電工電子測量電子教案6-8章

宋悅孝主編張偉主審

電子測量與儀器（第2版）電子教案高等職業(yè)教育電子信息類貫通制教材（電子技術(shù)專業(yè)）第6章電子元器件測量與儀器知識(shí)要點(diǎn)：集中參數(shù)元件的等效集中參數(shù)元件的測量方法、工作原理電橋、Q表、晶體管特性圖示儀的組成及使用。6.1概述集中參數(shù)元件：當(dāng)元器件的幾何尺寸遠(yuǎn)小于工作信號(hào)波長時(shí)，電阻、電容、電感主要表現(xiàn)出與之名稱相符的阻抗特性。集中參數(shù)器件：晶體三極管、場效應(yīng)管等表現(xiàn)為各自的基本特性。集中參數(shù)元件的測量內(nèi)容：對電阻值、電容量、電感量、電感品質(zhì)因數(shù)和電容損耗因數(shù)的測量。集中參數(shù)器件的測量內(nèi)容：對晶體三極管、場效應(yīng)管等特性曲線的顯示與有關(guān)參數(shù)的測量。1.電阻器的等效實(shí)際電阻器的等效：純電阻R與寄生電感LR串聯(lián)。2.電容器的等效實(shí)際電容器的等效：串聯(lián)損耗電阻RCS與純電容C串聯(lián)；或者并聯(lián)損耗電阻RCP與純電容C并聯(lián)。損耗因數(shù)Dx的定義：

Dx=tanδ=RCS/XC=ωCRCSDx=tanδ=XC/RCP=1/ωCRCP

圖6.1實(shí)際電阻器的等效電路RLR（a）（b）C圖6.2實(shí)際電容器的等效電路RCSCRCP3.電感器的等效實(shí)際電感器的等效：串聯(lián)損耗電阻RLS與純電感L串聯(lián)；或者并聯(lián)損耗電阻RLP與純電感L并聯(lián)。品質(zhì)因數(shù)Q的定義：

Q=XL/RLS=ωL/RLSQ=RLP/XL=RLP/ωL集中參數(shù)元件測量方法：伏安法、電橋法和諧振法三種。圖6.3實(shí)際電感器的等效電路（a）（b）RLSLRLPL6.2伏安法及數(shù)字化測量

6.2.1伏安法原理依據(jù)：歐姆定律。特點(diǎn)：使用方便，測量精確度差，適用于低頻測量，較適合測量直流電阻。工作原理：忽略電壓表、電流表內(nèi)阻影響的情況下，存在關(guān)系：Z=U/I測量直流電阻時(shí)，電源為直流電源，則R=U/I。測量電容或電感時(shí)，電源為交流電源，存在關(guān)系：在忽略損耗電阻影響的情況下，存在關(guān)系：XL=ωL

；(6–1)結(jié)論1：被測電感或電阻較大，以及被測電容較小時(shí)，適合采用電流表內(nèi)接法測量；反之，適合采用電流表外接法測量。結(jié)論2：測量電感或電容時(shí)，如保持U、I、ω中兩個(gè)參數(shù)不變，只改變剩余的一個(gè)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電感或電容的直接測量。圖6.4伏安法測量原理圖（a）（b）AV電源ZAV電源Z返回6.2.2阻抗的數(shù)字化測量

原理步驟：用正弦信號(hào)在阻抗兩端產(chǎn)生交流電壓;分離電壓實(shí)部和虛部;用電壓數(shù)字化測量實(shí)現(xiàn)。

1.電感元件的測量左半部分為阻抗–電壓變換部分；兩個(gè)同步檢波器實(shí)現(xiàn)實(shí)部、虛部分離；峰值檢波器實(shí)現(xiàn)交–直流電壓變換，并提供基準(zhǔn)電壓Ur。U1、U2、Ur均被送到電壓表雙積分式A/D變換器。圖6.5電感–電壓變換器ur–∞++運(yùn)放同步檢波器ur峰值檢波器R1RxLxuoU1U2Ur同步檢波器jur

Urcosωt阻抗–電壓變換結(jié)論：因?yàn)閁r、R1均為常數(shù)，只要利用雙積分式數(shù)字電壓表測出U1、U2來，即可換算出Rx、Lx及Qx的大小來。2.電容元件的測量U2=–R1UrωCx圖6.6電容—電壓變換器–∞++運(yùn)放urR1RxCxUo3.LCR參數(shù)測試儀分析得知：（Ω）（S）結(jié)論：只要先測出和，再把和同步整流并分解出實(shí)部和虛部，計(jì)算出上式中R、X、G、B后，即可以數(shù)字形式顯示出被測元件R、L、C、D、Q等參數(shù)。–∞++運(yùn)放f正弦

+–+–

圖6.7LCR參數(shù)測試儀原理圖6.3電橋法測量集中參數(shù)元件原理：電橋平衡條件平衡電橋分類：直流電橋和交流電橋。特點(diǎn)：工作頻率較寬，測量精度較高，可達(dá)10–4，比較適合低頻阻抗元件的測量。6.3.1交流電橋1.工作原理組成：橋體、電源及平衡指示器。平衡條件為：

即：(6–2)φx+φ2=φ1+φ3(6–3)圖6.8交流電橋PZ1Z2Z3ZxIPG結(jié)論1：要使交流電橋完全平衡，必須同時(shí)滿足振幅平衡條件和相位平衡條件。所以相鄰兩橋臂為純電阻時(shí)，另兩個(gè)橋臂應(yīng)呈現(xiàn)同性電抗；相對橋臂為純電阻時(shí)，另一相對橋臂應(yīng)呈現(xiàn)異性電抗；兩個(gè)橋臂由純電阻構(gòu)成時(shí)，呈現(xiàn)電抗特性的橋臂須由標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)電阻和電抗件構(gòu)成，該電抗件一般選用標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)電容。設(shè)Z1、Z2為純電阻R1、R2時(shí)，滿足關(guān)系：分類：臂比電橋（相鄰橋臂為純電阻，適合測量電容），臂乘電橋（相對橋臂為純電阻，適合測量電感）。結(jié)論2：交流電橋的電源必須為純正弦波交流電源；否則，會(huì)使電橋產(chǎn)生假平衡，從而產(chǎn)生很大誤差。為了提高測量精確度，IP要經(jīng)過選頻放大器放大、檢波器檢波后送入檢流計(jì)。為了減小雜散耦合的影響，電橋各部分之間要良好屏蔽。即使采取以上措施，交流電橋也僅適合在音頻或低射頻段使用；否則，由于高頻段所用的高頻電源本身也是干擾源，而且高頻段要求的屏蔽效果難以達(dá)到，所以交流電橋不適合在高頻段測量。2.QS18A型萬用電橋（1）組成：橋體、信號(hào)源和晶體管檢流計(jì)。（2）測量電容（圖6.12）（3）測量電感（圖6.13）

Lx=R1R2C3

Qx=ωC3R3（4）使用方法圖6.14QS18A型萬用電橋面板結(jié)構(gòu)圖μA讀數(shù)內(nèi)1kHz外456789111012123返回QS18A型萬用電橋的使用方法：將被測元件接到“被測元件接線柱”，撥動(dòng)電源選擇開關(guān)至“內(nèi)1kHz”位置。如用外部電源，將外部電源接到“外接”，撥動(dòng)電源選擇開關(guān)至“外”的位置。將測量選擇開關(guān)旋至“C”、“L”、“R≤10”或“R＞10”處。估計(jì)被測量的大小，選擇量程開關(guān)的位置。按照表6-1選擇合適的損耗倍率選擇開關(guān)擋位。調(diào)整靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕使指示電表讀數(shù)由小逐步增大。反復(fù)調(diào)節(jié)讀數(shù)盤和損耗平衡旋鈕，并逐步提高指示電表的靈敏度直至電橋平衡。電橋平衡時(shí)，滿足關(guān)系Lx（或Cx）=量程開關(guān)指示值×電橋讀數(shù)盤示值Qx（或Dx）=損耗倍率指示值×損耗平衡盤指示值6.3.2不平衡電橋定義:

依據(jù)電橋平衡條件進(jìn)行測量的電橋。特點(diǎn)：操作簡便、測量時(shí)間短、易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測量。1.測量電阻（圖6.15）滿足關(guān)系：R2RRRRRXABCDUABUBDR1R1R3R3R2R4R4Uo除法電路DVM圖6.15新型不平衡電橋測量電阻電路EUABUBD∞運(yùn)放1–++∞運(yùn)放2–++推導(dǎo)得知：

（6–6）2.測量電感、電容不平衡電橋測量電感電路與圖6.15相似，用標(biāo)準(zhǔn)電感L、被測電感Lx代替標(biāo)準(zhǔn)電阻R和被測電阻Rx。測量電容時(shí)，分別用標(biāo)準(zhǔn)電容C、被測電容Cx代替R和Rx。測量電感、電容時(shí)，用交流電源代替直流電源。測量電感、電容時(shí)存在關(guān)系:6.4諧振法測量集中參數(shù)元件原理：LC諧振回路諧振特性。特點(diǎn)：諧振法高頻段的測量結(jié)果比較可靠。6.4.1

Q表的組成及工作原理定義：諧振法構(gòu)成的測量儀器。測試功能：電容量、電感量、電容損耗因數(shù)與電感品質(zhì)因數(shù)。組成：測量回路、信號(hào)源、耦合回路及Q值電壓表。圖6.16Q表工作原理圖信號(hào)源耦合回路Q值電壓表LxR+–Us測量回路CsμAR2R11234IoI各組成部分的作用：信號(hào)源：信號(hào)源為正弦波信號(hào)源，其振蕩頻率范圍即為Q表工作頻率范圍。耦合回路：耦合回路用于將信號(hào)源輸出的信號(hào)耦合到測量回路，有電感耦合、電容耦合和電阻耦合等方式。耦合電阻又稱為插入電阻。Q值電壓表：即Q值刻度的電壓表，用于指示Q值大小。當(dāng)Q值電壓表指示最大時(shí)，測量回路處于諧振狀態(tài)。測量回路：由電感、電容及回路等效損耗電阻R組成。如果測量回路處于諧振狀態(tài)，存在關(guān)系：UL＝–UC，XL=XC，Us＝IR＝IoR2

（6–7）當(dāng)測量電感時(shí)，被測電感的品質(zhì)因數(shù)QL為QL≈

=QP當(dāng)測量電容時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電感接入1、2，被測電容接入3、4。被測電容的損耗因數(shù)DC為DC≈

=

6.4.2測量電感1.串聯(lián)替代法測量步驟：將1、2端短接，調(diào)節(jié)Cs到較大電容C1位置，改變信號(hào)源頻率使回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0，此時(shí)滿足：

（6–8）去掉短路線，將Lx接入回路，保持f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使回路重新諧振，此時(shí)滿足（6–9）Lx圖6.17串聯(lián)替代法測量電感原理圖M1234CsL信號(hào)源V返回求解式（6–8）和式（6–9）組成方程組，得到2.并聯(lián)替代法測量步驟：不接入Lx，調(diào)小Cs為C1，改變信號(hào)源頻率使回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0，此時(shí)滿足（6–10）將Lx接至3、4端，保持信號(hào)源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使回路重新諧振，此時(shí)滿足:（6–11）求解式（6–10）和式（6–11）組成的方程組，得到：6.4.3測量電容1.串聯(lián)替代法測量步驟：將1、2端短接，調(diào)小Cs為C1，改變信號(hào)源頻率使測量回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0。去掉短路線，將Cx接至1、2端，保持f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使測量回路重新諧振。上述兩步，測量回路中的電感以及前后兩次的諧振頻率未變，故2.并聯(lián)替代法測量步驟：不接入Cx，調(diào)大Cs為C1，改變信號(hào)源頻率使測量回路諧振，設(shè)諧振頻率為f0。將Cx接至3、4端，保持信號(hào)源頻率f0不變，調(diào)節(jié)Cs至C2使測量回路重新諧振。上述兩步，測量回路中的電感以及前后兩次的諧振頻率未變，故C1=C2+CxCx=C1－C26.4.4Q表實(shí)例及使用方法圖6.18QBG-3型Q表面板圖主調(diào)電容度盤Cx接線柱Lx接線柱開定位零位校直Q值范圍Q值零位校直Q×1定位表定位細(xì)調(diào)定位粗調(diào)波段開關(guān)頻率旋鈕pFL、f對照表微調(diào)CLQ值返回1.測量準(zhǔn)備先對定位表和Q值表機(jī)械調(diào)零，然后將定位粗調(diào)逆時(shí)針調(diào)到底，將“定位零位校直”和“Q值零位校直”置于中間，“微調(diào)（電容）”調(diào)到零，開機(jī)預(yù)熱10min。2.電感線圈Q值的測量將Lx接到Lx接線柱上；調(diào)節(jié)頻率旋鈕及波段開關(guān)至測量所需的頻率點(diǎn)；選擇合適Q值擋級(jí)；調(diào)節(jié)“定位零位校直”旋鈕使定位表指示為零，調(diào)節(jié)定位粗調(diào)及定位細(xì)調(diào)旋鈕使定位表指針指到“Q×1”處；調(diào)整主調(diào)電容度盤遠(yuǎn)離諧振點(diǎn)，再調(diào)節(jié)“Q值零位校直”使Q值表指針指在零點(diǎn)上，最后調(diào)解主調(diào)電容度盤和微調(diào)旋鈕使回路諧振（Q值表指示最大），則Q值表示值即為被測線圈的Q值。3.電感量的測量首先估計(jì)一下被測線圈的電感量，按照表6-2選出對應(yīng)頻率，再調(diào)節(jié)波段開關(guān)及頻率旋鈕使信號(hào)源頻率達(dá)到所需頻率值；將“微調(diào)”置于零點(diǎn)，調(diào)節(jié)主調(diào)電容度盤使Q值表指示最大。此時(shí)，被測線圈的電感量等于主調(diào)電容度盤上讀出的電感值乘以L、f、倍率對照表中的倍率。4.線圈分布電容的測量將主調(diào)電容度盤調(diào)至某一適當(dāng)電容值上，記為C1；再調(diào)節(jié)波段開關(guān)及頻率旋鈕使Q值表指示最大；重新調(diào)節(jié)波段開關(guān)、頻率旋鈕使信號(hào)源頻率為f1的兩倍，然后調(diào)節(jié)主調(diào)電容度盤使Q值表指示最大，記為C2。則C0的計(jì)算式為：C0=(C1–4C2)/35.電容量的測量（1）小于460pF電容的測量采用并聯(lián)替代法測量。從Q表附件中選取一只電感量大于1mH的標(biāo)準(zhǔn)電感接至Lx接線柱，將“微調(diào)”調(diào)到零，主調(diào)電容度盤調(diào)至最大（500pF），記為C1；然后調(diào)節(jié)“定位零位校直”和“Q值零位校直”旋鈕使定位表及Q值表指示為零，再調(diào)節(jié)定位粗調(diào)及定位細(xì)調(diào)旋鈕使定位表指針指在“Q×1”處；最后調(diào)節(jié)頻率旋鈕及波段開關(guān)，使Q值表指示最大。將被測電容接至Cx接線柱，重新調(diào)節(jié)主調(diào)電容度盤使Q值表指示最大，設(shè)電容度盤讀數(shù)為C2，則被測電容Cx的計(jì)算式為：Cx=C1–C2（2）大于460pF電容的測量采用串聯(lián)替代法測量。將標(biāo)準(zhǔn)電感接至Lx接線柱，調(diào)節(jié)主調(diào)電容度盤，使Q值表指示最大，設(shè)電容讀盤讀數(shù)為C1；取下標(biāo)準(zhǔn)電感，將其與被測電容串聯(lián)后再接于Lx接線柱上，重新調(diào)節(jié)主調(diào)電容度盤使Q值表指示再次達(dá)到最大，設(shè)電容度盤讀數(shù)為C2。則6.電容損耗因數(shù)的測量首先將主調(diào)電容度盤調(diào)至500pF，記為C1，將大于1mH的標(biāo)準(zhǔn)電感接至Lx接線柱，調(diào)節(jié)波段開關(guān)及頻率旋鈕使Q值表指示最大，設(shè)它的讀數(shù)為Q1；然后將被測電容并接于Cx接線柱上，調(diào)小主調(diào)電容度盤至某值，設(shè)為C2，重調(diào)信號(hào)源頻率使Q值表再次指示最大，設(shè)讀數(shù)為Q2，則損耗因數(shù)Dx為：7.注意事項(xiàng)在使用Q表測量過程中應(yīng)注意，被測元件不能直接放在儀器頂板上，要加一塊高頻損耗小的如聚乙烯之類的襯墊板；被測元件接線要短且接觸良好；被測元件的屏蔽罩要接到低電位接線柱上。6.5

晶體管特性圖示儀及應(yīng)用用途：顯示各種晶體三極管、場效應(yīng)管等的特性曲線，并據(jù)此測算器件各項(xiàng)參數(shù)。特點(diǎn)：用途廣泛、直接顯示、使用方便、操作簡單。6.5.1晶體管特性圖示儀的組成逐點(diǎn)測量法示意圖：VAVARBRCECEBIB0=0IB1IB2IB3IB4uCE(t)iC(t)0（b）（a）圖6.19晶體三極管輸出特性曲線及逐點(diǎn)測量法示意圖測量方法：動(dòng)態(tài)測量法，逐點(diǎn)測量法是其測量原理基礎(chǔ)。功能：能夠提供測試過程所需的各種基極電流IB。每一個(gè)固定IB期間，集電極電源EC作相應(yīng)改變。能夠及時(shí)取出各組uCE及iC值送顯示電路。組成：階梯波發(fā)生器、集電極掃描信號(hào)源、測試變換電路、控制電路、示波管等?；鶚O電阻RBRC

C階梯波信號(hào)源B圖6.20晶體管特性圖示儀組成框圖RS

E集電極掃描信號(hào)源Y軸放大器取樣電阻功耗限制X軸放大器X–Y圖示儀iBiCiEiCuY(t)返回各組成部分的功能：階梯波信號(hào)源：提供測試所需的各種基極階梯電壓或電流IB。集電極掃描信號(hào)源：在每一個(gè)固定IB期間，集電極掃描信號(hào)源使集電極電壓uCE(t)作相應(yīng)改變。X放大器和Y放大器：對取自被測器件上電壓信號(hào)進(jìn)行放大，然后送示波管X、Y板形成掃描曲線。測試變換電路：使晶體管基極電壓、電流和階梯波、集電極掃描電壓的極性按不同要求而改變，并選擇合適的顯示信號(hào)送至X、Y偏轉(zhuǎn)板?？刂齐娐罚和瓿杉姌O掃描信號(hào)源與階梯波信號(hào)源的同步等。

uCE(t)iC(t)uCE(t)IBttt1t2t3t4t51234

t1t2（a）（b）（c）（d）圖6.21晶體管特性圖示儀各點(diǎn)波形圖6.22脈沖階梯波返回同步類型：集電極掃描電壓（uCE(t)）與uY(t)被放大后，分別加到X、Y偏轉(zhuǎn)板上得到圖6.21（c）所示的輸出特性曲線。圖6.21中的、分別對應(yīng)，箭頭表明了得到輸出特性曲線的掃描方向，特性曲線自下而上分別與圖6.21（b）中的1～4相對應(yīng)，描繪曲線的速率為每秒100條，二者的同步關(guān)系稱為上100級(jí)/秒（每秒100個(gè)臺(tái)階），如圖6.23（a）所示。TC為掃描信號(hào)源周期、TB為階梯波周期，改變二者的時(shí)間關(guān)系可以得到不同的曲線，圖6.23（b）、圖6.23（c）所示的同步關(guān)系稱為200級(jí)/秒（每秒200個(gè)臺(tái)階）、下100級(jí)/秒。12uCE(t)0tTBTC（a）IB0tTB/2TC/2（b）IB0t（c）TBIB0t圖6.23晶體管特性圖示儀的三種同步關(guān)系返回6.5.2階梯波信號(hào)源組成：階梯波形成級(jí)、階梯波放大器等。工作原理：50Hz正弦波經(jīng)移相、整流送入脈沖形成級(jí)，經(jīng)限幅放大變?yōu)檎}沖，階梯波形成級(jí)在開關(guān)電路控制下產(chǎn)生階梯波電壓輸出，再經(jīng)過階梯波放大器放大輸出所需的階梯波電壓，或者根據(jù)需要由階梯波放大器輸出放大的階梯波電流。阻容移相器整流器脈沖形成級(jí)階梯波形成級(jí)階梯波放大器開關(guān)電路圖6.24階梯波信號(hào)源組成框圖實(shí)例（圖6.25）：當(dāng)S斷開時(shí)，輸入負(fù)脈沖Ui經(jīng)電路輸出阻抗Zo、VD2對電容C2充電，Uo=UC2。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖到來時(shí)，C2的充電電源為Ui，C2上充電ΔU1=

；第二個(gè)脈沖到來時(shí)，充電電源為Ui+ΔU1，由于C2上已有電壓ΔU1，所以凈充電源仍為Ui，同理，以后各次充電均如此，輸出端得到正向均勻階梯波電壓，調(diào)節(jié)C1、C2可調(diào)節(jié)臺(tái)階大小。當(dāng)S閉合時(shí)，電容C2迅速放電，電路無輸出，當(dāng)再次斷開S時(shí)，階梯波完成一個(gè)重復(fù)周期。開關(guān)S周期性閉合即可得到周期性的階梯波。–

∞

++運(yùn)放SC2

+UC2C1+VD1VD2UoUi++–－圖6.25密勒積分型階梯波形成電路UA+–Zo返回XJ4810型半導(dǎo)體管特性圖示儀+–

10V50V100V500VAC集電極電源峰值電壓%功耗限制電阻Ω電容平衡輔助電容平衡增益拉出×0.1YXmAICIRA外接UCE外接電流/度電壓/度變換校準(zhǔn)階梯信號(hào)級(jí)/簇調(diào)零010kΩ1MΩ串聯(lián)電阻mA電壓–電流/級(jí)+–重復(fù)關(guān)單簇按101增益U圖6.26XJ4810型半導(dǎo)體圖示儀面板圖拉–電源開峰值電壓范圍極性移位移位極性顯示UBEμAμAμA6.5.3晶體管特性圖示儀的使用1.XJ4810型晶體管特性圖示儀的面板結(jié)構(gòu)返回各開關(guān)旋鈕的作用：（1）電源及示波管控制部分：聚焦、輔助聚焦、輝度及電源開關(guān)。（2）集電極電源“峰值電壓范圍”按鍵

：選擇集電極電源最大值?！胺逯惦妷?”旋鈕：使集電極電源在確定的峰值電壓范圍內(nèi)連續(xù)變化。“+、–”極性選擇按鍵

:按下時(shí)集電極電源極性為負(fù)，彈起時(shí)為正?！半娙萜胶狻?、“輔助電容平衡”旋鈕:當(dāng)Y軸為較高電流靈敏度時(shí)，調(diào)節(jié)兩旋鈕使儀器內(nèi)部容性電流最小，使熒光屏上的水平線基本重疊為一條。“功耗限制電阻”旋鈕:該旋鈕用于改變集電極回路電阻的大小。測量被測管的正向特性時(shí)應(yīng)置于低電阻擋，測量反向特性時(shí)應(yīng)置于高阻擋。（3）Y軸部分“電流/度”旋鈕:測量二極管反向漏電流IR及三極管集電極電流IC的量程開關(guān)?！耙莆弧毙o：

除作垂直移位外，兼作倍率開關(guān)，拉出時(shí)，指示燈亮，Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度為原來的1/10。“增益”旋鈕

：調(diào)整Y軸放大器的總增益。（4）X軸部分“電壓/度”旋鈕：UCE及UBE的量程開關(guān)?！霸鲆妗毙o

：調(diào)整X軸放大器的總增益。（5）顯示部分“變換”按鍵

：同時(shí)變換集電極電源及階梯信號(hào)的極性，簡化NPN型管與PNP管測試時(shí)的操作?！啊汀卑存I：按下時(shí)，可使X、Y放大器的輸入端同時(shí)接地，以確定零基準(zhǔn)點(diǎn)。“校準(zhǔn)”按鍵

：校準(zhǔn)X軸及Y軸放大器增益。（6）階梯信號(hào)“電壓–電流/級(jí)”旋鈕:確定每級(jí)階梯電壓或電流值?！按?lián)電阻”開關(guān)：改變階梯信號(hào)與被測管輸入端之間所串接的電阻大小，但只有當(dāng)電壓–電流/級(jí)開關(guān)置于電壓擋時(shí)，本開關(guān)才起作用。“級(jí)/簇”旋鈕：調(diào)節(jié)階梯信號(hào)一個(gè)周期的級(jí)數(shù)，可在1～10級(jí)之間連續(xù)調(diào)節(jié)?！罢{(diào)零”旋鈕：調(diào)節(jié)階梯信號(hào)起始級(jí)電平，正常時(shí)該級(jí)為零電平?！?、–”極性按鍵：確定階梯信號(hào)的極性?！爸貜?fù)–關(guān)”按鍵

：彈起時(shí)，階梯信號(hào)重復(fù)出現(xiàn)；按下時(shí)，階梯信號(hào)處于待觸發(fā)狀態(tài)?！皢未匕础卑粹o

：階梯信號(hào)處于調(diào)節(jié)好的待觸發(fā)狀態(tài)時(shí)，按下該按鈕，指示燈亮，階梯信號(hào)出現(xiàn)一次，然后又回至待觸發(fā)狀態(tài)。（7）測試臺(tái)部分“左”、“右”按鍵

：按下時(shí)，接通左邊、右邊的被測管?！岸亍卑存I

：按下時(shí)，自動(dòng)交替接通左、右兩只被測管，此時(shí)可同時(shí)觀測到兩管的特性曲線，以便對它們進(jìn)行比較?！傲汶妷骸薄ⅰ傲汶娏鳌卑粹o

：按下時(shí)，分別將被測管的基極接地、基極開路，后者用于測量ICEO、BUCEO等參量。CBEIRCBEGCBEGCBECBECBE零電壓零電流左二簇右測試選擇圖6.27XJ4810型晶體管特性圖示儀測試臺(tái)面板圖2.使用方法與注意事項(xiàng)（1）使用方法開啟電源，指示燈亮，預(yù)熱15min后使用。調(diào)節(jié)輝度、聚焦、輔助聚焦等旋鈕，使屏幕上的亮點(diǎn)或線條清晰。X、Y靈敏度校準(zhǔn)。將峰值電壓%旋鈕選為0，屏幕上的亮點(diǎn)移至左下角，按下顯示部分中的校準(zhǔn)按鍵開關(guān)，此時(shí)亮點(diǎn)應(yīng)準(zhǔn)確地跳至右上角。否則，應(yīng)調(diào)節(jié)X軸或Y軸的增益旋鈕來校準(zhǔn)。階梯調(diào)零。當(dāng)測試中要用到階梯信號(hào)時(shí)，必須先進(jìn)行階梯調(diào)零。（2）注意事項(xiàng)注意階梯信號(hào)選擇、功耗限制電阻、峰值電壓范圍旋鈕的使用，如果使用不當(dāng)會(huì)損壞被測晶體管。測試大功率晶體管和極限參數(shù)、過載參數(shù)時(shí)，應(yīng)采用單簇階梯信號(hào)，以防過載損壞被測器件。測試MOS型場效應(yīng)管時(shí)，注意不要使柵極懸空，以免感應(yīng)電壓過高擊穿被測管。測試完畢后，使儀器復(fù)位，以防下次使用時(shí)因疏忽而損壞被測器件。此時(shí)應(yīng)將“峰值電壓范圍”置于（0～10V）擋，“峰值電壓％”旋到零位，階梯信號(hào)選擇開關(guān)置于關(guān)擋，“功耗限制電阻”置于10kΩ以上位置。6.5.4晶體管特性圖示儀特性曲線測試舉例1.二極管特性曲線的測試（圖6.28）將二極管的正極和負(fù)極分別插入C、E兩個(gè)接線端即可。測正向特性時(shí)加正極性掃描電壓，測反向特性時(shí)加負(fù)極性掃描電壓。集電極掃描電壓接至X軸，RS上的取樣電壓接至Y軸，則可顯示出相應(yīng)的特性。為了能顯示出二極管的正反向特性，把未掃描時(shí)亮點(diǎn)調(diào)至顯示屏的中心位置，扳動(dòng)掃描電壓極性開關(guān)則可分別顯示出正反向特性曲線。Y放大器X放大器RCRSX偏轉(zhuǎn)板Y偏轉(zhuǎn)板VD圖6.28二極管特性曲線測試原理圖2.三極管特性曲線的測試（1）輸出特性曲線測試選擇集電極掃描電壓、基極階梯信號(hào)的極性及掃描電壓的峰值電壓范圍，Y軸作用開關(guān)置于“集電極電流”某合適擋位，X軸作用開關(guān)置于“集電極電壓”某合適擋位；基極接入連續(xù)階梯或脈沖階梯波，“階梯選擇”置于階梯電流某合適位置，“功耗限制電阻”選取合適數(shù)值，插入被測三極管，加大集電極掃描電壓，即可顯示出輸出特性曲線。（2）輸入特性曲線的測試（圖6.29）Y軸作用開關(guān)置于“基極電流或基極源電壓”，“X軸作用”置于“基極電壓”某合適擋位，階梯電流iB及掃描電壓uCE的調(diào)節(jié)方法同上。3.場效應(yīng)管特性曲線的測試（1）漏極特性曲線的測試（圖6.30）場效應(yīng)管iD和uDS的選擇與一般晶體管的iC、uCE相似。X放大Y放大RBX偏轉(zhuǎn)板Y偏轉(zhuǎn)板圖6.29晶體三極管輸入特性曲線測試原理圖放大器RCuBEiB返回（2）場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線測試（圖6.31）將X放大器接到柵極（即“電壓/度”置于“uBE”擋）。由于階梯電壓加在X軸方向，在屏幕上形成許多上端有亮點(diǎn)的豎線，如圖6.32所示。由亮點(diǎn)連接起來的曲線即為轉(zhuǎn)移特性曲線。Y放大X放大RCY偏轉(zhuǎn)板X偏轉(zhuǎn)板圖6.30場效應(yīng)管漏極特性曲線測試原理圖iDRFuDSuGS返回Y放大X放大RCY偏轉(zhuǎn)板X偏轉(zhuǎn)板圖6.31場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線測試原理圖iDRFuGSUP0UGSiD圖6.32場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線圖返回返回第7章頻率和時(shí)間測量與儀器知識(shí)要點(diǎn)：通用電子計(jì)數(shù)器的組成與測量原理電子計(jì)數(shù)器誤差的來源及減小措施通用電子計(jì)數(shù)器的使用方法與擴(kuò)頻方法數(shù)字相位計(jì)的工作原理。7.1概述周期定義：周期現(xiàn)象時(shí)間間隔。頻率定義：在單位時(shí)間內(nèi)周期性過程重復(fù)、循環(huán)或振動(dòng)的次數(shù)。頻率測量方法：電容充放電法利用電子電路控制電容器充放電的次數(shù)，再用磁電式儀表測量充、放電電流的大小而測得被測信號(hào)頻率。表7-1頻率測量方法模擬法無源測頻法諧振法電橋法頻率–電壓變換法比較法拍頻法差頻法示波器法計(jì)數(shù)法電容充放電法電子計(jì)數(shù)法7.1.1無源測頻法分類：諧振法、電橋法、頻率–電壓變換法。1.諧振法fx的計(jì)算為：2.電橋法測頻電橋種類：文氏電橋、諧振電橋和雙T電橋。圖7.2結(jié)論：圖7.1諧振法測頻原理VLCMfx圖7.2文氏電橋測頻原理圖（b）fxR3R4R1R2C2C1（a）返回3.頻率–電壓變換法結(jié)論：Uo=脈沖形成單穩(wěn)多諧振蕩器積分ux(t)(fx)ABUoUoτUmuB(t)tttux(t)uA(t)TxTx（b）（a）圖7.3頻率–電壓變換法測頻原理圖7.1.2比較測頻法1.拍頻法2.差頻法耳機(jī)fsfx（a）示波器（b）圖7.4拍頻法測頻原理VfxV混頻濾波放大fs圖7.5差頻法測頻原理耳機(jī)7.2電子計(jì)數(shù)器概述

7.2.1分類分類：通用電子計(jì)數(shù)器：測量頻率、頻率比、周期、時(shí)間間隔及累加計(jì)數(shù)、自檢功能。頻率計(jì)數(shù)器：測量高頻和微波頻率。計(jì)算計(jì)數(shù)器：帶有微處理器、能進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算、求解復(fù)雜方程式等功能。特種計(jì)數(shù)器：具有特殊功能。7.2.2基本組成組成：輸入通道、計(jì)數(shù)顯示電路、時(shí)基產(chǎn)生電路和邏輯控制電路等。A輸入通道閘門十進(jìn)制計(jì)數(shù)顯示門控電路邏輯控制電路B輸入通道測頻累加計(jì)數(shù)測時(shí)間倍頻器晶振分頻器時(shí)標(biāo)選擇時(shí)基產(chǎn)生電路周期倍乘選擇人工觸發(fā)功能變換圖7.6通用電子計(jì)數(shù)器的組成框圖返回1.輸入通道分類：A、B通道。A通道：對輸入信號(hào)放大整形、變換輸出計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)。B通道：控制閘門的開啟和關(guān)閉。2.計(jì)數(shù)顯示電路3.時(shí)基產(chǎn)生電路組成：晶振、分頻器、倍頻器和轉(zhuǎn)換開關(guān)等。功能：測周時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)放大整形和倍頻（或分頻）用作測周期或時(shí)間的計(jì)數(shù)脈沖；測頻時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過放大整形和一系列分頻得到用作控制門控電路的時(shí)基信號(hào)，時(shí)基信號(hào)經(jīng)過門控電路形成門控信號(hào)。4.邏輯控制電路功能：產(chǎn)生各種控制信號(hào)控制電子計(jì)數(shù)器各單元電路的協(xié)調(diào)工作。7.2.3主要性能指標(biāo)1.測試功能2.測量范圍3.輸入特性輸入耦合方式觸發(fā)電平及其可調(diào)范圍輸入靈敏度最高輸入電壓輸入阻抗輸入阻抗包括輸入電阻和輸入電容。4.測量準(zhǔn)確度5.閘門時(shí)間和時(shí)標(biāo)6.顯示及工作方式顯示位數(shù)顯示時(shí)間顯示器件顯示方式：記憶顯示和非記憶顯示。記憶顯示只顯示最終結(jié)果，不顯示正在計(jì)數(shù)的過程。非記憶顯示方式時(shí)，還可顯示正在計(jì)數(shù)的過程。7.輸出7.3通用電子計(jì)數(shù)器的測量功能

7.3.1測量頻率結(jié)論：N=KfTsfx

fs=1/Ts放大整形電路閘門十進(jìn)制計(jì)數(shù)器門控電路分頻器晶振fxKfTsKfTs顯示器TsTxKfTsTx圖7.7通用電子計(jì)數(shù)器測頻原理框圖推論：N=mKfTsfx為了使N值能夠直接表示fx，常取mKfTs=1ms、10ms、0.1s、1s、10s等幾種閘門時(shí)間。即當(dāng)閘門時(shí)間為1×10ns（n為整數(shù)），并且使閘門開啟時(shí)間的改變與計(jì)數(shù)器顯示屏上小數(shù)點(diǎn)位置的移動(dòng)同步時(shí)，無需對計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行換算就可直接讀出測量結(jié)果。7.3.2測量周期結(jié)論：

N=mKfTx/TsKfTx放大整形電路閘門計(jì)數(shù)顯示門控電路倍頻器(m)晶振TxTxfs=1/Ts分頻器(1/Kf)KfTx圖7.8通用電子計(jì)數(shù)器測周原理框圖Ts/mKfTxTs/m7.3.3測量頻率比結(jié)論：TB=NTAN=TB/TA=fA/fBTB=1/fB放大整形電路B閘門計(jì)數(shù)顯示門控電路放大整形電路AfA=1/TATB圖7.9通用電子計(jì)數(shù)器測量頻率比原理框圖TATBTAfA（B通道）（A通道）fB推論1：為了提高測量準(zhǔn)確度，可以采用類似多周期測量的方法，在B通道增加分頻器，對fB進(jìn)行Kf次分頻，使閘門開啟時(shí)間擴(kuò)展Kf倍。則有：KfTB=NTAfA/fB=TB/TA=N/Kf推論2：當(dāng)對fA再進(jìn)行m次倍頻，用mfA作為時(shí)標(biāo)信號(hào)時(shí)，存在關(guān)系：KfTB=NTA/mfA/fB=N/(mKf)7.3.4累加計(jì)數(shù)

開關(guān)S打在“啟動(dòng)”位置時(shí)，閘門開啟，計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)；開關(guān)S打在“終止”位置時(shí)，閘門關(guān)閉，終止計(jì)數(shù)，累加計(jì)數(shù)結(jié)果由顯示電路顯示。啟動(dòng)閘門計(jì)數(shù)顯示門控電路放大整形電路A圖7.10通用電子計(jì)數(shù)器累加計(jì)數(shù)原理框圖TATA輸入信號(hào)A終止（A通道）啟動(dòng)終止S7.3.5測量時(shí)間間隔+觸發(fā)器1閘門計(jì)數(shù)顯示門控電路倍頻器（m）TsTAB圖7.11通用電子計(jì)數(shù)器測量時(shí)間間隔原理框圖Ts/mTABTs/m晶振TA起始觸發(fā)器終止觸發(fā)器觸發(fā)器2-+-單獨(dú)公共TBS1S2S3觸發(fā)極性測量原理：與測量周期的原理相似，不過控制閘門啟閉的是兩個(gè)（或單個(gè)）輸入信號(hào)在不同點(diǎn)產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生由觸發(fā)器的觸發(fā)電平與觸發(fā)極性選擇開關(guān)決定。圖7.12為測量時(shí)間間隔示意圖。050%輸入At050%輸入Bt起始脈沖終止脈沖開啟時(shí)間計(jì)數(shù)脈沖NTAB圖7.12通用電子計(jì)數(shù)器測量時(shí)間間隔示意圖7.3.6自檢（自校）判斷：只要滿足：N=mKf或N=mKf±1說明電子計(jì)數(shù)器的工作基本正常。目的：檢查儀器自身的邏輯功能以及電路的工作是否正常。KfTs閘門計(jì)數(shù)顯示門控電路倍頻器(m)晶振Tsfs=1/Ts分頻器(1/Kf)KfTs圖7.13通用電子計(jì)數(shù)器自檢原理框圖Ts/mKfTsTs/m7.4電子計(jì)數(shù)器的測量誤差

7.4.1測量誤差的來源1.量化誤差定義：在量化過程中，由于閘門開啟與計(jì)數(shù)脈沖輸入在時(shí)間上具有不確定性，即相位隨機(jī)性而產(chǎn)生的誤差。特點(diǎn)1：量化誤差是數(shù)字化儀器所特有的誤差，是不能被消除的誤差。特點(diǎn)2：無論計(jì)數(shù)值N為多少，每次的計(jì)數(shù)值總是相差±1，即ΔN=±1。別名：計(jì)數(shù)誤差、±1誤差計(jì)算：計(jì)數(shù)脈沖閘門開啟時(shí)間T閘門開啟時(shí)間T圖7.14量化誤差產(chǎn)生示意圖計(jì)數(shù)脈沖N=8計(jì)數(shù)脈沖N=9返回2.觸發(fā)誤差定義：在整形過程中，因整形電路觸發(fā)電平抖動(dòng)或被測信號(hào)疊加有噪聲和各種干擾信號(hào)等，使整形后脈沖周期不等于被測信號(hào)周期而產(chǎn)生的誤差。

觸發(fā)電平VB0A1A1′A2′A2干擾信號(hào)干擾信號(hào)Tx閘門開啟閘門關(guān)閉ΔT1ΔT2Tx′=ΔT1+Tx+ΔT2被測信號(hào)圖7.15觸發(fā)誤差產(chǎn)生示意圖計(jì)算：影響：對測量周期影響大，對測頻影響小。因測頻時(shí)產(chǎn)生門控信號(hào)的是標(biāo)準(zhǔn)的晶振信號(hào)，疊加的干擾信號(hào)很小，故可忽略觸發(fā)誤差的影響；而產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖的被測信號(hào)中雖有干擾信號(hào)，但不影響對計(jì)數(shù)脈沖的計(jì)數(shù)，故不產(chǎn)生觸發(fā)誤差。減小措施：提高被測信號(hào)信噪比，采用多周期測量法測量周期。3.標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差Δfs/fs定義：由晶振信號(hào)不穩(wěn)定等產(chǎn)生的誤差。影響：一般情況下，不予考慮。7.4.2測量誤差的分析1.測頻誤差測頻量化誤差：結(jié)論：要減小量化誤差，應(yīng)設(shè)法增大計(jì)數(shù)值N。即在A通道中選用倍頻次數(shù)m較大的倍頻器，亦即選用短時(shí)標(biāo)信號(hào)；在B通道中增大分頻次數(shù)Kf，亦即延長閘門時(shí)間；可以直接測量高頻信號(hào)的頻率，否則，測出周期后再進(jìn)行換算。2.測周誤差（1）量化誤差測周量化誤差為：結(jié)論：要減小測周量化誤差，應(yīng)設(shè)法增大計(jì)數(shù)值N。即在A通道中選用倍頻次數(shù)m較大的倍頻器，亦即選用短時(shí)標(biāo)信號(hào)；在B通道中增大分頻次數(shù)Kf，亦即延長閘門時(shí)間；可以直接測量低頻信號(hào)的周期，否則，測出頻率后再進(jìn)行換算。中界頻率：采用測頻和測周兩種方法進(jìn)行測量，產(chǎn)生大小相等的量化誤差時(shí)的被測信號(hào)頻率。（2）觸發(fā)誤差總結(jié)：多周期測量法以及提高信噪比、選用短時(shí)標(biāo)信號(hào)等方法，可以減小測量周期的誤差。7.4.3頻率擴(kuò)展技術(shù)因受十進(jìn)制計(jì)數(shù)器處理速度等的限制，通用電子計(jì)數(shù)器較適合測量低于700MHz的信號(hào)頻率。頻率擴(kuò)展方法：外差降頻變換法、預(yù)定標(biāo)法、轉(zhuǎn)移振蕩器法、諧波外差變換法、取樣法等，此類計(jì)數(shù)器可測量高達(dá)170GHz的信號(hào)頻率，稱之為數(shù)字頻率計(jì)。1.外差降頻變換法輸入混頻器調(diào)諧濾波器調(diào)諧倍頻器放大器測頻電子計(jì)數(shù)器晶振圖7.16手動(dòng)外差降頻變換法擴(kuò)頻原理框圖2.預(yù)定標(biāo)法與通用計(jì)數(shù)器的區(qū)別：對被測信號(hào)進(jìn)行N分頻，即預(yù)定標(biāo)后再測量。缺點(diǎn)：降低了單位時(shí)間內(nèi)的分辨力，為了提高測量分辨力，如果十進(jìn)制計(jì)數(shù)器位數(shù)足夠多，通常對晶振進(jìn)行Kf分頻。放大整形輸入Afx分頻器（1/Kf）閘門十進(jìn)制計(jì)數(shù)器晶振分頻器（1/Kf）時(shí)基分頻器顯示Kf×0.1sKf×1sKf×10s圖7.17預(yù)定標(biāo)法數(shù)字頻率計(jì)原理框圖7.5通用計(jì)數(shù)器實(shí)例（NFC–100型）

7.5.1性能指標(biāo)測試功能：測頻、測周、累加計(jì)數(shù)、自檢等。測量范圍：測頻范圍為0.1Hz～100MHz；測周范圍為0.4μs～10s；累加計(jì)數(shù)范圍為1～108。輸入特性：耦合方式為AC；電壓范圍為30mV～10V，不同量程范圍不同；Ri≥1MΩ，Ci≤30pF。閘門時(shí)間：10ms、0.1s、1s、10s。時(shí)標(biāo)（晶振）：時(shí)標(biāo)信號(hào)周期為0.1μs。顯示位數(shù)及顯示器件輸出7.5.2工作原理組成：輸入通道、預(yù)定標(biāo)分頻器、主機(jī)測量單元、晶振和電源等。工作原理：主機(jī)測量單元直接計(jì)數(shù)頻率為10MHz，在測量10MHz以上信號(hào)頻率時(shí)，需要經(jīng)過預(yù)定標(biāo)分頻器10分頻后，送入主機(jī)測量單元。測量周期、累加計(jì)數(shù)時(shí)，輸入信號(hào)經(jīng)輸入通道放大整形后，直接進(jìn)入主機(jī)測量單元，預(yù)定標(biāo)分頻器不起作用。輸入fx(Tx)輸入通道預(yù)定標(biāo)分頻器主機(jī)測量單元晶振顯示圖7.18NFC-100型通用電子計(jì)數(shù)器組成框圖主機(jī)測量單元由ICM7226B等組成。ICM7226B內(nèi)包含多位計(jì)數(shù)器、寄存器電路、時(shí)基電路、邏輯控制電路以及顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路、溢出和消隱電路，可直接驅(qū)動(dòng)外接的共陰極LED顯示數(shù)碼管，以掃描方式顯示測量結(jié)果。當(dāng)ICM7226B功能輸入端和閘門時(shí)間輸入端分別接入不同的掃描位脈沖信號(hào)時(shí)，其測量邏輯功能發(fā)生變化，分別完成“頻率”、“周期”、“計(jì)數(shù)”、“自檢”等功能。閘門時(shí)間在時(shí)標(biāo)為10MHz時(shí)為10ms、0.1s、1s、10s，在其他時(shí)標(biāo)時(shí)，閘門時(shí)間將隨之作相應(yīng)變化。溢出閘門μskHzICM7226B段碼輸出（a、b、c、d、e、f、g、dp）88位碼輸出（D1～D8）功能選擇閘門時(shí)間（周期倍乘）頻率自檢周期計(jì)數(shù)10s1s0.1s10ms44晶振圖7.19NFC-100型電子計(jì)數(shù)器主機(jī)測量單元邏輯框圖abcdefgdp復(fù)位返回7.5.3電子計(jì)數(shù)器的使用及注意事項(xiàng)8位LED顯示OVFLGATEμskHzMODELNFC–100MULTFUNCTIONCOUNTERSTBYONRESETTOTPERFREQCHKFREQMEASURETIME10ms0.1s1s10sPERIODAVERAGE1101001000FUNCTIONTIMEBASEOUT50Ω10MHz＞10VP-P1MΩ8MHz100MHz0.1HzINPUT圖7.20NFC-100型電子計(jì)數(shù)器前面板圖“功能鍵（FUNCTION）”包括“累加計(jì)數(shù)（TOT，Totality）”、“周期（PER，Period）”、“頻率（FREQ，F(xiàn)requency）”、“自檢（CHK，Check）”四個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵對應(yīng)一種測量功能。功能鍵右邊的四個(gè)按鍵在測量頻率、周期時(shí)，分別稱為“時(shí)基（FREQMEASURETIME）選擇”、“周期倍乘（PERIODAVERAGE）選擇”開關(guān)，用于選擇測頻時(shí)的閘門時(shí)間和測周時(shí)對被測信號(hào)的分頻次數(shù)，二者與被測量的范圍配合使用。使用注意事項(xiàng)：按照要求接入正確的電源。在使用電子計(jì)數(shù)器進(jìn)行測量之前，對儀器進(jìn)行自檢，以初步判斷儀器工作是否正常。被測信號(hào)大小必須在電子計(jì)數(shù)器允許的范圍內(nèi)。否則，若輸入信號(hào)太小，將測不出被測量；若輸入信號(hào)太大，則有可能損壞儀器。當(dāng)“溢出（OVFL）”指示燈亮?xí)r，表明測量結(jié)果顯示有溢出，不能漏記數(shù)字。在允許的情況下，盡可能使顯示結(jié)果精確些，即所選閘門時(shí)間應(yīng)長一些。在測量頻率時(shí)，如果選用閘門時(shí)間為10s時(shí)，“閘門（GATE）”（或“采樣”）指示燈熄滅前顯示的數(shù)值是前次的測量結(jié)果，并非本次測量結(jié)果，記錄數(shù)據(jù)時(shí)務(wù)必在采樣指示燈變暗后進(jìn)行。7.6數(shù)字相位計(jì)測量方法：示波器法、比較法、直讀法等。原理：直讀法測量。分類：相位–時(shí)間變換式相位計(jì)和相位–電壓變換式相位計(jì)，瞬時(shí)值數(shù)字相位計(jì)和平均值數(shù)字相位計(jì)均屬于前者。7.6.1瞬時(shí)值數(shù)字相位計(jì)原理：u1(t)、u2(t)由負(fù)變正通過零點(diǎn)時(shí)，由零比較器1、2產(chǎn)生脈沖信號(hào)u1'

(t)、u2'

(t)。設(shè)u1(t)超前于u2(t)，則u1'(t)、u2'(t)開啟、關(guān)閉門控電路門控信號(hào)u3(t)。u3(t)的脈寬與兩個(gè)信號(hào)的相位差對應(yīng)，閘門開啟時(shí)，時(shí)標(biāo)信號(hào)經(jīng)閘門至計(jì)數(shù)顯示電路得到對應(yīng)的相位差值。比較器1比較器2門控電路閘門計(jì)數(shù)顯示時(shí)標(biāo)信號(hào)u1(t)u2(t)u3(t)u4(t)置零圖7.21瞬時(shí)值數(shù)字相位計(jì)原理框圖u1′(t)u2′(t)Sttttt00000u(t)u1′(t)u2′(t)

u3(t)u4(t)u1(t)u2(t)tφtφ圖7.22瞬時(shí)值數(shù)字相位計(jì)工作波形圖計(jì)算式：

（7–3）tφ=NTs

（7–4）

（7–5）結(jié)論：瞬時(shí)值數(shù)字相位計(jì)屬于相位–時(shí)間變換式數(shù)字相位計(jì)；測量兩個(gè)信號(hào)的相位差時(shí)，必須事先確定出M值。7.6.2平均值數(shù)字相位計(jì)優(yōu)點(diǎn)：能夠減小干擾信號(hào)、量化誤差等的不良影響，提高測量的準(zhǔn)確度。比較器1比較器2門控電路1閘門1分頻（1/Kf）門控電路2閘門2計(jì)數(shù)顯示u1(t)u2(t)u1′(t)u2′(t)u3(t)u4(t)fsu5u6(t)圖7.23平均值數(shù)字相位計(jì)原理框圖頻標(biāo)fsu(t)u1′(t)u2′(t)u1(t)u2(t)u3(t)u4(t)u5(t)u6(t)Tx000000N∑T∑ttttttt圖7.24平均值數(shù)字相位計(jì)工作波形圖0計(jì)算式：T∑=mTx=KfTsKf=mTx/Ts結(jié)論：Δφ與NΣ成正比，N∑能直接表示結(jié)果。測量結(jié)果只決定于N∑，而與fx無關(guān)。選Kf為36×10n，N∑可直接表示相位差。第8章數(shù)據(jù)域測量與儀器知識(shí)要點(diǎn)：數(shù)據(jù)域測試方法邏輯分析儀的觸發(fā)方式與顯示方式邏輯筆與邏輯分析儀的應(yīng)用。8.1數(shù)據(jù)域測量的基本概念8.1.1數(shù)據(jù)域測量的特點(diǎn)測量對象：數(shù)字電路。測量內(nèi)容：數(shù)字系統(tǒng)或設(shè)備的故障檢測、故障定位、故障診斷以及數(shù)據(jù)流的檢測和顯示。測量特點(diǎn)：運(yùn)行正常的數(shù)字系統(tǒng)或設(shè)備的數(shù)據(jù)流是正確的；如果數(shù)據(jù)流發(fā)生錯(cuò)誤，則說明系統(tǒng)或設(shè)備存在故障。結(jié)論：只要檢測出輸入與輸出的對應(yīng)數(shù)據(jù)流關(guān)系，即可明確系統(tǒng)功能是否正常、是否存在故障，并確定出故障的范圍。8.1.2數(shù)字信號(hào)與數(shù)字系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)字信號(hào)是非周期性的數(shù)字信號(hào)是按時(shí)序傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)是多通道傳輸?shù)臄?shù)字信息的傳輸方式多種多樣數(shù)字信號(hào)的變化速度較快數(shù)字系統(tǒng)的故障判別與模擬系統(tǒng)不同8.1.3數(shù)據(jù)域測試儀器設(shè)備萬用表和數(shù)字電壓表邏輯筆和邏輯夾：邏輯筆和邏輯夾常用于測試簡單數(shù)字電路的狀態(tài)，即測出電路某一點(diǎn)的狀態(tài)是高電平、低電平，還是脈沖。邏輯脈沖發(fā)生器（LG，LogicGenerator）邏輯分析儀：邏輯分析儀是多線示波器與數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，又稱為邏輯示波器。能夠?qū)壿嬰娐?、軟件等的邏輯狀態(tài)進(jìn)行記錄和顯示，實(shí)現(xiàn)對邏輯系統(tǒng)的分析。示波器8.1.4邏輯筆和邏輯夾1.邏輯筆特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。功能：測試一般門電路和觸發(fā)器的邏輯關(guān)系。電源存儲(chǔ)開關(guān)綠燈紅燈探針圖8.1邏輯筆外形結(jié)構(gòu)圖具有記憶功能：測試某點(diǎn)為高電平時(shí)，紅燈點(diǎn)亮，如此時(shí)移開測試點(diǎn)，紅燈仍亮。不需要記錄此狀態(tài)時(shí)，扳動(dòng)存儲(chǔ)開關(guān)復(fù)位。兩個(gè)插孔：各提供正、負(fù)選通脈沖，其中一個(gè)插孔與被測電路某一點(diǎn)相接，將隨選通脈沖的加入而作出響應(yīng)，如圖8.2所示。表8-1邏輯筆的測試響應(yīng)被測點(diǎn)邏輯狀態(tài)邏輯筆響應(yīng)穩(wěn)定的邏輯“1”狀態(tài)（+2.4V～+5V）紅燈穩(wěn)定亮穩(wěn)定的邏輯“0”狀態(tài)（0V～+0.7V）綠燈穩(wěn)定亮在邏輯“1”與“0”中間狀態(tài)（+0.8V～+2.3V）兩燈均不亮單次正脈沖綠→紅→綠單次負(fù)脈沖紅→綠→紅低頻序列脈沖紅綠燈交替閃爍邏輯筆的組成:時(shí)鐘選通脈沖邏輯筆響應(yīng)t0圖8.2選通脈沖的作用指示燈驅(qū)動(dòng)器指示燈輸入保護(hù)“0”電平檢測器“1”電平檢測器“0”電平脈沖展寬“1”電平脈沖展寬探針判“0”判“1”網(wǎng)絡(luò)圖8.3邏輯筆電路框圖2.邏輯夾特點(diǎn)：可同時(shí)顯示多個(gè)端點(diǎn)的邏輯狀態(tài)。電路結(jié)構(gòu)：門判電路+5V1～16路路圖8.4邏輯夾的1路電路結(jié)構(gòu)圖8.2數(shù)據(jù)域測試技術(shù)8.2.1數(shù)字電路的簡易測試數(shù)字電路測試任務(wù)：確認(rèn)數(shù)字電路電平的高低是否符合邏輯值的規(guī)定、邏輯關(guān)系是否正確，當(dāng)輸入變化時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)是否正確。示波器、邏輯筆和邏輯脈沖發(fā)生器等儀器一般用于測試簡單數(shù)字電路。對于更簡單的數(shù)字電路，可以利用小燈泡或發(fā)光二極管LED的亮暗以及蜂鳴器發(fā)聲強(qiáng)弱檢測被測電平的高低、邏輯“1”、邏輯“0”以及脈沖的有無等。8.2.2數(shù)據(jù)域測試方法窮舉測試法：輸入被測電路所有可能的組合信號(hào)，然后測試與每一種輸入組合信號(hào)相對應(yīng)的全部輸出是否正確。優(yōu)點(diǎn)：能測試出存在的全部故障。缺點(diǎn)：測試時(shí)間較長。偽窮舉測試法：把一個(gè)大電路劃分成多個(gè)子電路，對每個(gè)子電路進(jìn)行窮舉測試。隨機(jī)測試法：隨機(jī)數(shù)據(jù)流同時(shí)輸入給被測電路和已知功能完好的參考電路；然后對兩個(gè)輸出進(jìn)行比較；最后根據(jù)比較結(jié)果給出“合格/失效”的指示。8.2.3故障類型、故障測試及故障定位1.故障類型分類：物理故障和邏輯故障。物理故障：由于數(shù)字電路內(nèi)部連線斷開或短接、元器件不良等原因產(chǎn)生的故障。邏輯故障：數(shù)字電路內(nèi)部邏輯控制不正確產(chǎn)生的故障。固定性故障或永久故障：不隨時(shí)間改變的故障。間發(fā)故障或間歇故障：時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的故障。2.故障測試與故障定位故障測試方法分類：靜態(tài)測試和動(dòng)態(tài)測試。靜態(tài)測試：不加輸入信號(hào)或加固定電位時(shí)的測試，以判斷電路各點(diǎn)電位是否正確。適用場合：用于檢測物理故障，根據(jù)有問題的電位點(diǎn)，可將故障定位于某個(gè)器件。動(dòng)態(tài)測試：在輸入各種可能的組合數(shù)據(jù)流，通過測試輸出數(shù)據(jù)流情況判斷輸出邏輯功能是否正確。適用場合：用于檢測復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的邏輯故障。特點(diǎn)：既可檢測系統(tǒng)邏輯故障，又可檢測系統(tǒng)物理故障，并最終將檢測出的故障定位于一定范圍內(nèi)。8.3邏輯分析儀定義：以單通道或多通道實(shí)時(shí)獲取與觸發(fā)事件相關(guān)的邏輯信號(hào)，并顯示觸發(fā)事件前后所獲取的信號(hào)供軟件及硬件分析的一種儀器。功能：能夠用表格、波形或圖形等形式顯示具有多個(gè)變量的數(shù)字系統(tǒng)的狀態(tài)，也能用匯編形式顯示數(shù)字系統(tǒng)軟件，從而實(shí)現(xiàn)對數(shù)字系統(tǒng)硬件和軟件的測試。8.3.1邏輯分析儀的分類分類：邏輯狀態(tài)分析儀和邏輯定時(shí)分析儀。邏輯狀態(tài)分析儀：以二進(jìn)制、十六進(jìn)制或ASCⅡ碼等狀態(tài)顯示被測邏輯狀態(tài)，由被測系統(tǒng)提供采集數(shù)據(jù)的時(shí)鐘脈沖，側(cè)重于軟件分析。邏輯定時(shí)分析儀：采用與示波器同樣的方式顯示信息，水平軸代表時(shí)間，垂直軸代表電壓幅度，由自身提供數(shù)據(jù)采集時(shí)鐘脈沖，用于硬件分析。8.3.2邏輯分析儀的組成比較器門限電平采樣器存儲(chǔ)器顯示發(fā)生器觸發(fā)器&延遲計(jì)數(shù)&控制電路&………………XYZ內(nèi)部時(shí)鐘外部時(shí)鐘外部觸發(fā)通道CH1CH2CHnCRT圖8.6邏輯分析儀的組成框圖……被測信號(hào)經(jīng)輸入探頭形成并行數(shù)據(jù)送至比較器，輸入信號(hào)大于門限電平時(shí)，比較器在相應(yīng)線上輸出經(jīng)整形的高電平信號(hào)；反之，輸出低電平信號(hào)。比較器輸出信號(hào)送至采樣器與觸發(fā)器。采樣器在內(nèi)部時(shí)鐘或外部時(shí)鐘脈沖控制下對輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。采樣信息按順序、以“先進(jìn)先出”的原則存放在存儲(chǔ)器內(nèi)。在滿足觸發(fā)條件的情況下，由觸發(fā)器產(chǎn)生的脈沖用于啟動(dòng)或結(jié)束數(shù)據(jù)的采樣與存儲(chǔ)。8.3.3邏輯分析儀的觸發(fā)方式功能：可同時(shí)采集多路信號(hào)，以便于對被測系統(tǒng)正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)流邏輯狀態(tài)和各信號(hào)間的相互關(guān)系進(jìn)行觀測和分析。觸發(fā)：由一個(gè)事件來控制邏輯分析儀的數(shù)據(jù)獲取，即選擇觀察窗口的位置。觸發(fā)事件：數(shù)據(jù)字、數(shù)據(jù)字序列或其組合、某一個(gè)通道信號(hào)出現(xiàn)的某種狀態(tài)、毛刺等。通道觸發(fā)：以某一通道狀態(tài)作為觸發(fā)條件的，即當(dāng)選擇的通道出現(xiàn)狀態(tài)“1”或“0”時(shí)觸發(fā)。毛刺觸發(fā)：以毛刺作為觸發(fā)條件，即在信號(hào)中出現(xiàn)毛刺時(shí)觸發(fā)。毛刺：指在相繼的時(shí)鐘采樣脈沖之間瞬間通過門限電壓兩次或多次的信號(hào)，它是非固有的偶爾發(fā)生的信號(hào)瞬態(tài)過程。字觸發(fā)：以數(shù)據(jù)字作為觸發(fā)條件，即當(dāng)數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)該觸發(fā)字時(shí)觸發(fā)，該數(shù)據(jù)字稱為觸發(fā)字。字觸發(fā)方式:

1.組合觸發(fā)(基本字觸發(fā)方式)定義：當(dāng)輸入數(shù)據(jù)與設(shè)定觸發(fā)字一致時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。每一個(gè)輸入通道都有一個(gè)觸發(fā)字選擇設(shè)置開關(guān)，每個(gè)開關(guān)有三種觸發(fā)條件：1、0和x，“1”表示高電平，“0”表示低電平，“x”表示任意值。CH0（1）CH1（0）CH2（x）CH3（1）觸發(fā)信號(hào)圖8.7四通道組合觸發(fā)實(shí)例跟蹤:通常把采集并顯示數(shù)據(jù)的一次過程。最基本的觸發(fā)跟蹤方式分類：觸發(fā)起始跟蹤和觸發(fā)終止跟蹤。觸發(fā)起始跟蹤：當(dāng)觸發(fā)時(shí)即開始數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，直到存儲(chǔ)器滿為止，所以觸發(fā)字位于窗口的開始位置。觸發(fā)終止跟蹤：觸發(fā)時(shí)即停止數(shù)據(jù)的采集，觸發(fā)前一直采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如果存儲(chǔ)器滿時(shí)仍未觸發(fā)，則在存入最新數(shù)據(jù)的同時(shí)清除最早存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，即存儲(chǔ)器采用先進(jìn)先出的形式。數(shù)據(jù)窗口觸發(fā)字跟蹤開始數(shù)據(jù)流（a）數(shù)據(jù)窗口觸發(fā)字跟蹤結(jié)束數(shù)據(jù)流（b）圖8.8邏輯分析儀的基本觸發(fā)跟蹤方式返回2.延遲觸發(fā)定義：在數(shù)據(jù)流中搜索到觸發(fā)字時(shí)，不立即跟蹤，而是延遲一定數(shù)量數(shù)據(jù)后才開始或停止存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，它可以改變觸發(fā)字與數(shù)據(jù)窗口的相對位置。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)置延遲觸發(fā)方式不同的延遲數(shù)，可以將窗口靈活定位在數(shù)據(jù)流中不同的位置。位置區(qū)別：觸發(fā)起始跟蹤延遲后，觸發(fā)字出現(xiàn)后不立即跟蹤，而是延遲時(shí)間到后才開始存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，故窗口中是觸發(fā)字出現(xiàn)并延遲一段時(shí)間后的數(shù)據(jù)，觸發(fā)字位于窗口外面。觸發(fā)終止跟蹤延遲后，如適當(dāng)設(shè)置延遲數(shù)，可使觸發(fā)字位于窗口中任何位置。圖8.9邏輯分析儀的延遲觸發(fā)方式（a）數(shù)據(jù)窗口觸發(fā)字跟蹤開始數(shù)據(jù)流延遲數(shù)數(shù)據(jù)窗口觸發(fā)字跟蹤結(jié)束數(shù)據(jù)流延遲數(shù)（b）返回3.限定觸發(fā)觸發(fā)定義：對設(shè)置的觸發(fā)字再加限定條件的觸發(fā)方式。如果選定的觸發(fā)字在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)較為頻繁，為了有選擇地捕獲特定的數(shù)據(jù)流，可以給觸發(fā)字附加一些約束條件。優(yōu)點(diǎn)：即使數(shù)據(jù)流中頻繁出現(xiàn)觸發(fā)字，只要這些附加條件未出現(xiàn)，也不能進(jìn)行觸發(fā)。觸發(fā)識(shí)別限定條件與門數(shù)據(jù)流觸發(fā)信號(hào)圖8.10限定條件觸發(fā)產(chǎn)生原理4.序列觸發(fā)定義：序列觸發(fā)的觸發(fā)條件是多個(gè)觸發(fā)字的序列，它是當(dāng)數(shù)據(jù)流中按順序出現(xiàn)各個(gè)觸發(fā)字時(shí)才觸發(fā)，即順序在前的觸發(fā)字必須出現(xiàn)后，后面的觸發(fā)字才有效。說明：在兩級(jí)序列觸發(fā)中，第一級(jí)觸發(fā)字為導(dǎo)引條件，數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)第一級(jí)觸發(fā)字后，如數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)第二級(jí)觸發(fā)字才能觸發(fā)；如在導(dǎo)引條件未滿足前，出現(xiàn)第二級(jí)觸發(fā)字并不觸發(fā)。圖8.11序列觸發(fā)第二級(jí)觸發(fā)字無效導(dǎo)引條件使能第一級(jí)觸發(fā)第二級(jí)觸發(fā)字有效第二級(jí)觸發(fā)（a）（b）子程序?qū)б龡l件觸發(fā)條件主程序數(shù)據(jù)流有的邏輯分析儀還具有計(jì)數(shù)觸發(fā)、手動(dòng)觸發(fā)等方式。利用手動(dòng)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，可以在任何時(shí)刻加以觸發(fā)，稱之為手動(dòng)觸發(fā)。返回8.3.4邏輯分析儀的顯示方式1.波形顯示定義：將各通道采集的數(shù)據(jù)按通道以偽方波形式顯示出在熒光屏上，如果某一采樣時(shí)刻采得的數(shù)據(jù)為“1”，則顯示為高；為“0”則顯示為低，多個(gè)通道的波形可以同時(shí)顯示。偽方波名稱由來：由于顯示的不是被測點(diǎn)信號(hào)的實(shí)際波形，而只是代表采樣時(shí)刻信號(hào)的狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：可很方便地顯示出信號(hào)的時(shí)序關(guān)系，并可以將存儲(chǔ)器內(nèi)容按順序顯示或改變順序顯示。2.數(shù)據(jù)列表顯示定義:將存儲(chǔ)器內(nèi)容以二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制或十六進(jìn)制等各種數(shù)制形式顯示在熒光屏上。圖8.12波形顯示圖返回定義：數(shù)據(jù)列表顯示方式是指將存儲(chǔ)器內(nèi)容以二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制或十六進(jìn)制等各種數(shù)制形式顯示在熒光屏上，如表8-2所示。表8-2