电子测量试验指导书

本文格式为Word版，下载可任意编辑——电子测量试验指导书

1

电子测量试验指导书

试验一模拟示波器的使用

一试验目的

1．熟悉YB43020B模拟示波器的工作原理；2．把握YB43020B模拟示波器调理旋钮的使用；

3．初步把握用示波器Y轴及轴X偏转灵敏度的测定。二试验原理

我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。

普通的电压表是在其刻度盘移动的指针或数字显示来给出信号电压的测量度数。而示波器则不同，示波器具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压的随时间的变化，即波形。

示波器能把十分抽象的，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，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，往往不易确切读出测试值，这就决定了示波器的测试精度不可能太高。

本次试验目的是熟悉示波器各功能旋钮的使用，把握用屏面上波形及屏幕标尺测量波形幅值及时间的方法。示波器使用方法见附录一。三试验器材

1.YB43020B模拟示波器一台2．函数信号发生器SP1642B一台2.直流稳压电源一台2.辅助试验电路板一块3.连接导线若干四试验步骤

1．按下电源开关按钮，调理亮度和聚焦旋钮使扫描线亮度适中、明了；

2．将示波器CH1探头衰减拨至×1，并接至探极校准信号；示波器耦合方式设置为直流，调理垂直、水平位置旋钮、通道灵敏度选择开关及水平旋钮，使示波器荧光屏上显示一个周期完整稳定的方波；３．用直流电源测定Y轴偏转灵敏度；

将示波器探头ＣＨ１接至直流稳压电源２Ｖ输出，将示波器垂直调理旋钮分别调理为０.５Ｖ、１.０Ｖ、２.０Ｖ、５.０Ｖ，测量被测信号电压，被测信号电压(u)=Y1轴偏转灵敏度(v/cm)×待测两点的垂直距离（cm），并填入表１。

表1Y1偏转灵敏度的测定（直流电压设定2V，用万用表直流电压档测量数据为准）

Y1偏转灵敏度(v／cm)示波器Y轴的刻度数（cm）误差4.00.52.01.01.02.05.00.42.015实测电压值（计算值V）2.0152.0152.0154．重复上述步骤，测量Y2的偏转灵敏度；并将测量结果填入表2中。

表1Y2偏转灵敏度的测定（直流电压设定2V，用万用表直流电压档测量数据为准）

Y2偏转灵敏度(v／cm)示波器Y轴的刻度数（cm）误差

0.53.81.81.00.82.05.00.31.9982

实测电压值（计算值V）1.9981.9981.998

计算公式：被测信号电压(u)=Y1轴偏转灵敏度(v/cm)×待测两点的垂直距离（cm）

注意：每换一次灵敏度旋钮后，必需将耦合方式按键设置为接地，调水平旋钮对准某一水平刻度，然后将耦合方式设置DC后再测量。4．水平偏转灵敏度的测定

将探头CH2接至信号发生器输出端，合上信号发生器的电源，输出波形为三角波，幅度调理为Up-p=1V，按下表要求调理信号源频率，测量结果填入表3。

表3水平偏转灵敏度的测定

信号源频率（KHz）0.1130.2260.5541.12.25.511.42356测量值（cm）4.52.21.84.52.23.61.82.21.8计算值（周期）（mS）94.41.80.90.440.180.090.0440.018计算值（频率）（KHz）误差五试验报告及总结

1根据试验测量的结果，分别分析测试误差，并填入表中；2分析误差产生的原因；

3此次试验的结果的置信度如何？并说明试验的目的是什么？

3

试验二数字存储示波器的使用

一、试验目的

1、熟悉数字存储示波器的工作原理；2、把握数字存储示波器的使用方法。二、试验原理

1．数字存储示波器的组成原理

数字示波器将输入信号数字化（时域取样和幅度量化）后，经由D/A转换器再重建波形。数字示波器具有记忆、存贮被观测信号功能，又称为数字存贮示波器。

当处于存储工作模式时，其工作过程一般分为存储和显示两个阶段。在存储工作阶段将模拟信号转换成数字化信号，在规律控制电路的控制下依次写入到RAM中。

在显示工作阶段，将数字信号从存储器中读出转换成模拟信号，经垂直放大器放大加到CRT的Y偏转板。同时，CPU的读地址计数脉冲加至D/A转换器，得到一个阶梯波扫描电压，驱动CRT的X偏转板，如图2.1所示。

图2.1数字存储示波器的组成原理图

2．数字存储示波器的工作方式（1）数字存储器的功能

—随机存储器RAM包括信号数据存储器、参考波形存储器、测量数据存储器和显示缓冲存储器四种。（2）触发工作方式1）常态触发—同模拟示波器基本一样。2）预置触发—可观测触发点前后不同段落上的波形。（3）测量与计算工作方式数字存储示波器对波形参数的测量分为自动测量和手动测量两种。一般参数的测量为自动测量，特别值的测量使用手动光标进行测量。（4）面板按键操作方式数字存储示波器的面板按键分为马上执行键和菜单键两种。3．数字存储示波器的显示方式（1）存储显示

——适于一般信号的观测。

至Y（2）抹迹显示

扫描发生器输入实时衰减器放大器实时存储实时延迟线垂直放大器水平放大器偏转板至X偏转板4

——适于观测一长串波形中在一定条件下才会发生的瞬态信号。（3）卷动显示

——适于观测缓变信号中随机出现的突发信号。（4）放大显示

——适于观测信号波形细节。（5）X—Y显示新波形到来移出，消逝输入波形放大显示波形

图2.2数字存储示波器的显示方式（6）显示的内插(a)卷动显示(b)放大显示插入技术可以解决点显示中视觉错误的问题。主要有线性插入和曲线插入两种方式。4.实时采样和等效时间采样

在现在为止我们所介绍的波形数字化方法称为实时采样，这时所有的采样点都是依照一个固定的次序来采集的，这个波形采样的次序和采样点在示波器屏幕上出现的次序是一致的，只要一个触发事件就可以启动全部的采样动作。如图2.3所示。

输入信号12345678采样时刻

图2.3实时采样

在好多应有场合，实时采样方式所提供的时间分辩率依旧不能满足工作的要求，在这些应用场合中，要观查的信号往往是重复性的，即一致的信号图形按有规则的时间间隔重复的出现。

对于这些信号来说，示波器可以从若干个连续信号周期中采集到的多组采样点来构成波形，第一组新的采样点都是由一个新的触发事件来启动采集的。这成为等效时间采样，在这种模式下，一个触发事件到来以后，示波器就采集信号波形的一部分，例如，采集五个采样点并将它们存入存储器，另一个触发事件则用来采集另外五个采样点并将其存贮在同一存储器的不同位置，如此进行下去经过若干次触发事件以后，存储器内存贮足够的采样点，就可以再屏幕上重建一个完整的波形，等效时间采样使得示波器在高时基设置值之下给出很高的时间分开率，这样一来就好像示波器具有了比实际采样速率要高好多的一个虚拟采样速率或称等效时间采样速率。

5

123456789图2.4顺序等效时间采样

等效时间采样的方法采用从重复性信号的不同的周期取得采样点来重建这个重复性信号的波形，这样就提高了示波器时间的分辩率。5.峰值检测和平均值检测

我们知道，DSO在特定时刻对输入信号进行采样，如本章开头所述，采样点之间的时间间隔取决于时基设置。假使毛刺的宽度比示波器的示波器分辩率还要小，那么能否捕获到毛刺就看运气如何了。为了能够捕获到毛刺，我们的方法就是峰值检测或毛刺捕获。

采用峰值检测的方法时，示波器将对信号波形的幅度连续地进行监测，并由正负峰值检测器将信号的峰值幅度暂时存储起来。当示波器要显示采样点的时候，示波器就将正或负峰值检测器保存的峰值进行数字化，并将该峰值检测器清零。这样在示波器上就用检测到的信号的正，负峰值代替了原来的采样点数值。因此，峰值检测的方法能够帮助我们发现由于使用的采样速率过低而丢失的信号或者由于假象而引起失真的信号峰值检测的方法对于捕获调制信号，例如图30所示的AM波形，也是十分有用的。为了显示这类信号，必需将示波器的时基设置得和调制信号在频率相协同，而在这种信号中，调制信号的频率寻常在音频范围但载波频率寻常在455KHz或者更高。在这种状况下，不使用毛刺捕获功能，就不能正确地采集信号，而是用毛刺捕获功能就可以看到类似模式示波器所显示的波形。

示波器上的峰值检测功能是通过硬件（模拟）峰值检测器的方法或者快速采样的方法来实现的，模拟峰值检测器是一个专门的硬件电路，它以电容上电压的形式存储信号的峰值，这种缺点是速度比较慢，它寻常只能存储宽度大于几个微妙且具有相当幅度的毛刺。

数字式峰值检测器围绕ADC而构成，这时ADC将以可能的最高采样速率连续对信号进行采样，然后将峰值存储在一个专门的存储器中，当要显示采样点的值时，存储的峰值就作为该时刻的采样值来使用。数字式峰值检测器的优点是其速度和数字化过程的速度一样快，本书中用作例如的示波器PM3394A就能够在很低的时基速率设置下，如1秒/格，以正确的幅度采集到窄至5ns的毛刺。

平均值检测则是示波器采集几个波形，将他们平均，然后显示最终波形。此模式可减少所显示信号中的随机或无关噪音。三、试验设备

1．双通道数字存储示波器YB54100B一台2．函数信号发生器一台3．连接导线若干四、试验步骤

1．自校正按下示波器电源开关按钮，将所有探头或导线与输入连接器断开。然后按“UTILITY〞按钮，选择“自校正〞，此时屏幕会显示自校正菜单。示波器进入自校正状态。

注意示波器内部继电器的“滴答〞声，说明示波器正在进行“自动调整〞状态。2．使用默认设置

6

示波器在出厂前被设置为用于常规操作，即默认设置。“DEFAULTSETUP〞按钮为默认设置的功能按钮，按下“DEFAULTSETUP〞按钮调出厂家多数的选项和控制设置，有的设置不会改变。3．使用自动设置

将示波器探头设置为×10，示波器探头接到示波器的输入端口（两各通道均接入）。两探头均挂入示波器的测试点上，按下“AUTO〞按钮。通道1和2应显示方波。如图2.5所示。4．观测示波器的屏幕显示区域

图2.5屏幕显示区域屏幕显示区域中数字标注说明:1)显示图标表示采集模式

采样模式峰值检测模式平均值模式

2)触发状态

已配备。示波器正在采集预触发数据。在此状态下忽略所有触发。准备就绪。示波器已采集所有预触发数据并准备接受触发。

已触发。示波器已发现一个触发并正在采集触发后的数据。中止。示波器已中止采集波形数据。

采集完成。示波器已完成一个“单次序列〞采集。自动。示波器处于自动模式并在无触发状态下采集波形。扫描。在扫描模式下示波器连续采集并显示波形。

3)使用标记显示水平触发位置。旋转水平“POSITION〞旋钮调整标记位置。4)用读数显示中心刻度线的时间。

5)使用标记显示“边沿〞脉冲宽度触发电平，或选定的视频线或场。

6)使用屏幕标记说明显示波形的接地参考点。若没有标记，不会显示通道。7)以读数显示通道的垂直刻度系数。8)B图标表示通道是带宽限制的。

7

9)以读数显示主时基设置。

10)若使用窗口时基，以读数显示窗口时基设置。11)以读数显示触发使用的触发源。12)采用图标显示选定的触发类型。

13)用读数表示“边沿〞脉冲宽度触发电平。14)以读数显示触发频率。5.示波器面板操作指南

图2.6示波器面板图

面板控制区分为:菜单操作键(5个),水平控制区,垂直控制区,触发控制区,常用功能键区(7个功能键),运行控制区,自动测试按钮及万能旋钮等组成。

1）示波器探头CH1接入函数信号发生器输出，调理垂直、水平及触发相应按钮，使屏幕上稳定的显示一至两个正弦波；

2）调理信号源频率分别8Hz、50Hz、200Hz正弦波（峰峰值均调至2V）。用示波器自动测量，并将测量数据填入下表中。频率（Hz）测量峰峰值（V）电压均方根值（V）周期（ms）测量频率（Hz）相对误差（%）850200

3）调理信号源频率分别8Hz、50Hz、200Hz三角波（峰峰值均调至2V）。用示波器自动测量，并将测量数据填入下表中。频率（Hz）测量峰峰值（V）电压均方根值（V）周期（ms）测量频率（Hz）相对误差（%）8502006.信号获取系统设置

将信号输入调理到一个较高频率范围（例如：8KHz），使波形稳定显示在屏幕上。按下按键ACQUIRE，选择峰值检测和平均值检测菜单，观测显示波形的变化。改变采样方式按钮，切换实时采样/等效采样模式，观测波形现象。

8

7.显示系统

信号源保持不变，按下按键DISPLAY，选择类型键，切换矢量/点,观测波形并将两种波形绘制下来。通过调理对比度+、-按钮，使波形在面板上明了显示。按下“下一页〞按钮，自行调理格式、屏幕、网格按钮，观测面板波形变化（最终设置在YT格式，蓝底黑屏、网格布满状态）。8.光标测量

信号源频率调到1KHz，峰峰值为2V的方波信号，使波形稳定显示在屏幕上。按下按键CURSORS，设置好信源。按下按键RUN/STOP，使波形固定。

先选择类型中的“电压〞，再选择Cur1和Cur2，用万能旋钮“USERSELECT〞分别调理光标线位置，测量峰峰值电压并记录于下表中。

再选择类型中的“时间〞，再选择Cur1和Cur2，用万能旋钮“USERSELECT〞分别调理光标线位置，测量周期和频率并记录于下表中。

信号源：频率1KHz峰峰值2V

电压（V）时间（单位）Cur1Cur2△T1/△T——9.存储系统按下按键SAVE/RECALL，将“类型〞菜单设置为波形存储，将波形菜单项选择择No.1，按“存储〞按钮保存波形，关掉信号源，调出已存储的波形，熟悉各个按钮的使用方法。五、试验报告及总结

1.整理测量数据，计算出相对误差。记录下相应波形；

2.简述数字存储示波器和模拟示波器的功能,重点比较说明二者的不同及优缺点。

9

试验三交流电压的测量

一试验目的

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，并对测量结果做误差分析。二试验原理

设被测交流电压的瞬时值为u（t），则：全波平均值U?1T?T0u(t)dt

有效值U?波形因素KF?1T2u?t?dt?0TUUU波峰因素KP?P

U由于被测交流电压大多数是正弦电压，而且人们寻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?必需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U??KF

对峰值电压表Up?KP~??

对有效值电压表U??三试验设备

1.双通道数字存储示波器YB54100B一台2..函数信号发生器一台3.YB2172低频毫伏表一台4.YB2174高频毫伏表一台四试验步骤

1.被测电压波形对测量结果的影响。

（1）等读数测量：调理函数信号发生器输出频率为150KHZ，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.用超高频毫伏表（YB2174）测量正弦、三角和方波输出，调理函数信号发生器的幅度调理旋钮，使超高频毫伏表（YB2174）对不同电压波形读数都一致。例如：?1=?2=?3

记录读数，用示波器观测三种波形并画出三种波形图，在图上标明被测电压的峰值。将超高频毫伏表的读数及示波器的读数填入表1。

b.用YB2172低频毫伏表测量三种电压波形，方法同上。c.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1，并对测量结果进行分析说明。

10

表1：

电压表类型波型读数计算YB2172读数正弦?1三角?2方波?3YB2174读数正弦?1三角?2方波?3Up示波器读数UU

（2）等幅度测量

a.调理函数信号发生器，使输出频率为20KHZ，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，用峰值电压表（YB2174）测量各输出波形，记录读数并填入表2中。b.用YB2172低频毫伏表测量三种电压波形，方法同上。c.用示波器测量三种波形的有效值，方法同上。

d.根据测量结果，计算被测电压的有效值，填入表2，并进行分析说明。

表2：

波形YB2174读数?1YB2172读数?2示波器读数（有效值）?3?1换算为有效值U?2换算为有效值U正弦三角方波

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，读数一致吗？为什么？用均值电压表测量时，读

数一致吗？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？如何消除这项测量误差？

11

试验四时间的测量

一试验目的

1．把握用示波器测量周期和时间的方法；2．把握用示波器测量时间间隔的方法。二试验原理

当示波器水平扫描速度开关微调在校准位置时，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。

1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4-1所示。

图4.1周期的测量

[例4-1]测得如图4-1（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0.1μs/cm，则被测波形周期为：T=5×05=2.5μS2时间间隔测量

用示波器测量如图4-2所示，波形中两点的时间间隔T时，可用上述方法测量。

图4.2测量波形中两点的时间间隔

3用示波器测量脉冲上升沿或下降沿时间和脉冲宽度⑴脉冲上升或下降时间测量

调理水平“位移〞，使脉冲上端10％处与垂直中心线相交，如图4.4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×水平距离）。调理水平“位移〞，使脉冲下端幅度10％处与垂直中心线相交，如图4.4所示，即可在水平中心线上读出时间t2。将时间t1和t2相加，即为脉冲的上升时间。

12

图4.4脉冲上升（或下降）时间测量图4.5脉冲宽度测量

⑵脉冲宽度的测量

调理垂直“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。三试验设备

1.双通道数字存储示波器YB54100B一台2..函数信号发生器一台3.导线若干四试验步骤

1.正弦波周期的测量

将函数信号发生器SP1642B的输出接至数字存储示波器ADS7062C的输入（如通道A），开启示波器、信号发生器电源。信号源频率设置为800Hz(正弦波)、输出幅度（峰峰值为2伏）；将示波器通道A的扫描线调整在零位，调理垂直灵敏度使波形在屏幕上显示一个完整的正弦波；按下RUN/STOP按钮，用光标测量正弦波的周期，并将结果填入表4.1。

表4.1正弦波周期的测量

测量值计算值相对误差（℅）Cur1／／Cur2／／△T1/△T2.脉冲宽度的测量

保持信号源频率和幅度不变（800Hz,峰峰值2伏），将波形设置为方波输出；按下RUN/STOP按钮，用光标测量脉冲的宽度，将结果填入表4.2.

表4.2方波脉冲宽度的测量

测量值计算值相对误差（℅）Cur1／／Cur2／／△T3.脉冲波形上升