示波器技术性能的测试.

实验一：示波器技术性能的测试实验学时：3学时实验类型：综合实验要求：必修一、实验目的：1.熟悉示波器主要技术性能和功能。2.掌握示波器主要技术性能的测试方法。3.建立校正测量仪器的概念。二、实验内容：测试示波器的偏转灵敏度、扫描速度、频带宽度和探头衰减比，体会示波器中同步和触发的作用，学会用外同步观察波形。涉及到偏转灵敏度、扫描速度、频带宽度、外同步、内同步、移位寄存器、分频器等知识点。三、实验原理、方法和手段：1.偏转灵敏度的定义：在单位信号电压作用下，光点在荧光屏上偏转的距离。它的倒数被称为偏转因数；单位为v/cm、mv/cm或v/div、mv/div。2.扫描速度或时基因数扫描速度的定义：在扫描电压作用下，单位时间内电子射线沿荧光屏水平方向移动的距离，单位为cm/t、div/t，它的倒数是时基因数，表示光点在x方向移动1cm或1div所需的时间，单位为t/cm，t/div，时间t可以是s，ms或s。示波器面板上扫描速度旋钮上有微调旋钮，当微调置于校准位置时，扫描速度旋钮所指示的数值才是实际的时基因数。三、实验原理、方法和手段：3.频带宽度频带宽度以3dB带宽定义；即输入信号幅度不变，频率变化时，荧光屏上显示的幅度相对于基准频率(中频段)幅度下降到时对应的频率范围。4.示波器面板上有“电平／触发极性(LEVEL／SLOPE)”旋钮．转动该旋钮可改变触发信号的电平，旋钮处于推入状态时为正向触发，拉出时为负向触发。三、实验原理、方法和手段：5.实验中用C185（CC14526）集成电路作分频器。C185（CC14526）为可预置数的4位二进制1/N计数器三、实验原理、方法和手段：6.74LS164是8位移位寄存器，它的逻辑图，功能表如下图：输入输出清零时钟ABQAQB…QHL×××LLLHL××QAOQBOQHOH↑HHHQAnQGnH↑L×LQAnQGnH↑×LLQAnQGn四、实验步骤：1.了解高频信号发生器的性能与使用方法：用高频信号源的0—1V输出端输出高频信号，用示波器观察高频信号发生器的正弦波输出和调幅波输出，观察改变调制度时波形的变化。四、实验步骤：2．熟悉触发器正负极性及触发电平的功能：用高频信号源输出正弦波，用示波器进行观察。当示波器上出现清晰的波形后，适当将波形右移，使波形的起始端出现在屏幕上。改变触发极性，即将触发极性钮拉出或推入，观察波形的变化。再转动触发电平旋钮，观察波形变化。四、实验步骤：3．测试偏转灵敏度：使高频信号源输出正弦波信号，频率为100KHz，调节输出幅度，用超高频毫伏表测量，使之为0.5V。示波器探头置于×1档，偏转因数选择开关置于0.2V/cm，微调钮置于“校准”(CAL)。将信号源输出接入示波器，从荧光屏上读出信号幅度的格数，记录在表1-1中，计算出偏转因数，与选择开关指示值(0.2V/cm)比较。将信号幅度改为0.1V，示波器偏转因数选择开关置于50mv/cm，重复上面的测量。四、实验步骤：表1-1偏转因数测量数据ppVppV输入正弦信号显示幅度（格数）测得偏转因数=/格数选择开关指示偏转因数相对误差有效值0.5V0.1V四、实验步骤：4．测试扫描速度：示波器的扫描速度开关置于0.2ms，扫描微调置于校正(CAL)，输入函数发生器的1KHz方波。测出一个信号周期T所占的水平格数，则可算出扫描速度=T/格数，与扫描速度选择开关指示值(0.2ms)相比较，计算出相对误差。记录在表1-2中。将输入信号改为2KHz，扫描速度选择开关置于0.1ms，重复上面的测量。四、实验步骤：表1-2扫描速度数据表输入信号测得T所占水平格数测得扫描速度=T/格数选择开关指示扫描速度相对误差频率周期1K2K四、实验步骤：5．测试通频带：高频信号源产生正弦信号输入到示波器中，用超高频毫伏表测量输出幅度。改变正弦波频率，保持有效值始终为0.5V，记录下不同频率时，示波器荧光屏上的幅度值。注意在频率上升到高端，荧光屏上信号幅度下降时，应适当多读一些数据。将读得数据记入表1-3中，并在方格纸上画出频率特性曲线。四、实验步骤：表1-3通频带测量数据表ppV频率f显示幅度四、实验步骤：6.用外同步方式和内同步方式观察移位寄存器的输出波形（选做）。CD14526接成十六分频状态，0c端输出；74LS164是移位寄存器。用函数发生器400KHz信号作为时钟输入（电路框图如下图），用示波器观察如下信号波形：①以0c（进位端）信号为外同步信号，观察C164的QA、QB、QC、QD……的波形（分正触发和负触发二种情况）。②在内同步方式下，观察以上四个点和0c点的波形（正负触发），比较分析二种观察方法。③用双线显示来比较0c点和其他各Q点的波形，观察不同触发信号时波形的同步情况。四、实验步骤：PEENCrCD14526FCCQAQBQHQ……A74LS164CPDDV五、思考题：1.如何用示波器测量直流电源的电压？2.实验中所用的计数器是CMOS电路，对于输入信号电压有什么要求？如何用示波器测量信号源输出信号的大小，从而知道它是否符合CMOS电路的输入要求？六、实验报告：1.实验数据填入表格，用通频带的测量数据在方格纸上画出频率特性曲线。2.将外同步测量时的几种波形画出，对此作出分析。3.在实验中，你对思考题中的问题是如何解决的。实验二：电压表波形响应和频率响应的研究实验学时：2学时实验类型：综合实验要求：必修一、实验目的：1.研究不同检波方式的电子电压表在测量各种波形交流电压时的响应。2.研究交流电压表的频率响应。二、实验内容：分别用平均值、峰值，有效值检波的电压表测量函数发生器输出的正弦波，方波、三角波电压，判断各表的检波类型。测量一只电压表响应于正弦波时的幅频特性。涉及检波器、步进分压器、桥式直流放大器、斩波放大器、电压峰值、有效值、均值、热电偶、A/DD/A变换电路等知识点。三、实验原理、方法和手段：1.电压表的波形响应电子电压表有多种型号，按它们检波器的不同，可分为均值电压表，有效值电压表和峰值电压表三种类型。一般电压表都是按正弦波有效值进行刻度的，因此，当被测电压为非正弦波时，随着波形的不同，会出现不同的结果，此现象称为电压表的波形响应。三、实验原理、方法和手段：2.峰值电压表峰值电压主要由峰值检波器、步进分压器、直流放大器组成。目前，为了解决直流放大器的增益与零点漂移之间的矛盾，普遍采用了斩波式直流放大器。利用斩波器把直流电压变换成交流电压，并用交流放大器放大。到最后再把放大的交流电压恢复成直流电压。斩波式直流放大器的增益可以做的很高，而且噪声和零点漂移都很小。所以用它做成检波－放大式电压表，灵敏度可以达到几十uV。峰值电压表的一个优点是，可以把检波二极管及其电路从仪器引出放置在探头内。这对高频电压测量特别有利，因为可以把探头的探针直接接触到被测点。峰值电压表是按正弦有效值来刻度的，即：a－电压表读数Vp－正弦电压的有效值Kp－正弦波的波峰因素ppKVVa~三、实验原理、方法和手段：3.均值电压表均值电压表一般由宽带放大器和检波器组成。检波器对被测电平的平均值产生响应，一般都采用二极管全波或桥式整流电路作为检波器。电压表的频率范围主要受宽带放大器带宽的限制。均值电压表的表头偏转正比于被测电压的平均值。平均值为：TdttvTV0|)(|1三、实验原理、方法和手段：4.有效值电压表交流电压的有效值是指在一个周期内，通过某纯电阻负载所产生的热量与一个直流电压在同一个负载上产生的热量相等时，该直流电压的数值就是交流电压的有效值。在现代有效值电压表中，常采用热电变换和模拟计算电路两种方法来实现有效值的测量。热电变换是通过一个热电偶实现的，当加入电压后，热电偶两端由于存在温差而产生热电动势，于是热电偶中将产生一个电流使得电流表偏转而产生读数。模拟计算电路是使用模拟电路直接实现有效值电压表的计算公式来得到电路的有效电压。四、实验步骤：1.调节函数发生器，使输出100KHz，峰—峰值=5.66V(值用示波器测试)，分别用三只电压表对该输出信号进行测试，将读数记录进数据表。2.将函数发生器改为三角波输出，频率、幅度与上述相同，重复上述的测量。3.将函数发生器改为方波输出、频率、幅度与上述相同，重复上述的测量。4.根据测得数据判断各电压表的检波类型。四、实验步骤：表2-1电压表波形响应数据表信号源输出电压表读数波形峰—峰值XS2172DA30DA22－A正弦5.66V三角5.66V方波5.66V电压表型判断四、实验步骤：5.测量电压表DA22—A的幅频特性(只测量低频段)。调节函数发生器，使输出200KHz有效值为2V的正弦波，用DA22—A测量其输出值。然后逐步降低正弦信号的频率，幅度不变（可用示波器监测），观察电压表指示对频率变化的响应，并逐点记下电压表读数。四、实验步骤：表2-2DA22－A频率响应数据表频率(KHz）电压读数(V)频率(KHz）电压读数(V)五、思考题：1.为什么当测量信号频率发生变化时，电压表的测量值会发生变化？2.三种电压表各有什么样的优缺点。六、实验报告：1.实验报告中应将电压表判别方法和判别结果写明。对于DA22—A表，应用方格纸将其频率响应曲线画出，找出频带下限。2.在实验中，你对思考题中问题的分析。实验三：Q表的应用实验学时：2学时实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的：1.加深对谐振法测量阻抗原理的了解。2.学习Q表的原理和使用方法。二、实验内容：使用Q表测量二只电感器的Q、L、值以及一只＜460PF电容器的容量和一只＞460PF电容器的容量，理解谐振法的原理。三、实验原理、方法和手段：1.谐振法原理如图3－1中回路调谐在谐振状态，则：图3－1REImcL1cRELREUmmccRRLQ1QEUmc三、实验原理、方法和手段：式中R是整个回路的电阻，，其中包括了电感的损耗和电容的损耗。所以Q值是谐振回路的Q值。当RC小到可以忽略时，上面的Q值就等于电感的Q值，即反之，RL可忽略时QC=Q。CLRRRmcLEUQQ/三、实验原理、方法和手段：Q表组成与原理Q表原理简图如图3－2：图3－2如图中，左边的振荡器即是高频信号发生器，它的输出经分压电阻耦合到测量回路。耦合电阻Ri很小（约0.04Ω），在Q值测量中可以忽略。可变电容器C的损耗极小，所以RC亦可以忽略不计。三、实验原理、方法和手段：Q表面板上安排如图3－3：图3－3四、实验步骤：1.使用准备a．Q表通电前，校正定位表和Q值指示值的机械零点；再将“定位粗调”旋钮向减方向旋到底，“定位零位校直”和“Q值零位校直”置于中心位置，微调电容器调到零。b．接通电源，预热20分钟。四、实验步骤：2．测量电感的Q值a．将被测电感接在Q表“Lx”接线柱上；b．调整振荡器波段开关和频率度盘到测量频率点；c．将“Q值范围”开关放在适当的档级上；d．调节“定位校直”使定位表指标零点；e．调节“定位粗调”“定位细调”使定位表指标在“Q×l”点上．f．调节主调电容器到远离谐振点(使Q值电表指示最小)；g．调节“Q值零位校直”使Q值电表指示零点；h．再调节主调电容度盘到谐振，调节微调电容度盘到谐振点，即Q指示表读数达到最大，此读数即为电感的Q值。注意读Q值时，定位表必须指示在“Q×l”点上，否则读数不准。以上测量没有考虑电感的分布电容C0，测得Q值与实际值有误差；在测得Lx后可进行修正：式中Qm是测得值，Q值是实际值，C1是谐振时主调电容器的读数与微调电容器读数之和，C0是电感分布电容。101CCCQQm四、实验步骤：3．测量电感器的电感a．将被测电感接在“Lx”接线柱上。b．根据被测电感的大约值在面板上的对照表中选择一标准频率，将振荡器调节到这一标准频率上。c．同上面2中c—g条。d．微调电容刻度放在“0”上，调节主调电容刻度到谐振，这时刻度盘所指的电容值为C1，将度盘对边的电感值乘以对