电子测量实验指导书-周

1、电子测量实验指导书一、实验简介及基本要求电子测量是一门实践性、技术性较强的实验学科，电子测量实验是电子测量课程的重要组成部分，有助于巩固和加深电子测量理论，提高分析和解决实际问题的能力。本实验是同理论课并行的实践环节，内容包括电压表、示波器、频率计及元器件参数测量等实验。通过实验，达到以下基本要求： 1、掌握常用电子测量仪器的工作原理、操作和使用方法；2、能够对基本电信号、电量、电路元器件参数进行测量；3、能够对简单仪器进行分析与实验；4、综合运用所学知识分析和解决实验中的有关问题；5、要求学生认真记录实时测试数据、波形。二、实验目的要求电子测量技术是进行信息检测的重要手段，也是各个学科领域科

2、学实验现代化的标志。本实验的目的是使学生获得电子测量实验技术的基本技能，加深对理论知识的理解，掌握常用电子测量仪器的工作原理、仪器组成的基本规律，提高其实践能力。三、主要仪器设备数字多用表、频率特性测试仪、交流电压表、函数信号发生器、频率计、低失真度测量仪、数字示波器、直流稳压电源等。四、实验方式及基本要求本实验以在电子测量实验室实验为主。基本要求：1、教师需向学生说明实验要求、任务及实验注意事项；2、实验前学生必须预习方可进入实验室实验；3、实验测试线路须经教师检查无误后方可通电实验；4、独立撰写实验报告，正确分析实验结果。五、使用电子测量仪器的一般注意事项电子测量仪器的类型很多，各有不同的

3、使用特点。在使用电子测量仪器进行实验之前，应注意以下若干事项：1. 使用前应阅读技术说明书或有关仪器使用方法的资料，接通电源前，应仔细检查实验装置的各连接线是否有接错和短路现象，要特别注意地线的连接。测量时，要先接地线再接高电位端；测量完毕，要先去掉高电位端再去掉地线。2. 注意仪器的预热，电子测量仪器都必须经过足够的预热时间，工作性能才能稳定。在一般精度要求不高的电子测量实验中，通常预热10-30分钟已能满足要求。3. 不少电子测量仪器需要在使用前调零，调零的基本原则是： 当无任何信号（包括被测的和外界干扰的）输入时，应调节仪器的读数刚好指零或某规定值。4. 开机通电后，如发现仪器内部的变压

4、器发出反常的翁翁声或有焦味、冒烟等现象，应立即切断电源进行检查，如发生烧保险丝现象，应在仔细检查电源电压、外部接线和负载情况后，再换上相同容量的保险丝重新通电，严禁随意加大保险丝容量。如第二次通电又烧保险丝，则说明故障尚未排除，应确实查清故障并加以排除后，再换上相同容量的保险丝重新通电。5. 对于内部装有电风扇通风的电子测量仪器，开机通电后要注意风扇是否运转正常，如发现叶片不转或转动时噪声太大，转速不稳等，应加润滑油或拆下检修。高温季节进行测量实验时，可用外部电风扇连续实验时间不宜太长。6. 注意安全操作，要养成单手操作的习惯。当被测对象的电压较高时，要先检查测量笔或测量探头的绝缘是否良好，手

5、不要接触高电位点。测量完成后要及时拆去接线，并将电压表、电流表等置于高量程处，碰到打火、元器件冒烟、电解电容爆裂及其它意外事故时要首先切断电源，以免造成额外损失。六、实验的记录及实验报告1、实验的记录实验的记录是整个电子测量实验重要组成部分。记录的内容主要包括以下几个方面：(1) 实验目的、任务及内容；(2) 所使用仪器及设备的型号、出厂号或实验室统一编号、数量；(3) 实验装置的方框图、连线图、工作原理简述等；(4) 实验中的有关现象，测量的原始数据，波形图等；(5) 实验人员姓名、实验日期、地点、实验时的环境条件（温度湿度、电源电压等）。实验记录要求真实和详细。对于实验中出现的异常现象、与

6、理论值或估计值相差很大的测量数据，在未查明原因时，都要如实记录下来，而不应随便弃去或改动。这在拟订新的实验项目及从事科学研究中是特别重要的。因为有些异常现象及离群的数据，可能恰好反映了测量装置的某些隐患（例如接触不良、周围有电磁干扰等等）；在科学研究中，它们还可能是某种新发现或新发明的信号。实验中还有许多现象是不太明显或瞬时即逝的，需要实验人员特别细心才能把它们真实的记录下来。2、实验报告实验报告的内容，除了前述全部实验记录及必要的理论概述外还包括对原始测量数据进行认真地处理分析。对实验中的各种现象（包括某种异常现象）进行深刻的讨论。回答有关的各项思考题实验方案提出改进意见等。在现代化科学研究

7、中，实验工作是一项必不可少的重要内容。书写实验报告也是从事科学研究的一项必不可少的重要内容，也是从事科学研究的一项基本技能训练。实验的目的不仅仅在于训练实际操作技能，更重要的是使理论与实践更紧密的结合，并在理论指导下，将实践中发生的各种现象加以归纳、分析，上升为理论。因此，实验报告必须作到实事求是，书写整齐，一丝不苟，分析深入，并尽可能地提出自己的见解。实验一常用测量仪器的使用及电压测量一、实验目的掌握数字万用表和数字多用表的基本功能和使用注意事项，掌握函数信号发生器的使用方法，掌握交流电压的测量方法。二、实验设备HG 1943A型数字多用表 CA2171 毫伏表 函数信号发生器 DS1022

8、C 数字示波器 UT39A 数字万用表 三、 实验步骤1.电阻测量(1) 将数字万用表电源开关置于ON位置。将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V插孔，将量程开关置于电阻挡。(2) 测量电阻，如果被测电阻值超出所选择量程的最大值，万用表将显示 “1”，这时应选择更高的量程。(3）使用数字多用表测量电阻，重复上述步骤，读数并记录测量值。2.电压测量(1) 调节信号发生器，使之输出f=1kHz，VP-P =1v的正弦信号，并用示波器观察信号波形；(2) 分别用毫伏表、HG1943A数字多用表和数字万用表对信号发生器的输出信号进行测量，记录读数；(3) 调节信号发生器，使输出正弦信号的峰-峰值VP-P

9、分别为2v、3v、4v和5v ，再分别用交流电压表、HG1943A数字多用表和数字万用表对信号发生器的输出信号进行测量，记录读数；(4) 将信号发生器的输出波形调整为方波和三角波，频率和峰峰值与上述相同，重复上述测量；四、测量注意事项1. 使用数字多用表或万用表测量低值电阻时，应避免用手接触电阻的影响和干扰；测量高值电阻(大于100k)时，应注意人的两只手不能同时触摸两只表笔金属部分或电阻两端的引线部分，防止人体电阻(一般几百千欧)对测试的影响。2. 数字多用表和数字万用表的红表笔为正极，黑表笔为负极，测量晶体管、电解电容器等有极性的元器件时，必须注意表笔的极性。3. 使用数字多用表或万用表测

10、量电压时，注意将量程开关拨至交流或直流档的合适量程，将表笔与函数发生器输出端口并联。4. 如果无法预先估计被测电压或电流的大小，则应先拨至最高量程挡测量一次，再视情况逐渐把量程减小到合适位置。5. 禁止在测量高电压（220V以上）或大电流（0.5A以上）时换量程，以防止产生电弧，烧毁开关触点。6. 禁止将信号发生器两输出端短路。7. 各测量仪器使用完毕，应将电源开关置于OFF位置。五、数据记录数据记录均取3位有效数字。表1-1 电阻的测量电阻 测量值万用表读数多用表读数1234表1-2 电压的测量-正弦f=1kHz正弦信号VP-P(v)毫伏表(v)数字万用表(v)数字多用表(v)1.002.0

11、03.004.005.00表1-3 电压的测量-方波f=1kHz方波信号VP-P(v)毫伏表(v)数字万用表(v)数字多用表(v)1.002.003.004.005.00表1-4 电压的测量-三角波f=1kHz三角波信号VP-P(v)毫伏表(v)数字万用表(v)数字多用表(v)1.002.003.004.005.00六、思考题1. 毫伏表、数字多用表和数字万用表输出为有效值还是均值？2. 对比相同VP-P的正弦、方波和三角波信号用毫伏表测量的读数有何区别？3. 总结实验中的收获与体会。实验二 频率和周期的测量一、 实验目的掌握频率计的组成和使用方法，了解频率测量的基本原理，掌握使用频率计测量频

12、率和周期的方法。二、 实验仪器AT-F2700C频率计TFG3030函数信号发生器DS1022C 数字示波器三、 实验步骤1. 将频率计打开，按下“CHECK”键进行自检，并预热20分钟以保证晶体振荡器的频率稳定。2. 调节函数信号发生器，使之产生频率为100Hz、Vp-p为2v的方波信号，并用示波器观察信号波形。3. 频率测量。由频率计对信号发生器的输出信号进行测频，选择不同的闸门时间，记录测量的频率值。4. 周期测量。按下频率计前面板上的“1.PERI”键，测量上述信号的周期，记录测量结果。5. 调节函数信号发生器，使输出信号频率分别为1KHz、10KHz、100KHz和1MHz，重复第3

13、和第4步骤。四、AT-F2700C频率计简介1. AT-F2700C(2.7GHz)采用8位高亮度的七段LED显示，多功能作业、低功耗线路设计、体积小、重量轻、高稳定性的晶体振荡器保证测量精度和全输入信号检查，具有频率、周期、累计和自检等功能，并由输入信号衰减选择功能，全部功能是一个单块大规模微处理器完成的。2. 技术参数频率范围： 10 Hz2700MHz 频率显示： 8位高亮度LED 时基频率： 13 MHz 短期稳定度：310-9/S 长期稳定度：110-5，040 闸门时间： 0.01S / 0.1S / 1S 累计测试： 通道1有效 自检： 8位数码管0-9字符循环显示 自锁： 手动

14、锁定复位： 复位归零3. 前面板说明HOLD： 暂停开关按下，中止测量，并保持中止前数据REST： 被按下时，立即复位计数器，可开始新一轮测试GATE TIME：选择不同的分辨率及计数器计数的周期1.TOT： 累计测量（通道1有效）1.PERI： 周期测量（通道1有效）CH1 10MHz：10Hz-10MHz量程选择（通道1输入）CH1 100MHz：10MHz-100MHz量程选择（通道1输入）1.ATT： 输入信号衰减开关，按下时，输入灵敏度被降低20倍LPF： 低通滤波器，AC100KHz，-3dB五、数据记录信号频率表2-1 频率的测量闸门时间100Hz1KHz10KHz100KHz1

15、MHz0.01S0.1S1S信号频率表2-2周期的测量闸门时间100Hz1KHz10KHz100KHz1MHz0.01S0.1S1S六、思考题：1. 分析以上测量数据，在对频率进行测量中，闸门时间对测量精度有何影响？2. 总结实验中的收获与体会。实验三 函数信号发生器的使用一、实验目的学会用函数信号发生器输出正弦波、三角波、矩形波等信号，掌握使用示波器测量信号的方法，了解信号发生器用于测频的方法。二、实验器材TFG2006函数信号发生器TFG3030函数信号发生器DS1022C数字示波器三、实验步骤1. 接通TFG3030型信号发生器和示波器的电源，打开电源开关，预热10分钟。2. 调节信号发

16、生器，使B通道输出1KHz，1Vp-p的方波。3. 用示波器测量信号发生器的输出信号，记录电压最大值、最小值、Vp-p、周期、频率、上升时间、下降时间和正脉宽。4. 调节信号发生器，使输出波形分别为三角波、降锯齿和指数，重复步骤3。5. 使用信号发生器的测频功能测量输入信号的频率。将TFG2006型信号发生器的输出端连接到TFG3030型信号发生器背板上的输入端口。6. 打开TFG2006信号发生器的电源，使之输出2.046KHz、3.012KHz、10.111KHz，电压峰-峰值均为1v的正弦波，调节TFG3030型信号发生器，使之处于测频功能选项，记录测量结果。四、数据记录表3-1 用示波

17、器测量信号发生器的输出信号波形测量值方波三角波降锯齿指数电压最大值电压最小值Vp-p周期频率上升时间下降时间正脉宽表3-2 信号发生器用于测频TFG2006信号发生器输出频率2.046KHz3.012KHz10.111KHzTFG3030信号发生器测得数值五、思考题总结实验中的收获与体会。实验四 示波器的原理及应用一、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、实验设备DS1022C数字示波器TFG2006信号发生器TFG3030 信号发生器三、实验原理电子示波器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

18、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。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

19、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），采用双踪显示的办法，即在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

20、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x-y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、相位和频率关系。四、实验步骤1. 打开TFG3030和TFG2006信号发生器电源开关，分别输出Vp-p=1v，频率为1KHz的正弦波信号，并将两信号发生器的输出信号接到示波器的两输入端CH1与CH2。2.

21、 打开示波器开关，按下CH1与CH2按钮同时显示上述两个信号波形，测量两信号相位差。3. 按下时基菜单框按钮，选择X-Y模式，观察两输入正弦波的合成图形，并记录波形简图。4. 调节示波器输入的其中一个正弦波幅度，观察李沙育图形变化。5. 调节示波器输入的其中一个正弦波频率分别为2KHz和3KHz，观察李沙育图形变化。6. 关闭TFG2006信号发生器，将示波器两输入端与TFG3030信号发生器A与B输出端连接，调节信号发生器，使其A与B通道都输出Vp-p=1v，f=1KHz的正弦波信号，并按下面板上的“单频”键，选择“A/B同步”。7. 调节信号发生器A路信号的相位差，观察并记录示波器显示的李

22、沙育图形。将信号发生器A路信号的相位差调整为0，调节B路输出的谐波次数，观察并记录2次和3次谐波下示波器显示的李沙育图形。五、数据记录1. 步骤3的李沙育图形：2. fA=fB时，A路与B路相位差分别为0，30，90，200时的李沙育图形：3. A路与B路相位差为0时，B路信号为2次谐波与3次谐波时的李沙育图形：六、思考题总结实验中的收获与体会。实验五 低失真度测量仪的原理及应用一、 实验目的学会使用低失真度仪，掌握用低失真度仪测量信号频率、电压、失真度的方法。二、 实验设备KH4116A 低失真度测量仪TFG3030 函数信号发生器RIGOL DS1022C 数字示波器三、 KH4116A低

23、失真度测量仪KH4116A是一台数字化低失真度测量仪，被测信号的电压、失真、频率全部由LED自动显示，采用真有效值检波，可在电压测量范围为300V300V，频率范围为10Hz550KHz之内实现全自动测量，失真度测量范围为100%0.01%。 在失真度测量方式时实现了宽范围校准，失真度量值既可以随滤谐过程自动跟踪显示，也可以用手动衰减器按10dB步进跟踪。为了提高测量精度，可以随时用相位调节和平衡调节。 1基本工作特性指标 1.1失真度测量 （1）失真度测量范围： 100%0.01% （2）输入信号频率范围： 10Hz110KHz （3）测量准确度： 20Hz20KHz 0.5dB（满度值）

24、10Hz110KHz 1dB（满度值） 失真度在0.03%以下 2dB （4）固有噪声：（在输入信号900mV的状态下，滤谐后） 输入短路，不清零时： 0.008% 输入短路，清零时： 0.004% （5）输入信号电压范围： 300mV300V 注：失真低于0.03%时，要求输入信号电压3V1.2电压测量 （1）电压测量范围： 300V300V （2）频率范围： 10Hz550KHz （3）以1Hz为基准的频响： 20Hz100KHz 1dB 10Hz550KHz 1.5dB （4）测量准确度：（以1KHz为基准）5%（满度值） （5）固有噪声50V （6）电压表有效值波形误差：3%（输入信号

25、波峰因数小于3时）1.3频率测量 （1）频率测量范围：10Hz550KHz （2）准确度：0.1%2个字 （3）灵敏度：优于10mV1.4本仪器定义 0dB=3.000V（RMS）1.5输入阻抗：输入并接电容100PF；输入电阻100K 2面板介绍前面板控件位置见图51。图51 面板控件位置图（1）电源 （2）被测信号输入端 BNC插座。（3）浮地键 它是专为环境干扰大时而设置的。按下此键，机箱与内部电路地断开，机箱通过接地端子接大地起到了屏蔽作用，一般请况下不使用浮地键。（4）接地端子 接地端子，与浮地键配合使用。（5）平衡及相位调节旋钮，在失真度测量时测定最佳滤谐处。（6）接示波器 示波器

26、BNC插孔。将示波器输入接到该插孔，可直接观看被测信号的波形。另外，还可以作滤谐波形显示，特别在测量30以上的大失真信号时，调节“相位”和“平衡”调节旋钮，使在示波器屏幕上的滤谐波形稳定时（不滚动）此时的失真才是准确的。 （7）校准调节 与校准键配合使用。测量失真时，当被测信号在300mV300V范围内，按下校准键，如果显示“LU”或“OU”须调节校准旋钮，使显示出现“CAL”时，表示已校准完毕。（8）量程指示 量程指示部分，是内部程控衰减器及放大器+40dB-60dB 10dB步进）的位置显示，当仪器处于自动测量状态时LED自动熄灭，在手动状态时LED才显示。（9）频率 频率显示部分，显示被

27、测信号的频率。（10）单位显示，用于指示当前显示数值的单位量纲。（11）电平/失真度 电平/失真度显示部分。电压测量时用于显示被测信号电平，失真度测量时用于显示失真度数值。（12）调谐指示 滤谐指示：是作失真测量时的滤谐辅助指示器（因为数码管跳动易晃眼）。（13）按键控制区。：在手动使用状态时，按“”键增加或按“”减小衰减器量程。手动：使用它可方便校验仪器的每档满度指标，另外当自动跟踪太灵敏时，按下此键，左上部量程指示部位显示当前内部衰减或放大器位置（电平显示已经将量程计算在内），可按“”、“”键手动变更量程（注意：不要长期处在过载状态）。再按手动键又回到自动量程转换状态。V/%：选择电平的显

28、示方式。在电压测量状态下，根据电压大小自动选择V、mV指示；而在失真测量状态显示用指示。dB：选择电平的显示方式，显示用dB指示；电压测量时，可选择V、dB显示；失真时，可选择dB、显示。锁定：锁定键是专门用来锁定滤谐网络的。在测量大失真信号时（失真在50%以上时），基波和谐波的不相关可能会出现陷波网络闭合错位（如使用不相关的失真仪检定装置），这时可用基波或同频率低失真信号送入，在电压档按下保持键，然后再测大失真信号，就不会出现网络错位了。另外在失真状态滤谐后如按下保持键，则可方便地测量二次谐损耗。清零：清零键，当被测电压小于3mV或被测信号失真小于0.1%时建议使用清零键，按下此键计算机自动

29、测量内部固有噪声，并与输入信号进行均方根运算。从而使测量结果显示更准确。使用方法：首先去掉输入信号，将输入端短路，按下“清零”键，此时电平指示位置显示“CLS.”，完成清零后电平显示恢复正常，“清零”灯亮。保持：保持键，按下此键，显示保持不变，方便记录数据。再按保持键或其它任意键又回到正常显示状态。滤波器：400Hz的高通滤波器开关键。供在被测信号大于400Hz时，按下此键可基本消除50Hz电源干扰，特别在测量小信号失真时先按下此键再按校准键可提高小失真的测量准确度。电压：电压键，按下此键可进入电压测量状态（本仪器已设定好开机即自动进入电压测量状态）。校准：与校准旋钮配合使用，见第（7）条。失

30、真：在完成校准后，按下此键系统进入失真度测量状态，这时可调相位及平衡的粗细调节旋钮，即可实现正常滤谐。3操作指南3.1基本操作 按下面板上的电源开关，仪器自动进入电压测量状态。 3.2失真度测量 （1）被测信号电压应大于或等于300mV，并且在电平显示部分既不显示“OU”也不出现“LU”字样的条件下，才可继续向下进行。 （2）满足上述条件后请按一下校准键，如果显示“LU”或“OU”，须调节校准旋钮，使显示为“CAL”（在校准状态，只有电压、校准、失真三个按键起作用，并且显示为“OU”或“LU”时不能进入失真测量。）（3）完成校准并且频率显示稳定后，按下“失真”键，仪器即进入测量失真的滤谐状态。首先旋转相位和平衡两个粗调旋钮找到最小失真点，再分别用两个细调旋钮精确调到最佳滤谐处即可，可选择dB或显示，按失真键时，仪器自动选择显示。（为了精确测定相位和平衡旋钮应反复调谐几次为好）（4）失真测量时，禁止触动校准旋钮。当改变输入信号时，必须重新校准。（5）在测量50以上的大失真度信号时，参照锁定键功能说明，在电压测量状态，首先输入一个同被测信号基波频率相同的失真度低于50的信号，待测频稳定后按下 “