电子测量技术基础（第三版）（张永瑞）

本书为高等学校电子信息类规划教材，是参照各院校相关专业新修订的教学计划中“电子测量”课程的教学大纲及学时数要求，并考虑现代电子科技发展的趋势与潮流修编而成的。全书共10章，主要内容包括：电子测量与计量的基本概念、测量误差和测量结果处理、信号发生器、电子示波器、频率时间测量、相位差测量、电压测量、阻抗测量、噪声测量、数据域测量与测量新技术简介。书中重点讲述了主要物理量（电压、频率、时间、相位）、元件参数、阻抗、噪声等的基本测量原理、测量方法及常规仪器（示波器、信号源、计数器等）的工作原理和操作使用，并对矢量网络分析测试技术、智能测量系统、虚拟仪器等这些体现现代高科技的测量技术与仪器作了适度介绍。本书编写思路清晰，概念和原理讲述透彻，深入浅出，通俗易懂，方法明了实用，必要的数学推导简明扼要，结论醒目。各章末配有小结与难度适中的习题，书末配有部分习题的参考答案。 本书既可作为高等工业院校测控技术与仪器、通信工程、电子信息工程、探测制导与控制技术、智能科学与技术等专业学生的教学用书，亦可作为从事电类专业的工程技术人员的参考书。^[1]

第1章 电子测量与计量的基本概念 1

1.1 测量与电子测量 1

1.1.1 测量 1

1.1.2 电子测量 1

1.2 电子测量的内容和特点 2

1.2.1 电子测量的内容 2

1.2.2 电子测量的特点 3

1.3 电子测量方法的分类 4

1.4 电子测量仪器的功能、分类和主要性能指标 7

1.4.1 测量仪器的功能 7

1.4.2 测量仪器的分类 8

1.4.3 测量仪器的主要性能指标 9

1.5 计量的基本概念 12

1.5.1 计量 12

1.5.2 单位制 12

1.5.3 计量基准 13

1.5.4 量值的传递与跟踪，检定与比对 14

小结 15

习题1 15

第2章 测量误差和测量结果处理 17

2.1 测量误差的基本概念 17

2.1.1 误差概念 17

2.1.2 误差的表示方法 19

2.1.3 测量仪器的容许误差 23

2.2 测量误差的来源 25

2.2.1 仪器误差 25

2.2.2 使用误差 25

2.2.3 人身误差 26

2.2.4 影响误差 26

2.2.5 方法误差 26

2.3 误差的分类 27

2.3.1 系统误差 27

2.3.2 随机误差 28

2.3.3 粗大误差 30*

2.4 随机误差分析 30

2.4.1 测量值的数学期望和标准差 30

2.4.2 随机误差的正态分布 32

2.4.3 有限次测量下测量结果的表达 36

2.5 系统误差分析 37

2.5.1 系统误差的特性 37

2.5.2 系统误差的判断 38

2.5.3 消除系统误差产生的根源 39

2.5.4 削弱系统误差的典型测量技术 39

2.5.5 消除或削弱系统误差的其他方法43*^[1]

2.6 系统误差的合成 45

2.6.1 误差的合成 45

2.6.2 常用函数的合成误差 46

2.6.3 系统不确定度 49

2.7 测量数据的处理 51

2.7.1 有效数字的处理 51

2.7.2 等精度测量结果的处理 53

小结 55

习题2 56

第3章 信号发生器 61

3.1 信号发生器概述 61

3.1.1 信号发生器的用途 61

3.1.2 信号发生器的分类 61

3.1.3 信号发生器的基本构成 63

3.1.4 信号发生器的发展趋势 63

3.2 正弦信号发生器的性能指标 63

3.2.1 频率范围 64

3.2.2 频率准确度 64

3.2.3 频率稳定度 64

3.2.4 由温度、电源、负载变化引起的频率变动量 65

3.2.5 非线性失真系数（失真度） 65

3.2.6 输出阻抗 66

3.2.7 输出电平 66

3.2.8 调制特性 67

3.3 低频、超低频信号发生器 67

3.3.1 低频信号发生器 67

3.3.2 超低频信号发生器 72

3.3.3 低频信号发生器的发展现状 79

3.4 射频信号发生器 80

3.4.1 调谐信号发生器 80

3.4.2 锁相信号发生器 82

3.4.3 合成信号发生器 84

3.4.4 射频信号发生器代表性产品的性能介绍 85

3.5 扫频信号发生器 86

3.5.1 线性电路幅频特性的测量 86

3.5.2 扫频仪的基本构成 89

3.5.3 BT-3型扫频仪 91

3.6 脉冲信号发生器 93

3.6.1 脉冲信号 93

3.6.2 脉冲信号发生器的分类 94

3.6.3 脉冲信号发生器的结构 95

3.6.4 脉冲信号源的应用 98^[1]

*3.7 噪声信号发生器 99

3.7.1 噪声源 100

3.7.2 变换器 101

3.7.3 输出衰减器 101

小结 101

习题3 102

第4章 电子示波器 104

4.1 电子示波器概述 104

4.2 示波管 105

4.2.1 电子枪 106

4.2.2 偏转系统 106

4.2.3 荧光屏 107

4.3 电子示波器的结构框图与性能 108

4.3.1 电子示波器的结构框图 108

4.3.2 示波器的主要性能指标 109

4.4 电子示波器的Y、X通道及校正器 111

4.4.1 垂直偏转通道（Y通道） 112

4.4.2 水平偏转通道（X通道） 115

4.4.3 校正器 119

4.5 双踪和双线示波器 120

4.5.1 双踪示波器 120

4.5.2 双线示波器 121

4.5.3 SR-8型双踪示波器 122*

4.6 高速示波器和取样示波器 125

4.6.1 高速示波器 125

4.6.2 取样示波器 126*

4.7 记忆示波器与数字存储示波器 129

4.7.1 记忆示波器 129

4.7.2 数字存储示波器 132

*4.8 数字化波形处理系统简介 135

小结 135

习题4 137

第5章 频率时间测量 139

5.1 频率时间测量概述 139

5.1.1 时间、频率的基本概念 139

5.1.2 频率测量方法概述 142

5.2 电子计数法测量频率 143

5.2.1 电子计数法测量频率的原理 143

5.2.2 误差分析计算 144

5.2.3 测量频率范围的扩大 146^[1]

5.3 电子计数法测量周期 147

5.3.1 电子计数法测量周期的原理 147

5.3.2 电子计数器测量周期的误差分析 149

5.3.3 中介频率 151

5.4 电子计数法测量时间间隔 153

5.4.1 电子计数法测量时间间隔的原理 153

5.4.2 电子计数器测量时间间隔的误差分析 154

5.5 典型通用电子计数器E-312 155

5.5.1 E-312型电子计数式频率计的主要技术指标 156

5.5.2 E-312型电子计数式频率计的原理 156

5.5.3 应用E-312进行测量 158

5.5.4 计数器的发展动态 160

5.6 测量频率的其他方法 161

5.6.1 直读法测频 161

5.6.2 比较法测频 164

小结 170

习题5 172

第6章 相位差测量 174

6.1 相位差测量概述 174

6.2 用示波器测量相位差 174

6.2.1 直接比较法 175

6.2.2 椭圆法 176

6.3 相位差转换为时间间隔进行测量 177

6.3.1 模拟式直读相位计 178

6.3.2 数字式相位计 179

6.4 相位差转换为电压进行测量 183

6.4.1 差接式相位检波电路 184

6.4.2 平衡式相位检波电路 185

6.5 零示法测量相位差 187

6.6 测量范围的扩展 188

小结 190

习题6 191

第7章 电压测量 192

7.1 电压测量概述 192

7.1.1 电压测量的重要性 192

7.1.2 电压测量的特点 192

7.1.3 电压测量仪器的分类 193

7.2 模拟式直流电压测量 194

7.2.1 动圈式电压表 194

7.2.2 电子电压表 197^[1]

7.3 交流电压的表征和测量方法 200

7.3.1 交流电压的表征 200

7.3.2 交流电压的测量方法 203

7.4 低频交流电压测量 206

7.4.1 均值电压表 206

7.4.2 波形换算 208

7.4.3 均值检波器误差 209

7.4.4 有效值检波器 210

7.4.5 分贝值的测量 212

7.5 高频交流电压测量 213

7.5.1 峰值检波器 213

7.5.2 误差分析 216

7.5.3 波形换算 217

7.6 脉冲电压测量 218

7.6.1 用示波器测量脉冲电压 218

7.6.2 用脉冲电压表测量脉冲电压 219

7.7 电压的数字式测量 222

7.7.1 概述 222

7.7.2 数字式电压表（DVM）的组成原理 223

7.7.3 DVM的主要类型 226

7.7.4 逐次比较型DVM 227

7.7.5 双积分型DVM 230

7.7.6 DVM的技术指标 232

小结 235

习题7 237

*第8章 阻抗测量 240

8.1 阻抗测量概述 240

8.1.1 阻抗的定义及其表示方法 240

8.1.2 电阻器、电感器和电容器的电路模型 241

8.2 电桥法测量阻抗 245

8.2.1 电桥平衡条件 245

8.2.2 交流电桥的收敛性 246

8.2.3 电桥电路 247

8.2.4 电桥的电源和指示器 251

8.2.5 电桥的屏蔽和防护 251^[1]

8.3 谐振法测量阻抗 254

8.3.1 谐振法测量阻抗的原理 254

8.3.2 Q表的原理 256

8.3.3 元件参数的测量 257

8.3.4 数字式Q表的原理 262

8.4 利用变换器测量阻抗 263

8.4.1 电阻-电压变换器法 263

8.4.2 阻抗-电压变换器法 264

小结 265

习题8 266

*第9章 噪声测量 268

9.1 噪声测量概述 268

9.2 噪声的统计特性及其测量 268

9.2.1 噪声的统计特性 269

9.2.2 噪声特性的测量 271

9.3 器件的噪声参数及其测量 273

9.3.1 等效输入噪声电压及其测量 274

9.3.2 等效噪声电阻及其测量 275

9.3.3 等效噪声带宽及其测量 275

9.3.4 噪声系数及其测量 276

9.3.5 等效噪声温度 278

9.3.6 放大器的噪声等效电路 278

小结 279

习题9 280

*第10章 数据域测量与测量新技术简介 281

10.1 数据域测量的基本概念 281

10.1.1 数据域测量的特点 281

10.1.2 数字信号的特点 282

10.2 数据域测量技术 283

10.2.1 简单逻辑电路的简易测试 283

10.2.2 穷举测试和随机测试 285

10.2.3 数据域测量技术 287

10.3 逻辑分析仪 288

10.3.1 逻辑分析仪的组成^[1]