電子測量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、示波器原理及應(yīng)用研究、交流電壓測量、多種測量儀器的應(yīng)用研究班級(jí)： 13 生工姓名：蒲紫微所在組號(hào)：第一組實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 2016 年 05 月 11 日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解電子示波器工作原理，學(xué)會(huì)正確使用數(shù)字存儲(chǔ)示波器測量各種電參數(shù)的方法2. 了解交流電壓測量的基本性質(zhì)，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)測量結(jié)果做出誤差分析3. 學(xué)習(xí)頻譜分析儀、數(shù)字萬用表、任意波發(fā)生器、失真度儀的使用二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備工作臺(tái)號(hào)14設(shè)備名稱型號(hào)編號(hào)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器固緯 GW AFG-2225YQ2013004722數(shù)字存儲(chǔ)示波器安捷倫 54622D20082747計(jì)算機(jī)20106

2、180Multisim 11.0 軟件14 號(hào)桌晶體管毫伏表Kenwood VT-18114 號(hào)桌萬用表14 號(hào)桌射頻頻譜分析儀Agilent E4411B任意波發(fā)生器Agilent 33250A數(shù)字多用表Agilent 34401A失真度測試儀KENWOOD HM-250示波器TEK 2022B任意波發(fā)生器GW AFG2225表 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備說明三、實(shí)驗(yàn)原理1. 示波器原理及應(yīng)用研究在時(shí)域信號(hào)測量中， 電子示波器無疑是最具代表性的典型測量儀器。 它可以精確復(fù)現(xiàn)作為時(shí)間函數(shù)的電壓波形 （橫軸為時(shí)間軸， 縱軸為幅度軸） ，不僅可以觀察相對(duì)于時(shí)間的連續(xù)信號(hào)，也可以觀察某一時(shí)刻的瞬間信號(hào)， 這是電壓

3、表所做不到的。 我們不僅可以從示波器上觀察電壓的波形，也可以讀出電壓信號(hào)的幅度，頻率及相位等參數(shù)。電子示波器是利用隨電信號(hào)的變化而偏轉(zhuǎn)的電子束不斷轟擊熒光屏而顯示波形的。 雙蹤顯示時(shí)，有交替、斷續(xù)兩種工作方式。示波器除了用于觀測信號(hào)的時(shí)間波形外， 還可以將兩個(gè)相同或不同的信號(hào)分別加于垂直和水平系統(tǒng)，以觀測兩信號(hào)在 X-Y 平面上正交疊加所組成的圖形。2.交流電壓測量一個(gè)交流電壓的大小，可以用峰值U ，平均值 U ，有效值 U，以及波形因數(shù)KF，波峰因數(shù)K P 等表征，若被測電壓的瞬時(shí)值為u(t) ，則_1T全波平均值為： U| u(t ) | dtT 01T2有效值為： Uu (t )dtT0

4、U波形因數(shù)為： KFU波峰因數(shù)為： KPUU不同波形的電壓加至不同檢波特性的電壓表時(shí)，要由電壓表讀數(shù)確定被測電壓的U U、U，、一般可根據(jù)表2 計(jì)算。電壓表類型平均值檢波有效值檢波波形正弦鋸齒三角方波正弦鋸齒三角方波讀數(shù)A1A2A3A4A1A2A3A42 A14242222 A13 A23 A3UA4A2A3A4U424222A1A1A2A3A4A2A3A433U222222222233A4A1A2A3A4A12A22A3表 2 不同波形的電壓加至不同檢波特性的電壓表計(jì)算公式3. 多種測量儀器的應(yīng)用研究1) 頻譜分析儀影響頻譜分析儀幅度跡線顯示的因素有頻率、幅度兩方面。與頻率有關(guān)的頻譜儀指標(biāo)有

5、：頻率范圍、掃描寬度、頻率分辨率、掃描時(shí)間、相位噪聲。與幅度顯示有關(guān)的頻譜儀指標(biāo)有：動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度、參考電平、縱坐標(biāo)類型、刻度。2) 失真度儀典型的失真度儀用于測量20HZ100KHZ之間信號(hào)的失真情況，包括對(duì)音頻信號(hào)的測量。3) 任意波發(fā)生器固緯 AFG2225 除了可以產(chǎn)生正弦、方波、三角波等常規(guī)函數(shù)信號(hào)，還內(nèi)置有多種數(shù)學(xué)函數(shù)波形，并且允許用戶自行編輯任意波形。四、實(shí)驗(yàn)步驟(一 ) 示波器原理及應(yīng)用研究1. 實(shí)物儀器的使用（ 1）作好使用示波器前的調(diào)亮、聚焦、校正等準(zhǔn)備工作將兩個(gè)通道的耦合方式置地，調(diào)節(jié)“位移” 旋鈕將通道 1 通道 2 的掃描線調(diào)至合適位置， 使兩條基線分開適當(dāng)距離（

6、2）測量各種波形參數(shù)，要求自行設(shè)計(jì)表格記錄數(shù)據(jù)a.方波：信號(hào)源輸出1KHz 方波信號(hào)， 調(diào)節(jié)示波器時(shí)基旋鈕將波形展開，測量上升時(shí)間tr ，和下降時(shí)間tf使用示波器的游標(biāo)，上升時(shí)間tr= 上升沿格數(shù) * 掃描時(shí)基刻度下降時(shí)間tf= 下降沿格數(shù) * 掃描時(shí)基刻度b.正弦波： 信號(hào)源輸出1KHz 正弦波信號(hào)， 調(diào)節(jié) CH1 的垂直幅度旋鈕并讀數(shù)，測量重復(fù)周期T0 及電壓峰 -峰值 Up-p電壓峰 -峰值 Up-p= 波峰到波谷的格數(shù)* 垂直幅度刻度重復(fù)周期 T0= 單周期的格數(shù) * 掃描時(shí)基刻度c.三角波：信號(hào)源輸出1KHz 三角波信號(hào)，占空比為 50% ，在示波器上穩(wěn)定顯示波形，使用游標(biāo)測出上升時(shí)

7、間 Ta 和下降時(shí)間 Tb，計(jì)算波形對(duì)稱度 Ta/Tb上升時(shí)間 Ta=上升沿格數(shù) * 掃描時(shí)基刻度下降時(shí)間 Tb= 下降沿格數(shù) * 掃描時(shí)基刻度調(diào)節(jié)信號(hào)源占空比，改變波形對(duì)稱性，再次測量對(duì)稱度（3）顯示波形的觀測：a 選擇不同的觸發(fā)極性，按示波器（Edge），在顯示屏下方出現(xiàn)（ Edge Trigger Menu ），選擇不同觸發(fā)源，觀察波形顯示b 選擇不同的掃描速度，在示波器面板上（Horizontal ）模塊中，調(diào)節(jié)掃描時(shí)基旋鈕，觀察不同掃描速度下的波形顯示c 觀察交替掃描， 將示波器一個(gè)探頭接自身測試信號(hào)輸出端，另一個(gè)探頭接信號(hào)發(fā)生器，同時(shí)顯示這兩個(gè)信號(hào)，在示波器面板上（Trigger

8、）模塊中，改變不同觸發(fā)源，觀察波形d 觀察波形疊加，在示波器面板上（Analog ）模塊中按下math，根據(jù)菜單中不同選項(xiàng)，對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，觀察波形變化e 觀察任意兩種波形的X-Y 合成圖形，在示波器面板上（Horizontal ）模塊中，按下（ MainDelayed），屏幕下方出現(xiàn)選項(xiàng)，按 X-Y功能鍵。觀察兩個(gè)同項(xiàng)正弦波的X-Y 合成圖形觀察頻率比分別為 1:2、1:3、 2:3 的兩個(gè)正弦波的 X-Y 合成圖形，調(diào)節(jié)其中一個(gè)正弦波的幅度并觀察圖形變化。2. 虛擬儀器的使用（ 1）在 Multisim 中選擇虛擬安捷倫函數(shù)信號(hào)發(fā)生器及虛擬安捷倫示波器、泰克示波器，按圖所示連接儀器

9、，重復(fù)步驟（一）中各步測試（ 2）在 Multisim 中設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的移相網(wǎng)絡(luò)， 用示波器觀察輸出端上升沿及下降沿的變化，改變時(shí)間常數(shù)，觀察變化規(guī)律。移相網(wǎng)絡(luò)電路連接圖（ 3）在 Multisim 中觀察李沙育圖形，在 Agilent 54622D 面板上（ Horizontal ）模塊中，按下（Main Delayed ），屏幕下方出現(xiàn)選項(xiàng)， 按 XY 功能鍵。兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器分別輸出的正弦波，觀察圖形。分別改變輸出頻率比、輸出信號(hào)幅度，觀察波形1KHz ，2KHz(二 )交流電壓測量（1）打開函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的電源，選擇產(chǎn)生 1KHz 左右的正弦信號(hào)，將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)線與晶體管毫伏表的

10、輸入端相接， 調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的幅度輸出， 使毫伏表的指示為0.7 伏，將示波器探頭與信號(hào)相接，使用示波器游標(biāo)（cursor），讀出信號(hào)峰值，填入表中。（2）由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器分別產(chǎn)生三角波、方波，并調(diào)節(jié)其幅度使電壓表指示為0.7V ，然后由示波器讀出信號(hào)峰值，填入表中（ 3）改變函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率分別為 60Hz ，50KHz 的正弦波、方波、三角波，使用萬用表和毫伏表同時(shí)測量輸出電壓，并將測量和計(jì)算結(jié)果填入表中。(三 ) 多種測量儀器的應(yīng)用研究（1）按圖連接虛擬儀器，調(diào)整面板參數(shù)，測試信號(hào)發(fā)生器輸出為 1MHz 正弦波、方波、鋸齒波時(shí)頻譜分布情況。頻譜分布測量連接電路圖（ 2） 使用

11、任意信號(hào)發(fā)生器調(diào)出其中預(yù)設(shè)的幾種特殊波形，連接示波器觀察并記錄輸出波形。（ 3） 失真度的測量， 按圖連接信號(hào)發(fā)生器和失真度儀， 設(shè)置信號(hào)發(fā)生器輸出分別為80Hz、 1KHz 的正弦波、方波、三角波，測量信號(hào)失真度。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格及處理(一 ) 示波器原理及應(yīng)用研究1. 波形參數(shù)：波形頻率上升時(shí)間 tr下降時(shí)間 tf方波1KHz實(shí)物虛擬實(shí)物虛擬40ns10us40ns10us表 3 方波波形參數(shù)波形給定頻率 (KHz)給定峰峰值（ V ）重復(fù)周期 T0電壓峰 -峰值 Up-p正弦波實(shí)物虛擬實(shí)物虛擬實(shí)物虛擬實(shí)物虛擬11631000us1000us6V3V表 4 正弦波波形參數(shù)波形頻率占空比上升

12、時(shí)間 Ta下降時(shí)間 Tb波形對(duì)稱度實(shí)物虛擬實(shí)物虛擬實(shí)物虛擬三角波1KHz50%500us500us500us500us11三角波1KHz70%700us300us7/3三角波1KHz30%300us700us3/7表 5 三角波波形參數(shù)2. Multisim 測量波形參數(shù)截圖1) 方波2) 正弦波3) 三角波3. Multisim 觀察移相網(wǎng)絡(luò)截圖1) t=RC=60000ns2) t=RC=2ms4. Multisim 觀察李沙育圖形截圖1) 兩信號(hào)分別為： 1KHZ 、2KHZ ，幅值比為 1:12) 兩信號(hào)分別為： 1KHZ 、1KHZ ，幅值比為 1:13)兩信號(hào)分別為：1KHZ 、2

13、KHZ ，幅值比為1:2（二）交流電壓測量電壓表類型毫伏表波形正弦三角方波讀數(shù)0.7V0.7V0.7V由電壓表讀數(shù)計(jì)算0.99V1.21V0.7VU示波器讀數(shù)1.03V1.328V6.88V誤差分析示波器人為讀數(shù)時(shí)，標(biāo)線未精確對(duì)齊波峰波谷表 6 毫伏表測量 1KHZ信號(hào)頻率60Hz50KHz電壓表類型毫伏表（ V ）萬用表（ V ）毫伏表（ V ）萬用表（ V ）波形正三方正三方正三方正三方弦角波弦角波弦角波弦角波讀數(shù)0.70.70.70.730.730.720.70.70.70.070.090.03由讀數(shù)0.991.210.71.031.260.720.991.210.70.100.160.

14、03U計(jì)算U 示波1.041.300.661.041.300.661.051.310.671.051.310.67器讀數(shù)表 7毫伏表和萬用表測量60HZ 和 50KHZ 信號(hào)（三）多種測量儀器的應(yīng)用研究1. Multisim 測量頻譜分布截圖1) 1MHz 正弦波頻譜分析頻率為991.736KHz2) 1MHz 方波頻譜分析頻率為991.736KHz3) 100KHz 三角波頻譜分析頻譜為99.174KHz2. Multisim 觀察任意信號(hào)發(fā)生器中預(yù)設(shè)的幾種特殊波形截圖1) SINC2) NEG_RAMP3) CARDIAC4) EXP_FALL3. Multisim 測量失真度截圖1) 8

15、0Hz 正弦波2) 80Hz 方波3) 80Hz 三角波4) 1KHz 正弦波5) 1KHz 方波6) 1KHz 三角波波形正弦波方波三角波頻率80HZ1KHZ80HZ1KHZ80HZ1KHZ失真度0%0%42.90242.834%12.044%12.021%表 8 Multisim測量波形失真度六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論和討論(一 ) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1.在示波器原理及應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)之測量波形參數(shù)中，Multisim 測量的方波上升時(shí)間和下降時(shí)間比實(shí)物測量的更短。可能原因?yàn)椋?實(shí)物與虛擬測量的方波的給定驅(qū)動(dòng)電流不同。 Multisim 和實(shí)物測量的正弦波的重復(fù)周期和峰峰值與給定均相同。Multisim和實(shí)物測

16、量的三角波的波形對(duì)稱度與給定相同。2.在示波器原理及應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)之移相網(wǎng)絡(luò)觀察中，隨著時(shí)間常數(shù)的增大，輸出端上升沿時(shí)間越小。3.在交流電壓測量實(shí)驗(yàn)中，示波器讀數(shù)與電壓表讀數(shù)計(jì)算所得有微小偏差，可能原因?yàn)椋弘妷罕砣藶樽x數(shù)產(chǎn)生誤差，示波器人為讀數(shù)產(chǎn)生誤差。在對(duì)50KHz 信號(hào)測量中，萬用表與毫伏表測量結(jié)果偏差較大，原因?yàn)椋?萬用表不能用于測量高頻信號(hào)峰值。4. 在多種測量儀器的應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)之Multisim 測量頻譜分布中，對(duì) 1MHZ 正弦波、5.1MHZ方波、 100KHZ三角波頻率測量，分別為991.736KHz 、 991.736KHz 、99.174KHz ，與給定基本相同，誤差來源可能

17、為人為選取標(biāo)線產(chǎn)生偏差。在多種測量儀器的應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)之Multisim 測量失真度中，失真度：正弦波<方波<三角波，且隨著頻率增大，失真度減小。(二 )1.思考題比較各電壓表讀數(shù)計(jì)算出的峰值和由示波器直接讀出的峰值是否一致，分析產(chǎn)生這種結(jié)果的原因。低頻時(shí)，毫伏表與萬用表讀數(shù)計(jì)算出的峰值與示波器直接讀出的基本一致。高頻時(shí)，毫伏表與示波器基本一致，而萬用表偏差較大。微小誤差原因?yàn)椋喝藶樽x數(shù)產(chǎn)生誤差。萬用表高頻測量出入較大的原因?yàn)椋喝f用表的采樣頻率低于測量頻率，萬用表不能用于高頻測量，只能用于測量1KHz 以下信號(hào)。2. 萬用表和毫伏表在測量高頻信號(hào)時(shí)是否有差別？試分析原因。有。用表內(nèi)部是采用整流成直流電壓， 然后根據(jù)直流電壓和交流電壓的有效值比例，實(shí)現(xiàn)測量的。 萬用表的采樣頻率低于測量頻率， 萬用表不能用于高頻測量， 只能用于測量 1KHz 以下信號(hào)。而毫伏表則可以測量高頻電壓。3. 比較實(shí)體儀器與虛擬儀器在使用及測試結(jié)果上的異同，試分析原因。實(shí)體儀器比虛