2016-20xx年中国电子元件参数测试仪器行

业市场发展态势及投资前景可行性报告

目录

第一章 电子元件参数测试仪器行业发展经济环境分析

第一节 全球经济环境现状及预测分析

一、全球近三年经济发展现状分析

二、全球经济增长前景预测分析

三、国际贸易市场前景预测分析

第二节 中国经济发展现状及预测分析

一、中国近三年经济发展现状分析

二、中国未来五年经济发展环境预测分析

三、中国未来五年对外贸易市场预测分析

四、中国未来五年国内投资情况预测分析

第三节 经济环境对于电子元件参数测试仪器行业发展影响分析

一、电子元件参数测试仪器行业发展面临的机遇与挑战

二、电子元件参数测试仪器行业发展的对策

第二章 电子元件参数测试仪器行业发展政策环境分析

第一节 电子元件参数测试仪器行业出口政策分析

一、近三年电子元件参数测试仪器行业出口退税分析

二、近三年电子元件参数测试仪器行业出口壁垒变化分析

第二节 电子元件参数测试仪器行业政策分析

一、行业相关政策分析

二、行业标准分析

第三章 电子元件参数测试仪器行业概况分析

第一节 行业定义及概况

特别提示： 时间和数据按月/季度随时更新.

一、行业定义及类别

二、行业发展历程

三、行业发展周期分析

第二节 行业技术现状及趋势

一、行业技术现状分析

二、行业技术趋势分析

第三节 行业应用现状及前景分析

一、行业应用领域分析

二、行业应用趋势分析

第四章 全球电子元件参数测试仪器行业发展现状及前景分析

第一节 全球电子元件参数测试仪器行业发展现状分析

一、全球电子元件参数测试仪器市场现状分析

二、全球重点电子元件参数测试仪器生产企业分析

三、重点区域电子元件参数测试仪器市场分析

四、全球电子元件参数测试仪器市场规模分析

第二节 全球电子元件参数测试仪器行业发展前景分析

一、电子元件参数测试仪器行业最新技术分析

二、未来五年全球电子元件参数测试仪器市场规模预测分析

第五章 中国电子元件参数测试仪器行业发展现状分析

第一节 中国电子元件参数测试仪器行业现状分析

一、中国电子元件参数测试仪器行业发展概况

二、近三年中国电子元件参数测试仪器行业生产分析

三、近三年中国电子元件参数测试仪器行业销售分析

四、近三年中国市场电子元件参数测试仪器需求分析

第二节 中国电子元件参数测试仪器行业发展预测分析

一、未来五年中国电子元件参数测试仪器行业生产前景预测分析

二、未来五年中国电子元件参数测试仪器行业需求前景预测分析

特别提示： 时间和数据按月/季度随时更新.

三、未来五年中国电子元件参数测试仪器行业市场规模预测分析

四、未来五年中国电子元件参数测试仪器行业销售前景预测分析

第六章 中国电子元件参数测试仪器行业经济运行分析

第一节 中国电子元件参数测试仪器行业基本运行指标分析

一、近三年中国电子元件参数测试仪器行业规模分析（企业数量、从业人数、资产规模）

二、近三年电子元件参数测试仪器行业工业总产值分析

三、近三年电子元件参数测试仪器行业工业销售产值分析

四、近三年电子元件参数测试仪器行业利润总额分析

五、近三年电子元件参数测试仪器行业产成品分析

第二节 中国电子元件参数测试仪器行业经济能力分析

一、行业盈利能力分析

二、行业偿债能力分析

三、行业发展能力分析

四、行业运营能力分析

第三节 中国电子元件参数测试仪器行业经济结构分析

一、电子元件参数测试仪器行业不同股权企业经济结构分析

二、电子元件参数测试仪器行业不同规模企业经济结构分析

第七章 电子元件参数测试仪器行业进出口分析

第一节 电子元件参数测试仪器行业进口分析

一、近三年电子元件参数测试仪器行业进口量分析

二、近三年电子元件参数测试仪器行业进口额分析

第二节 电子元件参数测试仪器行业出口分析

一、近三年电子元件参数测试仪器行业出口量分析

二、近三年电子元件参数测试仪器行业出口额分析

第三节 电子元件参数测试仪器行业进出口单价分析

一、近三年电子元件参数测试仪器行业进口单价分析

特别提示： 时间和数据按月/季度随时更新.

二、近三年电子元件参数测试仪器行业出口单价分析

第四节 电子元件参数测试仪器行业进出口货源地分析

一、近三年电子元件参数测试仪器行业出口目的地分析

二、近三年电子元件参数测试仪器行业进口货源地分析

第八章 中国电子元件参数测试仪器行业竞争现状分析

第一节 行业竞争理论基础分析

第二节 行业竞争格局分析

第三节 行业竞争群组分析

第四节 行业潜在进入者分析

第五节 行业替代品分析

第六节 行业竞争关键因素分析

第九章 中国电子元件参数测试仪器行业重点企业分析

第一节 企业1

一、企业简介

二、企业电子元件参数测试仪器产品现状分析

三、企业财务分析

四、企业发展战略分析

第二节 企业2

一、企业简介

二、企业电子元件参数测试仪器产品现状分析

三、企业财务分析

四、企业发展战略分析

第三节 企业3

一、企业简介

二、企业电子元件参数测试仪器产品现状分析

三、企业财务分析

四、企业发展战略分析

特别提示： 时间和数据按月/季度随时更新.

第四节 企业4

一、企业简介

二、企业电子元件参数测试仪器产品现状分析

三、企业财务分析

四、企业发展战略分析

第五节 企业5

一、企业简介

二、企业电子元件参数测试仪器产品现状分析

三、企业财务分析

四、企业发展战略分析

......

第十章 电子元件参数测试仪器产业链分析

第一节 电子元件参数测试仪器行业上游分析

一、上游行业概况

二、上游行业发展预测

第二节 电子元件参数测试仪器行业下游分析

一、下游行业概况

二、下游行业发展预测

第十一章 电子元件参数测试仪器行业区域市场发展研究

第一节 华北地区

一、近三年华北地区电子元件参数测试仪器行业市场规模分析

二、近三年华北地区电子元件参数测试仪器行业市场需求分析

三、未来五年华北地区电子元件参数测试仪器需求前景分析

第二节 华东地区

一、近三年华东地区电子元件参数测试仪器行业市场规模分析

二、近三年华东地区电子元件参数测试仪器行业市场需求分析

三、未来五年华东地区电子元件参数测试仪器需求前景分析

特别提示： 时间和数据按月/季度随时更新.

第三节 华南地区

一、近三年华南地区电子元件参数测试仪器行业市场规模分析

二、近三年华南地区电子元件参数测试仪器行业市场需求分析

三、未来五年华南地区电子元件参数测试仪器需求前景分析

第四节 华中地区

一、近三年华中地区电子元件参数测试仪器行业市场规模分析

二、近三年华中地区电子元件参数测试仪器行业市场需求分析

三、未来五年华中地区电子元件参数测试仪器需求前景分析

第五节 西北地区

一、近三年西北地区电子元件参数测试仪器行业市场规模分析

二、近三年西北地区电子元件参数测试仪器行业市场需求分析

三、未来五年西北地区电子元件参数测试仪器需求前景分析

第六节 西南地区

一、近三年西南地区电子元件参数测试仪器行业市场规模分析

二、近三年西南地区电子元件参数测试仪器行业市场需求分析

三、未来五年西南地区电子元件参数测试仪器需求前景分析

第七节 东北地区

一、近三年东北地区电子元件参数测试仪器行业市场规模分析

二、近三年东北地区电子元件参数测试仪器行业市场需求分析

三、未来五年东北地区电子元件参数测试仪器需求前景分析

第十二章 电子元件参数测试仪器行业投资前景及策略分析

第一节 电子元件参数测试仪器行业投资策略分析

一、产品定位与定价

二、成本控制建议

三、技术创新

四、渠道建设与营销策略

五、投资策略

六、项目投资注意事项

特别提示： 时间和数据按月/季度随时更新.

第二节 项目建设可行性分析

第三节 电子元件参数测试仪器行业投资前景分析

特别提示：时间和数据按月/季度随时更新.

 

第二篇：电子元件测量基础

第 一 章 绪 论

测量 的意义与特点

一、测 量 的意义

测量是人类对 自然界的客观事物取得数量观念 的一种认识过程 ，是人们认识和改造 自然 的一种不可缺少的手段 。在 自然界中，对于任何被研究的对象，若要定量地进行评价，必须通 过测量来实现 。

在科学技术的发展过程中，测量结果不仅仅是验证理论正确与否的客观标准 ，而且往

往是 发现新 问题，提出新理论的线索和依据 。多数新现象、新规律的发现都是通过大量反复地测量 和观察加 以确认的，因此，测量是从事科学研究的基础。

电子工业是发展极为迅速 的新兴工业 ，电子元件是各种 电子设备或装置的基础 ，电

子元件 质量的优劣，直接影响整机和系统的性能。为了保证和提高电子产品的质量 ，在 电子元件生产 过程中，必须对每一个元件进行规定的电气参数测量 。也就是说，元件测量是 电子工业生产中 必不可少的手段 。

近几年来，电子元件参数的测量技术有了一定的发展，已经从单一参数测量发展到综合

参 数测量 ，从手工测量发展到 自动测试 。电子计算机的应用 ，出现了计算机与测量仪器相结合的 新一代测量仪器及测试系统，它们能对元件参数进行 自动测量 ，并能 自动选择量程 ，记录数据， 计算结果，修正某些误差，检查故障等，给电子元件测量带来了新的活力。

随着改革 、开放 的进一步深化和发展 ，电子元件 的测量技术和测量水平将会有更大 的提 高 。目前 ，智能仪器 以及计算机与若干程序控制的测量仪器组成的自动测试系统，将成为电子 元件测量技术及仪器的重要发展方向。

二、元件测量 的特 点

电子元件测量与其它测量相 比，具有 以下特点：

数量大、速度快

在 电子元件生产厂中，由于生产的元件数量很大，因此测量的工作量也很大 。这就要

求测 量具有高速度 。而 电子元件测量是通过 电磁波和 电子 的运动来实现对元件进行测量 的，因而 可以实现元件测量过程的高速度 。

频率范围宽

电子元件测量 的频率范围从零到几十吉赫 以上 。在不 同的频率范围内，所采用 的

测量方 法和 测量仪器 不 同。例如在不 同频率（如 高频、低频、超低 频 ）下 ，对 电

容器 的容量和介质 损耗 角正切的测量，所采用的测量方法和测量仪器就有所不同。 量程范围宽 电子元件测量仪表的量程范围很宽。

电子元件测量仪 同计算机相结合 ，使测量仪器智能化 ，并在 自动化系统 中 占了重要 的地 位 。尤其是大规模集成 电路和微处理器 的应用 ，使 电子元件测量呈现 了新的局面 。例如， 自动 转换量程 ，自动调节 ，自动校准 ，自动记 录 ，自动地进行数据 处理 ，自动修 复等 。

测量与计量

计量学是研究测量，保证测量统一和准确 的一 门科学 。计量学研究计量单位及其基准 ，标 准的建立、保存和使用 ；测量方法和计量器具，测量的准确度 以及计量法制和管理等。

在测量中，如果未知量是与国家计量部 门作为基准和标准 的单位相 比较来加 以测量，则这 种过程便属于计量的范畴 。从这个意义上来说 ，计量是测量的一种特殊形式 。 计量与测量不 同，但二者又有密切 的联系 。测量是用 已知 的标准单位量与 同类未知量进 行 比较 以获得该未知量数量 的过程 。这 时认为被测量 的真实数值是客观存在 的，

其误差是 由 测量仪器和测量方法等 引起 的。而计量则认为使用 的仪器是标准 的，误差

是 由受检仪器 引起 的。它 的任务是确定测量结果 的可靠性 。计量学把测量技术和测量

理论加 以完善和发展 ，对 测量起着推动作用 。

计量是 国民经济 的一项重要 的技术基础 ，计量工作在 国民经济建设 中 占有十分

重要 的地 位 ，对于 改善 企业 管理 ，提 高产 品质 量 ，节约 能源 ，为实现标准 化、

自动 化提供 科学数据等 方面 起着重要 的作用 。计量科学技术 的水平一般也可 以标志

着一个 国家科学技术发展 的水平 。

计量工作对 电子产 品的质量管理尤为重要 。产 品出厂前要经过严格 的计量检定 ，

仪器仪 表在使用过程中要定期进行检验和校准 ，以保证测量的准确性 。

凡能用 以直接或间接测 出被测对象量值的量具 、计量仪器 （仪表 ）和计量装置

统称为计量 器具，也包括计量基准和计量标准 。

计量基准是指从法制规定的基本单位 的定义 出发 ，用当代最先进 的科学技术及工艺

水平 ， 以最高 的精度和稳定度建立起来 的，专 门用 以规定保持和复现某种物理量单位

的特殊量具和 仪器 。经过严格 的法定程序 ，计量基准可作为国家标准 。计量基准这个

术语一般用于 个基 本物理量 的最高标准 。

电子元器件质量评定体系简介

一、电子元器件质量评定体系

二、 电子元器件质量评 定体系（ 的宗 旨是促进 国际和 国内的电子元件

贸易，具体方法是 采用公认 的并经批准 的技术标准对有资格 （经批准 ）的制造厂

商的元件实施认证 。每一认证全 权 国的认证业务 由其相应的国家机构实施 。

相应 的国家机构保证全面履行 国际上 同意 的章程 。

三、列 出本体系 的国际和 国家 的组 成机构 （图中的国家机构是 以美 国为例 的）。

国家机构的组成为：国家监督检查机构（ 批准 电子元件制造商并对之施行持续的监督

和审查 ；国家标准化机构 （ ）管理 国 内技 术 规 范

的制订和 国家计量服务部 门。 图 体系 的

组成机构 成员 国资格需得到 个全权 国和 个参加国的广泛支持。

全权国有：澳大利亚、比利时、 丹 麦 、法 国、德 国、爱 尔 兰、以色 列、日本 、

韩 国、瑞 士 、英 联 合 王 国、俄 罗 斯 和 美 国 。参 加 国有 ：中 国、匈 牙

利、印度、意 大 利、挪 威、荷 兰、波 兰和 瑞 典 。认 证 管 理 委 员会

（ 由国际电工委员会 联 席会议 领 导和授权 ，对 本 体系 的

活动 负全 部 责任 。它 由各 参 加 国的 国家权力机 构 指定两名代表组成。 下设监督协调委员会 （ ，负责办理与国家监督检查机构权 益有关 的事

务和监督本体系 的章程和实施程序 的全面贯彻 。它 由各 国权力机构指定两名代表

组成，其中至少有一名为国家监督检查机构 （ ）成员。拥有本体

系认证权的成员国在该委员 会 内有表决权，无认证权的成员国没有表决权 。 例

如在美 国，负责 体系工作的管理部 门是 电子元件质量认证理事会 （法

人 ） 向它报告工作的有两个机构 ：其一是国家标准化机构，它负责制订全部技术规

范，批准和颁布 认证产品的详细规范。电子工业协会 （ ）为

承担这一职 能 。其二是 国家监 督检查机

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构（ ，它负责对本体系所要求 的所有质量评定程序实施全面 的监督 。其 中包括对

制造厂商 和独立实验室资格审批准 的评审和监督，以及对认证 （已批准 ）元件 的质量

一致性合格证及其 检测进行检查。保险 （ 实验室为 执行这方面 的

职 能 。 二 、 体系所用 的电子元件技术标准 本体系以 标准为

依据 ，作为 标准是经过 国际上一致 同意的。本体系的标准和技 术规范有

个等级：基础规范、总规范、分规范、空白详细规范和详细规范。图 所示，说 明 这些规范间相互的关联和可能的合并情况。 图 规范的 层次排序 图 基础规范是普遍性的，涉及环境试验 、抽样程序和其

它通用的技术条件 。 总规范适用于一个大类或支类的电子元件，并可包含分规范和空

白详细规范在 内。 详细规范适用于单一的元件，涉及其 电性能、试验、检验及该元

件的其它特殊要求。 空 白详细规范是从总规范和分规范的技术要求引 申出来 的，其

中包括评定元件质量所用 的技术判据（电性能及极 限值 ）一览表 。 详细规范可 由

国家标准机构或获得资格 （经批准 ）的制造厂商采用空 白详细规范来制订 。 体

系各个层次的标准虽然都可作为单一标准独立存在 ，但相互间紧密相关，共 同构 成一个

严密 的标准体系 。该体系反映了当前 国际上 电子元器件生产 的技术水平 ，尤其是其 中

的测试方法，比较科学合理，切实可行 ，可对 电子元器件作 出正确 的质量评定 。 习 题 一 电子元件测量的特点是什么 ？ 测量与计量有何关系 ？ 体系的标准和技术规范分几个等级，各等级间有何关联 ？

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第二章 误差理论和数据处理 误差 的基本概念

如前所述 ，测量是人类对 自然界的客观事物的性质取得数量观念的一种认识过程 ，我们

把 被测量所具有 的真实大小称之为真值 。在不 同的时间和空间，被测量 的真值往往是

不 同的。 在一定的时、空条件下，某被测量的真值是一个客观存在的确定数值。 在

测量中，人们通过实验的方法来求被测量的真值时，由于对客观规律认识的局限性、测 量

工具不准确 、测量手段不完善及测量工作中的疏忽和错误等，测量结果与真值都会不同，

造 成测量误差 。也就是说，测量误差是指被测量的测得值与该量的真实值之差值 。然而，

一个量 的绝对真值是无法知道的。但随着人类认识的深化和发展，可 以逐渐逼近它 。在

实际工作中， 测量误差是指某个量的测得值与高一级的标准量具 （或标准测量仪器 ）所

确定该量的实际值之 间的差值 。 测量误差产生的原因是各式各样 的，要完全掌握和

消除所有 的测量误差也是不可能的。 研究误差理论的 目的，就是要根据误差的规律 ，在

一定的测量条件下尽力设法减小误差，保证 研究课题与产品的质量 ，并根据误差理论合理

地设计和组织实验 ，正确地选用仪器 、仪表和测 量方法，正确地进行测量。 一、测

量误 差 的来源 装置误差 由测量仪器和设备所引入 的误差即为装置误差 。例

如 电桥 中的标准 电阻，天平 的砝码 ，示 波器 的探极线等都含有误差 。仪器、仪表 的

零位偏移、刻度不准确 以及非线性等引起的误差均 属此类 。 环境误差 环境

误差是指 由环境条件与所要求 的标准状态不一致等造成 的误差，主要是外界的温度 、 湿

度、气压、电磁场、辐射等影响所产生的误差。例如，数字式 电压表的技术指标中常常单

独给 出的温度影响误差就属于此类 。 方法误差 方法误差是指测量时使用 的

方法不完善，或者依据 的理论不严密，采用近似公式，对某些 经典测量方法作不适当的修

改等所产生的误差 。 人身误差 由于测量者 的分辨能力、视觉疲劳、固有习惯

或缺乏责任心等引起的误差称为人身误差 。 例如读错刻度，念错读数，操作不当等。这种

误差往往因人而异。 在测量工作 中，对于误差的来源必须认真分析，采取相应措施，

以减小误差对测量结果的 影响。

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二、测量误差的分类 根据造成误差的 个方面原因，从误差的性质和特点可将

测量误差分为系统误差、随机误 差和疏忽误差 类 。 系统误差 系统误

差又称为系差，它是指在相 同条件下，多次测量 同一量值时，误差的绝对值和符号 保持

不变 ，或在条件改变时，按一定规律变化的误差 。它又可分为恒定系差和变值系差。这类

误差是测量误差的主要部分，对测量结果的影响较为严重。 恒定系差是指误差 的数

值在一定条件下保持不变 的误差 。例如测量仪器 的零点未调 整好，或者安装不平而朝某

一方 向倾斜等 。 ）变值系差是指误差的数值在一定条件下，按某一确定规律变化

的误差。根据变化规律 它可分 为： ①累进性系差，它是指在整个测量过程中，误差

的数值是在逐渐增加或逐渐减少的系统误 差 。 ②周期性系差，它是指在测量过程中，

误差的数值发生周期性变化的系统误差 。例如测角 仪，如果它存在偏心，则各分度线误差

的变化就符合这种规律 。 ③按复杂规律变化的系差，如 电工仪表整个分度线上存在

的系统误差，其变化规律就属于 此类系差 。通常只能用 曲线、表格或经验公式来表示。

系统误差的特点是，测量条件一经确定，误差就为一确切的数值 。用多次测量取平均值的 方

法，并不能改变误差的大小 。系统误差的产生原因是多方面的，但总是有规律的。我们应

尽 可能设法事先预见或找出系统误差的产生根源 ，针对其产生原因，采取相应的技术措施

消除或 减弱影响，也可以估计出其影响程度，在测量结果中加以修正。 随机误差

（偶然误差 ） 在相 同条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值和符号均发生变

化，其值时大、时小， 其符号 时正、时负，没有确定 的变化规律 ，也不可 以预见的误

差称为随机误差 随机误差主要是 由那些对测量值影响较微小，又互相关的多种 因素

共 同造成 的。例如热 骚动，噪声干扰，电磁场的微变，空气扰动，测量人员感觉器官的

各种无规律的微小变化等等。 由于上述这些 因素 的影 响，从宏观上来看，或者从平均意

义上来说，虽然测量条件没变 ，比如使 用的仪器准确的程度相 同，周围环境相 同，测量

人员以同样的细心进行工作等等，但只要测量 装置的灵敏度足够高，就会发现测量结果有

上、下起伏的变化，这种变化就是由于随机误差造 成的。 就

一次测量而言，随机误差没有规律 ，不可预见，但是当足 够多

次测量时，其总体服从统计的规律 ，多数情况下接近于正态 分

布 。 随机误差具有 以下几个特 点： 在多次测量 中误差绝对值 的波动有一定的界限，即具有 有界

性 。 图 随机误差 的有界性 ）绝对值相等的正误差和负误差 出现的

机会相 同，即具有 和对称性 对称性 。如 图 所 示 ，图 中

是假设无系统误差情况下 的实

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第 7 页

际值 。 ）当测量次数足够多时，随机误差的算术平均值趋近于零，即具有抵偿性。 由大量重复测量所获得的测量值或数据 ，会 以其算术平均值为中心集 中地分布 ，即具 有

单 峰性 。 这种误差 的特 点与正态分布 的特 点和规律是相 同的，而与按复杂规律

变化 的系统误差有 着本质 的区别 。因为系统误差服从确切 的函数关系，无论规律 怎样

复杂 ，如果 多次重复测量 ，该 规律仍然不变 。随机误差却没有这种重复性。 疏

忽误差 在一定 的测量条件下 ，测量值 明显地偏离其真值 （或实 际值 ）所形成 的

误差称为疏忽误 差 ，又叫做粗大误差。 产 生这种误差 的原 因有二：其一 ，一般

情况下 ，它不是仪器本 身 固有 的，主要是在测量过程 中由于疏忽造成 的。例如测量者

工作过于疲劳，缺乏经验 ，操作不当或工作责任心不强等造成 的读错刻度 ，记错读数或

计算错误 。这是产生疏忽误差 的主观 原 因。其二 ，由于测量条件突然变 化，例如 电

源 电压，机械冲击等引起仪器示值的改变 ，这是产生疏忽误差的客观原因。 凡确认

含有疏忽误差的测量数据统称为坏值 ，应当剔除不用 。 三、测量结果 的评定 为

了正确地说明测量结果，通常用准确度、精密度和精确度来评定，它们的意义如下。 准

确度 它指测量值与真值 的接近程度 。它反映了系统误差对测量 的影响程度 ，系统

误差小，则准 确度 高 。 精密度 它指测量值重复一致 的程度 。测量过程 中，

在相 同的条件下用 同一方法对某一量进行重复 测量 时，所测 得 的数值 相互之 间接

近 的程度 ，数值 愈接 近 ，精密度 愈 高 。换句 话说 ，精 密度 用 以 表示测量值 的

重复性 ，反映随机误差的影响。 精确度 它既指测量值 的重现程度 ，又指测

量值与真值 的接近程度 。它反映了系统误差和随机误差 综合影 响程度 。精确度 高，说

明准确度及精密度都高 。意 味着 系统误差和 随机误差都小 。一切测 量都应力求既精密

又准确 。可用打靶的例子说明上述 种情况，如 图 所 示 。 图 表示误差大小的 种情况 图 是准确度高而精密度低 ；图 是精密度高而准确度低 ；图 ）是精确度 高。 根据上述误差来源 、

误差分类 以及精确度之 间的关系可 以画出图

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第 8 页 图 误差来源、分类及测量结果的关系 四、误差 的表示方法 绝对误差

它表示测量值 与真值 之 差 ，即 由于真值 一般无法求得，故上

式只有理论上的意义 。通常采用上一级标准仪器的示值 作为实际值来代替真值 与 之差称为仪器 的示值误差 ，习惯上也称绝对误差，用 表示，记作： 定义与绝

对误差大小相等、符号相反的量值为修正值 ，即 在较准确 的

仪器中，常常 以表格 、曲线或公式 的形式给 出修正值 。在某些 自动测量仪器 中，修

正值可以先编成程序储存在仪器中，在测量时仪器可以对测量结果 自动进行修正。 修

正值通常是在校准仪器时给出，当测量时得到测量值 及修正值

以后 ，由式 就可 以求 出被测量的实际值 。例如用某 电流表测 电流，电流表 的示值

为 ，该表在测 定 刻度处的修正值

为 ，则被测 电流 的实际值 即为 绝对误差及修正值是与给 出值具

有相 同量纲的量 ，绝对误差 的大小和符号分别表示 了给 出值偏离真值 的程度和方 向。

相对误差 绝对误差的表示方法有它的不足之处，这就是它往往不能确切地反映测量的

精确程度 。例 如测量两个频率 ，其 中一个频率 ，其 绝对误

差 ，另一个频率

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第 9

页 ，其绝对误差 ，尽管 的绝对误差 大于 的

绝对误差 ，但我们 并不能因此得出 的测量较 精确 的结论。恰恰

相反 的测量误差对 来讲 占 ，而 的测量误差仅 占 的 。为 了弥补绝对误差 的不足 ，又提 出了 相对误差。 即 相对误差表示绝对误差 与其真值 的 比值 ， 由于真值

不可知 ，在实际测量工作 中采用示值相对误差 ，它是指绝对误差 与仪器 的示值（即测得值 ）的 比值 ，记作： 引用误差 前面介绍的相对误

差可 以较好地反映某次测量的准确度，但是，在连续刻度的仪表中，用 相对误差来表示在

整个量程 内仪表的准确程度，往往感到不便 。因为使用这种仪表时，在某一 测量量程内，

被测量有不同的数值。若用式 （ ）来计算相对误差 ，则 随着被测量

的不 同，式 中 的分母也在变化，求得的相对误差也将随着改变 。因此，为了计算和划分

电表准确程度等级的 方便，在使用式（ ）求相对误差时，改为取电表量程的上限，

即满刻度值作为分母，这就引出 了引用误差（又 叫满度相对误差 ）的概念 ，即 式 中，

引用 误差； 绝对误 差； 仪表 的满刻度值 。 常用 电

工仪表分为 、 、 、 、 、 、 七级，分别表示它

们 的引用误差所不超过 的百分 比。 例 检定一个 级 的电流表，

发现在 刻度处的误差最大，为 ，其它 刻度处 的误差均小

于 ，问这块 电流表是否合格 ？ 解 ：由式（ 求得该表 的最大引

用误差为 可见，这块电流表合格。 若某仪表的等级是 级的，它 的满刻度

值为 ，被测量 的真值为 ，那么测量 的绝对误 差： 测量 的相对

误差： 由式（ 可见，当一个仪表的等级 选定后，测量中绝对误差

的最大值与仪表刻度上限 成正 比。因此所选仪表 的满刻度值不应 比实测值 大得 太 多 。同样 ，在式（ ）中，总 是 满

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足 ，可见当仪表等级 选定后， 越接近 时，测量相对误差 的

最大值越小，测量 越准确 。因此，在用这类仪表测量时，在一般情况下应使被测量 的数

值尽可能在仪表满刻度 的 以上 。 例 若要测量一个 左右 的电压，

手头有两块 电压表 ，其 中一块量程为 的 级 电压表，另一块量程为 的 级 电压表 ，问选用哪一块表适合 ？ 解：若 使用量程 为 的

级 电压表 ，由式（ ）可见测量产生的绝对误差为： （ 若表头示值为 ，则被测 电压的真值是在（ 范围内，

误差的范围是相当大的。 若使用量程为 的 级 电压表 ，用 同样方法

可 以求得测量 的绝对误差为： （ 若表头 的示

值也是 ，则被测量 电压的真值是在（ 的范围内，可见误

差的范 围小了很多，因此应选用 的 级 电压表 。 由上述例子可 以

说 明，在测量 中我们不能片面追求仪表的级别而应根据被测量 的大小，兼 顾仪表的满刻

度值和级别，合理地选择仪表。 容许误差 容许误差是指根据技术条件 的要求，

规定某一类仪器误差不应超过 的最大范围。通常，技 术说 明书或仪器上所标 明的误差都

是指容许误差 。它并不具体指某 台仪器 的误差 。容许误差 以误差极 限的形式给出。

其表示方法可 以用绝对误差，也可 以用相对误差，或者用二者结合起 来表示。例如，我 国

各种 电子仪器的容许误差是以示值相对误差来表示的，或者用一个示值相 对误差与一个绝

对误差之和来表示 ，如 电容 电桥 的容许误差表示为 等 。 随 机 误 差 一、随机误差 的性质、

特点和分布规律 一次测量 的随机误差没有规律 、不可预见、不能控制 ，也不能用实

验 的方法加 以消除，但 是 ，随机误差在足够多次测量时总体上服从统计 的规律 。也就

是说 ，对于大量 的测量 ，从统计 的观点来看 ，随机误差的分布接近于正态分布 。

例如在一定条件下对某一元件 的参数进行 多次重复测量 ，测量 的结果分别为 假

如其真值为 ，那 么其误差分别 为 将全部 按大小顺序排列，并划分为 组，每组中出现误差的次数分别为 那么每组中出现的误差的相对频数

为： 。因此可 以作出相对频数与随机变量 的统计

直方图。当增加组数时，其极限可将直方图趋近一条尖滑 曲线，此 曲线就是随机误差的分

布 曲 线，如 图 所 示 。

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第 11 页

随机误差的概率密度函数为： 式 中， 标准偏差； 随机误差； 概率密度 ，即 为概率 。 这样的分布符合正态分布规律，其特点是：

①该 分布 函数 是 以 轴为对称的偶函数，误差为零时， 值最大 。 ②误差小

（即 小 ），出现 的概 率大 ，误 差 大 ，出现 的概 率 小 。 ③正误差和负误

差 出现 的概率相 同，当 时，随机误差的代数和将趋近于零。 曲线形状主要决定于标准偏差 ，若 小 ，则 曲线尖 锐、陡峭 ，分 散性 小 ，

即是 小误差 出 大 ，则 曲线 比较平坦 ，分散性大 。 下，

随机误差的分布 曲线如图 所 示 。 现 多；若 在不 同的 图 随机误差分布 曲线 图 不同

下 的随机误差分布 曲线

（ 二、测量值的数学期望与标准偏差 数学期望 在相 同条件下 ，用相 同

的仪器和方法 ，由同一测量者 以同样细心 的程度进行多次测量 ，称 为等精度测量 。

设对某一被测量 进行测量次数为 的等精度测量，得到测量值 为 ： ， ，? ， ，? ， 这里 的 是 随机变

量 。 其算术平均值为： 当测量次数 时，算术平均值 的极

限值称为测量值的数学期望，即 算术平均值 在上述 多次测量值 的算术平均值

中，如果不存在系统误差（即系统误差 已被消除 ），且被测 量的真值为 ，则随机

误差的算术平均值为：

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第 12 页

此式的第一项是 的算术平均值 ，当 时即为数学期望值 ；

第二项是真值 的算术 平均值 ，仍 为真值 ，所 以 由于随机误差具有抵偿性，因而

当 时 ， 将趋近于零，即 也就是说，随机误差的数学期望

等于零。 对于有限次测量 ，当测量次数足够多时，则近似认为： 由此可见，当

不存在系统误差（且无疏忽误差 ）时，测量值 的数学期望可 以视为被测量 的相 对真值 。

即在只有随机误差 的情况下 ，当测量次数足够多时，测量值 的平均值接近真值 。因 此，

把多次等精度测量的算术平均值称为真值的最佳估计值，即 通 常 ，把各 次测量值 与

其算术平均值之差定义 为剩余误差（又 叫做残差 ），用 表 示 ，

即 标准偏差 在实际测量中，为了说明测量数据的分散程度，引入了标准偏差

的概念 。标准偏差表示为 方差 的平方根 。所谓方差是表示在无系统误差的条件下，

对某量进行无限多次（ ）等精 度重复测量 时，其误

差平方和 的平均值 ，即 因 故 将上式开方，取正平方根 ，得 式 中， 测

量值数列的样本方差； 测量值数列的标准偏差或样本标准偏差 。 若用剩

余误差 来代替误差 ，可 得 式（ ）叫做 贝塞尔公式 。此式 只有 当 足够大时才是正确的。对于有 限次测量，它仅仅是一 个近似 公式 ，为区别起见 ，常用

来 表 示 ，显 然 的值是随机变量 。

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第 13 页

由概率统计学可知，算术平均值 的方差 为： 因为是等精度测量，即 则 即

算术平均值的标准偏差为： 当 为有 限次 时，用 代替 ，则 式（ ）说 明

算术平均值 的标准偏差是任意一组 次测量样本标准偏差 的 三、不

确定度与坏值的剔除准则 由于随机误差的影响，测量值偏离数学期望 的多少和方 向

是随机的。但是随机误差的绝对 值不会超过一定 的界 限。我们把用来描述在进行测量 时

测量结果 的误差处于某一范 围内的可 靠程度的量称为置信度或置信概率，一般用百分数

表示 。所选择 的极 限误差范围，称为置信区 间。显然，对于同一个测量结果来说，所取

的置信区间愈宽，则置信概率愈大，反之愈小。 由实验表 明：在 实 际测量 中，大

于 的误差 出现 的可能性极小，所 以通常把等于 的误 差称

为极 限误差或者随机不确定度 ，记

作： ） 或用估计值 这个数值说 明，测量结果在数学期望 附近某个范围内的可能性有多

大，即由测量值的分散 程度来决定 。所 以用标准偏差的若干倍来表示 。 根据上述

理由，在测量数据中，如果出现 的误差，则可 以认为该次测量值是坏

值应予以 剔除。由于 是误差极限，因而可 以说，当某个测量数据 的剩余误差的绝对值 时就可认为该次测量值 是坏值 ，应予以剔除。这个准则

叫做莱特准则。 用莱特准则剔除坏值 ，在测量次数足够多的情况下 ，其结果 比较可

靠 ，但当测量次数较少 时 ，如 少 于 次，其测量结果就不一定可靠，这时可用格拉布

斯准则。 格拉布 斯准则指 出：在 等精度测 量数据 中，若有 剩余误差（绝对 值 ）

的数值 则认为与该 相对应 的测量数据 是坏值，应予以剔除。 式

（ ）中 为格拉布斯系数 ，可 由表 查 出 。

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第 14 页 表 不同测量次数所对应的格拉布斯系数 表 中： 为测量 次数； 为格 拉布斯

系数； 为概率 。 另外，对坏值 的剔 除，还可 以采用 肖维涅准 则、狄克逊准 则、

检验准则等，这里不再多述。 系 统 误 差 系

统误差是在相 同条件下多次测量 同一量时，误差 的绝对值和符号保持恒定或条件改变 时，

按某种确定规律变化的误差 。系统误差与随机误差不同，不能依靠概率统计的方法来加 以

消除或减弱 。由于系统误差的存在 ，将对随机误差的分布产生影响，因此，可 以根据随

机误差 被影响的程度来推断测量中是否含有不可忽略的系统误差 。对待系统误差，一般来

说，不可能 得出普遍通用的处理方法，只能针对具体情况进行分析，针对具体测量条件采

用一定的技术措

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第 15 页

施 。但一般总是涉及 以下几个方面 ： 设法检验系统误差是否存在 ； 分

析可能造成系统误差 的原因，并在测量之前尽力消除之 ； 在测量过程 中，采取

一些措施消除或减弱系统误差的影响； ）设法估计残存的系统误差的数值或范围，

对于掌握了大小和方 向的系统误差，可用修 正值 （包括修正公式和修正 曲线 ）来进行

修正 。对于还不能确切掌握大小和方 向的系统误差， 也要尽可能估计出大致范围，以便

掌握它对测量结果的影响。 要研究系统误差 ，必须先检查测量结果中是否含有系统误

差，以便有针对性地加 以解决 一、恒 定系差 的检查 当怀疑测量结果中可能含

有恒定系差时，可 以采取各种方法进行检查和判断 。 目前最常 采用的方法有 种 。 校准与比对 由于测量仪器和工具是产生系统误差 的主要原因，因此必须首先保证仪器

的准确度符合 要求 。例如 ，仪器 应按期送计量部 门检 定 ，给 出校 正后 的修 正值

（数值、曲线、公式、表格 等 ），也 可通过计量方法来发现恒定系差 ，并可利用修正值

在相当程度上消除恒定系差 的影响。有些 仪器有 自校准系统，因此在使用前仪器应先进

行 自校 ，从而也可消除或减弱系统误差的影响。 当无法通过标准仪器或 自校准装置

来发现并消除恒定系差时，可 以采用 比对方法 。所谓 比对是指相同 （或相近 ）精度的

基准、标准或测量仪器为了比较相互间量值的一致性或确定测 量结果之 间的差异 ，提供

一致性数据 的方法 。利用 比对法可 以证 明彼此 间有无系统误差 的存 在 。 改

变测量条件 有许多恒定系差，在某一测量条件下为一确定不变的值，而当测量条件改

变时，又为另一 确定的值 ，即属于随测量条件而变 的恒定系差 。利用这一性质 ，可 以

有 目的地改变测量条件 （如更换测量人员，改变测量方法 ），分别测两组数据 ，然后 比

较两者 的差异，便可判断是否含有 系统误差 。例如利用检流计法测量绝缘 电阻时，改变

电源极性，使检流计的电流方向改变 ，则 将两次测量数据 比较有无显著差异，便可判断

和发现有无系统误差。 有时，由于其它原因需要改变测量条件，也应判断是否在条件

改变时引入系统误差。 理论计算及分析 对于因测量方法或测量原理引入 的恒

定系差 ，可 以通过理论计算和分析 的方法来加 以修 正。例如，在用检流计法测绝缘电

阻时，保护电阻的影响未考虑所导致的系差 ；高频 表

中耦 合 电阻对回路 值 的影响；小电容测量 中引线 电感所引入 的误差等原则上

都可 以通过理论分 析在相当程度上加 以修正。 二、变值系差 的检查 变值系差

是误差数值按某一确切 函数关系而变化 的误差 。因此只要有意改变测量条件或 分析测量

数据变化的规律 ，便可 以判明是否存在变值系差 。对含有变值系差的测量结果，原则 上

应弃去不用 。 累进性系差判别准则 累进性系差 的特 点是测量数据 随时间

（或其它 因素 ）的增加而不 断增加（或减少 ），因此 ，进

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第 16 页

行多次等精度测量 、观察测量数据或相应残差的变化规律后便可 以得 出结论 。例如 ，

当累进性 系差 比随机误差大得 多时，则可 以明显地看 出上升（或下 降）的趋势 ，从

而很容 易判 断存在累进 性系差；当累进性系差不很 明显 时（或 随机误差非常显著 时 ），

就不 易看 出数据分布 的变化趋势 和规律 ，此时可利用马利科夫准则进行判断 。 若

对某一物理量进行 次等精度测量后，按先后顺序得 出测量值为 相应 的残差

为 ，? ， ，? ， ，把所 有残 差分 成前、后两 部分 ，并求其差值 ，

即 式 中，当 为偶数 时，取 ；当 为奇数 时，取 若 近似为零，

则说 明上述测量列 中不含累进性系差；若 显著不等于零（与 值相当 或更大），则说明测量列中存在累进性系差。 式（ ）称为马利科夫准则判

别式。 周期性系差 的判别准则 当周期性系差是测量误差 的重要成分 时，是

不难从测量数据或残差 的变化规律察觉 出来 的。但是，如果随机误差很显著，则上述周

期性规律便不易被发现 。为此，人们 曾提 出过不 同 的统计判别准则，其 中应用 比较

普遍 的是阿卑 赫梅特准则 。令 式中 分别为测量值 所对应 的残差 。 当 则认为测量列中含有周期性系差。 利用分布检验法判别

变值系差 如果测量值 中不存在变值系差，则随机误差的理论分布将属于正态分布 ；

如果存在变值系 差，则实际分布与理论分布不一致 。当测量值 中存在显著差异时，利用

分布类型检验 ，可确定 出存在变值系差，并可将它作为判别变值系差的依据 。 三、

消除或减弱系统误差的典型测量技术 虽然在测量之前应注意分析和避免产生系统误差

的来源 ，但仍然很难消除产生误差 的全 部原因。因此在测量过程中，可 以采用一些专 门

的测量技术和测量方法，借 以消除或减弱系统 误差 。这些技术和方法往往要根据测量的

具体条件和 内容来决定，并且种类也很多，其中比较 典型的有下面 种 ： 零

示法 零示法属于 比较法的一种 ，它是将被测物理量与作为计量单位的标准 已知量进

行 比较，使 其效应相互抵消，当总效应为零时，测量仪器或装置达到平衡 ，指示器读数

最小或为零，此时被 测量等于标准 已知量 。零示法 的原理广泛用于 电位差计和各类 阻

抗 电桥等 ，其误差主要取决 于标准器的误差和零示器 的灵敏度 。 替代法 替

代法又叫置换法，它是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

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量 中原来接入 的被测物理量 ，并保证仪器 的示值不变 ，于是被测量 的数值就等于该标

准 已知 量 。 由于在替代过程中，测量 电路及仪器的工作状态 、指示器等均保持

不变 ，故测量中的恒定 系差将不对测量结果产生影响，测量的准确度主要取决于标准 已

知量 ，对指示器只要求灵敏度 应足够高 。 替代法在电阻、电容、频率等许多电参

量的精密测量及计量中都有十分广泛的用途 。 补偿法 补偿法是替代法的一种

变形，相当于部分替代法或不完全替代法 。 在两次测量中，第一次是标准器量值 与被测量 相加的作用 ，使测量仪器指示出一个示 值；第二次去除被测量 ，

改变标准器量值为 ，使仪器示值与第一次示值相 同，显然 所以 两次测量

中，标准器 的系统误差 由于相减而被消除掉 ，其余 的系统误差也可 以抵消一部 分 。

这种方法常用于各类 电桥的替代法测量 。 交换法 交换法又称对照法，它是

将被测量在测量系统中的位置或测量方 向进行变换，使两次测量 中恒定系差源对被测量

的作用相反，以便消除或削弱系统误差的影响。例如用旋转盘读数时， 分别将度盘 向右旋

转或 向左旋转进行两次读数，用对读数取平均值 的办法就可 以在一定程度 上消除 由转

动系统 的回差造成 的误差 。又如用 电桥测 电阻时，将被测 电阻放在不 同的两个桥 臂

上进行测量 ，也有助于削弱系统误差的影响。 微差法 微差法又称虚零法，实

际上是一种不彻底的零示法 。它采用测量被测量 和数值

与此相 近的同类 已知量 之 间的差值（ ，即使差值 的测量精度不变，

而最终测量结果仍然可 以 达到较高的精确度，从而减弱指示器误差对最终结果的影响。

若被测量为 ，与此相近 的已知量为 ，测量差值 ，即 那么

则 因为 ，所 以 的测量误差对 影响极小，而标准误差也很小，从

而使 测量误差也 直读式不平衡 电桥的电阻、电容分选仪，就是根据

微差法的原理设计制造的。 误差 的合成与分配 在

很多场合下，由于进行直接测量有 困难，或者直接测量难 以保证准确度 ，而需要采用间 接

测量 。 间接测量是通过测量与被测量有一定函数关系的其它参数，再根据函数关系算

出被测量 。

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在这种测量中，测量误差是各个测量值误差的函数。研究这种函数误差有如下两个方面：

已知被测量与各参数之 间的函数关系及各测量值 的误差 ，求函数 的总误差 ，这就是误

差 的合成 问题 。例如 ，电阻率 的测量是通过测量 电阻值 ，截面

积 和长度 来确 定 的。 ）已知各参数之间的函数关系及对总误差的要求，

分别确定各个参数测量 的误差，这就 是误差分配 问题 。它在实际测量 中具有重要意义 ，

例如判断测量方案时，当总误差 由测量任务 被 限制在某一允许范围内，如何确定各参数

误差的允许界限？这就是 由总误差求分项误差的问 题 。 可见 ，研究误差合成与分

配是很重要 的。 一、系统误差 的合成 设各测量值 与最后测量结果 之 间存在下面 的函数关系，

即 ） ， ，? ， ，? ， 各测量值 的恒 定系差

为 ，若各测量值 之间是彼此独立的，

则 ） ， ，? ， ，? ， 将上式按泰勒级数展

开，并略去高阶项，可得 用相对误差表示，上式可写为 式（ ）和 式（ ）

称为系统误差的合成定律或传递公式。 例如圆形平板 电容器，其相对介 电系数 为 式 中， 平板 电容器 的电容量（ 电容器的电极的直径

（ 介质 的厚度（ 是通过测量 来确 定 的，根据式

（ ）可 求 得 的相对误差为： 考虑到实际情况，只能估计出各 的数值范围，而不能准确知道其数值 。因此按系统误 差方法进行合成时，应从最不利的情

况考虑，即取 为最大值 。可 以取各分项误差的绝对值 合 成 ，

则

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二、随机误差 的合成 随机误差合成 时，由于涉及到误差 的分布及置信度 问题 ，故

情况 比系统误差合成复杂得 多，这里只能给 出正态 随机误差 的合成公式如下： 式 中， 总误差 的方差； 第 项误差 的方差 。 三、误 差 的分 配 等

精度分配 等精度分配是指分配给各分项的误差彼此相 同，即 则 由式（ ）和式

（ 可以得到分配给各分项的误差为： 等作用分配 等作用分配是指分配给

各分项 的误差在数值上虽然不一定相等 ，但它们对测量总误差 的 影 响程度相等，即 则

有 抓住优势误差进行分配 优势误差造成总误差中的某一分项误差特别大，起决

定性作用 。若第 项误差为优势误 差，只要满足

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则可保证总的误差不超过规定值 。 四、最佳测量方案 的选择 对于实际测量，

通常希望测量 的精确度越高，即误差的总和越小越好 。所谓测量 的最佳方 案，从误差的

角度来看就是要做到： 当然，若能使上述两式中每一项都能达到最小，则总误差就会

最小。有时通过选择合适的 测量点能满足这一要求。但是通常各分项误差 及 ）是 由一些客观条件限定的，所以选择 最佳方案 的方法一般只是根据现有条件 ，

了解各分项误差可能达到的最小数值 ，然后 比较各种 可能的方案，选择出合成误差最小

者为现有条件下的 “最佳”方案。例如功率的测量，可 以通过 分别测量电流、电压和 电

阻来间接确定。实现此测量方案的函数形式有： 。问题是选择哪一方案使测量 的总

误差为最小呢？ 假若现有测试仪器 的精度分别为： 按误差合成公式可 以分别得

到其最大误差为 显然，采用第一种函数形式可使功率测量的总误差最小。 必须指

出，上例中的结论是在给定条件下得出的，当条件不同时，导致的结论也可能不同。 此外，

在选择测量方案时，应注意在总合成误差基本相 同的情况下进行测量，还应兼顾测量 的 经

济、简便等条件 。例如在工作的电路中，测量 电压就往往 比测量 电流方便。 测量数据 的处理 通过实际测量取得测量数据后，通常还要对这些数据进行计算、分析、

整理，有时还要把数 据归纳成一定的表达式或列成表格、画成 曲线等，即需要进行数据处

理。

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第 21 页

一、有效数字 的处理 有效数字与误差的关系 测量结果所表示的数据中，最后

一位都是靠估计 出来的，故称为欠准数字 ，前面均为准确 数字 。例如用兆 欧表测量某

一 电容器 的绝缘 电阻。其读数为 ，最后一位数是靠估计

出来 的 。 具有 位有效数字 。称最后一位为欠准数字 。 当测量误差 已

知 时，测量结果 的有效数字应取得与误差 的位数相一致 。例如某 电压测量 结果

为 ，测量误差为 ，则该结果应改写为 数字的舍入规则 如

前所述，在测量中有效数字的位数与误差的范围是相对应的，因此过多的保留有效数字 的

位数是没有意义的。另一方面，如果这些数字要参加中间运算 ，则过多的保留有效数字还

会 增加运算 的麻烦 。所 以，当数据 的有效数字位数过多时要进行删略，删略有效数字 的

原则如 下 ： 删略部分 的最高位数字大于 时进 删略部分 的

最高位数字小于 时舍 去； 删 略部分 的最高位数字等于 时 ，若 后面还有非零数字 ，则进 ；若 后面全 为零 ，则 采用偶数 法则：

前面为偶数 时舍 不进 前面为奇数时舍 进 例 将数字 保留 位有效数字 。 解 ：将各数字列于箭头左面 ，保 留的有效数字列于箭头右

面： 二、测量结果 的数据表示 用测量值加不确定度表示 这是 比较常用

的表示方法 ，特别适用于表示最后 的测量结果 。该方法 的优点是给 出了明 确 的误差

范围和其对应 的置信度 ；缺点是当作为中间结果时，运算麻烦 。 用有效数字表

示 根据有效数字 的误差含义 ，将 不确 定度 的形式 改写为有效数字 的形式 。例

如 （ ，因误差大于 而小于 ，所 以可改写成 。这

种表示方法 的优点是运 算方便 ，也具有一定的误差范围；但是一般来说，误差范围扩大

了，并且失去了置信度 的含义。 这种方法适用于表示 中间结果 。 用有效数字和

安全数字表示 如上所述 ，当把不确定度改写成有效数字时，因引入舍入误差而会影响

运算和测量结果的 精度 。为了尽量减小误差 ，可 以在有效数字之后多取 位作为安全数字 。 这种方法适用于表示重要数据或 中间结果 。

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第 22 页

三、测量数据 的处理步骤 对某一量进行等精度测量时，其测量值可能同时含有系统误

差、随机误差和疏忽误差 。为 了得到合理 的测量结果 ，作出正确 的报告 ，必须对所测

得 的数据进行分析处理 。处理步骤如 下： 用修正值等方法，减小恒定系差的影

响。 求算术平均值 求剩余误差 用 贝塞尔公式计算被测量 的标准

偏差估计值 ）判断疏忽误差，剔 除坏值 。 当测量次数 足够多时，先

求随机不确定度 若 ，则可认为该数据是坏值 ，予 以剔 除。 当 较少

时，用格拉布斯准则进行处理。若 ，则视该数据 为坏值而剔 除，

然后，再按 照步骤 （ 重新计算 ，直到全部数据有效。 ）检查系统误差。

常用马利科夫准则和阿卑 赫梅特准则检查系统误差的存在 。当判 明

有系统误差存在时，测量数据不能使用 ，应查明产生误差的原因并削弱或消除系统误差后，

再 重新测量 。 ）求算术平均值的标准偏差估计值 写出测量结果的表达式，

将测量结果表示为算术平均值与极限误差之和 。 式 中， 置信系数 。其值可根据

对置信度 的要求、测量次数（有效测量数据 的个数 ）和 分 布

表求得 。当没有具体要求 时，一般取 从上面的数据处理步骤可 以看出，利用人工计

算的方法来进行数据处理，是十分复杂的， 而且很难保证对准确度 的要求 。随着微型计

算机 的发展 ，利用微型计算机做这一工作十分方 便，而且相 当迅速、准确 ，一个程序

可 以多次使用 ，每次只须将测量数据顺序输入 即可 。 图 为用计算机处理数据

的程序流程 图，可用它来处理经常遇到的取 自同一母体 的 个数据（ 为不小于

的整数 ）。流程 图中，首先求 出 个数据 的平均值 （即 ）、标准偏

差估 计值 （即 。然后找 出相应残差 的绝对值 （即 及其

残差 的最大值 （即 ） 和对应项数 。这里我们用 是否大

于 ）作 为剔 除异常数据 的判据 。若发现有异常数 据 ，则打 印它 的项数及

数值 ，然后将其剔 除。重复上述运算 ，当不再存在异常数据 时即可打 印这 批数据 的

平均值和标准偏差估计值 。下面给 出用 语言编写 的该程序及对

所列举 的输入 数据 的处理结果 。

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第 23 页 图 通用数据处理程序流程 图 通用数据处理程

序： ， ） ）） ） ）：

：

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第 24 页

对输入数据 的处理结果为： 在程序 中第 行及 行 中输入所需处理的数

据数 目 （例如 及相应数据值 。打 印结果说 明，第 项 为异常数据，将其剔除后不再有异常数据，剔除异常数据后， 其余数据的平均值 为 ，标准偏差估计值 。处理不 同的数据 时，只需更换程序 中的数

据部分，其它 内容不需更改。 随着计算机技术 的不断发展 ，人工处理测量数据的工

作 已大量地被计算机所代替 ，这给数 据处理工作带来 了很大 的方便 。 习 题 二 测量误差的主要来源有哪些？简要说明。 什么是系统

误差 ？它可分为几类 ？ 为什么使用仪表刻度盘起始部分时，有较大的实际相对

误差和示值相对误差 ？ 消除或削弱系统误差的方法有哪些？其作用原理如何？ 如题 图所示是一个用微差法测量未知 电压 电路。图

中标准电压 维持不变 ，电压表用来测量被测 电压 与标准 电压 之微差 。设标准 电压 的相对误差不大于 电压表 的相对误差不大于 ，相对微差 为 。求 测 量 的相 对误差 。 题 图 测量一个 直流 电压，要求测

量误差大于 ， 现有 只磁电式电压表，分

别为 级 级 级 级 ，问应该选哪一只 电压表 ，

为什 么 ？ 型万能电桥其 电容测量部分技术性能如下：

----------------------- Page 39-----------------------

第 25 页 测量两只 电容器的容量 ，其示值分别为 及 ，试 求： 各 自的绝对误差及相对误差 。 并联

后总电容量的绝对误差及相对误差 。 对某信号源 的输 出频率 进行 次等精度测量 ，结果为（单位 为 ， ， ，

试用马利科夫及阿卑 赫梅特准则判别是否存在变值系差 ？ 用

间接测量法测 电阻消耗 的功率 ，若 电阻、电压和 电流 的相对误差分别为 和 ，求功率 的相对误差 。 将下列数

字： ， 进行舍入处理，要求保留 位

有效数字 。

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第 26 页

第三章 基本测量技术 测试信 号源 一、

概 述 无论是模拟系统还是数字系统，都必须用信号源来激励 。测量系统参量时，激

励信号的特 性应该是事先知道的。能产生已知特性信号的仪器，称为测试信号源 ，又叫信

号发生器 。 测量用信号发生器是为进行 电子测量提供符合一定技术条件 的测试信号

的设备 ，它是使 用最广泛的电子仪器之一，也是一种最基本的电子测量仪器 。 在 电

子工业中，从元件参数的测量到单元 电路、整机设备的调整测试等，都离不开信号发 生器 。

例如用交流 电桥测量 电路元件与参数时，要使用低频信号源 ；测试 晶体管的放大倍数 时，

要 由信号发生器供给基极一定形状和大小的信号；测量放大器的频率特性时，也要 由信号

发生器提供不同频率 定形状和大小的信号；在测试各种接收机 时，许 多基本

参数，如频率范 围、灵敏度、选择性等，也都要通过信号发生器来进行测试 。 由于

信号发生器有着广泛的应用 ，于是对它提出了各种不同的要求，这就出现了各种不同 类型

的信号发生器 。 按用途分，信号发生器有通用和专用两大类 。专用信号发生器是

为某一特殊的测量 目 的而研制的，如电视 图像信号发生器，彩带发生器等，这一类发生

器的特性主要 由所测对象来 决定 。 按输出信号的波形分，信号发生器可分为正

弦信号发生器、脉冲信号发生器、函数发生 器和噪声发生器等 。最常用 的是正弦信号发

生器和脉冲信号发生器 。正弦信号发生器按其性 能又可分为若干种 。 ①按性能分，

正弦信号发生器基本上可分为信号发生器和标准信号发生器两类 。 信号发生器用于供

给各种 电子测量设备 的测试信号源 。对输 出信号的波形 、失真度 （正 弦 ）、输 出 电

压、输 出功率 有一定 的要 求 。例如低频信 号发 生器 ，

高频信号发生 器 等 。它们分别是晶体管或 电子管的信号发生器 。其 中

有 的有功率输 出； 有的则只有 电压输出，使用时按所需要求选用。 标准信号发生

器用来产生标准信号，以便测量被测对象的各种参数。 ②按频段分，正弦信号发生器

有如下几种： 超低频信号发生器，频率一般在 低频信号发生器，频率一般在 （有 的高达 视频信号发生器，频率一般在 高频信号发生器，频率一般在 超

高频信号发生器，频率一般在 以上 。 ③按信号发生器中 主振器

的工作原理，正弦信号发生器又可分为： 振荡器和合成信号

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第 27 页

发生器等 。 本节主要介绍低频信号发生器 、高频信号发生器 、脉冲信号发生器和合

成信号发生器的基 本组成、工作原理等。 二、低频信 号发生器 低频信号发生器

一般指能够产生频率从几十赫到一兆赫范围内信号的设备 。它可用来测 试低频放大器的频

率特性、发射机的调幅特性、接收机的失真度 ，以及作为高频和超高频信号 的调制信号源 。 对低频信号发生器一般要求如下： ①工作频率在一定范围内能够进行步进或连续可调 。

②输出信号的频率必须满足给定的误差要求 。 ③波形失真小，非线性失真度一般应小

于 ④要求输出电压在一定的范围内连续可调，并在整个频率范围内电压基本不变 。

⑤有的低频信号发生器可 以输出功率 。一般来说，利用输出变压器改变功率输出时，输出

阻抗也 同时改变 。 ）低频信号发生器的工作原理及组成框 图。低频信号源的主振

级有多种形式，图 所 示为几种利用 网络

的频率选择性且加适当反馈组成 的低频振荡器 。图 习惯上称

为 文 氏电桥振荡器 ，其振荡频率等于文 氏电桥的特征频率 ： 在 的条 件 下 ，有 主振级的 网络也可以是相移式的，如图 所示，

其振荡频率为： 图 振荡器 一般要求主振

级能在较宽的频率范 围内工作 ，并且能方便地予 以选择 。文 氏电桥振荡器 的频率 ，

由式（ 决定 。通 常 ，令 ，即电容器和 电阻器都是

同调器 件 。为了保证重调性和稳定性，电容器和 电阻器的质量应十分 良好，也就是要求

其在机械方面 和 电气方面都稳定 。往往利用双连 同调 电容器

（ 和 ）来连续 改变频率 。电容量 的变化范 围 选得稍大

于 ： ，使得一条频率刻度线可供几个略有交叠的十进频程使用 。频段 的选择或

频

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第 28 页 率

粗调 ，是用波段开关同时变换固定电阻器来实现的。如图 所

示 ，选频 网络包含有 串联和 并联 。正温度系数 具有双 重 作用：是

的射极 电阻，也是振 荡器 的稳 幅元件 。它 和 一起 ，构成了振荡器的负反馈支路 。

若选用负温度系数的热敏 电阻，则应接在 位置上 。 主振

器 的输 出电压可 以通过一个衰减器送到输 出端 ，或者通过功率放大器和阻抗变换器等

送 出 。 图 是低频信 号发生器 的组成方框 图，主要包括主振级、连续 电平调

节、电压放大器、输 出衰减器、功率放大器、匹配变压器、电压监测器和 电源 设备 。主

振级 的正弦信 号，可 以经连续 衰减器 、电压放大器和输 出衰减器等直接输 出，

其负载能力较弱，只能供给 电压，称为 电压输 出。信号经功率放大后，能够提供较大 的

功率输 出，称为功率输 出。输 出衰减器可 以对输 出电压 进行步进调节 。匹配变压器

用来匹配不 同的负载 阻抗，以取得最大 的功率输 出。电压监测器 ，实 际上是一个简易

电压表 。若把它接在衰减器的输入端，则可 以用来监测输出电压 ；若接在功率 输出端，

则可以监测输出功率。 图 低频信号发生器方框 图 振荡器 的频率上 限，主要受到 电路 中各种杂散 电容及 电阻值 的限制 ；其频率下 限

由电 容 的泄漏 电阻和放大器 的输入 电阻决定 。其频率覆盖范围一般

为 ，有 的频率可达 ，低频可延伸到 左

右 。 三、高频信号发生器 高频和超高频信号发生器可作为正弦信号源，也可 以

施加调制，输出已调波，为高频 电子 电路调试提供所需的各种模拟射频信号。 高频

信号发生器的工作频率范围通常为 ，超高频信号发生器的

工作频率 达 以上 。高频信号发生器 由于工作在 中短波波段，能为该范围内工作

的调制设备提供 正弦调幅信号 。超高频信号发生器 的工作范围跨越短波和超短波两个波

段，因此除可进行正弦 调幅外，常兼有正弦调频，少数还能进行脉冲调制 。近几年生产 的

射频信号源 已覆盖高频和超 高频两个频段，甚至有向特高频段伸展的趋势。 这类信

号源 中，有一种其频率、输 出幅度 、调制特性均可连续调节，并具有精确的直读刻 度、

良好 的输 出波形 很好的屏蔽作用的装置，称为标准信 号发生器 。这种发生器用于无线

电接 收机性能测试 。另一种主要用于提供高频能量，有足够 的输出功率，频率稳定度和频率准

确度 仍很高，但输出电平调节并不精确，屏蔽也不很好。 电路组成 高频信号

发生器 电路组成方框 图如 图 所示，主要包括主振级、调制级、输出级及

监测 电路。

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第 29 页

主振级用于产生高频振荡信号 。信号发生 器的主要工作特性 由该级决定 。 为保 证主振

级 一般 采用弱耦合馈 至调 有较高 的频率稳定度， 制级，使主振

级负载较轻 。一般采用 电 感反 馈或 变压器反馈的单管振荡电路或双管推挽振荡 电 路。

在高频范围不使用 振荡器，因为它的损 耗太大。使用 调谐，波段覆

盖不宽，所以高频 图 高频信号

发生器方框 图 信号发生器都为多波段式 。用转换 电感线圈的 方法更换波段，在同一波

段 内则用改变 电 容的方法实现频率连续调整 。为展宽信号发生器的频 率覆盖范围，也

常采用倍频的方法，这样可使主振级工作于较低和较窄的频率范围，有利于提 高主振级的

频率稳定度。 有的仪器内，调制级包括有放大器，用于放大振荡信号，并起缓冲作用，

以减小调制级对主 振级 的影 响。 载频 的调幅通常在末级或末前级进行 ，能减小 由

于放大器 的非线性所产生 的高次谐波输 出。通常仪器 内部设有 和 的

内调制振荡器，但也可 由外部提供 以下 的正弦信 号作为外调制信号。

调幅度的大小和输出电压的幅度能连续调节，并能由相应的监测 电路直接 读出。通常指示

电表在调幅度 处都有红线标出，用于无线电接收机的性能测试 。

相当于话音信号的平均调幅度，又称标准调幅度。 超高频信号发生器 的电路组成方框

图如 图 所示 。其基本组成与高频信号发生器类似 。 通常都可 以输出

调幅和调频两种 已调信号。当输出调频信号时可在主振级进行直接调频，通常 采用变容管

调频器 。当输出调幅信号时，宽带放大器兼作调幅级，也可 以进行调频和调幅双重 调制 。

当使用三角波调频时产生线性变化的扫频信号，信号发生器就成为扫频信号源，用来测 试

滤波器或带通放大器。 图 超高频信号发生器方框图

外调制信号输入的频率范围较宽，一般可达 。有 的仪器还允许输

入矩形脉冲或 视频信号作调幅用，以产生视频调幅信号。 主要技术性 能 载波频率特性。 ①频率有效范围：各项指标都能得到保证的工作频率范围。 频

率准确度 ：通常用（ 表 示 。式 中 为标称频率 ， 为实际输 出

的载频 信号频率 。 ③频率稳定度 ：在一定时间间隔和温度下，振荡频率 的相对变

化 。频率稳定度是信号源 的 一个重要指标， 目前可达 水平 。

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第 30 页

为保证信号发生器的频率准确度，一般来说，它的频率稳定度应 比所要求的频率准确度高

个数量级。 输出电压特性。 ①输 出电压有效范围是指能输 出的最小和最大

信号的电压范围。通常用输 出的正弦有效 值 电压表示 。 ②输 出电压指示值及准确

度 。信号发生器输 出电压 的有效范 围很宽，通常可调范 围达 以上 。信号发生

器的输出端接有衰减器 。由于监测小电压 比较 困难，一般用电压表监测 衰减器前的电压，

输出电压值则由衰减器来保证 。如图 所示，通常输 出电压

的单位为 ，也有 的采用 作单位 。 图 标准

信号发生器 的输 出电压调节方法 电路接法； 衰

减器调节旋钮 图 示 出了一种能在 之 间连续调节 的装

置 。图中输 出 微调旋钮用于 总输 出调节，可连续调节，并用 电压表予 以指示；输 出

倍乘则按十进制方法调节 。图中表示输 出电压为 输出电压的准确度主要 由电压表刻

度误差、衰减器衰减误差决定，也会受环境温度和供 电 电压波动 的影响。 ③输 出

电平频率响应是指在有效频率范围内改变频率时输 出电压 的变化 。 ④输 出阻抗通

常有 和 两种 。多数为 ⑤输 出信号的频谱纯度 由谐波失真决定，一

般要求小于 ）调制特性。 ①对调幅的要求，包括调幅特性、调幅系数可调范围

及稳定度 、寄生频偏、外调制频率范 围、输入阻抗及要求 的调制 电压等。 ②对调

频的要求，包括调制特性、频偏范围及稳定度、寄生调幅及外调时调制频率范围、输 入阻

抗及要求的调制 电压等。 ③脉冲调制特性，包括脉冲重复频率、脉冲宽度、对上升沿

和下降沿的要求、脉冲调制时的 幅度变化及外调制时对脉冲重复频率、输入阻抗及所需的

调制脉冲极性、幅度和允许 的脉冲宽 度等 。 四、脉冲信号发生器 脉冲信号发

生器一般指矩形脉冲发生器，它 的脉冲输 出幅度 、宽度和重复频率可 以调节并 指示 出

来 。脉冲信号发生器常用于测试视频放大器和其它宽带 电路 的振幅特性、过渡特性、逻 辑

元件的开关特性 ；在集成 电路、计算机 电路 的研究中也都离不开脉冲信号发生器 。脉

冲信号

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第 31 页

发生器的主要技术指标有重复频率、脉冲宽度 、脉冲幅度 、上升时间和上冲等 。它输出

的极性 可转换 。为了便于进行时间参数的测试 ，除输出矩形主脉冲外，它往往还能输出

同步脉冲 。同 步脉冲通常导前于主脉冲一段时间，这段时间称为脉冲信号发生器的延迟时

间，其调节范围和 准确度也是一项重要工作特性 。有些通用脉冲信号发生器 的输 出脉冲

的上升和下降的时间可 以调节 ，起始电平可以补偿 ，输出阻抗可以变换，有两路或多路

输出。 由于雷达、电视、计算机、多路通信和脉冲技术 的发展，需要有性能更完善 的

各种类型 的脉 冲信号发生器 。随着新型半导体脉冲器件 的不断改进 ， 目前 已有上升

时间为 （隧道 管脉冲发生器 ） （雪

崩管脉冲发生器 ） （晶体管脉冲发生器）等各类脉冲 发生器，最高

重复频率 已超过 对脉冲信号发生器 的要求 脉冲信号发生器种类繁多，对它

们的要求因测量对象不同而异 。例如：测量放大器或其它 设备的振幅特性时，脉冲信号发

生器需要有很准确的幅度装置 ；而测量系统的时间系数时，则 通用脉冲信号发生器主

要用来调整和测试各种脉冲 电路和设备 ，也可用来调制小功率振 荡器和信号发生器 ，因

此，它应具有较宽的参数范围，但对其中任一参数没有特殊的要求 。这 种信号发生器的大

部分参数 （脉宽、幅度、脉冲间的时差、重复频率）一般为 的误 差，输出脉冲的波形大多接近于矩形波。 脉冲信号发生器 的工作原理及组成

框 图 图 是脉冲信号发生器的一般组成方框 图，主要包括主振级、延时级、形成

级和输出级 等 部分 。 图 脉冲信号发生器方框 图

主振级 。主振级产生重复频率可调 的主振脉冲 ，用 以触发延 时级及脉冲形成级 。因 此，

主振级的频率稳定度应足够高 。为了可靠地触发延时级和输出良好的同步脉冲，主振级的

输出信号还应有陡峭的前沿和足够的幅度 。 主振级多采用基于 电流开关技术的射激

耦合 自激多谐振荡器 ，为了提高频率稳定度，也可 用外 同步信号去 同步多谐振荡器 。

主振级的另一种 电路形式是 由正弦振荡器 、放大 限幅器和 微分 电路组成。 延

时级 。延 时级可将主振脉冲延迟一定时间 。延 时级可 以采用 电子延 时 电路和延 时

电缆 。延迟时间与脉冲宽度之和小于脉冲重复频率倒数 的 ）形成级 。形成级应能

在延时脉冲的作用下产生宽度准确 、波形 良好的矩形脉冲，同时 脉冲宽度应能独立调节 ，

并有较高的稳定性 。脉冲信号发生器常用射极定时单稳态触发器作 形成级。 输 出

级 。输 出级是一个脉冲放大器 ，其作用在于使主脉冲具有足够的幅度并实现幅度

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第 32 页 调

节和极性转换。在有的信号发生器中，还有衰减器，以得到微小的脉冲信号输出。 五、

合成信号发生器 随着 电子技术 的不断发展和进步 ，对信号发生器 的性能要求愈来

愈高 。一般要求信号发 生器能提供频率准确度和稳定度优于 量级的

信号源 ；然而普通的信号发生器 ，其频率稳 定度不超过 ，刻度准确度一

般不超过 。因此 ，为 了满足这一高 的要求 ，人们研 制了合成信号发生

器 ，它的频率稳定度和准确度可 以达到 量级 以上 。 合

成信号发生器是利用频率合成技术做成 的信号发生器 。所谓频率合成，就是对一个或 者

几个基 准（参考 ）频率进行频率 的加、减（混频 ）、乘（倍频 ）、除（分频 ）等算术运

算 ，以得 到所 需 要的一系列频率 。合成信号发生器有时又称为频率合成器或频率综合

器 ，但严格说来，它们是 有区别的。频率合成器是利用频率合成技术做成的频率源 ，它

往往没有调制 ，也没有足够宽和 足够准确的输出电平调节，其工作频率范围一般不宽，而

相邻频率间的间隔较大，常常是作为 专用设备使用的。合成信号发生器 ，则是一种通用的

电子测量仪器 ，是一种具有高的频率精度 和稳定度的测量信号发生器 ，它具有调制工作

状态 ，有宽而准确的输出电平调节 ，有较宽的工 作范围和较密 的频 间（如 或更 小 ）。 频率合成器不但用在通信技术、频率控制和频率测量中，而且正广泛地应

用于雷达、计算 机、电视、导弹跟踪、人造卫星、自动测试等技术领域 中。 对合

成信号发生器 的要求 合成信号发生器是一种通用测试信号发生器 ，对其特性指标的

要求主要是频率特性、频谱 纯度 、输出特性、调制特性和一般特性 。其中对频率特性、

频谱纯度的要求 比较高。 频率的准确度和长期稳定度：一般要能达到 量级或更高 。 频率分辨率 ：任意两相邻频率 间的最小间隔称为合成信号发生器

的频率分辨率 。一般 在 的范 围内。 相位噪声 ：相位的不规则变化

称为相位噪声 。由于相位 的变化必然引起频率变化 ，因 此用相位噪声表征短期频率稳定

度 。要求信号发生器 的宽带相位噪声一般低于 频率 的转换速率 ：频率的转换速

率是合成信号发生器的重要工作特性 。一般直接合成 信号发生器转换速率为 ；

对于锁相合成信号发生器，约为 频率合成 的基本原理 实现频率合成的方法有

很多种 ，但基本上可 以归纳为两类 ：一类是直接合成法，另一类是 间接（锁 相 ）合 成

法 。 直接 合成法 。直接 合成法是利用一个（或几个 ）基准频 率 ，通 过一系

列加、减（混频器 ）、 乘（倍频器 ）、除（分频器 ）的算术运算 ，产生 出所 需 的频率 。

其合成步骤一般 是先 由基准频率合 成一系列位数不多的辅助参考频率，然后再 由这些辅

助参考频率合成出所需的各个输出频率 。 如图 ）所示为直接合成法原理图。

将石英 晶体振荡器产生的基准频率 （ ，通 过 谐波发生器

产 生 个 谐 波 ，这 些 谐 波 接 在 一 系 列 模 制 线 开 关 上 。若 所 需

输 出频 率 为 ，可将这些开关分别置于 、“ ”、“ ”和“ ”步位上

（如图中连接）。频率合成的进程 首先从低位开始， 信号经开关选出后，经 分频到 ，后 者在混频器 内与 是： 相加，得 ，用窄带

滤波器选 出。新合成 的 信号再经 分频，仍按上述顺 序合成，

可得 。最后和 信号在混频器 中相加 ，即可选 出 输 出频 率 。显然，每增加一组选择 开关、混频器、分频器和窄带滤波器 ，就能使合成

频率 的有效数字增

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第 33 页 加

一倍 。 频率直接合成法，其优点是工作可靠，频率转换速度快；其缺点是需要大量 的

混频器、分频 器 和 窄 带 滤波 器 ， 因体大 难 于 集 成 化，且价格昂 贵 。 ）

间接合成法 。间接合成法也称锁相合成法，它是通过锁相环来实现频率的加、减 、乘、 除

运算 。由于锁相环具有滤波作用 ，它的通频带可 以做得很窄，其中心频率便于调节，而

且可 以 自动跟踪输入频率，因此，在直接合成法 中用 的滤波器可 以大量省去，从而简

化结构，降低价 格 ，便于集成 。 锁相，就是 自动实现相位 同步 。能完成两个电

信号相位 同步的自动控制系统称为锁相环 。 基本锁相环是 由鉴相器（ 、环

路低通滤波器（ ）及电压控制振荡器（ 组成 的，如 图 ）所示 。 图 直接合成法原理 图及基本锁相环 的方框 图 鉴相器是相位比较装置，它将输入

信号 和输出信号 的相位进行比较，其输出是与两 信号的相位差

成 比例 的误差 电压 。环路滤波器滤除误差 电压 中的高频分

量和噪声，以保 证环路所要求的电性能，并提高系统的稳定性 。电压控制振荡器接受滤波

器输出电压 的控 制 ，使其振荡频率 向输入信号频

率靠近 ，直至锁定 。环路锁定后， 的振荡频率等于输入信号 频

率， 的相位与输入信号相位相同或相差某一常数。因此，当环路锁定时，鉴相器 的输

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第 34 页

出电压是一个直流 电压 。 当然，利用 图 所示 的基本锁相环还不能合成

所需的任意频率 ，不过需要采用几种 不 同形式 的锁相环（如倍频式、混频式、分频式 ），

才可 能合成与基准频率保持严格 的有理数关 系 的新频率 。 合成信号发生器的特

点 如果把合成信号发生器 中的频率合成部分看成是信号发生器 中的主振级 ，那么合

成信号 发生器和一般信号发生器在总体方框 图上是十分相似的。但合成发生器还有 自己

的特点： 必须有石英 晶体振荡器作为基准频率源 。这是合成发生器 的输 出频率

能够达到高稳 定度和高准确度 的基础 。 具有辅助参考频率发生器 。它在基准频

率源的激励下产生若干辅助参考频率，供进一 步合成频率使用 。 有较一般高频信

号发生器复杂得多的频率选择开关 ，合成信号发生器都采用 电子开 关来转换频率 。 频率刻度都是数字显示 。输出频率可 以由频率选择开关的位置来读数，也可 以由数字 显

示器来显示，而且都是十进制的。 ）利用频率合成技术只能离散地覆盖某一频率范

围，为了得到连续的频率覆盖，必须加 入频率可调 的内插振荡器 ，加入 内插振荡器后还

可使合成信号发生器获得调频和扫频 的工作 能力 。 电 压 测 量 电压测量是电子测量的一个重要 内容。在集总参数 电路里，表征 电信

号能量的 个基本参 量是：电压、电流和功率。但是，从测

量的观点看，测量的主要参量是电压。此外，包括测量仪器 在 内的电子设备的许多工作特

性均可视为电压的派生量 。例如，调幅度、波形非线性失真系数 等等。可以说，电压测量

是其它许多电参量以及非电参量测量的基础。 一、对电压测量的基本要求 由于

待测 电压具有频率范围宽、幅度差别大、波形多种多样、内阻不同等特点，所 以根据具 体

情况对 电压测量提出以下主要要求。 频率范 围和 电压范 围应足够宽 。电压测

量仪器应有尽可能宽的频率范围和 电压范围， 以满足不 同的测量需要 。 目前，电压测

量 的频率范围大约从 赫到数千兆赫 。电压测量 的上限值可

达数百千伏 以上，电压测量 的下 限值一般为毫伏级或微伏级 。 ）输入阻抗应足

够高。电压测量仪器 的输入阻抗是被测 电路 的额外负载，为了减小仪器 接入 电路时所

带来的影响，要求仪器具有高的输入阻抗 。目前，直流数字 电压表的输入阻抗 （即 输

入 电阻）在小于 量程时可高达 ，甚至更高（可达 ，

高量程 由于分压器 的接 入一般可达 。至于交流 电压的测量，由于需通过交直

流变换 电路，故即使是数字 电压表， 其输入阻抗一般也不高。 测量精确度应足

够高。测量精确度是测量 的基本要求 。在直流 电压测量 中，由于标准 电池 的精确度一

般在 量级，因而直流 电压测量的精确度可达 量级 。

交流 电压 的 测量值是 以直流 电压为基础 的，且交流 电压 的测量随频率变化较大，故

交流 电压测量 的精确度

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第 35 页 较

直流 电压 的低，一般测量精确度可达 量 级 。 满足各

种被测 电压波形的需要 。被测 电压的波形除正弦波外，还有失真 的正弦波、脉冲 波、

各类调制波、非周期信号等，在考虑测量方案及测量仪器时，都应使之满足各种波形 的需

要 。 ）考虑电压测量的数字化、 自动化、多功能等方面的要求。 二、电压

测量 的基本方案 从对 电压测量 的基本要求 出发 ，可 以提 出不同的电压测量方案，

从而组成不 同形式的电压 表 。就 电压表 的显示形式来说，可分为模拟式 电压表和数字

式 电压表两大类 。 模拟式 电压表 模拟式 电压表用磁 电式 电流表作指示

器 ，通过 电压表 的电流大小 （表现为指针偏转角度 ） 与被测 电压成正比关系 ，在 电

流表上直接 以电压值为刻度 。用这类 电压表测量交流 电压时，一 般都是通过检波器将

交流 电压变换成直流 电压来进行测量 的。由于被测 电压 的大小、频段及精 度要求不 同，

检波器在 电压表 中所处的位置也不一样 ，从而形成 了不 同的交流 电压测量方案 。 其

方案主要有 以下几种： 检波 放大式 电压表，其方框图如图 所示 。它是将被测交流 电压先检波变为直 流 电压 ，然后经直流放大器放大 ，用放大后

的直流 电流去驱动 电流表偏转 。这类 电压表 的频率 范围主要决定于检波器的频率响应

（一般在 至数百兆赫 ），可 以用来测量 高频 电压或超 高 频 电

压 ，其灵敏度主要受到检波器件非线性 的限制 。若采用一般 的直流放大器，这种方案的

灵 敏度可达到 左右 。若采用调制式直流放大器，灵敏度可达到毫伏级 。通常

超高频毫伏表就 属于这一类方案 。 图 检波 放大式和放大

检波式 电压表方框 图 ）放 大 检波式电压表，其方框图如图 所示。被测 电压先经宽带放大器放大再进 行检波 。这类 电压表 的频率范围主要受宽带

放大器带宽的限制 ，而其灵敏度则受放大器 内部噪 声的限制，一般可达毫伏级，典型的

频率范围为 ，因此又称为视频毫伏表。 ）外差式

电压表 ，其方框 图如 图 所示。它克服了放大 检波式和检波

放大式方案的 缺点，解决了增益与带宽的矛盾。因为是先放大后检波，所 以不受检波器非

线性的影响。因此这 种方案的电压表其频率范围和灵敏度都很高。高频微伏表等属于这一

类方案 。 图 式 电压表方框 图

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第 36 页

数字式 电压表 数字式 电压表的基本方案 由模拟 电路和数字逻辑 电路两部分组成 。

模拟 电路部分的作用 是进行交流 直流变换和模 数（ ）转 换 。数 字 电

路 部分包 括控 制、译码、驱 动及 显 示 电路 。 其作用是将被测 电压 以十进制数字 的

形式显示出来 。 三、交直流变换器及其波形响应 电压测量仪器 中的交直流变

换器有多种形式，它们 的响应特性也是多样 的。通常电压表 的 示值表示正弦波 电压 的

有效值，但对被测 的非正弦波 （如三角波等 ）电压，它并不一定反映其 有效值，根据

变换器的不同形式，变换结果可能为平均值、峰值等。 交流 电压 的表征 一个

交流 电压可用峰值、平均值、有效值、波形因数、波峰因数来表征其幅度特性，现分述 如

下 。 峰值 。峰值是一个交变 电压在所观察的时间内或一个周期 内所能达到 的

最大值，记为 （或 ），有 时还将峰值分为正峰值 和负峰值 。计

算峰值 时，都是从参考零 电平 开始计 算的。

有别于峰值，振幅值 （有时也分正振幅 值 和负振幅值 ）的参考 电平则为信 号 的 直流 电平 。峰值及振幅值的例子如图 所 示 平均值 。平均值 在数学上

的定义为： 对 周 期性信 号而 言 ，通 常将 取 为该信 号 的周 图 交流电压的峰值与振幅值 期值。

显然，根据式（ ）求平 均值 ，当 包含直流分量 时， ；

当 为纯交流 电 压 时， 。从交流 电压测量的观点来看 ，平均值一般是指经

检波后的平均值，而且在不加注 明时，通 常是指全波平均值 ，即 ）有效值。有效

值，又称均方根值，其数学定义为： 有效值 的物理意义是 ：在交流 电压 的一个周

期 内，这个交流 电压在一纯 电阻负载上所产生 的热量与一个直流 电压在 同样情况下所

产生 的热量相等 时，这个直流 电压 的值就是该交流 电 压 的有效值 。 作为表征

交流 电压 的一个参数 ，有效值 比峰值 、平均值用得更为普遍 ，通常说某一交流 电 压

多少伏，几乎都是指有效值 。电压表几乎都是按正弦 电压 的有效值来定度的。 波

形 因数 。交流 电压 ）的波形因数 定义为该 电压 的有效值与平均值之

比，即 ）波峰因素 。交流 电压 的峰值与有效值之 比称为波峰因素 。用 表 示 ，即

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第 37 页

表 示 出了几种典型波形 电压 的波形因数 及波峰因数 。 表 几种典型波形 电压 的波形 因数及波峰 因数 注 ： 为峰值； 为脉冲

周期； 为脉冲宽度 。 检波器及其波形响应 由以上讨论可知，无论采用哪一种

电压测量方案，凡是测量交流 电压，均需经过检波器将 交流电压变换成直流电压。也就是

说，检波器是模拟式 电压表的核心。 平均值检波器。 ①工作原理 。平均值

检波器 的输 出 （即流过指示 电流表 的电流 ）正 比于输入 电压 的平均 值 。 常

见 的电路形式如 图 所示 ，其 中图 、图（ ）分别是常见的半波整流和

全波整流 电 路 ；图（ 、图（ 分 别 为 图（ 、图（ ）的简化形式。检波二极管

（ 和 ）工 作 在 乙类 状 态 。因 此，通过二极管的电流分别为半波、

全波整流波形，其平均值 分别正 比于被测 电压 的

半 波整流平均值及全波整流平均值 。由于电流表动圈转动的惯性，其指针将指示 值 。如整 流后 的平均值需加到直流数字 电压表显示，那么整流后的信号必须通过低通滤

波器，电流才能完成 平均过程 。 图 中微安表两端并联 的电容器用 以滤去检

波后 的交流成分并可避 免其在 电表动 圈 内阻上 的热损耗 。 以图 所示

的电路为例进行分析 。设被测 电压为 ，且 为纯交流 电压 ， 个二

极 管具有相 同的正 向电阻 ，反 向电阻 ，电流表 内阻为 ，

则通过 电流表 的平均 电流 为 ： 由此可见 ， 正 比于被测 电压 （ 的

平均值 ，而与 （ 波形无关 。我们称这种检波 器为平均值响应检波器。 在

如图 所示 电路 中，由于 和 将影响二极管的工作状态 。为了保证二

极管工作

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第 38 页 图 平均值检波器 的常见 电路 在乙类状态，必须满足： 和 ，其中 为被测信号的最小周期。否则 在二极管截止的半个周期 内，

电容器 和 上 的电荷来不及放完 ，不能保证二极管工作于乙 类状态 。

②定度系数 。由于正弦波是最基本 的和应用最普遍 的波形 。同时考虑到有效值 的实际

意 义，几乎所有 交流 电压表都是按照正弦波有效值定度的。 所谓按正弦波有

效值定度，就是在检波器 的输人端加上不 同幅度的标准正弦波，不管表头 指针偏转响应

于正弦波 的什么特征值，而在表头的度盘上一律按正弦波有效值标度 。显然，如 果检波

器不是有效值 响应，则在其标称值（即读数 与实际响应之 间存在

一个系数，这个系数 就称为定度系数，记为 对于平均值响应检波器来说， 所以 则

对于半波均值检波器 由以上讨论可知：如果用均值响应检波器构成 的电压表测量纯正弦波

电压 ，其读数 就是被 测正弦波的有效值 ；如果测量

任意波形的电压其读数并无直接的物理意义，只知道 等 于 被测 电压 的平均值 。若被测 电压 的波形是已知的，可根据平均值求 出其它参量。

例 用平均值 电压表测量一个三角波 电压 ，读得测量值为 ，

试求有效值为多少 ？ 解：对一个三角波 电压来 说 ，读数 毫无物理意

义 ，所 以，首先应把 换算成平均 值 ，即 由于三角波

的 ，所 以，三 角波 的有效值 ）峰值检波器。

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第 39 页

①工作原理 。峰值检波器是指变换后的直流 电压与输入 的交流 电压峰值成正 比的检波

器 。 常见的峰值检波 电路有 串联式和并联式两种，如图 所示分别为串联式电路和 并联式 电路 。从 电路形式上看，它们与平均值检波器 电路没

有多大区别，但是，若选取不同电 路元件参数 ，则检波电路将有完全不同的工作

状态，对被测电压的响应也完全不同。 下面 以串联式峰值检波 电路为例来说 明。

作为峰值检波，必须满足下式： ） 式 中， 被测交流电压的最大周期； 被测交流 电压的最小周期； 信 号

源 内阻 和 二极 管正 向电阻 之和 。 若被测 电压

为正弦波，当正半周时二 极 管 导通 ， 通 过 向电容器充 电，如满

足 ，则 电容器 两端 电压迅速充到接近 的峰值 。当 ）

为 负半周 时，二极 管截 止 ，电容器 两端 电压通过 电阻器 放 电，若满

足 ，则放 电是缓慢 的。图 ）所 示 是 其 稳 态 充 放 电过 程 ，

这 时 电容 器 两 端 电压 的平 均值 为： 图 峰值检波器 的两种基本 电路 串联式； 并联 式； 充放 电过程 经滤波和线性放大后去驱动 电流表，则 电

流表 的示值正 比于 。也就是说，这种检波器是峰 值 响应 的。

由图 ）还 可 以看 出 ，因为 给二极管一个反 向偏置 ，通过二极管的

电流 的时 间很短 ，所 以这种检波器 的输人阻抗是较高的。 并联

式峰值检波器也是建立在 充放 电的基础上 的，当满足式

（ 、式（ 时 两 端 的输 出电压为： 其平均 电压 为： 由此可

见， 近似等于被测 电压 的峰值 。 并联式峰植检波 器具有隔 直 流 能力 它所测量的是交流振幅值：而 串联式 电路则无隔直流 能力，当被测 电压含有直流分量时，

它所测量的是包含有直流分量的总峰值 。在实际工作中，通 常使用并联式 电路 。 ②

定度系数 。用峰值检波器做成的电压表 叫峰值 电压表，除特殊情况外，也 同均值 电压

表 一样，按正弦波有效值定度。

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第 40 页

设定度系数为 ，则 所 以 根据定度系数的定义可知，若被测 电压为纯正弦波，

则读数 就是其有效值 ；若被测 电压 不是正弦波，其读数并无

直接的物理意义。只能知道读数 倍为被测 电压 的峰值 。若

被测 电 压 的波形是 已知的，则可根据峰值及其波形因数 、波峰因数求 出其它参量。

例 用峰值 电压表测量三角波 电压，读数为 ，试求被测 电压

的 、 解 ： 峰值 有效值 平均值 峰值检波器

主要用于检波 放大式 电压表 中，它 的最大优点是可 以把检波器和 电压表本体 分离置

于探极 内。这时输入 电路引线较短，对高频测量是有利 的。但是，峰值 电压表对被测信

号波形的失真非常敏感，应特别注意。 ）有效值检波器 。在实际测量 中，有时需

要测量非正弦信号 电压 的有效值 ，特别是测量 波形复杂的电压 ，比如噪声 电压 ，若

用峰值检波器或平均值检波器测量 ，是难于换算 出有效值 电压 的实际值 的。这时必须

使用能直接测 出任意波形 电压有效值 的检波器 。 根据交流 电压 的有效值 的表达

式 可看 出，在有效值响应 电压表中，首先要将被测 电压先平方 ；其次求该平方量 的平

均值的平方 根值 。由此可知，用于有效值检波器 的检波器件必须具有平方律 的伏 安特

性 。故有效值检波 器又 叫做“平方律检波器 ”。 假设检波二极管的伏安特性具有平

方律关系，如图 所示 ，令工作点为 ，加正 向偏 压 ，

检波管工作于 甲类状态 。 图 二极管平方律检波原理

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第 41 页

设 的检波系数为 ，则流过 的电流为 引起 电流表偏转 的是 ）

的平 均 值 ，即 式 中， 静态工作点 电流； 被测信号 的平均值 。

对于纯交流波形来说 ， 。如果设法将式（ ）中的第一项 电流抵消

掉 ，则流过 电流 表 的只是检波器输 出的直流增量 。 式（ ）表示流过 电流

表 的电流 与被测 电压有效值的平方成正比，而与其波形无关。 根据此式在表

头上按有效值刻度 （这是非线性刻度 ），则无论测量何种波形，读数都是被测量 电 压 的

有效值 。 另一种实现有效值检波器 的方法是利用具有热 电变换功能的热 电偶 。热

电偶变换式 电压 表 （热偶式电压表 ）是实现有效值 电压测量的一种重要方法。 图

所示为热偶式 电压表的示意图。图中 为不易熔化的金属丝，称加热丝。 为热 电偶，它 由两种不同材料的导体组成，例如铁和康铜。它们的交界面 与加热丝耦合，故 称为 “热端 ” 称为冷端。当加入被测 电压 （ 时，加热丝温度升高，热 电偶 两端 由于存在 温差而产生温差 电动

势 ，于是热 电偶 电路 中将产生一个直流 电流 而使表头指针偏

转 。 若将被测 电压 ）加在加热丝上 ，加热 丝将 的电能转

换成热能，产生热量 。根据 焦尔 楞次定律和有效值的定义， 正 比 ，于是可 以得 出关 系： 即 显然利用热 电偶可 以实现有效值检波 ，但刻

度 也是非线性 的。 以上讨论 了两种可 以实现有效值检波 的有效方 图 热偶式 电压表 的示意 图 法，一般来说，要想获得具有理想平方律特性的非线性

元件是困难的。比如，二极管、三极管， 不论是半导体还是电真空器件，都只能得到一段

接近平方律的特性 曲线，而且动态范围很窄。 利用分段副近 的方法可 以得到动态范围较

宽的接近 的平方律特性 。但必须用较多的元件 ，电 路较复杂。从这个角度来看，热偶式

电压表是一种 比较理想的有效值电压表 。 但是，上述两种有效值检波方法的共 同缺

点是电压表的刻度是非线性的。因为电流表的指 示都正 比于 ，而 不 正 比于 ，

所以在实际的电压表中还必须采取措施来使刻度线性化。 目前，模拟计算 电路的普及

和广泛应用，使我们有可能利用模拟计算电路来实现有效值 电 压的测量 。也就是利用计

算电路直接完成下列换算 ： 由模拟计算 电路组成的 变换 电路称 为

计算型 变 换器 ，如 图 所示 。第

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第 42 页 一

级为接近平方 电路的模拟乘法器 ，即 和 两个输入端 ，并联作为 的输入端 ，乘法器输 出 。第二级为积分器 。第三级将积分器 的输

出 ）开方 ，最 后输 出正 比于 图

计算型 变换器 四、数字式 电压表 数字式 电压表利用模 数转

换器 ，将模拟 电压转换为数字量并 以数字形式直接显示测量 结果 。由于它具有许 多优

点，如精确度 高、测量速度快、使用方便和 易于实现 自动化测量等，因 此在科研和生产

中获得广泛的使用 。直流数字式电压表精确度高，通常可作为电压量值传递的 标准仪器 。

只是在高频交流 电压的测量中，交流数字式 电压表还不能与模拟 电压表相比。如果 给数

字 电压表配 以各种不同的输入装置，就可以直接显示各种 电的 （如电流、电阻、电容??）

和 非 电的（湿 度、压 力 ? ? ）参量 。 数字式 电压表 的主要技术指标 量程 。为 了扩大 电压测量范 围，设有几个量程 。量程 的变换，一般用改变衰减器和输

入 放大器增益来实现 。不用分压器和放大器的量程称为基本量程 。例如 型数字 电压表 的 量程分 四档，其中 档是基本量程 。 量

程转换可 由面板上的量程开关实现，有些数字式电压表能 自动转换量程 。 灵敏

度 。数字式 电压表的灵敏度是指引起显示数字末位变化 个字所

需 的最小输入 电压。显然，在不 同量程上灵敏度是不 同的，在最小量程上灵敏度最高。

通常 以最小量程 的灵敏 度作为该 电压表 的灵敏度 。 准确度 。数字式电压表

的测量误差通常由两部分组成：固有误差和工作误差。 电子测量仪器的固有误差，是

指在基准条件下测量的误差。固有误差常用绝对误差的形式 给 出，即 （ ） 式 中， 相对项系数 固定项系数； 示

值 ； 量程 的满度值 。 称 为读数误差，其值随读数而变化 。 称为满度误差，其值是恒定的。 数字式电压表 的工作误差是指在额定工作条件下的误

差 ，也常常 以绝对误差的形式给 出。 ）输入阻抗和输入 电流 。数字式 电压表

的输入 电阻可达 ，从而大大减 少对被测 电路的影响，

这是数字 电压表测量精度高的原因之一 。 数字式 电压表输入端 的等效 电路可表示

为输入 电阻和一恒流源 的并联 ，因此定义输入端 短路时流过短接导线的电流为输入 电

流 ，它一般在 左 右 。 测量速率 。测量速率是

指每秒钟对被测 电压 的测量次数 ，或测量一次所需的时间，它 主要决定于 变换

器 的变换速率 。对于不同类型的数字式电压表其测量速率差别很大 ，从每 秒几十次到几

万次不等 ，高速测量是许多 自动测试和 自动控制过程必不可少的。 抗干扰能力 。

抗干扰能力是数字式 电压表 的一项重要技术指标 。如果仪器对干扰信号 没有抑制能力 ，

那么它 的高精度和高灵敏度 的优越性也将失去实际价值 。内部干扰主要有噪声 及温度漂

移等 ；外部干扰分 串模干扰和共模干扰两种 。串模干扰 的特点是干扰 电压与被测 电压

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第 43 页

串联后加到 电压表 的输入端 ；共模干扰则是干扰 电流在数字式 电压表两个输入端之 间

产生的 干扰信号 。抗干扰 能力用干扰抑制 比（分 贝数 ）表示 。 直流数字式 电

压表 的基本组成及其工作原理 直流数字 电压表有多种类型，最常见的有 种基本类型： 连续 比较式 比较型 逐次比较式 锯齿波式（电压 时间变换 ） 斜波型 阶梯波式（电压 时

间变换 ） 电压 频率变换式 积分型 双积分式（电压 时间

变换 ） 脉冲宽度调制式 （电压 时间变换 ） 利用上述 的

种基本类型还可 以组合出一些高性能的数字 电压表 。 典型的直流数字 电压表 的基

本组成如 图 所示，它包括两部分 ：模拟电路部分和数字 电路部分。 图 数字 电压表 的基本组成 模拟 电路部分主要包括：衰减器、输入放大器、基

准电压、 转换器 。模拟电路部分的基 本作用就是将被测 电压

与基准 电压进行 比较转换成数字量 。其 中衰减器和输入放大器具有阻 抗变换作用和 电

压变换作用 。 转换器的作用就是将输入 电压转换成数字量 ，采用不同转换

原理的 转换器，便构成了不同类型的数字 电压表。 转换器是

数字式 电压表的核心 。 数字 电路部分主要包括：计数器、寄存器、显示器、时钟脉

冲发生器及控制逻辑 电路 。数字 电路部分的基本作用就是对 转换器输出

的数 字量进行计数显示 。被测 电压 的输入 、比较 、计 数、寄存、显示等都是在控制

逻辑电路的统一指挥 下进行 的，而控制逻辑 电路又是在时钟脉冲 的作 用下发 出上述指

令 的。 下面介绍一种较常用 的双积分型数字 电压表 的基本工作原理 。 双积

分型数字 电压表是利用积分器不 同的两 次积分过程 ，将被测 电压 变换为与

其平均值成 正 比的时间间隔，然后 以电子计数器 在此时间间 图

双积分型数字 电压表 的方框 图 隔内所计的 时钟脉冲 数 来表示被 测 电 压 大 小 。

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第 44 页 其原理方框 图如图 所示。双积分型数字式 电压

表开始工作时，控制器驱动 电子开关将被测 电压 加到积分器 的输入端 ，积分器对 时钟脉冲进行计 数 。当计数器计满 时，输 出溢 出脉冲到控制器，控制 器驱动 电子开关将积分器 的输入端接到基准 电压 上，这时积分器开始对 进行 反 向积分 ，计数 器重新开始计数 。当积分器 的输 出下 降到零 电平 时，检零 比较器 的输出信号作用到控制器上，从而 使 门电路关闭，计数器停止工作，这时计数器所计 的脉冲数就是被测电压的数字量 。 在上述过

程 中，积分器对被测 电压 的定时 积分过程称取样阶段 ，对基准 电压 的定时积 分过程称 比较阶段 ，其工作波形如 图 所 示 。 图 双积

分型数字 电压表 有 时又称双积分型数字 电压表 为双斜率型数字 电 的工作原理 压表 。 双积分工作方式，其测量

结果所反映的是被测 电压 在取样 时间 内的平均值，因此

串 入被测信号的各种干扰分量将通过积分过程而减弱 。也就是说，仪器的抗干扰能力很强，

如果 选择积分时间 为干扰信号周期的整数倍，就可以得到很大的串模抑制比。但

是，也正因为如 此，这类 电压表的测测量速度不 一般为每秒几十次。 双

积分型数字 电压表还具有精度高、稳定性好 的特点 。这是因为积分器为两次积分所共 用，

因而积分结果与积分元件 的参数无关。而且计数器两次计数采用同一脉冲

源，因而脉 冲源频率准确度和长期稳定性对测量精度影响较小。 由于双积分型数字 电

压表有 以上突出的优点，近年来得到了很大的发展，出现了许多高精 度 的双积分型数字

电压表 。如 国产 的 型 、 型 、 型 、 型 、 型 、

型等都属于双积分型数字 电压表 。 示 波 测

量 示波器是一种 电子图示测量仪器，它可 以把 电压 （或 电流 ）的变化作为一个

时间函数描绘 出来。可 以说，示波器是 电压表 的一种特殊形式，而且它 比一般 的电压

表可提供更多的信息。它 能把眼睛看不见的电信号转换成具体可见图形，以便对信号进行

全面分析 。随着无线电电子技 术 的发展，示波器 除了能对 电信号作定性 的测量外，还

能用来进行一些定量 的测定 。例如，能够 利用它来测定各种 电信号的电压值、频率值、

相位、功率等，并且配备数字 电路设备后具有直读 式数字数据 的功能。目前，电子示波

器 已渐渐成为用途广泛 的“万能仪器 ”，并且在许 多高精尖 端设备 中，已成为必须具

备 的基本组成部分（如雷达、扫频仪、频谱分析仪等 ）。 示波器的类型很多，分类方

法亦不同。通常有以下两种分类方法：按示波管的种类可分为 单线示波器、多线示波器、

记忆示波器和行波示波器等；按使用 的功能可分为通用示波器、电视 示波器、矢量示波器、

逻辑示波器和取样示波器等 。 通用示波器是采用单束示波管 ，并应用示波器基本显

示原理构成 的可对 电信号进行定性

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第 45 页 和

定量观测的示波器 。通用示波器的用途最广 。本节着重讨论通用示波器的组成结构、工作

原 理及其应用 。 一、波形显示原理 电信号的特征可以由信号随时间的变化规

律全面反映出来 。在直角坐标中，用 以表示信号 与时间关系的图形，通常称为波形图。

示波器最基本的应用就是显示 电信号的波形，因此要求 示波器荧光屏的水平轴能够代表准

确的时间，垂直轴能正确反映信号的瞬间幅度 。 图 是波形显示的基本原理图。

在示波管 的水平偏转板上加一线性锯齿波 电压 ，它迫使 电 子束 以恒 定 的速 度 自左

至右沿水平 方 向往 复偏 转 ，荧光屏上对应 出现光点沿水平方 向展开的扫 描线 ，它

是示波器 的时间基线（简称 时基 ）。线性锯 齿波一般 由示波器 的扫描 电路产生，被测

信号首 先经过垂直放大 电路进行放大 ，然后加到垂直偏 转板上，因而，每一瞬间射线的

位置单值地对应于 这一瞬间被测信号的值 。当锯齿波 电压和被测信 号 电压 同时加到两

对偏转板上 ，电子束 的偏转将 由两个 电场 的合力所决定，荧光屏上就可 以显示 出信

号波形。 图 是锯齿波 的重复周期等于输入信 号 图

波形显示原理图 周期整数倍的情况，此时在荧光屏上显示稳定的图像 。如果不是整数倍，

则每次出现的波形就 不会重合 ，图形漂移不定，不利于观测，换句话说，要使显示波形稳

定，扫描 电压 的周期必须为 被测信号周期 的整数倍 。实现这一关系 的过程称为“同步 ”。

扫描 电路的工作方式有 自激扫描方式和触发扫描方式两种 ，因此信号与扫描 电路的同步

方式也不相同。简易示波器多采用 自激式扫描 电路，产生连续的锯齿波 电压，同步信号

输入扫 描 电路后，仅能在一定范围内调整扫描的周期，迫使扫描周期与信号周期成整数倍

关系，从而 实现 同步 。现代示波器均使用触发扫描 电路。无信号输入 时，扫描信号处

在等待状态，不进行扫 描；当有信号输入时，扫描 电路被信号触发而产生扫描 。显然，

这种 同步方式能够保证信号与扫 描 电压之间有严格的时间关系，因而同步稳定可靠。

二、示波管 示波管是示波器的心脏，结构如图 所示。它 由电子枪、

偏转系统和荧光屏 大部分组 成 。 电子枪 电子枪是用来发射

电子，并把它会聚成纤细的电子束 。它 由灯丝 （ 、阴 极（ 、

控 制 栅 极 、第 一 阳极（ 、第 二 阳极（ ）和第三 阳极（ ）组成 。

电子 由阴极发射后 ，受到 电极之 间 电 场 的作用，完成聚集和加速过程。 电子枪

包括 电子发射和 电子束聚焦两部分。 电子发射部分：包括灯丝、阴极、控制栅极

和第一阳极。其主要作用是控制阴极发射 电 子的数 目，并使 电子流在第一阴极和控制栅

极之间形成第一次聚焦。

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第 46 页 图 示波管结构示意 图 电子枪所用 电极均对称于示波管轴线 。阴极是一个金属

圆筒，其表面涂有氧化物 。它和灯 丝之间用陶瓷绝缘，当接通 电源时灯丝发热，阴极 由

于受热而发射 出大量 电子 。阴极发射 电子 的数 目称为电子束的密度，并 由控制栅极

上的负偏压来控制。控制栅极为一围绕 阴极的金属圆 筒，它一般具有较 阴极为负的电位，

故栅极和 阴极之间形成的电场是排斥 电子流 向前运动的。 因此，电压负值愈大，阴极发

射的电子数愈少，荧光屏的光点亮度也愈暗。所以，只要调节栅极 相对阴极的电位，便可

实现对示波管亮度的控制。 栅极与阴极之间的电场，不但能控制 电子的运动，而且，

由阴极表面各点发射 出的电子受 聚焦 电场 的作用，在控制栅极末端附近形成了一个聚焦

点 ，如 图 所示 。聚焦 点 随栅极 阴极之间电位的

变化 向前或 向后移动，所 以调整亮度时，示波管的聚焦往往发生相应变

化。 ）电子束聚焦部分：当电子束穿过第一阳极的

小孔后， 就进入聚焦 区域 。该部分包括第一 阳极、第二

阳极和第三阳 极 。 由于第一、三阳极加有高于第二阳极的电位，因此，第一 阳

极和第二 阳极之 间的电场是阻碍 电子运动的，电子束产生 图 电子发射部分 发散现象 。当电子进入第二阳极和第三阳极之间的区域 时， 其 间的静 电场不仅使 电子

流加速 ，同时对 电子束产生会聚作用 。当电子束通过第三阳极的孔眼 后 ，就 以很高 的

速 度 向荧光屏射去 。由第一、二、三 阳极形成 的电子透镜对示波管起主聚焦作用 ，并

通过调节第二阳极的电压，来改变聚焦的焦距，如 图 所示 。当调到最佳值时，电子

束的聚焦点 正好落在荧光屏上，此时光点具有最小的直径，如 图 ）所 示 。 电

子束通过第三 阳极之后 ，接着就要穿过两 对偏转板 。这就要求第三 阳极 电位与偏转板

的平 均 电位相等，否则电位相差太大，它们之间的附加 电场又会使 电子束发散，光点出

现散焦。为了获得 最佳效果，通常第三阳极电位是可调的，这就是辅 图 聚焦调节 助聚焦调节。它与聚焦调节配合，可得到最佳聚焦 效果。 静 电

偏转系统 为了描绘图形，在第三阳极后面有两对互相垂直 的 偏转板，由它构成示波管的静 电偏 转系统，靠近 电子枪的一对是垂直偏转板，另一对是

水平偏转板。电子束从第三阳极穿出后，就

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第 47 页 依

次通过这两对偏转板 ，偏转板上 的信号电压使它产生垂直和水平方 向的偏转 。图 所 示 为电子束通过一对矩形平行偏转板的情况 。 根据运动轨迹 ，可 以证 明，当

偏转极 或 上加有直流 电压 时，电子在荧光屏上将偏 离荧光屏

的中心点距离为 ，有 式 中， 偏转板 的长度； 偏转板 中心

点到荧光屏 的距离 ； 第三 阳极 电压； 偏转板之 间的距离； 图 偏转 板（ ）偏转 原理 偏转板之 间的电压 。 由此可看 出： 愈

长 ， 愈大 愈小、偏转板间的电场强度愈强， 就愈大 。可是，如将 增 大 ， 减小，则一方面将使 电子有落到偏转板上的危险，另一方面 由于偏转板间距缩

小，电容量 加大，使示波器高频应用范围降低。另外，如将 增大，

将使聚焦困难，光点清晰度变坏，同时 亦使仪器 结构增大 。 从 式（ 还可看 出，

荧光屏上偏转的高度 与 成反比的关系。这是因为 增 高 ，

电 子运动速度增大，则偏转板间的电场对 电子作用的持续时间减小，电子运动的轨道也就

很少变 化 ，使 减 小。这就说 明，要增大偏转板 的偏转高度 ，必须 降

低 。对于已经做好的示波管， 等尺寸都 已固定不变，因此式 （ ）

可 改写成： 称为偏转板 的偏转灵敏度 ，它表明在偏转板两端每

施加 电位差，光点在屏幕 上移动 的距离 。显然 愈大，表示偏转

灵敏度愈高 （理论上所谓示波管的偏转灵敏度应该是在 给定输入信号下光点偏离多少距离

的量度 ；偏转因数 为其倒数，目前有的地方将两者颠倒， 读者应

注意它们所使用 的单位 ）。实 际工作 中则用 的倒数来衡量偏转板偏转

情况，即 为偏转 因数（ ，说 明为使光点偏离 需要在偏转板

上加多少直流 电压 。一般示 波管的 值约在 范 围内。显然，偏转

因数愈大，偏转灵敏度就愈低 。 综上所述 ，由于 不能增大很多，否则将使

偏转灵敏度 降低，因此现代许多新颖示波 管都采用 保持不太高

的数值，在偏转板后面再加上一个称为 “后加速 电极 ” ，其

电位较 高，从数千伏到数万伏不等，一般是在示波管锥体 内表面涂覆石墨层形成。它有 个 作用： 进 一步使 电子获得足够的能量去轰击荧光屏 ，以获得足够的亮

度 ； ）石 墨层 涂在 整个锥 体上 ，能 起 到屏蔽作用； ）电

子束轰击荧光屏会产生二次电子，处于高电位的 可吸收这些

二次电子。 荧光屏 荧光屏是示波管的显示部分 。附在屏面 内侧 的磷光质在

高速 电子的轰击下 ，发出可见光 ， 也就是能够看到光点和图形 。磷光质的发光亮度决

定于电子的速度和数量 。 磷光质 的一个重要特性是余辉时间。磷光质在 电子束的轰

击下发光，当电子束移去后，磷

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第 48 页 光

质的亮度不是立即消失，而是逐渐变暗。亮度下降到原始值的 所需的时间称为余辉时 间。按余辉时间的长短 ，余辉时间可分为： 短余辉（小

于 ）中余辉（ ； ）长 余 辉（大 于 一般使用 的电子

示波器均采用短余辉或中余辉示波管 。在医学及生物学方面 以及雷达 中 则使用长余辉射

线管 。常用示波管的荧光和磷光的颜色是相同的，通常是绿色和蓝色。绿色用 于 目视；

蓝色用于摄影。 电子束轰击磷光质时，荧光屏会发热，长 时间集 中受热 的结果，会

使荧光体烧毁，在屏面上 留下黑斑，这是使用示波管时应当尽量避免的。 三、示波

器的原理方框图 图 所示为通用示波器的原理方框图。它主要 由 个部分组成： 轴偏转系统， 轴偏转 系统和主机 电路。 图

通用示波器原理方框 图 轴偏转系统 示 波器 所 观 测 的信 号 ，可 以从

数 毫 伏 至 数 百伏 ，而 示波 管 垂直 偏 转 灵 敏 度 一般 为 ，如此悬殊

的信号直接送往垂直偏转板，那是很难得到便于观测的偏转幅度 。因此， 输入示波管的信

号，首先必须经过放大，或者经衰减 电路使信号产生的幅度为观测所需要的垂 直偏转幅度 。

轴偏转系统 由输入 电路、前置放大器、延迟线和后置放大器组成。 输入 电路包括输

入耦合选择和衰减器 电路 。衰减器是一组 由开关控制 的宽频带 分压 器，其衰减 比在 之 间，可分档调节 。衰减器将不 同的输入信号进行

适 当的衰减，然后提 供给前置放大器 。对输入电路的要求是有较高的输入 电阻和尽可能

小的输入 电容，以减少对被 测 电路的影响。 由于示波管的偏转灵敏度较低，因此，

轴放大电路必须是一个高增益的宽频带放大器。 这就要求前置放大器的漂移、噪声要小，

而频带宽度应很宽。 延迟线是为了补偿 轴偏转系统的时延，使被测信号能在

扫描开始后到达垂直偏转板，这 样就能够保证在荧光屏上显示包括上升时间在 内的脉冲全

过程 。 内同步时，触发同步信号取 自 前置放大器中的被测信号。从它

进入触发电路到水平偏转 板出现扫描 电压，受 电路惯性影响产生一个延迟时

间 ，如果没有延迟线，当荧光屏上 出现扫 描基线时， 轴电路前沿

跳变时间已经过去，因而，无法观测到快速脉冲的上升时间。示波器中

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第 49 页 使

用的延迟线可以是集中参数的延迟 电路，也可以是分布参数形式的延迟 电路，后者具有 良

好 的高频性能。 后置放大器将延迟后的被测信号作进一步放大 ，放大器 的差动输 出

接至示波管的垂直偏 转板，以产生满足要求的垂直偏转。 轴偏转系统 轴

偏转系统产生作为时间基准的锯齿波 电压，并与被测信号之间保持同步关系。 轴偏 转系统包括触发电路、扫描电路和 轴放大器 。 同步信号可取 自

轴系统的被测信号，也可以用外输入信号。当加在触发电路上的同步信 号达到选定的 “电

平”时，触发电路产生的触发脉冲启动扫描 电路 。触发扫描的工作过程如图 所示。

扫描电路的主要功能是产生线性 良好的锯齿波 电压 。无触发脉冲时，扫描 电路处在 等

待状态 ；一旦有触发脉冲输入时扫描闸门打开，锯齿波发生器工作，输出的锯齿波 电压送

往 轴放大器，形成水平的时间基线，同时闸门翻转被送往 轴放大器，使示波器在扫描

期增辉 。锯齿波发生器大都 采用密勒积分 电路，其斜率 由定时电阻、定时电容的时 间

常数决定 。 轴放大器将扫描 电路产 生 的锯齿波 电压加 以放 大，最后加到示波

管的水平偏转板上。 主机 电路 它包括 轴放大器、示波器供电电路、低压

电源及校 准信号发生器 。 一个完整 的扫描周期包括正 向扫描和 回扫两个过 程 。

在 扫 描 过 程 中 ，光 点 从 水 平 终 点 返 回起 始 点 的 回 扫 图 触发扫描过程 过程不希望在荧光屏上显示出来，以免扰乱正向扫描产生的显示波形 。 轴放大器的作用就在 于此，它在不扫描的静止期间或 回扫期 间输 出低 电平，使示波管

截止，光点或回扫消失。在正 向 扫描期间 个宽度与扫描时间相等的闸门信号经 轴放大器放 大后 送至示波管 的控制栅 极，使示波管以正常的辉度显示波形。 示波

管供 电电路所需的各种高压 、次高压一般 由仪器 内部的超音频振荡器 的输 出信号经

倍压整流后供给 。 校准信号发生器输出的信号幅度和频率的精度均较高，用 以校准 轴和 轴 的偏转精度 。 四、通用示波器的主要工作特性 示波器的工作特性是

正确选用示波器的依据 ，一般通用示波器的主要工作特性如下： 通道的频域与时

域响应 这是表征一个示波器所能观测的信号频率范围和观测脉冲信号时的时域响应 。

例如，通用 示波器 ，其 通道 的通频带为 ，上升时

间 ，这两个指标在很大程 度上决定了示波器可以观测的最高信号频率 （对

周期性连续信号）和脉冲的最小宽度 。 某些示波器 的技术说 明书只给 出了频率响

应 高端截止频率 。可按下式大约估计 通道对阶跃信号所产生

的上升时间。

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第 50 页

若 的单位为 ，则 的单位为 通道的偏转灵敏度 偏转灵敏度表

征一个示波器观测信号的振幅范围，例如 ，通用示波器 的偏转灵 敏度为 。偏转灵敏度的下限表征示波器观察微弱信号的能力，

即最大灵敏度 。偏 转灵敏度 是表示当输入信号的峰 峰值为 时，在屏幕上可得到 高的波形 。示 波器 的最大灵敏度取决于 通

道 的放大器 的增益 。偏转灵敏度 的上 限则表示示波器输入端所 允许加 的最大峰 峰值 电压。仍以上例来说明，若屏幕有效高度为 ，则最大输入峰

峰值电 压不应超过 ，否则，必须采用衰减探头 。 通道 的输入 阻抗

通用示波器 的 通道输入 电阻规定为 ，输入 电容 随频 带宽度 的升

高而减 小 。例如 ，带 宽 示波器 的输入 电容规定应小于 ，带宽 示波器 的输入 电容应小于 。较 小的电容可 以减少高频测量 时的误差 。

扫描 时间因数 扫描 时 间因数是扫描速度 的倒数 。而扫描速度表征示波器能够展宽

被测信号波形的能力 。 扫描速度定义为单位 时间内光点在屏幕水平方 向移动 的距离 。 轴偏转系统应有与示波器频 带宽度相适应 的扫描速度，以便把快速现象清晰地展现在时间

轴上，一般要求显示正弦波时， 每一格上不应有多于一个周期 的波形 。扫描 时间因数 的

准确度应高于 。使用扫描扩展时， 扫描线性变差，误差可

大于 。 通道触发 同步能力 示波器至少应在 轴偏

转系统 的频带宽度 内能稳定地 同步被测信号 。同步所需的被测信 号幅度越小，表 明同

步能力越高。内触发 同步的最小 电压 以屏幕上显示幅度表示，一般不超过 。外触发

能力可用电压大小表示，一般不超过 峰值 ）。 以上仅介绍 了

几项重要 的工作特性 ，一个通用示波器 的全部工作特性在仪器说 明书 中都 有详细说

明，这里不一一列举。 五、示波器 的应用 利用示波器可 以进行 电压、频率、

相位差 以及其它一些 电参量 的测量 。下面仅介绍利用示 波器进行 电参量测量的一些基

本测量方法。 电压的测量 直接测量法 。所谓直接测量法就是直接从示波

器屏幕上量 出被测 电压波形的高度，然 后计算 出电压值的一种方法。若 已知 通道 的偏转 因素 和被测 电压波形的高度 ，就可 以确 定被测 电压的

值 。 ① 当被测 电压为直流 电压

时 ）

式 中， 被测直流 电压值 （ 偏转 因数（ 被测直流 电

压的波形高度 （ ② 当被测 电压为交流 电压 时 式中， 被测交流 电压

的峰 峰值（ 偏转 因数（

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第 51 页 被测交流 电压波形峰点与峰点间的高度 ）比

较测量法 。比较测量法就是用一 已知的标 准 电压

同被测 电压进行 比较，其接线图示于图 首先

将开关接被测 电压，调节放大器 的增益，使 荧光

屏上 出现适 当的高度 ，记 下 此 高 度 。然 后 ，保 持放大器的增益不变，将开关打在标准 电压位置，调 图 比较测量法

节标准 电压 ，使荧光屏上显示 的高度与被测 电压显 示的高度相等。此时，标准 电压的峰 峰值 即为 被测 电压的峰

峰值 。若标准 电压不可调，此 时，其 高度 为 ，则 利用示波器

进行 电压测量 ，其测量误差与示波管的灵敏度变化 、 轴偏转

系统的增益稳定 性 以及确定 的读数误差有关，故测量精度不高，一般为 时

间的测量 直接测量法。当线性扫描时，示波管屏幕上的水平轴就是时间轴，若扫描

电压线性变 化 的速度和 轴放大器的电压增益一定，那么时间因数也为定值 ，即可

知道时间基线单位长度 所对应的时间。这样，与电压的直接测量法一样，被测时间可从下

式求得： 时间因数 式 中， 被测波形 的

水平长度 。 直接测量法的测量误差主要决定于示波器 的分辨率 、扫描 电压 的线性

和 轴 放 大 器 的增 益稳定性 以及确定 的误差 。 时标法 。利用时标法测量 时间，可克服扫描非线性所引起 的误差 。示波器 中的时标发 生

器受触发扫描发生器在扫描正程 内输 出的负开关 电压所控制 。因此 时标发生器和扫描

发生 器是同步工作的，即只有扫描发生器正程期间，时标发生器才工作，并输 出具有一定

周期的时 标信号 （一般为方波或正弦波）。时标信号加到示波管的控制栅极进行辉度调制，

若时标信号的 周期远小于被测信号 的持续 时间，那么 由于屏幕上 的光迹受到辉度调制

而 出现 明暗 间隔的时 间标记，即时标，且每两个亮点间的时间间隔等于时标信号周期，

如图 所示。被测时间由 下式确定 ： 式 中， 被

测 时间 内的亮 点数（或 暗点数 ）。 这种方法 的测量误差主要决定于时标信号

周期 的准确度和 的读数 误 差（ 不为 的整数倍时的估计

误差），而与扫描的非线性和 轴放大器增 益无关 。 图 时标法 最后，应该指出，利用示波器测量时间要注意示波器 通道本身的上升 量 时 间 时间对测量结果的影响。尤其是测量快速脉冲

的上升时间时，在屏幕上测 得的上升时间实际上 已包含了示波器本身存在 的上升时间影

响。可以简单地按下式进行修正。 式中， 脉冲 的上升 时间； 荧光

屏上显示波形的上升时间； 示波器的上升时间。

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第 52 页

频率 的测量 频率测量常采用 以下两种基本方法。 周期法 。对于任何周期

信号，可根据前面所述 的时间测量法，读 出信号每个周期的时 间“ ，再 由下式求 出

频率 ）李沙育图形法 。李沙育图形法就是把被测频率 的 电

压加到偏转板（例如 偏转板 ） 上，而把标准频率 的电压加到另一偏

转板 （例如 偏转板）上相 比较，被测频率的高低 由荧 光屏上所显示出的图

形性质确定。由于加到示波器上的两个 电压相位不 同，因此荧光屏上 图形 将会有各种不

同的形状，这些图形就称李沙育图形。为了观测方便，必须改变标准频率，直到在 荧光屏

上得到最简单的和最稳定的图形为止 。 图 所示为具有不 同频率 比的几种李沙

育 图形 。被测信号频率的确定方法是 ：分别通 过所描绘出的李沙育 图形引水平线和垂

直线，但所引的水平线和垂直线不应通过 图形的交叉点 或与其

相切。若水平线与垂直线和图形的交点数分别为 ，则 所以 例如将标准频率 的电压加到 轴

上，将被测频率 的电压加到 轴 时的李沙育 图形如 图 所示，那么水平线与 图形的交点数 ，垂直线与图形

的交点数为 ，则 图 不 同频率 比的 李 沙育 图形 所以 李沙育图形法测量频率的精度很高，但操作较费时，同时它只适用于频率较低 的

信号。 相位 的测量 测量两个相 同频率 电压之间的相位差常用 以下两种方

法 。 双踪测量法 。双踪测量法就是利用双踪示波器在荧光屏上直接 比较被测 电

压 的波形 （它们 的幅度 最好相 同 ）的方法 ，如 图 所示，在波形图的时

间轴上量出 和 以后 ，就可 以根据以下公式确定它们之间的相位差。 图 双踪测量法测相位 图 椭 圆法测量相位

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第 53

页 ）椭 圆法 。椭 圆法测量相位差是把被测 电压之一加到 的

输入端，而另一个 电压加到 的输入端 ，这 时在示波器 的荧光屏上就得到一个椭 圆，其

形状与两 电压之 间的相位和幅度有 关 ，如 图 所示 。相位差 用下列公式来

确定 。 椭圆法测量相位的缺点是测量精度不高，测量结果又具有双值性，并且不能确

定 的符号。 习

题 三 低频信号发生器一般 由哪几部分组成 ？各部分有何作用？ 对低频信号发生器的要求是什么？ 对高频信号发生器有何要求 ？ 脉

冲信号发生器主要 由哪几部分组成 ？它们的作用是什么？ 比较正弦信号发生

器与脉冲信号发生器 的组成方框 图有什么不 同？ 什么叫频率合成 ？频率合

成有哪几种方法 ？各有何优缺点？ 合成信号发生器 的主要技术指标是什么 ？ 表征交流电压的参数有哪些 ？ 平 均值 检波 器和 峰值 检波 器 的工作 原理

怎 样 ？两者有何异 同 ？ 利用 峰值 电压表测量如 图所示 的 种

不 同波 形的交流 电压，设电压表的读数均为 ，问 ： 对每种波

形的电压 ，读数代表什么意义 ？ 它们 的峰值 、平均值 的有效值分别为多少 ？ 根据 测量 结果，将 个波形画于同一坐标上 以 资 比较 。 同第 题，

但改用有效值 电压表。 同第 题 ，但改用全波均值 电压表。 题 图 测量一个方波 电压 ，如图所示 ，

现分别用下列 电表进行测量 ，问读数是多少 ？ 串联峰值 电压表； 并联峰值 电压表；

全波均值 电压表 。 试述示波器的波形显示

原理 。 题 图 示 波 器 由

哪 几 部 分 组 成 ？各部分作用如何 ？ 如果示波器 输入端加 的标

准振荡器的电压 ，其频率 ，试根据示波器荧光屏上所得的李沙育图形 （如图）决定

被测振荡 器 的频率是多少 ？ 示波器 中“辉度 ”和“聚焦 ”旋钮 的作用有

什么不 同 ？其调节 原理是什么 ？ 题 图

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第 54 页 第 四章 阻抗 的测量 在科研和生产中，经常要测量各种 电子元件的参数。包括 电

阻值 （简称 电阻）、电容量 （简 称 电容 ）、电感 量（简称 电感 ）、品质 因素、损

耗 因素、阻抗 等 参数 。 电子元件参数测量 的方法很多，常用 的有 电压 电流法、电桥法和谐振法。 电压 电流法 用 电压表和 电流表分别测 出流

过被测 阻抗 的电流 和被测 阻抗两端 的电压 ，然后根据

欧姆定律，可得被测阻抗。 这种方法精确度不高，用普通万用表就能测量。 电

桥法 在低频状态下，电桥法是测量 电路元件参数最准确的一种方法。 谐振法

谐振法 的突 出优点是使元件 的测量条件与运用条件相一致 ，能在低频至超高频 的范 围

内 测电容量、电感量、品质因素等参数。 等效串、并

联电路 高频集总参数元件的基本形式是 电容器、电感器和 电阻器 。在高频情况下，

它们实际上均 是 电容量、电感量、电阻值各阻抗量 的组合，只不过某个参量起主要作用

而 已。在 电路中起主 要 作 用 的那个 参 量 ，称 为“主参量 ”，起 次要 作用 的那 些

参量 ，称 为“辅参 量 ”，有 时也称 为“残 量 ”。主参量和某些残量的组合，构成为我

们 的测量对象 。集总参数阻抗测量仪器鉴于其工作 原理、精度、使用方法、操作方便与

否等的不同，对测量对象均有所侧重，即它们主要是针对一 定类别的被测件 的；有时，为

了适应测量仪器给值 的方便或实际应用被测件 的合理性，阻抗量 的表现形式可能是 串联

型或并联型。本节讨论常用集总参数元件 （也称分立元件 ）的阻抗量表 达形式和等效电

路的转换。 一、等 效 串、并联 电路 电容器 作 为 一 只 电容 器 ，在 高 频 运 用

时 一 般 可 表 示 为 图 所 示 。 图中， 、 并、串形式表示的电容器的实际容 量 ； 电容器 的并联损耗 电阻 （主

要 由介质 图 电容器 的高频等效 电路及简化 及封装材料 的损耗和漏 电决定 ）； 全 电路； 忽略残 阻影响的电路； 高

频等效电路 电容器的串联损耗 电阻 （主要 由引线

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第 55 页 电阻、极板 电阻和焊接点接触 电阻决定 ）； 电容器 的残余 电感（主

要 由引线和极板决定 ）； 电容器 的高频有效 电容 。 根据 电容

器的高频等效电路，可以写出它的高频等效阻抗表达式： 其 中， 称为电容器的等效串联 电

阻。其阻抗模值为： 如果画出电容器的阻抗频率关系图，有如图 所

示的阻抗频率特性。 图 中 为 电容器在固有谐振频率 时所呈现 的

等效 电阻，由图可见，一只电容器在不同的使用频率所呈现的阻抗 性质不同，它可以是容

性阻抗，也可以是感性阻抗，也可以呈 现纯 电阻状态 。由此可见，我们测试 电容器 的

高频参数有助 于更合理地使用它们。 从图 ）可 知： 图 电容器 的阻抗频率特性 电感器 电感线 圈的电感量受频率 的影响

可使用 图 所示的等效电路来表示。 图 中， 自感； 直

流 电阻； 分布 电容 ； 漏磁和互感； 端 子和 匝 间

漏 电引起 的绝 缘 电阻； 与 耦合 回路 的等效 电感； 图 电感线 圈的高频等效 电路 与 耦 合 回 路 的等 效 电 阻 。 据实际分布参量，电感器 的最通用等效 电路可简化为图 所 示 。

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第 56 页 图 电感线圈存在 内阻和分布 电容时的高频等效电路 图 中， 高频有

效 电感； 高频等效 串联 电阻。 经过简单的阻抗变换可得： 或者 式

中， 线圈的固有谐振频率。 ， 电阻器 电阻器 的高频等效 电路形式上与

电感线圈相 同。电阻器的频率特性有两个 因素要考虑 ， 即主要是趋肤效应，其次是残感

和分布 电容。 对于结构简单的金属材料，其厚度大于趋肤深度时，有效电阻值可表示

为： 至于残感和分布 电容的影响，经分析与频率基本不具有谐振 的性质 ，并有互相

抵消的性 质 。 二、等效 串、并联 电路 的互换 为了根据实际情况灵活地选择

各种阻抗测量方法的仪器，熟练地掌握和运用集总阻抗 串、 并联 电路转换很有必要。

串联等效为并联 如图 所示串联方式的阻抗量可以等效为并联方式的导纳量 。 图 串联阻抗等效为并联导纳 则有

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第 57 页 并联等效为串联 如图 所示并联方式表示的导纳可以转换为等效的串联方式表示

的阻抗 。 图 并联导纳等效为串联

阻抗 则有 串、并联 阻抗等效 的实例 利用式（ 和 式（ 可以计

算一个电感器的等效并联导纳参数，如频率为 时， 电感量

为 ，品质因素 值为 的电感器，如 图 所 示 。 图 时一个 电感器的串、并联等效图 因为 这里 所以 变换为等效并联，有

所 以 又 因为 所 以 因此， 时，该 电感器等效为图 所示的电

路 图。 可见，网络的两种形式在该频率下等效，但所含元件的数值却大不相同。 电子元件测量 中的连接技术 电子元件测量 中的连接技术决定测量仪器示值与被测件

阻抗实际接近程度 。任何测量装 置的元件都是通过导线连接起来的，如果不估计这些导线

及接触 电阻的影响，就会引进误差 。

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第 58 页

值得注意的是：这些导线和接线柱不仅有直流 电阻，还具有 电感量和电容量

除了连接导线和 接线柱的阻抗外，还必须考虑线路中转换开关的过渡 电阻，过渡 电阻的

影响由于每次接触情况 不同而变化 。为了获得准确示值，应选择合理的连接方法，使仪器、

连接器和测试夹具的误差 降低到可能的最低 限度 。 一、测量 端连接法 二

端测量 在电阻器、电容器、电感器的测量中，只有两个端子接到被测件上去，其中一

端为公共接地 端，没有其它防护端，这种测量称为二端测量。 在一般用谐振法或简单

的电桥法的测量 中，大都是使用二端测量 。二端测量容易受到邻 近杂散 电磁场 的干扰 。

此外，在测量高阻抗时会受到两个端子之间的分布 电容 以及表面泄漏 等的影响；在测量

低阻抗时，又会受到引线电感、电阻和接触 电阻的影响。这些都会使测量误 差增大，甚至

不能测量。因此，二端测量的应用范围受到一定的限制。二端测量阻抗的范围一 般在 之 间。 三端测量 在测量 电路中利用公共接地点，在接被测件的两端以外增

加一个屏蔽防护端点，以避免邻 近杂散电磁场干扰 以及两端之间的寄生并联分路对被测参

量的影响，这种测量称为三端测量。 三端测量原理在高电阻测量仪器和具有低阻抗源

的仪器 （如变量器 比例臂电桥等）中应用 很广 。 三端测量 的另一优点是在 左右的频率范围内，可用带屏蔽的电缆线把测量端引到 离开仪器数米的被测件上进行测量，

而不致引起太大的误差 。此外，在低频范围内有关 电路元 件 参数 的精密测量及计量 中，

都必须采用三端测量 。三端测量 阻抗 的范 围一般 为 。 四端测量 在

元件两端各引两对引线做成四端，其中一端对 （电流端）接通 电流回路，使一定的电流

流 过元件而在其两端形成一定的电压降；另一端对 （电压端 ）把该 电压引到具有高输

入阻抗的电 压测量 电路上，直接或间接地测出此 电压与流经该元件 的电流，从而测出该

元件 的阻抗值 。这 种测量就是 四端测量 。四端测量能有效地消除引线阻抗和接触 电阻

的影响，特别适用于低 电 阻测量 （例如毫欧计）与低阻抗测量。四端测量阻抗的范围一

般为 之 间。 五端测量 将三端测量和

四端测量适 当地结合起来 ，既借助于低 阻抗将信号源和检测器公共接地形 成防护 电路，

又将元件接成四端作为四端测量，这样，四端加上防护 电路的公共接地端，就成了 五端测

量 。五端测量兼有三端和 四端测量的优点。因此，其测量阻抗范 围很宽，一般为 ，

且误差较 小 。 用五端测量法在高频段测量低 阻抗 时，电流引线和 电压引线 间互

感影响所引起 的误差 尚 未消除。由于该互感 的存在 ，电流引线 中电流所产生的磁场会

在 电压引线 中感应 出一个误差 电压，在高频段这种互感耦合尤为显著，甚至引线位置和

形状 的轻微变化，也会影响读数的准 确性 。 四端对测量 四端对测量如图 所 示 。

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第 59 页

图中，测量端有 根 同轴 电缆线 ，分别作为电流端 和 电压端 。电缆 的外屏蔽

导体作为测量 电流返 回的路 径 。因此 ，内外 导体 中 电流 的大小相等 ，方 向相 反，

在 电 缆外部不产生磁场 。同时，电缆的良好屏蔽特性 ，使它 对外界杂散 电磁场有较好

的抗干扰性 。这种连接能使 引线之 间电磁耦合减到最小 。又 能消除测量 引线和夹 图 四端对测量原理图 具 的分布 电容及残余 电感 的影响 ，适合从低值 到高

值 ）的阻抗测量 。 二、导线、连接 器、测试 夹 具及其影 响 通

常被测元件不能直接接到仪器上去，因而某种类型的机械转接器件是必须应用 的。我 们必

须认识到转接器产生的误差，并采取最好的措施予以补偿。这就是我们所讲的连接器、测 试

夹具。 每一种 电子元件参数测量仪器都是利用某些 电子 电路实现 的。被测量往往

构成测量 电路 的一部分，要使测量有意义，必须把被测量与电路其它部分区别开，并机械

地分离开；同时，为 避免周围环境的影响必须使连接部分具有机械和热的稳定性及 电气保

护 ；为保证测量 的重复 性，每一种连接也必须能够重复实现 。这些就是高频阻抗测量 中

被测件 的连接器必须具备的 基本特性，即被限定的参考平面、机械和热的稳定性、良好的

屏蔽及连接的重现性。 满足高频阻抗精密测量需要的连接器必须是中性精密同轴连接

器，即被测件的连接器和测 量仪器的连接器尺寸完全相同，它们的内外导体在同一参考平

面上，连接时不需要另加转接器。 有极性的同轴连接器一般都不属于这种精密同轴连接器。

但是，实际上被测量元件的引脚是各 种各样的。把被测件与仪器测量端 口联系起来的器具

或电路称为测试夹具。若把起连接器转换 作用的测试夹具从结构到等效电路及 由其引起的

对测量结果修正都搞清楚，则实际被测件无论 用何种连接器形式，或采用何种测量端 口的

仪器来进行测量，都可有确切的准确度概念。 对测试夹具的基本要求是：极小的分布

阻抗；夹具的残量为一常数且在一切工作条件下都 保持不变；良好的重复性。被测件和测

试夹具间也会产生相互影响。例如，杂散电磁场使测量 的未知残量增加，故引线长度应尽

可能短以减少残量。 导线的影响 例 直径为 的导线，在长为 时直流 电阻为 ，两平行导线间电容为： 式 中， 一根导线长度

（ 两根导线之间的距离 （ 导线直径（ 对于两根平行导线，如

果全面考虑它们的电容量、电感量及其直流电阻 时，则总的

阻抗为： 转接器的影响 用单个元件等效一个转接器如 图 所

示 。

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第 60 页 图 用单个元件表示 的转接器 而实际上随测量频率升高，待测阻抗增大，被测导

纳增大等，转接器的等效网络也会更复 杂，网络中的串、并联元件也会影响测量结果。

测试夹具 的影响 测试夹具参量 的简单相加法 。当被测件本身阻抗值较小且在较

低频率下测量时，可 认为仪器测得值是被测阻抗值加上测试夹具的被测参量，即 式中， 和 分别表示电容、电感、电阻和电导； 下标 仪器测得值； 下标

被测实际值； 下标 残余量 。 ）仅考虑 电抗参数的影响。通常残感会

与被测件 的电容量产生串联谐振 ；分布 电容会 与被测件 的电感产生并联谐振 。这种现

象特别容易出现在较高频率下 。由于谐振现象产生的 附加误差，将随频率的平方关系产生

影响。理论上有 根据上述两种处理方法，可从仪器测得值中换算出被测值。 电 桥 法 有人把伏 安法比作 “秤”，而把电桥法比作 “分析天平”。可见电桥

法测量电路参数是比较 精确的。电桥法实际上是一种 比较测量法，把被测量与同类性质 已

知标准量进行 比较，从而确 定被测量的大小。电桥有以下几类： 直流单 电桥 直流电桥 直流双 电桥 电桥 电感 电桥 交流 电桥 电容 电桥 万用 阻抗 电桥

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第 61 页

一、直流电桥 直流 电桥用于测量直流 电阻，电阻按阻值大小分为 个量程： 为中值电阻用单电桥测量； 为低值 电阻用双 电桥

测量 ； 高于 为高值 电阻属于绝缘电阻测量部分。 单电桥 （惠斯登电

桥） 这是测量 中值 电阻常采用的方法，它不仅精度高且测量简单。 工作原

理 。图 所示为直流电桥原理图。图中，接 入被测 电阻 的桥臂称为未知

臂或被测臂，其余 个臂接标 准 电阻或可调 的标准 电阻 为检

流计 。 平衡 时， 两点 电位相等，即 所以 即 由 有 则有 或 图 直流 电桥原理图 称为比例臂， 称为 比较臂。 ）特点。从平

衡方程可推断出桥路的特性如下： ① 电桥 的平衡条件仅仅是 由电桥臂各参数之间的

关系确定的，而与 电源及检流计 内阻无 关 ； ②平衡条件与 电源及检流计位置无

关 ； ③ 电桥相对臂位置互换 ，平衡条件不变； 一个对角线的状态不影响另

一个对角线的状态 。 误差原因及消除。 ①元件制造公差 的影响。由 则

选用有相同的正的相对误差或选用的相同的负的相对误差的元件可提高准确度 。 ②热

电势的影响。若某一桥臂上有热 电势存在 ，则破坏平衡条件 。如果在有热 电势情况 下，

平衡指示器指零，桥臂参数之间并不满足 ，则以此确定被测

电阻将造成误差。

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第 62 页

消除方法有： 改变电源极性，取两次读数平均值； ）虚零法 。即

电源未接通时，由于有热 电 势，检流计有指示值；接通电源，调节使其在上次检流计指示

点上平衡。 ③接触 电阻和连接导线 电阻的影响。为此 限制被测 阻值 的测量下 限，

根据准确度不 同， 下限有 不 等 。 ④灵敏度差。 ⑤绝缘不 良。

双 电桥 （开尔文电桥） 双 电桥是用于测量低值 电阻的一种方法 。 工作

原理 。双 电桥如 图 所 示 。 图

中， 测定臂 电阻箱； 标准 电阻； 被测 电阻； 调节回路电流的调节 电阻； 及 标准 电阻和被 测 电阻的电流 接 头 ； 图 开尔文 电桥 及 电位接头。 调节 或 （同步调节 ），电桥平衡 ，检流计

电流 等 电位，则有 可得 在实际制作调节时，保持 则 ）特点

及措施。 ① 标准 电阻 和被测 电阻 均采用 四端引线法 ，电流接头在

电位接头外侧，即电位 的 引出线之间只包含被测 电阻 。由于采用了四端引

线法，被测 电阻 和标准 电阻 之间的 接线 电阻及接头 的接触 电阻均可认为包含在 内。只要保证 ，则 不 论

多大 ，不影响测量结果 。 与电源的接线电阻和接触 电阻，只对工作电流有

影响，不影响桥路平衡。 ③线路灵敏度低。 ④ 不 能 在 的工作状态下测量 。

⑤连接标准 电阻和被测 电阻的导线采用宽而短 的铜带线 。由于指示器灵敏度 的限制 ，

电

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第 63 页 阻

元件 调整偏差 的存在 ， 以及 四端 电阻 的引线 电阻的影 响 ，不可 能真正做

到 ，因 而还是存在误差的，这样就希望 尽可能小 。 电位接头 、 的接触 电阻和接线 电阻均与各 比例

臂 电阻 串联分别包括在 相应的桥臂支路里，所流经 支路 的电流均 比

流经 的电流小得多，加之桥臂 电阻 都选在 以上 ，接

触 电阻和接线 电阻对于桥臂 电阻值是很小的。所 以对测量 结果的影响也是极小的，这

样也减小了这部分接触 电阻和接线 电阻对测量结果的影响。 ）误差原因及消除。

设计时要求 ，若这两个值不等 ，便 引进误差，运用三步 平衡

双 电桥可消除。 二、低频 电桥 直流 电桥只能用来测量直流 电阻，不能用来测

量 电抗元件 。而交流 电桥能测量 电感、电容 及其交流等效 电阻等参数 。低频 电桥是

一种交流 电桥，它的电源频率在 之 间 。这 里介

绍低频电桥的原理、种类及特点。 原理 图 所示为交流电桥原理图。 图

中， 组成 个桥臂； 为检流计； 为交流 电 源 。平衡时

电位相等 。 或 得 平衡时 得 图 交流 电桥原理 图 式（ ）是交流电桥的平衡条件。 在信号为正弦波情况

下，桥臂阻抗可以写成复数的指数形式： 式中， 各阻抗 的模

数； 各 阻抗 的相角。 将上述关系代入式 （ 得 ：

根据复数相等条件，则

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第 64 页 即

交流电桥必须满足两个条件：一个是振幅平衡；另一个是相位平衡 。原则上，电桥各臂可

以 由纯电阻或电抗 （电感性的或电容性的）或复阻抗构成 。必须指出，任意不同性质的 个阻抗 组成 个 电桥就不一定能够调到平衡 ，必须参照式（ ）、

式（ 把不 同性质 的阻抗作适当 配合 。 由于要求能分别读数，因此，实际上采

用的是这些有限的交流电桥线路中的一部分，实用 阻抗四臂电桥大多数是具有两个非复数

臂 （纯电阻或电抗 ）的电桥。表 列出了常用 的几种 四

臂 电桥线路 。 特点 交流电桥与直流电桥相比有如下特点： 电桥的

组成元件不同。直流电桥 由纯电阻组成，而交流电桥还有容抗和感抗元件 ； ）供 电

电源不同。直流电桥 由直流电源供 电，而交流电桥由高频 电源供 电； 直流 电

桥平衡是通过调节一个可变参数来实现 的，而交流 电桥 的平衡需调节两个可 变参数 。

三、高频电桥 随频率升高，低频 电桥中所使用的电阻器、电容器、电感器都因分布参

数的作用而使有效 参数受到影响。在几百千赫 以上，低频 电桥 已无法使用。常见的高频

电桥有：变量器电桥和双 电桥 。 变量器 电桥 电桥是一个阻抗 电

压（或 电流 ）变换器 。电桥首先将其变换为 电压（或 电流 ），然后通过测 量电压 （或

电流）来得知阻抗。平衡时： 这里，所提供的是一个 比例，称为比例臂。实际上不一定必

须是阻抗比才能完成这一任务，只 要能提供一个联系被测阻抗和标准阻抗之间比率的可调

比例器就行 ，从而达到用标准阻抗确 定被测阻抗 的 目的。变量器 电桥 以紧密耦合的电

压或 电流变量器为比例臂，这种 电桥可 以实 现分别读数和分别平衡 ，收敛性也好。 变量器阻抗 电桥 电路如图 所示 。 图

中， 信号源侧变量器 的圈数 以 及指示器

侧变量器的圈数 。平衡时，有： 即指示器侧两线圈中的磁势

大小相等且相位相反，且 图 变量器阻抗 电桥 电路 所以 变量

器可以根据其圈数比提供非常准确的电压或阻抗 比值，使屏蔽简化，减弱变量器指示 侧两

端的分布参数对 电桥平衡 的影响。 ）变量器导纳电桥 电路如 图 所

示 。 图 中， 标 准 电导；

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第 65 页 表

几种常用 的交流 电桥

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第 66 页 标准 电容 。 导纳 导纳 由式（ 得 ： 即 则 图 变量器导纳 电桥 电路 用

标准 电导来平衡 电导分量 ；用标准 电纳来平衡 电纳分量 。由公式可计算被测 电导和

被 电纳 。 ）特 点 。 ①宽的频率范围； ②对电阻、电感、电容有宽的

测量范围； ③校准容易 ； ④可实现 自动化； ⑤能测量接地的平衡或不平

衡 阻抗 ； 测量速 度慢 。 双 电桥 高频小导纳精密测量仪是测量

高频阻抗量值精度最高的仪器 。 ）原 理 。 ① 型网络。 型网络参考

电流 、电压及方 向如 图 所示 。对节点 有 ： 沿外 回路 且 图 型 网络参考 电流、 电压及方向 由此

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第 67 页

当上面 型 网络 中 时 ，即输 出短路 时，有 ② 双 电路 。双 电

路如图 所 示 。 其阻抗连接成两个 “ 形，与 电桥有相似特性，称

为双 电 桥 。 果图 中 和 的振幅相等且相位相反，则指示器 指 零 。 由图 可 知： 图 双 电路 由 可 知： ③ 双 电桥 。双 电桥如图 所

示 。 当被测导纳未接到 端 时 ，调 节

使 电桥平衡 。由 则 在

接入被测导纳 时，重新调节 到 图 双 电

桥 、 使 电桥平衡 ，有 当被测导纳接入到 端 时，重新调

节使 电桥平衡，有 ）被测导纳先在 端测 量 ，后在 端测量 ，可得：

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第 68 页

上述 可根据增量 电容的变化来计算 ，不需要知道 网络 中其它阻抗值 。两次测

量只 是一种 自校准测量 ，只依赖于 电容测量确定 阻抗（导纳 ）值 ，所 以精度最高 。

④ 特 点 。 双 电桥是测量高频阻抗精度最高的仪器； ）双 电桥 的

信号源、指示器、被测件及可调元件 有一公共接地端 ，因此可减少

寄 生电容及残余引线电感的影响，易于屏蔽； ）双 电桥的平衡条件与信号源频

率有关。 谐 振 法 谐振法是测量

阻抗的另一种方法 。其精确度虽不如交流 电桥 ，但交流 电桥在高频时精确 度并不很高，

所以在高频时采用谐振法比较易于获得较好的结果。在实际电子线路中，高频 电 路元件大

部分作为调谐回路元件使用 ，故用谐振法进行测量 比较符合实际工作情况 。谐振法 是测

量高频 电路参数（电容量、电感量、有效 电阻、品质 因数等 ）的一种重要手段 。谐振

法往往 用做确定回路参量 ，而不是单个元件参量 。用谐振法确定个别元件 的电阻和 电

抗或 电导和 电 纳 ，只有在其它回路元件是 已知或者它们对回路的贡献可 以不考虑的情

况下才能实现 。这一 特点就决定了它不可能用作高准确度阻抗的 量，

为了克服这一点，在谐振法 中使用替代法和 比较法 。典型 的谐振法测量仪器是

表 ，所 以谐振法也称为 表法 。其工作频率在 至 ，或

至 ，最高可至 一、工作原理 谐振 电路 串联谐振 电路 。串联谐 振 阻抗测量 原理如 图 所示 。当信号源 的角频率 等于 回路 的固有谐振 角频率 时，回路达到谐振状态 ，此 时 谐振

时回路的总 电抗为 ，即 则 图

串联谐振阻抗测量原理

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第 69 页

此时回路总阻抗为纯 电阻，即 ，回路 电流 ，是最大值 ，

它在 电容器上产 生的压降 也达到最大值 。 据 品质因素 值基本定义，

它是 由整个回路元件的总储能与能量消耗关系来定义的，即 系统储能 一个周期 内耗能 因此 谐振 时，已知

及 ，可测量 已知 及 ，可 测 量 ；已知 及 ，可求得 。 图 就

是利用 电压表分别对回路输入 电压 和 电容 上的谐振 电压进行测量，

即可求回路 值 ， 当回路 电容损耗可忽略时， 和 之 比

即为 电感线 圈 的 值 ，这就是 表原理 。 ）并联谐振 电路 。并联谐振 阻

抗测量原理如 图 所 示 。 测量中，保持信号源的频率和 电流不变，改变回路 电

纳或电导，观察谐振 曲线的变化，计算回路被测件的 阻抗参数 。有时也通过改变信号源 的

频率来测量谐振 回路 值。 回路和元件的 值 回路真实

值 。式（ ）表示的是理想条件 下的回路 值 ，实际上每个 电感器都有分布 电

容 图 并联谐振阻抗测量原理 每个

电容器都有分布 电感 ，如 图 所示 。当分布参数远 小于 真实参数时，即 时，由能量关系定义的 值 可 以近似表示为： 式 中， 回路真实 值 ； 回路等效损耗 电阻。 图 含分布参数 的实 回路

有效 值 。当串联谐振回路与信号频率谐振时，回 际串联谐振回路 路 电容器两端 电压 为： 式中， 回路电容器 及引线电感 的高频等效 电容 。有 当串联回路谐振时， ，则

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第 70 页 式

中， 回路的有效 值 。 定义为：在一个实际谐振回路中，回路电容器的

有效电抗 （回路线 圈的有效 电抗 ）与整个 回路 的等效 串联损耗 电阻之 比值 ，即

由式 ）可知 ，电容 器两 端 是输入 电压 的 倍 ，即 与 值

成正比 （有效 值 ），而不与 回路 的 值（真 实 值 ）成正 比。这是测量 值 的基础 表也就是基于这一原 理制作 的。 ）元件的有效 值。从测

量来看，先测出各个元件 值，再算出待测回路的 值 。元 件的

有效 值定义为 ：某一元件与一理想的无损耗元件组成的谐振回路的有效 值即为元 件的有效 值 。若 电感线圈和 电容器的有效 值分别为

和 ，则由它们组成的整个回 路的有效 值 为： 二 、 表 表由

部分组成：高频振荡器、测量回路和指示器。其组成如图 所

示 。回路 中 是电感线圈的 和 电容损耗的 的

总和 。由于高频振荡器不是 理想的恒压源，它的内阻

抗 ，其 中 为 电阻分量 为电抗分量，

回路谐振时， 表组成 回路的 图 （ ） 可见，由于信号源 内阻抗的电阻性和 电抗性分量对测量结果的影响，电感 和 电容 不 能 由式（ ）来确 定 。 采取措施使 的影响不可

忽略，使输入电压不恒定，使 值偏小，谐振 曲线变钝， 谐振点难 以判

断，导致测量误差增加 。为了减小 的影响，振荡器与测量回路采用

了 种耦 合方式，如 图 所 示 。 图

表 的振荡器和测量回路 的耦合方式 电阻耦合； 电容

耦合； 电感耦合 电阻耦合 图 中， 是很小的电阻。这种形式用在

射频段和 中等 值 的测量 中。

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第 71 页

电容耦合 在图 中，要求 损耗小、容量大。这种形式不适用作低频 表 。 电感耦合 在 图 ）中， 为小电感 。这种形式 的 表

测量准确度高 。 目前用的 表工作在 频段，采用 电容、电感

耦合方式 。 三、谐振法测量阻抗的应用 表的基本工作方式是被测件与内部标

准 电容组成谐振回路，通过容量变化，求得被测件 的电抗成分，通过谐振幅度变化求得被

测件的有功成分。 表 的应用取决于被测件 的连接方 式、数据

处理技术和残量修正方法。 表的 个外接线柱排列示于 图 种连接方式分别 示于 图 、图 、图 图 表外接线柱排列 图 表直接测量法被测件 的连接 图 表并联替代法被测件 的连接 图 表 串联替代法被测件 的连接 表直接测量法 图 所示是

表直接测量法的连接情形，适用于大多数电感线圈的测量 。谐振 回路借 助于改变调谐 电

容器的容量或改变信号频率达到谐振 。 “指示 值 可 以从

表谐振指示 电压表上直接读得 ，线圈的电感量可 由频率值和 电容值来计算得到，如果频

率值置于 “ ”点 （根据 电感测量范围预先选定的一系列可直读 电感的频率点），则线

圈的有效电感可在调谐 电 容的 刻线上直接读 出。 无论是“指示 ”或

有效 电感读数都是未考虑仪器固有残量的影响的被测值 ，它们与实际 被测值的差别受 表回路固有残量影响视不同使用条件 （电感量、 值、工作 频 率 而

异，严格 的数学表达式可从图 表示 的 表测试回路等效电路导出。在进

行直接测量法测量时，图 可简化为图 图 、图 中各符号的意义如下： 信号源耦合元件， 两个接线柱及连接线的等效残感和残阻； 两个接线柱的等效残感和残阻； 调谐 电容器 的残感、串联等效

残 阻、并联等效残 阻（包括 表指示 电压

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第 72 页 图 表测试 回路等效 电路 图 表直接测量法简

化等效 图 表 的输入 电阻 ）； 被测的电感器和电阻器； 回路的

总串联损耗 电阻。 回路总等效 电阻 。与其它残量的关系为： 其中 根据

值 的定义的等效电路各残量意义可导出严格的被测 值和被测 电

感量表达式： 这里 是“指示 值 ”，也称“回路 值 ”，概念 上 与公

式（ 所示 的回路有效 值相 同。它与整个谐振回路损耗有关，当固有损

耗非常小时，指示 与被测 非常接近 。 在 值 的

基本测量 中，为了适应操作简便、计算简单、应用范 围广、基本直读等要求 ，宁可 损 失

准确度（有 时是作相对 比较测量 ）。总是认为 表并联替代测量法 图 所

示的连接方式适合于高阻抗元件如高值 电阻、大 电感的小电容的测量 。在被测 件跨接到

表的电容接线柱两端前，测量回路必须建立第一次谐振，以获得 的参考值； 然后，根据被测件接人之后建立的第二次谐振中得到的 值 ， 由相应 的方程 即可解 出被 测阻抗的数值 。

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第 73 页

大电阻测量。当测量回路用 表所带的辅助谐振工作线圈调谐，并读得 之后 ， 将被测大 电阻并联到 电容接线柱上，可观察到指示值 值

的降低 。为 了提高二次谐振 中 变化量的读取分辨率，往往使用 值指示

电压表特设的 指示档 。大 电阻的参量用下列公 式计算： 电阻值 电

抗值 如果电阻器是感性的，则有 ；公式 中下标 表示未接被测

件时的量，下标 表示接 上被测件获得的量，这种规定在 表的

应用中已成惯例。 ）大 电感测量 。如果调谐一个被测线 圈所需的配谐 电容 ，在

测试频率下使该配谐 电容 小 于 这是高频 表调谐电容的最小值），则称这类电

感为大电感。在上述 “直接测量法” 中，测试频率下 的调谐线 圈所需的电容可从谐振 电

容度盘上直接读 出，线 圈的电感量不能太 大，也不能太小。并联替代法的电感测量计算

公式如下： 有效 电感量 有效 值 ）小电容测量。小于 的

小 电容器可在 表上用简单 的替代法测量 。计算公式如 下： 有效 电容

有效 值 有效并联 电阻 表 串联替代测量法 低阻抗元件 （包括低

值 电阻、小电感线圈和大电容器）可用图 所示方式连接被测件，

即被测件与一个辅助工作调谐线圈串接 （串接在低 电位端 以减少分布参量的影响），在

第一次 建立参考谐振时，应用一个短而宽的短路片把被测件短路掉，短路片的接入或移去

仅起物理连 接作用，不影响回路的电性能，辅助线圈和被测件的相对位置也不允许变

动。 ）小 电阻测量 。在断开短路片把被测小 电阻串入谐振 回路时，将导致谐振 回

路 值的 降低，为提高 值测量分辨率，应注意使用 表 的 设备，电阻参量的计算式如下： 电阻值

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第 74 页

电抗值 如果是纯 电阻性 的，则有 ，电阻计算式为： ）小 电

感测量 。在建立带短路片第一次参考谐振 时，应选择辅助调谐线 圈使谐振 电容 量落在

较大容量范围 （ ）内。电感计算式如下： 有效电感 有效 值 大 电容测量 。当被测 电容量大于 值 电容量的可变范 围 （一般

为 ）时，适 用 此 方法 。在建立第一次参考谐振 时应适当选择辅助工作

调谐线 圈，使被测 电容 串入之后不会 出 现大于 值最大调谐 电容读数 的 值 。电容参数 的计算如下： 有效 电容值 电容器的有效 值 四、

谐振法测量 的特点 适于高 值测量； ）测量速度 比电桥法快； ）

频率范 围宽； ）易于使用外部标准来扩展阻抗测量范围； 测量过程中易于

实现频率的改变，适于被测件的频率特性测量； 测量精度不及电桥法高； ）

不适于低 值测量； 频率须严格监控。 虚、实部 分离法 对集中参数 等除了用 电桥法和谐振法进行测量外，

还有虚、实部分离法。它是 将被测元件的阻抗值变换成 电压值，再用数字式电压表测量

（也可在经过 变换后用微机

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第 75 页

进行测量）。这种方法具有快速测量显示的优点。 一、基 本 原理 阻抗变换

部分 在 图 ）中，当被测元件加上 电压 后，则有 在测量中往往

把 电流转换成 电压来测量 ，因此在如图 所示 的电路 中接入一个标准 电阻

器 ，则 由于被测元件 的阻抗为复数，所 以电压必须用

交 测量被测元件 的

电压 流信号源 。式（ ）中 和 之 比 为 一 矢 量 电压 比 ， 这 一 图

矢量电压比包括了有功分量和无功分量，根据式 （ ）可 对 应 和 电流 的 电路 求 出被测阻抗 的有功分量 和无功分量 在具体的

测量方法中，为了将阻抗变换成矢量电压 比，一般都采用运算放大器来实现，如 图 所

示 。图 ）所示电路适于测量较高阻值的电阻，图 所示 电

路适于测量较 低 阻值 的电阻。 图 阻抗 电压变

换器 对于图 ，运算放大器的输出电压为： 式 中， 与 为同相分

量， 与 的相位差为 分别与 、 成正 比，并可用鉴 相

器 和 分离 出，由数字显示 和 的测量结果。 对于图 ，

一般是令 ，运放增益为 ，则

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第 76 页

由式（ 式（ ）可见，运算放大器输 出电压 包含与信号源 电压 同相的分量 （实 部 ）和 与 相位差 为 的分量 （虚 部 ），而 被 测 阻

抗 中的 和 又分别包含于 和 之 中，因此分离 出 和 就能分

别测出 的有功分量 和无功分量 和 同样可用数字显示。 虚部和实部的分离 在实用 中可 以利用集成模拟相乘器（乘法器 ）作为鉴相器，容易

实现实部、虚部 的分离。以 测量较高阻值的电路为例，如图 所示，在

鉴相器 的两个输入端分别加入 。以及 与 同频同相分量，则可以分

离出实部 ，在鉴相器 的两个输入端分别加入 。以及 与

同频 而相位差为 的信号，则可 以分离 出虚部 图

虚部与实部分离的原理方框 图 令信号源 电压 为正弦波 ，即 。是信号

源 电压 作用在 上产生的输 出，且 式中， 振幅。 在鉴相

器 包括集成模拟乘法器和低通滤波器）的输出为

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第 77 页

在鉴相器 的输出为 由式（ ）看 出，鉴相器 的直流输出 正

比于运算放大器输出的实数部分；鉴相 器 的直流输 出 正比于运算放大器输

出的虚数部分。在鉴相器后面接 了 转换器， 一般为双积分 转换器 。这样 ，就可 以实现对被测元件 阻抗参数测量 的数字化和计算机 化 。 这

种数字化的虚实部分离法一般用在 自动阻抗测量中，其测量精度取决于参考 电压源 （信

号源 、标准 电阻器 以及输出电压的显示系统。 上述为阻抗测量的数字化

方法，下面介绍阻抗测量的自动化。 二、阻抗测量 的 自动化 图 所示为数

字式 自动测量阻抗的一种方案 。它利用集成电路和 电子 自动平衡原理， 分别测出被测

阻抗的有功分量和无功分量，并用数字显示。 图 数字

式 自动阻抗测量 测量 电路； 测量 电路

图 ）所 示 为 测量 电路，电桥平衡 时，检 出器 中无 电流通过 ，此 时，被

测 阻抗两端 的电压为： ） 而标准 电

阻 上 的电压为 和 之间的关系为 图 所示为 测量电路 。

此时，平衡电压发生器 同振荡器与图 中的位置

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第 78 页

对换，电桥平衡时有 由式（ ）和 式（ ）可知，若电压比测量部分以矢量

形式测得 、 的比值，则 由实数 部分导出 或 ，由虚数部

分导出 或 。矢量 电压 比的测量用双积分电压技术来实现 ， 测量结果经过一

定的逻辑运算电路之后，送到十进制计数器计数，并按参数单位在显示器上显 示 出来 。 图 自动平衡原理电路 至于 电桥部分如何实现 自动平衡 问题 ，现 以测量 为例说明。图 为 自动平衡原理 电路。在图中，开关置于 端，若

电桥未平衡 ，则不平衡 电流流入电流检出器 ，其输出端有 不平衡 电压输出。此 电压被

放大后，在相位检波器中产生正比于 有功分量和无功分量 的

直 流 电压 。它们分别 由积分器积分，并在调制器中调制为 的信号，取得对应于 不 同分量的两个 的参数信号 和 ，

它们在加法器 中合成为 ，加到标准电阻 上 ，以 减小不平衡电流，

从而实现 电子 自动平衡 。电桥平衡之后 也就不再变化 。 阻抗 的常用测量方法 比较 阻抗的常用测量方法 比较如表 所 示 。 表 阻抗常用测量方法比较

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第 79 页 续表 习 题 四 有一 网络，在频率

为 时测得其 阻抗值 为 ，试推导其并联等效 网 络 为什么双电桥能测低阻？ 推导并联 电容 比较 电桥和麦克斯韦 文

氏电桥的平衡条件 。

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第 80 页

臂 比电桥和臂乘 电桥 的特点是什么 ？它们各适用于测量何种性质的阻抗 ？为什么 ？

用谐振法测量电容和 电感时，回路 电源的形式有哪些？各有什么特点？ 表测量 的原理是什么 ？ 如何利用 表测量标称值为 的电容 ？ 简述数字

化测量阻抗的原理。

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第 81 页

第五章 电子元件基本参数 的测量 电子元件参数的基本

定义 这里只介绍 大类基础元件 的参数：电阻器、电容器、电感器 的有关参数 。

电阻器参数（ 标称阻值：电阻器设计所确定的，通常在电阻器上标出的电阻

值。 ）额定电压：用标称阻值与额定功耗乘积的平方根计算出的直流或交流有效值 电

压。 ）临界阻值：额定电压等于元件极限电压时的阻值。 元件极限电压：

可 以连续地施加在 电阻器两个引出端上的最大直流或交流有效值 电 压 。 ）额 定

功 耗 ：在 ℃环境温度下，进行 ℃耐久试验 ，并且不超过该试验的允许 阻

值变 化 的最大允许功耗 。 ）电阻器的温度特性：可表示为电阻温度特性或电阻温

度系数。 电容器参数（ 标称 电容量 ：电容器设计所确定的、通常在 电

容器上所标出的电容量值。 ）类别温度范围：电容器设计所确定的能连续工作的环

境温度范围，该范围取决于 电容 器相应类别 的温度极值 。 额定温度：可以连

续施加额定电压的最高环境温度。 ）时间常数：绝缘电阻和电容量的乘积，通常以

秒表示。 损耗角正切：在规定频率的正弦电压下，电容器的损耗功率除以电容器的

无功功率。 ）电容器 的温度特性 ：是在类别温度范围内给定一个温度范围所 出现

的电容量 的最大 可逆变化，通常是 以 ℃为基准温度的电容量与有关温度的电容

量的百分 比表示。 电感器参数（ 标称电感值：电感器设计所规定的，通

常标志在电感器上的电感值。 值：在正弦波作用下，电感器在一周期内贮存能

量与损耗能量之比。 直流电阻：应使用低直流电压，在尽量短的时间内通电测量，

以符合下式： ）类别温度范围：电感器设计所规定的能连续工作的环境温度范围，

该范围取决于 电感 器的相应类别的温度极限值。 ）电感器 的温度特性 ：电感器

在给定的类别温度范围内出现 的电感值最大可逆变化 。 通常 以参考温度（ ）

的电感值与有关温度的电感值的百分 比来表示。 电子元

件的检验要求 检验分类 在 电子元器件质量评定体系（ ）相应

的电子元件总规范中规定：凡是制造厂生产的电

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第 82 页 子

元件，都要经受各组检验，并且规定了各组检验要求，主要有 组 、 组 、 组 、 组等几种组 次，每组检验要求不同。 组检验是对检验批 中每

一个样 品或全部产 品进行非破坏性试验 ，以证实产 品符合标准 要求，主要针对那些易

受生产工艺或生产技能变化影响的特性 。 组检验是对那些更多受零部件或设备影响

的特性，受检样品比 组 少 。 组检验是破坏性试验，

对那些依赖产品设计及材料特性所进行的试验，受检样品比 组 少 。 组检验是破坏性试验，产品受检后不发货。 测试项 目 固定 电

阻器空 白详细规范一览表如表 所示。其它可参看有关书籍。 表 固定电阻器空白详细规范一览表（电气测试项目摘录） 电阻器参数 的测量 、电阻器 参 数 电阻值 通常所说的电阻值指 的

是直流 电阻值，即在 电子元器件或材料两端施加 的直流 电压 与 其通过的稳态电流之比值，即 作为绝缘材料的电阻值，称为绝缘 电阻。实际上，

流过材料的电流 由两部分构成，即表面 电流 和体积 电流 。相应地有表面 电阻 和体积 电阻 。对于电子元件，测得的是总电 阻。 电阻率 阻值大小不

能反映材料本身的特性，而 电阻率可 以表征材料本身的特性 。它与材料 的尺 寸、形状

无关 。

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第 83 页

电阻率是单位长度上所承受 的直流 电压 （即直流 电场强度 ）与

单位面积所通过的电流 （即电流密度 之 比，即 体积 电阻率 式 中，

电极相对面积； 电极 间距 。 的实用单位为 ，在数值上等

于每边为 的正方体材料两对面间的体积电阻。 而 是沿材料表面 电流

方 向的直流 电场强度 与单位宽度通过 的表面 电流 之 比，

即 式中， 电极宽度； 电极间距。 的实用单位为 ，在数

值上等于一正方形两对边间的表面 电阻。 二、电阻值的测量 中阻的测量

中阻测量的方法有：电流电压测量法、电桥测量法。以电桥测量法为主。 电流 电

压测量法 。该方法借助 电压表测量 出施加在 电阻上 的直流 电压 和通过 电阻 的稳态电流 ，从而确定 电阻 ，即 在这种测量方法中最突

出的问题是 电压表和 电流表如何正确地连接，图 表示

了两种 常用的连接方式。 采用这两种连接方式所测得 的结果 都是近似的，但具体采

用哪种连接方式， 决定于测量准确度的高低，而准确度取决 于被测电阻 的大小。

对图 的连接方式，因为 图 电流、电压表的连接 所

以 则造成的误差为

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第 84 页

可 见 ， 越大，误差越小，采用这种连接方式时，希望选用 大的

电压表，并且这种电路 测得值 比真实值偏小。 对图 连接方式： 可见，

当电流表 内阻相对于被测电阻很小时，误差很小，而且这种连接方式所造成的误差 使测得

的结果总是偏大。 根据上述两种连接方式作 出的相对误差与被测 电阻 的关系 曲线如图 所 示 。 从 图上可知：当 很小时，采用（ ）连 接 方 式 ；当 很 大 时 ，采

用（ 连接方式；但 当 不是很大也不是很小时，连接方式 按下式确定： 当两种连接方式造成的测量误差相等时，可选

择任意连接方式； 当 时， ）连接方式相对误

差小； 当 时， 连接方式相对误差小。 图

两种连接方式的 采用一般 电工仪表测量 ，使测量结果精度很高是 困难 的。

现 误差曲线 在常采用运算放大器来构成 内阻很高的伏特表和 内阻

很低 的安培 表 。测量结果可直接读数。在这种数字化测量中，用运算放大器测量电阻，

正是利用了运算放 大器线路内阻大，放大倍数大，线性好的结构特点。 ）电桥测量

法。这是中值电阻测量中常用的方法。它不仅精度高，而且测量 比较简单。 最简单 的如

前面所讲 的惠斯登 电桥 。正确选择 比例臂的比值是使测量结果取得精确 的重要条 件 。

正确选择 比例臂的基本思想是：充分发挥 电桥读数臂的所有旋钮的作用，也就是说，当转

动所有旋钮时都能读到有效数字。 电桥测量法 中应注意 电源对角线和指示器对角线

的正确连接 ，如 图 所示 。一般不应 对换连接，这是因为：

①对换连接将改变 电桥输入 电阻和输 出电阻，会影响 电桥灵 敏度 。 在图 中

电桥输入 电阻为 ，在平 衡 时，可认 为检 流计 支 路 的电阻无穷大，即对角

线开路，因此 若对换连接，则电桥输入电阻为 ，在平衡 时，可认为

对角线 图 电桥的连接

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第 85 页

开路 ，因此 对角线互换后，输入 电阻与输出电阻也要互换。由于 是两个小 电阻， 是两 个大 电阻，电源对角线和指示器对角线互换后，电桥的

平衡状态不会改变 ，但 电桥的灵敏度却 发生了变化 。由基尔霍夫定律 ，可推导出电桥

不平衡时，指示器流过的电流为 如对角线互换后，电桥不平衡时，指示器流过的电流

变为 所以 由于检流计的分辨率是一定的，实际调节过程中不可能绝对平衡，因此按后

者连接灵敏度 降低，误差增加。 ② 电桥实际结构 的限制 。为了防止操作不正确而

使 电桥严重失衡 （将导致检流计支路 电 流过大而烧毁），一般均附加检流计保护装置。

对角线互换后将起不到保护作用 。当电桥 电压 一定时，一般 电桥均是将两个较小的电阻

器接在 电源的对角线的一边，而将两个阻值较大的电 阻器接在电源对角线的另一边，这样

连接后，电桥灵敏度比较大。 由式 （ ）知 ，在元件 允许 的功率范 围内，使 尽可能大一点，这样 电桥灵敏度变高 。检 流计的选择应考虑它与线路阻抗相匹配，即使

检流计的内阻接近于 电桥的输出电阻，于是电桥 的灵敏度达到最大。 普通 电桥测量

电阻值 的范围有一定限制 。高电阻不可能采用 电桥测量 。这是因为： 被测电阻

值增大，支撑材料的电阻的分路作用影响增大，将会造成很大误差； ）被测 电阻值很

大，而 电源 电压不可能很高，因此流过 电路的电流减小，由于 电桥灵敏度 的限制，也

将产生很大误差； ）因为流过电桥的电流很小，外来干扰 电势、热电势等影响显著，

也带来大的测量误差。 低 电阻也不能采用普通 电桥测量 。例如测量一个 的电阻器，将该电阻器接入电桥， 必须有两个接线柱，利用压紧接触而接入。因此必然存

在两端的接触 电阻。一般地，一个接触 电阻大约为 ，两个大约为 ，

此外还有连接导线的电阻值。因此，测得的结果至少 是 ，测得数据 已不可信 。因

此低 电阻测量主要受 限于接触 电阻和接线 电阻的影响，仅 仅依赖于材料和结构上采取

措施已不可能，只有另外采取办法来解决。 低 阻 的测量 问题 的关键在于如

何 消除或减弱接触 电阻和接线 电阻的影 响。 电流 电压法 。采用 四端引线法，

即被测量 电阻有一对 电 位端钮 ，另一对 电流端钮 测量原理如 图 所 示 。 电流端钮是通 电流用 的，电位端钮是测量 电压用 的。根据测 量的电流、

电压值可确定待测电阻值。 由于采用四端引线法，电流端钮的接线 电阻和接触 电阻

不影 图 电流 电压法 的 响测量结果，只影响回路 电流。

而 电位端钮 的接线 电阻和接触 电 测量原理

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第 86 页 阻

虽然影响测量结果，但影响很小。因为电位端钮的接线电阻和接触电阻与毫伏表 内阻串联，

毫伏表内阻很高，所以影响可忽略不计，测量结果还是比较准确的。 采用这种方法能

测量最小的电阻值为 电流电压法可用于接触电阻的低电阻值的测试。如连接元件 （插

头、插孔、连接器及插座） 的接触电阻，电流控制元件 （开关、继电器及断路器）的电接

点所产生的电阻，电位器元件动触 点的接触电阻。在许多应用场合中，要求接触电阻的阻

值低且稳定，以便接点上的电压降不致 影响测量的精度 。两个接触表面之间的接触 电阻

值受下列因素影响：即接触表面材料的电阻 率、接点压力、接触面积与形状、接触表面 的

条件（清洁度、光滑度及硬度 ）、通 电和断 电时接点 上的开路电压、温度及导线的热导

率。在测量接触电阻时，必须考虑上述因素的影响，选择不 使接触 点发热或 阻挡层击 穿

的测试 电压 ，而且保持样 品不受振动 ，不使正常接点压力变 化 。 ）双 电桥法

测低阻。普通的四臂 电桥是测量 的中值 电阻的良好工具 。

这 时各种可能引起 的误差还没有 明显反映出来，从而可获得较为满意的结果 。其误差范

围为 ，甚至更低 。但 当测量 以下的小电阻时，引线电阻及

连接点接触电阻的 影响就会明显反映出来，以致不可忽视。例如，图 所示的引线和接触电阻。 图中， 及 分别代表 两

端 接线柱的引线和接触 电阻， 和 分别代表

两端 接线柱外面 的引线 电阻。它们都 与 串联。当

很小 时，这些额外 的附加 电阻的影 响就很显 图 引线和接触 电阻 著 。所 以在低值 电阻测量 中采用 四端引线 。如果用 四臂 电桥测 量，则将引起误差。

所以测低电阻必须用双电桥，使用双电桥应注意： 连接被测 电阻应有 根

接线，电流接头和 电位接头不能接错。 选用标准 电阻时，应尽量使其与被测 电

阻在同一数量级，最好满足 电源最好采用容量较大的蓄 电池，电压

为 。在测量时，对不同的被测电阻，调整 电源 电压，以提高灵敏度 ，

但是电源 电压必须与桥路 电阻容许功率相适应。 国产 电桥类型很多，如 两用 电桥 ，它既可作双 电桥测量 的电阻值，又 可作单电桥来测量 的电阻值。线路换接简单。 三次平衡双电桥法测量超低阻。当测量超低阻时，下式

中的第二项影响不可忽视 。为消除这一项的影响，它不是采用直接排除的方式，而是把接

线 电 阻视为可调 比例臂的一部分，通过三次平衡调节 ，使这种影响对 电桥平衡和测量

结果不起作 用 。 这可参看有关书籍，不再叙述。 高阻及绝缘 电阻的测量

绝缘材料的研究、制造往往需要测定其绝缘 电阻。由于使用的条件不一，因此所加的测量 电

压相差较大 。绝缘 电阻的测量原理与微小 电流 的测量原理相类似 ，主要防止寄生泄漏

电流 的影响和提高线路灵敏度 。但绝缘材料的特性还与测量时间、测量 电压、温度及湿

度等条件密 切相关，这是与一般低值电阻器测量的主要差别。

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第 87 页

绝缘 电阻的测量方法有 种：单 电桥 法；充 电法 ；电压 、电流 计 法 。

单 电桥法 。上述 种方法中，以电桥法最准确，但量限较窄，一般低于 阻值愈 高，误差愈大。为了提高测试的灵敏度，电桥工作电压为 用直流 四臂 电桥测

量高于 以上的大 电阻时，常 由于指示器的电阻不够高，难于和 电桥的

支路相配合，因而灵敏度降低 。另外要使在被测 电阻 两端连接

线时，沿绝缘体泄漏 的电流对电桥平衡的影响尽量减小。 为了不使电桥灵敏度下降，

在专为测量高阻用的电桥中，用 “静电计”类型的高输入阻抗的 高增益直流放大器来作指

示器 。由于这类 电子仪表输入端 电阻很高 。实际上没有 电流通过 它，因而解决了与电

桥支路电阻的配合问题。 此外，在测量高阻时，还应了解产生泄漏的原因。在测量高

阻时，寄生电阻的影响将不可 能忽略。例如，图 中 和 为漏 电阻或绝

缘 电阻。显然 与 相并联 ，结果使 两点间的总 电阻降低 。这

种影响在 很大时，尤其显著。 此外，绝缘 电阻的阻值是不恒定的，

它受到许多因 素 的影响，特别是受空气相对湿度 的影响。为此，通常 要采用 防护装置

来解决 。如把绝缘子 和 安装在金 属底板上，便构成一个三端子结构，

如 图 所 示 。 图 ）所示 的 点防护端即相当于金属底

板 。把第 端接到四臂电桥的指示器端，就得到如图 所示 的电 图 绝缘支架和等效 电路 路 。 三端子结构； 三端子 电路 由图 可 见 ， 与指示器并联，除了略有降低

灵 敏度的作用外，对 电桥的平衡并无影响。而 与 并联，

若 ，则 的影响就可忽略不 计 。在采用了图 的防护 电路后，由于

所导致的测量误差为： 如不采用防护电路，则误差为： 由图 可知，这种 电桥可用来测量高阻，叫高阻电桥 也 叫兆欧 电桥 。实 际上就是对 四臂 电桥 的桥臂参数加 以适 当选择，并以 “静 电计”型高阻抗直流 电子 电压表作为指示 器，再加上高压 电源，就可用来测量高达 或更高的电 图

在 四臂 电桥上测量 阻。 三端 电阻

器 ）电压、电流计法。电压、电流计法 （超高阻计）

是使 用最多的方法，最高可测 ，原理如 图 所示。由图 可见 ，当

上加上 电压 时，通过 的电流流过标准 电 阻 产生的电压为： 图 电压、电流计法原理 图 经放大后由微安表测出输出电流。

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第 88 页

测试 时， ，则 式中， 表头电阻刻度示值。 由式（ ）可 知 ，

当 和 固定时，按放大器所获得的 ，将显示输出的指示 电表刻度 成相

应 的电阻量程 ，这样能直接读 出被测试样的绝缘 电阻值 。再如 和 为一定时，改变 就能改变仪器量程。 由式（ ）还可看 出，为 了能测 出

更高的电阻，可提高试验 电压 ，选用较灵敏的电流表， 增大 电

阻 ）充电法。这种方法可测 的 电阻。 充 电法测量原理是，让通过试样的稳态 电流对与试样 串 联 的标准 电容器 充电，测出一定时间内 上 的 电压

（ 上所积累的电荷），即可计算出试样的绝缘电阻。 电容器 的充 电电荷 与流经试 样 的 电流 有 如 下 关 系： 图 充电法原理图 当 较 小 时，满足 ，则上式展开，忽

略高次项，得 即 由冲击检流计测得。 测量中的问题 。要能精确地测量绝

缘材料的电阻，不仅要有正确的测量方法，而且必 须有相应的测量技术，否则仍得不出正

确的测量结果。测量材料的绝缘 电阻必须有 电桥，因此 如何正确地选择电桥系统和 电极

形式，如何把体积 电流和表面 电流分开，以及正确选择 电极尺 寸都是测量绝缘电阻的关

键。 ①试样与 电极 。二 电极系统无法将体积 电流和表面 电流分开，因此只能测量

材料总的绝 缘 电阻。三 电极系统可将表面 电流和体积 电流分开。 测量固体材料的

体积 电阻时，应尽可能使测量 电场均匀。对平板试样，测量 电极尺寸应远 大于被测试样

的厚度。 电极的选取应满足下列条件： 电极应与试样表面有 良好接触，其间

无空气夹层，否则构成双层介质； ）电极在测试条件下应不发生变化，而且不应与被

测材料反应，影响所测材料的性能； 电极应有很好的导电性能，以使电极本身的电

阻很小； ）电极能迅速 的放置在试样上，工作方便，安全无毒性。 ②气候条件 。

绝缘 电阻随温度 、相对湿度 的升高而按指数规律下降。因此 同样材料在不 同条件的温

度、相对湿度下测得的结果是不相同的。 在试验前，将试样放置在规定温度和相对湿

度的大气中或完全浸泡在水中，待一定时间后

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第 89 页

处理 。 ③工作条件 。直流 电压加于试样后，通过材料 的电流与时间 关系如 图 所示。 由图 可知 ，通过试样 的电流渐近于一极 限值 时才是所 需测量的传

导电流值，所以必须规定时间。 实际上，材料总不可避免地存在杂质和缺 陷，使测得

的绝缘 电阻值随所加 电压增加而 降低 ，所 以对每种材料要规定测试 电压 图 绝缘材料的 的大小。 电流 时间特性 ④环境条件 。漏 电流及外来干扰 电势的影响如下 ： 强 电

场干扰； ）接 触 电势和热 电势 ； 电解 电势。 交流 电阻的测量

电阻器在交流工作情况下，实际不是一个纯电阻，而是一个阻抗 。它是 由直流 电阻、电

阻 体结构的电感和引线 电感 以及 电阻器本身的固有 电容所组成，如图 所示 。 这些参量实际上是分布参数，当工作频率不高时，可

以用 电阻器 的时间常数来表征，也可用高频等效 电阻和并联等效

电阻来表征。 图 电阻在交流下 的 等效 电路 当频率不高时， 均很小，可进行简化，有 式 中， 电阻的时间常数。 当 时，电阻器呈感

性；当 时，电阻器呈容性。 因此，对于工作在交流 电路特别是在高频 电

路中的电阻器，除了要测量其 电阻分量之外， 往往要 同时测 出其 电抗分量 。直流 电

阻测量不可能确定 电阻的有功分量和无功分量 。而交流 电阻测量可发现 电阻器 的交流

特性 。 交流电阻的测量可采用电桥法 （如交流四臂电桥）通过实部和虚部的平衡调

节 （分别进行） 来测量 。根据 电桥平衡方程式，可求出被测 电阻值和时间常数 。如

表 所 示 。 还可利用交换器原理把被测电阻变换成 电

压，结合鉴相原理，从而可通过测量 电压来确定 电阻，实现数字式交流 电阻测量方案。

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第 90 页 表 测 电阻交流特性的电桥

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第 91 页 电容器参数的测量 电容量和介质损耗角正切是电容器的两个主要参数，也是衡量其质

量的基本尺度，还是其 它 电子元件的等效参数。 一、电容器参数及其测量条件

电容器参数 电容器的电容量是表征电容器在极板上贮存 电荷的能力，用 表 示 ， 。电容 量 与 介质厚度（ 、极板相对面积（ ）及介质 的介 电

常数（ ）有 关 ，即 在 电场作用下，电容器或介质材料总要消耗一定的功率，它存

在等效的损耗 电阻，可用并 联或 串联等效 电路来表示 。 如图 所示，当在

交流 电场作用下， 通过 电容器或介质材料 的电流 （或两端 电 压）矢量和容性 电流

（或容性电压 ）矢量之 间有一夹角 （介 质 损 耗 角 ）。当 愈大， 损耗分

量愈大 ，即电容器或介质材料 的损 耗大，通常用 表示 。显然 对并联

对串联 图 电容器 的等效电

路 ）并联；（ ）串联 串联

和并联情况下的损耗都等于有功功率与无功功率的比值 。 这里，所谓的等效 电路是

指对外电路等效，即指 而言。所以，在计算 时，并联

等 效 电路和串联等效 电路均可应用，而且结果一样 。但并联 电容并不等于串联 电容 。

电容器 （电 解 电容器除外 ）或介质材料的损耗都很小，一般均采用并联等效 电容来表

征 电容器或介质材料 的电容量 ，这样更直观反映电容器或介质材料 的实际情况 。如果

测得 的是 串联等效 电容 ， 则必须换算成并联等效

电容 测量条件 我们知道， 和 随频率和温度 的变化而变化，有些还

与场强、湿度大小有关 。因此，在 测量 和 时，必须恰当选择电源电压的频率和

大小以及测量的环境条件。

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第 92 页

一般地，选择的频率应与实际使用条件的频率相一致，各种电容器测量频率按表 选用 。 表 电容器的测量频率 试验电压大小的

选择：一般地，从提高测量灵敏度考虑，电压应选择大一些，但应以不致发 生局部放 电为

原则 。因为局部放 电将导致损耗增加，影响测量结果 。对于施加在 电容器两端 的交流 电

压应不大于额定 电压 的 ，且最大不超过 。必要时，可施加直流极

化 电压，其值 应大于交流测量 电压峰值，但直流极化 电压与交流测量 电压值之和不大

于额定电压。 测量环境条件主要指温度和湿度 ，因为温度和湿度使多数 电容器和介

质材料 的 和 发生变化。测量应在标准条件下进行，即

温度为 （ ，相对 度 为（ 。由于样品 存放的环境

条件不同，因此试验前必须进行预处理，减小因放置条件不同而产生的影响，保证 试验结

果有较好的重复性和可比性。 对 电容器，预处理是将样品在正常大气条件下放置 小时，同时将 电容器进行充分放 电。 必要时，还应进行干燥处理，干燥条件为：温度

（ ，相对湿度不大于 ，大气压力

为 ，干燥 时间为 小时，干燥后的样品放在干燥器中进行冷却，

保持干燥器 中的温度与测量时的室温一致，其差别不得超过 。

电解电容器若存放时间较长，试验前 还应加额定电压进行 电压处理，根据存放时间的不同，

电压处理时间如表 所 示 。 表 电压处理时间 二、测量方法 依测量 的基本原理分类 测参数法：

利用 电压表、电流表和频率计等来测出电容器两端的电压、电流及 电源频 率，从而确定

其 电容量的大小。由无功功率和有功功率的测量确定 值 。 ）电桥法：根据 电桥平衡时两对边阻抗乘积相等来确定被测 电容器的 和 ）谐振法：它是依据谐振回路的谐振特性进行测量的。根据谐振时角频率 与回路的 电感量、电容量之间的特定关系式，求得 和 。 依测量仪器分类 直接

法：它是从仪器上直接测出被测样品的电容量 和 参数 。 间接法：它是利用测量其它参数，通过必要的换算或计算，从而确定出所需参数值 。 例如

谐振法中利用频率和 电感量，求出谐振时的电容量

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第 93 页 代换法：它是以标准量具 （如标准电容或损耗等效标准值）来代替被测电容器，使之有 相

同的效应，此时的标准值就是待测样品的实际值。 替代法：它是利用标准电容器

减小来补偿接入被测电容，从而使回路中总的电容量保 持不变，通过标准电容器容量变化

的差值来确定待测电容量。 三、测量仪器 工业生产中，由于 电容量和损耗因素

的测量数量大，准确度要求不高，一般希望选用简单 直读仪器，以达到操作简便和快速测

量的 目的。下面介绍几种用在低频下的测量仪器，它们主 要是 电桥法 。 电容 电

桥 电容 电桥如 图 所示，由该图可知： 图 电容电桥 电容量和损耗因素的测量利用了电桥的平衡原理 。调节过程如下 ：

被测 电容器未接入桥 臂时，电桥不平衡，流过指示器 中的电流最大；接

入 ，调节 ，使指示器中的电流最小，保持 读数不变，调节

使指示器中的电流更小。经反复调节 ，电桥达到平衡 。从 的

刻度盘 上读出电阻值，从 的刻度盘上读出损耗因素。 电容电桥可同时测量

电容量和损耗因素，但调节平衡较困难，不便于快速测量。 电容直读仪 它是

利用测量 电容参数原理制成 的。当一恒频恒幅的振荡信号 电压施加在被测 电容器 时，

将有一定 的电流流过，经过测此 电流，可确定被测 电容器 的电容量 。图 所示为电容直 读仪的组成框 图。 图 电容直读仪组

成框图 通过 电容器 的电流 因为 均已知，所以只要测出 就可

确定 。

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第 94 页

这种直读仪采用多谐振荡器产生振荡信号，能保证输出一定振荡电压幅度，通过检波器检 出

的直流分量 比较稳定，可 以将 电流表上的电流指示按 电容量进行刻度 ，而且误差也不

会太 大 。 直读介质损耗测量仪 型电容器介质损耗测量

仪器是一组低损耗、小容量测量 电容器损 耗的直读仪器，仪器是利用四臂不平衡电桥原理

做成的。 电容误差分选仪 它利用差动电桥原理构成变压器电桥，能迅速读出

元件误差的百分率，作为误差分选和监 测仪器，如 图 所示 。电桥两臂是 由变

压器的副线圈构成的，其匝数 比为 的对称型结 构；另两臂是 由

标准阻抗 和被测阻抗 组成的。因此，电桥的平衡主要决定于 与 值的大小。当电桥不平衡时，对角线 上将有 电压 ，即 因为元件的相对误差 为 ： 所 以 因此 显然，不平衡的输出电压 仅取决

于误差 ，而与 阻 图 电容误差分选仪原理图 抗 的绝对值及性

质无关 。因而可根据 的大小确定误差 的百分比。这种电桥可测电阻值、

电容量、电感量的误差。 随着频率的提高，由于电阻臂本身电感量和 电容量 以及桥

臂间的杂散耦合 电容的影响愈 严重，即使采用 良好的屏蔽和接地，这种影响也不能忽略。

这时得采用谐振法测量。 四、电容器高频参数的测量 电容器的高频参数

电容器在低频下可用 电容与损耗 电阻的等效 电路来表示 。在高频下，由于 电容器引线

电 阻、极板电阻及固有电感的影响，等效电路如图 所 示 。

图 中， 决定于 电容器几何尺寸和 介 电性能的电容器； 直流漏导

和介质损耗 的等效并联 电 阻 ； 分别为极板与 引线 的固有 电感和 图 电容器高频等效电路 固有 电阻。

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第 95 页

上述高频等效 电路可转换成 组成的串联等效 电路，如图

所 示 。 由图 可 知： 图 串联等效电路 对大部分 电容器， 很大，在较高频率

下， ，所 以 由图 可 知： 因此 为电容器的等效串联 电

阻，在足够高的频率下，电容器的等效串联 电阻 基本上取决

于 ，因此可将其看成是电容器的引线和极板在高频下所表现的电阻值 。 可见，电

容器的高频阻抗是电容器的真实容量 、固有 电感 和等效串联

电阻在高频下 的综合表现 。把 称为 电容器的高频参数 。高频参数的存在，

使得 电容器的阻抗频率 特性呈现出衰减特性，只要知道电容器阻抗频率特性 曲线和电容

器真实容量，就可求得等效串 联 电阻和 固有 电感。 由式（ ）及 图 可看

出： 当频率很低时，由于 和 很小，阻抗取决于按真实容量计算的容抗 ；

当频率逐步升高 时，固有 电感 的影响增加，阻抗将低于按真实容量计算而得的容

抗；当频率升到 时，容抗 和感抗相等，电容器处于串联谐振

状态， 称为固有谐振频率 。频率再升高，由容抗变为感 抗；频率极高

时，电容器阻抗基本上取决于按固有电感计算而得的感抗。 测量方法 测量电容

器的高频参数主要采用传输法 （即电流电压法） 表法、电桥法等

方法。 用 表法测固有电感。利用电路谐振特性测量，回路谐振时应满足： 从而

可确定固有 电感 。 ）用 电桥法测等效串联 电阻。图 所示为等效

串联电阻的测量电路。 图 中， 。当开关 断开， 不接

入时，电桥是平衡的，指示器 中无 电流通过，应指示零的位置；若将开关 合上 ， 臂等效 电阻为 ，则电桥处于最大失衡状态，

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第 96 页 表头偏转最大 ，调节 使指针满偏 ；接 入 ，断开开关 ，则 臂上并联一 阻 抗 ，使 臂总阻抗下降，电桥失衡，指针 偏转，可根据 臂上并联阻抗的大小， 事先校准直接在表头上刻度 ，可直接在 表头上读 出被测阻抗值 。 调

节 ，使 与 处于 串联 谐振状态，则此支路上 图 等效 串联 电阻的测量 电路 式中， 电

容器等效 串联 电阻； 回路其它等效 电阻。 测量 时，将 串

联后并联到 上 ，选择 ，调节 ，这一支路 串联谐振，这时电 流表上读

数为 ；然后取下被测 电容器 ，使 短 路 ，重 调 使支路谐振，这

时电流表上的读 数为 ，则被测 电容 的等效串联 电阻 为 ： 电容

器的高频阻抗可以应用各种高频阻抗导纳电桥测量 。 测量仪器 有低频阻抗分

析仪、高频阻抗分析仪等。 电感器参数的测量 电

感量和品质因素是表征电感器性能的基本参数，也是其它元件的主要参数。 一、电感

器参数及其测量条件 电感器参数 电感量：取决于绕组的尺寸和形状、磁

芯等。 ）固有 电容：线圈上任何一段导线与线圈其它各段导线之间以及导线与屏蔽

罩、安装座 之间都存在 电容，把这些 电容归算到线圈两端，作一等效电容 与线圈并联，这个等效电容称 为线 圈 的固有 电容 。 电感器 的等效 电路如 图 所 示 。 线圈的有效 电感量 图 电感器的等效电路 式 中， 线圈固有角频率。 一般地，电感线圈工作

频率低于其固有频率。从式（ ）可看 出，由于 的影响，

线圈的 有效 电感量 大于理论计算的电感量，且工作频率愈高，线圈的有效电感量

也愈大。 品质因素。理想线圈，不消耗功率。但实际线圈总有一定电阻，电流通

过就发热，消 耗功率，线圈骨架及其它绝缘材料都有介质损耗，也消耗功率，所有这些功

率损耗可用一个与

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第 97 页

电感量 相 串联 的等效 电阻 来表示 。 当线圈上通过电流 时，

其功率损耗为 ，则按定义，线 圈的品质 因素为： 式 中， 线圈的等效损

耗 电阻。 稳定性 。由于温度、湿度及机械振动、冲击 的影 响，线 圈的参数会

发生变化 ，另外 ，线 圈在工作情况下发热 以及材料老化也会使线圈的参数发生变化。

测量条件 与其它元件相比，电感线圈的参数更多地取决于测试条件 。 电感器品

质因素的有效串联值和有效并联值差异较大 。对于低 值的空

心电感器，一般 选择串联电感等效电路；而对铁心电感器，则需选择并联电感等效电路。

因为起并联电阻作用 的铁心损耗变化范围较宽并使等效串联电感值改变 。 带铁心的

电感器是非线性元件，测量重复性差，所测得的电感量取决于测试信号的电平及 直流偏置

的电平 。由于铁心对电流大小灵敏而且易磁化，且剩磁会影响测量结果，所以对铁心 电感

器应在测量前预消磁 螺管型的空心电感器易受邻近导电材料的影响，例如高频线圈的 值会 因屏蔽外壳而明 显降低 。 因此，测量电感参数除应注意测试频率和环境因素外，

还应注意各种测量条件对测量结果 的影响。 二、测量方法 对 电感线圈的电感量

测量，在低频下一般采用 电流 电压法和 电桥法，在高频下常采用谐振 法。对电感线圈的

品质因数 （ 值 ）的测量一般采用 表法 。 电流 电压法

图 所示为电流电压法测电感量的电路。图中， 为 待测 电感，

为其等效直流 电阻。测量时，使用正弦交流 电 源，由于考虑到趋肤效应的影响，电源的

频率不应太高，电源 的波形应尽量接近正弦波形，以减少谐波成分引起的误差。 如果

用 内阻很高的伏特计测电压，用 内阻很低的安培计 测电流，则待测电感的阻抗可近似表

示为： 图 电流电压法测电

感量的电路 当频率较低时，线圈的交流 电阻和直流 电阻基本相等，因此可用直流 电

阻代替交流 电阻 ，测量时，可先在直流下测 出线圈的电阻值，这样，当电源 的角频率 为已知时，便可求得电 感量近似为： 由于用这种方法测电感时，要求电源频率不能太

高，同时考虑到电表的灵敏度限制，所以 这种方法只能用于低频率下大电感量的测量，而

不适宜测量小电感量。 测量互感时，也可以用电流电压法，其测量原理如图 所 示 。 将第一个线圈 接入角频率为 的电流 电路中，并用电流表

测量流过它的电流 ，在第

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第 98 页 二个线圈 的两端接上测量感应 电动势 的 电压 表，因此 电动势等于 所以 图 用 电流 电压

法测量互感 的电路 为了提高测量精度，测量必须在低于线圈固有谐振频率上进行，否

则，由于线圈的谐振特 性，会产生很大的测量误差。式（ ）仅从电感耦

合的条件推出，为了消除电容耦合的影响， 线圈之间要采用静电屏蔽。 电流 电压法

可以用两次决定线圈电感的方法测量互感，即是在线圈顺接和反接的情况下， 测量串联的

被测 电感线圈的总电感，如图 所示 。 在线圈顺接时，互感 电

动势与 自感电动势同相，总电 感为最大，即 在线圈反接时，互感电动势与 自感电动

势反相，总电 图 两次决

定 电感法 感为最小，即 测量互感 电路 两式相减，得到 应当注意，耦合度与频率会影响 的

测量精确度 。耦合强时， 的差值是很小的，测量 的精确度降低。随

频率的升高，由于线圈的寄生电容和线圈间电容的影响，使测量误差增大。 电桥法

测量 电感量及其 值 的常用 电桥有海 氏电桥、麦克斯韦 电桥和 电感 比较 电桥

等，这些 电 桥的原理电路及平衡方程式在第四章已经讲过。 谐振法 直接

测量 电感 。将被测线圈与一 已知 电容 组成调谐回路，当回路谐振于指

示器的 频率 时，被测电感可根据谐振时的 和 值求 出： 式 中：

回路的振荡频率（ 标准 电容器的容量（ 被测 电感 由于受

线圈固有 电容和安装 电容的影响，测得的数值比线圈真实电感量要大。 为了减少线

圈固有 电容和安装 电容对测量值的影响，一般固定 ，

则有 其 中， 的单位为 的单位为

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第 99 页 用 表测量 和 值 。 ①串联比较法：当被测电感的电感量较小时，用串联比

较 法进 行 测 量 。测 量 时 ，先将 辅助 电感接 在 接 线 柱 上 ，如 图 所

示 。调 节 标 准 电容 ，使 回路 谐 振 ，设 此时 。的值 为 的品质

因数为 ，将被测 电感与辅 上 ， 所

示 。 助电感 串联后接在接线柱 如 图 的值 为 重新调节标准电容 ，使回路谐振，设此时 。 表的值

为 ，于是被测 电感的电感量和品质因数为： ②并联 比较法 ：如果被测 电感

的电感量较大，可采用 图 串联比较法测量 并联 比较法测

量 。测量时先将一个辅助 电感 接在 表 小电感量

接线柱 端上 ，如 图 所示 。调节标准 电容 使回 路谐振，这 时 的值为 表的值为 ，然后将被测 电感 接到 端，重新调节 ，使 回路 谐 振 。这 时 的值为 表的指示值为 ，于是，被测电感量和品质因数为： 图 并联 比较法测量大

电感量 三、测量仪器 测量空心 电感器的交流 电桥 用电阻做 比例臂

的麦克斯韦 维恩 电桥，如 型 电感 电桥 。 ）用并联线路

的标准 电容及 电导测量 串联等效 电感的电阻比例臂电桥，即麦克斯韦 电 桥。因为空心

电感器标称值较小 （ ，同时 值低，用串联等效线路更符合实际

状态。 测量铁心 电感器的交流电桥 铁心电感器的标称值较大

（ ，一般在 或 下使用 。由铁心 中涡流形 成的损耗

相当于分流 电阻的功率损失，因此用并联等效电路来表示铁心 电感器 。 用电阻

比例臂及串联等效电容测量并联等效电感的电桥，即海 氏电桥。 ）电流比较仪式 电

桥：比例臂是感应式 电流比较仪，标准 电容及被测电感均用并联等效 电路，可用于高压

下测量电抗器的电感量及铁损。 表 用谐振法测量电感量、品质因素、固有电

容，前面已介绍。 电子元件测量 中的抗干扰技术 测量元

件参数时，会受到来 自测量仪器或系统的内部和外部的各种干扰，从而导致测量结

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第 100 页 果

的不准确或不稳定。为了消除干扰，要了解干扰的现象、干扰源的种类、类型、传递途径，

才 能采取有效措施消除干扰。 一、干扰现象 测量过程中，干扰的影响表现为：

仪器读数显著偏大或偏小、读数不稳、随机跳动甚至不能 正常工作或损坏仪器。 二、

干扰种类及防护 机械干扰 机械干扰是指振动、冲击，使元件发生振动，改变参

数。对此，用减振弹簧和减振橡胶来消 除 。 化学及湿度干扰 化学物质（如酸、

碱、盐及腐蚀性气体 ）侵入仪器 内部 ，会腐蚀元件；而湿度增大 ，会使绝缘 电阻下降，

使电容器容量增大，使电感线圈的 值 下 降。对 此 ，可采 取 密封、

隔离等措 施 。 热干扰 各种电子元件都有一定的温度系数，温度升高，电路参

数随之改变，引起误差。对此，采用 恒温或降低环境温度，加强散热，采用热屏蔽等。 固有噪声干扰 电阻热噪声、接触噪声等可通过改善工艺、减小流过触点的直流电流来

解决。 电、磁 噪声干扰 用电设备的火花放电、电台、雷电以及工频输电线等

等，这些都是电、磁干扰源。消除它们 的影响比较困难。下面专门讲述。 三、干 扰 途

径 随着我们 生活和工作环境 中 电器设备 的增多 ，潜在着源于这些设备发射 的 电

磁干扰 。我们希望电器设备能共享它们的环境，而没有来 自 的有害影响。这就是电磁兼 容（ 。有人称 电磁兼容技 术 为“魔 术 ”，因为在 领域有许多现象很难捉摸 ，像变魔术 一样 。如一根屏蔽 电缆在某种情况下可能对干扰抑

制效果很好 ，而在另一种情况下可能会使 干扰 问题更严重。 技术主要包括屏

蔽、滤波、接地、搭接电缆设计等 内容。在 世 纪 年代初期，

即使在发达 国家， 设计也被认为是最难设计的项 目之一， 指标是最难通过 的指标 。因为那时没有先进的屏蔽材料 的滤波器件 。但现在 设计 已经是一项相对容易 的设计项 目了。因为用于 电磁干扰的材料取得了长足的发展 。

各种性能高、质量可靠的屏蔽 衬垫材料使屏蔽体的缝隙泄漏 问题得到圆满解决。每根针上

带滤波器的连接器解决了长期以 来难 以解决的电缆电磁干扰 问题 。各种铁氧体电磁干扰

抑制材料为抑制线路板和 电缆的高频 电磁干扰提供 了廉价 的解决方案 。电磁兼容工作

的关键是确定发射波的特性 频 率、信 号 的类型、幅

度和传导途径等等 。信号必须通过一定途径才会影响我们的测量 。以下介绍干扰 途径，

以便切断这些途径，消除干扰 。 通过路 的干扰 通过泄漏 电阻的干

扰； ）通过共阻抗耦合的干扰；

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第 101 页 通过电源配电回路引入的干扰。 通过场 的干扰 通过 电场耦合 的干

扰； ）通过磁场耦合的干扰。 四、电磁兼容技术 抗干扰可从下面几个方

面入手： 消除干扰源 ）破坏干扰途径 ）提高 自身的抗干扰能力。

针对破坏干扰途径和提高 自身的抗干扰能力，介绍几种常见的电磁兼容措施。 屏蔽

技术 利用金属材料制成容器，将需要防护的部分包入其中，可以防止电场磁场的耦合

干扰，也 即屏蔽。屏蔽分为静电屏蔽、电磁屏蔽和低频磁屏蔽。 静电屏蔽。用铜

或铝等导电性 良好的金属，制作封闭的金属容器，并与地线连接，把 需要屏蔽的部分置于

其中，使外部干扰 电场的电力线不影响内部，反过来，内部产生的电力线 也不影响外

部 。 ）电磁屏蔽。利用导电良好的金属材料做屏蔽罩，利用电涡流原理，使高频干

扰电磁场 在屏蔽金属内产生电涡流，消耗干扰磁场的能量，并利用涡流抵消高频干扰磁场，

从而使屏蔽 罩内部免受外部高频电磁场的影响。若屏蔽罩接地，则同时兼有静电屏蔽作

用 。 ）低频磁屏蔽。低频磁场，电涡流作用不明显，必须采用高导磁率材料作屏蔽

层，以便 将低频干扰磁力线限制在磁阻很小的磁屏蔽层 内部，使屏蔽层 内部免受低频磁

场耦合干扰的 影响。 接地技术 浮地 。电路中某两点 （或几点）之间直接

接通，与公共地不直接接通 。它可将 电路或 系统与公共地可能构成干扰回路的公共导线

隔离开。 ）单点接地。 多点接地 。 滤波 屏蔽对辐射性干扰

很有效果，但对传导干扰却无能为力 。作为抑制 电磁干扰三大技术之 一的滤波技术是 目

前抑制传导干扰的最有效最经济的一种技术 。运用的方法非常简单，在 电 气 （子）设备

电源线入 口处插入 滤波器 ，滤波器将充分地抑制通过 电源线传导的电磁

干 扰，换句话说，它 既能抑制 电气（子 ）设备 内部产生的电磁干扰，又能抑制外界 电

网传入 的电磁 干扰，还可减小传导干扰的电平。 滤波器连接器的发展经历了从分体

式到组合式两个发展阶段。 世 纪 年代 以前 的滤 波器

是由一个或数个滤波元件和连接器串联而成的，由于这种分体式滤波连接器体积大、接线 多、

可靠性差等缺点，后逐渐被淘汰 。 年代初组合式滤波连接器得 以问世 。

这种滤波连接 器实际上是滤波器和连接器的一种独特组合，主要 由带滤波元件的接触件、

接地装置、壳体等 组成，既具有 了原有 的互联功能，又兼备所需的滤波功能，同时实现 了

滤波、屏蔽、接地，有效地 控制了传导干扰。这种组合式滤波连接器与分体式相比具有体

积小、重量轻、可靠性高、成本 低等特点，目前已完全取代了分体式滤波连接器。 滤

波连接器按滤波器频率分为高通、低通、带通、带阻等几种 。一般来说，滤波连接器大都 采

用低通滤波器，即允许低于某一额定频率的信号通过，对于高于该额定频率的信号则呈现很

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第 102 页 大

的阻抗 。滤波连接器按滤波形式又可分为 型（纯 电容 ）滤波、 型

（两个 电容、一个 电感 ）滤 波及 型（一个 电感、一个 电容 ）种类型 。由于电路

的实际需要， 型可发展成普通型、不平衡 型及级联型。即在电容相同和给定的频率下， 型滤波衰减大于 型 ，且 型滤波 以铁氧体为 磁心做电感，当频率愈高时，损耗

愈大，可防止谐振。但由于 型滤波连接器由多元件组成，价 格

较贵。在滤波性能要求不很高的情况下 （如大多数计算机应用场合）采用便宜的电容滤波

器 便可满足要求。根据滤波连接器所使用的滤波元件的结构不同还可分为：管式滤波连接

器、平 面滤波连接器及片状分立滤波连接器。 习

题 五 影响电阻参数测量结果的因素有哪些？举例说明。 测量中值

电阻有哪些方法？各有什么特点？ 接触电阻为什么要采用四端法测量？ 绝缘电阻测量时应注意哪些问题？ 电容量和损耗因素的测量规定了哪些测量条

件？ 电容器的高频参数有哪些？为什么要测量？ 影响电感参数测量

结果的因素有哪些？ 测量中的干扰途径有哪些？如何消除？ 测量中

的屏蔽的方法有哪些？分别适用于何种场合？

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第 103 页

第六章 电子元件其它参数 的测量 上一章已介绍了电子元件的主要参数 （如电阻

值、电容量、电感量及 值等 ）的测量方法， 本章将介绍 电

子元件其它参数（如 电阻元件 的噪声、电子元件 的非线性、温度系数等 ）的测量原 理

及其测量方法。 电阻元件噪声的测量 对于非线绕电

阻器，由于电阻体本身具有微粒结构，当直流电流通过时，导体微粒发生不 规则的振动，

使微粒间接触面积发生变化，阻值产生起伏，从而引起一种噪声 电流噪声。 此外，带电质点的热骚动也会引起热激噪声。通常把这两种噪声称为静态噪声

或固有噪声。 对于电位器而言，由于电刷在电阻基体上滑动，将产生一种动态噪声 滑动噪声。 电阻器的噪声，将直接影响由这些元件组成电子设备的噪声电平，限制了

仪器的灵敏度 。 特别是弱信号、抗干扰的接收机、雷达等设备，要求噪声电平极低，因而

元件的噪声电平应更 低，因此，噪声是 电阻器质量好坏 的一个重要标志。此外，从大量

实验 中还发现：噪声大的电阻 器，寿命短，使用失效率高。因此，在一定程度上可以用噪

声来衡量电阻器可靠性水平的高低， 也可作为电阻器可靠性筛选的一种手段 。所 以，准

确地测量 电阻器的噪声具有极其重要的意 义 。 一、电阻器电流噪声的测量 电

阻器的噪声通常用噪声电动势来表示 。当直流 电流流过 电阻器时，电阻器的噪声等效 电

路可 以用一个热噪声电势、一个 电流噪声电势以及一个无噪声电阻三者 串联来表示 。热

噪 声是一切电阻器都存在的固有噪声，它的等效电势仅与阻值大小及温度有关，是一个固

定值， 其频谱是等幅地分布在所有频率上。根据统计物理学可以推得，在 频宽内，热噪声电势的 均方值可近似地表示为： 式中， 热力学温度（ 玻

耳兹曼常数。 热噪声电势的均方值通常可 由计算确定，在电阻器生产和应用方面一般

不进行测量 。在 测量电流噪声时，可按一定的计量方法加以扣除，而电流噪声与电阻器的

材料、工艺和结构有 关，用计算方法来求得是非常复杂的，且准确度也差，故采用实验直

接测得。 电阻器的电流噪声是指它的等效噪声电势，这个 电势与外加测试 电压和测

试系统的通频 带有关，为了不考虑这些因素的影响，可采用电流噪声指标 来表示电阻器电流噪声的性能。 电流噪声指标定义为： 电流噪声指标 （在十倍频程通带 内） 式中， 十倍频程通带中的电流噪声电压的开路均方根值，

即有效值 （

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第 104 页 加在被测电阻器上的直流测试 电压 （ 通带中的几何中心频率为 ，

定义 中的通带是一个矩形理想通带，按 可算出 电阻器的电流噪声具有相当宽的一段

频谱，显然，测量结果与测量系统的通频带有密切关 系，一般选择 以 为几何 中

心频率，通频带为十倍频程（即 分别为测量仪 器通带的高

低截止频率），因为在这样的频段上包括了大部分电流噪声频谱，且有一共 同比较 标准的

缘故。当实际测试仪器的通带不是十倍频程，也不是矩形的理想通带时，由于测试仪器 的

通带与定义不相一致，因此测出结果必须经过折算，折合到与定义相符合的值 。其折算公

式 为： 式中， 通带修正系数 。它与仪器的通带有关，且 式中， 几何 中

心频率； 频率为 时，测试系统的增益； 频率为 时，测

试系统的增益。 《固定电阻器 电流噪声测试方法》中已给出了电流噪声测试系

统原理方框图，如图 所示。该测试系统 由 部分组成：输入电路、直流系统

及交流系统。 图 电流噪声测试系统方框图 输入

电路 由隔离电阻 、测试夹具盒、被测 电阻器 以及校准 电阻器组成 。

隔离 电阻器 用来消除直流 电源对被测 电阻器 电流噪声 的短路作用 。这是 因为被

测 电阻器是与直流 电 源并联的缘故，隔离电阻器本身不应产生电流噪声，可采用线绕 电

阻器 。为了使放大器输入端 得到足够的噪声电压，以及 上 的直流压 降不

太大， 的选择不能太大，也不能太小，通常 选择 与 在 阻值上相接近 。

可 以在 下 列 个阻值 中选用， 及 被测 电阻器的阻值在 的范围内，它应安装在一个与外界屏蔽 的测试夹具上 。校 准电阻器是用来校准信号的，

阻值为 。当 上不加直流电压，并在校准电阻器上加校准信 号时，

相当于把一校准信号电势代替了电流噪声电势。校准 电阻器本身不应产生电流噪声。

直流系统包括直流 电源和直流 电压表 。直流 电源 向被测 电阻器供给一严格平稳和纯净

的 直流 电压，其交流成分和噪声要降低到很低值 。直流 电压应在一定范围内连续可调，

以满足被

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第 105 页 测

电阻器不 同功率和 阻值 的要求 。直流 电压表主要是用来测量被测 电阻器上所加直流

电压 值，要求它是高输入阻抗，以减小对电流噪声的分路作用，直流 电压表用分贝和伏特

来刻度， 相当于 。由于 电阻器 的电流噪声与所加 电压有关，因此必须在规定 电

压下进行测量 ， 否则测试数据与实际情况相差大 。 交流系统 由校准信号源、带通

放大器、平方律检波器和噪声电压表组成 。校准信号源是一 个稳定的正弦波发生器，信号

频率固定在（ ，校准信号源 的输 出在 的校准电阻

器 两端产生一个 电压，使该电压调节到 ，其稳定度在 以内，这个信号电压加到 带通放大器 的输入端 ，作为标准 的噪声信号，用来校准表上刻

度 ，此时噪声 电压表上读数是 ，分贝数为 。这样就使仪器测出的电流噪声

电势 自动折合到定义所要求的通带内应 测得的电势值 。平方律检波器和噪声 电压表用来

测量噪声 电压的有效值 。噪声 电压表按微伏 和分贝对应刻度 为 利用上

述 电流噪声系统来测量 电阻器的电流噪声时，热噪声的存在和影响 （包括测试系统 的内

部噪声 ）很难从测试系统中消除。因此 ，测试系统不能直接读 出被测 电阻器 电流噪声

指 标 。通常是分别测量出系统噪声和总噪声，然后计算出电阻器的电流噪声指标，即 电流噪声指标 式 中， 由噪声电压表读出的系统噪声分贝值； 被测 电阻

器加上规定直流 电压下，测得总噪声分贝值； 按技术标准规定所加直流测试 电

压换算的分贝值 ； 系统噪声修正值系数，可

按 ］计算确定，也可 以事先按（ ）变化

的数值，作 出相应 的 对照表 。 测试包括 个步骤：校准，系统噪

声测量，总噪声测量并同时测量被测电阻器的直流电压。 个步骤可用一个有 个

位置的转换开关来实现 电路的转换，如图 中的 校准时开关处于

位置 ，这时 接地，不加直流 电源，同时把 的校准信

号加 到校准电阻器上，调整放大器的增益，使噪声电压表指

到 ，即 测量系统噪声时，开关处于位置 ，

这时校准信号断开， 仍接地 。从噪声 电压表可读 出 一个噪声电压值，它包括

被测电阻器的热噪声和测试系统本身产生的一切噪声，但不包括被测 电阻器 的电流噪声。

这个噪声电压称为系统噪声电压 ，其分贝值用 表示 。

测量总噪声时，开关处于位置 ，这时 接到直流 电源，校准信号仍断开。

调节直流 电压 到一定的值 。通常，直流 电压选择为被测 电阻器的额定电压。当受仪器 电

压限制时，直流 电压 选择为仪器所能供给 的最大 电压 。从直流 电压表可读 出这个 电

压的分 贝值 。这时噪声 电 压表指示出一个 电压值 ，它包

括系统噪声 以及被测 电阻器的电流噪声 。这个噪声电压称为总 噪声电压 ，其分

贝值用 表示 ，最后按式（ ）计算出被测 电阻器的电流噪声指标。 二、

电位器滑动噪声的测量 可转动的电阻器主要是电位器 。当电位器轴转动或因其它原因

驱使 电刷沿导轨移动时， 由于 电阻体 电阻梯度 的不均匀性和接触 电阻的无规变化 ，

将产生滑动噪声 。电阻体 电阻梯度 的不均匀性，是 由于电阻体各部分的电阻率和 电阻

体截面的不均匀性造成的，使用时将表现为 无规的电压起伏而引起滑动噪声 。接触 电阻

的无规变化 ，是 由于 电刷与 电阻体的表面凹凸不 平，且有效接触面积小于视在接触面

积 。在同样材料并附加同样的接触压力下，接触 电阻将随

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第 106 页 接

触面积的增大而减小。当电刷移动到不同位置时，其接触电阻就不同，这称为接触电阻的无

规变化 。这种接触 电阻的变化还与电刷移动的速度有关 。接触 电阻的无规变化所引起的

电压 起伏便表现为噪声。显然，由于使用场合和工作条件不同，导致滑动噪声的产生原因

也不同， 因此，在测量滑动噪声时，必须根据其产生的不同原因，采取相应的测量方法。

电位器通常有两种使用方式：即分压器式和变阻器式。分压器式又可分为两种情况：第一 种

为分压器式电刷接点电流可忽略的情况，即负载阻抗很大或不接负载的情况；第二种为分压

器式 电刷接点电流不可忽略的情况，即有一定负载。 对于变阻器式及接点电流较大的

分压器式 电位器来说，滑动噪声主要是动接触 电阻无规 变化所引起的噪声，而 电阻梯度

的无规变化影响较动接触 电阻无规变化的影响小得多。这里 用等效噪声电阻来表征动接触

电阻无规变化所引起的噪声。有时还用平滑性来描述 电位器滑 动噪声，当电刷以规定的速

度在电阻体两端间旋转或滑动时，电位器输出端电阻值不规则地突 变 。对分压器式电刷接

点电流可忽略的电位器，滑动噪声主要是 由电阻体 电阻梯度的无规变 化所引起的，通常

以动噪声来表征。因此，在测试滑动噪声时应根据电位器的使用情况来选择 相应的测量方

法和测量设备 。由于电位器的转速对测量结果会产生影响，尤其对接触 电阻无 规变化所

引起的噪声影响较大，且低速时噪声将急剧增加，因此在测试 电位器的滑动噪声时规 定，

电位器在测试时动触点的转动速度为 动噪声的测量 在外加电压下，电位器动触

点在电阻体上滑动时所产生的动噪声，主要决定于电阻体上电 阻率分布的不均匀性及动触

点与电阻体之间接触 电阻的无规变化 。对于用作分压器式的电位 器来说，常采用恒压法

来测量其动噪声。如图 所示为恒压法测量 电位器动噪声的原理电

路图，恒压源输出电压为 ，内阻为 ，将其施加于 电位器 的

引出端 之 间，要求指 示器的输入阻抗为无穷大，使动触点上无 电流通过或通过

的电流与通过 电阻体的电流相 比小 得多，动触点在规定的速度下移动时，其动噪声由噪

声测量仪测出。动噪声一般用噪声比来表 示 ： 式 中， 噪声 比； 噪

声 电压； 外加直流 电压。 图 恒压法测量

动噪声的原理 电路 图 所示为恒压法测量动噪声的系统方框图。由于该系统本身

是测试噪声的，故要求 测试系统的噪声要小，并且要求能滤除基本信号分量，而放大噪声

分量。 从理论上分析和噪声频谱分析可知，其噪声主要集中在几十赫到 左右，且随频率升 高呈指数衰减。因此，频率愈低，其动噪声分量愈大，此属于低频噪声

类型。这时测试系统通

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第 107 页 图 恒压法测量 电位器动噪声的系统方框 图 频带及低端频响曲线的选取是十分重要

的。上端频率的选取只要能包括主要噪声分量频谱即 可。而测量系统下端频率的选取，则

既要求使噪声分量能通过，又要滤除基本信号的高次谐波 分量，因此应选用恰当的高通滤

波器，使基本信号及其谐波分量能被衰减掉，而使噪声分量能 通过 。 测量系统的输

入阻抗也影响测量结果的准确度，特别是被测 电位器总阻值接近于测量系 统输入阻抗时，

影响非常显著。因此，要求测量系统的输入阻抗要高，通常应为 以上 。而 对等效噪声电阻测量系统，系统的输入阻抗应大于被测阻抗 倍以上。但输入阻抗愈高，制 作愈加困难，同时对外界干扰及人体感应愈加敏感，使之操

作不便。 测量系统的噪声检测方式也很重要 。要求测量系统必须能同时检测 电位器

噪声的峰值和 有效值。同时，考虑到生产线上测量量大的要求，故测量系统还采用超限指

示来反映峰值。 等效噪声电阻的测量 如果噪声电压主要是 由接触 电阻无规变

化所产生的，那么产生同一噪声电压的接触 电阻 变化量就是等效噪声电阻。对于变阻器式

及接点电流较大的分压器式 电位器，主要测量等效 噪声电阻，通常采用恒流源法进行测量，

其测量原理电路如图 所 示 。

图 恒流源法测量等效噪声电阻 在电位器的引出端 和 之间通过 的恒定电流，动触点按规定速度滑动，此时，在动 触点与电阻体间的接触处产生电压降，

在动触点串联 电路中将随时出现局部断路或噪声峰值 电压，这个电压可以由噪声电压表来

测量，也可以通过示波器观测得到。因为电流大小已知， 应用欧姆定律便可计算出等效噪

声电阻的大小，等效噪声电阻用符号 来表示，即 式 中，

噪声峰值 电压（ 图 为恒流源法测量等效噪声电阻的系统方框图，对于该测量系

统的要求基本上与动 噪声测量系统相同。 平滑性的测量 平滑性用起伏电阻

（即阻值突跳峰值 ）相对于总阻值 的百分数表示，即

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第 108 页 图 等效噪声电阻测量的系统方框 图 平滑性 显然，

平滑性既反映出电阻体上电阻率分布的不均匀性，又反映接触电阻无规则变化，它将直 接

影响电位器动噪声的大小。对于用作变阻器的电位器，需测量其平滑性 。目前主要采用恒 流

法测量，其测量原理如图 所示 。 如果电位器转动时，阻值的变化完全是平滑的，则 如

图 所示那样得到理想 的变化 曲线 。实际电位 器转动时，阻值 的变化是不平滑 的，有 阻值突跳 出现，如 图 所示。测量平滑性时，必须在恒定的外加直流 图 恒流法测量平滑性原理图 电流和 电位器匀速转动情况下，才能正确测量 。图 所

示为平滑性测量系统方框图。 图 电位器阻值与转动速度

关系曲线 理想 电位器； 实际电位器 图 平滑性测量系统方框 图 负反馈放大器是该测量系统的核心，被测 电位器通过

负反馈放大器得到恒定电流 。因为 是恒流源，所以电位器 的阻值变化正比于

电压变量的变化 。又因为放大系数为

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第 109 页 若

很 大（即 比 大很多 ），当输 出电压变化很小时，则输入 电压几乎不变化 。

输入 电 压是由输出电压反馈得到的，而反馈放大器的输入电阻很大，即反馈电流 几乎全 部流过 ，可认为输入 电压（即 两端 电压 ）近似不变，即流过 及 的电流是恒定不变的。显然 输 出电压的变化将正 比于 的阻值变化 。

因为电位器阻值突跳所引起 的脉冲信号 电压很低 ，所 以必须通过直流放大器放大才便于

鉴别 。 测量系统 中的电表虚零 电路输 出一 电压来抵偿 当 阻

值为零时的输 出电压，这样便于 用 电表来指示 的变化 ，若 电位器阻值有突跳

则电表指示就有突跳。 电压鉴别触发器用来鉴别正 向突跳或反 向突跳 。当电位器阻

值突跳 ，实际反映为一突跳 脉冲信号输入 。这个脉冲信号送给触发器，当脉冲信号大到

一定值时，将导致触发器反转，使 超限指示灯亮 。这可作为平滑性的另一种度量手段 。 电子元件非线性的测量 这里讲 的电子元件 的非线性主要包括 电阻元件 的非线性和

电容元件 的非线性 。对 电子元 件 的非线性的测量不仅能够满足线路对 电子元件非线性

的要求 ，而且还可 以作为可靠性筛选 的一种手段，以便剔除有潜在缺陷的电子元件。

一、电阻器 的非线性 一个理想的线性电阻器，在它的两端施加的电压与流过其中的电

流成正比，即符合欧姆定 律，其阻值应与电压无关，如 图 ）所示。对于

用块状金属材料制成的电阻器，例如线绕电 阻器或块金属膜电阻器，其线性非常好，一般

测不出非线性。 图 电阻器的电流 电压特性 线性； ）非线性 对于非线绕 电阻器，由于其电阻体是 由分散的导电微粒所组成，

内部存在接触 电阻，因此 出现非线性 。也就是说，当一纯正弦交流 电流流过 电阻器时，

电阻器两端的电压将发生畸变而 含有高次谐波分量 ，使外加 电压与流过其 电流不严格满

足欧姆定律 ，阻值随着 电压升高而下 降，如 图 ）所示 。 由于非线性反映

出电阻器 电阻体材料 内部结构的不致密和不连续程度 ，因此非线性在一 定程度上反映了

电阻器质量的好坏 。如果电阻器的电阻体有 内在缺陷 （例如引线接触不 良，薄 膜不完

整，刻槽未刻透及陶瓷基体表面裂缝等），则其非线性就会比结构完整的电阻器大得多。 因

此测量非线性可以剔除有缺陷的电阻器，从而对产品起到可靠性筛选的作用 。 电阻器

的非线性可 以用 电压系数来表示 ，也可 以用非线性畸变产生的三次谐波衰减来表

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第 110 页

示 。因为高次谐波相对于三次谐波是很小的，而偶次谐波又不存在 。故可用三次谐波的大

小 来表征非线性大小。所谓电压系数是指在规定的电压范围内，外加 电压每改变 时，电阻值 的相对变化量，用 来表 示 ，即 式中， 额定 电压或最大

工作 电压； 的额定电压或 的最大工作电压，此时可认为是空

载情况； 分别为 、 电压下的电阻值。 由于非线绕 电阻器

的阻值随施加电压增高而降低，因此 电压系数 总是负值 。

为了避 免电阻器产品产生显著温升，施加电压的时间应尽可能短，一般不超过一分钟。

“国标”电阻器非线性测试方法中规定采用三次谐波衰减 定量

地表示 电阻器 的非线 性 ，它 以 为单位，并定义： 式中， 基波电压 （有

效值） 三次谐波电势 （有效值） 二、电容器 的非线性 电容器的非

线性是指 电容器输入纯正弦波 电压时，其输出电流与电压却出现不呈线性关 系（波形畸

变 ），产生多次谐波分量 的现象。电容器 的非线性程度可 以用“三次谐波衰减 ”或“三

次谐波失真”参数来衡量。 三次谐波衰减是表征电容器非线性程度的参数，用符号 表示，单位为 ，即 式中， 基波电压 （有效值） 三次谐波 电

势（有效值 ）（ ）。 三次谐波失真是表征电容器非线性程度的另一种表达方

式，用符号 表示，单位为 式中， 三次谐波 电势

（有效值 ） 基波 电压（有效值 ） 三、非线性的测量 测量原理

电阻器或 电容器非线性的测量原理就是给被测量元件加上纯正弦电流，如果这个元件的 阻

抗不完全是线性的，那么该元件两端的电压就会发生畸变而包含有谐波 。能够测出其中一

个或更多个谐波，这些谐波的幅值大小就是对这个元件非线性的一种度量 。通常测量三次

谐 波 。

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第 111 页

当测量出现在 电子元件两端的三次谐波 电压时，必须使它从基波 电压及所有其余谐波 电

压中分离出来 。这可以采用不同的方法来实现 。由于电容器的三次谐波衰减参量的测量系

统 基本与测量电阻器三次谐波系统类同，因此我们仅介绍电阻器非线性的测量方法。 电压系数的测量 测量电压系数可以采用普通四臂电桥，在 和

电压 下分别测量该电阻器的阻值，按式（ 来确定，也可以用 电压 系数

电桥来测量，其 电桥原理如图 所示 。利用此 电桥可 以直接读 出电

压系数 。 测量时，调整 电压系数读数盘为“ 处，按规定的额定 电压 或

最大工作电压施加 电压，调 的倍率转换开关，使 电桥平 衡，然后将电压

量程转换为 的额定电压或最大工作电压， 调整 电压系数读数盘，使 电桥

恢复平衡，可直接从电压系数读 数盘上读取 电压系数值 。 为了防止 电阻器样品产

生显著温升，可用脉冲 电源代替直 流 电源 。脉冲波形为矩形 ，样 品上 的峰值 电压与

上述 电压相 等，脉冲宽度为 ，重复频率为 。因为脉冲信号平均功率 图 电压系数 电桥 很低，不易造成样品发热，因而测量时间可不加限制。 三次

谐波的测量 要测量 由电阻器非线性畸变产生的三次谐波，必须在 电阻器上加一个基

波频率的纯正弦 电流，然后从电阻器上的电压分离出基波 电压和其它谐波 电压，并测出

其中的三次谐波 电压 值 。目前常采用电桥法和滤波器法来测量三次谐波。 电桥法是

利用 电桥平衡原理来进行测量的。电压的基波频率分量可以被电桥平衡掉，而 谐波分量却

不能平衡掉，从而在电桥对角线两端将有谐波电压出现，这电压可用谐波电压表直 接测量。

但是，由于使用电桥法测量必须事先对每个样品的基波电压平衡，因而花费的时间较 多，

使用也不方便，故不宜在生产上使用。 下面介绍一种便于使用的方法 滤波器法，其测试系统方框图如图 所示 。振荡器 产生基波频率的正

弦信号，频率通常为 。信号通过可变衰减器 调整到所

需要的幅 值，加到放大器 上，放大器本身产生的非线性失真应尽量小，经放大的

正弦电流通过低通滤 波器 加到被测电阻器 上，低通滤波器 只允许

基波频率的电流通过，各次谐波均被截 止，电阻器上的基波电压 由电压表

测 得，电阻器上的三次谐波电压 通过滤波器 由 电压表 测得，

带通滤波器 只允许三次谐波通过，对基波和其它各次谐波均有很大衰减，图

所示的 是在三次谐波频率下，从测试接头向上看的阻抗 。这个阻抗 由滤波器 和 所组成，它应该是电阻性的，为了使 失真 小， 应与 相 匹

配 ， 的阻值允许在 间变化， 可在 和 这几个

值 中选择 。 测试系统在基波频率下的等效电路如图 所示，

其 中 为被测 电阻器两端的基波 电压 。在基波 电压的作用下，具有非线性的被测

电阻器 内部产生一个三次谐波 电势 。因 此，在三次

谐波频率下，电阻器等效成一个线性电阻 与三次谐波 电势 相 串联 。其负载 阻抗为 。这时测试系统的等效 电路如图 所

示 。电压表测得的三次谐波 电压为

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第 112 页 图 电阻器非线性测试系统 它与 的关系为： 图

非线性测试系统的等效电路 三次谐波 电势 比基波 电压 要小得多，对

优质的电阻器， 是 的 倍 。 以分贝为单位的三次谐波衰减可

表示为： 式中， 称为修正项（ ，可表示为： 是 的函数，

其 曲线如 图 所示 。 图 修正项 与

的关系 曲线 基波测试电压 一般选用 电阻器的额定电压 ，仪器所能供给的

电压是一有 限值 。当测

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第 113 页 试

电压受仪器限制时，可在较低的测试电压 下测出三次谐波 电势，然

后用下式估算出对应 于一个较高电压的三次谐波电势： 式中， 对应于实际基波

测试 电压 的三次谐波 电动势； 对应于基波测试 电压 的三次谐波 电动势； 根据电阻器的类型而定，在 和 之 间

取一个值 。 电阻器非线性 的测量程序为： 插上被测 电阻器并且闭合开关 见 图 ）调整基波测试电压 使其分贝值达到标准中给出的数值； ）

由电压表 读出三次谐波 电压 的分贝值，根据式（ 计算 出电

阻器中的三次谐 波 电动势 ；再从图 中找出对应修正项 ，根据 式

（ 计算出三次谐波衰减的分贝 值 。 电子元件温度

系数 的测量 一、基本概念 由电子材料制成的电子元件，其物理参数一般均随温

度的改变而变化，而且随着构成它们 的材料及结构工艺的不同，变化的规律也是各种各样

的，因此，不能用简单的数学公式将其表 示出来，而必须采用测量的方法来确定。 作

为电子元件，除了在一些特殊场合用作温度补偿外，一般都要求具有小的温度系数，如 电

桥 中使用 的标准 电阻器 、电容器 以及振荡回路中所使用 的电容器 。作为补偿用 的电

容器则 要求容量随温度有一定的变化 。因此精确地测量 电子元件参数随温度 的变化规

律 ，是科研单 位和生产厂家必须解决的问题之一。 电子元件参数随温度变化有 种表示方式 ：电阻或 电容的温度系数（ 或 ；电阻或 电 容的温度特

性 ；阻值或容量温度循环漂移。 电阻温度系数 是指在规定 的类别温度范

围内，温度每改变一度 电阻值 的相对变化 率 。用每度 百万分之几（即 ℃

或 ）表 示 ，即 实际上电阻温度系数的大小和符号是随温度改变而变化的，

因此电阻温度系数，是在使用 范围内、任意温度间的温度系数的平均值，即 式 中， 分别是相对于温度为 时的 电阻值； 通常是标准条件下的温度

（ 由于电阻值随温度的变化关系的复杂性和多样性，因此我们可用不同的表示方法来

表示。 对于 电阻随温度变化是线性或近似线性的，可依次通过样 品在下列温度下达

到热稳定后 测量阻值来确定温度系数，即

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第 114 页

（ ） ； ）上 限类别温度； ； ）下限类别温度。

则温度系数 式 中， 或（ 温度下的阻值（ ）和（ ）或（ ）和

（ 温度下的阻值之差（ ）和（ ）或（ ）和（ ）的实测温度之差（ ）。

对于电阻值随温度的变化是非线性的，则根据电阻器允许的类别温度范围，依次在下列温 度

下使样品达热稳定后，测量其阻值，并记录其实测温度： （ ； ）

表 所列各点温度； ； ）表 所列各点温度。 表 上限类别温度的测量 点 表 下 限类别温度

的测量点 相邻两点间的电阻温度系数为：

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第 115 页 式

中， 相邻两点间的阻值相对变化值； 相邻两点间的实测温度之差。

对于电阻值随温度的变化是非线性的，且近似抛物线时，可依次在下列温度下使样品达到 热

稳定后，测量其阻值。 在（ ℃下，测量 的阻值为 ）在（ ℃

下，测量 的阻值为 ； ）在（ ℃下，测量 的阻值为 电阻

器的一次温度系数 和二次温度系数 分别按下式进行计算： 其中 是

温度 由 ℃变为 ℃时的阻值相对变化； 是温度 由 变为 时的阻值

相对变化。 电容温度系数 是指在类别温度范围内，温度每改变一度，容量

的相对变化率，即 同电阻器一样，由于温度系数的非线性，故采用容量 的平均温度系数，

则 式中， 室温 时的电容量； 上限类别温度 （或下限类别温度）

时测得 的电容量。 电阻或 电容温度特性是指在类别温度给定的温度范围内产生的阻

值或容量最大可逆变 化 。它通常表示为相对于参考温度 ℃的阻值或容量

的百分比，即 电阻温度特性 电容

温度特性 式中， 分别为两个规定的环境温度之间的阻值和容量变化； 分别为参考温度下的阻值和容量值。 阻值或容量温度循环漂移是确定电阻器或电容器

经受正、负温度循环期间温度循环之后， 阻值或容量相对于室温的最大相对不可逆变化，

有时又称为阻值或容量稳定性系数 。电阻器 或电容器应在下列温度热平衡后分别进行测量，

即 ； 下限类别温度 （ ） ； 上限类别温

度

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第 116

页 ℃ 。 阻值或容量温度循环漂移： 阻值负温度循环漂移

容量负温度循环漂移： 阻值正温度循环漂移 容量正温度循环漂移： ）

阻值正、负温度循环漂移 容量正、负温度循环漂移： 式中， 分

别在 三点所测得的阻值和容量，通常可选用上面的 种或 种最大的 值 。

目前，我国主要是用温度系数来表征阻值或容量随温度的变化。下面我们主要介绍电阻、 电

容温度系数的测量方法及其测试原理。 二、电阻温度系数的测量 电阻温度系数的

测量方法通常分为两类 ：一类是直接测量法；另一类是间接测量法。 间接测量法一般

采用两箱法，即电阻器样品置于规定的温度 下达热平衡后，

利用 前面介绍的电阻测量仪器分别测量 下的阻值，然后按电阻温度

系数的定义及公式计算 便可得到该电阻温度系数。 直接

法测量 电阻温度系数可根据不平衡 电桥或极限电桥的 原理

进行 。通常采用的桥接网络就是利用 电桥原理做成的电阻 温

度系数直读仪，其电路原理图如图 所示 。这种桥接 网络 实际上就是惠斯顿电桥，它与普通电桥不同之处，在于有一灵敏 的零点指示器和一精密 电位器 。在正常情况下，精密 电位器调 节置于中间位置 。常温时用改变 来平衡 ，当温度升高时， 的阻值改变，这时用电位器来补偿 。因此可以根据电位器改 变

的数值直接读出电阻器 的温度系数值。 图 测量 电阻温度系数的 原理电路 由于电位器每边有 个刻度，其阻值为 因此 电位 器每改变一个刻度则代表 的改变

量，最大可读 的电

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第 117 页 阻

值相对变化量。所以，当温度改变量 确定以后，可直接将度盘刻度成电

阻温度系数值。 三、电容温度系数的测量 电容温度系数的常用测量方法也有两

类 ：一类是两箱法；另一类是差频法。两箱法就是将 电容样 品放置在规定的温度 下达热平衡后利用 电容测量仪分别测出其 电容量，然后根 据 电容温度系数的定义进行计

算 。由于 变化很小，用一般方法测量误差大 ，而且不方便， 因此 ，

目前最常用 的是利用差频法 的谐振原理做成的电容温度系数测量仪来对 电容温度系数

进行测量，而采用差频法既简单，且精度也较高。 差频法 的基本原理就是将被测 电

容器接入测量振荡器 的振荡回路与另一参考振荡器进行 差拍 。由于被测 电容器未接入时，

两振荡器 的频率相等 ，差拍时得到零差 。接入被测 电容器 后，两振荡器差拍失去零差 。

要恢复零差，只有减小测量振荡器振荡回路中的标准可变 电容器 的电容量 ，而标准 电容

器减小的电容量 的值即为被测 电容器 的电容量 。因为电容器 的电容量 是随温度而变化

的，当被测 电容器在不同温度时，得到零差时标准 电容器减小的电容量的值不 同，因此

可利用此来确定被测 电容器的温度系数 。图 所示为差频法测量

电容温度系数的 原理框 图。 图 差频法测量 电容温度系数

的原理框 图 设在温度 时，测得零差的标准可变电容器读数

为 ，此时回路总电容量为 ；在 温度 时保证回路谐

振频率不变，改变标准可变 电容器的电容量，使之恢复零差，此时电容 器读数为 ，

回路总电容量为 。因为 回路谐振频率不变 ，所 以 又因 所以 则

当选定 后，由于振荡器 的 已知，则 只与 有关，因此，可根

据被测 电容 的改变量 直接读出电容温度系数值 。

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第 118 页 电子元件抗 电强度 的测量 一、基本概念 所谓抗电强度是指电子元件 （如电容

器或电阻器）在不致被击穿的情况下所能承受的最高 电场强度 。通常用击穿场强 来表示，它是指在均匀电场下，发生击穿的电场强度 。其单位 为千伏 ／毫米（ 。

一般 电子元件 （如 电阻器、电容器 ）大都处于直流或高频 电压的作用 下 。虽然其工

作电压不是很高 （通常低于 ，但 由于作为电容器介质的材料，其

厚度很 薄，结构致密，工作条件苛刻（如低气压、高工作温度 ），常常会发生介质击穿；

有 的电子元件，由 于生产工艺和材料上的缺陷，如电阻器刻槽边缘有毛刺，电容器介质含

有导电金属疵点，也可 能在正常工作条件下发生击穿，因此，为了保证工作的安全和可靠，

必须对电子元件进行抗电 强度的试验。 电子元件抗 电强度的试验一般包括耐压试验

和击穿试验两种类型。耐压试验是在一定条 件下对样品施加一定电压，经过一定时间后，

视其是否发生击穿作为判断样品合格或不合格的 标准 。显然，它是对产品性能是否合格进

行检验，其试验结果应不使产品受到破坏或产生隐 伤，这种试验是根据产品技术指标进行

的检验性试验 。耐压试验还可以把不合格的产品或 内 部有隐伤的产品挑剔出来 。耐压试

验所施加的电压值一般均高于该产品的工作电压，在产品 的技术标准中加 以具体规定。这

种试验的结果只能说明该产品能否承受住该试验电压，而不 能说明其抗电强度的高低 。击

穿试验是在一定条件下逐步升高施加于样品上的电压，直到样 品发生击穿破坏为止 。样品

发生击穿时的电压称为击穿电压，用 表示 。击穿电压大小

能 够表征其抗电强度的高低 。击穿电压大，抗电强度就高，击穿电压小，抗电强度就低 。

因此我 们可以通过测量击穿电压来说明抗电强度的高低 。 二、影响耐压与击穿场强

的因素 影响耐压与击穿场强的因素有 电场均匀度、施加 电压的波形与电压作用时间、

外界环境条 件 （如温度、湿度和气压等）等。这些因素也是导致测量结果不准确的重要原

因。 电场均匀度的影响 在不同的电场作用下，同一电子元件，其击穿电压可能

相差几倍。这是因为：在不均匀 电 场下，击穿可能发生在 电场强度最高的那一点，而 电

子元件 内部结构的不均匀性或者杂质的存 在 以及 内部的缺陷 （如裂缝或孔洞）等均得

不到明显的反映，而被 电场的不均匀性所掩盖。在 均匀 电场下，击穿首先发生在元件 内

部的弱点处，这样测量的结果能比较好地反映出电子元件 本身的性能，把抗 电强度的性能

差异区别出来。显然，电场的均匀性将明显地影响击穿场强的 测量值。因此，对于电子元

件试验时，由于不可能处于均匀 电场的条件下，应使所承受的电场 与使用场合相近似，这

样测得的抗电场强才有实际意义。 电压波形的影响 耐压和击穿试验的试验电压

可以是工频 （或交流）、直流，也可以是脉冲电压。试验中可以 发现：工频（或交流 ）电

压下，测得 的击穿 电压最小，脉冲 电压下测得 的击穿 电压最高，直流 电压 下测量值

居中，这是因为工频 （或交流）电压下，测得的击穿电压是有效值，而实际电压是以最 大

值 （峰值）加在试样上。同时在工频或交流下，介质要增加交流损耗，因而测得的击穿电

压值

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第 119 页 最

低 。在脉冲电压下试验，由于电压作用时间极短，有些击穿因素 （如热的积累效应和局

部放 电造成的破坏）还来不及发展，因此测得的击穿电压值最大。在直流电压下，试样内

部孔隙局 部放电所产生的空间电荷形成的反电场使放电孔隙的内电场降低，限制了局部放

电的扩展，加 之介质直流损耗 比交流损耗要低，故测得击穿电压值高于交流 电压而低于

脉冲 电压下测得的 击穿电压值 。显然，在交流情况下，耐压或击穿试验考核最严格。若

此电压能满足要求，则其 它形式电压也一定能满足要求。在电子工程应用中，介质材料的

击穿场强，通常均指工频 （或 交流）电压下的击穿场强。直流 电压下的耐压或击穿试验

仅针对工作在直流 电路中的电子元 件 。而脉冲电压试验，只是在对电介质材料作型式试

验时，为全面检查其性能而采用。有些电 子元件需检查耐受短时间脉冲负荷的能力，也要

进行耐脉冲电压试验 。 电压作用时间的影响 对电子元件加上一定的电压，其

击穿过程需要一定的时间，这时间的长短与导致击穿的类 型有紧密的关系，因为击穿往往

决定于元件的局部性能，即从局部区域发展到整体，从而导致 两电极之间发生击穿，因此

击穿过程是需要一定时间的。对于大多数电子元件来说，随着施加 电压时间的增加，击穿

电压将明显下降。因此，对于击穿与电压作用时间有关的元件，在击穿 试验时，外加电压

的升压方式和升压速度都必须明确规定。在耐压试验中，电压的作用时间除 了与升压速度

有关外，主要决定于耐压时间，即升压到试验电压值后 （样品实际承受试验电压 的时间）

元件承受试验电压的时间越长，对其考核越严格。 在交流或直流 电压 的击穿试验中

采用 种升压方式：连续升压法、逐级升压法和慢速升压 法。 连续升

压法是指施加样品的电压从零开始，按一定的升压速度连续上升，直到发生击穿为 止的升

压方法。 逐级升压法让施加于样 品的电压先 以连续升压 的速度上升到该样 品击穿

电压标称值 的 ，然后逐级升压，每级升压按击穿电压标称值的 升高，每级停留一分钟，直到击穿为 止 。最后一级电压即为击穿电压 。若在升压过程中

发生击穿，则应取前一级的电压值作为击 穿电压。级与级之间的升压速度应尽可能地快，

一般不超过十秒钟，连续升压法比逐级升压法 所测得的击穿电压（或击穿场强 ）要高。

慢速升压法先 以连续升压 的速度让样品上 的电压升到击穿电压标称值

的 ，然后 ，降 低升压速度，但 电压仍以匀速上升直到

击穿为止 。慢速升压法使样品承受电压作用的时间大 致与逐级升压法相同。 对于耐

压试验，在样品上连续均匀升压到规定的试验电压后，应保持一定的时间。例如电 阻器耐

压试验应在 内从零升到规定值并保持 ；电容器耐压试验，

从零徐徐上升 到规定值（由于电容器类型较多，对耐冲击 电压能力差的电容器，升压速度

应慢些；有 的耐冲击 电压能力强，升压速度快对其测量结果无影响，所以应在产品具体

标准中规定），保持时间为 （ ） 击穿试验 的升压方式应根据具体情况而定，对

于要求较高的元件可采用逐级升压法或慢 速升压法，这样对其考核更严格。 另外，环

境条件（如温度、湿度、气压等 ）对测量击穿 电压也有一定 的影响，因此，在进行击 穿

试验时要在规定的环境条件下进行。

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三、工频电压下的击穿场强测量 工频下进行击穿试验通常采用高压击穿装置，它主要

包括：高压试验变压器、调压设备、保 护 电阻、电压测量仪器、击穿指示器、高压屏蔽保

护装置 。图 所示为工频下高压击穿装置 原理 图。图中

为调压用 自耦变压器： 为高压变压器； 为限流保护 电阻； 为被试 元件； 为电压测量球隙 为伏特计 为熔断器 为指示灯； 为按钮； 为过 电流继电 器线圈； 为接触器 为过 电流继电器触点

为接触器触头， 为门开关； 为 电源开关； 为调压器限位开关。 图 工频下高压击穿装置原理图 高压试验变压器主要用来升高电压，其 电压根据

试验 电压的要求选取，要求输出电压的波 形是正弦波。因此高压变压器本身的波形畸变要

小，否则影响电压测量，造成测量误差。因为 击穿决定于电压的峰值，而测量的电压是有

效值，只有正弦波才满足： 调压设备主要用来调节试验 电压 。最常采用的是 自耦变

压器 。 高压 电路中的保护 电阻 是用来限制被测样 品所通过的电流 ，

其 限值可按样品击穿 时线路中的最大 电流不超过变压器所允许通过的电流的最大值 ，同

时也要避免试验时电阻上 产生过大的电压降，通常保护 电阻的阻值 以高压每伏 为宜。 控制线路由继电器、接触器和开关组成。 击穿电压的测量可以采用静 电

电压表法，球隙放 电法、互感器测量法和 电容分压器法等 。 静 电电压表法 静

电电压表 内阻很高，可 以与试验样 品并联直接测量试样两端的电压 。在交流 电压下测

得的是电压有效值，测量频率可达几兆赫 。但是这种方法测量不够准确 。 球隙放 电

测量法 它是利用球隙间空气 的放 电电压在一定条件下与球隙间的距离有严格 的确

定关系来确定 击穿电压的。 互感器测量法 通过 电压互感器将高电压变为低

电压进行测量 。设互感器的变 比为 ，在互感器的低压 端测得

电压为 ，则被测电压为 。

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电容分压器法 其测量原理是使被测 电压通过 串联的电容分压器进行分压，测出其中

低阻抗 电容器上的 电压，再用分压比算出被测电压。 四、直流电压下的击穿场强

测量 直流击穿装置与工频击穿装置不同点主要是增加了高压整流和滤波设备，以获得

直流高 压系统。高压整流可采用半波、全波和倍压整流电路。为减小脉冲分量，整流的电

压采用电容 滤 波 ，图 所示为倍压整流的直流击穿装置原理图。 图 倍压整流的直流击穿装置原理图 直流高压的测量方法很多，可以用静 电电压

表直接测量，也可以用 电阻分压器进行间接测 量 。电阻分压器是 由高 电阻 与低 电阻 串联组成的，通过直流电压表测量 上 的 电压 ，从

而确定被测直流 电压 。因为直流 电压表 的内阻比 大得多。因此，

被测直流高电压 为： 测量直流高电压最为简便的方法是采用毫安表与一高电阻串联

组成的测量系统，由于毫 安表的内阻远小于高电阻 ，所 以被测 电压

可以看作全部加在 上 ，即 其 中， 为通过高 电阻 的电流，于是只

要毫安表测得电流 ，就可以测得直流高压 五、脉冲电压下的击穿场强

测量 脉冲击穿试验是测量短时冲击高电压作用下试验的抗 电性能，它必须具备有产生

足够的 脉冲功率、脉冲电压的脉冲发生器。所输出脉冲波形应满足脉冲电压、脉冲宽度、

脉冲重复频 率以及前后沿时间的要求。对于电容器介质材料的脉冲击穿试验装置，因为脉

冲功率较大，所 以通常是将许多电容器并联充电，当电压升高到一定值时，通过球隙的击

穿使所有电容器经放 电间隙而串联在一起，并且在极短时间内经放电电阻 及与它并联的被测试样而放电，其实 验装置原理电路和装置等效电路如图 所示 。整个测量装置包括高压变压器、高 压整流装置、脉冲回路与负载回路组成。在放电

等值 电路中，脉冲发生器的脉冲电容 经过 回路的

电感 、电 阻 和并联的 、 相串联 。这回路满足非周期放 电的条件为： 此

时电流波形将是非周期脉冲 ，而被测样 品上的电压亦有相 同的波形 。由于 电阻 上的电 压和 电流的波形相似，因此选择适当的电容和 电阻就可 以获得所需要 的波形 。

由于脉冲 电路 中有 个电容器，每个电容器的电容量为 ，它们并联充

电到 电压 ，则在放 电时最大 电压可

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达 ，而发生器 的电容量 ，为了不影响发生器的波形，试样 电容 必须小于发生器 电容的 。接入阻尼 电阻 的 目的是消除电容器放 电时可

能在 电路 中引起 的振荡 。负载 回路中的隔离球隙 的 目的是使脉冲回路的

电容器在充电时不与放 电电阻 和被测试样连 接 ，球 隙 是作

为测量用 的。 图 脉冲实验装置原理电路及其等效电路 脉冲实验装置原理 电路； 装置等效电路 图 中： 放电球隙； 发生器 电容； 充电电阻； 放 电电阻； 阻尼 电阻。 脉冲发生器产生的脉冲波形应该是标准波形，即脉冲宽度为 的脉冲波，要求一 分钟不少于 次。电容 和 电阻 将影响波尾长度，而 将影响波首长度 。当 小时脉 冲波前延上升快，而当 小时脉冲波

后沿下降快。 测量脉冲击穿电压最广泛采用的方法是球隙放 电法，即用球隙 进行测量，也可以利用 脉冲变压器来测量脉冲电压值。 习 题 六 电阻器件噪声测试有何意义？在电阻器噪声测试系统中，为何要

选用带通放大器？ 电阻器电流噪声测试系统由哪几部分组成？简述各部分的作

用。 试述电位器转动噪声的各种测试方法的基本特点，它们各适用于什么场合。 什么是电阻器的非线性？什么是电容器的非线性？如何表示？ 简述 电阻器（或

电容器 ）三次谐波的测试原理。 什么是 电阻（或 电容 ）的温度特性 ？ 简述直接法测量 电阻温度系统的原理 。 差频法测量电容温度系统的基本原理是

什么？ 影响电子元件耐压与击穿场强测量的因素有哪些？试简述之。 简述工频电压下击穿场强的测量方法。

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第七章 元件测量新技术 与其它领域一样，阻抗测量是不断发展变化的。前面介绍

的许多方法、仪器已是过去几年 已经发展和应用了的，但基本的原理还是这些。然而老产

品并不是不好或没用，在一段时间它 还能应用。 随着现代科学技术和工业生产 的发

展，对测量速度、测量精度、宽的频率范围、自动数据处 理能力的要求不断提高。为了满

足这些要求，新一代测试仪器功能越来越复杂，对测试人员的 要求也越来越严格。所以，

测量系统的自动化和测量仪器的智能化是势在必行的。 一、测量技术发展的新动 向

在信息产 品迅速转入数字设计的推动下 ，随着显示技术，尤其是高性能

和平板显示 技术的发展，测量技术发展出现 了以下几个新动 向： 一是 由台式仪器

转移到便携式仪器 。由于刚进入测量领域的许多新用户对仪器 的性能不 太关心，却希望

所有 电子测量仪器 的体积更小、速度更快、更廉价、更易使用，因而笨重 的台式 仪器正

在让位于便携式仪器 。新一代微处理器提高了测量仪器 的速度 ，更廉价的测量仪器变 得

愈来愈寻常 。也许更重要的是所谓技术汇聚时代 的来临，制造厂商正在不断改进仪器 的

用 户界面，使之更易使用。 二是符合多种标准的专用仪器纷纷面世 。 三是出现

研制综合仪器 的热潮 。 台式仪器转移到便携式仪器 不断开发具有台式仪器功

能的便携式仪器是一个很 明显的发展趋势 。能设计 出这种仪器 是因为微处理器性能、存

储器速度与容量不断提高的结果，也因为有以下需求： 现场推护人员需要更轻便的仪

器 。如果有 了一种能测量三相交流 电源 的有效值 电压和 电 流，并可显示最大值、最

小值和谐波读数的便携式万用表，就给电工的工作带来了很大的方便。 另外 ，便携式仪器

还能为工程技术人员拥挤 的工作台节省一些空间。因为体积在生产测量 中 也是一个值得

考虑的重要因素 ，在生产线上每一台仪器所 占空间也是每一公司生产部 门的规 范所规定

了的。 美国的 公司是研制功能较强的便携式仪器的开拓厂商之一 。 年前，该公司就推 出 了示波表 （一种数字万用表和示波表的手持式组合仪器 ），同时一

直在不断改进显示器和用户 界面，并把它们应用到新产品中。 公司一贯

重视面板控制器 的层次及涉及人类工程学的 细节 ，以简化人机接 口，这些细节对那些不

是工程师的人来说尤为重要 。最新的 系列示波 表采用

了高对 比度 的冷 阴极背光液晶显示器 ，其亮度是 以前所用液晶显示器亮度 的 倍 。 系列示波表（共 个型号 ）的带宽为 。同样， 的 系

列数字万用表也采用了 比以前同类表更高亮度的液晶显示器 。相似的图形显示技术在 公司的 系列多功能 计数器上也得到了应用。这种计数器能同时显示 种信号参数，并具有 系列的文件处理 校准器。 公司推 出了小型、

轻便 的 系列示波器，满足了用户对附加值较高的便携

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第 124 页 式

仪器的需求，它的售价仅是某些模拟示波器的 ，是第一台售价低于 美元 的专用示波 器 。 符合多种标准的专用仪器纷纷面世 也许 比便携更重要，

在未来几年能使测量发生变革的发展趋势是研制更有发展前途的符 合更多工业标准的专用

仪器。数字与非数字技术 （包括无线通信、视频、电视、通信和光记录） 的融合推动了

这一发展趋势 。在各类 电子测量仪器 向专用仪器转变的进程中，示波器走在前 列，原 因

很简单，示波器主机通过插入其有“个性 ”的印制板、软盘、 或

卡，就变为专用 仪器 了。最终， 测试设备区别于通用示波器 的唯一之处就是

对捕捉信号所进行 的数字 处理。换句话说，假定硬件已经适合测试的需要，要把示波器转

变为专用测量仪器只要配制专 用软件就行 了。 目前，既是专用的又是便携式的综合

仪器已经问世。 研制综合仪器的热潮涌动 美 国的 公司推出

了兼有精密 电压、电流源和高分辨率的数字万用表 。 用户要求该仪器能测试厚、薄膜电

阻的六线阻抗、并具有控制生产过程的能力。结果他们做到 了。全世界的用户都希望在一

个机箱内能容纳多种仪器 。这方面，位于美国加州的 技术 公司以其 总线模块式仪器平台而跻身于生产各种综合仪器的行列。 二 、

产品的应用及其前景展望 计算机控制模块化仪器系统技术。 产品和技术，通过标准化理想地实现了模 块化、系列化、通用化 。世界各 国不 同厂家生

产 的 模块化仪器，具有高度的互换性和互操 作性，大大简化了计算和

控制 自动测试系统的组建、扩充，并具备了高度的灵活性。目前， 的应用 已从尖端科学

领域迅速 向交通、通信、电子、生物医疗、汽车等产业领域普及，创造着 巨 大的经济效

益。 我国信息产业的迅速发展为仪器和测量系统开拓了新的市场，同时也对仪器和测

量系统 提 出了更高 的技术要求 。我 国 目前许多常规人工操作的仪器 已不适应大多数

测量任务的需 要，新上建设项 目、投资项 目都想换代，配置新一代 的仪器和系统，这些

因素都为加快 产品 的推广和应用提供了难得的机遇。

产业的发展和形成有其 自身的规律和特点， 为我国提供了一个千载难

逢的机遇，使我 们有可能超越 阶段，直接跨入 时代 。 年在

测试领域内发生了一件里程碑式的事件，这就是 总线的问世 。

该总线采用 的是开放式结构，集中了先进的计算机数字接 口技术与模块化仪器的优点，因

而在电子测量技 术领域里具有广阔的发展和应用前景。当前它正在向集成化方向发展，亦

即基于传统的 “数据 采集一分析与处理一传输与显示”结构模式，并以此为开发平台充分

发挥计算机的功能和调用 各种有关测试软件构成具有不同功能的仪器 虚拟仪器。其最大优点是便于组配，它可以 把智能仪器、个人仪器以及 系

统的特长等都集中起来组成数据率高、兼容性强、可扩性 好、标准化的小巧灵活的各种实

用系统。当其接入到计算机网络后便可构成数据采集、传输与 处理一体化的网络系统 。据

预测 总线在 世 纪 年代及 以后相当长 的一段时间内将 成为

测量领域 的主导系统。 总线促进了整个测试系统 向开放式、集成化方 向发展，

使系统资源获得共亨。据统 计，其资源重复利用率高达 ，并保持 了

系统的研制周期缩短，成本降低，风 险减小。

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第 125 页 也

正是因为 总线所具有的上述特点和优点，使其在国防、航空航天、通信等众多领

域 内得 到广泛使用 。 总线一出现便引起测量仪器界专家们 的关注 。从测量技

术发展来看 ，其应用范围涉 及到整个 电子测量领域，而且还在 向微波、毫米波、通信测

量领域发展；在数字域、频率域、时间 域的测量中已获得了应用，如现代雷达、通信卫星、

电子对抗测量中所需的频谱仪、网络分析 仪、信号发生器等。可以说， 总

线系统的应用前景十分广阔，可 以用在军用系统 、航空系 统、通信系统、电力、气象、

冶金等系统 。这些领域或部门要求有全国性或较大范围的测量网 络 ，而 总线可以实

现测量系统统一到计算机标准上，采用标准计算机网络协议，使测量、计 算机与通信三者

联合起来 。在软件发展方面正在采用人工智能专家系统，将优秀测量专家的 思维过程固化

到测量软件中，以便运用专家知识和推理过程解决只有专家才能解决的复杂测 量问题 。有

人预言在测量平台上的下一次大变革是软件，所以开发测试软件 自动生成系统，发 展仪器

程序库 （仪器指令库）是非常重要的。 三、虚拟仪器 前面提到虚拟仪器，这里

先介绍其定义 ：虚拟仪器就是在通用计算机上加上一组软件和 （或）硬件，使得使用者

在操作这台计算机时，就像是在操作一台他 自己设计的传统电子仪器。 传统仪器：独

立 的装置，有一机箱，前面有操作面板，有信号输入、输 出端，还有开关、旋钮 等。检

测结果输出的方式有数字、指针式表头、图形窗 口等，可能还有打印输出。它 由以下 大

功能块构成：数据的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出。这些功能全部都

是以硬件 （或固化的软件）的形式存在。这种结构决定了传统仪器只能由仪器厂家来定义、

制 造，用户无法改变的现实。 电子计算机技术的发展，给传统仪器技术注入了强大的

活力。前面谈到，任何仪器都是由 大功能块构成的。如果把计算机技术和仪器技术结合起

来 ，充分利用飞速发展的计算机技 术实现或增强传统仪器的功能，我们可以想象有下面的

结果：信号的分析与处理、结果的表达 与输出放到计算机上来完成。用计算机屏幕可以形

象、方便地模拟各种仪器控制面板，以各种 形式表达输出检测结果；用计算机构件可以实

现各种各样的信号分析、处理，完成多种多样的 测量功能。总之，充分利用计算机丰富的

软、硬件资源 ，可以大大突破传统仪器在数据的处 理、表达、传送、存储等方面 的限制，

达到传统仪器无法 比拟 的效果 。 我们也可 以把仪器的 大功能块全部放在

计算机上来实现 。在计算机上插数据采集卡， 然后用软件在屏幕上生成仪器面板，用软件

来进行信号的分析处理，实现仪器的多功能化，这 就是虚拟仪器！ 无论是科研开发，

还是产品检测，都离不开有效的检测手段。有时我们会发现仪器太贵， 有时我们根本就买

不到合适 的仪器 。这种状况在产 品的电子含量越来越高的情况下尤为突 出。虚拟仪器技

术能够很好地解决这个 问题 。因为虚拟仪器系统是可 以由用户 自己来定义 的。在一个

虚拟仪器系统中，基本硬件确定以后，就可以很方便地根据 自己的需要，组建 自己 专用

的仪器系统。这种 自定义的系统同传统的仪器相比，自然灵活、功能更强，更能满足用户 不

断变化的需求。 目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集系统、 仪器控制系统、 仪器系统 以及 三者之间的任意组合。 利用 技术，可

以很方便地将多台仪器组合起来，形成较大的 自动测量系统，高效灵活

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完成各种不同规模的测量任务。 系统的组建在中大规模 自动测量系统，以及对速

度、精度要求较高的场合，有着其它 仪器系统无法 比拟 的优势。 从仪器的虚拟集成

看 测量系统的发展 。虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板 的个人计算 机仪器，

其基本思想是利用计算机来管理仪器，进而逐步代替仪器完成某些功能，如数据的采 集、

分析、显示和存储等，最终达到取代传统电子仪器的目的。虚拟仪器系统开辟了测控技术 的

新纪元 。前面介绍的 接 口仪器、 仪器在国外发达 国家 已得到极大

的推广 ，由于通 常使用分立式结构的 接 口仪器本身尺寸较大，不能方便地

搬动，而 仪器对大功率检 测系统不太适用，尽管它在 目前已有的

应用中都很成功，但在我国的推广却极为困难，其最根 本的原因就是价格太高。 虚拟仪器在拥有前面两者优点外 ，最大的优点就是性能价格 比 高。可能正是 由于这点， 虚拟仪器在国内问世以来，被人们接受速度之快实在让人吃惊 。 目前， 虚拟仪器

主要用途有 个方面：一是产品测试，用于制造厂商；其次是数据采集 和实验控

制，用于研究设计部门的二次开发；三是设备维修。据了解，目前国内需要完成的各 类任

务很多，采用 虚拟仪器既可以满足各项测试任务，又经济可靠，而 虚拟仪器本身也 只有向多任务、系统化方向发展才能真正具有竞争力，这就是 虚拟仪器 的发展方 向。 习 题 七 试述测量技术发展动向是什么？ 总线的优点是什么？ 虚拟仪器与

传统仪器有什么区别？ 虚拟仪器的优点是什么 ？

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第 127 页 参 考 文 献 陆玉新，傅崇伦 电子测量 北京：国防工业出版社， 蒋焕文，孙

续 电子测量 北京：计量出版社， 郑家祥，傅崇伦 电子测量基础 北

京：国防工业出版社， 刘涛 电阻器 北京：电子工业出版社， 天津大学 电阻

器 北京：技术标准出版社， 朱晓斌 电子测量仪器 北京：电子工业出版社， 刘耀

南，邱 昌容 电气绝缘测试技术 北京：机械工业出版社， 电子工业工人技术教

材组 无线 电测量与仪器 北京：国防工业出版社， 天津大学 电容器 北京：技

术标准出版社， 张世算 测量误差及数据处理 北京：科学 出版社 ， 费业泰 误差理

论与数据处理 北京：机械工业 出版社 ， ［美 ］威廉 戴维 库珀 电子仪器

与测量技术 北京：国防工业出版社， 李 能贵 电子材料与元器件测试技术 上海：

上海科学技术出版社， 孙焕根 电子测量与智能仪器 杭州：浙江大学出版社， 申

业刚 电子测量 南京：江苏省科学技术出版社， 朱文华 电子测量与仪器 南京：

东南大学 出版社 ，

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第 128 页 内 容 简 介 本书全面地、系统地介绍了电子元件参数的基本测量方法、测量原理及有

关测量技术，同时对误差理论及 电子元件测量新技术作了必要的阐述。全书包括绪论、误

差理论、基本测量技术、电子元件阻抗测量方法、电 子元件基本参数的测量、电子元件其

它参数的测量、电子元件测量新技术等七章。 本书为中专电子元件专业的统编教材，也

可作为相应专业的技工学校、职工培训的教材，同时，对于从事 电子元件测量的技术工人

和工程技术人员也有一定的参考价值 。

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第 129 页 出 版 说 明 为做好全国电子信息类专业“九五”教材的规划和出版

工作，根据 国家教委 《关于“九五”期 间普通高等教育教材建设与改革的意见》和 《普

通高等教育“九五”国家级重点教材立项、管理 办法》，我们组织各有关高等学校、中等专

业、出版社，各专业教学指导委员会，在总结前四轮规 划教材编审、出版工作的基础上，

根据当代电子信息科学技术的发展和面向 世纪教学内

容 和课程体系改革的要求，编制了 《 年全国电子信息类专业教材

编审出版规划》。 本轮规划教材是 由个人 申报，经各学校、出版社推荐，由各专业教

学指导委员会评选，并 由 我部教材办商各专业指导委员会、出版社后，审核确定的。本轮

规划教材的编制，注意了将教 学改革力度较大、有创新精神有特色的教材和质量较高、教

学适用性较好、需要修订的教材以 及教学急需、尚无正式教材的选题优先列入规划。在重

点规划本科、专科和中专教材的同时， 选择了一批对学科发展具有重要意义，反映学科前

沿的选修课、研究生课教材列入规划，以适 应高层次专 门人才培养的需要。 限于我

们的水平和经验，这批教材的编审、出版工作还可能存在不少缺 和不足，希望使 用教材的学校、教师、同学和广大读者积极提出批评和建议，以不断提高

教材的编写、出版质 量，共同为电子信息类专业教材建设服务。 电子部教材办公室

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第 130 页 前 言 本教材系按电子工业部的 《 年全国电子信息类专业教材编

审出版规划》，由中 专元器件教学指导委员会编审、推荐出版。本教材 由淮阴电子工业学

校刘希富担任主编，北京 电子工业学校蔡继勇任主审，杜金朋任责任编委。 本教材的

参考教学时数为 学时。全书共分七章：第一章绪论；第二章误差理论和数据 处

理；第三章基本测量技术；第四章至第六章分别介绍了电子元件参数的测量方法、测量原理、

测量技术及有关测量仪器；第七章简要介绍了电子元件测量的自动化、智能化等新技术。

本教材 由刘希富编写一、二、三、六章，张楼英编写 四、五、七章 。在编写过程 中得到

了淮 阴 电子工业学校刘涛老师的帮助和指导，这里表示诚挚的感谢。由于编者水平有限，

书中难免还 存在一些缺点和错误，殷切希望广大读者批评指正。 编 者 年 月

于淮 阴