电子测量实验指导

1、文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.电子测量技术实验指导书孟繁繁江西蓝天学院电子信息工程系第一章 基本电参量的测量一、 实验目的1 .掌握常用电子测量仪器的使用方法；2 .掌握电压电流等基本电参量的不同测量方法。二、实验仪器设备双踪示波器；信号发生器；直流稳压电源； 标准电阻。三、实验原理1、概述示波器能把非常抽象的， 眼睛看不到的电过程， 变换成具体的看得见的图像。因此， 使用示波器测量电压和电流时， 可在显示被测电压或电流幅值的同时， 还可 显示波形、频率、相位。这是其它电压测量仪表，如电压表等无法做到的。一般电 压表的读数与被测电压波形有关，而用示波器测量时，

2、其精度可不受被测电压和电流波形形状的影响。另外，示波器的响应速度极快，也没有指针式仪表所具有的惯性。但是，示波器作定量测试时，测试值是以屏面上波形幅值所占的垂直刻度值乘Y 轴偏转灵敏度得出的，而屏面上波形幅值所占的垂直刻度值将受到光迹宽度、视 差及示波器固有误差和工作误差等因素的影响，往往不易精确读出测试值，这就决定了示波器的测试精度不可能太高。2、示波器与被测信号的连接要获得正确的测量结果，示波器与被测信号的正确连接十分重要。选 择连接形式时，应考虑以下几个因素：1、被测信号输出端的等效输出阻抗；2、被测信号的频率与幅度；3、外部噪声大小；4、测试点的距离。被测信号频率较低时的连接测量低频信

3、号时，可采用探头。如果信号幅度较小，用 10： 1 探头灵敏度太低时，可直接用屏蔽线连接示波器Y 轴输入端与测试点。被测信号频率较高时的连接 测量高信号时，用探头要比用屏蔽线或普通电缆失真小， 精度高， 但测试距离受探头电缆长度的限制， 灵敏度因探头的衰减比而有所下降。 一般高频测量时， 可采用同轴电缆， 当同轴电缆特性阻抗与被测信号源输出 阻抗及示波器输出阻抗相匹配时，可保证高频信号不失真。应特别注意， 对输出阻抗高的信号源作远距离测量时， 最好采用分压器或射极跟随器等电路，将输出阻抗降低到与连接电缆特性阻抗相等的值，再经连接电缆引至示波器进行测量。3 . Y 轴偏转灵敏度的测定当用示波器定

4、量测试电压时，必须先测定 Y 轴的偏转灵敏度。 一些示波器给出了 Y 轴偏转灵敏度：当其Y 轴灵敏度（v/cm ）开关的“微调”旋钮处于“标准” 位置时， “v/cm” 开关各档的指示值为标准值， 其读书读数即为 Y 轴的偏转灵敏度。但当“微调”不在“标准”位置，而又要作定量测量时，就需要测定 Y 轴偏转灵敏度。嫡另一些示波器，它的 Y 轴偏转灵敏度本来就没有给出，作定量测试前， 必须先测定 Y 轴偏转灵敏度。测定示波器Y 轴的偏转灵敏度可用示波器内部的比较讯号或内部的方波标准信号发生器。 若没有内部标准信号发生器， 则可用幅度已知的外接直流或交流电源作标准，接到 Y 轴输入端去测定Y 轴偏转

5、灵敏度。用内部比较讯号测定Y 轴偏转灵敏度计算公式：例 1示波在屏面上的垂直偏转距离为 2.5cm （见图 1-1） 比较讯号置于0.05V 档 ,“Y 轴衰减”置于“ 1”位置。用内部标准信号测定Y 轴偏转灵敏度接线图如图 1-2 所示。计算公式： 例 2 ，当示波器用 10： 1 探头进行测量时，屏面上显示的被测信号峰峰间的垂直距离为3cm；不改变“v/cm”开关及“微调”旋钮的位置， 并用同一探头接入10v标准信号时，屏面上显示的标准信号幅度（峰峰值）为2cm,则示波器带有探头时：用外接直流电源测定Y 轴偏转灵敏度接线图：如图 1-3 所示。应注意： 被测信号波形在基准线上方时， 被测信

6、号电压为正； 被测信号波形在基准线下方时，被测信号电压为负。 例 3 测量结果如图 1-4 所示。用10： 1 探头接入 10v 直流电压时， 扫描垂直偏转距离为2cm,则示波器带有探头时：（四用外接交流电源测定Y 轴偏转灵敏度接线图：如图 1-5 所示。当示波器内部没有标准信号发生器， Y 轴频率下限又不是直流时，可以用用外接交流电源测定Y 轴偏转灵敏度。对交流电源的要求，其精度应高于示波器精度，输出电压幅度可调且具有精确的指示器。标准信号的交流电源峰峰值，一般采用整数倍：如可取80mv， 200mv，400mv等数值，当显示幅度为 4cm,则灵敏度分别为 20mv/cm, 50mv/cm,

7、 100mv/cm。 例 4 、 外接交流电源的输出电压峰峰值为 800mv， 波形幅度为 4cm， 如图 1-5 （b）所示，则“ Y轴衰减”在“1”及“100”档时的灵敏度分别为：4交流电压的测量用示波器测量交流电压时，一般是测量交流电压波形的峰峰值或某两 点间的电位差值。其测量结果经过计算得出：屏面上被测两点间的垂直距离乘以 Y轴偏转灵敏度 （使用探头时， 应乘以探头的衰减系数） ， 即为被 测两点间的电位 差。 例 5 “ Y 轴衰减”置于“10”档，用10： 1 探头测试，屏面上显示的被测信号波形如图1-6 （a）所示，测得 Y轴偏转灵敏度为0.5v/cm,则：被测信号峰峰电压=3.

8、6cmX 0.5v/cm x 10=1.8v 例 6 屏面上显示的被测信号波形如图 1-6（ b） 所示， 其它条件同例 5， 则 A 、 B 两点间电位差=2cmX 0.5v/cmX 10= 10v。如果被测电压为正弦波，如图 1-7 所示。则可在测得峰峰值后按上表换算成峰值、有效值或平均值。实验一：用示波器测量电压一、 实验目的1熟练掌握示波器的使用方法；2用示波器测试各种交流波形信号和直流信号电压的幅度。二、实验仪器示波器 一台 信号发生器一台 直流稳压电源 一台三、实验任务1利用直流稳压电源自行设计测试直流信号，从示波器上观测信号波形，并计算其幅值；2利用信号发生器自行设计交流测试信号

9、（包括正弦波、三角波、矩形波和方波等），从示波器观测信号波形，并计算信号的峰值和有效值四、预习要求1复习示波器的工作原理。2复习交流电压峰值和有效值的计算方法。3自拟实验数据表格。五、报告要求1列出实验步骤2整理实验数据3. 分析实验产生的误差4实验心得体会5.用测试电阻器的电流测量用一只精度高、 阻值已知的无感电阻器来测量电流，如图 1-8 所示。测量直流时：用欧姆定律I=U/R换算成被测电流值。测量正弦交流时：例：设在1Q测试电阻器两端测得压降峰峰值为：10V,则：实验二：用示波器测量电流一、 实验目的1熟练掌握示波器的使用方法；2用示波器测试正弦交流电流和直流电流的波形和幅度。二、实验仪

10、器5文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持示波器 一台信号发生器一台 直流稳压电源一台 标准电阻 一只三、实验任务1 利用直流稳压电源自行设计测试直流信号， 从示波器上观测流过标准电阻的电流波形，并计算其幅值；2 利用信号发生器设计不同幅度的正弦交流测试信号， 从示波器观测 流过标准电阻的电流波形，并计算电流的峰值和有效值。四、预习要求1复习示波器的工作原理。2复习电流的有关知识。3自拟实验数据表格。五、报告要求1列出实验步骤2整理实验数据3 分析实验产生的误差4实验心得体会六、思考题1若电路中采用的电阻为

11、非线性电阻元件，从示波器上将会看到什么 样的图形？2 当用数字式万用表直接测量直流电流时， 标准电阻的阻值大小对电路工作状态有影响吗？第二章 时间和频率的测量§ 2-1 概述示波器是测量电压和电流的时间和频率的理想仪器。 如果水平扫描是直接以时间校准的，则在测量电压时，可直接在荧光屏上读出其对应的时 间值；测量频率时， 可先读出被测波形中一个完整周期的时间间隔， 再按频率是周期倒数的关系，算出频率来。如果水平扫描不是直接以时间校准 的，则不利用李沙育图形进行准确的频率和时间测量。 本章叙述交流信号， 脉冲和示波信号的时间和频率的测量方法。§ 2-2 时间的测量当示波器水平扫

12、描速度开关微调在标准位置时， 扫描开关各档的刻度值， 表示荧光屏上水平刻度所代表的时间值。 因此， 示波器不仅可用于显示示波器， 而且可用于直接测得整个波形（或波形任何部分）的时间。 示波器测量交流电压的周期 用示波器测量交流电压的周期， 如图 2-1 所示。例2-1、测得如图2-1 （b）所示波形上对应两点间的水平距离为5cm,“扫描时间”旋钮的指示值为O.ls/cm,则被测波形周期为：若用“时标”开关进行精确的测量时，可将“时标”旋钮适当位置，使被测波形上出现清晰可数的亮点（如图 2-1c 所示） ，用以计算被测波形的周 期。 例 2-2 、测得波形一个周期内的两点为 14 点， “时标”

13、在10 档，则计算亮点时，应以一亮点的起始点到下一亮点作为一个亮点。测量时，应：如图 2-1（ c）所示，调节“ X 轴移位”旋钮，使被测部分起点与某一 亮点的起始点重合。假如此时被测部分终点未落在第 h+1 个亮点的起始点上，则应用小数表示最后一个亮点的值，才能得到精确的测量结果。时间间隔测量用示波器测量如图 2-2 所示， 波形中两点的时间间隔 T 时， 可用上述方法测量。（3） 、用示波器测量两信号的时间差例 2-3 、如示波器垂直工作方式开关在“交替”位置，在屏面上测 得两信号距离为5cm,如图2-3 （b）所示，“t/cm”开关在0.5仙s/cm档， 则：时间差 T = 0.5 -

14、s / cm? 5cm = 2.5 - s（4） 、用示波器测量脉冲上升沿或下降沿时间和脉冲宽度脉冲上升或下降时间测量调节水平“位移” ，使脉冲上端10处与垂直中心线相交，如图2-4 所示，即可在水平中心线上读出时间t1 （t=扫描速度开关“t/cm”的指 示值x水平距离） 。调节水平“位移” ，使脉冲下端幅度10处与垂直中心线相交，如图2-4 所示，即可在水平中心线上读出时间t2。将时间t1和t2相加，即为脉冲的视在的上升时间。例 2-4、测得：t1=0.9cmx 0.05 仙 s/cm=0.045 s, t2=0.9cm x 0.05 仙 s/cm=0.045 s则脉冲上升时间为：t=t1

15、+t2=0.045+0.045=0.09N s脉冲宽度的测量 调节垂直“位移” ，使脉冲波形幅度的中点处在水平中心处，读出前沿和后沿与水平中心线交点间的距离,即前沿中点至后沿中点间的距离用测得的水平距离乘以“ t/cm”开关的指示值，即为被测脉冲宽度。例2-5、测得图2-5所示的距离为7cm, "t/cm”开关在0. 5仙s/cm档，则脉冲宽度为：7cmX 0. 5s/cm=3.5 心若用“时标”测量脉冲宽度时，调节“时标”开关，使波形上出现清 晰可数的亮点。则脉冲宽度=前沿中点至后沿中点的亮点数x “时标”开 关指示值。实验三：用示波器测量信号的时间一、 实验目的1掌握用示波器测量

16、周期的方法；2用示波器测量时间间隔的方法。二、实验仪器双踪示波器一台信号发生器一台555 定时器多谐振荡器电路 一块三、实验任务1用示波器测量正弦交流信号的周期2用示波器测量时间间隔和脉冲宽度3用示波器测量脉冲上升（或下降）时间4用示波器测量两脉冲信号的时间差四、预习要求1复习脉冲宽度，上升时间、下降时间的定义及计算方法。2复习双踪示波器的应用五、报告要求1列出实验步骤2整理实验数据3. 分析实验产生的误差4实验心得体会7文档来源为: 从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持 .文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持六、思考题1用示波器测量交流信号的周期时，

17、如何才能保证其测量精度？2 请在实验中试着用手去摸示波器的输入探头， 在示波器上看到的是什么信号的波形？为什么会看到这个波形？§ 2-3 频率测量利用时间测量法确定频率 周期性重复波形的频率测量与周期测量在原理上完全相同，按信号频率为周期倒数的关系，首先测得周期，然后用 1 除以周期即为频率。测试 步骤和测周期完全相同。计算举例：测得周期在屏面上的距离为8cm,扫描速度为O.ls/cm,且无扩展，则：用李沙育图形测量频率几乎任何一种示波器均可用李沙育图形进行准确的频率测量。测量 时，内扫描发生器不工作，但水平放大器应接入经校准、频率可变的标准信号，此信号可由标准频率信号源供给，图 2

18、-6 为用李沙育图形测量频率 的接 线图。利用李沙育图形测量频率时， 通常是将被测信号接入垂直放大器， 将频率已知的标准信号接入水平放大器进行比较测量，调节信号源频率使示波器屏面上显示图形呈圆形或椭圆形，则表明信号的频率与信号频率相同 但相位不一致；当信号源可调频率范围过小，以致不能调至被测信号的准 确频率时，可将信号源频率调至成被测信号频率的倍数或约数，即只有当f y: f x=m : n(m, n为整数时)，荧光屏上才会出现稳定的闭环图形，图 2-7为 不同频率比和不同相位差时的 Lissajous 图形，如果能从这些图形确定比值m/n,而标准信号源的频率又是已知的，就可算出被测信号频率f

19、 y： f x=m : n时显示稳定图形，说明在相同的时间内垂直通道的信号uy(t) 改变m 个周期，水平通道的信号ux则恰好改变n个周期。因为信号每改变一个周期必须与轴线 相交两次，也就是Uy应与水平X轴相交2m次，而ux应与Y轴相交2n次，因而荧光屏上显示的图形应与X 轴 相交 2m 个交点，与Y 轴有 2n 个交点，所以只要从显示的 Lissajous 图形 上输出这些交点，即可决定两信号的频率比， 具体的做法是， 在 Lissajous 图形上分别作两条不通过图形本身的交点，也不与图形相切的水平线和垂直线，数出图形与水平线的交点即2m,与垂直线的交点即为2n,如图b第一个图所示f y:

20、 f x=m : n=1 : 2由于这种方法采用的是频率比， 因而它的测量准确度取决于标准信号源的准确度和稳定性， 这种方法一般适用于被测频率和标准频率十分稳定的低频信号，而且一般要求两频率比最大不超过10 倍，否则图形过于复杂而难以测准。图2-7 (b)所示的李沙育图形是当水平放大器接入的标准信号频率为垂直放大器接入的被测信号频率的倍数时，图形与水平轴的交点多于与垂直轴的交点。例如， 标准信号频率为被测信号频率的三倍时， 图形有三个与水平轴的交点和一个与垂直轴的交点，如标准信号频率为300HZ,则被测信号频率就是100HZ。又如，图形有三个与水平轴的交点和两个与垂直轴的交点，则被测信号频率即

21、为标准信号频率的三分之二。图 2-7 (c)所示的李沙育图形是当水平放大器接入的标准信号频率为 垂直放大器接入的被测信号频率的约数时，图形中的水平交点多于垂直交点。 例如， 标准信号频率为被测信号频率的四分之一时， 图形有 四个水 平交点和一个垂直交点，如标准信号频率为 100HZ,则被测信号频率就是 400HZ。 在实际操作中，应尽量采用圆形图形。如不能做到这一点，则应尽可能减少闭环数量，以便于测量。实验四：用李沙育图形测量信号频率一、实验目的1掌握用示波器测量频率的方法；2熟练掌握Lissajous 方法。二、实验仪器示波器 一台 标准信号源两台三、实验任务1用示波器测量正弦信号的频率。2

22、 自行设定不同频率的被测信号， 用示波器观察标准信号源和被测信号在不同整数倍和不同约数时的李沙育图形。四、预习要求1复习 Lissajous 图形法测量频率的原理。2复习双踪示波器的应用五、报告要求9文档来源为: 从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持 .文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持1列出实验步骤2整理实验数据3 分析实验产生的误差4实验心得体会六、思考题1除了 Lissajous 图形法测量频率的方法外，还有哪些方法可以测频？2用 Lissajous 图形法可以测量相位吗？ 第三章 相位测量§ 3-1 概述示波器除了测量电压和电流的时

23、间和频率之外， 还可测量两个信号之间的相位差。当示波器有两个垂直通道时(即双踪或双线示波器) ，信号可同时显示。因而可在荧光屏上直接测得两个信号间的相位差；如果示波器只有一个垂直通道时 (即单踪示波器) ， 则两个信号之间的相位差可借用电子开关或用李沙育图形测出。§ 3-2 相位测量用双踪示波器或配用电子开关的单踪示波器， 能测量不同幅度和波形间相位差，而且对所有频率均能进行非常准确的测量。 这种方法测量相位差的程序包括： 在示波器荧光屏上同时显示两条光迹；按坐标刻度测量两条光迹有关点间的距离，将测得的距离换算成相位差。两个信号相位差测量的接线图，如图3-1 所示。计算公式：基准信号的相位因数= 360/基准信号周期的水平距离相位差=两信号对应点间的水平距离X相位因数。例3-1、设基准信号周期的水平距离为9cm,两信号对应两点间的水平距离为0.6cm,求两个信号之间的相位差。1 移相电路原理： RC 超前移相电路图3-3 (a)为RC超前移相电路，图3-3 (b)为RC超前移相电路的向量图。 由此可