電氣測量技術(shù)課件項目7 信號波形的測量

配套課件電氣測量技術(shù)電工儀表與測量的基本知識目錄Contents項目1電流與電壓的測量項目2電阻的測量項目3電功率的測量項目4電能的測量項目5頻率和相位的測量項目6

信號波形的測量項目7其他電氣測量項目8項目7

信號波形的測量項目目標項目7信號波形的測量

項目目標1）了解低頻信號發(fā)生器、示波器的組成；2）理解邏輯分析儀和晶體管特性分析儀的工作原理。3）掌握信號波形的測量方法。4）能學會低頻信號發(fā)生器的輸出頻率、輸出電壓調(diào)節(jié)方法。5）能學會示波器使用方法。6）能學會邏輯分析儀和晶體管特性分析儀的使用方法。7）養(yǎng)成良好的工作習慣，嚴格遵守規(guī)章制度和操作規(guī)程。8）具備一絲不茍、精益求精、認真負責的工作態(tài)度和職業(yè)操守。項目導入

項目導入在測試、研究或調(diào)整電子電路及設備、測定電路的電參量時，用于產(chǎn)生不同頻率、不同波形的電壓、電流信號的裝置，統(tǒng)稱為信號發(fā)生器，也稱為信號源。隨著現(xiàn)代通信理論、信息理論、計算機科學與技術(shù)及微電子技術(shù)等的飛速發(fā)展，信號檢測技術(shù)也在向干擾環(huán)境更復雜、信號形式多樣化、技術(shù)指標要求更高、應用范圍越來越廣的方向發(fā)展，并已廣泛應用于電子信息系統(tǒng)、生物醫(yī)學工程、航空航天系統(tǒng)工程、模式識別、自動控制等領(lǐng)域。項目7信號波形的測量項目實施項目7信號波形的測量

學習任務7.1低頻信號發(fā)生器的應用學習任務7.11.掌握低頻信號發(fā)生器的組成及工作原理。2.熟練掌握低頻信號發(fā)生器的使用方法。3.在實際應用中理解低頻信號發(fā)生器的使用注意事項。

任務目標學習任務7.1低頻信號發(fā)生器的應用學習任務7.1

低頻信號發(fā)生器是用來產(chǎn)生標準低頻正弦信號的一種電子儀器。作為測試用的信號源，能根據(jù)需要輸出正弦波音頻電壓或功率，供電氣設備或電子線路的調(diào)試及維修時使用。1.低頻信號發(fā)生器的基本概念學習任務7.1低頻信號發(fā)生器的應用2.低頻信號發(fā)生器的組成及原理

低頻信號發(fā)生器主要由振蕩器、射極輸出器、衰減器、電壓表和直流穩(wěn)壓電源五部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖7-1-1所示。學習任務7.1學習任務7.1低頻信號發(fā)生器的應用圖7-1-1低頻信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)學習任務7.13.認識低頻信號發(fā)生器的面板布置（1）面板布置

以XD2型低頻信號發(fā)生器為例，其面板布置如圖7-1-2所示。學習任務7.1低頻信號發(fā)生器的應用圖7-1-2XD2型低頻信號發(fā)生器的面板布置學習任務7.11）頻段范圍選擇與頻率細調(diào)旋鈕XD2型低頻信號發(fā)生器的頻率范圍在1Hz~1MHz之間分為6個頻段：1~10Hz、10~100Hz、100Hz~1kHz、1~10kHz、10~100kHz、100kHz~1MHz。頻率范圍用于選擇所需頻段，頻率細調(diào)旋鈕按十進制排列，用于調(diào)準所需頻率值。2）電壓測量根據(jù)待測電壓的大小，選擇合適的量程。量程分為5V、15V、50V、150V四檔。當測量開關(guān)置于“內(nèi)”時，電壓表直接接到電壓輸出端，用來測量輸出電壓；當測量開關(guān)置于“外”時，供測量外電路的輸入電壓。3）阻尼開關(guān)通常置于“快”，當表針擺動較快時，再放到慢的位置，以減少指針的擺動。學習任務7.1低頻信號發(fā)生器的應用學習任務7.14）輸出端鈕可選擇不同阻值的輸出阻抗，與負載匹配。5）輸出衰減旋鈕用于電壓輸出的衰減，每檔衰減10dB。注意：在同一衰減位置上，電壓與功率的衰減分貝數(shù)不同，面板上用不同顏色加以區(qū)別。6）輸出細調(diào)旋鈕用來控制電壓輸出與功率輸出端的大小，與輸出衰減鈕配合使用，可得到所需的輸出值。學習任務7.1低頻信號發(fā)生器的應用學習任務7.1

（2）使用方法1）頻率選擇根據(jù)所需的頻率，選擇相應頻段，按下相應的頻段按鍵，然后再利用頻率細調(diào)的三個旋鈕，按照十進制的原則細調(diào)到所需的頻率。2）輸出調(diào)整儀器有電壓輸出和功率輸出，這兩種輸出共用一個輸出衰減旋鈕，每檔衰減10dB。注意：在同一衰減位置上，電壓與功率的衰減分貝數(shù)不同，面板上用不同顏色加以區(qū)別。輸出細調(diào)旋鈕與輸出衰減旋鈕配合使用，可在輸出端獲得所需電壓值。學習任務7.1低頻信號發(fā)生器的應用學習任務7.1

3）電壓輸出從電壓輸出端可獲得非線性失真系數(shù)較?。ǎ?.1%）的電壓，通過衰減可輸出200μV的小信號。電壓輸出端最大可輸出5V，其輸出阻抗隨輸出衰減量的變化而變化。為保證衰減的準確性及輸出波形的失真不超過一定值（主要是在電壓衰減0dB時），電壓輸出的負載應大于5kΩ以上。

4）功率輸出使用功率輸出時，首先要按下“功率開關(guān)”。

阻抗匹配功率級設有75Ω、150Ω、600Ω、5kΩ輸出阻抗，欲得到最大輸出功率，應使負載與輸出阻抗匹配，若做不到，一般應使實際使用的負載值大于所選用的數(shù)值，否則將造成波形的失真。學習任務7.1低頻信號發(fā)生器的應用學習任務7.1保護電路當開機時或改變頻率換檔時，由于瞬間過電流的沖擊，功放過載指示發(fā)光二極管可能閃亮一下后立即熄滅，這是正?，F(xiàn)象。若在使用過程中，該指示燈一直點亮，說明使用有問題，可能是由于負載短路、過載或輸出功率過大等，應及時排除。對稱輸出功率級輸出可以不接地，但當這樣使用時，只需將功率輸出接線端與地的連接片取下即可。工作頻段功率級在10Hz~700kHz范圍的輸出符合技術(shù)條件的規(guī)定，在5~10Hz、700kHz~1MHz范圍內(nèi)有輸出，但功率減小。當輸出阻抗為5kΩ時，在10Hz~200kHz范圍內(nèi)，輸出功率符合技術(shù)條件的規(guī)定，在200kHz~1MHz范圍內(nèi)，輸出功率減小。功率級在5Hz以下時，輸入自動切斷，無輸出。學習任務7.1低頻信號發(fā)生器的應用項目實施學習任務7.2示波器的應用

學習任務7.2示波器的應用學習任務7.21.了解通用雙通道示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理。2.掌握示波器面板控制件的作用和使用方法3.掌握用示波器觀察波形、測量電壓和頻率的方法。

任務目標學習任務7.2示波器的應用學習任務7.2示波器是利用示波管內(nèi)電子束在電場或磁場中的偏轉(zhuǎn),顯示隨時間變化(波形）的電壓信號的一種觀測儀器。它不僅可以定性觀察電路(或元件)的動態(tài)過程，而且還可以定量測量各種電學量，如電壓、周期、波形的寬度及上升、下降時間等。用雙蹤示波器還可以測量兩個信號之間的時間差或相位差，顯示兩個相關(guān)函數(shù)的圖像。示波器還可以用作其他顯示設備，如晶體管特性曲線、雷達信號等。配上各種傳感器，還可用于各種非電量測量，如壓力、聲光信號、生物體的物理量(心電、腦電、血壓)等。自1931年美國研制出第一臺示波器至今已有80多年，它在各個研究領(lǐng)域都取得了廣泛的應用，示波器本身也發(fā)展成為多種類型，如慢掃描示波器、各種頻率范圍的示波器、取樣示波器、記憶示波器等，已成為科學研究、實驗教學、醫(yī)藥衛(wèi)生、電工電子和儀器儀表等各個研究領(lǐng)域和行業(yè)最常用的儀器。1.示波器的基本概念學習任務7.2示波器的應用學習任務7.2普通示波器的基本工作框圖如圖7-2-1所示，它主要由示波管、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、掃描及整步系統(tǒng)、電源五部分組成。2.普通示波器的組成學習任務7.2示波器的應用圖7-2-1普通示波器的基本工作框圖學習任務7.2根據(jù)示波器基本構(gòu)成圖，分析其各部分特點作用。（1）示波管它是示波器的核心，其作用是把所需觀測的電信號變換成發(fā)光的圖形。（2）電子放大系統(tǒng)電子放大系統(tǒng)由y軸放大器（豎直放大器）和x軸放大器（水平放大器）及相應的衰減器組成，其作用是在偏轉(zhuǎn)板上加足夠的電壓，使電子束獲得明顯偏移，進而對較弱的被測信號進行放大。（3）掃描觸發(fā)系統(tǒng)掃描觸發(fā)系統(tǒng)由掃描發(fā)生器和觸發(fā)電路組成。掃描發(fā)生器的作用是產(chǎn)生一個與時間成正比的電壓作為掃描信號，觸發(fā)電路的作用則是形成觸發(fā)信號。（4）電源由變壓器、整流及濾波等電路組成，作用是向整個示波器供電。學習任務7.2示波器的應用學習任務7.2

（1）示波管的基本知識示波管是示波器的核心元件。因此，熟悉示波管的結(jié)構(gòu)及工作原理，對掌握整個示波器的工作原理具有重要意義。示波管主要由電子槍、熒光屏和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)三大部分組成，示波管的基本結(jié)構(gòu)如圖7-2-2所示。3.示波器的工作原理學習任務7.2示波器的應用學習任務7.2學習任務7.2示波器的應用圖7-2-2示波管的基本結(jié)構(gòu)學習任務7.2

（2）示波原理

電子束從電子槍中發(fā)射出來后，受到陽極正電壓的吸引，經(jīng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)向熒光屏方向加速前進。如果偏轉(zhuǎn)板上不加電壓，則電子束只能徑直射向熒光屏中央，使熒光屏中央出現(xiàn)一個光點。如果只在垂直偏轉(zhuǎn)板上加正弦電壓，在水平偏轉(zhuǎn)板上加一鋸齒波電壓，最終在示波器中將會顯示出正弦波波形，如圖7-2-3所示。學習任務7.2示波器的應用學習任務7.2學習任務7.2示波器的應用圖7-2-3示波原理學習任務7.2（1）雙蹤示波器簡介能在同一屏幕上同時顯示兩個被測波形的示波器稱為雙蹤示波器。要在一個示波器的屏幕上同時顯示兩個被測波形，通常是用電子開關(guān)控制兩個被測信號，不斷交替地送入普通示波管中進行輪流顯示，只要輪換的速度足夠快，由于示波管的余輝效應和人眼的視覺殘留作用，屏幕上就會同時顯示出兩個波形的圖像。2.雙蹤示波器面板控制件的作用雙蹤示波器的型號很多，但使用方法大同小異，下面以DF4320型雙蹤示波器為例介紹一下雙蹤示波器面板控制件的作用，如圖7-2-4~圖7-2-9所示。4.雙蹤示波器的工作原理及使用方法學習任務7.2示波器的應用學習任務7.2學習任務7.2示波器的應用圖7-2-4示波管控制部件圖7-2-5被測信號輸入學習任務7.2學習任務7.2示波器的應用圖7-2-6通道工作方式選擇圖7-2-7電壓衰減及掃描速率學習任務7.2學習任務7.2示波器的應用圖7-2-8掃描方式選擇圖7-2-9觸發(fā)方式選擇學習任務7.2（3）測量前示波器面板控件的位置

測量前雙蹤示波器面板控件的位置見表7-2-1。學習任務7.2示波器的應用學習任務7.2

（4）雙蹤示波器的使用方法

1）測量前的準備工作①顯示掃描線：將電源線插入交流電源插座之前，應設置儀器的開關(guān)及控制按鈕。②打開電源：調(diào)節(jié)輝度和聚焦按鈕，使掃描基線清晰度較好。③一般情況下，應將垂直微調(diào)和掃描微調(diào)旋鈕處于“校準”位置，以便讀取V/Div和T/Div的數(shù)值。④調(diào)節(jié)CH1垂直移位：使掃描基線設定在屏幕的中間，若此光跡在水平方向略微傾斜，則應調(diào)節(jié)光跡旋轉(zhuǎn)按鈕，使光跡與水平刻度線相平行。⑤校準探頭：由探頭輸入方波校準信號到CH1輸入端，將0.5VP-P校準信號加到探頭上。將“AC-GND-DC”開關(guān)置于“AC”位置，校準波形將顯示在屏幕上。學習任務7.2示波器的應用學習任務7.2

2）測量信號的步驟①將被測信號輸入到示波器通道輸入端。注意輸入電壓不可超過400V(DC+ACP-P)。使用探頭測量大信號時，必須將探頭衰減開關(guān)撥到“X10”位置，此時輸入信號縮小到原值的1/10，實際的V/Div值為顯示值的10倍。如果將V/Div置于0.5V/Div，那么實際值應等于5V/Div。測量低頻小信號時，可將探頭衰減開關(guān)撥到“X1”位置。②按照被測信號參數(shù)的測量方法不同，選擇各旋鈕的位置，使信號正常顯示在熒光屏上，記錄測量的讀數(shù)或波形。測量時必須注意將Y軸增益微調(diào)和X軸增益微調(diào)旋鈕旋至“校準”位置。③根據(jù)記下的讀數(shù)進行分析、運算、處理，得到測量結(jié)果。學習任務7.2示波器的應用學習任務7.2

（1）電壓的測量利用示波器所進行的任何測量，最終都歸結(jié)為對電壓的測量。示波器不僅可以測量直流電壓、正弦電壓、脈沖或非正弦電壓的幅度，而且還可以測量各種電壓波形的頻率及相位，這是其他任何電壓測量儀器不能比擬的。常用的直接測量法就是直接從屏幕上測量出被測電壓波形的高度，然后換算成電壓值。

（2）時間和周期的測量示波器中的掃描發(fā)生器能產(chǎn)生與時間呈線性關(guān)系的掃描線，因此可以用熒光屏的水平刻度來測量波形的時間參數(shù)，如周期性信號的重復周期、脈沖信號的寬度、時間間隔、上升時間（前沿）和下降時間（后沿）、兩個信號的時間差等。5.雙蹤示波器在電氣測量中的應用學習任務7.2示波器的應用項目實施學習任務7.3邏輯分析儀的應用

學習任務7.3邏輯分析儀的應用學習任務7.31.了解邏輯分析儀的結(jié)構(gòu)和工作原理。2.掌握邏輯分析儀面板控制件的作用和使用方法。

任務目標學習任務7.3邏輯分析儀的應用學習任務7.3邏輯分析儀是分析數(shù)字系統(tǒng)邏輯關(guān)系的儀器，邏輯分析儀是屬于數(shù)據(jù)域測試儀器中的一種總線分析儀，即以總線（多線）概念為基礎(chǔ)，同時對多條數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)流進行觀察和測試的儀器，這種儀器對復雜的數(shù)字系統(tǒng)的測試和分析十分有效。邏輯分析儀是利用時鐘從測試設備上采集和顯示數(shù)字信號的儀器，最主要作用在于時序判定。由于邏輯分析儀不像示波器那樣有許多電壓等級，通常只顯示兩個電壓（邏輯1和0），因此設定了參考電壓后，邏輯分析儀將被測信號通過比較器進行判定，高于參考電壓者為High,低于參考電壓者為Low，在High與Low之間形成數(shù)字波形。1.邏輯分析儀簡介學習任務7.3邏輯分析儀的應用學習任務7.3邏輯分析儀的工作過程就是數(shù)據(jù)采集、存儲、觸發(fā)、顯示的過程，由于它采用數(shù)字存儲技術(shù)，可將數(shù)據(jù)采集工作和顯示工作分開進行，也可同時進行，必要時，對存儲的數(shù)據(jù)可以反復進行顯示，以利于對問題的分析和研究。將被測系統(tǒng)接入邏輯分析儀，使用邏輯分析儀的探頭（邏輯分析儀的探頭是將若干個探極集中起來，其觸針細小，以便于探測高密度集成電路）監(jiān)測被測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，形成并行數(shù)據(jù)送至比較器，輸入信號在比較器中與外部設定的門限電平進行比較，大于門限電平值的信號在相應的線上輸出高電平，反之輸出低電平時對輸入波形進行整形。經(jīng)比較整形后的信號送至采樣器，在時鐘脈沖控制下進行采樣。被采樣的信號按順序存儲在存儲器中。采樣信息以“先進先出”的原則組織在存儲器中，得到顯示命令后，按照先后順序逐一讀出信息，按設定的顯示方式進行被測量的顯示。2.邏輯分析儀的組成及原理學習任務7.3邏輯分析儀的應用學習任務7.3學習任務7.3邏輯分析儀的應用圖7-3-1邏輯分析儀原理框圖學習任務7.3邏輯分析儀分為兩大類：邏輯狀態(tài)分析儀（LogicStateAnalyzer,簡稱LSA）和邏輯定時分析儀（LogicTimingAnalyzer）。這兩類分析儀的基本結(jié)構(gòu)是相似的，主要區(qū)別表現(xiàn)在顯示方式和定時方式上。邏輯狀態(tài)分析儀用字符0、1或助記符顯示被檢測的邏輯狀態(tài)，顯示直觀，可以從大量數(shù)碼中迅速發(fā)現(xiàn)錯碼，便于進行功能分析。邏輯狀態(tài)分析儀用來對系統(tǒng)進行實時狀態(tài)分析，檢查在系統(tǒng)時鐘作用下總線上的信息狀態(tài)。它的內(nèi)部沒有時鐘發(fā)生器，用被測系統(tǒng)時鐘來控制記錄，與被測系統(tǒng)同步工作，主要用來分析數(shù)字系統(tǒng)的軟件，是跟蹤、調(diào)試程序、分析軟件故障的有力工具。邏輯定時分析儀用來考察兩個系統(tǒng)時鐘之間的數(shù)字信號的傳輸情況和時間關(guān)系，它的內(nèi)部裝有時鐘發(fā)生器。在內(nèi)時鐘控制下記錄數(shù)據(jù)，與被測系統(tǒng)異步工作，主要用于數(shù)字設備硬件的分析、調(diào)試和維修。3.邏輯分析儀的分類學習任務7.3邏輯分析儀的應用學習任務7.3邏輯分析儀將被測數(shù)據(jù)信號用數(shù)字形式寫入存儲器后，可以根據(jù)需要通過控制電路將內(nèi)存中的全部或部分數(shù)據(jù)穩(wěn)定的顯示在屏幕上。通常有以下幾種顯示方式。

（1）定時顯示定時顯示是以邏輯電平表示的波形圖的形式將存儲器中的內(nèi)容顯示在屏幕上，顯示的是一串經(jīng)過整形后類似方波的波形，高電平代表“1”，低電平代表“0”。

（2）狀態(tài)表顯示狀態(tài)表顯示是以各種數(shù)值如二進制、八進制、十進制、十六進制的形式將存儲器中內(nèi)容顯示在屏幕上。

（3）圖解顯示圖解顯示是將屏幕的X方向作為時間軸，將Y方向作為數(shù)據(jù)軸進行顯示的一種方式。4.邏輯分析儀的顯示方式學習任務7.3邏輯分析儀的應用項目實施學習任務7.4晶體管特性分析儀的應用

學習任務7.4晶體管特性分析儀的應用學習任務7.41.了解晶體管特性分析儀的組成及各組成部分的功能。2.熟悉XJ4810型晶體管特性分析儀面板的布置。3.使用晶體管特性分析儀。

任務目標學習任務7.4晶體管特性分析儀的應用學習任務7.4晶體管特性分析儀是一種能夠直接在示波管上顯示各種晶體管特性曲線的專用測試儀器，通過屏幕上的標度尺刻度可直接讀出晶體管的各項參數(shù)。通過多種轉(zhuǎn)換開關(guān)的轉(zhuǎn)換，可以測量PNP型和NPN型三極管的輸入特性、輸出特性和電流放大特性；各種反向飽和電流，各種擊穿電壓；各類晶體二極管的正反向特性；場效應管的各種參數(shù)。另外，該儀器上備有兩個插座，可同時接入兩只晶體管，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，能迅速比較兩只晶體管的同類特性。1.晶體管特性分析儀基本知識學習任務7.4晶體管特性分析儀的應用學習任務7.4

（1）晶體管特性分析儀的組成及原理晶體管特性分析儀由集電極掃描電壓發(fā)生器、基極階梯信號發(fā)生器、同步脈沖發(fā)生器、測試轉(zhuǎn)換開關(guān)、X軸放大器、Y軸放大器、示波管及控制電路、電源等部分組成，其原理方框圖如圖7-4-1所示。學習任務7.4晶體管特性分析儀的應用圖7-4-1晶體管特性分析儀原理方框圖學習任務7.4

（2）XJ4810型晶體管分析儀面板布置圖