电子测量技术及仪器解析.docx
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电子测量技术及仪器解析
电子测量知识点总结
电子测量课程的设置是使学生通过本课程的学习，能培养知识、能力和素质综合发展的重要环节，为学生增加必要的电子测量的基础理论和实践知识，能解决今后工作中所遇到的一些技术问题。
为此，该课程开办的特点：
•本课程是以电子测量的基础知识、基本测量原理和方法为基础，注重联系实际、提高能力，正确使用、操作各种电子测量仪器。
•本课程以典型的电子测量仪器组成、原理、性能和使用操作为主线，全面掌握电子测量技术，并能与现代科学技术发展相适应。
•本课程具有很强的实践性，加强电子测量的实验环节，才能理论联系实际，提高学生的综合应用能力。
在移动通信领域及电子行业中无论是从事生产、研发、系统集成、工程建设、设备质量检验、系统验收、网络互连和管理、设备故障排除、维护和检修以及系统升级等工作都需要通过不同的测试方法及由测试仪器提供的准确、可靠的测量和监控、检测数据来确保系统（设备）的正常运行。
电子测量仪器的功能与应用电子信息科学是现代科学技术的象征，它的三大支柱是：
信息获取（测量技术）、信息的传输技术（通信技术）、信息的处理技术（计算机技术），三者中信息的获取是首要的，而电子测量是获取信息的重要手段。
电子测量主要应用电子科学的原理、方法和设备对各种电量、电信号、元器件、电路及电子设备的特性和参数进行测量，同时还通过各种传感器把非电量转换成电量来测量。
因此，电子测量技术在通信电子领域有着极其重要的意义。
广大同学在大一第二学期学习电子测量这门课程应该重点从电子测量的任务及特点；常用电子测量仪器的分类和测量方法；电子测量仪器的主要技术指标；电子测量仪器的功能与应用等方面重点学习。
另外还需要掌握相关电子测量领域里边的相关概念。
以下是一些相关知识点的总结：
第一章绪论
1、电子测量的内容及任务？
1）电能量测量
电能量测量包括各种频率和波形下的电压、电流和功率等的测量。
2）电信号特性及所受干扰的测量
电信号特性测量包括信号的波形、时间/频率、相位、脉冲参数、失真度、调幅度、调频指数、信号的频谱、信/噪比以及数字信号的逻辑状态等测量。
3）元器件和电路参数的测量
电路的元器件参数测量包括电阻、电容、电感、阻抗、品质因数及电子器件（例如，电子管、晶体管等）和无源器件（例如，功分器、耦合器、衰减器等）等参数的测量。
电子线路的测量，测量电路的频率响应、增益、通带宽度、相位移、延时、衰减等参数测量。
4）电子设备的性能测量
电子设备，例如，收发信机、移动通信系统中的基站、直放站、移动终端（手机）、卫星接收机等的性能指标的测量。
通常测量的参数是增益、衰减、灵敏度、输出功率、频率特性、噪声系数、驻波比、三阶互调等参数。
在通信领域测量的三大基本电参数是频率（时间）、功率（电压）和阻抗，也是其它参数测量的基础。
2、常用电子测量仪器：
序号
类别
常用电子测量仪器的种类
1
电平测量仪器
电流表、电压表、毫伏表、微伏表、数字式电压表、矢量电压表、功率计、电压标准、标准电压表
2
电路参数测量仪器
RLC测试仪、电桥、电容测试仪、电感测试仪、欧姆表、绝缘电阻测量仪等；电子管参数测试仪、晶体管参数测试仪、集成电路测试仪
3
时间频率测量仪器
外差式波长计、通用计数器、频率标准、频标比对器
4
阻抗测量仪器
网络分析仪
5
波形测量仪器
通用示波器、多踪示波器、取样示波器、记忆示波器、频偏仪等
6
频谱分析仪
谐波分析仪、失真度分析仪、频谱分析仪等
7
场强测量仪器
场强仪
8
电路特性测试仪器
（集中参数阻抗）
RLC量具、电桥、电容测试仪、电感测试仪、Q表、三用表、数字多用表
9
数据域测试仪器
逻辑分析仪、规程测试仪、误码测试仪等
10
信号发生器
DDS函数信号发生器、频率合成信号发生器、脉冲信号发生器、任意波信号发生器、功率信号发生器、扫频信号发生器、噪声信号发生器等
11
电信测试仪器
电平振荡器、电平表等
3、测量方法分类直接测量间接测量组合测量
4、电子测量仪器的功能转换功能信号处理与传输功能显示功能
5、电子测量仪器的主要指标及其定义：
1）精度：
是指测量仪器的读数或测量结果与被测量真值相一致的程度，从精度的含义来分析，精度高，表明测量误差小；精度低，则误差大。
2）稳定度：
也称为稳定误差，是指在规定的时间区间内，其他外界条件不变的情况下，仪器示值变化的大小。
3）影响量：
由于电源电压、频率、环境温度、湿度、气压、震动等外机外界条件变化而造成仪器示值的变化量，称为影响量。
4）灵敏度：
表示测量仪器对被测量变化的敏感程度，一般定义为测量仪器指示值增量△y与被测量增量△x之比。
5）线性度：
表示仪器的输出量（示值）随输入量（被测量）变化规律。
若仪表的输出为y，输入为x，两者关系用y＝f（x）为xy平面上过原点的直线，则称为线性特性。
6）动态特性：
表示仪器的输出响应随输入变化的能力。
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6、常用测量仪器的分类和测量方法的分类：
1）按功：
超低频、低频、高频、甚高频和超高频及微波测量仪器
2）按精度和使用环境分：
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组
3）按工作原理分：
模拟式电子测量仪器和数字式电子测量仪器
7、电子测量仪器的发展概况模拟测量仪数字测量仪智能仪器虚拟仪器四个阶段。
第二章误差及其分析
8、测量误差的产生的原因：
通过电子测量所获得的测量结果包括测量数据和图形，这些测量数据和图形不可避免地会受到测量手段（常指所使用的测量仪器等设备）、测量方法、测量环境等影响，从而引入了一定的测量误差。
测量误差的大小直接影响测量结果的精确度和使用价值。
所以，必须对测量误差进行必要的研究，并对其进行误差分析，设法加以防止和改善。
9、测量误差的分类：
1）按表示方法分为：
绝对误差ΔX=X（结果）–X0（真值）、按误差性质分为：
系统误差、随机误差、粗大误差。
2）相对（真）误差γ=（ΔX/X0）×100%、容许误差；
3）按误差来源分为：
仪器误差、使用误差、人身误差、影响误差、方法和理论误差；
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10、测量精度及其与误差的关系三种指标：
精密度、正确度、准确度。
11、系统误差及其处理：
1）系统误差的产生原因：
测量装置的因素、环境方面的因素、测量方法的因素、测量人员方面的因素。
2）系统误差处理的方法：
检查系统误差是否存在、采取技术措施，消除或减弱系统误差的影响、设法估计出残存的系统误差的数值和范围。
3）系统误差的检查：
恒定系统误差检查：
理论分析法、校准对比法、改变测量条件法
变值系统误差检查：
累进性系统误差检查、周期性系统误差检查
4）消除或减少系统误差的典型测量技术
零示法：
消除指示仪表不准而造成的误差。
替代法：
在一定的测量条件下，选择一个适当大小的标准已知量去替代测量电路中原来接入的被测物理量，替代后应保证示值不变。
12、测量数据处理方法：
1）将测量结果（数据），列成表格；
2）求出算术平均值；
3）检查计算有无错误；
4）计算标准偏差；
5）检查有无粗大误差（差错）检查系统误差；
6）求出算术平均值的标准偏差s；
7）写出最后结果。
第三章示波器
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13、时域信号测量：
信号大都是时间的变量，信号随时间的变化，可用函数f（t）来描述。
在示波器荧光屏上，可用X轴代表时间，用Y轴代表f（t），描述出被研究的信号随时间的变化（时域测试或时域分析）。
电子示波器是时域分析的最典型测量仪器。
14、常用示波器的工作原理及其框图：
示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏组成。
示波器是由示波管、Y通道（探头、耦合电路、输入衰减器，Y前置放大器、延迟线和Y输出放大器等部分）、X通道（扫描发生器、同步触发电路和X输出放大器组成。
扫描发生器环和触发电路产生所需的扫描信号，X放大器放大扫描信号）和电源部分组成。
原理图如下：
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15、示波器的分类：
通用示波器、取样示波器记忆、存储示波器、专用示波器。
通用示波器：
模拟（单踪、多踪/双踪）、数字（存储）式示波器。
16、示波器的基本测量方法
电压的测量（直接测量法、比较测量法）、时间的测量、
相位的测量（线性扫描法、李沙育图形法）
17、
数字示波器（DS1102E）的组成及工作原理：
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模拟信号数字化过程：
采样存储过程读取显示过程
第四章频率测量
19、无线电波的频率f、波长λ和速度ν之间的关系：
f为频率（Hz）；λ为波长（m）；v（c）为光速（3×108m/s）
20、
频率f的单位为赫兹（Hz），周期T的单位为秒（S），则它们之间存在下列关系：
21、时间导出频率的重要公式
1）
振荡器的输出信号：
2）信号的瞬时相位、瞬时角频率和瞬时频率：
22、通用计数器测量频率和周期的主要误差
1）“±1”误差：
是计数器的一种量化误差，通用计数器所测得的结果总是整数的，它不能测量末位数字以下的零头数，这是产生“±1”误差的根源，常称为末位误差。
该误差的根源是决定于数字化仪器的基本方法，经建立在一定的标准时间内对脉冲进行计数的基础上进行测量的。
2）时基误差：
时基误差是由于晶体振荡器的标准频率不准确和不稳定性所引起的测量误差。
3）触发误差：
由于存在噪声和触发电平抖动均会在触发器转换过程中引起误差，这种误差常称为触发误差。
这种触发误差大小决定于输入信号的沿的斜率、噪声幅度和触发电平抖动幅度等因素。
23、频率源的频率不稳定性的起因：
①频率源的参数系统变化、②外界干扰影响信号的频率不稳定性、③频率源信号的噪声引起频率不稳定性、④信号的杂散（或寄生信号）引起频率不稳定性、⑤交流干扰（或称哼扰调制）。
第五章电压测量
24、电压测量仪器的分类：
按频率范围来分，可分为低频电压表和高频电压表两种；
按电路形式来分，可分为模拟式电压表和数字式电压表两种。
按检波形式来分可分为峰值电压表、均值电压表和有效值电压表。
25、直流电子电压表：
由磁电。
当需要测量高直流电压时，在输入端接入由高阻值电阻构成的分压电路。
（模拟指针式三用表：
电阻、直流/交流电压、直流/交流电流测量）
26、交流电压的测量：
电信号的交流电压V（t）的大小，可以用交流电压的峰值Vp、平均值或有效值V来表征。
在交流电压表中，交流电压的测量都采用AC/DC变换器，该变换器，常采用检波器来完成交流/直流变换，其原理是把被测交流电压变换成直流电流，然后驱动直流电流偏转，根据被测交流电压大小与直流电流的关系，表盘直接以电压刻度。
现代的交流电压表的指示器是采用数字显示，将检波器输出的直流电流（电压），通过A/D变换，再进行数字显示。
27、电压表分类及其原理：
1）峰值电压表：
检波（二极管峰值检波器）-放大式（桥式直流放大器）电子电压表，为了提高检波-放大式电压表的灵敏度，采用斩波式直流放大器，以解决一般直流放大器的增益与零点漂移之间的矛盾。
斩波式直流放大器是利用斩波器是把直流电压变换成交流电压，并用交流放大器放大，最后再把放大的交流电压变换成直流电压，故称为直-交-直放大器。
由于交流电压的波形不同：
正弦波、三角波、锯齿波、梯形波、脉冲波、方波、阶梯波等；在测量时必须代入波形因数及波峰因数进行换算才能减少测量误差。
2）峰值检波器：
峰值检波器是峰值交流-直流变换器，它使检波器的输出直流电压与输入电压的峰值成正比。
峰值检波电路通常有三种形式，即输出中包含被测直流成分的串联式（串联式峰值检波电路）、不包含被测直流成分的并联式（并联式峰值检波电路）和输出被测峰至峰值的倍压检波电路。
应用运放的检波电路。
3）均值电压表：
放大—检波式电子电压表，在均值电压表中，检波器对被测电平的平均值产生响应，通常，采用二极管全波或桥式整流电路作为检波器。
4）均值检波电路：
均值检波器是均值交流-直流变换器。
由于很多交流电压的波形都是上下对称的，其瞬时值的平均值常为0，不能用来表征被测电压的大小。
采用运放的相应均值检波电路。
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5）有效值电压表：
交流的有效值Vrms的测量是指在一个周期内，通过某纯阻负载所产生的热量与一个交流电压的数值在同一个负载产生的热量相等时，该交流电压的数值就是交流电压的有效值。
从这个作功相同的定义出发，可知有效值实际上就是均方根值，即一个周期交流电压平方的平均值再开方。
第六章信号发生器
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28、信号源的分类：
1）按工作频段分：
低频、高频、超高频、微波信号发生器。
2）按输出波形分：
正弦波信号发生器、非正弦信号发生器（脉冲信号发生器、函数信号发生器、数字序列信号发生器、图形信号发生器、噪声发生器等）。
29、锁相环的基本理论
频率合成信号发生器里的合成信号源是采用锁相环路（PLL）电路，合成输出的信号，并且，受晶振信号控制的高稳定信号源。
因此，锁相环路（PLL）电路是合成信号源里关键电路。
其原理框图如下：
锁相环路的基本组成框图
30、锁相环路的应用：
1）通信系统、导航系统、空间技术、电视系统、计算机、仪器、原子能、激光和红外系统等。
2）锁相环路稳频技术：
分频、倍频与进行频率变换作为标准频率源。
3）锁相调频和鉴频：
锁相环调频电路、锁相环解调电路。
第七章非线性失真
31、信号失真的概念：
在电子技术中，信号的失真可分为频率失真、相位失真和波形失真。
对于非线性失真来说，它是波形失真。
当某信号通过电路后，其输出波形与输入波形不同，失去了信号原来的形状，称为波形失真或称畸变。
32、信号中的基波和谐波成分
信号的非线性失真越大，所含谐波分量的振幅（相对于基波的振幅）就越大。
故测量信号的非线性失真，只要分别测量出信号中的基波和各次谐波的振幅就可以了。
信号的非线性失真可以进行测量。
主要是测量信号的非线性失真系数或失真度。
第八章调制
33、在无线电通信、广播、电视等系统中，需要把话音、音乐、图像、编码等低频、视频或数字信息，首先应将这些信息变成相应的电信号，然后对高频或微波信号进行调制，最后将已调制信号通过发射机、天线通过空间，发射出去。
接收机是将已调的载波信号中解调出原来的调制信号，如话音信号（低频信号）和图像信号（视频信号）。
34、调制电路是发射机、电子设备、电子测量仪器等重要组成部分。
对调制电路特性测定是十分重要的，在调幅电路里，主要特性是调幅系数，而在调频电路里是最大频偏。
为此，调制系数的测量里，主要测量调幅信号的调幅系数和调频信号的最大频偏。
35、调制的定义及分类：
调制就是用基带信号控制高频载波的参数（振幅、频率和相位），使这些参数随基带信号变化。
用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。
未调制的高频电振荡称为载波（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脉冲序列等）。
36、各种调制方式的定义：
调幅、调频和调相三中基本调制形式（调制信号和载波都是连续波的调制方式）
（1）调幅（AM）：
用调制信号控制载波的振幅，使载波的振幅随着调制信号变化。
已调波称为调幅波。
调幅波的频率仍是载波频率，调幅波包络的形状反映调制信号的波形。
调幅系统实现简单,但抗干扰性差,传输时信号容易失真。
（2）调频（FM）：
用调制信号控制载波的振荡频率，使载波的频率随着调制信号变化。
已调波称为调频波。
调频波的振幅保持不变，调频波的瞬时频率偏离载波频率的量与调制信号的瞬时值成比例。
调频系统实现稍复杂，占用的频带远较调幅波为宽，因此必须工作在超短波波段。
抗干扰性能好，传输时信号失真小，设备利用率也较高。
（3）调相（PM）：
用调制信号控制载波的相位，使载波的相位随着调制信号变化。
已调波称为调相波。
调相波的振幅保持不变，调相波的瞬时相角偏离载波相角的量与调制信号的瞬时值成比例。
第九章频率特性
37、幅频特性测量方法
1）点频法测量幅频特性：
由频率可调的正弦信号电压（恒压），加到被测网络的输入端，经过网络，其输出电压的大小，由电压表指示出来。
2）扫频法测量幅频特性：
采用扫频仪或频率特性测试仪的测量原理，测量幅频特性。
3）脉冲法测量幅频特性：
对于输入是理想方波的情况下，输出波形上升时间tr和网络带宽B的乘积等于常数。
常用在宽带放大器的测量里。
第十章频谱分析仪
38、频谱分析仪的主要用途：
频谱分析仪是一种能在显示器或记录仪上显示出信号（低频～高频）频谱幅度分布图形的仪器，为了能测量不同频谱成分的幅度，它实质上是一种连续选频式电压表或扫频测试接收机。
1）正弦信号的频谱纯度：
信号的幅度、频率和各寄生频谱的谐波分量。
2）调制信号的频谱：
调幅波的调幅系数、调频波的频偏和调频系数，以及它们的寄生调制参量。
3）非正弦波的频谱：
如脉冲信号、音频视频信号等。
4）通信系统的发射机质量：
发射机的发射频率及频率稳定度、发射功率及1dB压缩点功率、发射信号的信号质量：
杂散、三阶互调等。
5）激励源响应的测量：
如滤波器的传输特性（滤波特性）、放大器的幅频特性、混频器与倍频器的变换特性---变换损耗、谐波分量等特性。
6）放大器的性能测试：
放大器的幅频特性、寄生振荡、谐波与互调失真、输出功率（电平）等。
7）噪声频谱测量及分析
8）电磁干扰的测量：
可测定辐射干扰和传导干扰、电磁干扰，同样，可用来侦察和测量施放的干扰。
39、频谱仪的分类
频谱分析仪从工作原理上可分为模拟式与数字式两大类。
模拟式频谱仪是以模拟滤波器为基础的，而数字式频谱仪是以数字滤波器或快速傅里叶变换为基础的。
40、频谱分析仪的主要技术特性指标：
选择性形状因子动态频率特性与自适应关系分辨率灵敏度
第十一章逻辑分析仪
41、逻辑分析仪的组成原理框图
第十二章智能仪器
42、智能仪器组成原理框图
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