电子设计中的测试与分析电子设计中的测试与分析浙江工商职业技术学院机电工程分院2007年全国大学生电子设计竞赛 基 本仪器和主要元器件清单 l20MHz普通示波器（双通道，外触发输入，有X轴输入，可选带Z 轴输入） 60MHz双通道数字示波器 低频信号发生器（1Hz1MHz） 高频信号发生器（1MHz40MHz） 函数发生器 低频毫伏表 高频毫伏表 普通频率计 失真度测试仪 直流稳压电源 秒表 2米卷尺 游标高度尺 单片机开发系统及EDA开发系统 单相自耦调压器（200W） 五位半数字万用表（电压表） 四位半数字万用表2006年浙江省大学生电子设计竞赛基 本仪器 l高频频率计（050MHz） 60MHz数字示波器 60MHz示波器（双通道，有外触发输入） 方波信号发生器 稳压电源（5V、12V以上） 直流电流表（0500mA） 数字万用表 白炽灯 红外线灯（大功率，交流220V） 秒表 10米卷尺 单片机开发系统 测量计算中的有效数字 l1、有效数字的概念测量结果都是包含误差的近似数据，在其记录、计 算时应以测量可能达到的精度为依据来确定数据的位数 和取位。如果参加计算的数据的位数取少了，就会损害 外业成果的精度并影响计算结果的应有精度；如果位数 取多了，易使人误认为测量精度很高，且增加了不必要 的计算工作量。一般而言，对一个数据取其可靠位数的全部数字加 上第一位可疑数字，就称为这个数据的有效数字。一个近似数据的有效位数是该数中有效数字的个数 ，指从该数左方第一个非零数字算起到最末一个数字（ 包括零）的个数，它不取决于小数点的位置。 l数字凑整规则 l由于数字的取舍而引起的误差称为“凑整误差”或“取舍 误差”。为避免取舍误差的迅速积累而影响测量成果的 精度，在计算中通常采用如下的凑整规则： （1） 若拟舍去的第一位数字是0至4中的数，则被保留 的末位数不变； （2） 若拟舍去的第一位数字是6至9中的数，则被保留 的末位数加1； （3） 若拟舍去的第一位数字是5，其右边的数字皆为0 ，则被保留的末位数是奇数时就加1，是偶数时就不变 。 测量计算中的有效数字l 数字运算规则 l在数字的运算中，往往需要运算一些带有凑整误差的不同 小数位的数值，这时应按下列规则进行合理取位。 （1）加减运算：在加减时，各数的取位是以小数位数最少的数为标准 ，其余各数均凑整成比该数多一位小数。 （2）乘除运算：乘除时，各数的取位是以“数字”个数最少的为准，其 余各数及乘积（商）均凑整成比该数多一个“数字”的数， 该“数字”与小数点位置无关。测量计算中的有效数字实验测量误差 l任何一类测量中，都存在一定误差（即测 量值与真实值之间存在一定的差值）。根 据误差的性质和来源，可以把误差分为系 统误差，随机误差和过失误差。 实验测量误差l系统误差: 在指定测量条件下，多次测量同一 量时，如果测量误差的绝对值和符号总是保持 恒定，使测量结果永远朝一个方向偏，那么这 种测量误差称为系统误差或恒定误差。系统误 差的产生与下列因素有关:l1.仪器装置本身的精确度有限，如仪器零点位 未调好，l 2.仪器使用时的环境因素 l3.测量方法的限制 l5.测量者个人的习惯性误差 实验测量误差l随机误差:指在实际相同条件下多次测量 同一物理量时，其绝对值和符号都以不同 可预料的方式变化的误差。这是实验者不 能预料的其它因素对测量的影响所引起的 。它在实验中总是存在，无法完全避免， 但它服从几率分布。如在同一条件下对一 物理量多次测量时，会发现数据的分布符 合正态分布曲线。 实验测量误差l过失误差l 由于实验者的粗心,如标度看错,记录写 错,计算错误所引起的误差,称为过失误差 . 这类误差是无规则可寻的,必须要求实验 者处处小心,才能避免.实验测量误差l绝对误差测量值-真值l相对误差(测量值-真值)/真值)*%实验数据表达 l数据是表达实验结果的重要方式之一，因 此,要求实验者将测量的数据正确地记录 下来，加以整理，归纳，处理，并正确表 达实验结果所获得的规律。实验数据的表 达方法主要有三种；l 列表法，l 图解法l 数学方程式法 数控直流电流源 测试内容l（1） 输出电流范围：200mA2000mA；l（2）可设置并显示输出电流给定值，要求输出 电流与给定值偏差的绝对值给定值的l1+10 mA；l（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进10mA ；l（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化 时，要求输出电流变化的绝对值输出电流值的 1+10 mA； l（5）纹波电流2mA；简易频谱分析仪 测试内容l（1）频率测量范围为10MHz30MHz；l（2）频率分辨力为10kHz，输入信号电 压有效值为20mV5mV，输入阻抗为 50；l（3）可设置中心频率和扫频宽度；l（4）借助示波器显示被测信号的频谱图 ，并在示波器上标出间隔为1MHz的频标 。正弦信号发生器 测试内容l（1）正弦波输出频率范围：1kHz10MHz；l（2）具有频率设置功能，频率步进：100Hz； l（3）输出信号频率稳定度：优于10-4；l（4）输出电压幅度：在负载电阻上的电压峰- 峰值Vopp1V；l（5）失真度：用示波器观察时无明显失真。 测试实例（数控电流源）l（1）输出电流范围为20mA2000mA，步进 1mA；l（2）设计、制作测量并显示输出电流的装置 ( 可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测 量误差的绝对值测量值的0.1+3个字；l（3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化 时，要求输出电流变化的绝对值输出电流值 的0.1+1 mA；l（4）纹波电流0.2mA； 测试实例（数控电流源）测试实例（数控电流源）l1.输出电流范围及步进控制测量l 将数字万用表接到电流源输出端，利 用按键预设最小电流20mA，万用表能显示 相应电流值；再利用按键预设最大电流 2000mA，万用表也能显示相应电流值。此 测试表明输出电流范围达到设计要求。l 利用按键将电流预设为200mA,再按 “+”或“-”键，预设显示及万用表显示 都表明，1mA步进增/减变化正常。测试实例（数控电流源）l2.输出电流误差测量及恒流特性测量l 将测试点选为20mA、200mA、500mA、 1000mA、1500mA、2000mA，将数字万用表 与300负载电阻（滑线电阻）串联后接 入电流源输出端。输出电流绝对误差测试 就是指电流预设值与实测值的差异测试。测试实例（数控电流源）l在测试过程中，当改变负载电阻时，若电流不 变，则表明此电流源的恒流特性良好。在测试 恒流特性时，根据输出电压变化10V以内要求， 对于不同的测试点，应选择不同的负载电阻值 。对于20mA测试点，负载电阻应在0500内 变化；对于200mA测试点，负载电阻应在0 50内变化；对于500mA测试点，负载电阻应在 020内变化；对于1000mA测试点，负载电阻 应在010内变化；对于1500mA测试点，负载 电阻应在06内变化，对于 2000mA测试点， 负载电阻应在05内变化。 测试实例（数控电流源）电电流预设值预设值 （mA）数字万用表 电电流实测值实测值 （mA） 绝对误绝对误 差（ mA） 相对误对误 差 改变负载电变负载电 阻时时的数字 万用表电电流 变变化值值 负载电负载电 阻调调 节节范围围 20200000-500 2002000000-50 5005000000-20 100010000000-10 15001499-1-0.067% 00-6 20001988-2-0.1% 00-5 测试实例（数控电流源）电电流预设值预设值 纹纹波电电流有效值值 20mA 0.9mA 200mA 1mA 1000mA 28mA 2000mA 55mA 实测结果表明，在小电流输出时，纹波电流指标达 到基本要求，当大电流输出时，纹波电流指标没有 达到要求。l纹波测量：用毫伏表测量RS电阻纹波电压，将此纹波电压除 以RS电阻，得到纹波电流值。测试结果见表2。测试实例（数控电流源）l测试结果分析l 测试结果表明，由于采用闭环控制，电流源 的输出范围、步进调整、电流误差值、恒流特 性均达到了设计要求，尤其在测试恒流特性时 ，当负载在规定的范围内变化时，电流表读数 不变。l纹波电流指标在大电流输出时没有达到设计要 求。当然，纹波电流太大与电源电路的滤波特 性有关，但分析其主要原因，主要是毫伏表在 测试过程中受电磁干扰引起。l 谢谢大家2008年7月13日 于浙江绍兴