电子线路实验与课程设计/王素青等

第 1 章 电子线路实验基础知识 1.1电子测量技术 1.1.1电子测量概述 1. 电子测量 测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。在这个过程中，人们常借助专门的测试仪器，将被测对象的大小直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。测量结果由数值和单位两部分组成。 电子测量，从广义上讲，是指利用电子技术进行的测量； 从狭义上讲，是指在电学中测量有关电的量值。 电子线路中的电子测量主要是指测量电子电路中的有关电的量值，其测量内容主要包括以下几个方面。 (1) 电量的测量，即电流、电压、功率等的测量。 (2) 电信号特性的测量，即信号波形和失真度、频率、相位、调幅度、逻辑状态等的测量。 (3) 电路性能的测量，即电路的增益、衰减、灵敏度、频率特性等的测量。 (4) 电路中元件参数的测量，即电阻、电容、电感、阻抗、品质因数等电子元件的参数测量。 2. 测量方法的分类 (1) 按照测量手段分类，有直接测量法、间接测量法和组合测量法。 ① 直接测量法，是指直接得到被测量值的测量方法。如用电压表测量稳压电源的输出电压、欧姆表测量电阻等。 ② 间接测量法，是指利用直接测量的量与被测量之间已知的函数关系，得到被测量值的测量方法。例如，测量放大器的电压放大倍数Au，一般是分别测量交流输出电压Uo与交流输入电压Ui，然后通过函数关系Au=Uo/Ui，即可计算Au。这种测量方法常用于被测量不便直接测量，或者利用间接测量法测量的结果比直接测量法测量的结果更为准确的场合。 ③ 组合测量法，是兼用直接测量和间接测量的方法。在某些测量中，被测量与几个未知量有关，需要通过改变测量条件进行多次测量，根据被测量与未知量之间的函数关系联立求解。 (2) 按照被测量性质分类，有时域测量法、频域测量法、数据域测量法和随机量测量法。 ① 时域测量法，是指用于测量与时间有函数关系的量，如电压、电流等。它们的稳态值和有效值大多用仪表直接测量，而瞬时值可以通过示波器观察其波形，观察其值随时间变化的规律。 ② 频域测量法，是指用于测量与频率有函数关系的量，如电路的电压增益、相移等。可以通过分析电路的幅频特性、相频特性等进行测量。 ③ 数据域测量法，是指对数字逻辑量进行测量，如用逻辑分析仪可以同时观察许多单次并行的数据。 ④ 随机量测量法，是指对各种噪声、干扰信号等随机量进行测量。 1.1.2电压测量 电压是表征电信号特性的一个重要参数。电子电路的许多参数，如增益、频率特性、电流、功率等均可看作电压的派生量。各种电路的工作状态，如饱和、截止等，通常也都以电压的形式反映出来。因此，电压测量是许多电参数测量的基础。 在电压测量中，要根据被测电压的性质(直流或交流)、工作频率、波形、被测电路的阻抗、测量精度要求等来选择测量仪表的量程、阻抗、频率、准确度等级等。 1. 直流电压的测量 直流电压的测量方法主要有直接测量法和间接测量法两种。 1) 直接测量法 利用模拟式万用表或数字式万用表的直流电压挡对直流电压进行测量的方法是直流电压的直接测量法。 用模拟式万用表测量直流电压时，测量前应对万用表进行机械调零，注意被测电量的极性，选择合适的量程挡位，并能正确读数。一般来说，模拟式万用表的直流电压挡测量直流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。 数字式万用表不仅可以测量直流电压，还能显示被测直流电压的数值和极性。一般数字式万用表直流电压挡的输入电阻较高，至少在兆欧级，对被测电路影响很小。但极高的输出阻抗使其易受感应电压的影响，在一些电磁干扰比较强的场合测出的数据可能误差比较大。 2) 间接测量法 利用示波器对直流电压进行测量的方法是直流电压的间接测量法，即用已知电压值(一般为峰峰值)的信号波形与被测信号电压波形比较，计算出电压值。用示波器测量直流电压时，首先应将示波器的通道灵敏度微调旋钮置校准挡，否则电压读数不准确。输入信号的耦合方式选择“直流耦合”，测量时可以根据垂直灵敏度“V/div”旋钮的指示值和显示屏上直流信号与地电位之间的相对高度“div”来计算电压值。另外，输入信号的大小不能超出示波器的*大允许输入电压(一般为400V)。 2. 交流电压的测量 由于放大电路的输入/输出信号一般是交流信号，对于一些动态指标经常用加入正弦电压信号的方法进行间接测量。实验中对正弦交流电压的测量，一般只测量有效值，特殊情况下才测量峰值。由于万用表结构的特点，其虽然也能测量交流电压，但对频率有一定的限制。因此，测量交流电压前，应根据测量的频率范围，选择合适的测量仪器和方法。 交流电压的测量方法主要有直接测量法和间接测量法两种。 1) 直接测量法 用模拟式万用表的交流电压挡测量交流电压时，应注意其内阻对被测电路的影响。另外，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，测量的值为有效值。 用数字式万用表的交流电压挡测量交流电压时，由于其输入阻抗高，对被测电路的影响小，但同样存在测量频率范围小的缺点。 当信号频率较高时，可以采用不同规格的交流毫伏表测量交流电压。若信号频率在1MHz以内，可使用一般的交流毫伏表(*大量程为300V)来测量交流电压，所测量的交流电压一般为有效值。交流毫伏表的输入阻抗高，量程范围广，使用频率范围宽。一般交流毫伏表的金属机壳为接地端，另一端为被测信号输入端。因此，交流毫伏表只能测量电路中各点对地的交流电压，不能直接测量任意两点之间的交流电压。 2) 间接测量法 用示波器测量交流电压同测量直流电压一样，都需要将通道灵敏度微调旋钮置校准挡。用示波器测量交流电压时，若输入信号的耦合方式选择“直流耦合”，则交流电压中的直流分量将被保留； 若输入信号的耦合方式选择“交流耦合”，则交流电压中的直流分量将被滤除。测量时可以根据垂直灵敏度“V/div”旋钮的指示值和波形在显示屏上的Y方向所占的格数值“div”来计算交流电压的峰峰值，然后根据公式计算交流电压的有效值。 3. 脉冲电压的测量 如果数字电路中的信号电平要么是高电平要么是低电平，则这种信号称为脉冲信号。如果被测信号能稳定在某个电平上，则可以采用与测量直流电压相同的方法测量脉冲电压。 如果被测信号在高、低电平间不断变化，则需要采用示波器进行测量。用示波器不仅可以测出信号的高、低电平值，还可以观察到信号的变化规律以及信号的其他参数。 1.1.3电流测量 电流测量也是电参数测量的基础，静态工作点、电流增益、功率等的测量以及许多实验调试、电路参数的测量，都离不开对电流的测量。与电压测量类似，由于测量仪器的接入会对测量结果带来一定的影响，也可能影响到电路的工作状态，实验中尽可能采用内阻较小的电流表进行测量。 电流的测量方法也有直接测量法和间接测量法两种。 1. 直流电流的测量 直流电流的直接测量法要求断开回路后，再将电流表串联接入回路中，根据电流表的读数即可对电路的电流进行测量。由于将电流表串联接入回路往往比较麻烦，容易因疏忽而造成测量仪表的损坏，因此，对直流电流的测量通常采用间接测量法。可以先测出取样电阻两端的电压U，然后根据欧姆定律I=U/R计算电流。 如果被测支路中没有现成的取样电阻，也可以串入一个取样电阻进行间接测量。取样电阻的选取原则是对被测电路的影响越小越好，一般在1~10Ω之间。 2. 交流电流的测量 交流电流的测量一般都采用间接测量法。用间接法测量交流电流的方法与用间接法测量直流电流的方法相同，只是对取样电阻有一定的要求。 (1) 当电路工作频率在20kHz以上时，就不能选用普通线绕电阻作为取样电阻，高频时应选用薄膜电阻。 (2) 在测量时，需要将所有的接地端共地，取样电阻要连接在接地端，在LC振荡电路中，要接在低阻抗端。