电子测量技术第3章..
电子测量技术教案
电子测量技术教案第一章：电子测量技术概述1.1 教学目标让学生了解电子测量技术的定义、作用和分类。
让学生掌握电子测量技术的基本原理和常用测量方法。
1.2 教学内容电子测量技术的定义和作用电子测量技术的分类电子测量技术的基本原理常用测量方法及其适用范围1.3 教学方法采用讲解、示例和实验相结合的方式进行教学。
1.4 教学步骤引入电子测量技术的概念，让学生了解其定义和作用。
讲解电子测量技术的分类，让学生了解不同类型的测量技术。
讲解电子测量技术的基本原理，让学生理解其工作原理。
介绍常用测量方法及其适用范围，让学生了解不同测量方法的应用场景。
通过示例和实验，让学生实际操作并加深对电子测量技术的理解。
第二章：电压测量2.1 教学目标让学生掌握电压测量的基本原理和方法。
让学生了解不同类型电压测量仪器的特点和选用原则。
2.2 教学内容电压测量的基本原理电压测量方法及其适用范围电压测量仪器的类型及特点电压测量仪器的选用原则2.3 教学方法采用讲解、示例和实验相结合的方式进行教学。
2.4 教学步骤讲解电压测量的基本原理，让学生理解电压测量的过程。
介绍不同类型的电压测量方法及其适用范围，让学生了解选择合适的测量方法的重要性。
讲解不同类型电压测量仪器的特点和选用原则，让学生了解不同仪器的适用场景。
通过示例和实验，让学生实际操作并加深对电压测量的理解。
第三章：电流测量3.1 教学目标让学生掌握电流测量的基本原理和方法。
让学生了解不同类型电流测量仪器的特点和选用原则。
3.2 教学内容电流测量的基本原理电流测量方法及其适用范围电流测量仪器的类型及特点电流测量仪器的选用原则3.3 教学方法采用讲解、示例和实验相结合的方式进行教学。
3.4 教学步骤讲解电流测量的基本原理，让学生理解电流测量的过程。
介绍不同类型的电流测量方法及其适用范围，让学生了解选择合适的测量方法的重要性。
讲解不同类型电流测量仪器的特点和选用原则，让学生了解不同仪器的适用场景。
电子测量与仪器课后习题解答
参考答案第一章习题解答1.1 解：测量是人类认识和改造世界的一种重要手段。
测量是通过实验方法对客观事物取得定量数据的过程。
其实测量和我们每个人都有着密切的联系，人们或多或少都对它有一定的了解。
关于测量的科学定义，可以从狭义和广义两个方面进行阐述。
狭义而言，测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。
在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。
广义而言，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。
例如，故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。
电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。
它是测量学和电子学互相结合的产物；也是在科学研究、生产和控制中，人们为了对被测对象所包含的信息进行定性分析、定量掌握所采取的一系列电子技术措施；是分析事物，做出有关判断和决策的依据。
在电子测量过程中，以电子技术理论为依据，以电子测量仪器为手段，对各种电量、电信号、电路特性和元器件参数进行测量，还可以通过传感器对各种非电量进行测量。
严格地讲，电子测量是指利用电子技术对电子学中有关物理量所进行的测量。
1.2 解：电子测量的范围十分广泛，从狭义上来看，对电子学中电的量值的测量是最基本、最直接的电子测量，其内容有以下几个方面：(1)电能量的测量，如测量电流、电压、功率等。
(2)电子元件和电路参数的测量，如测量电阻、电容、电感、品质因数及电子器件的其他参数等。
(3)电信号的特性和质量的测量，如测量信号的波形、频谱、调制度、失真度、信噪比等。
(4)基本电子电路特性的测量，如测量滤波器的截止频率和衰减特性等。
(5)特性曲线的测量，如测量放大器幅频特性曲线与相频特性曲线等。
1.3 解：精密度(δ)说明仪表指示值的分散性，表示在同一测量条件下对同一被测量进行多次测量时，得到的测量结果的分散程度。
电子测量技术课程教学大纲
《电子测量技术》课程教学大纲学时: 48 学分：2.5理论学时: 28 实验学时：20面向专业：电信工程/电信科技课程代码：先开课程：模拟电子技术、数字电子技术、概率论、信号与系统、微机原理课程性质：必修执笔人：车晓言代爱妮审定人：陈龙猛曹洪波第一部分：理论教学部分一、说明1、课程的性质、地位和任务电子测量技术是电子信息、自动控制、测量仪器等专业的通用技术基础课程。
包括电子测量的基本原理、测量误差分析和实际应用，主要电子仪器的工作原理，性能指标，电参数的测试方法，该领域的最新发展等。
电子测量技术综合应用了电子、计算机、通信、控制等技术。
通过本课程的学习，培养学生具有电子测量技术和仪器方面的基础知识和应用能力；通过本课程的学习，可开拓学生思路，培养综合应用知识能力和实践能力；培养学生严肃认真，求实求真的科学作风，为后续课程的学习和从事研发工作打下基础。
2、课程教学和教改基本要求(1)模块化、多层次教学方法(2)理论联系实际(3)互动式、开放式教学方法(4)课程组的教学方法研讨(5)考试方式的改革通过本课程的学习，培养学生具有电子测量技术和仪器方面的基础知识和应用能力；通过本课程的学习，可开拓学生思路，培养综合应用知识能力和实践能力。
二、教学内容与课时分配第1章.测量的基本原理（4学时）（1）测量的基本概念、基本要素，测量误差的基本概念和计算方法。
（2）计量的基本概念，单位和单位制，基准和标准，量值的传递准则。
（3）测量的基本原理，信息获取原理和量值比较原理。
（4）电子测量的实现原理：变换、比较、处理、显示技术。
重点:掌握测量与计量的基本概念，测量误差的概念与来源，测量的量值比较原理。
了解信息的获取原理，测量的基本实现技术。
难点：测量的量值比较原理第2章.测量方法与测量系统（2学时）（1）电子测量的意义、特点、内容。
（2）电子测量的基本对象——信号和系统的概念、分类。
（3）电子测量方法分类。
（4）测量系统的基本特性——静态特性和动态特性。
电子测量技术课后习题答案林占江版
第11章 智能仪器
11.1 P310 11.2 P311 11.3 P314 11.4 P316
12.1 P319 12.2 P321 12.3 P325 12.4 P333 12.5 P336 12.6 P338
第12章 虚拟仪器
13.1 P339 13.2 P341 13.3 P342 13.4 P346 13.5 P347 13.6 P349
习题解答
第1章绪论
1.1 答：电子测量是以电子技术理论为依据，以电子测量仪 器和设备为手段，以电量和非电量为测量对象的测量过程。 属于电子测量的是（2）、（3）。
1.2 答：见1.2节与1.3节。 1.3 答：主基准、副基准和工作基准。
第2章 测量误差分析与数据处理
2.1 绝对误差：0.05V 修正值：-0.05V 实际相对误差：1.01% 示值相对误差：1.00% 电压表应定为0.5级
第6章 频域测量
7.1 P236 7.2 P237 7.3 P238 7.4 P241 7.5 P243 7.6 P246 7.7 P249 7.8 P265
第7章 逻辑分析仪
8.1 P270 8.2 P272 8.3 P272 8.4 P274 8.5 P275 8.6 P276 8.7 P277
2.2 15V,2.5级 2.3 ±10% 2.4 绝对误差：-0.2mA；修正值：0.2mA
实际相对误差：0.25% 0.5级
2:.5 14.8V,40.8%
2.6 1.15V,0.99V;23%,19.8% 2.7 5%,0.42dB 2.8 200k,266.7k,25% 2.9 200k,199.973k,0.014% 2.10 微差法、替代法、零示法
第13章 自动测试系统
电气与电子测量技术(罗利文)课后习题答案
由此可见，等效阻抗与电阻率、磁导率以及几何形状有关，还与线圈的几何数、线圈中激磁电流频率f有关，同时还与线圈与导体间的距离x有关。
由此可知
M与距离x相关，可用于测量位移、振幅，厚度等。
R1、R2与传感线圈、金属导体的电导率有关，且电导率是温度函数，可用于测量表面温度、材质判别等。
设输入交流电压 为正半周，即A点为正，B点为负，则二极管 、 导通， 、 截止。在A→E→C→B支路中，C点电位由于 的增大而比平衡时低；在A→F→D→B支路中，D点电位由于 的减小而比平衡时高，即D点电位高于C点电位，此时直流电压表正向偏转。
设输入交流电压 为负半周，即A点为负，B点为正，则二极管 、 导通， 、 截止。在B→C→F→A支路中，C点电位由于 的减小而比平衡时低。在B→D→E→A支路中，D点电位由于 的增加而比平衡时的电位高。所以仍然是D点电位高于C点电位，直流电压表正向偏转。因此只要衔铁上移，不论输入电压是正半周还是负半周，电压表总是正向偏转，即输出电压 总为下正上负。
解：
图3-7变压器式交流电桥
图3-7的交流电桥图中，当衔铁向上移动和向下移动相同距离时，其输出大小相等，方向பைடு நூலகம்反。由于电源电压是交流，所以尽管式中有正负号，还是无法加以分辨。可采用带有相敏整流的交流电路，如图3-8所示。
图3-8相敏整流交流电路
当衔铁处于中间位置时，Z1=Z2=Z0，电桥处于平衡状态，输出电压 ；当衔铁上移，使上线圈阻抗增大，Z1=Z0+Z，而下线圈阻抗减少，Z2=Z0Z。
图3.1压电传感器的等效电路
由于外力作用而在压电材料上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。压电材料在交变力的作用下，电荷可以不断补充，以供给测量回路一定的电流，故适用于动态测量。
电子测量技术与仪器(第3版)课后习题答案
课后习题
目前本课程教材选用北京理工大学出版社出版的《电子测量技术与仪器》主编王川2010年7月第一版，教学过程中在教材里选择合适的习题作为课后习题，参考答案如下：
第一章
1-1见教材P4
1-2见教材P5
1-3 Δx1=1v,Δx2 =1v ,γA1=10% , γA2=1%
1-4 (1)Δx=0.03v ,c=-0.03v
(2) γA=0.86%
(3)1.0级
第二章
2-1见教材P13-14
2-3见教材P23
2-4见教材P26
第三章
3-2
正弦波三角波方波
有效值表 1.77V 1.44V 2.5V
均值表 1.77V 1.39V 2.76V
峰值表 1.77V 1.77V 1.77V
3-3选均值表较为合适，均值表的波形误差相对较小
3-6见教材P57-59
3-10（1）甲为4位乙为4位半
（2）当乙的基本量程为2V时，乙具有超量程能力，甲没有超量程能力
（3）0.01mV
第四章
4-1见教材P98-99
4-4（1）先让所用通道的垂直耦合接地，确定电压为零的位置，然后换到直流耦合，测量高低电平的电压大小。
（2）分别读取方波波形上升沿10%—90%的时间长度与下降沿90%—10%的时间长度，即为前沿时间和后沿时间。
4-11见教材P117
第五章
5-2见教材P134
5-9见教材P146
第六章
6-2见教材P168-169
6-3见教材P165-166
6-5测频量化误差分别为±0.00001%，±0.0001%，±0.001%。
电子测量技术基础章节练习题及答案
第1章习题答案1、选择题（单项选择题）(1) 在测量中，绝对误差与其真值之比称为 C 。
A. 示值误差B. 随机误差C. 相对误差D. 引用误差(2) 仪表指示值与实际值之间的差值称为 A 。
A. 绝对误差B. 相对误差C. 示值相对误差D. 引用误差(3) 仪器仪表的准确度等级通常是用 D 来表示。
A. 绝对误差B. 相对误差C. 示值相对误差D. 引用相对误差(4) 测得信号的频率为0.0760MHz，这个数字的有效数字有 B 位。
A. 三B. 四C. 五D. 六(5) 测得信号的周期为2.4751μs，经整理保留三位有效数字，即为 C 。
A. 2.47μsB. 2.475μsC. 2.48μsD. 2.4751μs(6) 一定条件下，测量结果的大小及符号保持恒定或按照一定规律变化的误差称为 A 。
A. 系统误差B. 随机误差C. 粗大误差D. 绝对误差(7) 测量为8mA的电流时，若希望误差不超过0.2mA，则最好选用下列哪项方案？ AA. 在1.5级电流表的10mA量程上测量B. 在5.0级电流表的10mA量程上测量C. 在2.5级电流表的10mA量程上测量D. 在2.5级电流表的100mA量程上测量2、判断题（正确的在后面括号内打对号、错误的打叉号）(1) 测量结果就是指被测量的数值量。
（×）(2) 测量结果的绝对误差越小，测量结果就越准确。
（√）(3) 测量结果的绝对误差与修正值等值同号。
（×）(4) 测量结果的绝对误差就是误差的绝对值。
（×）(5) 在测量过程中，粗大误差又称偶然误差，是由仪器精度不够产生的。
（×）3、简答题(1) 什么是测量？答：测量是人类对客观事物取得数量概念的认识过程，测量结果是由数值(大小及符号) 和单位构成，没有单位的测量结果是没有物理意义。
(2) 什么是电子测量？答：应用各类现代电子测量仪器所进行的测量活动称之为电子测量。
电子测量复习提纲
《电子测量技术》复习提纲试卷类型：一、填空题：30%;二、单项选择题：10％；三、判断题：10％；四、问答题：25%;五、计算题：25％。
复习要求：第一章：1、掌握电子测量的特点和一般方法（偏差、零位、微差）。
特点：（1）测量频率范围宽（2）测量量程宽（3）测量准确度高低相差悬殊(4）测量速度快（5）可以进行遥测（6）易于实现测试智能化和测试自动化（7）影响因素众多,误差处理复杂一般方法：直接、间接、组合.时域、频域、数据域、随机。
2、掌握测量仪表的主要性能指标和计量的基本概念.性能指标：（1）精度：精密度、正确度、准确度(2）稳定性：稳定度、影响量（3）输入阻抗（4）灵敏度（5）线性度（6）动态特性计量的基本概念：计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量.单位制:任何测量都要有一个统一的体现计量单位的量作为标准，这样的量称为计量标准。
计量基准:1、主基准2、副基准3、工作基准例题：1。
7 设某待测量的真值为土10．00，用不同的方法和仪器得到下列三组测量数据。
试用精密度、正确度和准确度说明三组测量结果的特点：①10.10，l0。
07,10.l2，l0。
06,l0。
07，l0.12,10.11，10。
08，l0。
09，10。
11；②9。
59，9.7l，1 0。
68，l0.42,10。
33，9.60,9.80，l0.21，9.98，l0.38; ③10.05，l0.04，9。
98，9。
99,l0.00，10.02，10.0l，999，9。
97,9。
99。
答:①精密欠正确；②准确度低；③准确度高。
1.15 解释名词:①计量基准；②主基准；③副基准;④工作基准. 答：①用当代最先进的科学技术和工艺水平，以最高的准确度和稳定性建立起来的专门用以规定、保持和复现物理量计量单位的特殊量具或仪器装置等。
②主基准也称作原始基准，是用来复现和保存计量单位,具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具，经国家鉴定批准，作为统一全国计量单位量值的最高依据。
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间接型RMS/DC运算法
间接型RMS/DC运算法 图中第一级为模拟乘法/除法器,第二级是由运 算放大器组成的低通滤波器。它在电路的输入 级使用反馈间接实现平方根运算。 u2x/ U0将随着输入信号的有效值线性变化。
U 0 u (t )
2 x
u
2 x o
－
Uo
ux
2
ux (t)
A
ux(t)
D
+
C B
M E
Ex Uo Ef + ΔE
测量热电偶M1: 产生的热电动势Ex= KUx2 平衡热电偶M2: 产生的热电动势Ef = KU02
M
ΔE = Ex－Ef≈0
41
3.2.3 交流电压表的刻度特性
在进行交流电压测量时,国际上一直以有效值表 示被测电压的大小,因为有效值反映了被测信号 的功率。但在实际测量中由于检波器的工作特性 不同所得结果有峰值、平均值、有效值之别。
U0:直流分量
U0 0
Um
Up+
Upp
t Up-
Um：振幅,u(t)在一个周期内偏离直流分量U0的最大值
19
交流电压的表征
平均值Uav
交流电压的平均值定义为
U av
半波整流平均值：
交流电压的正(负)半周在一个周期的平均值
1 T
T
0
u x (t ) dt
全波整流平均值
U av
1 T
齐纳二极管稳压特性存在温度漂移的影
响，采用高稳定电源和内部恒温控制电
路可使其温度系数变小。
15
电压标准
约瑟夫森量子电压基准
电压与频率在约瑟夫森结上存在一个不受 时间、空间环境变化的系数KJ。
从1990年1月1日开始,在世界范围内同时 启用了约瑟夫森电压量子基准并给出了KJ 常数值,记为KJ-90＝ 483597.9GHz/V
第 3章
电压测量
第3章电压测量
3.1 3.2
3.3
3.4 3.5 3.6
概述 电压的模拟测量 电压的数字化测量 电压测量中的模-数转换器 数字多用表 数字电压测量的误差分析
2
3.1 电压测量概述
电压测量的重要性
电压测量是电子测量的一个重要内容。
在表征电信号能量的三个基本参数(电压、电 流、功率)中,电压测量是最直接也是最普遍的
检波器的充电时间常数远小于放电时间常数；
τ放＞＞Tmax
τ充＜＜τ放
33
模拟运算式有效值变换器
直接型RMS-DC运算法如图所示,使用乘法器和运 算放大器直接计算有效值
U rms 1 T
T
0
2 ux (t )dt
ux(t)
u x (t )
2
T 0
A
Urms
图中第一级接成平方运算的模拟乘法器,其输出 正比于 ux2(t),第二级接成积分平均电路,第三 级将积分器的输出进行开方,最后输出的电压正 比于被测电压的有效值。
交流信号峰值成比例。
常见的峰值检波器有串联式和并联式两种 。
31
峰值检波器
二极管峰值检波电路(a.串联式,b.并联式,c.波形)
VD Rs ux (t) Rs + C VD ux (t) RL
+
~
充
C
放
RL
~
baux (t)uc=uo uxt
c
32
峰值电压表
基本要求： 放电时间常数远大于输入信号中最大的周期Tmax
铁
铜
热端 热电偶
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热电转换原理
利用热电偶有效值检波 热电偶： 将两种不同金属进行特别封装并标定后,称 为一对热电偶(简称热偶)。 热电偶温度测量原理： 若冷端温度为恒定的参考温度,则通过热电 动势就可得到热端(被测温度点)的温度。 热电偶有效值检波原理： 若通过被测交流电压对热电偶的热端进行加 热,则热电动势将反映该交流电压的有效值, 从而实现了有效值检波。
电压测量的特点
频率范围
电压测量的频率范围相当广 电子电路中电压信号的频率范围相当广，除 直流外，交流电压的频率从10－6 Hz(甚至更 低)到109 Hz，频段不同，测量方法也各异。
电压测量的特点
测量范围
电压幅值的变化范围极宽 电子电路中待测电压的大小低至10－9 V，高到几十 伏、 几百伏甚至上千伏。
平均值检波原理
由二极管桥式整流(全波整流和半波整流)电路完成
VD1 VD1
I0
VD2
ux(t)
VD3
C
ux(t)
VD4
VD2
I0
C
如图,整流电路输出直流电流I0,其平均值与被 测输入电压u(t)的平均值成正比(与u(t)的波形 无关)
电容C用于滤除整流后的交流成分,避免指针摆动
29
峰值电压的测量
模拟式电子电压表是通过AC／DC变换器将交流电压 转换成直流电压后,再变换成直流电流,最后驱动磁 电式电流表,通过指针来指示所测得的电压。 测量交流电压的仪表通常称为电子电压表或毫伏表
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检波特性
根据检波特性不同
平均值检波——平均值电压表
峰值 检波——峰值 电压表
有效值检波——有效值电压表
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放大-检波与检波-放大
对于交流电压的测量通常有两种基本方式： 放大—检波式：
测量灵敏度高但频率范围只能达到几百kHz 频率范围可以从直流到几百MHz,但其灵敏度较低。
检波—放大式：
宽带放大
检波
读数显示
检波
直流放大
读数显示
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平均值电压测量
放大—检波式
衰减器 宽带 放大器 检波器
方波：
Kp=1，
KF=1；
KF=1.15； KF=1.15；
KF T
三角波：Kp=1.73， 锯齿波：Kp=1.73， 脉冲波：K P T
τ为脉冲宽度,T为周期
白噪声：Kp=3(较大), KF=1.25。
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3.2.2 交流-直流转换
模拟测量—— 数字测量——
模拟电压表
数字电压表 虽然数字电压表越来越普及,但就目前的技术条 件来说,尤其是对于很高频率信号的测量还不能 完全取代模拟电压表。
只要采样的频率足够高,就可以尽量真实地再现被 测信号。
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热电转换原理
热电效应： 两种不同导体的两端相互 连接在一起,组成一个闭合 回路,当两节点处温度不同 时,回路中将产生电动势, 从而形成电流,这一现象称 为热电效应,所产生的电动 势称为热电动势。 当热端T和冷端T0存在温差时 (即T≠T0),则存在热电动势， 且热电动势的大小与温差 ΔT=T-T0成正比。
由于放大器频率特性的限制,通常测量高频信号的 电压表采用检波—放大式。
检波—放大式高频毫伏表检波器多采用峰值式
采用这种结构,放大器放大的是检波后的直流信 号,其频率特性不会影响整个电压表的频率响应
测量电压的频率范围主要取决于检波器频率响应
30
峰值电压表
峰值检波器：检波输出的直流电压与输入
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热电转换原理
A + D
ux(t)
-
C
M
µA
B
E
直流电流I与被测电压u(t)的有效值U的关系： 电流I∝热电动势∝热端与冷端的温差,而热端温 度∝u(t)功率∝u(t)的有效值U的平方,故I∝ U2
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热电式有效值电压表
在实际热偶式电压表中,为了克服直流电流与被测 电压有效值的非线性关系(I∝kUx),利用两个性能 相同的热电偶构成热电偶桥,称为双热偶变换器,
T
0
| u x (t ) | dt
通常平均值就 指全波平均值
20
交流电压的表征
有效值Urms
交流电压有效值,是指该交流电压在一个周期 内通过某一纯电阻负载时所产生的热量,与一 个直流电压在同样的条件下所产生的热量相等 时，该直流电压的量值,记为Urms
U rms
1 T 2 u (t )dt T 0
Z Y
ZY X
U
＋
X
R
C
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数字采样法
采样又称为取样。根据有效值的定义,若把连续积 分变为在信号周期内足够多采样值平方的代数和, 则可得交流电压有效值的另一表达式
U rms
1 N
2 u x i 1
N
36
数字采样法
数字采样法采用高速A-D器件,对信号进行实时逐 点采样,以实现交流信号的真有效值测量,还可以 检测出信号的瞬时特性,比如信号峰值、波形畸变 因数等其它瞬时信号特性。
理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(ωt),若 ω=2π/T
1 U~ U p 0.707U p 2
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波形因数和波峰因数
交流电压的波形因数KF定义为该电压的有效值 与均值之比:
U rms KF U av
对理想的正弦交流电压u(t)=Upsin(ωt),若 ω=2π/T
KF~
(1/ 2)U P 1.11 (2 / )U P 2 2
μA
可变量程衰减器 ：通常是阻容分压电路，用来改变