电子测量与仪器实验指导书

1、电子测量与仪器实 验 指 导 书 电子工程与自动化学院 电子仪器实验室 二一五年三月目 录实验一 计数器的应用1实验二 电压表波形响应的研究4实验三 示波器的应用8实验四 综合设计性实验11实验一 计数器的应用 一、实验目的1.通过实验，进一步了解和掌握通用计数器的组成及工作原理。2.熟悉并掌握通用计数器的正确操作方法。3.掌握频率、周期、频率比测量的一般方法及对测量误差进行分析的方法。 二、实验仪器及设备1.SS7200A通用智能计数器 一台2.DG3101A函数/任意波形发生器 一台 3.电子测量综合实验板 一台 4. SS1798A直流稳压电源 一台 三、实验内容及步骤在进行测量前，复习

2、频率、周期、频率比测量的一般方法，根据实验要求设计测量方案。在本实验中，用到了综合实验板中的频率计测量实验模块、整形电路模块和信号发生器模块，分别如图1.1、图1.2和图1.3所示 图1.1 频率计测量实验模块 图1.2 整形电路模块频率计测量实验模块输入输出及按键说明：输入：VCC接+5V、GND接电源地；Vin1、Vin2接两个不同频率待测信号；INT0接与Vin1、Vin2同一待测信号；T1接Vout用于输入单片机计算频率输出：闸门信号为内部设置的基准波形； Vout输出Vin1、Vin2经与门的混合信号；按键：S2切换测频/测周模式； S3切换闸门时间； S4系统复位键；（INT1、T

3、0为备用接口，实验时可不接线）整形电路输入输出说明：（两路整形）输入：VCC接+5V，GND接电源地Ui接非方波信号输出：Uo方波信号图1.3信号发生器模块信号发生器模块输入输出及按键说明：输入：主要有VCC接+5V电源，GND接公共地输出：Uo1为信号输出，接示波器； Uo为Uo1加跟随器后的信号输出，主要是为了稳定前级信号不受负载干扰按键：S5、S6键，控制信号频率的增加与减少。 S4、S2、S3键，控制正弦波、三角波、方波的产生。 S1键，系统的复位键。 1对输入信号的频率进行测量（1）使用信号发生器模块分别输出正弦波、方波、和三角波，用示波器观察并测出频率；（2）通过整形电路整形后接到

4、频率计测量模块测量频率，记录数码管的读数，改变闸门时间，观察读数的变化，最后计算出频率，并分析产生误差的原因。2. 对输入信号的周期进行测量（1）使用信号发生器模块分别输出正弦波、方波、和三角波，用示波器观察并测出周期；（2）通过整形电路整形后接到频率计测量模块测量频率，记录数码管的读数，改变闸门时间最后计算出周期，并分析产生误差的原因。 3. 测量两信号的频率比（1）使函数信号发生器DG3101A输出方波作为f1；（2）使用信号发生器模块输出方波作为f2；（3）设计方案测量出频率比f1/f2或f2/f1。（4）画出测量方案原理框图，并记录结果四、问答题 1.本实验中使用的是一种什么样的测频方

5、法？请列举你所知道的别的测频方法。 2.简述通用计数器测频和测周的原理。实验二 电压表波形响应的研究一、实验目的1. 分析几种典型电压波形对不同检波特性电压表的影响，进一步明确用不同检波 特性电压表测量各种电压波形所得测量结果的物理意义，掌握测量结果的处理 方法。 2.熟悉交流毫伏表的频率响应特性。 3.掌握三种不同检波特性交流电压表的使用方法。二、实验仪器及设备1.SM1030数字交流毫伏表 一台2.电子测量综合实验板 一台3.DS1102CD数字示波器 一台4.DG3101A函数/任意波形发生器 一台5.SS1798A直流稳压电源 一台三、实验原理 设被测交流电压的瞬时值为u（t），则：直

6、流信号交流信号检波电路电压表全波平均值 有效值 波形因素 波峰因素 由于被测交流电压大多数是正弦电压，而且人们通常只希望测量其有效值，故除非特别说明，交流电压表都是以正弦波为测量对象，并按有效值定度，即表头示值是被测电压为正弦电压时的有效值。测量非正弦电压时，电压表的读数a必须通过波形因素或波峰因素换算才能得到测量结果：对均值电压表 对峰值电压表 对有效值电压表 四、实验内容及步骤 1.被测电压波形对测量结果的影响。（1）等读数测量：调节函数信号发生器输出频率为2KHZ，按下正弦波、三角波、或方波按钮，将分别得到这三种波形输出。 a.用实验板上的平均值检波电路（如图1）的输入端Ui接正弦、三角

7、和方波输出，Uo接传感器实验平台的电压表（如图2）调节函数信号发生器的幅度调节旋钮，使电压表表对不同电压波形读数都相同。 例如：a1=a2=a3 记录读数，用示波器观察三种波形并画出三种波形图，在图上标明被测电压的峰值。将电压表的读数及示波器的读数填入表一。 图1 平均值检波电路模块 图2 电压表 b. 用有效值检波电路（如图3）测量三种电压波形，方法同上。UoUi 图3 有效值检波电路模块 c. 用峰值检波电路（如图4）测量三种波形的结果，方法同上。 图4 峰值检波电路模块 d.根据三种特性电压表的测量结果（读数），分别计算出被测电压的平均值、峰值和有效值填入表一，并对测量结果进行分析说明。

8、表一：电压表类型平均值检波有效值检波峰值检波波型正弦三角方波正弦三角方波正弦三角方波读数a1a2a3a1a2a3a1a2a3计算示波器读数（2）等幅度测量 a.调节函数信号发生器，输出频率为2KHz，输出幅度为1V（用示波器监视）。分别输出正弦波、三角波和方波，用平均值检波电路测量各输出波形，记录读数并填入表二中。 b.用有效值检波电路测量三种电压波形，方法同上。 c.用峰值检波电路测量三种电压波形，方法同上。 d.根据测量结果，计算被测电压的有效值，填入表二，并进行分析说明。 表二：波形正弦三角方波均值检波电压表读数a1有效值检波电压表读数a2峰值检波电压表读数a3a1换算为有效值Ua2换算

9、为有效值Ua3换算为有效值U 2.交流毫伏表频响特性研究。（1） 交流毫伏表频响特性：在1Hz到5MHz频率范围内取若干频率点，保证信号源输出电压为一常数，测量被测电压表的频响特性。（2） 把测量数据填入表三。（3） 根据实验数据，画频率响应特性曲线，并分析说明。（4） 所用仪器频率范围： V-252 0 Hz20MHz DG3101A 1Hz100MHz 表三频率f读数a 五、思考题（1）在等幅度测量中，用峰值电压表测量三种波形时，读数相同吗？为什么？用均值电压表测量时，读数相同吗？为什么？（2）在实际测量中，对于各种非正弦信号电压，如何得到其有效值电压？（3）什么是波形误差？如何消除这项测

10、量误差？实验三 示波器的应用 一、实验目的 1.掌握通用示波器及数字示波器的主要技术性能及其含义。2.熟悉和掌握示波器的组成及各控制键的作用，并能正确使用。 3.掌握示波器测量时间、电压和相位的基本方法。 二、实验仪器与设备1.DS1102CD数字示波器 一台2.V-252双踪示波器 一台3.DG3101A函数信号发生器 一台 4.SS1798A直流稳压电源 一台 5.移相器实验板 一块三、实验内容及步骤 1.直流电压测量（数字示波器）（1）选择通道CH1或CH2，将输入“耦合”选择为“接地”，调整垂直移位旋钮使扫描时基线移到屏幕中间或其他适当位置上，并把它作为零电平线的位置。（2）将输入“耦

11、合”选择为“直流”，然后输入被测直流电压（由直流稳压电源SS1798A提供），则扫描时基线会在垂直方向（Y方向）移动（即光迹上移或下移），调节垂直偏转因数，使扫描时基线出现在屏幕内。（3）按“Measure”菜单，“电压测量”相应功能测出被测电压的数值。2.正弦信号测量（数字示波器）（1）将输入“耦合”选择为“接地”，示波器“触发方式”选择为“自动”，使屏幕出现扫描时基线。调整垂直移位旋钮使扫描时基线移到屏幕中间或其他适当位置上，然后将“耦合”选择为“交流”。（2）调节DG3101A函数信号发生器，使其输出频率为100KHz，峰峰值为2V的正弦波。用示波器观察其波形。正确调节示波器各控制键和开

12、关，使荧光屏上显示幅度合适的12个周期的被测信号波形。利用光标（Cursor）测出被测波形的峰峰值和周期，分析其值是否正确。（3）调节DG3101A函数信号发生器，使其输出频率为1MHz，峰峰值为2V伏的正弦波，按（2）中同样的要求再测一次。（4）在上述两步的测量中，注意有关控制键的正确选用： a.改变垂直偏转因数开关及微调旋钮，观察对波形的影响，记下结论。 b.改变扫描触发方式“自动”、“普通”、“单次”，观察对波形影响，记下结论。 c.改变触发模式中的“信源选择”、“边沿类型”、触发电平（LEVEL）等，观察对波形的影响，记下结论。 3.相位测量（数字示波器） 相位的测量指的是两个同频信号

13、之间相位差的测量，如最常见的对电路（或网络）输入与输出信号之间相位差的测量，即电路（或网络）相移的测量。用双踪示波器可测量二个频率相同信号的相位关系，本实验通过观察正弦波信号通过一个移相器的相位变化，学会其测量方法，测量步骤如下：（1）调节DG3101A函数信号发生器，使其输出频率为100KHz，幅度为1伏的正弦信号，加至移相器输入端。移相器电路如下图所示：C 680 pfW 10KUi3KUi3KiR1R2U0（2）将移相器的输入信号Ui和输出信号Uo分别加至双踪示波器的两个输入端CH1及CH2，正确设置示波器的显示方式及触发方式等，使荧光屏上显示合适的被测信号波形。（3）将移相器的输入信号

14、Ui和输出信号Uo分别加至双踪示波器的两个输入端，正确调节示波器的显示方式开关及触发方式开关等有关控制键，使荧光屏上显示合适的被测信号波形。（4）记录所测波形，根据公式 F =T（div）×j/div，计算出两信号的相位差。 F相位差。 T两波形在X轴方向差距的格数。 j每1div（格）的相位，可通过观测一个周期正弦波所占格数算出。 4.测量调幅波的调幅系数（V-252双踪示波器） 单音频调制时，调幅波的波形如下图所示，A=2Umax ，B=2UminBA调幅波的表达式如下：u=Um（1+msint）sint式中 Um 载波振荡的振幅、 载波振荡、低频调制信号的频率m 调幅系数根据观

15、测所得的A、B值，可按下式计算出调幅系数： m=×100%测量方法如下：（1）调节DG3101A信号发生器，使之输出调制频率为1000HZ 、调制度为30%，载波频率为465KHZ的调幅波信号，输出至示波器V-252的CH1（或CH2）。（2）调节DG3101A信号发生器输出幅度，同时按正弦信号的测量方法适当调节示波器的旋钮，使屏幕上显示稳定的调幅波形（23个包络）。（3）根据显示的调幅波形，读取包络线的峰峰和谷谷之间所占的格数A、B值计算调幅系数m，并与信号发生器输出信号的调制度进行比较和验正。四、思考题 1.利用示波器可以测量信号的哪些参数？ 2.试比较连续扫描和触发扫描的特点。

16、 3.通用示波器与数字示波器各有哪些主要技术指标？ 4.通用示波器由哪些主要电路组成？ 5.测量相位误差的方法主要有哪些？列举说明测量相位差的重要意义。实验四 综合设计性实验一、 实验目的与要求通过设计、安装一个测量放大器，并对其主要参数进行测试，了解仪器仪表中常用的测量放大器的电路组成和工作原理。掌握常用电子测量仪器在实际测试中的应用，学习在已给技术条件下，制定正确的测试方案，提高综合运用电子测量仪器的能力。二、 测量放大器基本原理 测量放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、高增益及调节方便等优点，能将差动输入信号转换为单端输出信号，通常用作传感器放大器及各种微弱电信号的放大。下面对测量放大器

17、共模抑制能力进行分析，以确定在电路设计时如何选择器件。 测量放大器的电路形式如图1所示。第一级采用两个运放组成同相放大器，可获得很高的输入阻抗。设运放A1、A2的共模抑制比为和，则可推出第一级电路的共模抑制比如下： （1）R4A1A3A2U0R1R2R6R5R3R8RGR7图1+U1U2 由（1）式知，严格挑选运放A1、A2，使其共模抑制比尽量相等，则可保证第一级的共模抑制比尽可能大。第二级由运放A3组成差动放大器，在理想情况下，运放器件本身的为无穷大，若R5=R6，R7=R8，即电路处于完全平衡状态，则共模输入信号可完全被抑制，放大器输出信号只反映差模输入。因此，对共模信号的实际抑制程度，取

18、决于运放器件本身的值的大小和外部电路电阻的匹配误差。在失配最严重的情况下，可推导出由于电阻的失配所引起的共模抑制比为，则可推出第二级的共模抑制比为： （2）式中为运放A3本身的共模抑制比。整个放大器的共模抑制比为： （3）当时，（3）式可简化为： （4）可以证明，该测量放大器的差模增益计算公式如下： （5）一般是通过调节RG来改变差模增益。通过以上分析可知，在测量放大器设计中应注意两个方面的问题：第一是选择器件，通过测量确定共模抑制比高度对称的（相差不超过0.5dB）运放A1和A2，挑选高共模抑制比的运放A3（）；第二，在影响共模抑制能力的诸因素中，第二级差动放大器外回路电阻的匹配精度是主要因

19、素，应采用高精度、高稳定性的电阻，先确定R5、R6，再由Ad2的值确定R7，最后通过调整R8的值，使R7= R8，以提高匹配精度。本次测量放大器设计采用低噪声、低漂移运算放大器OP07，下面给出其主要技术指标和封装形式，供设计时参考。1 2 3 44 2 3 43 2 3 42 2 3 48 2 3 45 2 3 46 2 3 47 2 3 4OP07 调零-Vcc+IN-IN调零OUT+VccNC输入失调电压：10 uV 温度漂移：200 nV/ 偏置电流：200 pA 增益带宽积：600kHZ 噪声：9.6nV 转换速率：300 mV/us差模输入电压：±30V共模输入电压：±22V功耗：500 mw电源：±12V管脚功能表：管脚号功能管脚号功能1与8脚外接调零电路5空脚（无功能定义）2反相输入脚6输出脚3同相输入脚7正电源输入脚4负电源输入脚8与1脚外接调零电路注意：本实验中1脚和8脚不用外接调零电路，让其悬空即可。三、 实验任务及主要技术指标根据所给条件，设计一个测量放大器，要求技术指标如下。