現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)——完整

1、蘇 州 科 技 學(xué) 院電子與信息工程學(xué)院現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班 級(jí) : 姓 名 : 學(xué) 號(hào) : 指導(dǎo)老師: 潘敬熙 2012年5月【實(shí)驗(yàn)一】常規(guī)測(cè)試測(cè)量?jī)x器綜合使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私馔ㄓ檬静ㄆ?、信?hào)發(fā)生器、萬(wàn)用表等常規(guī)測(cè)試測(cè)量?jī)x器的原理、學(xué)習(xí)其一般的使用方法。通過(guò)典型測(cè)量技術(shù)的計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)室電路搭建，掌握常規(guī)測(cè)試測(cè)量?jī)x器綜合使用的基本技能，提高分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、學(xué)習(xí)通用示波器、信號(hào)發(fā)生器、萬(wàn)用表等常規(guī)測(cè)試測(cè)量?jī)x器的原理。應(yīng)用通用示波器觀測(cè)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的常用波形。通過(guò)按鈕操作，進(jìn)一步了解通用示波器中觸發(fā)及掃描電路的工作過(guò)程。熟悉通用示波器的操作方法。2、學(xué)習(xí)用集成模

2、擬乘法器實(shí)現(xiàn)全載波調(diào)幅的方法與過(guò)程，熟悉調(diào)幅系數(shù)的示波測(cè)量法。仿真時(shí)，模擬乘法器1496可由學(xué)生自行設(shè)計(jì)。3、學(xué)習(xí)二階有源濾波器的設(shè)計(jì)方法、調(diào)試方法和步驟。并參照學(xué)習(xí)材料，查資料自行設(shè)計(jì)一帶通或帶阻濾波器自擬實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)出電路中心頻率，測(cè)量并畫(huà)出電路的幅頻特性。三、參考學(xué)習(xí)材料1、示波器的組成框圖 電平調(diào)節(jié)電路Y軸放大器觸發(fā)電路時(shí)基發(fā)生器X軸放大器示波管高壓和顯示電路其他附屬電路低壓電源 y輸入 垂直系統(tǒng)x輸入外觸發(fā)水平系統(tǒng)圖1.12、調(diào)幅系數(shù)M的定義和計(jì)算公式 設(shè)載波信號(hào)為：uc(t) = Vccost ，調(diào)制信號(hào)為：us(t) = Vscost 則調(diào)幅波信號(hào)的表達(dá)式為： uAM(t) =

3、Vc1+()cost·cost = Vc1+M costcost 其中，為載波信號(hào)的頻率，為調(diào)制信號(hào)的頻率，調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)幅度比，稱為調(diào)幅系數(shù)。 從調(diào)幅波的表達(dá)式可以看出，已調(diào)幅波包絡(luò)的最小值出現(xiàn)在cost= -1的瞬間，包絡(luò)的最大值出現(xiàn)在cost = 1的瞬間。設(shè)包絡(luò)的最大峰峰值為B，最小峰峰值為A，有 uAM (t)|max = Vc(1+ M)cost =uAM (t)|min = Vc(1- M)cost = 由上兩式可得： M= 圖1.23、調(diào)幅系數(shù)線性掃描測(cè)量法把已調(diào)幅信號(hào)加到示波器的Y軸，X軸采用示波器內(nèi)的線性鋸齒波電壓，并把調(diào)制信號(hào)作為同步信號(hào)輸入示波器的外觸發(fā)或

4、同步觸發(fā)端，調(diào)整掃描電壓的頻率，應(yīng)使其等于調(diào)制信號(hào)的頻率（或是它的若干分之一），則可以在示波器屏幕上得到一穩(wěn)定的調(diào)幅波波形（如上圖所示）。線性掃描測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是較為直觀，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)制過(guò)程中的瞬變情況，但它的準(zhǔn)確度取決于波形線條的粗細(xì)程度，故準(zhǔn)確度不高，尤其是當(dāng)M之值比較小時(shí)更是如此，通常這種方法作為波形的定性觀察之用。4、應(yīng)用集成模擬乘法器1496芯片構(gòu)成調(diào)幅器（1）1496芯片管腳說(shuō)明圖1.3、: 載波輸入端（對(duì)應(yīng)IN1）、: 調(diào)制輸入端（對(duì)應(yīng)IN2）、: 接正電源+12v: 接負(fù)電源-8v（2）用1496芯片構(gòu)成的調(diào)幅器圖1.4 1496構(gòu)成的調(diào)幅器Rp1用來(lái)調(diào)節(jié)引出腳、之間的平衡Rp2

5、用來(lái)調(diào)節(jié)引出腳、之間的平衡線性掃描法操作步驟：將載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)分別加到IN1與IN2端，out接到示波器，可觀察波形，測(cè)調(diào)幅系數(shù)。5、利用multisim創(chuàng)建1496模塊與調(diào)幅仿真實(shí)驗(yàn)（1）創(chuàng)建MCl496模塊MCl496是構(gòu)成調(diào)幅電路的核心器件。利用ltisim可以創(chuàng)建MCl496模塊。模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可如圖1.5所示。T1、T2與T3、T4組成雙差分放大器，T5、T6組成的單差分放大器用以激勵(lì)T1T4。 T7、T8及其偏置電路構(gòu)成恒流源。管腳8與10接輸入電壓Vx，管腳1與4接另一個(gè)輸入電壓Vy，輸出電壓Vo從管腳6輸出。管腳2與3可外接電阻，對(duì)差分放大器T5、T6產(chǎn)生串聯(lián)電流負(fù)反饋，以

6、擴(kuò)展輸入電壓V的線性動(dòng)態(tài)范圍，并調(diào)節(jié)模擬乘法器增益。管腳5可外接電阻，用來(lái)調(diào)節(jié)偏置電流及鏡像電流。管腳14為負(fù)電源端。創(chuàng)建的MCl496模塊以子電路形式保存，在仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以隨時(shí)調(diào)用并觀察內(nèi)部參量的變化。 （2）設(shè)計(jì)調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路 進(jìn)入Multisim的編輯窗口，調(diào)用MCl496模塊，按圖1.6設(shè)計(jì)調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路。載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)采用單端輸入。載波信號(hào)Uc通過(guò)電容C2加到乘法器的輸入端管腳10，調(diào)制信號(hào)U經(jīng)低頻耦合電容C1，從管腳1輸入，調(diào)制信號(hào)UAM由管腳12單端輸出。圖1.6中接于正電源電路的電阻Rc1、Rc2：用來(lái)分壓，負(fù)電源通過(guò)RP、R7、R8、R9、R10的分壓為管腳內(nèi)部的差分對(duì)

7、管T5、T6提供基極偏壓，C3為低頻旁路電容，將管腳4交流接地。R4、R5、R6將直流正電源分壓后為管腳8、10內(nèi)部的晶體管T1T4提供基極偏壓，C4為低頻旁路電容，將管腳8交流接地。RP稱為載波調(diào)零電位器，調(diào)節(jié)RP可使電路對(duì)稱以減小載波信號(hào)輸出。接于管腳2、3端的電阻Re用來(lái)擴(kuò)大U的線性動(dòng)態(tài)范圍和調(diào)節(jié)增益。（3）調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整 將調(diào)制信號(hào)輸入端和載波信號(hào)輸人端對(duì)地短接，用Muhisim提供的實(shí)時(shí)測(cè)量探針測(cè)量 MCl496模塊的各管腳電壓，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。表中的參考值是保證MCl496器件內(nèi)部的靜態(tài)工作點(diǎn)處于正常工作時(shí)的電壓值。（4）調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路仿真結(jié)果 用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生幅度為6

8、0 mV、頻率為10 MHz的載波信號(hào)Uc，將調(diào)制信號(hào)輸入端先對(duì)地短路，此時(shí)示波器觀察到的輸出波形為等幅載波。調(diào)節(jié)電位器及P使輸出波形逐漸成為一條直線，此時(shí)V1=V4，調(diào)制信號(hào)輸入端未疊加直流信號(hào)，這樣就抑制了載波。此時(shí)電位器及P恰好調(diào)節(jié)到中間位置，管腳1、4的電位應(yīng)該是相等的。接人調(diào)制信號(hào)后就可以在虛擬示波器中得到如圖1.7所示的波形。還可清楚地看到平衡調(diào)幅波在調(diào)制過(guò)零時(shí)的載波反相現(xiàn)象。如果調(diào)節(jié)電位器RP偏離中間位置使管腳1、4的電位不等，即相當(dāng)于在u，輸入端上疊加了 一個(gè)直流成分?？梢钥吹绞静ㄆ髦休d波成分逐漸增加，穩(wěn)定后得到如圖1.8所示的有載波調(diào)幅6、二階有源濾波器原理與設(shè)計(jì) 濾波器是一

9、種只傳輸指定頻段信號(hào)，抑制其它頻段信號(hào)的電路。濾波器分為無(wú)源濾波器與有源濾波器兩種： 無(wú)源濾波器: 由電感L、電容C及電阻R等無(wú)源元件組成 有源濾波器: 一般由集成運(yùn)放與RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于集成運(yùn)放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用。利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號(hào)，衰減無(wú)用頻率的信號(hào)，抑制干擾和噪聲，以達(dá)到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用于通信、測(cè)量及控制技術(shù)中的小信號(hào)處理。從功能來(lái)上有源濾波器分為：低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）、全通濾波器（AP

10、F）。其中前四種濾波器間互有聯(lián)系，LPF與HPF間互為對(duì)偶關(guān)系。當(dāng)LPF的通帶截止頻率高于HPF的通帶截止頻率時(shí)，將LPF與HPF相串聯(lián)，就構(gòu)成了BPF，而LPF與HPF并聯(lián)，就構(gòu)成BEF。在實(shí)用電子電路中，還可能同時(shí)采用幾種不同型式的濾波電路。濾波電路的主要性能指標(biāo)有通帶電壓放大倍數(shù)AVP、通帶截止頻率fP及阻尼系數(shù)Q等。二階有源低通濾波器（二階壓控電壓源LPF）：低通濾波器的特點(diǎn)是使低頻信號(hào)（或直流成分通過(guò)、抑制或衰減高頻信號(hào)，主要用于削弱高次諧波或頻率較高的干擾和噪聲信號(hào)，例如整流電路中的濾波電路。該濾波器有如下的關(guān)系式：通帶電壓放大倍數(shù)：通帶截止頻率：典型的二階有源低通濾波器電路如圖1

11、.9所示：圖1.9電路的選頻特性基本上取決于RC網(wǎng)絡(luò)，電路還兼有同相放大功能，調(diào)節(jié)RF、Rf即可調(diào)節(jié)電路增益。由于運(yùn)算放大器在同相工作時(shí)輸入端有較高的共模電壓，故應(yīng)選用共模輸入電壓較高的運(yùn)算放大器。該電路特點(diǎn)是在組件前加了二階RC低通網(wǎng)絡(luò)，在阻帶區(qū)能提供 -40dB/十倍頻程的衰減，其幅頻特性如圖1.10所示：圖1.10二階有源高通濾波器（二階壓控電壓源HPF）：高通濾波器用于通過(guò)高頻信號(hào)，抑制或衰減低頻信號(hào)（或直流成分）。將前述低通濾波器中的R與C互換，即成為二階有源高通濾波器電路，如下圖1.11(a)所示。它能在阻帶區(qū)提供40dB/十倍頻程的正斜率，其幅頻特性如圖1.11 (b)所示。圖1

12、.11二階有源高通濾波器電路（a）及其幅頻特性(b)在二階有源高通濾波器中，有如下關(guān)系式：通常取C1 = C2 = C， 通帶放大倍數(shù)：通帶截止頻率： 6、二階有源濾波器調(diào)試步驟（1） 首先將放大器調(diào)零。按試驗(yàn)電路圖接線路。（2） 按要求連接正、負(fù)電源，并用數(shù)字式萬(wàn)用表調(diào)節(jié)Vcc=±12V。（3） 接通電源，使輸入端Vi=0（對(duì)地短路），調(diào)節(jié)RP，對(duì)運(yùn)放進(jìn)行調(diào)零（Vo=0）。（4） 送入Vi=1V的交流正弦信號(hào)，在20Hz200kHz范圍內(nèi)改變信號(hào)源頻率。用示波器監(jiān)視輸出波形，用交流毫伏表測(cè)量輸出電壓Vo(注意：在fo附近多測(cè)一些點(diǎn)，改變信號(hào)源頻率時(shí)要保持Vi不變)。觀察電路是否具有

13、高通特性或低通特性，并記錄相應(yīng)的頻率及輸出電壓幅值。以次繪制出電路的幅頻特性。測(cè)出的數(shù)據(jù)可填入以下表格： 四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、(a)MCl496構(gòu)成調(diào)幅電路(b)接人調(diào)制信號(hào)后在示波器中得到抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的波形:(c)調(diào)節(jié)電位器，得到有載波調(diào)幅信號(hào)：2、a二階低通濾波器Vi（v）111111111111f（Hz）51030609095979899100101102V（v）7.807.858.5211.931.641.946.147.748.849.349.047.9f（Hz）103104105110120130140150200300400500V（v）46.344.141.730.116

14、.911.28.136.272.630.990.530.33幅頻特性曲線b二階高通濾波器Vi（v）1111111111f（Hz）10203040607075808385VO（v）00.080.180.320.660.840.931.001.051.07f（Hz）879095100110120140200300400VO（v）1.101.141.201.301.331.391.471.571.581.58 幅頻特性曲線五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我學(xué)會(huì)了使用通用示波器、信號(hào)發(fā)生器、萬(wàn)用表等常規(guī)測(cè)試測(cè)量?jī)x器。2、這次實(shí)驗(yàn)我還知道了如何設(shè)計(jì)一個(gè)二階的濾波器，還通過(guò)典型測(cè)量技術(shù)的計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)室電

15、路搭建，掌握常規(guī)測(cè)試測(cè)量?jī)x器綜合使用的基本技能，提高分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。3、在實(shí)驗(yàn)中，還遇到了一些問(wèn)題，比如一個(gè)電路圖盡量在一個(gè)multisim文件中運(yùn)行，多了可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法出現(xiàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。4、在設(shè)計(jì)二階低通濾波器，我在后來(lái)的幅頻特性圖中看出在曲線下降的時(shí)候，通帶的末端是先增大在開(kāi)始衰減，一開(kāi)始以為是自己的設(shè)計(jì)錯(cuò)了，后來(lái)查看有關(guān)二階低通濾波器幅頻特性才知道當(dāng)阻尼系數(shù)Q小于，就會(huì)出現(xiàn)這種情況?！緦?shí)驗(yàn)二】電壓測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)會(huì)正確使用晶體管毫伏表。了解交流電壓測(cè)量的基本原理，分析幾種典型電壓波形對(duì)不同檢波特性電壓表的響應(yīng)，以及它們之間的換算關(guān)系，并對(duì)測(cè)量結(jié)果做誤差分析。通過(guò)

16、實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步了解非線性失真的表現(xiàn)形式，學(xué)會(huì)測(cè)量、估計(jì)、判斷失真度的一般方法。掌握失真度儀的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)室電路搭建，分別用平均值、峰值，有效值檢波的三種電壓表測(cè)量函數(shù)發(fā)生器輸出的正弦波，方波、三角波電壓，判斷各表的檢波類型。測(cè)量其中一只電壓表響應(yīng)于正弦波時(shí)的幅頻特性。練習(xí)失真度儀的操作技術(shù)。三、參考學(xué)習(xí)材料1、交流電壓表的原理與類型（1）電壓表的波形響應(yīng)電子電壓表有多種型號(hào)，按它們檢波器的不同，可分為均值電壓表，有效值電壓表和峰值電壓表三種類型。一般電壓表都是按正弦波有效值進(jìn)行刻度的，因此，當(dāng)被測(cè)電壓為非正弦波時(shí)，隨著波形的不同，會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果，此現(xiàn)象稱為電壓表的

17、波形響應(yīng)。（2）峰值電壓表峰值電壓主要由峰值檢波器、步進(jìn)分壓器、直流放大器組成。目前，為了解決直流放大器的增益與零點(diǎn)漂移之間的矛盾，普遍采用了斬波式直流放大器。利用斬波器把直流電壓變換成交流電壓，并用交流放大器放大。到最后再把放大的交流電壓恢復(fù)成直流電壓。斬波式直流放大器的增益可以做的很高，而且噪聲和零點(diǎn)漂移都很小。所以用它做成檢波放大式電壓表，靈敏度可以達(dá)到幾十uV。峰值電壓表的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以把檢波二極管及其電路從儀器引出放置在探頭內(nèi)。這對(duì)高頻電壓測(cè)量特別有利，因?yàn)榭梢园烟筋^的探針直接接觸到被測(cè)點(diǎn)。峰值電壓表是按正弦有效值來(lái)刻度的，即：a電壓表讀數(shù)Vp正弦電壓的峰值Kp正弦波的波峰因素（3

18、）均值電壓表均值電壓表一般由寬帶放大器和檢波器組成。檢波器對(duì)被測(cè)電平的平均值產(chǎn)生響應(yīng)，一般都采用二極管全波或橋式整流電路作為檢波器。電壓表的頻率范圍主要受寬帶放大器帶寬的限制。均值電壓表的表頭偏轉(zhuǎn)正比于被測(cè)電壓的平均值。平均值為：具有正弦有效值刻度的均值電壓表的讀數(shù)為：a電壓表讀數(shù)V電壓表所刻的正弦電壓有效值被測(cè)電壓平均值（4）有效值電壓表交流電壓的有效值是指在一個(gè)周期內(nèi)，通過(guò)某純電阻負(fù)載所產(chǎn)生的熱量與一個(gè)直流電壓在同一個(gè)負(fù)載上產(chǎn)生的熱量相等時(shí)，該直流電壓的數(shù)值就是交流電壓的有效值。在現(xiàn)代有效值電壓表中，常采用熱電變換和模擬計(jì)算電路兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)有效值的測(cè)量。熱電變換是通過(guò)一個(gè)熱電偶實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)

19、加入電壓后，熱電偶兩端由于存在溫差而產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，于是熱電偶中將產(chǎn)生一個(gè)電流使得電流表偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生讀數(shù)。模擬計(jì)算電路是使用模擬電路直接實(shí)現(xiàn)有效值電壓表的計(jì)算公式來(lái)得到電路的有效電壓。2、非線性失真測(cè)量原理正弦電壓是應(yīng)用最廣泛的一種測(cè)試信號(hào)，也是許多理論研究的基本假設(shè)前提之一。然而，在正弦電壓的產(chǎn)生、放大及傳輸過(guò)程中，由于種種原因，會(huì)使正弦電壓的波形發(fā)生失真(或稱畸變)。一般說(shuō)來(lái)，要獲得一個(gè)理想的“純正弦”信號(hào)是極其困難的。失真的類型一般可分為非線性失真、頻率失真以及相位失真三種。非線性失真：是指在線性電路中，由于電路工作點(diǎn)不正?；蛐盘?hào)幅度超過(guò)了電路的線性動(dòng)態(tài)范圍，使信號(hào)處于非線性區(qū)而產(chǎn)生的失真。

20、非線性失真的主要特點(diǎn)是輸出信號(hào)中產(chǎn)生了新的頻率分量。設(shè)加入放大器的輸入信號(hào)是頻率為f的正弦電壓。由于放大器的非線性影響，其輸出信號(hào)的波形產(chǎn)生了失真。根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)的分析，可將該失真的正弦電壓分解成一系列幅度不同、相位不同的基波電壓及各次諧波電壓的疊加。信號(hào)的非線性失真，通常用非線性失真系數(shù)(簡(jiǎn)稱失真度)來(lái)表示。其定義為：全部諧波分量的功率與基波功率之比的平方根值。如果負(fù)載與信號(hào)頻率無(wú)關(guān)，則信號(hào)的失真度又可定義為全部諧波電壓(或電流) 的有效值與基波電壓(或電流)有效值之比，并用百分?jǐn)?shù)表示。于是有： (21)式中U1基波信號(hào)的有效值；Ui第i次諧波電壓的有效值。由式(21)可見(jiàn)，為了測(cè)出待測(cè)信號(hào)

21、的值，需要利用兩個(gè)選擇性網(wǎng)絡(luò)分別選出信號(hào)中的諧波電壓總有效值及基波電壓有效值。這顯然是不方便的。為此，通常只用一個(gè)基波抑制網(wǎng)絡(luò)(簡(jiǎn)稱濾基網(wǎng)絡(luò))來(lái)測(cè)出所有諧波電壓總的有效值，然后再與待測(cè)信號(hào)總的有效值相比，即： (22)，稱為實(shí)際測(cè)得的非線性失真系數(shù)。在一般技術(shù)測(cè)量中，當(dāng)失真率不大時(shí)，可以認(rèn)為 。由此引入的方法誤差可以忽略不計(jì)。例如：當(dāng) =30時(shí)， 4；當(dāng) =20時(shí)，2；當(dāng) =10時(shí)，0.5。由于本身的測(cè)量誤差約為土10，因此，的影響可不考慮。如 較大，或需對(duì) 進(jìn)行精確測(cè)量，則應(yīng)將所測(cè)的值按式(33)進(jìn)行修正，即 (23)一般的非線性失真測(cè)量?jī)x(失真度儀)，其示值均代表值。失真度儀的基本原理如圖

22、2.1所示。（a）、（b）為兩種最常用的方案。圖2.1在圖（a）方案中，測(cè)量失真度時(shí)，先將開(kāi)關(guān)K置“1”，此時(shí)有效值電壓表將測(cè)出待測(cè)電壓總的有效值即式(22)右端的分母部分。適當(dāng)調(diào)節(jié)輸入電平，使電壓表剛好指到滿度值(相當(dāng)于令電壓的總有效值為1個(gè)單位)Um，此即失真儀的校準(zhǔn)過(guò)程。然后將開(kāi)關(guān)K置于“2”，調(diào)節(jié)基波抑制網(wǎng)絡(luò)，直至電壓表讀數(shù)最小(需相應(yīng)地降低電壓表的量程)，此時(shí)電壓表的讀數(shù)即為濾除基波后所有諧波電壓總有效值之和U 即式(22)右端的分子部分。于是有：=U （24）由式(24)可見(jiàn)， 電壓表可按直接進(jìn)行刻度。國(guó)產(chǎn)SZ4-1、SZ-3、BS-1、BS-2等型號(hào)的失真度儀即采用這種方案。在圖

23、(b)方案中，開(kāi)關(guān)K指向“1”及“2”時(shí)， 指示器分別示出待測(cè)信號(hào)的諧波有效值U及總有效值Um。調(diào)節(jié)衰減器A，使兩次讀數(shù)相等，并令衰減器分壓比為k，于是得待測(cè)電壓的失真度為= k (25)由式(25)可見(jiàn)，失真度可直接在衰減器度盤(pán)上加以刻度。為了減小刻度誤差，通常作成多級(jí)步進(jìn)衰減器的形式。英國(guó)的TF-142F型失真儀即采用這種方案。利用失真度儀，可以定量地測(cè)出信號(hào)發(fā)生器、放大器及其它傳輸網(wǎng)絡(luò)的失真度。其缺點(diǎn)是測(cè)量方法一般比較費(fèi)時(shí)，測(cè)量結(jié)果只表明一個(gè)總的效應(yīng)，不能判斷出引起非線性失真的原因及波形畸變程度。3、失真度儀使用說(shuō)明整機(jī)面板示意圖：1、表頭；2、示波管；3、調(diào)諧頻率顯示；4、電源開(kāi)關(guān)；5

24、、阻尼開(kāi)關(guān)；6、示波管亮度調(diào)節(jié)；7、示波管聚焦調(diào)；8、校準(zhǔn)旋鈕；9、相位粗調(diào)；10、相位細(xì)調(diào)；11、頻率調(diào)諧細(xì)調(diào)；12、頻率粗調(diào)；13、輸入端口；14、輸入衰減器開(kāi)關(guān)；15、分壓器開(kāi)關(guān)；16、工作選擇開(kāi)關(guān)；17、失真度測(cè)量頻率范圍選擇開(kāi)關(guān) 圖2.2使用方法（1）電壓測(cè)量：、 將工作選擇開(kāi)關(guān)16置電壓位置，輸入衰減器開(kāi)關(guān)14置“50dB”位，分壓器開(kāi)關(guān)15置“0dB”位。、 接通電源，預(yù)熱15分鐘后即可測(cè)試。、 將被測(cè)信號(hào)接入輸入端口13。、 依次改變輸入衰減器開(kāi)關(guān)14或分壓器開(kāi)關(guān)15使電壓表指針指便于讀數(shù)位置，根據(jù)輸入衰減器開(kāi)關(guān)14、分壓器開(kāi)關(guān)15位置及表頭指針指示的位置讀出被測(cè)信號(hào)的電壓有效

25、值。、 測(cè)試完畢將各開(kāi)關(guān)恢復(fù)到1規(guī)定位置，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率小于10Hz時(shí)可將阻尼開(kāi)關(guān)5按下。（2）失真度測(cè)量 ·、 在接通電源前將分壓器開(kāi)關(guān)15置“l(fā)00(0dB)”位置，工作 選擇開(kāi)關(guān)置“電壓”位置。、 接通電源4，輸入被測(cè)信號(hào)，改變輸入衰減開(kāi)關(guān)14使表頭指示在可讀范圍內(nèi)(200mV1V)。、 將工作選擇開(kāi)關(guān)16置“校準(zhǔn)”位，調(diào)節(jié)校準(zhǔn)電位器旋鈕8使表頭指示為滿度，再將工作選擇開(kāi)關(guān)16置“失真”位。、 置失真度測(cè)量頻率范圍選擇開(kāi)關(guān)17于被測(cè)信號(hào)頻率波段，根據(jù)數(shù)字指示調(diào)節(jié)頻率粗調(diào)旋鈕12和相位粗調(diào)旋鈕9使示波管顯示為一豎線。、 反復(fù)調(diào)節(jié)頻率細(xì)調(diào)11及相位微調(diào)10，改變分壓器開(kāi)關(guān)15，使表

26、頭指示為最小為止，依照分壓器位置從表頭直讀失真度測(cè)量值。、 測(cè)試完畢將分壓器開(kāi)關(guān)15置“100”位，工作選擇開(kāi)關(guān)16置“校準(zhǔn)”位表頭仍應(yīng)指滿度。(3)實(shí)例用晶體管毫伏表測(cè)正弦波、方波與三角波的電壓。注意以下環(huán)節(jié)：調(diào)零，讀數(shù)，誤差。用失真度儀對(duì)通過(guò)放大器的正弦波非線性失真系數(shù)進(jìn)行測(cè)量。失真度儀直接測(cè)量法操作步驟：、在接通電源前，將分壓器開(kāi)關(guān)置“100%（0dB）”位置。工作選擇開(kāi)關(guān)置“電壓”位置。、接通電源，輸入被測(cè)信號(hào)，改變輸入衰減開(kāi)關(guān)使表頭指示在可讀范圍內(nèi)（300mv1v）、將工作選擇開(kāi)關(guān)置“校準(zhǔn)”位，調(diào)節(jié)電位器旋鈕使表頭指示為滿度。步驟（1）至（3）表示用有效值電壓表測(cè)出待測(cè)電壓的總的有效

27、值：U =適當(dāng)調(diào)節(jié)輸入電平，使電壓表剛好指到滿度值，相當(dāng)于令電壓的總有效值為1個(gè)單位。此為失真度儀的校準(zhǔn)過(guò)程。、再將工作選擇開(kāi)關(guān)置“失真”位置，將頻率范圍選擇開(kāi)關(guān)置于被測(cè)信號(hào)頻率波段。、根據(jù)數(shù)字指示調(diào)節(jié)頻率粗調(diào)旋鈕和相位粗調(diào)旋鈕，使示波管顯示為一豎線。、反復(fù)調(diào)節(jié)頻率細(xì)調(diào)及相位微調(diào)，改變分壓器開(kāi)關(guān)，使表頭指示為最小為止。、依照分壓器位置從表頭直讀失真度測(cè)量值（分壓器分七檔，滿度值分別為100%、30%、10%、1%、0.3%、0.1%）步驟（4）至（7）表示電壓表的讀數(shù)為濾除基波后所有諧振電壓總有效值之和：于是：=四、實(shí)驗(yàn)心得:1、通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，收獲最大的是我學(xué)會(huì)了正確使用失真度儀。了解了非線性

28、失真的表現(xiàn)形式，學(xué)會(huì)測(cè)量、估計(jì)、判斷失真度的一般方法。2、這次我們是安照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)一部一部做出來(lái)了的，相信在以后的實(shí)驗(yàn)中就能夠自己動(dòng)手做起來(lái)。3、我們?cè)谧鍪д娑葴y(cè)量時(shí),其中有一步“根據(jù)數(shù)字指示調(diào)節(jié)頻率,粗調(diào)旋鈕12和相位粗調(diào)旋鈕9使得示波器顯示為一豎線”。剛開(kāi)始,我們所保持的”豎線”不是很長(zhǎng)，有點(diǎn)短,所以測(cè)得失真度比理論偏大許多。后來(lái),我們又對(duì)我們的操作進(jìn)行進(jìn)一步的完善,調(diào)節(jié)相應(yīng)旋鈕使得示波器顯示近似一條豎線,從而測(cè)得所測(cè)信號(hào)的失真度?！緦?shí)驗(yàn)三】頻率測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)室電路搭建，理解頻率測(cè)量與周期測(cè)量技術(shù)的基本原理、掌握誤差分析方法，學(xué)習(xí)頻率測(cè)量技術(shù)的基本技能

29、與基本應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：由同學(xué)自行設(shè)計(jì)頻率測(cè)量電路或周期測(cè)量電路。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步了解頻率測(cè)量電路的工作原理。掌握減少測(cè)量誤差及對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行分析的方法。可等精度測(cè)量某一頻率（例如1kHz或其他指定值）若干次，或?qū)?biāo)稱頻率f0=1Hz、20Hz、5kHz、175kHz、1MHz等，自行修改 電路參數(shù)，以達(dá)到減少誤差的目的。三、實(shí)驗(yàn)要求電路設(shè)計(jì)原理合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能達(dá)到一定的精度要求。四、參考學(xué)習(xí)材料：1、利用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率的基本方法及誤差分析在電子技術(shù)中，頻率是指電信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù)。假設(shè)單位時(shí)間為1秒，電信號(hào)重復(fù)變化的次數(shù)為N，則稱該信號(hào)的頻率為N赫芝。頻率與周期有關(guān)。周期

30、是指電信號(hào)每重復(fù)變化一次所需要的時(shí)間。頻率越高，周期越短，反之亦然。頻率及周期之間的關(guān)系互為倒數(shù)：            式中    f-電信號(hào)的頻率；    T-電信號(hào)的周期。正弦信號(hào)的一般表達(dá)式為：u=Upsin（t+0）    上式中，信號(hào)的瞬時(shí)相位（又稱相角）為：=t+0=2ft+0 其中，0稱為信號(hào)的初始相位或初相角，它表示當(dāng)t=0時(shí)信號(hào)的相位。正弦信號(hào)每變化一周（時(shí)間），對(duì)應(yīng)變化相位是360度。

31、因此，如果信號(hào)變化的時(shí)間為t，則對(duì)應(yīng)的變化相位將為，它們之間的關(guān)系為：                 =360                    通常，相位測(cè)量是指對(duì)兩個(gè)信號(hào)之間相位差的測(cè)量，即測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的相位差別。應(yīng)當(dāng)注意，被

32、測(cè)量的兩個(gè)信號(hào)應(yīng)當(dāng)是同頻率的，否則，測(cè)量將毫無(wú)意義。電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率時(shí)的原理框圖如圖3-1所示。圖3.1圖中，被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形等環(huán)節(jié)后進(jìn)入計(jì)數(shù)閘門(mén)。晶體振蕩器產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度都非常高的正弦信號(hào)，經(jīng)一系列分頻之后輸出脈沖信號(hào)，用以控制計(jì)數(shù)閘門(mén)的“開(kāi)啟”或“關(guān)閉”。計(jì)數(shù)器為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與顯示數(shù)碼一一對(duì)應(yīng)。假設(shè)閘門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間為t秒，計(jì)數(shù)器的累計(jì)結(jié)果為N，則被測(cè)信號(hào)的頻率fx為                  

33、                   （3-1）例如：設(shè)t=1秒，計(jì)數(shù)結(jié)果N=100，則被測(cè)頻率為100Hz；又如，當(dāng)t=0.1秒時(shí)，N=138，則fx=138Hz.電子計(jì)數(shù)器測(cè)量周期的過(guò)程是：被測(cè)信號(hào)經(jīng)輸入電路之后變?yōu)榧饷}沖，觸發(fā)門(mén)控電路輸出門(mén)控信號(hào)。晶振信號(hào)經(jīng)分頻或倍頻后得到周期為1秒的10n倍的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)Tb，加至閘門(mén)的輸入端。當(dāng)門(mén)控信號(hào)到來(lái)，閘門(mén)開(kāi)啟，計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)標(biāo)信號(hào)Tb計(jì)數(shù)；門(mén)控信號(hào)結(jié)束，閘門(mén)關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。

34、假設(shè)在閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器的累計(jì)結(jié)果為N，顯然有：        Tx=N Tb                   （3-2） 由于時(shí)標(biāo)信號(hào)Tb的周期準(zhǔn)確、穩(wěn)定，因此，計(jì)數(shù)結(jié)果N能反映也被測(cè)信號(hào)的周期Tx。例如，設(shè)Tb=1s，當(dāng)N=20000時(shí)，被測(cè)信號(hào)的周期Tx=20ms。 工程上，有時(shí)還有進(jìn)行頻率比的測(cè)量。測(cè)量原理框圖如圖3-2所示。圖3.

35、2測(cè)量時(shí)，要求頻率較高的被測(cè)信號(hào)送往A輸入端，頻率較低的被測(cè)信號(hào)送往B輸入端。門(mén)控信號(hào)的脈寬等于B端被測(cè)信號(hào)的周期TB，在閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)送往計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖是A端的被測(cè)信號(hào)。假設(shè)在閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果為N，則有：          TB =N TA 式中，TA為A端被測(cè)信號(hào)的周期。由上式可得：fA/fB=N               （33） 電子計(jì)數(shù)器的

36、測(cè)量誤差分兩種情況討論：（1）頻率測(cè)量誤差電子計(jì)數(shù)器在測(cè)頻時(shí)的測(cè)量誤差主要由兩部分構(gòu)成。 量化誤差：這是電子計(jì)數(shù)器固有的誤差。量化誤差的特點(diǎn)是，無(wú)論計(jì)數(shù)器累計(jì)結(jié)果N為多少，其絕對(duì)誤差都是±1，即絕對(duì)誤差N=±1，因此，                    （3-4） 由上式可見(jiàn)，累計(jì)結(jié)果N越大，量化誤差的影響就越小。時(shí)基誤差：它由晶體振蕩器的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度決定。頻率測(cè)量誤差是上述兩項(xiàng)誤差之和

37、。在時(shí)基誤差一定時(shí)，計(jì)數(shù)器累計(jì)結(jié)果N越大，頻率測(cè)量誤差就越小。 （2）周期測(cè)量誤差 電子計(jì)數(shù)器在測(cè)周期誤差時(shí)的測(cè)量誤差主要由三部分構(gòu)成：量化誤差、時(shí)標(biāo)誤差和觸發(fā)誤差。 周期測(cè)量誤差是上述三項(xiàng)誤差之和。為了減小測(cè)量誤差，測(cè)量時(shí)，建議盡量采用多周期測(cè)量方法和較小的時(shí)標(biāo)信號(hào)，使N值增大。當(dāng)被測(cè)周期較小時(shí)，宜采用間接測(cè)量法，即先測(cè)出其頻率再轉(zhuǎn)換成周期。另外，盡可能提高被測(cè)信號(hào)的幅度，即提高信噪比，這樣有利于減小觸發(fā)誤差，提高測(cè)量精度。2、頻率測(cè)量電路實(shí)例（利用f/V變化電路）圖3.3 測(cè)量頻率時(shí)，被測(cè)頻率信號(hào)加在輸入端f，經(jīng)IC1開(kāi)環(huán)放大，IC2整形后，送到f/V轉(zhuǎn)換電路IC3轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，送

38、去進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。本電路信號(hào)電壓應(yīng)為50mV-10V（有效值）。頻率測(cè)量范圍是10Hz-20kHz，配4數(shù)字電壓表。分辨率可達(dá)1Hz。3頻率測(cè)量電路實(shí)例（簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)）（1）設(shè)計(jì)要求頻率測(cè)量范圍：信號(hào)為方波、三角波和正弦波，幅度為0. 55V、頻率范圍為19 999Hz。十進(jìn)制數(shù)字顯示，顯示刷新時(shí)間為1s。（2）任務(wù)分析所謂頻率就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間(1s)內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測(cè)得周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)為N，則頻率可表示為f=N/T(Hz)。圖1數(shù)字頻率計(jì)的組成框圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求數(shù)字頻率計(jì)的組成如圖1所示，被測(cè)信號(hào)vx經(jīng)放大整形電路變成計(jì)數(shù)電路所要求的脈沖信號(hào)fxh，其頻率與

39、被測(cè)信號(hào)vx的頻率fx相同。時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)Clock，其高電平持續(xù)時(shí)間t1=1s，當(dāng)1s信號(hào)來(lái)到時(shí)，閘門(mén)電路開(kāi)通，被測(cè)脈沖信號(hào)通過(guò)閘門(mén)電路，成為計(jì)數(shù)電路的計(jì)數(shù)脈沖CP，計(jì)數(shù)電路開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到ls信號(hào)結(jié)束時(shí)閘門(mén)電路關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)。若在閘門(mén)時(shí)間1s內(nèi)計(jì)數(shù)電路計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為N，則被測(cè)信號(hào)頻率f=NHz?？刂齐娐返淖饔糜袃蓚€(gè)：一是產(chǎn)生鎖存脈沖CLK，使顯示電路上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清“0”脈沖RD，使計(jì)數(shù)電路每次測(cè)量從零開(kāi)始計(jì)數(shù)。采用Multisim進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真時(shí)，可將整體電路圖分成時(shí)基控制電路(包括時(shí)基電路、控制電路、閘門(mén)電路)、放大整形電路(包括放大和整形電路)、計(jì)數(shù)譯碼顯示電路

40、(包括計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路)3個(gè)局部電路圖，分別創(chuàng)建。（3）放大整形電路的設(shè)計(jì)和仿真放大整形電路由晶體管2N3904與74LS14N施密特觸發(fā)器等組成。其中由晶體管2N3904組成的放大電路將輸入頻率為fx的周期信號(hào)如正弦波、方波等進(jìn)行放大，施密特觸發(fā)器對(duì)放大電路輸出信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為與輸入信號(hào)同頻率的矩形脈沖。創(chuàng)建局部電路如圖2所示，輸入信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器供給，其設(shè)置為： 7Hz、1Vpp的正弦波(三角波或方波)，示波器A通道測(cè)量輸入信號(hào)的波形， B通道測(cè)量放大整形之后的波形fxh，仿真波形如圖3所示，放大整形之后的波形fxh是與輸入信號(hào)同頻率的矩形脈沖。圖2放大整形電路設(shè)計(jì)與仿真圖3

41、放大整形電路仿真波形（4）時(shí)基控制電路的設(shè)計(jì)和仿真創(chuàng)建時(shí)基控制電路如圖4所示，時(shí)基電路由定時(shí)器555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生，調(diào)節(jié)電位器R13的接入阻值，使標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)Clock高電平的持續(xù)時(shí)間為1s?？刂齐娐酚蓡畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器SN74123N組成，在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)Clock結(jié)束時(shí)，由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器SN74123N分別產(chǎn)生鎖存信號(hào)CLK，鎖存信號(hào)CLK結(jié)束時(shí)產(chǎn)生清“0”信號(hào)RD，它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。并且鎖存信號(hào)CLK和清“0”信號(hào)RD的脈寬之和不能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)Clock的低電平持續(xù)時(shí)間。另外，清零信號(hào)也可以由手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)J1的按鈕B來(lái)控制，開(kāi)關(guān)J1閉合時(shí)，計(jì)數(shù)電路清“0”。兩種方式

42、清零信號(hào)加在U2A與非門(mén)74LS00N的兩個(gè)輸入端，與非門(mén)74LS00N的輸出即為計(jì)數(shù)電路的清“0”信號(hào)RD。電路中U2B與非門(mén)74LS00N組成閘門(mén)電路，其作用是產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖CP。當(dāng)手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)J1閉合，再打開(kāi)時(shí)，各信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系如圖5所示， 4蹤示波器的測(cè)量波形為：A通道是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)Clock的波形，其高電平的持續(xù)時(shí)間為1s；B通道是鎖存信號(hào)CLK的波形；C通道是清“0”信號(hào)RD的波形，其波形第一個(gè)清零信號(hào)正脈沖是由手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)J1給出的；D通道是計(jì)數(shù)電路的計(jì)數(shù)脈沖CP的波形，與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)Clock波形相對(duì)應(yīng)，可知在1s內(nèi)有7個(gè)脈沖上升沿，即1s內(nèi)有7個(gè)放大整形信號(hào)fxh脈沖通過(guò)。

43、圖4時(shí)基控制電路的設(shè)計(jì)與仿真圖5信號(hào)時(shí)序關(guān)系圖（5）計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路的設(shè)計(jì)和仿真創(chuàng)建計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路如圖6所示，計(jì)數(shù)電路由4個(gè)二五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90N組成四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)電路在1s內(nèi)所計(jì)得的脈沖波形上升沿的個(gè)數(shù)就是該波形的頻率。為了簡(jiǎn)化電路，在此頁(yè)電路中采用了總線設(shè)計(jì)方法，使電路圖更加清晰、規(guī)范。圖6計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路設(shè)計(jì)與仿真五、實(shí)驗(yàn)仿真圖（一）a、放大整形電路設(shè)計(jì)與仿真b、放大整形電路仿真波形(二) a、時(shí)基控制電路的設(shè)計(jì)與仿真b、信號(hào)時(shí)序關(guān)系圖(三)a、計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路設(shè)計(jì)與仿真注：可能是圖的原因，我并沒(méi)有仿真成功。于是和幾個(gè)同學(xué)討論下，大家都沒(méi)

44、有成功。于是我們幾個(gè)同學(xué)到網(wǎng)上查找資料自己設(shè)計(jì)了下面的顯示電路，結(jié)果仿真出來(lái)了。b、自己的電路顯示電路仿真注：上面的數(shù)碼管時(shí)計(jì)數(shù)顯示，而下面的兩個(gè)數(shù)碼管通過(guò)鎖存器來(lái)最終顯示信號(hào)的頻率值。六、實(shí)驗(yàn)心得1、通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)室電路搭建，理解頻率測(cè)量與周期測(cè)量技術(shù)的基本原理、掌握誤差分析方法，學(xué)習(xí)頻率測(cè)量技術(shù)的基本技能與基本應(yīng)用2、實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)好多問(wèn)題，剛開(kāi)始時(shí)時(shí)序電路無(wú)法顯示正確波形。后來(lái)與同學(xué)討論后才知道有些芯片它們的電源所要的電壓不一定是5V，可能要高點(diǎn)。比如：LM555要5.5V的電壓提供。3、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路圖好像有點(diǎn)問(wèn)題，沒(méi)有仿真成功，于是自己到網(wǎng)上查找原因，與同學(xué)

45、也討論。最后自己重新搭了一個(gè)計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路。最后成功了。4、這次實(shí)驗(yàn)后知道實(shí)驗(yàn)中有問(wèn)題后，大家一起討論會(huì)，自己會(huì)收獲不少。也能很快的找出問(wèn)題的所在?！緦?shí)驗(yàn)四】非電量測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)初步工程設(shè)計(jì)。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)室電路搭建，理解非電量測(cè)試系統(tǒng)的組成原理、掌握誤差分析方法，學(xué)習(xí)非電量測(cè)試系統(tǒng)的基本應(yīng)用，提高綜合運(yùn)用電子技術(shù)的能力。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：自行設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的非電量測(cè)試系統(tǒng)電路，分析原理，確定參數(shù)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，進(jìn)行誤差分析，并得出結(jié)論。三、實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)原理合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能達(dá)到一定的精度要求。四、溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻廣泛地應(yīng)用于溫度

46、測(cè)量和溫度控制技術(shù)中。這類熱敏電阻大多數(shù)是由一些過(guò)渡金屬氧化物（主要有Mn、Co、Ni、Fe等氧化物）在一定的燒結(jié)條件下形成的半導(dǎo)體金屬氧化物作為基本材料制做而成，它們具有型半導(dǎo)體的特性。對(duì)于一般半導(dǎo)體材料，電阻率隨溫度變化主要依賴于載流子濃度，而遷移率隨溫度的變化相對(duì)來(lái)說(shuō)可以忽略。但對(duì)上述過(guò)渡金屬氧化物則有所不同，在室溫范圍內(nèi)基本上已全部電離，即載流子濃度基本與溫度無(wú)關(guān)，此時(shí)主要考慮遷移率與溫度的關(guān)系，隨著溫度升高，遷移率增加，所以這類金屬氧化物半導(dǎo)體的電阻率下降，根據(jù)理論分析，對(duì)于這類熱敏電阻的電阻一溫度特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式通常可以表示為 （4-1）其中和分別表示環(huán)境溫度為和（以為單位）時(shí)熱敏

47、電阻的阻值；的單位為，；為材料常量，其大小隨制做熱敏電阻時(shí)選用的材料和配方而異，對(duì)于某一確定的熱敏電阻元件，它可由實(shí)驗(yàn)上測(cè)得的電阻一溫度曲線的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法求得。下面對(duì)以這種熱敏電阻為檢測(cè)元件的溫度傳感器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、電壓一溫度特性的線性化、電路參數(shù)的選擇和非線性誤差等問(wèn)題論述如下：圖4.11、電路結(jié)構(gòu)及工作原理電路結(jié)構(gòu)如圖4.1(b)所示，它是由含的橋式電路及差分運(yùn)算放大電路兩個(gè)主要部分組成。當(dāng)熱敏電阻所在環(huán)境溫度變化時(shí)，差分放大器的輸入信號(hào)及其輸出電壓均要發(fā)生變化。傳感器輸出電壓隨檢測(cè)元件 環(huán)境溫度變化的關(guān)系稱溫度傳感器的電壓一溫度特性。為了定量分析這一特性，可利用

48、電路理論中的戴維南定理把圖4.1（a）所示的電路等效變換成圖4.1（b）所示的電路，在圖4.1（b）中：， （41）它們均與溫度有關(guān)；而， 與溫度無(wú)關(guān)。根據(jù)電路理論中的疊加原理，差分運(yùn)算放大器輸出電壓可表示為 其中和分別為圖 4.1所示電路中和單獨(dú)作用時(shí)對(duì)輸出電壓的貢獻(xiàn)。由運(yùn)算放大器的理論知：， （42）式中的為單獨(dú)作用時(shí)運(yùn)放電路同相輸入端的對(duì)地電壓。由于運(yùn)放電路輸入阻抗很大，故 把以上結(jié)果代入式（4-2），并經(jīng)適當(dāng)整理得 （4-3）由于上式中和與溫度有關(guān)，所以該式就是溫度傳感器電壓一溫度特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，只要電路參數(shù)和熱敏元件的電阻一溫度特性已知，式（4-3）所表達(dá)的輸出電壓與溫度的函數(shù)關(guān)系就完全確定。2、電壓一溫度特性的線化和電路多數(shù)的選擇一般情況下，式（4-3）表達(dá)的函數(shù)關(guān)系是非線性的，但通過(guò)適當(dāng)選擇電路參數(shù)可以使得這一關(guān)系和一直線關(guān)系近似。這一近似引起的誤差與傳感器的測(cè)溫范圍有關(guān)。設(shè)傳感器的測(cè)溫范