電子測(cè)量與儀器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、目 錄實(shí)驗(yàn)一 通用計(jì)數(shù)器的應(yīng)用 . 2實(shí)驗(yàn)二 通用示波器的應(yīng)用 . 4實(shí)驗(yàn)三 電壓表波形響應(yīng)的研究 . 7實(shí)驗(yàn)四 阻抗測(cè)量實(shí)驗(yàn) . . 10實(shí)驗(yàn)一 通用計(jì)數(shù)器的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過(guò)實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步了解和掌握通用計(jì)數(shù)器的組成及工作原理。2. 熟悉并掌握通用計(jì)數(shù)器的正確操作方法。3. 通過(guò)對(duì)信號(hào)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(cè)量的一般方法及對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行分析的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備1.EE1642C 型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 /計(jì)數(shù)器 二臺(tái)2.AS1051S 高頻信號(hào)發(fā)生器 一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟在進(jìn)行測(cè)量前,首先按規(guī)定要求對(duì)高頻信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器及計(jì)數(shù)器

2、進(jìn)行預(yù)熱,然后對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行自校,計(jì)數(shù)器自校正確無(wú)誤方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1.對(duì) AS1051S 高頻信號(hào)發(fā)生器第一至第二頻段的頻率刻度進(jìn)行檢定。(1 將 EE1642C 型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 /計(jì)數(shù)器電源開(kāi)關(guān)接通, 將功能開(kāi)關(guān)置為 “頻 率計(jì)數(shù)”檔。(2將 AS1051S 高頻信號(hào)發(fā)生器調(diào)到要測(cè)量的頻率點(diǎn)上 (頻段 1:從 100kH Z 900 kHZ , 每隔 100kH Z 選擇一個(gè)測(cè)量點(diǎn); 頻段 2:從 1000kH Z 9000 kHZ , 每隔 1MH Z 選擇一個(gè)測(cè)量點(diǎn),然后進(jìn)行測(cè)量。將所測(cè)數(shù)據(jù)填入表一中,最后計(jì)算出結(jié)果,并 分析說(shuō)明此儀器是否符合說(shuō)明書(shū)給出的指標(biāo) (實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要給出檢定結(jié)論

3、, 并分析 產(chǎn)生誤差的原因。2. 測(cè)量?jī)尚盘?hào)的頻率比(1調(diào)節(jié)高頻信號(hào)和 EE1642C 型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 /計(jì)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(hào)發(fā)生器 /計(jì)數(shù)器分別測(cè) 量其實(shí)際值,并根據(jù)公式 N=fA /fB 計(jì)算其頻率比。(2兩信號(hào)的頻率比 f A /fB 也可直接利用比較高級(jí)的通用計(jì)數(shù)器直接測(cè)量出,這里 沒(méi)有實(shí)驗(yàn)儀器,大家直接用理想值即(5MHZ/1KHZ計(jì)算出。(3將理論計(jì)算值(即根據(jù)信號(hào)發(fā)生器的標(biāo)稱值計(jì)算所得的頻率比值和(1方 案測(cè)得值進(jìn)行比較和驗(yàn)證。 (實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要分析實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法的誤差大小和優(yōu)缺點(diǎn), 并畫(huà)出用通用計(jì)數(shù)器

4、直接測(cè)量?jī)尚盘?hào)頻率比 f A /fB 的原理框圖。3. 累計(jì)輸入信號(hào)(1 使用 EE1642C 型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 /計(jì)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(hào)發(fā)生器 /計(jì)數(shù)器置為計(jì)數(shù)檔,把待測(cè)信號(hào)“計(jì)數(shù)輸入” 通道,自己看手表作 10秒鐘計(jì)數(shù),記下測(cè)量值。要求重復(fù)記數(shù) 20次。對(duì)測(cè)量結(jié)果 進(jìn)行分析和說(shuō)明。 (實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要求采用等精度測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理方法對(duì)測(cè)量結(jié) 果進(jìn)行分析,并畫(huà)出用計(jì)數(shù)器作累加計(jì)數(shù)的功能原理框圖。四、思考題1. 本實(shí)驗(yàn)中使用的是一種什么樣的測(cè)頻方法?請(qǐng)列舉你所知道的別的測(cè)頻方法。2. 簡(jiǎn)述通用計(jì)數(shù)器測(cè)頻和測(cè)周的原理。 實(shí)驗(yàn)二

5、 通用示波器的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握通用示波器的主要技術(shù)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(dá)到正確使用。3. 掌握通用示波器測(cè)量時(shí)間、電壓和相位的基本方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1.5040B 雙蹤通用示波器 一臺(tái)2.EE1642C 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 一臺(tái)3.YB1730A 直流穩(wěn)壓電源 一臺(tái)4. AS1051S 高頻信號(hào)發(fā)生器 一臺(tái)5. 移相器實(shí)驗(yàn)板 一塊 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1. 直流電壓測(cè)量(1首先將示波器觸發(fā)方式選擇開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng) (AUTO”方式,使屏幕出現(xiàn)掃 描時(shí)基線。然后選擇通道 CH1或 CH2,將輸入耦合選擇開(kāi)關(guān)置于“ GND ”,調(diào)整 垂直移位旋

6、鈕使掃描時(shí)基線移到屏幕中間或其他適當(dāng)位置上,并把它作為零電平線 的位置。(2將輸入耦合選擇開(kāi)關(guān)置于“ DC ”位置,然后輸入被測(cè)直流電壓(由直流穩(wěn) 壓電源提供 , 則掃描時(shí)基線會(huì)在垂直方向 (Y 方向 移動(dòng) (即光跡上移或下移 。 根據(jù)掃描時(shí)基線移動(dòng)的格數(shù)和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)(Y 軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)的乘積讀出被測(cè)電壓 的數(shù)值。(3注意:在進(jìn)行電壓測(cè)量時(shí)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)旋鈕應(yīng)處于“校準(zhǔn)”位置;測(cè)試 過(guò)程中不能再旋轉(zhuǎn)垂直移位旋鈕。2. 正弦電壓測(cè)量(1首先將輸入耦合選擇開(kāi)關(guān)置于“ GND ”位置 , 示波器觸發(fā)方式選擇開(kāi)關(guān)置于 “自動(dòng)”方式,使屏幕出現(xiàn)掃描時(shí)基線。調(diào)整垂直移位旋鈕使掃描時(shí)基線移到屏幕 中間或其他

7、適當(dāng)位置上。然后將輸入耦合選擇開(kāi)關(guān)置于“ AC ”位置(2調(diào)節(jié) EE1642C 函數(shù)信號(hào)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(diào)節(jié)示波器各控制鍵和開(kāi)關(guān),使熒光屏上顯示 幅度合適的 12周的被測(cè)信號(hào)波形。 讀出被測(cè)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(diào)節(jié)“ Hold OFF”按鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。(3調(diào)節(jié) EE1642C 函數(shù)信號(hào)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(cè)一次。(4在上述兩步的測(cè)量中,注意有關(guān)控制鍵的正確選用:a. 改變垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)開(kāi)關(guān)及微調(diào)旋鈕,觀察對(duì)波形的影響,記下結(jié)論

8、并分析原因。b. 改變掃描觸發(fā)方式“自動(dòng)”(AUTO 、“常態(tài)”(NORM ,觀察對(duì)波形的影 響,記下結(jié)論并分析原因。c. 改變觸發(fā)源選擇開(kāi)關(guān)(SOURCE ,觸發(fā)電平、觸發(fā)極性開(kāi)關(guān)(LEVEL ,觀察 對(duì)波形的影響,記下結(jié)論并分析原因。3. 相位測(cè)量相位的測(cè)量指的是兩個(gè)同頻信號(hào)之間相位差的測(cè)量,如最常見(jiàn)的對(duì)電路(或網(wǎng) 絡(luò)輸入與輸出信號(hào)之間相位差的測(cè)量,即電路(或網(wǎng)絡(luò)相移的測(cè)量。用雙蹤示波器可測(cè)量二個(gè)頻率相同信號(hào)的相位關(guān)系,本實(shí)驗(yàn)通過(guò)觀察正弦波信 號(hào)通過(guò)一個(gè)移相器的相位變化,學(xué)會(huì)其測(cè)量方法,測(cè)量步驟如下:(1調(diào)節(jié) EE1642C 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器,使其輸出頻率為 100KHZ ,幅度為 1伏 的

9、正弦信號(hào),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(hào) U i 和輸出信號(hào) U o 分別加至雙蹤示波器的兩個(gè)輸入端, 正確調(diào)節(jié)示波器的顯示方式開(kāi)關(guān)及觸發(fā)方式開(kāi)關(guān)等有關(guān)控制鍵,使熒光屏上顯示合 適的被測(cè)信號(hào)波形。(3記錄所測(cè)波形,根據(jù)公式 =T(div /div ,計(jì)算出兩信號(hào)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(guò)觀測(cè)一個(gè)周期正弦波所占格數(shù)算出。 4. 測(cè)量調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù)單音頻調(diào)制時(shí),調(diào)幅波的波形如下圖所示, A=2Umax , B=2Umin 調(diào)幅波的表達(dá)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(diào)制信號(hào)的頻率 m 調(diào)幅系數(shù)根據(jù)觀測(cè)所得的 A 、 B 值,可按下式計(jì)算出調(diào)幅系數(shù):m=BA BA +-100% 測(cè)量方法如下:(1調(diào)節(jié) AS1051S 高頻信號(hào)發(fā)生器,使之輸出調(diào)制頻率為 1000H Z 、調(diào)制度為 30%,載波頻率為 465KH Z 的已調(diào)信號(hào),輸出至示波器 CH 1(或 CH 2。(2 調(diào)節(jié)高頻信號(hào)發(fā)生器輸出幅度, 同時(shí)按正弦信號(hào)的測(cè)量方法適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器 的旋鈕,使屏幕上顯示穩(wěn)定的調(diào)幅波形。(3根據(jù)顯示的調(diào)幅波形,讀取包絡(luò)線的峰-峰和谷-谷之間所占的格數(shù) A 、 B 值計(jì)算調(diào)幅系數(shù) m ,并與高頻信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的調(diào)制度進(jìn)行比較和驗(yàn)正。四、思考題

11、1. 利用通用示波器可以測(cè)量信號(hào)的哪些參數(shù)? 2. 試比較連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的特點(diǎn)。 3. 通用示波器有哪些主要技術(shù)指標(biāo)? 4. 通用示波器由哪些主要電路組成?5. 測(cè)量相位誤差的方法主要有哪些?列舉說(shuō)明測(cè)量相位差的重要意義。實(shí)驗(yàn)三 電壓表波形響應(yīng)的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 分 析幾種典型電壓波形對(duì)不同檢波特性電壓表的影響,進(jìn)一步明確用不同檢波 特性電壓表測(cè)量各種電壓波形所得測(cè)量結(jié)果的物理意義,掌握測(cè)量結(jié)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(yīng)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(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備1. CA2171A 交流毫伏表 一臺(tái) 2. SG1020A

12、 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 一臺(tái) 3. SG4320A 雙蹤通用示波器 一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理設(shè)被測(cè)交流電壓的瞬時(shí)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(cè)交流電壓大多數(shù)是正弦電壓,而且人們通常只希望測(cè)量其有效值,故 除非特別說(shuō)明,交流電壓表都是以正弦波為測(cè)量對(duì)象,并按有效值定度,即表頭示 值是被測(cè)電壓為正弦電壓時(shí)的有效值。 測(cè)量非正弦電壓時(shí), 電壓表的讀數(shù) 必須通過(guò) 波形因素或波峰因素?fù)Q算才能得到測(cè)量結(jié)果:對(duì)均值電壓表 K F=對(duì)峰值電壓表 p P U K =對(duì)有效值電壓表 U =四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1. 被測(cè)電壓波形

13、對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。(1 等讀數(shù)測(cè)量:調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)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(cè)量正弦、三角和方波輸出,調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的幅度調(diào)節(jié)旋 鈕,使超高頻毫伏表對(duì)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(huà)出三種波形圖,在圖上標(biāo)明被測(cè)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(cè)量三種電壓波形,方法同上。c. 用有效值電壓表測(cè)量三種電壓波形,方法同上。d. 根據(jù)三種特性電壓表的測(cè)量結(jié)果(讀數(shù),分別計(jì)算出被測(cè)電壓的平均值、峰值 和有效值填入表一,并對(duì)測(cè)量結(jié)果

14、進(jìn)行分析說(shuō)明。 (2等幅度測(cè)量a. 調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)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(cè)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(cè)量三種電壓波形,方法同上。c. 根據(jù)測(cè)量結(jié)果,計(jì)算被測(cè)電壓的有效值,填入表二,并進(jìn)行分析說(shuō)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(nèi)取若干頻率點(diǎn), 保證信號(hào) 源輸出(正弦波電壓為 5V ,測(cè)量被測(cè)電壓表的頻響特性。(2 把測(cè)量數(shù)據(jù)填入表三。(3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),畫(huà)頻率響應(yīng)特性曲線,并作分析說(shuō)明。 五

15、、思考題(1在等幅度測(cè)量中,用峰值電壓表測(cè)量三種波形時(shí),讀數(shù)相同嗎?為什么?用均 值電壓表測(cè)量時(shí),讀數(shù)相同嗎?為什么?(2在實(shí)際測(cè)量中,對(duì)于各種非正弦信號(hào)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(xiàng)測(cè)量誤差?實(shí)驗(yàn)四 阻抗測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解阻抗測(cè)量的特點(diǎn)和方法。2. 掌握高頻 Q 表的原理和使用方法,學(xué)會(huì)利用 Q 表測(cè)量電感器和電容器的參數(shù)。 3. 通過(guò)實(shí)驗(yàn),加深理解諧振法測(cè)量阻抗的原理和應(yīng)用。 二、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備1.QBG 3高頻 Q 表 一臺(tái) 2. 直流穩(wěn)壓電源 一臺(tái) 3. 萬(wàn)用表 一塊 4. 變?nèi)莨芷秒娫窗?一塊三、實(shí)驗(yàn)原理Q 表是用于測(cè)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(lái) 測(cè)量高頻線圈的電感量及其 Q 值,測(cè)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(cè)量。如上圖所示,當(dāng)電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí),電容器 C 上的電壓 U C =QE,即:Q U EC= (1 利用電壓表分別對(duì)回路的輸入電壓 E 和電容器上的諧振電壓 U C 進(jìn)行測(cè)量, 即可 求得回路之 Q 值, 當(dāng)測(cè)試回路損耗可忽略時(shí), U C 與 E 之比值即等于電感線圈的 Q 值, 當(dāng) E 固定為一常數(shù), U C 值就可以用 Q 值來(lái)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(cè)得值C 1諧振時(shí)電容度盤讀數(shù)2. 電感量的測(cè)量 回路諧振時(shí)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(jìn)行測(cè)量（此規(guī)定在儀器面 板上有標(biāo)注）則電感 L 可用調(diào)諧電容器 C 直接定度。 ， 當(dāng)調(diào)諧電容使 Q 值指示最大時(shí)， 可從電容度盤的電感讀數(shù)中得出電感值。注意：由（3a）式計(jì)算出的電感量只是在 頻率為w時(shí)，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(shí)，線圈真正的電感值為： L= w ( C0 + C ) 2 1 （3b） C回路諧振時(shí)的電容度數(shù) 若所測(cè) L 值小于 10mH 時(shí)，應(yīng)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(cè)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(gè)不同頻率 f1 及 f2 下分別使回路諧振，相應(yīng)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?nèi)莨莒o電容的測(cè)量

19、 靜電容 CV 是變?nèi)莨軆蓚€(gè)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(yīng)用在調(diào)諧以及自動(dòng)調(diào)整電路中。如圖所示，利用 Q 表，偏置電源，可以測(cè)出 變?nèi)莨艿?CVV 特性圖中，變?nèi)莨軐?shí)際上是和 Q 表里的標(biāo)準(zhǔn)電容相并聯(lián)。 - 11 - 偏 - 偏 E + 置 置 電 電 源 源 CV=C1C2 C1變?nèi)莨芪唇尤霑r(shí) Q 表調(diào)諧電容的讀數(shù) C2變?nèi)莨芙尤牒?Q 表調(diào)諧電容的讀數(shù) 在不同的反偏壓 V 下，測(cè)量 CV 值，即得 CVV 特性。 （8） 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.變?nèi)荻O管 CVV 特性的測(cè)量 a.某一頻率下 （例如用 4 5MHZ） 選擇適當(dāng)?shù)妮o助線圈， 接到 Q 表的 Lx 接線

20、柱上， 調(diào)整 Q 表的調(diào)諧電容 CS，使回路諧振（Q 表指示最大） ，記下諧振時(shí)調(diào)諧電容讀 數(shù) C1 并記入表一內(nèi)。 b.按下圖接好電路（變?nèi)莨芤咽孪冉雍迷谄秒娐钒謇铮?。 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(diào)整穩(wěn)壓電源及偏置電路板上電位器 W，用萬(wàn)用表測(cè)出變?nèi)莨軆啥说钠珘褐怠?然后調(diào)整 Cs 使回路重新諧振，讀出此時(shí)的電容值 C2，記入表一。則可由式（8）算 出 CV。 c.在不同的負(fù)偏壓下，按上述方法測(cè)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 -