电子测量实验报告

福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告课程名称：电子测量技术姓名：系：电子信息工程系专业：电子信息工程年级：2008级学号：指导教师：职称：2011年6月28日实验项目列表序号实验项目名称成绩指导教师1示波器、信号发生器的使用易金聪2电子计数器的使用易金聪3交流电压测量易金聪4567891011121314151617181920福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告实验一：示波器、信号发生器的使用1．实验目的和要求1）掌握通用示波器的基本组成及各部分的作用；掌握波形显示的基本原理、扫描及同步的概念；了解电子示波器的分类及主要技术性能指标。2）了解各种信号发生器如正弦信号发生器、低频信号发生器等的工作原理和性能指标以及信号选择。2．实验方法1）用各种示波器进行实际测量演示，熟悉各种示波器的面板，操作方法及功能特点。2）用示波器对各种信号发生器的性能指标参数进行测量。3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境）1）函数信号发生器，型号YB1634，指标：0.2Hz-2MHz，数量2台；2）双踪示波器，型号YB4320A，指标：20MHz，数量1台。3）其它实验室常用工具。4．操作方法与实验步骤1）作好使用示波器前的调亮、聚焦、校正等准备工作。2）用示波器测量方波的上升时间和下降时间。3）用示波器显示、测量正弦波的重复周期及电压峰—峰值。4）用示波器显示、测量三角波的波形对称度。5）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）观察方波和正弦波的x－y合成图形。（4）观察任意两种波形的合成图形。5．实验内容及实验数据记录1）作好使用示波器前的调亮、聚焦和校正等准备工作（1）打开示波器的电源开关后，先将示波器的两个通道的耦合方式置为地，然后分别通过调节示波器的辉度按钮“1RW”来改变荧光屏亮点的辉度即荧光屏的亮度，调节聚焦按钮“2RW”和辅助聚焦按钮“3RW”来使得电子束具有较细的截面，射到荧光屏上，以便在荧光屏上显示出清晰的聚焦很好的波形曲线。（2）分别对示波器的两个通道进行调零，然后调节示波器的CH1的“位移”旋钮及CH2的“位移”旋钮，分别将通道1的扫描线及通道2的扫描线调至中心位置，以便更好的观察波形。（3）调节“扫描微调”旋钮至校准位，将校准信号接入通道1，观测显示是否正确（其中示波器提供的是标准的1KHZ）。（4）按下“CH2”按钮，显示通道2的扫描线，调节“触发电平”旋钮至锁定位置。2）各种波形参数测量（1）方波①上升时间tr测量对示波器进行调零完之后，再用同轴电缆将示波器和信号发生器连接起来，在波形选择档选择方波的波形，当得到所要的方波波形之后，调节示波器的时基旋钮将波形展开，使波形放大，接着按下扫描因数×5的扩展键，调节水平旋钮，并调出两条水平引线，以便对波形的高度即上升时间进行读数，具体的计算公式如下：上升时间rt=上升沿格数×扫描时基刻度÷5②下降时间tf测量在上述测量上升时间的基础上，调节水平旋转钮，观察并读取其波形的下降时间，参考公式如下：下降时间ft=下降沿格数×扫描时基刻度÷5③直流偏置电压V0测量在前两步的基础上，接着按下信号源的直流偏置按钮，并读出波形峰值的格数即高度1g，然后将CH1置为交流耦合并读波形峰值的格数2g，最后按以下公式计算直流偏置电压0V：直流偏置电压0V=(1g-2g)×垂直幅度刻度（2）正弦波测量重复周期0T及电压峰—峰值PPU。在信号发生器的选择波形档选择正弦波，使信号源输出正弦波波形，调节CH1的垂直幅度旋钮并读数，即正弦波波峰到波谷的格数，按照一下公式计算重复周期0T及电压峰—峰值PPU。电压峰—峰值PPU=波峰到波谷的格数×垂直幅度刻度重复周期0T=单周期的格数×扫描时基刻度（3）三角波波形对称度baTT测量在信号发生器的选择波形档选择三角，使其输出三角波的波形图，同样按照对方波和正弦波的测量方法先调节CH1的垂直幅度旋钮，然后读数，最后参照下列公式计算波形对称度：上升时间aT=上升沿格数×扫描时基刻度下降时间bT=下降沿格数×扫描时基刻度波形对称度=baTT6．实验数据处理与分析显示波形的观测（1）选择不同的触发极性按下“极性”按钮并观察波形显示，（2）选择不同的扫描速度选切换信号源的频率档位，选择不同的扫描速度，调节扫描时基选钮并观察不同扫描速度下的波形显示，所观察到的波形如下所示：方波图形如下：上升时间tr测量图形如下：下降时间tf测量图形如下：正弦波图形如下：三角波图形如下：（3）观察交替扫描两个信号源分别输出不同频率、不同波形的信号，按下CH2按钮同时显示这两个信号，按下“交替触发”按钮并观察波形显示。（4）观察波形叠加两个信号源分别输出相同频率、不同波形的信号，按下CH2按钮同时显示这两个信号。按下“叠加”按钮并观察波形显示，所观察到的波形如下所示：（5）观察任意两种波形的yx合成图形调节函数信号发生器和示波器，并通过示波器分别观察输出的方波和正弦波的yx合成图形、同频正弦波的yx合成图形，并且调节其中一个正弦波的幅度并观察其图形的变化。从示波器上可以看出输出的为李沙育如图形。方波和正弦波的yx合成图形两个同频正弦波的yx合成图形7．质疑、建议、问题讨论1)思考题（1）利用示波器测量各种波形参数时，如何减小其测量误差？示波器屏上的波形大小要适中，使得读数尽量精确。（2）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？答：①触发耦合方式目的是为实现信号的稳定、可靠，它分为电容触发和直流触发。前者只允许用触发信号的交流分量触发，但如果触发信号的频率小于10Hz会造成触发困难；后者不隔断触发信号的直流分量，当触发信号的频率较低或者触发信号的占空比很大时，用直流耦合较好。②其扫描方式有自动、常态、单次三种扫描方式。自动：当无触发信号输入，或者触发信号频率低于50Hz时，扫描为自激方式。一般测量均使用该方式常态：当无触发信号输入时，扫描处于准备状态，没有扫描线。触发信号到来后，触发扫描。单次：单次按钮类似复位开关。单次扫描方式下，按单次按钮时扫描电路复位，此时准备好(Ready)灯亮。触发信号到来后产生一次扫描。单次扫描结束后，准备灯灭。单次扫描用于观测非周期信号或者单次瞬变信号，往往需要对波形拍照。（3）测量方波的上升和下降时间可以有哪些方法？答：利用能量等效的方法进行脉冲上升/下降沿时间高精度测量的方法。虽然波形的上升时间是一个定值，而用数字示波器测量出来的结果却因为扫速不同而相差甚远。模拟示波器的上升时间与扫速无关，而数字示波器的上升时间不仅与扫速有关，还与采样点的位置有关，使用数字示波器时，我们不能象用模拟示波器那样，根据测出的时间来反推出信号的上升时间。（4）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？当x偏转板上无扫描信号时，能在荧光屏上看见什么？答：①“李沙育图形”，即“李萨如图形”，就是将被测频率的信号和频率已知的标准信号分别加至示波器的Y轴输入端和x轴输入端，在示波器显示屏上将出现一个合成图形，这个图形就是李沙育图形。李沙育图形随两个输入信号的频率、相位、幅度不同，所呈现的波形也不同。②用李沙育图形测频率是基于比较法。③当x偏转板上无扫描信号时，在荧光屏上没有光点或波形。2)问题讨论：本实验体现了电子示波器的功能，可以显示电信号的波形，也可以测量瞬时信号，有直观性，电子示波器还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），这是电压表所做不到的。可以观察到高速变化的波形的细节，也可描绘出任意二个电压或电流的函数关系，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。总结：通过本次实验我学到了一些实际的操作，在课本上，我们只是没到了理论的知道，并没有实际的经验，这次的实验充分体现了电子示波器的基本特点，从而也知道了它的用途，基本上掌握了怎么用电子示波器，为后面的实验打下基础。福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告实验二：电子计数器的使用1．实验目的和要求1）掌握电子计数器的工作原理，掌握电子计数法测频、测周的原理和方法；了解闸门时间、时标的基本概念及频率标准与校频的方法。2）掌握采用不同闸门时间对不同的频率、周期、时间间隔进行测量的方法和误差分析方法。2.实验原理1）利用函数信号发生器产生不同的信号，利用电子计数器测量信号的时间、频率和周期，选择不同的闸门时间，测出各次测量结果并计算相对误差。2）根据测量结果和误差分析结果，选择不同的测量方案，并对各方案进行比较。3.主要仪器设备（实验用的软硬件环境）EE1641B函数信号发生器/计数器；通用示波器SS-7821/11；其它实验室常用工具。4．操作方法与实验步骤1）使用电子计数器分别测量4个频率和4个周期信号，选择不同的闸门时间，测出各测量结果并计算相对误差。2）分析、设计测量方案，并正确选择电子计数器。5．实验内容及实验数据记录1)测频原理计数器的测频原理如下图所示。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N0＝f0×T。由于Nx/fx＝N0/f0＝T，则被测频率fx为：fx＝(Nx/N0)×f0开关脉冲发生器显示74LS14CLK2MHzFXFOfxIn2fxOUT3GATE测频原理框图2)实验步骤利用函数信号发生器产生不同频率的方波信号，由通用示波器器对其进行测频，选择不同的闸门时间，对测量结果进行比较和分析。利用函数信号发生器产生不同频率的方波信号，由通用示波器器对其进行测频，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：10Hz100Hz1KHz10KHz100KHz1MHz10ms0.1s1s10s6．实验数据处理与分析记录测量的频率值，并填写下表：10Hz100Hz1KHz10KHz100KHz1MHz10ms10.014100.0131.0007510.0015100.0191.000060.1s10.013100.0121.0001110.0012100.0271.000161s10.017100.0041.0003410.0013100.0331.0001010s10.1160100.0071.0002210.0015100.0401.0000047．质疑、建议、问题讨论（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？闸门时间信号频率闸门时间信号频率答：匣门时间与脉冲计数的相对误差成反比，在Fx不变的情况下，匣门时间越长，脉冲计数的相对误差就越大，测量精度就变小。（2）对于本实验系统而言，闸门时间的选择有何限制？答：在不使计数器产生溢出现象的前提下，应取匣门时间尽量大一些，以减少量化误差的影响，使测量的准确度最高。福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告实验三：交流电压测量1．实验目的和要求本实验为综合性实验，综合了示波器、函数信号发生器和交流电压的知识内容，目的是（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。2）掌握不同波形的电压的换算关系，并能对测量结果进行误差分析。2.实验原理1）用不同检波特性的电压表进行电压测量，并求出被测电压的均值U，峰值Uˆ，有效值U。2）观测各种电压表的读数与波形的关系，并分析电压测量的波形误差。3.主要仪器设备（1）DA-16晶体管毫伏表（均值检波）1台；（2）TD1914A数字毫伏表（有效值检波）1台；（3）函数信号发生器，型号YB1634，指标：0.2Hz-2MHz，数量1台；（4）双踪示波器，型号YB4320A，指标：20MHz，数量1台。（5）其它实验室常用仪器。4．操作方法与实验步骤1)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