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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