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第1篇 电子测量总论及测量误差理论1

引言1

第1章 电子测量总论3

1.1 概述3

1.1.1 测量的基本概念3

1.1.2 电子测量的意义7

1.1.3 电子测量的特点8

1.1.4 电子测量的定义9

1.2 电子测量的原理及基本技术10

1.2.1 测量的量值比较原理10

1.2.2 测量的信息获取原理17

1.3 电子测量的分类23

1.3.1 概述23

1.3.2 有源量（信号）测量和无源量（系统）测量23

1.3.3 静态、稳态和动态测量25

1.3.4 时域、频域和时频域测量27

1.3.5 直接测量、间接测量和组合测量29

1.3.6 模拟量测量和数字量测量30

1.3.7 随机测量技术32

1.4 本书的体系结构及学习要点33

1.4.1 本书的体系结构33

1.4.2 本书的学习要点34

本章小结34

思考与练习35

第2章 测量误差和测量数据处理37

第一部分 测量误差37

2.1 测量误差概述38

2.1.1 测量误差的基本概念38

2.1.2 测量误差的表示方法38

2.1.3 测量误差的分类及影响43

2.2 系统误差的分析和处理46

2.2.1 系统误差的特征46

2.2.2 系统误差的发现方法46

2.2.3 系统误差的削弱或消除方法47

2.3 随机误差的分析与处理50

2.3.1 随机误差的统计特性50

2.3.2 有限次测量的数学期望和标准偏差的估计值56

2.3.3 测量结果的置信度59

2.4 粗大误差的判断与处理63

2.4.1 粗大误差的特性63

2.4.2 粗大误差的判断64

2.4.3 粗大误差的防止和剔除64

第二部分 测量数据处理66

2.5 直接测量的误差及数据处理——等精度测量与不等精度测量的数据处理66

2.5.1 等精度直接测量67

2.5.2 不等精度直接测量68

2.6 间接测量的误差及数据处理——测量误差的合成与分配70

2.6.1 测量误差的合成70

2.6.2 测量误差的分配72

2.6.3 最佳测量方案的选择73

2.7 组合测量的误差及数据处理——曲线拟合与回归分析73

2.7.1 问题的提出73

2.7.2 图解法74

2.7.3 经验公式法75

2.7.4 一元线性回归76

2.7.5 非线性回归80

2.8 测量结果的处理与表达——有效数字81

2.8.1 有效数字的概念82

2.8.2 数值修约83

2.8.3 近似运算84

本章小结84

思考与练习86

第2篇 信号的测量89

引言89

第3章 信号的时间与频率的测量94

3.1 概述94

3.1.1 时间和频率的基本概念94

3.1.2 时间和频率测量的特点96

3.2 频率测量的原理与方法综述97

3.2.1 频率测量的原理与方法分类97

3.2.2 间接比较法98

3.2.3 直接比较法99

3.3 时间（频率）的数字化测量及电子计数器原理100

3.3.1 时间和频率的数字化测量原理100

3.3.2 电子计数器的组成原理102

3.3.3 电子计数器的分类及主要技术指标105

3.4 通用计数器的组成及测试功能106

3.4.1 通用计数器的整机组成框图106

3.4.2 通用计数器的测试功能107

3.5 时间和频率的测量误差112

3.5.1 测量误差的来源112

3.5.2 测量误差的分析118

3.6 高分辨力的时间和频率测量技术121

3.6.1 多周期同步法121

3.6.2 模拟内插法122

3.6.3 时间-电压变换法124

3.6.4 游标法125

3.6.5 时延法127

3.7 调制域测试技术128

3.7.1 调制域分析的特点128

3.7.2 调制域测量的基本原理128

本章小结129

思考与练习130

第4章 信号幅度的测量133

4.1 概述133

4.1.1 信号幅度测量的意义和特点133

4.1.2 电压测量的方法和分类134

4.2 电压的模拟式测量137

4.2.1 交流电压的特征参量137

4.2.2 交流-直流（AC-DC）转换器的原理139

4.2.3 模拟式交流电压表142

4.2.4 交流电压表的响应特性及误差分析145

4.2.5 交流电压的模拟式测量小结148

4.3 直流电压的数字化测量148

4.3.1 电压-数字转换的原理和分类148

4.3.2 A-D转换原理150

4.4 数字电压表（DVM）和数字多用表（DMM）156

4.4.1 数字电压表的组成及结构156

4.4.2 数字多用表的组成及结构158

4.4.3 数字电压表和数字多用表的主要性能指标161

4.5 数字电压表的误差分析及自动校准技术163

4.5.1 数字电压表的误差分析163

4.5.2 数字电压表中的自动校准技术166

4.5.3 数字电压表中的自动量程技术168

本章小结169

思考与练习170

第5章 信号波形的测量173

5.1 概述173

5.1.1 波形测量173

5.1.2 示波器的基本组成174

5.1.3 示波器的分类174

5.1.4 示波器的发展175

5.2 信号波形的模拟测量原理175

5.2.1 阴极射线管175

5.2.2 CRT波形显示的基本原理177

5.3 模拟示波器182

5.3.1 通用示波器的基本构成182

5.3.2 示波器的主要技术指标183

5.3.3 通用示波器的Y通道（垂直系统）184

5.3.4 通用示波器的X通道（水平系统）187

5.4 波形的数字化测量及数字存储示波器的原理194

5.4.1 概述194

5.4.2 波形的采集与存储196

5.4.3 波形采集与存储的控制——触发与时基201

5.4.4 波形的显示与处理208

5.4.5 波形数字化测量的特点213

5.5 数字存储示波器的实现技术215

5.5.1 现代数字示波器的一般组成215

5.5.2 高速A-D转换器216

5.5.3 波形存储器的降速处理技术219

5.5.4 触发与时基系统的实现技术220

5.5.5 数字示波器（DSO）的主要技术指标226

5.6 示波器的基本测量技术230

5.6.1 示波器的选用230

5.6.2 信号电压的测量231

5.6.3 信号时间和频率的测量232

5.6.4 信号相位的测量233

本章小结235

思考与练习236

第6章 信号频谱的测量239

6.1 概述239

6.1.1 信号频谱分析的意义239

6.1.2 信号的频谱240

6.1.3 常见信号的频谱241

6.1.4 频谱仪的分类244

6.2 稳态（周期）信号的频谱测量245

6.2.1 扫频式频谱分析原理245

6.2.2 外差式频谱仪246

6.3 动态（瞬变）信号的频谱测量254

6.3.1 FFT分析仪的原理254

6.3.2 全数字中频的实时频谱分析258

6.4 频谱仪的技术指标264

6.4.1 外差式频谱仪的主要指标264

6.4.2 FFT分析仪的主要技术指标266

6.4.3 外差式频谱仪和FFT分析仪的比较267

6.4.4 频谱仪各参数间的联动关系267

6.5 频谱仪的应用269

6.5.1 脉冲信号的测量269

6.5.2 相位噪声的测量270

6.5.3 非线性测量271

6.5.4 信道功率的测量274

6.5.5 调制度的测量275

本章小结277

思考与练习277

第7章 数字信号的测量280

7.1 概述280

7.1.1 数字信号的基本概念280

7.1.2 数字信号的特点281

7.2 数字信号测量的基本原理282

7.2.1 信号采集282

7.2.2 触发识别284

7.2.3 数据存储286

7.2.4 数据显示287

7.3 逻辑分析仪289

7.3.1 逻辑分析仪的组成结构289

7.3.2 逻辑分析仪的特点及性能290

7.3.3 逻辑分析仪的分类及典型仪器简介291

7.4 逻辑分析仪的应用293

7.4.1 逻辑分析仪的选用293

7.4.2 逻辑分析仪的应用实例294

本章小结298

思考与练习298

第3篇 系统的测量300

引言300

第8章 测量系统的基本特性304

8.1 概述304

8.1.1 测量系统的定义304

8.1.2 测量系统的响应特性304

8.2 测量系统的静态特性305

8.2.1 静态特性的表征和获取305

8.2.2 静态特性的基本参数307

8.2.3 静态特性的质量指标308

8.3 测量系统的动态特性312

8.3.1 动态特性概述312

8.3.2 测量系统动态特性的数学模型313

8.3.3 常见的一阶和二阶测量系统的动态特性316

8.3.4 测量系统的动态误差及性能评价指标318

本章小结321

思考与练习321

第9章 信号源323

9.1 概述323

9.1.1 信号源在系统测量中的作用323

9.1.2 信号源的分类324

9.1.3 信号源的主要技术指标326

9.2 传统的信号源327

9.2.1 高频信号源327

9.2.2 脉冲信号源330

9.2.3 函数信号源331

9.3 锁相频率合成信号源334

9.3.1 合成信号源概述及直接合成原理334

9.3.2 锁相环的基本形式及锁相频率合成的原理336

9.3.3 提高频率分辨力的锁相合成技术340

9.3.4 扩展输出频率上限的锁相技术343

9.3.5 锁相合成信号源的实例分析346

9.4 直接数字合成信号源347

9.4.1 DDS信号源的基本组成原理347

9.4.2 DDS的单片集成电路350

9.4.3 DDS的技术指标及特点352

9.4.4 DDS＋PLL频率合成信号源353

9.4.5 任意波形信号源354

9.4.6 合成扫频信号源356

本章小结357

思考与练习358

第10章 电子元器件的测量361

10.1 概述361

10.1.1 电子元器件的分类361

10.1.2 电子元器件测量的特点362

10.2 无源元件的阻抗测量362

10.2.1 无源元件R、L、C的阻抗概述362

10.2.2 电桥法367

10.2.3 谐振法370

10.2.4 电压电流法373

10.2.5 自动平衡桥路法375

10.3 分立器件参数测量概述376

10.4 分立器件测量仪器377

10.4.1 晶体管特性图示仪377

10.4.2 分立器件综合测量仪381

本章小结383

思考与练习384

第11章 集成电路测试385

11.1 概述385

11.1.1 集成电路测试的意义385

11.1.2 集成电路测试的基本原理386

11.1.3 集成电路测试的分类386

11.1.4 集成电路测试系统387

11.2 数字集成电路测试技术388

11.2.1 概述388

11.2.2 数字集成电路的参数测试390

11.2.3 数字集成电路的功能测试394

11.3 模拟集成电路测试技术403

11.3.1 概述403

11.3.2 模拟集成电路测试系统404

11.3.3 线性集成运算放大器的测试406

11.4 混合集成电路的测试412

11.4.1 混合集成电路的测试要求412

11.4.2 混合集成电路测试系统的组成413

本章小结414

思考与练习415

第12章 线性系统特性测量和网络分析416

12.1 概述416

12.1.1 线性系统特性测量的基本原理416

12.1.2 频率特性测量的基本方法417

12.1.3 频率特性测量仪器418

12.2 扫频信号源419

12.2.1 概述419

12.2.2 扫频信号源的原理420

12.2.3 宽频段扫频方法422

12.3 射频信号的幅相测量（幅相接收机）423

12.3.1 概述423

12.3.2 射频信号频率下变换426

12.3.3 中频信号的相位测量429

12.4 扫频仪432

12.4.1 扫频仪的组成433

12.4.2 扫频仪的主要性能指标433

12.4.3 频标434

12.5 网络特性及其S参数435

12.5.1 网络分析的基本概念435

12.5.2 微波网络的S参数436

12.5.3 网络特性参数的定义439

12.6 网络参数的测量原理及网络分析仪442

12.6.1 网络参数的基本测量原理442

12.6.2 网络分析仪444

12.7 网络分析仪的误差分析及校准技术449

12.7.1 网络分析仪的误差分析449

12.7.2 网络分析仪的误差校准和修正453

本章小结455

思考与练习455

部分习题参考答案457

参考文献462