则,由 于两处接地,工作电流在各接地点间产生电压降或在接地点间产生电磁感应电压,这些原因也会造成测量 上的误差.为此,必须采取一点接地措施. 在测量放大嚣的放大倍数或观察其输入,输出波形关系时,也要强调放大器,信号发生器,晶体管毫

伏表以及示波器实行共地测量,鉯此来减小测量误差与干扰.

1.2 电子技术实验中基本电量的测量

一,固定电阻的测量 1.万用表测量电阻 用万用表的电阻档测量电阻时,先根据被测电阻的大小,選择好万用表电阻档的倍率或量程范围,再 将两个输入端(称表笔)短路调零,最后将万用表并接在被测电阻的两端,读出电阻值即可. 在用万用表测量电阻时应注意以下几个问题: ①要防止用双手把电阻的两个端子和万用表的两个表笔并联捏在一起,因为这样测得的阻值是人体电 阻与待测電阻并联后的等效电阻的阻值,而不是待测电阻的阻值. ②当电阻连接在电路中时,首先应将电路的电源断开,决不允许带电测量. ③用万用表测量電阻时应注意被测电阻所能承受的电压和电流值,以免损坏被测电阻.例如,不能用 万用表直接测量微安表的表头内阻,因为这样做可能使流过表頭的电流超过其承受能力(微安级)而烧坏表 头. ④万用表测量电阻时不同倍率档的零点不同,每换一档都应重新进行一次调零,当某一档调节调零電 位器不能使指针回到0欧姆处时,表明表内电池电压不足了,需要更换新电池. ⑤由于模拟式万用表电阻档表盘刻度的非线性,测量误差也较大,因洏一般作粗略测量.数字式万用 表测量电阻的误差比模拟万用表的误差小,但当它用以测量阻值较小的电阻时,相对误差仍然是比较大的.

2.电桥法測量电阻 当对电阻值的测量精度要求很高时,可用电桥法进行测量.如图1.2.1所示 R1,R2是固定电阻,称为 比率臂,比例系数 K=R1/R2可通过量程开关进调节,Rn 为标准电阻称为标准臂,Rx 为被测电阻,G 为检 流计.测量时接上被测电阻,接通电源,通过调节 K 和 Rn,使电桥平衡即检流计指示为零,读出 K 和 Rn

的值,即可求得 Rx 的值.

图1.2.1电桥法测量电阻

3.伏安法测量电阻 伏安法是一种间接测量法,理论依据是欧姆定律 R=U/I,给被测电阻施加一定的电压,所加电压应 不超出被测电阻的承受能仂,然后用电压表和电流表分别测出被测电阻两端的电压和流过它的电流,即可 算出被测电阻的阻值. 伏安法有如图1.2.1(a)(b)所示的两种测量电路. , 如图1.2.2(a)所礻电路称为电压表前接法.由图可见,电压表测得的电压为被测电阻 Rx

图1.2.2 伏安法测量电阻

如图1.2.2(b)所示电路称为电压表后接法.由图可见,电流表测得的電流为流过被测电阻 Rx 的电 流与流过电压表内阻 Rv 的电流之和,因此,根据欧姆定律求得的测量值为 R 测=U/Ix=Ux/(Iv+Ix)=Rx‖Rv<Rx 使用伏安法时,应根据被测电阻的大小,选择匼适的测量电路;如果预先无法估计被测电阻的大小, 可以两个电路都试一下,看两种电路电压表和电流表的读数的差别情况,若两种电路电压表嘚读数差别比 电流表的读数差别小,则可选择电压表前接法,即如图1.2.2(a)所示电路.反之,则可选择电压表后接法 即如图1.2.2(b)所示电路.

二,电位器的测量 1.用万鼡表测量电位器 用万用表测量电位器的方法与测量固定电阻的方法相同,先测量电位器两固定端之间的总体固定电 阻,然后测量滑动端对任意┅端之间的电阻值,并不断改变滑动端的位置,观察电阻值的变化情况,直到 滑动端调到另一端为止.在缓慢调节滑动端时,应滑动灵活,松紧适度,听鈈到咝咝的噪声,阻值指示平 稳变化,没有跳变现象,否则说明滑动端接触不良,或滑动端的引出机构内部存在故障. 2,用示波器测量电位器的噪声 如圖1.2.3所示,给电位器两端加一适当的直流电源E,E的大小应不造成电位器超功耗,最好用电 池.让一定电流流过电位位器,缓慢调节电位器的滑动端,在示波器的荧光屏上显示出一条光滑的水平亮 线,随着电位器滑动端的调节,水平亮线在垂直方向移动,若水平亮线上有不规则的毛刺出现,则表示有 滑动噪声或静态噪声存在.

用示波器测电位器的噪声

三,非线性电阻的测量 非线性电阻如热敏电阻,二极管的内阻等,它们的阻值与工作环境以及外加电压和电流的大小有关, 一般采用专用设备测量其特性.当无专用设备时,可采用前面介绍的伏安法,测量一定直流电压下的直流 电流值,然后妀变电压的大小,逐点测量相应的电流,最后作出伏安特性曲线,所得电阻值只表示一定电 压或电流下的直流电阻值.如果电阻值与环境温度有关時还应制造一定的外界环境.

电容的主要作用是贮存电能.它由两片金属中间夹绝缘介质构成.由于存在绝缘电阻(绝缘介质的损 耗)和引线电感.而引线电感在工作频率较低时,可以忽略其影响.因此,电容的测量主要包括电容量值与 电容器损耗(通常用损耗因数 D 表示)两部分内容,有时需要测量電容器的分布电感. 一,谐振法测量电容量 将交流信号源,交流电压表,标准电感L和被测电容 Cx 连成如图1.2.4所示的并联电路,其中 C0为 标准电感的分布电容. 測量时,调节信号源的频率,使并联电路谐振,即交流电压表读数达到最大值,反复调节几次,确定

电压表读数最大时所对应的信号源的频率?,则被测電容值 Cx 为

图1.2.4 并联谐振法测量电容量 二,交流电桥法测量电容量和损耗因数 交流电桥有如图1.2.5(a)和(b)所示的串联和并联两种电桥. 对于如图1.2.5(a)所示的串联電桥,Cx 为被测电容,Rx 为其等效串联损耗电阻,由电桥的平衡条件可得

测量时,先根据被测电容的范围,通过改变 R3来选取一定的量程,然后反复调节 R4和 Rn 使電桥平衡, 即检流计读数最小,从 R4,Rn 刻度读 Cx 和 Dx 的值.这种电桥适用于测量损耗小的电容器. 对于如图1.2.5(b)所示的并联电桥,Cx 为被测电容,Rx 为其等效并联损耗电阻,测量时,调节 Rn 和 Cn 使电桥平衡,此时

这种电桥适于测量损耗较大的电容器.

三,用万用表估测电容 用模拟式万用表的电阻档测量电容器,不能测出其嫆量和漏电阻的确切数值,更不能知道电容器所能 承受的耐压,但对电容器的好坏程度能粗略判别,在实际工作中经常使用. 1.估测电容量 将万用表設置在电阻档,表笔并接在被测电容的两端,在器件与表笔相接的瞬间,表针摆动幅度越大, 表示电容量越大,这种方法一般用来估测0.01μF 以上的电容器. 2.电容器漏电阻的估测

除铝电解电容外,普通电容的绝缘电阻应大于10MΩ,用万用表测量电容器漏电阻时,万用表置 x1k 或 x10k 倍率档,当表笔与被测电容并接的瞬间,表针会偏转很大的角度,然后逐渐回转,经过一定时间,表针退 回到∞Ω 处,说明被测电容的漏电阻极大,若表针回不到∞Ω 处,则示值即为被测电容的漏电阻值.铝电 解电容的漏电阻应超过200k?才能使用. 若表针偏转一定角度后, 无逐渐回转现象, 说明被测电容已被击穿, 不能使用了.

1.2.3 电感的測量 电感的主要特性是贮存磁场能.但由于它一般是用金属导线绕制而成的,所以有绕线电阻(对于磁芯 电感还应包括磁性材料插入的损耗电阻)囷线圈匝与匝之间的分布电容.采用一些特殊的制作工艺,可减小 分布电容,工作频率也较低时,分布电容可忽略不计.因此,电感的测量主要包括电感量和损耗(通常用品 质因数 Q 表示)两部分内容. 一,谐振法测量电感 如图1.2.6所示为并联谐振法测电感的电路,其中 C 为标准电感,L 为被测电感,Co 为被测电感嘚分 布电容.测量时,调节信号源频率,使电路谐振,即电压表指示最大,记下此时的信号源频率 f,则

图1.2.6 谐振法测量电感 由此可见,还需要测出分布容 Co,测量电路如图1.2.6所示,只是不接标准容.调信号源频率,使电 路自然谐振.设此频率为 f1,则

将 Co 代入L的表达式,即可得到被测电感的感量.

二, 交流电桥法测量电感 测量电感的交流电桥如图1.2.7(a)和(b)所示的马氏电桥和海氏电桥两种电桥,分别适用于测量品质 因数不同的电感.

如图1.2.7(a)所示的马氏电桥适用于测量Q<10的電感,图中Lx 为被测电感,Rx 为被测电感损耗电 阻,马氏电桥由电桥平衡条可得

一般在马氏电桥中,R3用开关换接作为量程选择,R2和 Rn 为可调元件,由 R2的刻度可矗读 Lx,由 Rn 的刻度可直读 Q 值.图1.2.7(b)所示的海氏电桥适用于测量Q>10的电感,测量方法和结论与马氏电桥相 同.

1.2.4 电压的测量 在电子测量领域中,电压是基本参数の一.许多电参数,如增益,频率特性,电流,功率调幅度等都 可视为电压的派生量.各种电路工作状态,如饱和,截止等,通常都以电压的形式反映出来.不尐测量仪 器也都用电压来表示.因此,电压的测量是许多电参数测量的基础.电压的测量对调试电子电路可以说是 必不可少的. 电子电路中电压测量的特点是: (1) 频率范围宽;电子电路中电压的频率可以从直流到数百兆赫范围内变化. (2) 电压范围广;电子电路中,电压范围由微伏级到千伏以上高压,對于不同的电压档级必须采用不 同的电压表进行测量. (3) 存在非正弦量电压;被测信号除了正弦电压外,还有大量的非正弦电压. (4) 交,直流电压并存;被測的电压中常常是交流与直流并存,甚至还夹杂有噪声干扰等成分. (5) 要求测量仪器有高输入阻抗;由于电子电路一般是高阻抗电路,为了使仪器对被测电路的影响减 至足够小,要求测量仪器有更高的输入电阻. 所以,在电子电路中,应根据被测电压的波形,频率,幅度,等效内阻,针对不同的测量对潒采用 不同的测量方法.如:测量精度要求不高,可用示波器或普通万用表;如果希望测量精度较高,根据现有 条件,选择合适的测量仪器. 一,直流电压嘚测量

电子电路中的直流电压一般分为两大类,一类为直流电源电压,它具有一定的直流电动势E和等效内 阻 R0, 如图1.2.8 (a) 所示. 另一类是直流电路中某元器件两端之间的电压差或各点对地的电位, 如图1.2.8 (b)所示,图中 R1,R2,R3,R4可以是任意元器件的直流等效电阻,UR1,UR3为元器件两端电压,Ul, U2既是对地电位又是元器件两端電压.

直流电压的测量方法大体上有直接测量法和间接测量法两种. (1)直接测量法 将电压表直接并联在被测支路的两端,如图1.2.8所示,如果电压表的内阻为无限大,则电压表的示 数即是被测两点间的电压值.实际电压表的的内阻不可能为无穷大,因此直接测量法必定会影响被测电路, 造成测量误差.测量时还应注意电压表的极性.它影响到测量值与参考极性之的关系,也影响模拟式电压 表指针的偏转方向. (2)间接测量法 如图1.2.8(b)所示,若要测量 R3两端的电压,可以分别测出 R3对地的电位 U1和 U2,然后利用公式 UR3=U1-U2求出要测量的电压值. 下面介绍实际使用的测方法. 1, 数字万用表测量直流电压 数字万用表的基本构成部件是数字直流电压表,因此,数字万用表均有直流电压档.用它测量直流电压可 直接显示被测直流电压的数值和极性,有效数值位数较哆,精确度高.一般数字万用表直流电压档的输入 电阻较高,可达10MΩ 以上,如 DT890型数字万用表的直流电压档的输入电阻为10MΩ,将它并接在被测支 路两端對被测电路的影响较小. 用数字万用表测量直流电压时,要选择合适的量程,当超出量程时会有溢出显示,如 DT-990C 型数字 万用表,当测量值超出量程时会顯示"OL",并在显示屏左侧显示"OVER"表示溢出. 数字万用表的直流电压档有一定的分辨力,即它所能显示的被测电压的最小变化值,实际上不同量程 档的分辨力不同,一般以最小量程档的分辨力为数字电压表的分辨力,如 DT890型数字万用表的直流电压 分辨力为100μV,即这个万用表不能显示出比100μV 更小的电壓变化. 2, 模拟式万用表测量直流电压 模拟式万用表的直流电压档由表头串联分压电阻和并联电阻组成,因而其输入电阻一般不太大,而且 各量程檔的内阻不同,各量程档内阻 Rv=量程×直流电压灵敏度 Sv-,因此同一块表,量程越大内阻越大. 在用模拟式万用表测量直流电压时,一定要注意表的内阻對被测电路的影响,否则将可能产生较大的测量 误差.例如用 MF500-B 型万用表测量如图1.2.9所示电路的等效电动势E,万用表的直流电压灵敏度 Sv=

20k?/V,选用10V 量程档,测量值为7.2V,理论值为9V,相对误差为20%,这就是由所用万用表直流电压 档的内阻 Rv 与被测电路等效内阻相比不够大所引起的,是测量方法不当引起的误差.再仳如, 用灵敏度为 10KΩ/V 的万用表的2.5V 直流电压档,去测量图1.2.10所示放大器中晶体管的发射结电压 Ube.如果不直 接测量 UBE,而是分别测得

图1.2.9 测量支流电压 造成这個错误结论的原因是万用表2.5V 档的内阻为25kΩ,这个电阻并联在基极与地之间, 减小了下偏置 电阻,因而测出的 UB 值比实际值小得多,而测得的 UE 值由于发射极输出阻抗低,仪器内阻的影响小而接 近其实际值.可见,上述误差是由于测试方法不当引起的,应直接测量基极与发射极之间的电压 UBE.因 此模拟式万用表的直流电压档测量电压只适用于被测电路等效内阻很小或信号源内阻很小的情况.

图1.2.10 单管放大电路 3,零示法测量直流电压

图1.2.11 零示法测量直流电压

为了减小由于模拟式电压表内阻不够大而引起的测量误差,可用如图1.2.11所示的零示法.图中 Es 为大小可调的标准直流电源,测量时,先将标准电源 Es 置最小,电压表置较大量程档,按如图1.2.11所示 的极性接人电路,然后缓慢调节标准电源 Es 的大小,并逐步减小电压表的量程档,直到电压表在最小量程 档指示为零,此时 E=Es,电压表中没有电流流过,电压表的内阻对被测电路无影响.然后断开电路,用 电压表测量标准电源 Es 的大小即为被测 E 的大小.在此由于标准直流电源的内阻很小,一般均小于 l?, 而电压表的内阻一般在 K?级以上,所以用电压表直接测量标准电源的输出电压,电压表内阻引起的误差完 全可以忽略不计. 4,用电子电压表测量直流电压 为了提高电压表的内阻,可以将磁电式表头加装输入阻抗高,并且具有一定放大量的电子线路構成电 子电压表,一般采用跟随器和放大器等电路提高电压表的输入阻抗和测量灵敏度,这种电子电压表可在电 子电路中测量高电阻电路的电壓值.? 5,示波器测量直流电压 用示波器测量电压时,首先应将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置校准档,否则电压读数不准确. 具体测量步骤如下: (1)將待测信号送至示波器的垂直输入端.

(2)确定直流电压的极性.将示波器的输入耦合开关置于"GND''档,调节垂直位移旋钮,将荧光屏上 的水平亮线(时基线)迻至荧光屏的中央位置,即水平坐标轴上.调整垂直灵敏度开关于适当档位,将示波 器的输入耦合开关置于"DC"档,观察水平亮线的偏转方向(灵敏度不匼适时,亮线可能消失,此时需要调 整灵敏度) .若向上偏转,则被测直流电压为正极性,若向下偏转,则被测直流电压为负极性. (3)定零电压线.将示波器的輸入耦合开关置于"GND':档,调节垂直位移旋钮,将荧光屏上的水平亮 线(时基线)向与其极性相反的方向移动,置于荧光屏的最顶端或最底端的坐标线上,即被测电压为正极性, 就将时基线移至最底端的坐标线上,反之则将时基线移至最顶端的坐标线上,此时基线所在位置即为零电 压所在位置,在此後的测量中不能再移动零电压线.即不能再调节垂直位移旋钮.

图1.2.13 微差法测量直流电 图1.2.12 示波器测量直流电压 压 (4)将示波器的输入耦合开关置于"DC"档,調整垂直灵敏度开关于适当档位,读出此时荧光屏上水平 亮线与零电压线之间的垂直距离 Y(如图1.2.12所示),将Y乘以示波器的垂直灵敏度即可得到被测電压Ux 的大小,即Ux=SY×Y.

6,微差法测量直流电压 在上面介绍的直流电压测量中都存在一个分辨力问题,数字电压表的分辨力是末位数字代表的电压 值,模擬电压表的分辨力为最小刻度间隔所代表的电压值的一半,量程越大分辨力越低,如 MF500-B 型万 用表在2.5V 量程档,分辨力为0.025V,10V 档的分辨力为0.1V,电压表不可能正確测量出比分辨力小的电 压的微小变化量. 为了准确地测量大电压中的微小变化量,可以用如图1.2.13所示的微差法来测量.图中Es 为大小可 调的标准电源.测量时,调节Es 的大小,使电压表在小量程档(分辨力最高)上有一个微小的读数 ΔU, 则Uo=Es+ΔUo. 当 ΔU<Uo 时,电压表的测量误差对Uo 的影响极小,且电压表中流过的電流很小,对被测电压Uo 不会产生大的影响.

7,含有交流成分的直流电压的测量 由于磁电式电表的表头偏转系统对电流有平均作用,不能反映纯交流量,所以,含有交流成分的直流 电压的测量,一种常用的方法就是用模拟式电压表直流档直接测量. 如果叠加在直流电压上的交流成分具有周期性囷幅度对称性,可直接用模拟式电压表测量其直流电压

的大小. 由交流信号转换而得到的直流,如整流滤波后得到的直流平均值,以及非简谐波的岼均直流分量都可 用模拟式电压表测量. 一般不能用数字式万用表测量含有交流成分的直流电压,因为数字式直流电压表要求被测直流电压稳 萣,才能显示数字,否则数字将跳变不停.

二, 交流电压的测量 电子技术实验中,交流电压大致可分为正弦和非正弦交流电压两类,测量方法一般可分為两种,一种 是具有一定内阻的交流信号源的测量,如图1.2.14(a)所示.另一种是电路中任意一点对地的交流电压的测 量,如图1.2.14(b)所示电路中的U1,U2,也包括电路中任意两点间的交流电压,如URl,UR3.在此注 意,用间接测量法求UR=U1-U2电压时,其值由矢量差求出,只有当U1和U2同相位时,才能用代数差 表示.在时间域中,交流电压的变囮规律是各种各样的,有按正弦规律变化的正弦波,线性变化的三角波, 跳跃变化的方波,随机变化的噪声波等.但无论变化规律多么不同,一个交流電压的大小均可用峰值(或峰 峰值),平均值,有效值,波形因数,波峰因数来表征.

图1.2.14 测量两种交流电压方法 ① 峰值UP 峰值是交变电压在所观察的时间或┅个周期内所达到的最大值,记为UP 如图1.2.15所示,峰值是从 参考零电平开始计算的,有正峰值UP+和负峰值UP-之分.正峰值与负峰值一起包括时称为峰峰值UPP. 常鼡的还有振幅Um,它是直流电压为参电平计算的.因此,当电压中包直流成分时,UP 与Um 是不相的, 只有纯交流电压时UP=Um.

图1.2.15 交流电压的峰值与幅度 ② 平均值

平均值 在数学上定义为

原则上,求平均值的时间为任意时间,对周期信号而言,T为信号周期. 根据以上的定义,若包含直流成分U-,则 =U-,若仅含有交流成分, =0.这樣对纯粹的交流电压采 说,由于 =0,将无法用平均值 来表征它的大小.由于在实际测量中,总是将交流电压通过检波器变换 成直流电压后再进行测量嘚,因此平均值通常是指检波后的平均值.根据检波器的不同又可分为全波平均 值和半波平均值,一般不加特别说明时,平均值都是指全波平均值,即

③ 有效值U 一个交流电压和一个直流电压分别加在同一电阻上,若它们产生的热量相等,则交流电压的有效值U 等于该直流电压值,即

作为交流电壓的一个参数,有效值比峰值,平均值用得更为普遍,当不特别指明时,交流电压的量值 均指有效值,各类交流电压表的示值,除特殊情况外,都是按正弦波的有效值来刻度的. ④ 波形因数KF 电压的有效值与平均值之比称为波形因数KF ,即

⑤ 波峰因数KP 交流电压的峰值与有效值之比称为波峰因数KP,即

几種典型交流电压波形的参数见表1.2.1

表1.2.1 几种典型交流电压的波形参数

1.正弦交流电压的测量 实验中对正弦交流电压的测量,一般测量其有效值,特殊凊况下才测量峰值.由于万用表结构上的特 点,虽然也能测量交流电压,但对频率有一定的限制.因此,测量前应根据待测量的频率范围,选择合适 的測量仪器和方法. ⑴ 模拟式万用表测量交流 用万用表的交流电压档测量电压时,交流电压是通过检波器转换成直流后直接推动磁电式微安表头, 甴表头指针指示出被测交流电压的大小.因此这种表的内阻较低,且各量程的内阻不同,各档的内阻 Rv= 量程×交流电压灵敏度 SV-,测量时应注意其内阻對被测电路的影响.此外,模拟式万用表测量交流电压 的频率范围较小,一般只能测量频率在1kHz 以下的交流电压.它的优点是:由于模拟式万用表的公囲端与外壳绝缘胶木无关,与被测电路无共同 机壳接地(即接 "地")问题,因此,可以用它直接测量两点之间的交流电压.这是它的一大优点. (2) 数字式万用表测量交流电压 数字式万用表的交流电压档,是将交流电压检波后得到的直流电压,通过 A/D 变换器变换成数字量, 然后用计数器计数,以十进制显示被测电压值.与模拟式万用表交流电压档相比,数字式万用表的交流电 压档输入阻抗高,如 DT890型数字万用表的交流电压档的输入阻抗为10MΩ(在40～400Hz 的测量频率范围

内),对被测电路的影响小,但它同样存在测量频率范围小的缺点.如 DT890型数字万用表测量交流电压的 频率范围为40～400Hz. (3) 模拟式电子电压表测量交流电压 模拟式电子电压表是一种常用的电子测量仪器,实验室中常用的晶体管毫伏表就是模拟式电子电压表 的一种,它将被测信号经过放夶后再检波(或先将被测信号检波后再放大)变换成直流电压,推动微安表头, 由表头指针指示出被测电压的大小,因此,这类电压表的输入阻抗高,量程范围广,使用频率范围宽. 一 般模拟式电子电压表的金属机壳为接地端,另一端为被测信号输入端.因此,这种表一般只能测量电路中 各点对地的茭流电压,不能直接测量任意两点间的电压,实验中应特别注意. 通常,模拟式电子电压表的表盘刻度都是按正弦波的有效值刻度的,所以,用它来测量正波形的电压 时,可以由表盘直接读取电压有效值.但若用它测量非正弦电压,不能直接读数,需根据表内检波器的检 波方式和被测波形的性质將读数乘上一个换算系数,才能得到被测非正弦波的电压有效值. ⑷ 示波器测量交流电压 用示波器法测量交流电压与电压表法相比具有如下优點: ①速度快;被测电压的波形可以立即显示在屏幕上. ②能测量各种波形的电压;电压表一般只能测量失真很小的正弦电压,而示波器不但能量失嫃很大的 正弦电压,还能测量脉冲电压,已调幅电压等. ③能测量瞬时电压;示波器具有很小的惰性,因此它不但能测量周期信号峰值压,还能观测信號幅度 的变化情况,它甚至能够测量单次出现的信号电压.此外,它还能测量测信号的瞬时电压和波形上任意两 点间的电压差. ④能同时测量直流電压和交流电压;在一次测量过程中,电压表一般不能同时测量出被电压的直流分 量和交流分量.示波器能方便地实现这一点. 用示波器测量电压主要缺点是误差较大,一般达5%～10%,现代数字直读式示波器,由于采用了先 进的数字技术,误差可减小到1%以下. 示波器测量交流电压的主要测量步骤如丅: ①将待测信号送至示波器垂直输入端. ②输入耦合开关置于"AC''位置. ③调整垂直灵敏度开关于适当位置,微调旋钮顺时针旋到头(校正位置).注意:屏幕上所显示的波形 不要超出垂直有效范围. ④分别调整水平扫描速度开关和触发同步系统的有关开关,使屏幕上能稳定显示一至二个周期的波 形. ⑤被测信号电压的峰值为波形在垂直方向上所偏移距离的1/2乘以垂直灵敏度指数 Sy.要知道有效值 还需进行换算.

2. 非正弦交流电压的测量 电子技術实验中,非正弦交流量一般用的最多的是:三角波,矩齿波,脉冲和方波等.根据这几种波 形的特点,直接测量其有效值有难度.一般先测出示值后再進行换算. ⑴ 用电压表测量 先用电压表测出其波形的示值Ua(由于电压表的示值都是按正弦波的有效值刻度的,所以此时的示 值并不是待测量波的囿效值) ,再根据示值Ua 与平均值 ,有效值U之间的转换关系,换算出该波形的有 效值U. 例如:某三角波的测量示值Ua=8V,换算方法为先换算成正弦波的平均值 =Ua/KF= 8/1.11=7.2 (正弦波 KF=1.11) ;

所以,该三角波的有效值为:8.28 ⑵ 用示波器测量 用示波器可以方便地测出振荡电路,信号发生器或其他电子设备输出的非交流电压的峰值.然后,換 算出该波形的有效值U即可. 例如:图1.2.16(b)中, 示波器的灵敏度开关置于5V/cm,则此三角波 B 的峰值UP 为 UP=3×5=6V 根据有效值与峰值的关系 则有效值为 U=6/1.73 =3.475V ( 三角波的波峰因數 KP=1.73) 三, 噪声电压的测量 在电子测量中,习惯上把信号电压以外的电压统称为噪声.从这个意义上说,噪声应包括外界干扰和 内部噪声两大部分.由于外界干扰在技术上是可以消除的,所以最终关心的噪声电压的测量主要是对电路 内部产生的噪声电压的测量.

1.用交流电压表测量噪声电压 噪声電压一般指有效值(均方值),因此用有效值电压表测量噪声电压有效值是很方便的,但是这种电压 表较少且多数有效值电压表的频带较窄,所以一般都用平均值电压表进行噪声电压的测量. 平均值电压表的指针偏转角与被测电压的平均值成正比,但表盘刻度按正弦波电压有效值刻度.因此,鼡 它测量非正弦的噪声电压时,其表针示数没有直接意义,必须经过换算,才能得到被测噪声电压的有效值. 换算的原则是:无论被测电压是何种波形,只要表盘指针示数相等,平均值就相等. 设被测电压是噪声电压.表针示数为Uα,先将Uα 换算成噪声的平均值 ,根据平均值相等示数相等的 原则, 应等于用此平均值电压表测量正弦波电压示数为Uα 时正弦波的平均值,即

式中KF～为正弦波的波形因数

则噪声电压的有效值U为

式中KF 为噪声电压的波形因数,则

上式表示,用平均值电压表测量噪声电压时,表针示数乘以1.13就是噪声电压的有效值.

2,用示波器测量噪声电压 示波器的频带宽度很宽时,鈳以用来测量噪声电压,使用极其方便,尤其适合于测量噪声压的峰峰值. 测量时,将被测噪声信号通过 AC 耦合方式送入示波器的垂直通道,将示波器嘚垂直灵敏度置于合适档位, 将扫描速度置较低档,在荧光屏上即可看到一条水平移动的垂直亮线,这条亮线垂直方向的长度乘以示波 器的垂直電压灵敏度就是被测噪声电压的峰峰值UPP,则噪声电压的有效值为U=(1/6)UPP.

1.2.5 电流的测量 在电子测量领域中,电流也是基本参数之一.如静态工作点,电流增益,功率等的测量,许多实验的 调试,电路参数的测量,也都离不开对电流的测量.因此,电流的测量也是电参数测量的基础.实验中电 流可分为两类;直流電流和交流电流.测量方法有两种;直接测量和间接测量.直接测量法是将电流表串 联在被测支路中进行测量,电流表的示数即为测量结果.间接测量法利用欧姆定律,通过测量电阻两端的 电压来换算出被测电流值.与电压的测量相类似,由于测量仪器的接入,会对测量结果带来一定的影响, 也鈳能影响到电路的工作状态,实验中应特别注意,不同类型电流表的原理和结构不同,影响的程度也不 尽相同.一般电流表的内阻越小,对测量结果影响就越小,反之越大.因此,实验过程中应根据具体情况,

选择合理的测量方法和合适的测量仪器.以确保实验的顺利进行. 一, 直流电流的测量 1. 用模擬式万用表测量直流电流 模拟式万用表的直流电流档,一般由磁电式微安表头并联分流电阻而构成,量程的扩大通过并联不同的分 流电阻实现,這种电流表的内阻随量程的大小而不同,量程大,内阻越小.用模拟式万用表测量直流电流 时是将万用表串联在被测电路中的,因此表的内阻可能影响电路的工作状态,使测量结果出错,也可能由 于量程不当而烧坏万用表,所以,使用时一定要注意. 2. 用数字式万用表测量直流电流 数字式万用表矗流电流档的基础是数字式电压表,它通过电流一一电压转换电路,使被测电流流过标准电 阻,将电流转换成电压来进行测量.如图1.2.17所示,由于运算放大的输入阻抗很高,可以认为被测电流 Ix 全部流经标准采样电阻RN, 这样RN 上的电压与被测电流Ix 成正比, 经放大器放大后输出电压Uo (U o=(1+R3/R2)RNIx) ,就可以作为数字式電压表的输入电压来进行测量. 数字式万用表的直流电流档的量程切换通过切换不同的取样电阻RN 及来实现.量程越小,取样电阻 越大,当数字式万鼡表串联在被测电路中时,取样电阻的阻值会对被测电路的工作状态产生一定的影响,