仪器使用实验资料

1、电子技术实验的一般过程和要求 电子技术实验一般分为三个阶段:1. 实验前的准备(预习)、2. 实验室内做实验、3. 实验后的总结(撰写实验报告)等。实验前的准备(预习)为了避免盲目性，提高实验效率，实验者应对实验内容进行充分的预习，包括1. 认真阅读实验指导书，2. 了解实验目的与要求，3. 掌握实验的原理，4. 完成电路设计，5. 拟定实验方法和步骤，6. 设计记录表格，7. 了解注意事项，8. 解答思考题等。9. 一般需按要求写出预习报告。 实验室内做实验首次进入实验室要：1.熟悉实验室的环境，2.了解实验室的规则，3.自觉遵守实验室的各项规章制度，4.保证实验室有良好的实验秩序、5.实验

2、环境，6.要注意人身安全和仪器设备的安全。1. 按实验方案搭接实验电路，检查无误后通电。2. 要精心操作，认真观察实验现象，准确记录实验现象和实验数据(包括波形)。3. 如果发现有误，要分析原因，排除故障(应记录故障现象和排除故障的方法)。4. 如果发生安全事故，则应立即切断电源，报告辅导教师或实验室工作人员。实验室内做实验 每个实验内容完成之后： 一定要将实验记录送交指导教师审阅， 得到指导教师同意后再拆除线路，清理现场。实验室内做实验 *需要指出的是，在实验过程中出现一些在预习中没有预料到的故障和问题是正常现象，不一定是坏事。 实验者逢过思考和分析，独立地排除故障，解决问题的过程就是积累经

3、验，增长才干的过程，从中可以得到锻炼和提高。 实验室内做实验 撰写实验报告的过程是对实验进行总结和提高的过程。 通过这个过程可以加深对实验现象和内容的理解，更好地将理论和实际结合起来，这个过程也是提高表达能力的重要环节。 一个科技工作者或一个工程技术人员应该具备处理技术文件的素质和能力。撰写实验报告撰写实验报告一般实验报告的内容应包括:1. 实验环境和条件，如实验日期、同组人、所用仪器仪表的名称与编号等;2. 整理实验数据，描绘测试波形，列出表格或画出测试曲线。3. 对实验结果进行理论分析，做出简要的结论，对实验误差进行简单的分析。4. 分析实验中出现的故障或问题，总结排除故障，解决问题的方法

4、。5. 实验的收获和体会以及对改进实验的意见与建议。6. 实验报告要层次分明，文理通顺，书写整洁，简明扼要。图表、曲线要符合规范。实验测量误差 测量是通过实验获得对客观事物定量表征的过程，测量结果是验证理论的客观标准。 被测量值有一个真实值，称为真值， 它可以由理论给定值或由标准计量仪器测定值来代表。 在实际测量过程中，由于测量仪器的精确度有限，测量方法不完善，测量者的能力和生理限制以及测量环境等各种因素的影响，测量值与真值之间总是存在着一定的差异，这种差异称为测量误差。 为了准确地测量某一个参数， 首先要选择合适的测量仪器和正确的测量方法； 其次是对实验数据进行必要的误差分析和数据处理，以得

5、到正确可信的结果。 测量者应该能够对测量误差做出估计，并尽量减少测量误差。实验测量误差 常用的测量方法有两种： 第一种是直接测量。 它是直接从实验数据中获得测量结果。例如，用电流表测量电流，用欧姆表测量电阻等。 第二种为间接测量。 被测量和其他几个物理量之间有一定的函数关系，在实验中先测量这些物理量，然后通过运算，便可求得被测量。例如，用伏安法测量电阻器的电阻等。实验测量误差的来源测量误差的分类 无论用什么测量方法，测量的结果都不会是完全精确的，而是带有一定的误差。 分析产生误差的原因，采取措施消除或减少误差，使实验结果更准确可靠，是完成实验必不可少的环节。测量误差的来源实验误差的来源主要有以

6、下几种:1. 仪器误差2. 测量方法误差3. 人身误差4. 环境误差测量误差的分类按误差的性质和特点的不同，测量误差一般分为三类：1. 系统误差2. 随机误差3. 过失误差测量误差的分类 系统误差 系统误差是指在规定的测量条件下，对同一量进行多次测量，误差的数值和符号保持不变，或者按一定规律变化的误差。测量误差的分类 随机误差 随机误差也称偶然误差。在相同条件下多次测量同一量，误差的大小和正负都不固定，具有偶然性，如电源电压突然上升引起的误差即是随机误差。测量误差的分类 过失误差 过失误差是由于测量者的疏忽或技术不熟练造成的误差，如读数失误，记错数据，计算出错等。测量误差的表示方法误差的表示方

7、法分为：1. 绝对误差2. 相对误差示值相对误差在实际测量中应用较广泛。相对误差可为正值，也可为负值。实验数据处理实验数据的处理包括1. 正确记录实验数据，2. 对实验数据进行计算，3. 绘制曲线等，测量读数的处理 数有正确数和近似数之区别 实验中测量的数均是近似数。 如何用近似数恰当地表示测量结果，就涉及到有效数字的问题。测量读数的处理 6. 00mV表明6以后的两位小数测量到了，而且第一位小数确实就是“0”，第二位为存疑数。 对测量结果的数字记录应有严格的要求。 在测量中判断哪些数应该记或不该记，标准是误差。测量读数的处理 有误差的那位数字前面的各位数字都是可靠数字，均应记； 有误差的那位

8、数字，为存疑数，也应记； 而有误差的那位数字后面的各位数字都是不确定的，是无意义的，都不应该记。 因此，从第一位非零数字起到那位存疑数字的所有各位数字都为有效数字。测量读数的处理 例如，测量一个电阻，记录其值为10. 43，其中1043是4位有效数字。 又如测量一个电压，其值为0. 0063V，只有63这两位数字为有效数字。 再如，测量一电流，其值为1000mA，是4位有效数字，若以A为单位记录此数，应写为1.000A，不能写为1A。 测量读数的处理 用有效数字记录测量结果时应注意以下几点: (1)用有效数字来表示测量结果时，可以从有效数字的位数估计测量的误差。 一般规定误差不超过有效数字末位

9、单位数字的一半。 记录测量的结果有严格的要求， 不要少记有效数字位数，少记会带来附加误差; 也不要多记有效数字位数，多记则夸大了测量精度。 (2)有关“0”是否为有效数字的问题。 非零数字中间的“0”是有效数字， “0”在最左面是非有效数字(即有效数字位数与小数点位置无关。 在最右面应为有效数字。 若测量精度达不到，不能在数字右面随意加“0” ，测量读数的处理 例如： 1000mA或1. 000A，说明测量误差达到士0. 0005A， 若测量误差是士0. 005A，那就只能记为1. 00A。测量读数的处理 (3)有效数字不能因采用的单位不同而增或减。 例：用A作单位，记作1. 000A，用mA

10、作单位，记作1000mA，两者均为4位有效数字。测量读数的处理 又如，有一测量结果记为1A，它是一位有效数字， 若欲用mA为单位，则不能记为1000mA，因为1000是4位有效数字，这样就夸大了测量精度， 这时应记作1103 mA，它仍是1位有效数字。测量读数的处理数字的舍入原则 若需保留n位有效数字，则多于n位的数字应根据舍入原则进行处理。 在一般数值计算中采用四舍五入的原则，但在测量中由于数据要反映测量误差，因此从数字出现的概率和舍入后引起的舍入误差的考虑出发， 采用如下舍入原则: 当需保留n位有效数字时，若n位以后余下的全部数值小于第n位单位数字的一半，则舍去。 若大于第n位单位数字的一

11、半，则向第n位进1。 若等于第n位单位数字的一半，则视第n位数字的奇偶而定；若第n位为偶数，则舍去第n位以后的数字；若第n位为奇数，则向第n位进1。数字的舍入原则有效数字的运算如前所述，测量值均为近似值，所以测量数据的计算均为近似计算，且计算结果也存在误差。用近似值进行计算时，要求计算结果的最后一位数应当是存疑数字。不要多计算或少计算位数。可以证明，进行加法运算时，和的绝对误差小于或等于相加各项绝对误差绝对值之和，和的相对误差介于相加各项中最大相对误差与最小相对误差之间。加法计算结果所保留的有效数字位数应满足这两个条件。通常的做法是，先找到相加各项中误差最大的项，其他各项均舍入到与误差最大项的

12、末位对齐;然后进行计算。有效数字的运算(2)减法运算计算时把减数舍入到与被减数的末位对齐，再相减，或减数多留1位安全数字，相减后差数再舍入到与被减数的末位对齐。在对实验数据进行近似计算时，要避免用两个相近的数相减，以免增加误差。有效数字的运算有效数字的乘(除)法运算进行乘、除运算的次数越多，相对误差也越大，必须注意这一问题。乘(除)运算时应先统一有效数字，并以有效数字位数最少的数据为标准。因此，当有效数字位数相同的数进行乘(除)运算时，积(商)的有效数字位数与参加运算的数据的有效数字位数相同。有效数字的乘(除)法运算当几个有效数字位数不同的数相乘(除)时，应预先将各数进行舍入处理，使其有效数字

13、位数与有效数字位数最少的数据对齐，再进行运算，最后将积(商)的有效数字位数与有效数字位数最少的数据对齐。有时为了避免计算造成的附加误差，各因子的有效数字位数比有效数字位最少因子多取1位安全数字。 电压的测量 1.电压的幅值 2.电压的频率 3.电压的波形 电子电路中电压的波形种类很多，常用的有正弦波、矩形波(包括方波)、三角波、阶梯波等。 许多交流电压表是按测量正弦波设计的，因此，用这种仪表测量上述非正弦电压会产生很大的测量误差。 此外还应注意，电子电路中的许多电压波形是交直流并存即交流电压叠加在直流电压之上。 显然，这样的电压不能简单地用一般的电压表进行测量。 仪表阻抗对测量的影响用仪表测量

14、电路中两点间的电压，测量仪表的等效阻抗并接于这两点之间。如果该等效阻抗不够高，则对电路的工作状态会产生一定程度的影响，同时会引起一定的测量误差。当测量仪表的等效电阻不比测量点的等效电阻大很多时，产生的测量误差会很大。欲减少这种误差，必须使测量仪表的等效电阻远远大于测量点的等效电阻。在实验中，有时也需要测量流经某一支路(或某一元件)的电流，为了操作方便，除了特殊场合外，一般不采用在该支路串入电流表的办法。通常是测量支路内电阻上的电压，再通过计算得到电流值。 阻抗的测量1.输入电阻的测量2.输出电阻的测量电压增益及幅频特性的测量 1.电压增益的测量 2.频率响应特性的测量 在实验中，测量幅频特性曲

15、线的常用方法有逐点法和扫频法两种。 电子示波器的原理与应用 电子示波器是一种综合性的电信号测试仪器，它能把眼睛看不见的电信号转换成能直接观察的波形丶显示于荧光屏上。 电子示波器实际上是一种时域测量仪器，用于观察信号随时间的变化关系，可用来测量电信号波形的形状、幅度、频率和相位等。 示波器测量电信号波形的形状、幅度、频率和相位等。 示波器示波器种类很多，有通用示波器、多踪示波器、数字示波器等。电子示波器的主要特点如下:1. 能显示电信号的波形，便于观察波形的变化规律。2. 测量灵敏度高，可测量幅度较小的信号，且具有较强的过载承受能力。3. 输入阻抗较高，对被测网络的影响较小。4. 工作频率高，响

16、应速度快，便于观察波形瞬变的细节。5. 具有“X-Y”工作方式，即两个Y轴输入信号中的一个作为X轴的输入信号，可描绘出任何两个量之间的函数关系。输入耦合选择电路输入信号经过开关选择耦合方式，进入示波器的垂直通道。输入耦合方式分为：交流耦合(AC)直流耦合(DC)两种，由面板上的耦合按钮开关进行切换。同时也可用该开关将垂直衰减器的输入接地(GND)。输入耦合选择电路选择DC耦合时，输入信号的交、直流成分都能通过。选择AC耦合时，只有输入信号的交流成分通过。选择GND时，输入信号通路被断开，衰减器输入端接地，此时示波器荧光屏上显示的扫描基线即为零电平线。具体选用何种耦合方式视输入信号的具体情况及测

17、试要求而定。输入耦合选择电路若输入信号是不含直流成分的正弦信号，则可选用交流耦合方式。如果输入信号是含有直流分量的“交流信号”或脉冲信号，则选择直流耦合方式，以便观察输入信号的全部内容。然而，如果被观测的信号是一个很小的交流信号，且叠加在较大的直流信号电压之上，则选择交流耦合方式，否则就看不到这个较小的交流信号成分了。如果被测信号虽是纯正弦信号，但频率很低，亦应选用直流耦合方式。衰减器衰减器用来衰减大幅度的输入信号，以保证垂直放大电路输出不产生失真。对衰减器的主要要求是：频带要足够宽，输入阻抗要足够高。由于衰减器输出所接的垂直放大电路的输入阻抗是容性的，因此衰减器通常采用RC衰减器，其原理如图

18、所示。衰减器11111CRjRZ22221CRjRZ212212RRRZZZVViio示波器探头的结构与原理示波器探头的结构与原理示波器探头的结构与原理示波器的输入端的输入阻抗是有限的。可以等效于输入电阻Ri(如1M)和输入电容Ci（例如几十皮法)并联。如果将示波器的垂直输入端通过电缆接于被测电路中，并接在测试点上，示波器的输入阻抗和电缆的分布电容(可达几百皮法)就成了被测电路的负载，就会对被测电路产生影响。例如，用示波器测量放大电路的幅频特性时，测得的fH. 可能比实际的要小；用示波器测量脉冲波形时，示波器的输入电容Ci会影响脉冲波形的上升时间和下降时间。为了减小示波器输入阻抗的不良影响，专

19、门设计了示波器探头。 示波器探头的结构与原理示波器探头是示波器的重要附件之一。它的原理如图所示。在全属屏蔽的外壳里有一个电阻、电容和开关并联的电路。此并联电路的一端接探针，另一端经电缆接电缆插头，以便连接到示波器的Y轴输入端。其等效电路如图所示。图中Ri是示波器的输入电阻，Ci是示波器的输入电容，Co是包括电缆电容在内的分布电容，Cx为调整补偿的可变电容。示波器探头的结构与原理示波器探头的结构与原理当开关S断开时，电路构成一个衰减器。可知，若令C2 =Ci十Co十Cx，则 当满足R1C1=R2C2时，衰减量的倒数，即倍增系数为示波器探头的结构与原理iiRRRZZZVVki112121C2 =C

20、i十Co十CxiiRRRZZZVVki11212122121111CCCCCRRRRRkiiii可见,倍增系数悉的大小取决于电阻R1、Ri的大小，与频率无关。这时从探针处看的输入电阻为R:输入电容为C：iikRRRR1kCCCCCCCC/2212121示波器探头的结构与原理示波器探头的结构与原理即接入探头后其输入电阻将增大k倍；而输入电容减小到原来的1/k倍，所以接入探头后示波器对被测电路的影响要小得多。示波器探头的结构与原理一般将探头的衰减开关拨到“10”位置(开关S断开)时，倍增系数k设为10：1；若示波器的输入电阻为1M，输入电容(包括电缆的分布电容等)约为200pF，则接入探头后的输入

21、电阻增大至10M，输入电容减小至约20pF。示波器探头的结构与原理当探头的衰减开关拨到“1”位置时，探头内部的开关S闭合，信号直通送到示波器的输入端，此时从探头的探针处看到的输入电阻即为示波器的输入电阻(如1M)，输入包容即为示波器的输入电容和电缆分布电容的等效电容，可达几百pF。可见，用“1” 挡进行测量时，示波器的探头有时会对测量结果产生一定的影响。 示波器探头补偿的调整在使用示波器探头进行测量前，或者更换示波器探头时，必须对探头的补偿进行检查和调整，使其处于最佳补偿状态。一般以示波器的校准信号(如图所示)作为标准信号。调整方法是，将探头的衰减开关拨到“10”挡，探头接到示波器的校准信号C

22、AL上，调节探头的补偿电容使得所显示的波形如图所示。即达到最佳补偿状态。R1C1=R2C2最佳补偿示波器探头补偿的调整如果电路元件参数为 R1C1R2C2则到达示波器输入端的信号的高频分量过大，显示波形如图所示，波形的跳变边沿出现过冲，探头处于过补偿状态。过补偿使用示波器测量电压、相位、时间与频率使用示波器测量电压、相位、时间与频率的一般方法。需要强调的是，在使用示波器进行测量时，示波器的有关调节旋钮必须处于校准状态。例如：测量电压时，Y通道的衰减器调节旋钮必须处于校准位置。在测量时间时，扫描时间调节旋钮必须处于校准状态。只有这样测得的值才是准确的。使用示波器测量电压直流电压的测量交流电压的测量上述被测信号是不含直流成分的正弦信号，一般选用交流耦合方式。即使被测信号是正弦信号，若频率很低，亦应选用直流耦合方式。如果输入信号是含有直流分量的交流信号或脉冲信号，则通常选用直流耦合方式，以便观察输入信号的全部内容。使用示波器测量相位所谓相位测量，通常是指测量两个同频率信号之间的相位差，如：测量RC电路的相移特性、放大电路的