电子测量技术实验指导书

-1-第一部分绪论本指导书是根据《电子测量技术》课程实验教学大纲编写的，适用于电子信息工程专业。一、本课程实验的作用与任务电子测量技术实验是电子测量技术课程的重要环节，对更好地学习电子测量技术课程有很大的帮助。通过实验，使学生具有初步分析、处理电子测量技术实验中出现的各种问题的能力，并且锻炼学生独立完成电子技术实验的能力，从而使学生具备初步的工程实践能力。二、本课程实验的基础知识本课程实验需要掌握电子测量的内容和特点，误差的概念、来源以及分类，测量数据的处理方法，信号发生器的性能指标，电子示波器的性能，电子计数法测量频率、电子计数法测量周期以及电子计数法测量时间间隔的原理，相位差测量、电压测量以及阻抗测量的原理等基础知识。-2-三、本课程实验教学项目及其教学要求序号实验项目名称学时教学目标、要求1电阻、电压等精度测量2掌握电阻电压的测量方法及其误差分析方法，掌握数字万用表、示波器的正确使用方法。2函数信号有效值测量2掌握函数信号发生器、示波器、DVM的使用方法；理解不同检波方式表头测量不同波形时的换算关系。3频率测量实验2掌握EE16XX系列函数发生器、频率计的使用方法，理解频率测量中的闸门概念。4波形信号参数测量2掌握波形参数：峰峰值、平均值、脉冲上升时间等参数的测量方法，掌握示波器、函数信号发生器的使用方法；理解不同波形相应参数的不同含义。合计8第二部分基本实验指导实验一电阻、电压等精度测量一、实验目的掌握电阻电压的测量方法及其误差分析方法，掌握数字万用表、示波器的正确使用方法。-3-二、实验原理（1）示波器通用电子示波器的工作原理，它是一种对电压敏感的电子仪器。应该说，在示波器荧光屏上进行的所有测量，都归结为对电压的测量。不言而喻，电子示波器则就是测量电压的显示仪器。用电子示波器测量电压，其原理就是基于被测量的未知电压使电子束产生正比的偏转。当只测量电压数值大小的时候，可以在X轴上不加入扫描信号。被测电压为直流的情况下，其电子束光点的偏移量正比于待测电压的大小。当被测电压为正负半波对称的正弦电压或其他各种波形的交变电压时，其电子束的偏转高度正比于被测电压振幅值的两倍，即双峰值，亦称双巅值。（2)数字万用表数字万用表是在直流数字电压表的基础上扩展而成的。为了能测量交流电压、电流、电阻、电容、二极管正向压降、晶体管放大系数等电量，必须增加相应的转换器，将被测电量转换成直流电压信号，再由A/D转换器转换成数字量，并以数字形式显示出来。数字万用表的基本结构如下图所示。它由功能转换器、A/D转换器、LCD显示器（液晶显示器）、电源和功能/量程转换开关等构成。-4-我们所用的数字万用表是三位半的，即就是说满度为2000，数字显示最大值为1999。三、主要仪器及耗材DT890C+型数字万用表；直流稳压源；YB5400型示波器。四、实验内容与步骤（1）直流电压的测量直流电压的测量，使用数字万用表测量直流稳压电源的输出值，将测量数据填A表，并以Y轴表示偏差d，X轴表示测量点，画图表示测量结果。(2)电阻的测量用DMM中的DVM对标称值为1k，1.5k两种电阻测量10次，用DVM与示波器对标称值为1.5V的干电池测量10次，记录下各次测量值B、C表（4位有效数字）。-5-数据处理与分析对所记录的等精度测量结果进行数据处理，并填写下表：测量结果表达式：X=X3X(X:10次测量结果的平均值；3X：X的边界误差)。要求结果保留三位有效数字。A）直流稳压电源输出电压测量结果输出电压值1V2V3V4V5V6V7V8V9V10V实际测量值偏差值dB）1K、1.5K电阻测量结果次数被测电阻一二三四五六七八九十X1K1.5KC）1.5V干电池电压的测量结果次数测量仪器一二三四五六七八九十XDVM示波器五、实验注意事项使用示波器测直流电压时，应注意：a.定量观测波形时，应尽量在屏幕的中心区域进行，以减少测量误差；b.被测信号电压（直流加交流峰值）的数值不应超过示波器允许的最大输-6-入电压；c.调节各种开关、旋钮时，不要过分用力，以免损坏；d.探头和示波器应配套使用，不用互换，否则可能导致误差或波形失真。实验二函数信号有效值测量一、实验目的掌握函数信号发生器、示波器、DVM的使用方法；理解不同检波方式表头测量不同波形时的换算关系。二、实验原理函数发生器常用电路的组成框图如下图所示。它主要由正、负电流源，电流开关，时基电容，方波形成电路，正弦波形成电路，放大电路等部分组成。它的工作原理是，正电流源、负电流源由电流开关控制，对时基电容C进行恒流充电和恒流放电。当电容恒流充电时，电容上电压随时间线性增长（uc＝CQ＝tCidt0/＝CIt），当电容恒流放电时，其上电压随时间线性下降，因此，在电容两端得到三角波电压。三角波电压经方波形成电路得到方波，三角波经正弦波形成电路转变为正弦波，最后经放大电路放大后输出。-7-负电流源»+VCF频率调节调整放大正电流源电流开关方波形成电路正弦波形成电路放大电路C输出三、主要仪器及耗材DT890C+型数字万用表；YB5400型示波器；EE1643型函数发生器。四、实验内容与步骤用EE5111A多功能测试仪中的函数发生器产生峰峰值5V，频率为1KHZ的正弦波（用示波器监测），用示波器与DVM分别测其有效值，并记录10次数据（4位有效数字）,将波形换为三角波与方波，重复上述过程。五、数据处理与分析通过波形换算系统，分别写出三角波与方波的有效值，并对所记录的等精度测量结果进行数据处理，填写下表：测量结果表达式：X=X3X(X:10次测量结果的平均值；3X：X的边界误差)，要求结果保留三位有效数字。A）正弦波有效值的测量结果-8-次数测量仪器一二三四五六七八九十XDVM示波器B）三角波有效值的测量结果次数测量仪器一二三四五六七八九十XDVM示波器C）方波有效值的测量结果次数测量仪器一二三四五六七八九十XDVM示波器六、实验注意事项使用示波器测交流电压时，应注意：a.显示波形时，亮度不宜过亮，以延长示波管的寿命。若中途暂时不观测波形，应将亮度调低；b.定量观测波形时，应尽量在屏幕的中心区域进行，以减少测量误差；c.被测信号电压（直流加交流峰值）的数值不应超过示波器允许的最大输入电压；d.探头和示波器应配套使用，不用互换，否则可能导致误差或波形失真。实验三频率测量实验一、实验目的-9-掌握EE16XX系列函数发生器、频率计的使用方法，理解频率测量中的闸门概念。二、实验原理100MHz频率计数器的组成框图如下图所示。内测频时，由单片机控制输入选择门，选通主函数发生器的信号，然后打开主控双稳在选定的1s或0.1s的时间内，使得“E计数器”累计被测信号个数，“T计数器”累计标准钟10MHz信号个数，控制主控双稳的触发信号，均由被测信号产生，故“T计数器”的累计个数可保证被测信号的整周期内的个数，再给单片机，计算处理后送显示器。故此测量方法谶纬整周期测量。而误差仅为1个脉冲周期（0.1us）这种测量方法可保证低频测量时误差较标准闸门时间内测频方法大大减少（外测频时，单片机选中外测量信号进入“E计数器”进行测量）。输入放大整形器可保证不同的输入信号，经过此通道后，均可整形为标准的TTL电平的脉冲信号。输入衰减器，输入低通滤波器的设计，使得外测量信号、幅度可达到20Vrms和大大提高低频测量的准确性，提高抗干扰能力。CPU输入放大整形器选择门主控双稳E计数器T计数器显示fi1Hz－100MHzfi/1fi/16fo10MHQDCP来自内主函数发生器闸门+5V0.1s1s内外三、主要仪器及耗材-10-EE1643型函数发生器；YB5400型示波器。四、实验内容与步骤1）用EE1642函数发生器产生1KHZ，10KHZ，VP-P=5V的正弦波、三角波、方波。用EE16543函数发生器进行测量其频率。2）调节各功能开关即按钮，用函数信号发生器产生符合下列要求的信号，并用示波器观察信号波形。把数据填入表D中。信号1：频率为100Hz，幅度为0.5V（有效值，下同）的正弦波信号2：频率为1KHz,幅度为1V的正弦波信号3：频率为15KHz，幅度为1.5V的正弦波信号4：频率为100KHz,幅度为0.5V的正弦波五、数据处理及误差分析对不同方式下所记录的数据进行处理，并写出结果分析（5位有效数字）测量结果表达式：X=X3X(X:10次测量结果的平均值；3X：X的边界误差)。A）1KHZ、10KHZ，VP-P=5V正弦波频率的测量结果次数被测频率一二三四五六七八九十X1K10KB）1KHZ、10KHZ，VP-P=5V三角波频率的测量结果次数被测频率一二三四五六七八九十X1K-11-10KC）1KHZ、10KHZ，VP-P=5V方波频率的测量结果次数被测频率一二三四五六七八九十X1K10KD)函数信号发生器产生的信号测量结果信号要求频率幅度示波器测量的信号幅度示波器你测量的信号频率信号1信号2信号3信号4六、实验注意事项使用函数发生器、频率计时，应注意：a.使用前，开机预热5分钟，等待自检，自检正常后，方可进行测量；b.本实验所需信号应从50主函数输出端口输出；c.本实验应将内计数器或外计数器选择按键按下，此时内置的100MHz频率计将测量机内主函数发生器所产生的频率；d.将从50主函数输出端口的信号输出到外部计数输入端。-12-实验四波形信号参数测量一、实验目的掌握波形参数：峰峰值、平均值、脉冲上升时间等参数的测量方法，掌握示波器、函数信号发生器的使用方法；理解不同波形相应参数的不同含义。二、实验原理（1）示波器通用电子示波器的工作原理，它是一种对电压敏感的电子仪器。应该说，在示波器荧光屏上进行的所有测量，都归结为对电压的测量。不言而喻，电子示波器则就是测量电压的显示仪器。用电子示波器测量电压，其原理就是基于被测量的未知电压使电子束产生正比的偏转。当只测量电压数值大小的时候，可以在X轴上不加入扫描信号。被测电压为直流的情况下，其电子束光点的偏移量正比于待测电压的大小。当被测电压为正负半波对称的正弦电压或其他各种波形的交变电压时，其电子束的偏转高度正比于被测电压振幅值的两倍，即双峰值，亦称双巅值。-13-（2）函数发生器函数发生器常用电路的组成框图如下图所示。它主要由正、负电流源，电流开关，时基电容，方波形成电路，正弦波形成电路，放大电路等部分组成。它的工作原理是，正电流源、负电流源由电流开关控制，对时基电容C进行恒流充电和恒流放电。当电容恒流充电时，电容上电压随时间线性增长（uc＝CQ＝tCidt0/＝CIt），当电容恒流放电时，其上电压随时间线性下降，因此，在电容两端得到三角波电压。三角波电压经方波形成电路得到方波，三角波经正弦波形成电路转变为正弦波，最后经放大电路放大后输出。负电流源»+VCF频率调节调整放大正电流源电流开关方波形成电路正弦波形成电路放大电路C输出三、主要仪器及耗材YB5400型示波器；EE1643型函数发生器。四、实验内容与步骤用EE1643函数发生器产生1KHZ，10KHZ，VP-P=5V的正弦波、三角波、方波，-14-分别测其峰峰值、最大值、最小值、频率、周期。对方波还需测其上升时间、下降时间、正脉冲宽度、占空比等。记录10次（4位有效数字）。五、数据处理与分析对所记录的等精度测量结果进行数据处理，并写出测量结果表达式：X=X3X(X:10次测量结果的平均值；3X：X的边界误差)。要求结果保留三位有效数字。A1）1KHZ，VP-P=5V正弦波频率的测量结果次数被测量一二三四五六七八九十X峰峰值最大值最小值频率周期A2）10KHZ，VP-P=5V正弦波频率的测量结果次数被测量一二三四五六七八九十X峰峰值最大值最小值频率周期-15-B1）1KHZ，VP-P=5V三角波频率的测量结果次数被测量一二三四五六七八九十X峰峰值最大值最小值频率周期B2）10KHZ，VP-P=5V三角波频率的测量结果次数被测量一二三四五六七八九十X峰峰值最大值最小值频率周期C1）1KHZ，VP-P=5V方波频率的测量结果