电子测量与仪器电子教案.docx
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电子测量与仪器电子教案
教案
课程名称：
电子测量与仪器
×××系（教研室）：
电测与通信
授课班级：
×××班
任课教师：
×××
使用教材：
电子测量与仪器
教案（首页）
课程名称
电子测量与仪器
总计：
60学时
课程类别
必修
学分
3.5
讲课：
48学时
实验：
12学时
上机：
学时
任课教师
授课对象
专业（教学）班级：
电信级、电测级
教材信息
教材：
《电子测量与仪器》安虎平主编
同济大学出版社ISBN978-7-5608-7918-5
教学目的和教学要求
该课程是在对电子类、机电类专业基础课程（电路分析、模拟电路和数字电路等课程）学习的基础上开设的，为该专业学生打下坚实的专业基础课程内容和要求
教学重点及难点
本课程是在测控技术与仪器类专业的专业课程。
在该专业的教学计划中，电子测量与仪器是一门实践性较强的技术课程，它的目的和任务是使学生获得电子测量方面的基本理论、基本知识和基本技能，理解电子测量的原理和测试技术，重点和难点是掌握测量仪器的使用方法。
注：
课程类别：
必选、限选、任选、实验课
《电子测量与仪器》课程教案
课次
1
授课类型
理论课□讨论□实验□习题□其它□
课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第1章电子测量与仪器的基础知识
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
掌握电子测量与仪器的基本知识、理解电子测量的特点
教学重点及难点：
重点：
电子测量与仪器的含义与地位
难点：
电子测量方法
教学基本内容
方法及手段
（可增加页）
1.测量的目的就是取得用数值与单位共同表示的被测量的结果，是人们借助于专门的设备、依据一定的理论，通过实验方法将被测量与已知同类标准量进行比较而取得的测量结果。
被测量的结果必须是带有单位的有理数，例如，某测量结果为9.3V是正确的，而测得结果为9.3或V是错误的。
广义的电子测量是指利用电子技术进行的测量。
严格讲，电子测量是指利用电子技术对电子学中有关物理量所进行的测量。
2.电子测量技术与测量仪器的应用十分广泛，发展十分迅速，对科学技术的发展有着起着巨大的推动作用，从某种意义上讲，电子测量水平代表着一个国家科技水平的高低。
这是因为电子测量有着其他测量无法比拟的优点。
3.测量结果可以通过不同的测量方法来取得。
电子测量方法有很多种，如直接测量、间接测量和组合测量等。
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
P32（1.1-1.4）
课后小结
填表说明：
1.每项页面大小可自行添减，一次写一份上述格式教案。
2.课次为授课次序，填第1、2、3、……等。
3.方法及手段如，举例讲解，多媒体讲解、模型、实物、挂图、影像讲解等。
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课次
2
授课类型
理论课□讨论□实验□习题□其它□
课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第2章测量用信号发生器2.1信号发生器概述，2.2低频信号发生器
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
掌握信号发生器组成、工作原理、主要性能指标、典型应用
教学重点及难点：
重点：
电子测量与仪器的含义与地位
难点：
电子测量方法
教学基本内容
方法及手段
（可增加页）
1.信号发生器主要用于提供各种测量用信号。
提供测试用电信号的装置统称为信号发生器。
2.分类：
按频率范围分类，大体分六类。
按用途分类，可以分为通用信号发生器和专用信号发生器两类。
按输出波形分类，有正弦信号发生器、脉冲信号发生器、函数信号发生器、数字编码脉冲、图形信号发生器、噪声信号发生器等。
按调制方式分类，可分为调频、调幅、脉冲调制等类型。
按性能分类，一般信号发生器和标准信号发生器。
3.信号发生器的基本构成：
见流程图。
4.正弦信号发生器的性能指标：
频率特性、输出特性、调制特性。
5.低频信号发生器：
主要性能指标，组成框图，振荡器工作原理，应用，实例。
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
P65（2.1-2.4）
课后小结
填表说明：
1.每项页面大小可自行添减，一次写一份上述格式教案。
2.课次为授课次序，填第1、2、3、……等。
3.方法及手段如，举例讲解，多媒体讲解、模型、实物、挂图、影像讲解等。
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课次
3
授课类型
理论课□讨论□实验□习题□其它□
课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第2章测量用信号发生器2.3高频信号发生器，2.4函数信号发生器，2.5脉冲信号发生器
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
掌握信号发生器组成、工作原理、主要性能指标、典型应用
教学重点及难点：
重点：
电子测量与仪器的含义与地位
难点：
电子测量方法
教学基本内容
方法及手段
（可增加页）
1.高频信号发生器的组成，主振级、内调制振荡级、调制级、输出级、监测仪表及电源等几部分。
2.主振级的类型和工作原理，LC调谐振荡器，频率合成器。
3.高频信号发生器的使用步骤与技巧。
4.调幅高频信号发生器的典型应用。
5.函数信号发生器：
分类和组成原理，主要性能指标，典型仪器。
6.脉冲信号发生器：
主要参数，分类，组成及工作原理分析。
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
P65（2.5-2.8）
课后小结
填表说明：
1.每项页面大小可自行添减，一次写一份上述格式教案。
2.课次为授课次序，填第1、2、3、……等。
3.方法及手段如，举例讲解，多媒体讲解、模型、实物、挂图、影像讲解等。
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课次
4
授课类型（请打√）
理论课□讨论□实验□习题□其它□
课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第3章电压测量技术与电压表3.1电压测量的特点和技术要求
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
掌握频率范围、测量范围、电压波形、输入特性，交流电压的基本参数
教学重点及难点：
输入特性、交流电压的基本参数
教学基本内容
方法及手段
（可增加页）
1.电压测量的特点：
表征电信号能量的三个基本参数（电压、电流、功率）中，电压测量是最直接也是最普遍的。
电压测量的特点主要包括频率范围、测量范围、电压波形、输入特性。
2.交流电压的基本参数：
交流电压除用具体的函数关系式表达其大小随时间的变化规律外，通常还可以用峰值、幅值、平均值、有效值及瞬时值等参数来表征
3.频率范围：
交流电压的频率范围为10-6~1012Hz。
在电子测量中，习惯上将1MHz以上（至3GHz）称为高频或射频，1MHz以下称为低频，10Hz（或5Hz）以下称为超低频。
4.测量范围：
低至纳伏级（10-9V）的微弱信号（如心电医学信号、地震波等），高至数百千伏的超高压信号。
5.电压波形：
除正弦波外，还包括失真的正弦波及各种非正弦波（如脉冲电压等）。
6.输入特性：
被测信号接入电压表后，电压表的等效输入阻抗将对测量结果产生影响。
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
P97（3.1-3.3）
课后小结
填表说明：
1.每项页面大小可自行添减，一次写一份上述格式教案。
2.课次为授课次序，填第1、2、3、……等。
3.方法及手段如，举例讲解，多媒体讲解、模型、实物、挂图、影像讲解等。
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课次
5
授课类型（请打√）
理论课□讨论□实验□习题□其它□
课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第3章电压测量技术与电压表3.2模拟式电压表及其使用方法
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
掌握直流电压的测量方法、模拟式交流电压表、低频交流电压测量、高频交流电压测量。
教学重点及难点：
低频交流电压测量、高频交流电压测量
教学基本内容
方法及手段
（可增加页）
1.直流电压的测量：
模拟式电子电压表一般用磁电式电流表作指示器（也称表头），在电流表盘上以电压（或dB）标度，用指针指示电压值。
2.模拟式交流电压表的三种电路结构：
检波-放大式电压表、放大-检波式电压表、外差式电压表。
输入电路中包括输入衰减器和高频放大器，衰减器用于大电压测量，高频放大器带宽很宽，但不要求有很高的增益，被测电压的放大主要由后面的中频放大器完成。
被测信号经输入电路，与本振信号一起进入混频器转变成频率固定的中频信号，经中频放大器放大后进入检波器转变成直流电压来推动表头显示。
3.低频交流电压测量：
通常把测量低频（1MHz以下）信号电压的电压表称为交流电压表或交流毫伏表。
均值电压表：
由于均值检波器的检波灵敏度具有非线性特性且输入阻抗过低，因此以均值检波器为AC/DC变换器的均值电压表一般都设计成放大-检波器。
波形换算：
电压表度盘是以正弦波的有效值定度的，而均值检波器的输出（即流过电流表的电流）与被测信号电压的平均值成线性关系。
4.电压表的正确使用
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
P97（3.4-3.6）
课后小结
填表说明：
1.每项页面大小可自行添减，一次写一份上述格式教案。
2.课次为授课次序，填第1、2、3、……等。
3.方法及手段如，举例讲解，多媒体讲解、模型、实物、挂图、影像讲解等。
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课次
6
授课类型（请打√）
理论课□讨论□实验□习题□其它□
课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第3章电压测量技术与电压表3.3电压的数字化测量技术
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
理解数字电压表（digitalvoltagemeter，DVM）变换原理。
教学重点及难点：
数字电压表、主要特点。
教学基本内容
方法及手段
（可增加页）
1.数字电压表（digitalvoltagemeter，DVM）是利用变换原理，将待测的模拟量变换成数字量，并将测量结果以数字形式显示出来的一种电压表。
2.DVM的主要特点。
（1）准确度高。
以直流数字式电压表为例，高档的准确度可达10-7量级，测量灵敏度（分辨力）达1μV。
（2）数字显示。
测量结果以十进制数字显示，消除了指针式仪表的读数误差。
由于数字显示代替指针机械偏转，仪器内又有保护电路，因此数字仪表的过载能力强。
（3）输入阻抗高。
一般的数字电压表为10MΩ左右，高的可超过1000MΩ，因而其负载效应几乎可以忽略。
（4）测量速度快，自动化程度高。
由于没有指针惯性，因此DVM完成一次测量的时间（从信号输入到显示结果）很短（可小于几微秒）。
3.DVM的主要工作特性：
测量范围、分辨力、测量误差、测量速率、输入阻抗、抗干扰能力。
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
P97（3.7-3.8）
课后小结
填表说明：
1.每项页面大小可自行添减，一次写一份上述格式教案。
2.课次为授课次序，填第1、2、3、……等。
3.方法及手段如，举例讲解，多媒体讲解、模型、实物、挂图、影像讲解等。
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7
授课类型（请打√）
理论课□讨论□实验□习题□其它□
课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第4章波形测试及示波器4.1示波器的基本特点与分类，4.2示波管及波形显示原理
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
掌握示波器的主要类型及特点、示波管及波形显示原理。
教学重点及难点：
示波器、示波管及波形显示
教学基本内容
方法及手段
（可增加页）
1.示波器是一种电子图示测量仪器，它可以用来观察和测量随时间变化的电信号图形，可以定性地观察电路的动态过程，如观察电压、电流的变化过程，还可以定量测量各种电参数，如测量脉冲幅值、上升时间、重复周期或峰值电压等。
基本特点：
能显示信号波形；测量灵敏度高；工作频带宽，速度快；可描绘出任意两个电压或电流量的函数关系。
示波器的分类：
模拟示波器；数字示波器。
2.混合示波器：
是把数字示波器对信号细节的分析能力和逻辑分析仪对多通道的定时测量能力组合在一起的仪器。
3.专用示波器：
能满足特殊用途的示波器称为专用示波器或特殊示波器。
4.典型示波器是利用阴极射线管（CRT）作为显示器。
CRT是示波管的重要组成部分，其作用就是把电信号转换为光信号而加以显示，它在很大程度上决定了整机的性能。
5.示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，如图4.2-1所示，其用途是将电信号转变成光信号并在荧光屏上显示。
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
P97（4.1-4.3）
课后小结
填表说明：
1.每项页面大小可自行添减，一次写一份上述格式教案。
2.课次为授课次序，填第1、2、3、……等。
3.方法及手段如，举例讲解，多媒体讲解、模型、实物、挂图、影像讲解等。
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理论课□讨论□实验□习题□其它□
课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第4章波形测试及示波器4.3通用电子示波器
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
掌握电子示波器的组成、通用示波器的其他电路。
教学重点及难点：
电子示波器、通用示波器。
教学基本内容
方法及手段
（可增加页）
1.电子示波器的组成：
电子示波器由Y通道、X通道、示波管、幅度校正器、扫描时间校正器、电源几部分组成。
2.垂直偏转通道：
即Y轴通道，它是对被测信号进行处理的主要通道，由输入电路、前置放大器、延迟级和输出放大器等部分组成。
它的主要作用是：
对单端输入的被测信号进行变换和放大，得到足够的幅度后加在示波管的垂直偏转板上；向X轴通道提供内触发信号源；补偿X轴通道的时间延迟，以观测到诸如脉冲等信号的完整波形。
3.前置放大器：
将信号适当放大，从中取出内触发信号，并具有灵敏度微调、校正、Y轴移位、极性反转等控制作用。
Y前置放大器大多采用差分放大电路，它输出一对平衡的交流电压，这样，即使被测信号的幅度改变，偏转的基线电位也保持不变。
4.延迟线把加到垂直偏转板上的信号延迟一段时间，使信号出现的时间滞后于扫描开始时间，保证在屏幕上扫描出信号全过程。
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
复习讨论P136（4.4-4.6）
课后小结
填表说明：
1.每项页面大小可自行添减，一次写一份上述格式教案。
2.课次为授课次序，填第1、2、3、……等。
3.方法及手段如，举例讲解，多媒体讲解、模型、实物、挂图、影像讲解等。
《电子测量与仪器》课程教案
课次
8
授课类型（请打√）
理论课□讨论□实验□习题□其它□
课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第4章波形测试及示波器4.4示波器的多波形显示
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
掌握多线示波和多踪示波、双踪示波器。
教学重点及难点：
单踪示波器的基本组成、不同示波器的技术
教学基本内容
方法及手段
1.通用示波器主要由X通道（HORIZONTAL）、Y通道（VERTICAL）、主机三大部分组成。
单踪示波器的基本组成如图4.5所示。
（1）X通道（水平系统）
X通道由触发电路、扫描电路和X放大器组成。
它的主要作用是：
在触发信号的作用下，输出大小合适、极性相反的对称扫描电压，以驱动电子束水平偏转。
（2）Y通道（垂直系统）
Y通道由衰减器、前置放大器、延迟级、输出放大器等组成。
它的主要作用是：
对单端输入的被测信号进行变换、处理成为大小合适极性相反的对称信号加到Y偏转板上，使电子束产生垂直偏转。
（3）主机部分
主机部分主要包括标准信号源、增辉电路、电源、示波管等部分。
增辉电路的作用是在扫描正程时使波形增辉，扫描逆程或扫描休止期时使回扫线和休止线消隐；或在外加高频信号的作用下，对显示波形进行亮度调制，即使波形亮暗变化情况受外加信号的控制，波形由实线变为虚线，由此可测量信号周期或频率。
标准信号源用于提供幅度、周期等都很准确的方波信号，例如1kHz、10mVP-P的方波，以便对示波器有关技术指标进行校准调整。
2.示波器Y通道主要由输入电路、前置放大器、延迟级和输出放大器等组成，如图4.5所示。
它的主要作用是把被测信号变换成为大小合适的双极性对称信号后加到Y偏转板上，使显示的波形适于观测；向X通道提供内触发信号源；补偿X通道的时间延迟，以观测到诸如脉冲等信号的完整波形。
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
P136（4.7）
课后小结
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课次
9
授课类型（请打√）
理论课□讨论□实验□习题□其它□
课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第4章波形测试及示波器4.5取样示波器
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
掌握实时取样和非实时取样、取样示波器的组成
教学重点及难点：
取样示波器、不同示波器的技术、实时取样和非实时取样
教学基本内容
方法及手段
1.实时取样
实时取样是从一个信号波形中取得所有取样点的过程，即对每个采集周期的采样点按时间顺序进行简单的排列就能表达一个波形。
2.非实时取样
非实时取样也称为等效取样，是从被测信号的许多相邻波形上取得样点的方法，不是在一个信号波形上完成全部取样过程。
4.5.2取样示波器的组成
与通用示波器类似，取样示波器也主要是由示波管、X通道和Y通道组成的，其组成框图如图4.5-3所示。
与普通示波器相比，主要差别是增加了取样电路和取样脉冲发生器，这些电路都是为了对被测信号进行逐点取样而加入的。
此外，为了观测信号的陡峭前沿，必须把延迟线放在取样示波器的输入端。
2.水平X通道
水平X通道由触发电路、取样脉冲发生器、时基单元和X放大器等电路组成。
被测信号或外触发信号经触发电路产生所需的触发同步信号，该信号馈入时基单元，产生Δt延迟脉冲。
这样，X通道中的时基单元，除了产生阶梯波电压外，还产生与扫描电压同步的Δt延迟脉冲，延迟脉冲送到垂直系统，控制取样脉冲发生器和延长门控制器的工作。
3.信号显示过程
为了在屏幕上显示出由不连续的亮点构成的取样信号波形，必须采用与取样信号同步的阶梯波作扫描电压。
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
P136（4.8-4.9）
课后小结
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课次
10
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课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第4章波形测试及示波器4.6波器的使用
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
掌握通用示波器的主要技术指标、示波器的选择与使用
教学重点及难点：
示波器的选择与使用
教学基本内容
方法及手段
1.通用示波器的主要技术指标
频带宽度和上升时间：
频带宽度（BW）表征示波器的最高频率响应能力，示波器的频带宽度BW一般指Y通道的频带宽度，即Y通道输入信号上、下限频率fH和fL之差（BW=fH-fL）。
上升时间（tr）：
是一个与频带宽度BW相关的参数，它表示由于示波器Y通道的频带宽度的限制。
2.扫描速度
扫描速度是指荧光屏上单位时间内光点水平移动的距离，单位为“cm/s”。
3.垂直灵敏度
垂直灵敏度也称为偏转灵敏度，是表征示波器能够测量最小信号的能力，一般用V/cm或V/div（格）表示，其电压值越小，灵敏度越高。
4.输入阻抗
当被测信号接入示波器时，输入阻抗Zi形成被测信号的等效负载。
输入阻抗一般用输入电阻和输入电容来表示。
5.示波器的选择与使用
1）根据被测信号的特性来选择
2）根据示波器的性能来选择
2.示波器的正确使用
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
P136（4.10-4.12）
课后小结
《电子测量与仪器》课程教案
课次
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授课类型（请打√）
理论课□讨论□实验□习题□其它□
课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第4章波形测试及示波器4.7示波器的基本应用
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
测量电压、测量时间、测量频率、测量相位差、测量调幅系数
教学重点及难点：
示波器的选择与使用
教学基本内容
方法及手段
1.用示波器测量电压
直流电压的测量：
利用被测电压在屏幕上呈现的直线偏离时间基线（零电平线）的高度与被测电压的大小成正比的关系进行测量。
交流电压的测量：
使用示波器测量交流电压的最大优点是可以直接观测到波形的形状，还可显示其频率和相位，但只能测量交流电压的峰-峰值。
2.用示波器测量时间
测量周期：
对于周期性信号，周期和频率互为倒数，只要测出其中一个量，另一个参量可通过公式求出。
测量方法：
（1）首先将示波器的扫描速度微调旋钮置于“校准”（CAL）位置。
（2）将待测信号送至示波器的垂直输入端。
（3）将示波器的输入耦合开关置于“AC”位置。
（4）调节扫描速度开关，使显示的波形稳定，并记录值。
（5）读出被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占的距离X。
3.测量频率
用示波器测量信号频率的方法基本上可分为两大类。
一种是利用扫描工作方式（即测周期法），另一种是用示波器的X-Y工作方式（即李沙育图形法），下面分别加以介绍。
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
P136（4.13）
课后小结
《电子测量与仪器》课程教案
课次
12
授课类型（请打√）
理论课□讨论□实验□习题□其它□
课时安排
2
授课题目（教学章、节或主题）：
第4章波形测试及示波器4.8数字示波器
教学目的、要求（分掌握、熟悉、理解三个层次）：
理解数字示波器的基本原理、数字示波器的面板功能
教学重点及难点：
数字示波器的基本原理和面板功能
教学基本内容
方法及手段
1.数字存储示波器的原理
数字示波器采用数字电路，首先经过A/D转换器将模拟信号波形转换成数字信息，保存在数字存储器中；当需要显示时，从存储器读出，再通过D/A转换器将数字信息转换成模拟波形，显示在示波管上。
2.数字存储示波器的特点
（1）波形可长期保存，多次显示。
信息存储在存储器（RAM）中，由后备电源供电，因而可以长期地存储信息，反复读出这些数据，并且可以反复在荧光屏上再现波形信息，而轨迹既不会衰减，也不会模糊。
（2）支持负延时触发。
普通模拟示波器只能观测触发后的信号，而数字存储示波器既能观测触发后的信号，也能捕捉触发前的信号。
（3）便于观测单次过程和突发事件。
只要设置好触发源和取样速度，就能在事件发生时将其采集并存入存储器，这样就可以长期保存和多次显示，并且取样存储和读出显示的速度可在很大范围内进行调节。
（4）具有多种显示方式。
（5）便于进行数据分析、处理。
（6）具有多种输出方式，便于进行功能扩展和自动测试。
（7）集成度高，体积小，重量轻。
现代数字存储示波器以功能强大的嵌入式微处理器为核心、以LCD做显示屏，D/A转换器、垂直及水平输出放大器、CRT等部件可进一步被省去，具有集成度高、体积小、重量轻、耗电省等优点，特别适合便携使用。
多媒体讲解
作业、讨论、思考题：
P136（4.14）
课后小结
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课次
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