電子測量與儀器實驗指導書

1、目 錄實驗一 通用計數(shù)器的應用 . 2實驗二 通用示波器的應用 . 4實驗三 電壓表波形響應的研究 . 7實驗四 阻抗測量實驗 . . 10實驗一 通用計數(shù)器的應用一、實驗目的1. 通過實驗,進一步了解和掌握通用計數(shù)器的組成及工作原理。2. 熟悉并掌握通用計數(shù)器的正確操作方法。3. 通過對信號發(fā)生器輸出頻率的檢定,了解電子儀器檢定的原理和方法,了解頻率 參數(shù)測量的一般方法及對測量誤差進行分析的方法。二、實驗儀器及設備1.EE1642C 型函數(shù)信號發(fā)生器 /計數(shù)器 二臺2.AS1051S 高頻信號發(fā)生器 一臺三、實驗內容及步驟在進行測量前,首先按規(guī)定要求對高頻信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器及計數(shù)器

2、進行預熱,然后對計數(shù)器進行自校,計數(shù)器自校正確無誤方可進行實驗。1.對 AS1051S 高頻信號發(fā)生器第一至第二頻段的頻率刻度進行檢定。(1 將 EE1642C 型函數(shù)信號發(fā)生器 /計數(shù)器電源開關接通, 將功能開關置為 “頻 率計數(shù)”檔。(2將 AS1051S 高頻信號發(fā)生器調到要測量的頻率點上 (頻段 1:從 100kH Z 900 kHZ , 每隔 100kH Z 選擇一個測量點; 頻段 2:從 1000kH Z 9000 kHZ , 每隔 1MH Z 選擇一個測量點,然后進行測量。將所測數(shù)據(jù)填入表一中,最后計算出結果,并 分析說明此儀器是否符合說明書給出的指標 (實驗報告中要給出檢定結論

3、, 并分析 產生誤差的原因。2. 測量兩信號的頻率比(1調節(jié)高頻信號和 EE1642C 型函數(shù)信號發(fā)生器 /計數(shù)器,分別輸出頻率為 5MHZ 和 1KHZ 的正弦波(或方波,然后用 EE1642C 型函數(shù)信號發(fā)生器 /計數(shù)器分別測 量其實際值,并根據(jù)公式 N=fA /fB 計算其頻率比。(2兩信號的頻率比 f A /fB 也可直接利用比較高級的通用計數(shù)器直接測量出,這里 沒有實驗儀器,大家直接用理想值即(5MHZ/1KHZ計算出。(3將理論計算值(即根據(jù)信號發(fā)生器的標稱值計算所得的頻率比值和(1方 案測得值進行比較和驗證。 (實驗報告中要分析實驗測量方法的誤差大小和優(yōu)缺點, 并畫出用通用計數(shù)器

4、直接測量兩信號頻率比 f A /fB 的原理框圖。3. 累計輸入信號(1 使用 EE1642C 型函數(shù)信號發(fā)生器 /計數(shù)器輸出頻率為 10HZ 、 輸出幅度為 1V 的 方波。(2將 EE1642C 型函數(shù)信號發(fā)生器 /計數(shù)器置為計數(shù)檔,把待測信號“計數(shù)輸入” 通道,自己看手表作 10秒鐘計數(shù),記下測量值。要求重復記數(shù) 20次。對測量結果 進行分析和說明。 (實驗報告中要求采用等精度測量結果的數(shù)據(jù)處理方法對測量結 果進行分析,并畫出用計數(shù)器作累加計數(shù)的功能原理框圖。四、思考題1. 本實驗中使用的是一種什么樣的測頻方法?請列舉你所知道的別的測頻方法。2. 簡述通用計數(shù)器測頻和測周的原理。 實驗二

5、 通用示波器的應用一、實驗目的1. 掌握通用示波器的主要技術性能及其含義。2. 熟悉和掌握通用示波器的組成及各控制鍵的作用,并達到正確使用。3. 掌握通用示波器測量時間、電壓和相位的基本方法。二、實驗儀器與設備1.5040B 雙蹤通用示波器 一臺2.EE1642C 函數(shù)信號發(fā)生器 一臺3.YB1730A 直流穩(wěn)壓電源 一臺4. AS1051S 高頻信號發(fā)生器 一臺5. 移相器實驗板 一塊 三、實驗內容及步驟1. 直流電壓測量(1首先將示波器觸發(fā)方式選擇開關置于“自動 (AUTO”方式,使屏幕出現(xiàn)掃 描時基線。然后選擇通道 CH1或 CH2,將輸入耦合選擇開關置于“ GND ”,調整 垂直移位旋

6、鈕使掃描時基線移到屏幕中間或其他適當位置上,并把它作為零電平線 的位置。(2將輸入耦合選擇開關置于“ DC ”位置,然后輸入被測直流電壓(由直流穩(wěn) 壓電源提供 , 則掃描時基線會在垂直方向 (Y 方向 移動 (即光跡上移或下移 。 根據(jù)掃描時基線移動的格數(shù)和垂直偏轉因數(shù)(Y 軸偏轉因數(shù)的乘積讀出被測電壓 的數(shù)值。(3注意:在進行電壓測量時垂直偏轉因數(shù)微調旋鈕應處于“校準”位置;測試 過程中不能再旋轉垂直移位旋鈕。2. 正弦電壓測量(1首先將輸入耦合選擇開關置于“ GND ”位置 , 示波器觸發(fā)方式選擇開關置于 “自動”方式,使屏幕出現(xiàn)掃描時基線。調整垂直移位旋鈕使掃描時基線移到屏幕 中間或其他

7、適當位置上。然后將輸入耦合選擇開關置于“ AC ”位置(2調節(jié) EE1642C 函數(shù)信號發(fā)生器,使其輸出頻率為 100KHZ ,幅度為 1伏的 正弦波。用示波器觀察其波形。正確調節(jié)示波器各控制鍵和開關,使熒光屏上顯示 幅度合適的 12周的被測信號波形。 讀出被測波形的幅度和頻率并分析其值是否正 確。如果觀察到的波形不穩(wěn)定可以調節(jié)“ Hold OFF”按鈕進行調節(jié)。(3調節(jié) EE1642C 函數(shù)信號發(fā)生器,使其輸出頻率為 1MHZ ,幅度為 1伏的正 弦波按(2中同樣的要求再測一次。(4在上述兩步的測量中,注意有關控制鍵的正確選用:a. 改變垂直偏轉因數(shù)開關及微調旋鈕,觀察對波形的影響,記下結論

8、并分析原因。b. 改變掃描觸發(fā)方式“自動”(AUTO 、“常態(tài)”(NORM ,觀察對波形的影 響,記下結論并分析原因。c. 改變觸發(fā)源選擇開關(SOURCE ,觸發(fā)電平、觸發(fā)極性開關(LEVEL ,觀察 對波形的影響,記下結論并分析原因。3. 相位測量相位的測量指的是兩個同頻信號之間相位差的測量,如最常見的對電路(或網(wǎng) 絡輸入與輸出信號之間相位差的測量,即電路(或網(wǎng)絡相移的測量。用雙蹤示波器可測量二個頻率相同信號的相位關系,本實驗通過觀察正弦波信 號通過一個移相器的相位變化,學會其測量方法,測量步驟如下:(1調節(jié) EE1642C 函數(shù)信號發(fā)生器,使其輸出頻率為 100KHZ ,幅度為 1伏 的

9、正弦信號,加至移相器輸入端。移相器電路如下圖所示: (2將移相器的輸入信號 U i 和輸出信號 U o 分別加至雙蹤示波器的兩個輸入端, 正確調節(jié)示波器的顯示方式開關及觸發(fā)方式開關等有關控制鍵,使熒光屏上顯示合 適的被測信號波形。(3記錄所測波形,根據(jù)公式 =T(div /div ,計算出兩信號的相位差。 相位差。T 兩波形在 X 軸方向差距的格數(shù)。每 1div (格的相位,可通過觀測一個周期正弦波所占格數(shù)算出。 4. 測量調幅波的調幅系數(shù)單音頻調制時,調幅波的波形如下圖所示, A=2Umax , B=2Umin 調幅波的表達式如下:u=Um (1+msint sin t式中 U m 載波振蕩

10、的振幅、 載波振蕩、低頻調制信號的頻率 m 調幅系數(shù)根據(jù)觀測所得的 A 、 B 值,可按下式計算出調幅系數(shù):m=BA BA +-100% 測量方法如下:(1調節(jié) AS1051S 高頻信號發(fā)生器,使之輸出調制頻率為 1000H Z 、調制度為 30%,載波頻率為 465KH Z 的已調信號,輸出至示波器 CH 1(或 CH 2。(2 調節(jié)高頻信號發(fā)生器輸出幅度, 同時按正弦信號的測量方法適當調節(jié)示波器 的旋鈕,使屏幕上顯示穩(wěn)定的調幅波形。(3根據(jù)顯示的調幅波形,讀取包絡線的峰-峰和谷-谷之間所占的格數(shù) A 、 B 值計算調幅系數(shù) m ,并與高頻信號發(fā)生器輸出信號的調制度進行比較和驗正。四、思考題

11、1. 利用通用示波器可以測量信號的哪些參數(shù)? 2. 試比較連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的特點。 3. 通用示波器有哪些主要技術指標? 4. 通用示波器由哪些主要電路組成?5. 測量相位誤差的方法主要有哪些?列舉說明測量相位差的重要意義。實驗三 電壓表波形響應的研究一、實驗目的 1. 分 析幾種典型電壓波形對不同檢波特性電壓表的影響,進一步明確用不同檢波 特性電壓表測量各種電壓波形所得測量結果的物理意義,掌握測量結果的處理 方法。2. 熟悉視頻毫伏表和超高頻毫伏表的頻率響應特性。 3. 掌握三種不同檢波特性交流電壓表的使用方法。二、實驗儀器及設備1. CA2171A 交流毫伏表 一臺 2. SG1020A

12、 函數(shù)信號發(fā)生器 一臺 3. SG4320A 雙蹤通用示波器 一臺三、實驗原理設被測交流電壓的瞬時值為 u (t ,則:全波平均值 T1( u t dt T =有效值U = 波形因素 K UF =波峰因素 P P UK U=由于被測交流電壓大多數(shù)是正弦電壓,而且人們通常只希望測量其有效值,故 除非特別說明,交流電壓表都是以正弦波為測量對象,并按有效值定度,即表頭示 值是被測電壓為正弦電壓時的有效值。 測量非正弦電壓時, 電壓表的讀數(shù) 必須通過 波形因素或波峰因素換算才能得到測量結果:對均值電壓表 K F=對峰值電壓表 p P U K =對有效值電壓表 U =四、實驗內容及步驟1. 被測電壓波形

13、對測量結果的影響。(1 等讀數(shù)測量:調節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率為 20KHZ , 按下正弦波、 三角波、或方波按鈕,將分別得到這三種波形輸出。a. 用超高頻毫伏表測量正弦、三角和方波輸出,調節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器的幅度調節(jié)旋 鈕,使超高頻毫伏表對不同電壓波形讀數(shù)都相同。例如:1=2=3記錄讀數(shù),用示波器觀察三種波形并畫出三種波形圖,在圖上標明被測電壓 的峰值。將超高頻毫伏表的讀數(shù)及示波器的讀數(shù)填入表一。b. 用視頻毫伏表測量三種電壓波形,方法同上。c. 用有效值電壓表測量三種電壓波形,方法同上。d. 根據(jù)三種特性電壓表的測量結果(讀數(shù),分別計算出被測電壓的平均值、峰值 和有效值填入表一,并對測量結果

14、進行分析說明。 (2等幅度測量a. 調節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器, 使輸出頻率為 20KHZ , 輸出幅度為 1V (用示波器監(jiān)視 。 分別輸出正弦波、三角波和方波,用峰值電壓表測量各輸出波形,記錄讀數(shù)并填 入表二中。b. 用平均值電壓表測量三種電壓波形,方法同上。c. 根據(jù)測量結果,計算被測電壓的有效值,填入表二,并進行分析說明。 2. 超高頻毫伏表和視頻毫伏表頻響特性的比較。(1 視頻毫伏表頻響特性:在 1HZ 到 5MHZ 頻率范圍內取若干頻率點, 保證信號 源輸出(正弦波電壓為 5V ,測量被測電壓表的頻響特性。(2 把測量數(shù)據(jù)填入表三。(3 根據(jù)實驗數(shù)據(jù),畫頻率響應特性曲線,并作分析說明。 五

15、、思考題(1在等幅度測量中,用峰值電壓表測量三種波形時,讀數(shù)相同嗎?為什么?用均 值電壓表測量時,讀數(shù)相同嗎?為什么?(2在實際測量中,對于各種非正弦信號電壓,如何得到其有效值電壓?(3什么是波形誤差?如何消除這項測量誤差?實驗四 阻抗測量實驗一、實驗目的1. 了解阻抗測量的特點和方法。2. 掌握高頻 Q 表的原理和使用方法,學會利用 Q 表測量電感器和電容器的參數(shù)。 3. 通過實驗,加深理解諧振法測量阻抗的原理和應用。 二、實驗儀器及設備1.QBG 3高頻 Q 表 一臺 2. 直流穩(wěn)壓電源 一臺 3. 萬用表 一塊 4. 變容管偏置電源板 一塊三、實驗原理Q 表是用于測量高頻電路元件參數(shù)的儀

16、器。 它是利用 LC 諧振回路的諧振特性來 測量高頻線圈的電感量及其 Q 值,測量電容器的電容量及其損耗因數(shù)等,其原理如 圖所示。 1. 電感線圈 Q 值的測量。如上圖所示,當電路發(fā)生串聯(lián)諧振時,電容器 C 上的電壓 U C =QE,即:Q U EC= (1 利用電壓表分別對回路的輸入電壓 E 和電容器上的諧振電壓 U C 進行測量, 即可 求得回路之 Q 值, 當測試回路損耗可忽略時, U C 與 E 之比值即等于電感線圈的 Q 值, 當 E 固定為一常數(shù), U C 值就可以用 Q 值來定度。 如考慮到分布電容 C 0的影響, 則需 用下式修正:Q Q C C C m =+101(2Q m

17、測得值C 1諧振時電容度盤讀數(shù)2. 電感量的測量 回路諧振時L= 1 w 2C （3a） 如果已知w、C 就可以算出電感 L。若在規(guī)定頻率下進行測量（此規(guī)定在儀器面 板上有標注）則電感 L 可用調諧電容器 C 直接定度。 ， 當調諧電容使 Q 值指示最大時， 可從電容度盤的電感讀數(shù)中得出電感值。注意：由（3a）式計算出的電感量只是在 頻率為w時，線圈 L 和它固有電容 C0 并聯(lián)組成的等效電感值?？紤]到分布電容 C0 的 影響時，線圈真正的電感值為： L= w ( C0 + C ) 2 1 （3b） C回路諧振時的電容度數(shù) 若所測 L 值小于 10mH 時，應將 L 值減去儀器本身的剩余電感

18、L0（QBG3 的 L0 0.07mH） ，才能最后得到精確值。 3.分布電容 C0 的測量（兩倍頻法） 1 由f = 2 4p LC 1 得C = 2 4p Lf 2 2 Lx Cx C0 （4） 保持回路的 L 值不變，在兩個不同頻率 f1 及 f2 下分別使回路諧振，相應的有 C1 和 C2。 可得 C1 + C0 = 1 4pf 12 L 1 及 C2 + C0 = 4pf 22 L （5） （6） 由（5）（6）可解得： 、 C0 = f1 C1 - C2 f2 f1 1- f2 2 若取 f 2 = 1 f 2 1 則 C0 = C2 - 4C1 3 （7） 4.變容管靜電容的測量

19、 靜電容 CV 是變容管兩個基本參數(shù)之一，反偏電壓與二極管靜電容的 CVV 特性 可以應用在調諧以及自動調整電路中。如圖所示，利用 Q 表，偏置電源，可以測出 變容管的 CVV 特性圖中，變容管實際上是和 Q 表里的標準電容相并聯(lián)。 - 11 - 偏 - 偏 E + 置 置 電 電 源 源 CV=C1C2 C1變容管未接入時 Q 表調諧電容的讀數(shù) C2變容管接入后 Q 表調諧電容的讀數(shù) 在不同的反偏壓 V 下，測量 CV 值，即得 CVV 特性。 （8） 四、實驗步驟 1.變容二極管 CVV 特性的測量 a.某一頻率下 （例如用 4 5MHZ） 選擇適當?shù)妮o助線圈， 接到 Q 表的 Lx 接線

20、柱上， 調整 Q 表的調諧電容 CS，使回路諧振（Q 表指示最大） ，記下諧振時調諧電容讀 數(shù) C1 并記入表一內。 b.按下圖接好電路（變容管已事先接好在偏置電路板里） 。 330mH 330mH 10KW 10KW -12V 110 直 流 穩(wěn)壓源 CS 1200P 1200P 1200P 470W + Q表偏置電路板 調整穩(wěn)壓電源及偏置電路板上電位器 W，用萬用表測出變容管兩端的偏壓值。 然后調整 Cs 使回路重新諧振，讀出此時的電容值 C2，記入表一。則可由式（8）算 出 CV。 c.在不同的負偏壓下，按上述方法測取 CV 值記入表一，并描出 CVV 曲線。 表一 f= 偏壓值 1V 2V 4V 6V 8V 10V C1（PF） C2（PF） CV=C1C2 - 12 -