《电子测量技术》实验指导书

1、电子测量技术实验指导书实验一 电子计数器原理及应用研究一实验目的1.了解测频方法及电子计数器的工作原理。2.利用信号源产生方波信号，由电子计数器进行频率的测量。二实验原理1.测频原理计数器的测频原理如图1 所示。fx为输入待测信号频率，f0为时钟脉冲的频率。闸门信号GATE控制计数时间，Fx和F0两个计数器在同一时间T内分别对fx和f0进行计数，f0已知，时间T可由计数器F0的计数值算出。计数器Fx的计数值Nx=fx×T，计数器F0的计数值N0f0×T。由于 Nx/fxN0/f0T则被测频率fx为 fx(Nx/N0)×f0图1 测频原理框图三实验设备与器材1计数器

2、；2信号发生器四实验内容与记录1利用信号源产生不同频率的信号，由计数器对其进行计数，选择不同的闸门时间，对测量结果进行比较和分析。记录测量的频率值，并填写下表：闸门时间分频比0.1s0.2s0.5s1s2s5s10s246810121416六实验预习与思考题1分析以上测量数据，在用电子计数器对频率进行测量中，闸门时间对测量精度有何影响？2对于本实验系统而言，闸门时间的选择有何限制？七实验报告要求1实验目的2实验的基本原理3实验结果及问题分析实验二 交流电压测量一实验目的1.了解交流电压测量的基本原理，分析几种典型电压波形对不同检波特性电压表的响应，以及它们之间的换算关系。2.对测量结果做误差分

3、析。二实验原理一个交流电压的大小，可以用峰值，平均值，有效值U，以及波形因数KF，波峰因数KP等表征，若被测电压的瞬时值为，则全波平均值为 有效值为 波形因数为 波峰因数为 而用来测量电压的指针式电压表中的检波器有多种形式，一般来说，具有不同检波特性的电压表都是以正弦电压的有效值来定度的，但是，除有效值电压表外，电压表的示值本身并不直接代表任意波形被测电压的有效值。因此，如何利用不同检波特性的电压表的示值（即读数）来正确求出被测电压的均值，峰值，有效值U，这便是一个十分值得注意的问题。根据理论分析，不同波形的电压加至不同检波特性的电压表时，要由电压表读数确定被测电压的、U、，一般可根据表1的关

4、系计算。从表1可知，用具有有效值响应的电压表和平均值响应的电压表分别对各种波形的电压测量时，若读数相同，只分别表示不同波形的被测电压有效值U相同和平均值相同，而其余的并不一定相同。表1电压表类型平均值检波有效值检波波形正弦锯齿三角方波正弦锯齿三角方波读数A1A2A3A4A1A2A3A4A1A2A3A4A1A2A3A4A1A2A3A4A1A2A3A4A1A2A3A4A1A2A3A4三实验设备与器材1万用表1台；2函数信号发生器 1台；3双踪示波器1台。四实验内容与记录1打开函数信号发生器的电源，选择产生1KHz左右的正弦波信号。2将函数信号发生器的信号线与万用表的输入端相接，调节函数信号发生器的

5、幅度输出，使万用表的指示为0.7V。3打开示波器的电源，并进行校准。4将示波器探头与信号相接，并读出信号峰值，填入表2。5由函数信号发生器分别产生三角波、方波，并调节其幅度使电压表指示为0.7V，然后由示波器读出信号峰值，填入表2。比较由各电压表读数计算出的峰值和由示波器直接读出的峰值是否一致，并将测量和计算结果填入表2。表2波 形正弦三角方波读 数07V07V07V由读数计算示波器读数6按照上述操作方法，调节函数信号发生器的输出幅度，使示波器的峰值读数为1V，观测各种电压表的读数与波形的关系，测量结果填入表3，并求出电压测量的波形误差。表3输入波形正弦波三角波方波示波器读数1V1V1V万用表

6、读数六实验预习与思考题1复习好电子测量中电压测量的有关章节。2参照仪器使用说明书，了解万用表、函数信号发生器及双踪示波器的使用方法。3详细阅读实验指导书，作好绘制波形和测试记录的准备。4实验过程中为了仪器的安全，电压表量程是否应尽量选大一些（如3V，10V甚至30V档）？5为什么模拟电压表一定要有峰值、均值、有效值响应特性之分？它们能由一种代替吗？它们各有什么特点？各用在什么场合下？七实验报告要求1实验目的2实验的基本原理3实验结果及问题分析实验三 示波器原理及应用一实验目的了解通用电子示波工器工作原理的基础上，学会正确使用示波器测量各种电参数的方法。二实验原理1. 在时域信号测量中，电子示波

7、器无疑是最具代表性的典型测量仪器。它可以精确复现作为时间函数的电压波形（横轴为时间轴，纵轴为幅度轴），不仅可以观察相对于时间的连续信号，也可以观察某一时刻的瞬间信号，这是电压表所做不到的。我们不仅可以从示波器上观察电压的波形，也可以读出电压信号的幅度、频率及相位等参数。电子示波器是利用随电信号的变化而偏转的电子束不断轰击荧光屏而显示波形的，如果在示波管的X偏转板（水平偏转板）上加一随时间作线性变化的时基信号，在Y偏转板（垂直偏转板）加上要观测的电信号，示波器的荧光屏上便能显示出所要观测的电信号的时间波形。若水平偏转板上无扫描信号，则从荧光屏上什么也看不见或只能看到一条垂直的直线。因此，只有当X

8、偏转板加上锯齿电压后才有可能将波形展开，看到信号的时间波形。一般说来，Y偏转板上所加的待观测信号的周期与X偏转板上所加的扫描锯齿电压的周期是不相同的，也不一定是整数倍，因而每次扫描的起点对待观测信号来说将不固定，则显示波形便会不断向左或向右移动，波形将一片模糊。这就有一个同步问题，即怎样使每次扫描都在待观测信号不同周期的相同相位点开始。近代电子示波器通常是采用等待触发扫描的工作方式来实现同步的。只要选择不同的触发电平和极性，扫描便可稳定在待观测信号的某一相应相位点开始，从而使显示波形稳定、清晰。在现代电子示波器中，为了便于同时观测两个信号（如比较两个信号的相位关系），采用了双踪显示的办法，即在

9、荧光屏上可以同时有两条光迹出现，这样，两个待测的信号便可同时显示在荧光屏上，双踪显示时，有交替、断续两种工作方式。交替、断续工作时，扫描电压均为一种，只是把显示时间进行了相应的划分而已。由于双踪显示时两个通道都有信号输入，因此还可以工作于叠加方式，这时是将两个信号逐点相加起来后送到Y偏转板的。这种工作方式可模拟谐波叠加，波形失真等问题。同时，如果改变其中一个的极性，也可以实现相减的显示功能。这相当于两个函数的相加减。示波器除了用于观测信号的时间波形外，还可将两个相同或不同的信号分别加于垂直和水平系统，以观测两信号在平面上正交叠加所组成的图形，如李沙育图形。它可用于观测两个信号之间的幅度、相位和

10、频率关系。三实验设备与器材1函数信号发生器 2双踪示波器四实验内容与记录1作好使用示波器前的调亮、聚焦、校正等准备工作。 2测量如下的各种波形参数。（1） 方波：测量上升时间 测量下降时间直流偏置电压= (-)×垂直幅度刻度（2）正弦波：测量重复周期及电压峰峰值。 （3）三角波：测量波形对称度信号源输出三角信号并读数上升时间=上升沿格数×扫描时基刻度下降时间=下降沿格数×扫描时基刻度3显示波形的观测：（1） 选择不同的触发极性（2） 选择不同的扫描速度 （3） 观察交替扫描 （4） 观察波形叠加（5） 观察任意两种波形的合成图形六实验预习与思考题1复习好电子测量中

11、示波测量的有关章节。2参照仪器使用说明书，了解函数信号发生器、双踪示波器的各旋钮、开关的作用。3详细阅读实验指导书，作好绘制波形和测试记录的准备。4能否用一个带宽为20MHz的示波器观测重复频率为15MHz的正弦波和方波？为什么？5利用示波器测量各种波形参数时，你如何减小其测量误差？6当利用示波器观测某一直流信号时，示波器的输入耦合方式，触发耦合方式和扫描方式应如何选择？7测量方波的上升和下降时间可以有哪些方法？8什么是李沙育图形？用李沙育图形测频率是基于替代法、比较法还是微差法？9当偏转板上无扫描信号时，你能在荧光屏上看见什么？七实验报告要求1实验目的2实验的基本原理3实验结果及问题分析实验

12、四 滤波器的频域测试一实验目的1.熟悉构成滤波器的原理；2.熟悉基于频率特性测试仪的滤波器幅频特性的自动测试技术。二实验原理由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，面对此频率范围以外的信号抑制或急剧衰减。有源滤波器在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面广泛应用，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于1MHZ以下的低频范围。根据通过信号的容许频率范围，可分为低通、高通、带通、带阻等四种滤波器。1、 二阶有源低通滤波器（压控电压源VCVS）二阶有源低通滤波器电路如图1所示。它是一种具有正相增益的常用二阶低通滤波器电路，运放和它的两个连接电阻、形

13、成一个电压控制电压源（VCVS）。运放的增益为，它为滤波器提供了增益。幅频特性如图2所示。其中截止频率。VCVS滤波器具有元件数量小、输出阻抗低、元件间差值范围小和放大能力比较高等优点。而且增益值可用电位器微调、进行精确的调整。VCVS滤波器一般用于品质因数值不高于10的场合。2、 二阶有源高通滤波器（VCVS）二阶有源高通滤波器电路如图3所示。滤波器中的运放增益为，也可将开路而短路，让运放构成一个电压跟随器。幅频特性如图4所示。其中截止频率。图1 低通滤波器电路图2低通滤波器幅频特性3、 二阶有源带通滤波器（VCVS） 二阶有源带通滤波器电路如图5所示。滤波器的增益为。幅频特性如图6所示。其中中心频率。图3 高通滤波器电路图4高通滤波器幅频特性图5 带通滤波器电路图6带通滤波器幅频特性4、 二阶有源带阻滤波器（VCVS）二阶有源带阻滤波器电路如图7所示。这种滤波器需用的元件数最少，可得到正相增益，品种因数限制在10以下，增益K限定在1。幅频特性如图8所示。其中中心频率。图7 带阻滤波器电路 图8带阻滤波器