電子測量實驗指導(dǎo)

1、文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持.電子測量技術(shù)實驗指導(dǎo)書孟繁繁江西藍(lán)天學(xué)院電子信息工程系第一章 基本電參量的測量一、 實驗?zāi)康? .掌握常用電子測量儀器的使用方法；2 .掌握電壓電流等基本電參量的不同測量方法。二、實驗儀器設(shè)備雙蹤示波器；信號發(fā)生器；直流穩(wěn)壓電源； 標(biāo)準(zhǔn)電阻。三、實驗原理1、概述示波器能把非常抽象的， 眼睛看不到的電過程， 變換成具體的看得見的圖像。因此， 使用示波器測量電壓和電流時， 可在顯示被測電壓或電流幅值的同時， 還可 顯示波形、頻率、相位。這是其它電壓測量儀表，如電壓表等無法做到的。一般電 壓表的讀數(shù)與被測電壓波形有關(guān)，而用示波器測量時，

2、其精度可不受被測電壓和電流波形形狀的影響。另外，示波器的響應(yīng)速度極快，也沒有指針式儀表所具有的慣性。但是，示波器作定量測試時，測試值是以屏面上波形幅值所占的垂直刻度值乘Y 軸偏轉(zhuǎn)靈敏度得出的，而屏面上波形幅值所占的垂直刻度值將受到光跡寬度、視 差及示波器固有誤差和工作誤差等因素的影響，往往不易精確讀出測試值，這就決定了示波器的測試精度不可能太高。2、示波器與被測信號的連接要獲得正確的測量結(jié)果，示波器與被測信號的正確連接十分重要。選 擇連接形式時，應(yīng)考慮以下幾個因素：1、被測信號輸出端的等效輸出阻抗；2、被測信號的頻率與幅度；3、外部噪聲大??；4、測試點的距離。被測信號頻率較低時的連接測量低頻信

3、號時，可采用探頭。如果信號幅度較小，用 10： 1 探頭靈敏度太低時，可直接用屏蔽線連接示波器Y 軸輸入端與測試點。被測信號頻率較高時的連接 測量高信號時，用探頭要比用屏蔽線或普通電纜失真小， 精度高， 但測試距離受探頭電纜長度的限制， 靈敏度因探頭的衰減比而有所下降。 一般高頻測量時， 可采用同軸電纜， 當(dāng)同軸電纜特性阻抗與被測信號源輸出 阻抗及示波器輸出阻抗相匹配時，可保證高頻信號不失真。應(yīng)特別注意， 對輸出阻抗高的信號源作遠(yuǎn)距離測量時， 最好采用分壓器或射極跟隨器等電路，將輸出阻抗降低到與連接電纜特性阻抗相等的值，再經(jīng)連接電纜引至示波器進(jìn)行測量。3 . Y 軸偏轉(zhuǎn)靈敏度的測定當(dāng)用示波器定

4、量測試電壓時，必須先測定 Y 軸的偏轉(zhuǎn)靈敏度。 一些示波器給出了 Y 軸偏轉(zhuǎn)靈敏度：當(dāng)其Y 軸靈敏度（v/cm ）開關(guān)的“微調(diào)”旋鈕處于“標(biāo)準(zhǔn)” 位置時， “v/cm” 開關(guān)各檔的指示值為標(biāo)準(zhǔn)值， 其讀書讀數(shù)即為 Y 軸的偏轉(zhuǎn)靈敏度。但當(dāng)“微調(diào)”不在“標(biāo)準(zhǔn)”位置，而又要作定量測量時，就需要測定 Y 軸偏轉(zhuǎn)靈敏度。嫡另一些示波器，它的 Y 軸偏轉(zhuǎn)靈敏度本來就沒有給出，作定量測試前， 必須先測定 Y 軸偏轉(zhuǎn)靈敏度。測定示波器Y 軸的偏轉(zhuǎn)靈敏度可用示波器內(nèi)部的比較訊號或內(nèi)部的方波標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器。 若沒有內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器， 則可用幅度已知的外接直流或交流電源作標(biāo)準(zhǔn)，接到 Y 軸輸入端去測定Y 軸偏轉(zhuǎn)

5、靈敏度。用內(nèi)部比較訊號測定Y 軸偏轉(zhuǎn)靈敏度計算公式：例 1示波在屏面上的垂直偏轉(zhuǎn)距離為 2.5cm （見圖 1-1） 比較訊號置于0.05V 檔 ,“Y 軸衰減”置于“ 1”位置。用內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)信號測定Y 軸偏轉(zhuǎn)靈敏度接線圖如圖 1-2 所示。計算公式： 例 2 ，當(dāng)示波器用 10： 1 探頭進(jìn)行測量時，屏面上顯示的被測信號峰峰間的垂直距離為3cm；不改變“v/cm”開關(guān)及“微調(diào)”旋鈕的位置， 并用同一探頭接入10v標(biāo)準(zhǔn)信號時，屏面上顯示的標(biāo)準(zhǔn)信號幅度（峰峰值）為2cm,則示波器帶有探頭時：用外接直流電源測定Y 軸偏轉(zhuǎn)靈敏度接線圖：如圖 1-3 所示。應(yīng)注意： 被測信號波形在基準(zhǔn)線上方時， 被測信

6、號電壓為正； 被測信號波形在基準(zhǔn)線下方時，被測信號電壓為負(fù)。 例 3 測量結(jié)果如圖 1-4 所示。用10： 1 探頭接入 10v 直流電壓時， 掃描垂直偏轉(zhuǎn)距離為2cm,則示波器帶有探頭時：（四用外接交流電源測定Y 軸偏轉(zhuǎn)靈敏度接線圖：如圖 1-5 所示。當(dāng)示波器內(nèi)部沒有標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器， Y 軸頻率下限又不是直流時，可以用用外接交流電源測定Y 軸偏轉(zhuǎn)靈敏度。對交流電源的要求，其精度應(yīng)高于示波器精度，輸出電壓幅度可調(diào)且具有精確的指示器。標(biāo)準(zhǔn)信號的交流電源峰峰值，一般采用整數(shù)倍：如可取80mv， 200mv，400mv等數(shù)值，當(dāng)顯示幅度為 4cm,則靈敏度分別為 20mv/cm, 50mv/cm,

7、 100mv/cm。 例 4 、 外接交流電源的輸出電壓峰峰值為 800mv， 波形幅度為 4cm， 如圖 1-5 （b）所示，則“ Y軸衰減”在“1”及“100”檔時的靈敏度分別為：4交流電壓的測量用示波器測量交流電壓時，一般是測量交流電壓波形的峰峰值或某兩 點間的電位差值。其測量結(jié)果經(jīng)過計算得出：屏面上被測兩點間的垂直距離乘以 Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度 （使用探頭時， 應(yīng)乘以探頭的衰減系數(shù)） ， 即為被 測兩點間的電位 差。 例 5 “ Y 軸衰減”置于“10”檔，用10： 1 探頭測試，屏面上顯示的被測信號波形如圖1-6 （a）所示，測得 Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.5v/cm,則：被測信號峰峰電壓=3.

8、6cmX 0.5v/cm x 10=1.8v 例 6 屏面上顯示的被測信號波形如圖 1-6（ b） 所示， 其它條件同例 5， 則 A 、 B 兩點間電位差=2cmX 0.5v/cmX 10= 10v。如果被測電壓為正弦波，如圖 1-7 所示。則可在測得峰峰值后按上表換算成峰值、有效值或平均值。實驗一：用示波器測量電壓一、 實驗?zāi)康?熟練掌握示波器的使用方法；2用示波器測試各種交流波形信號和直流信號電壓的幅度。二、實驗儀器示波器 一臺 信號發(fā)生器一臺 直流穩(wěn)壓電源 一臺三、實驗任務(wù)1利用直流穩(wěn)壓電源自行設(shè)計測試直流信號，從示波器上觀測信號波形，并計算其幅值；2利用信號發(fā)生器自行設(shè)計交流測試信號

9、（包括正弦波、三角波、矩形波和方波等），從示波器觀測信號波形，并計算信號的峰值和有效值四、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)示波器的工作原理。2復(fù)習(xí)交流電壓峰值和有效值的計算方法。3自擬實驗數(shù)據(jù)表格。五、報告要求1列出實驗步驟2整理實驗數(shù)據(jù)3. 分析實驗產(chǎn)生的誤差4實驗心得體會5.用測試電阻器的電流測量用一只精度高、 阻值已知的無感電阻器來測量電流，如圖 1-8 所示。測量直流時：用歐姆定律I=U/R換算成被測電流值。測量正弦交流時：例：設(shè)在1Q測試電阻器兩端測得壓降峰峰值為：10V,則：實驗二：用示波器測量電流一、 實驗?zāi)康?熟練掌握示波器的使用方法；2用示波器測試正弦交流電流和直流電流的波形和幅度。二、實驗儀

10、器5文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持示波器 一臺信號發(fā)生器一臺 直流穩(wěn)壓電源一臺 標(biāo)準(zhǔn)電阻 一只三、實驗任務(wù)1 利用直流穩(wěn)壓電源自行設(shè)計測試直流信號， 從示波器上觀測流過標(biāo)準(zhǔn)電阻的電流波形，并計算其幅值；2 利用信號發(fā)生器設(shè)計不同幅度的正弦交流測試信號， 從示波器觀測 流過標(biāo)準(zhǔn)電阻的電流波形，并計算電流的峰值和有效值。四、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)示波器的工作原理。2復(fù)習(xí)電流的有關(guān)知識。3自擬實驗數(shù)據(jù)表格。五、報告要求1列出實驗步驟2整理實驗數(shù)據(jù)3 分析實驗產(chǎn)生的誤差4實驗心得體會六、思考題1若電路中采用的電阻為

11、非線性電阻元件，從示波器上將會看到什么 樣的圖形？2 當(dāng)用數(shù)字式萬用表直接測量直流電流時， 標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值大小對電路工作狀態(tài)有影響嗎？第二章 時間和頻率的測量§ 2-1 概述示波器是測量電壓和電流的時間和頻率的理想儀器。 如果水平掃描是直接以時間校準(zhǔn)的，則在測量電壓時，可直接在熒光屏上讀出其對應(yīng)的時 間值；測量頻率時， 可先讀出被測波形中一個完整周期的時間間隔， 再按頻率是周期倒數(shù)的關(guān)系，算出頻率來。如果水平掃描不是直接以時間校準(zhǔn) 的，則不利用李沙育圖形進(jìn)行準(zhǔn)確的頻率和時間測量。 本章敘述交流信號， 脈沖和示波信號的時間和頻率的測量方法。§ 2-2 時間的測量當(dāng)示波器水平掃

12、描速度開關(guān)微調(diào)在標(biāo)準(zhǔn)位置時， 掃描開關(guān)各檔的刻度值， 表示熒光屏上水平刻度所代表的時間值。 因此， 示波器不僅可用于顯示示波器， 而且可用于直接測得整個波形（或波形任何部分）的時間。 示波器測量交流電壓的周期 用示波器測量交流電壓的周期， 如圖 2-1 所示。例2-1、測得如圖2-1 （b）所示波形上對應(yīng)兩點間的水平距離為5cm,“掃描時間”旋鈕的指示值為O.ls/cm,則被測波形周期為：若用“時標(biāo)”開關(guān)進(jìn)行精確的測量時，可將“時標(biāo)”旋鈕適當(dāng)位置，使被測波形上出現(xiàn)清晰可數(shù)的亮點（如圖 2-1c 所示） ，用以計算被測波形的周 期。 例 2-2 、測得波形一個周期內(nèi)的兩點為 14 點， “時標(biāo)”

13、在10 檔，則計算亮點時，應(yīng)以一亮點的起始點到下一亮點作為一個亮點。測量時，應(yīng)：如圖 2-1（ c）所示，調(diào)節(jié)“ X 軸移位”旋鈕，使被測部分起點與某一 亮點的起始點重合。假如此時被測部分終點未落在第 h+1 個亮點的起始點上，則應(yīng)用小數(shù)表示最后一個亮點的值，才能得到精確的測量結(jié)果。時間間隔測量用示波器測量如圖 2-2 所示， 波形中兩點的時間間隔 T 時， 可用上述方法測量。（3） 、用示波器測量兩信號的時間差例 2-3 、如示波器垂直工作方式開關(guān)在“交替”位置，在屏面上測 得兩信號距離為5cm,如圖2-3 （b）所示，“t/cm”開關(guān)在0.5仙s/cm檔， 則：時間差 T = 0.5 -

14、s / cm? 5cm = 2.5 - s（4） 、用示波器測量脈沖上升沿或下降沿時間和脈沖寬度脈沖上升或下降時間測量調(diào)節(jié)水平“位移” ，使脈沖上端10處與垂直中心線相交，如圖2-4 所示，即可在水平中心線上讀出時間t1 （t=掃描速度開關(guān)“t/cm”的指 示值x水平距離） 。調(diào)節(jié)水平“位移” ，使脈沖下端幅度10處與垂直中心線相交，如圖2-4 所示，即可在水平中心線上讀出時間t2。將時間t1和t2相加，即為脈沖的視在的上升時間。例 2-4、測得：t1=0.9cmx 0.05 仙 s/cm=0.045 s, t2=0.9cm x 0.05 仙 s/cm=0.045 s則脈沖上升時間為：t=t1

15、+t2=0.045+0.045=0.09N s脈沖寬度的測量 調(diào)節(jié)垂直“位移” ，使脈沖波形幅度的中點處在水平中心處，讀出前沿和后沿與水平中心線交點間的距離,即前沿中點至后沿中點間的距離用測得的水平距離乘以“ t/cm”開關(guān)的指示值，即為被測脈沖寬度。例2-5、測得圖2-5所示的距離為7cm, "t/cm”開關(guān)在0. 5仙s/cm檔，則脈沖寬度為：7cmX 0. 5s/cm=3.5 心若用“時標(biāo)”測量脈沖寬度時，調(diào)節(jié)“時標(biāo)”開關(guān)，使波形上出現(xiàn)清 晰可數(shù)的亮點。則脈沖寬度=前沿中點至后沿中點的亮點數(shù)x “時標(biāo)”開 關(guān)指示值。實驗三：用示波器測量信號的時間一、 實驗?zāi)康?掌握用示波器測量

16、周期的方法；2用示波器測量時間間隔的方法。二、實驗儀器雙蹤示波器一臺信號發(fā)生器一臺555 定時器多諧振蕩器電路 一塊三、實驗任務(wù)1用示波器測量正弦交流信號的周期2用示波器測量時間間隔和脈沖寬度3用示波器測量脈沖上升（或下降）時間4用示波器測量兩脈沖信號的時間差四、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)脈沖寬度，上升時間、下降時間的定義及計算方法。2復(fù)習(xí)雙蹤示波器的應(yīng)用五、報告要求1列出實驗步驟2整理實驗數(shù)據(jù)3. 分析實驗產(chǎn)生的誤差4實驗心得體會7文檔來源為: 從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持六、思考題1用示波器測量交流信號的周期時，

17、如何才能保證其測量精度？2 請在實驗中試著用手去摸示波器的輸入探頭， 在示波器上看到的是什么信號的波形？為什么會看到這個波形？§ 2-3 頻率測量利用時間測量法確定頻率 周期性重復(fù)波形的頻率測量與周期測量在原理上完全相同，按信號頻率為周期倒數(shù)的關(guān)系，首先測得周期，然后用 1 除以周期即為頻率。測試 步驟和測周期完全相同。計算舉例：測得周期在屏面上的距離為8cm,掃描速度為O.ls/cm,且無擴展，則：用李沙育圖形測量頻率幾乎任何一種示波器均可用李沙育圖形進(jìn)行準(zhǔn)確的頻率測量。測量 時，內(nèi)掃描發(fā)生器不工作，但水平放大器應(yīng)接入經(jīng)校準(zhǔn)、頻率可變的標(biāo)準(zhǔn)信號，此信號可由標(biāo)準(zhǔn)頻率信號源供給，圖 2

18、-6 為用李沙育圖形測量頻率 的接 線圖。利用李沙育圖形測量頻率時， 通常是將被測信號接入垂直放大器， 將頻率已知的標(biāo)準(zhǔn)信號接入水平放大器進(jìn)行比較測量，調(diào)節(jié)信號源頻率使示波器屏面上顯示圖形呈圓形或橢圓形，則表明信號的頻率與信號頻率相同 但相位不一致；當(dāng)信號源可調(diào)頻率范圍過小，以致不能調(diào)至被測信號的準(zhǔn) 確頻率時，可將信號源頻率調(diào)至成被測信號頻率的倍數(shù)或約數(shù)，即只有當(dāng)f y: f x=m : n(m, n為整數(shù)時)，熒光屏上才會出現(xiàn)穩(wěn)定的閉環(huán)圖形，圖 2-7為 不同頻率比和不同相位差時的 Lissajous 圖形，如果能從這些圖形確定比值m/n,而標(biāo)準(zhǔn)信號源的頻率又是已知的，就可算出被測信號頻率f

19、 y： f x=m : n時顯示穩(wěn)定圖形，說明在相同的時間內(nèi)垂直通道的信號uy(t) 改變m 個周期，水平通道的信號ux則恰好改變n個周期。因為信號每改變一個周期必須與軸線 相交兩次，也就是Uy應(yīng)與水平X軸相交2m次，而ux應(yīng)與Y軸相交2n次，因而熒光屏上顯示的圖形應(yīng)與X 軸 相交 2m 個交點，與Y 軸有 2n 個交點，所以只要從顯示的 Lissajous 圖形 上輸出這些交點，即可決定兩信號的頻率比， 具體的做法是， 在 Lissajous 圖形上分別作兩條不通過圖形本身的交點，也不與圖形相切的水平線和垂直線，數(shù)出圖形與水平線的交點即2m,與垂直線的交點即為2n,如圖b第一個圖所示f y:

20、 f x=m : n=1 : 2由于這種方法采用的是頻率比， 因而它的測量準(zhǔn)確度取決于標(biāo)準(zhǔn)信號源的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性， 這種方法一般適用于被測頻率和標(biāo)準(zhǔn)頻率十分穩(wěn)定的低頻信號，而且一般要求兩頻率比最大不超過10 倍，否則圖形過于復(fù)雜而難以測準(zhǔn)。圖2-7 (b)所示的李沙育圖形是當(dāng)水平放大器接入的標(biāo)準(zhǔn)信號頻率為垂直放大器接入的被測信號頻率的倍數(shù)時，圖形與水平軸的交點多于與垂直軸的交點。例如， 標(biāo)準(zhǔn)信號頻率為被測信號頻率的三倍時， 圖形有三個與水平軸的交點和一個與垂直軸的交點，如標(biāo)準(zhǔn)信號頻率為300HZ,則被測信號頻率就是100HZ。又如，圖形有三個與水平軸的交點和兩個與垂直軸的交點，則被測信號頻率即

21、為標(biāo)準(zhǔn)信號頻率的三分之二。圖 2-7 (c)所示的李沙育圖形是當(dāng)水平放大器接入的標(biāo)準(zhǔn)信號頻率為 垂直放大器接入的被測信號頻率的約數(shù)時，圖形中的水平交點多于垂直交點。 例如， 標(biāo)準(zhǔn)信號頻率為被測信號頻率的四分之一時， 圖形有 四個水 平交點和一個垂直交點，如標(biāo)準(zhǔn)信號頻率為 100HZ,則被測信號頻率就是 400HZ。 在實際操作中，應(yīng)盡量采用圓形圖形。如不能做到這一點，則應(yīng)盡可能減少閉環(huán)數(shù)量，以便于測量。實驗四：用李沙育圖形測量信號頻率一、實驗?zāi)康?掌握用示波器測量頻率的方法；2熟練掌握Lissajous 方法。二、實驗儀器示波器 一臺 標(biāo)準(zhǔn)信號源兩臺三、實驗任務(wù)1用示波器測量正弦信號的頻率。2

22、 自行設(shè)定不同頻率的被測信號， 用示波器觀察標(biāo)準(zhǔn)信號源和被測信號在不同整數(shù)倍和不同約數(shù)時的李沙育圖形。四、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí) Lissajous 圖形法測量頻率的原理。2復(fù)習(xí)雙蹤示波器的應(yīng)用五、報告要求9文檔來源為: 從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word 版本可編輯.歡迎下載支持1列出實驗步驟2整理實驗數(shù)據(jù)3 分析實驗產(chǎn)生的誤差4實驗心得體會六、思考題1除了 Lissajous 圖形法測量頻率的方法外，還有哪些方法可以測頻？2用 Lissajous 圖形法可以測量相位嗎？ 第三章 相位測量§ 3-1 概述示波器除了測量電壓和電流的時

23、間和頻率之外， 還可測量兩個信號之間的相位差。當(dāng)示波器有兩個垂直通道時(即雙蹤或雙線示波器) ，信號可同時顯示。因而可在熒光屏上直接測得兩個信號間的相位差；如果示波器只有一個垂直通道時 (即單蹤示波器) ， 則兩個信號之間的相位差可借用電子開關(guān)或用李沙育圖形測出。§ 3-2 相位測量用雙蹤示波器或配用電子開關(guān)的單蹤示波器， 能測量不同幅度和波形間相位差，而且對所有頻率均能進(jìn)行非常準(zhǔn)確的測量。 這種方法測量相位差的程序包括： 在示波器熒光屏上同時顯示兩條光跡；按坐標(biāo)刻度測量兩條光跡有關(guān)點間的距離，將測得的距離換算成相位差。兩個信號相位差測量的接線圖，如圖3-1 所示。計算公式：基準(zhǔn)信號的相位因數(shù)= 360/基準(zhǔn)信號周期的水平距離相位差=兩信號對應(yīng)點間的水平距離X相位因數(shù)。例3-1、設(shè)基準(zhǔn)信號周期的水平距離為9cm,兩信號對應(yīng)兩點間的水平距離為0.6cm,求兩個信號之間的相位差。1 移相電路原理： RC 超前移相電路圖3-3 (a)為RC超前移相電路，圖3-3 (b)為RC超前移相電路的向量圖。 由此可