电子测量实验指导书

电子测试技术实验指导书刘艳妮李精华陈锡华桂林航专电子工程系二00八年十二月目录实验一交流毫伏表电压测量…………………………………1实验二检测电子测量设备的频率特性………………………4实验三测量电子元件参数……………………………………6实验四示波器测量频率………………………………………8实验五示波器测量晶体管的输出特性曲线…………………11实验六测量有源网络的特性…………………………………141实验一交流毫伏表电压测量一、实验目的1.学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表等的主要技术指标、性能参数及其使用方法；2.初步掌握利用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法；3.掌握交流电压的测量方法和测量原理；4.掌握交流毫伏表的检波类型。二、实验原理交流电压的测量主要是通过交—直流转换器将被测的交流电压转换为与之成比例的直流电压后，再进行直流电压的测量。用模拟电路的技术和方法测量交流电压，最常用的转换器有峰值检波器、平均值检波器和有效值—直流变换电路，采用峰值检波器的电压表称为峰值电压表，采用平均值检波器的电压表称为平均值电压表，有效值电压表采用的是有效值—直流变换电路。平均值电压表的读数与被测电压的平均值成正比。但电压表度盘是以正弦波的有效值定度的，就是说一个有效值为U的正弦电压加到平均值电压表上时指示值为U而不是平均值U。如果被测信号是非正弦波，则必须进行“波形换算”，由示值Ua通过计算可得被测信号的平均值aaUUU9.011.1再根据被测信号的波形系数KF得到被测电压的有效值UxrmsaFUK9.0Uxrms显然，如果被测信号是非正弦波时，直接将电压表的示值作为被测电压的有效值，必将带来较大的误差，通常称为“波形误差”或“示值误差”。波形误差用相对误差来表示，其计算公式为%100)9.01(%1009.0FaaFaKUUKU所以在使用交流电压表测量交流电压时应注意电压表的检波类型。峰值电压表的读数与被测电压的峰值成正比。电压表度盘同样是以正弦波的有效值定度的，一个有效值为U的正弦电压加到峰值电压表上时指示值为U而不是峰值UP。只有将指示值Ua乘以正弦信号的波峰因数KP（＝1.414）才能得到被测电压的峰值UP。如果被测信号是非正弦波，则必须进行“波形换算”，由示值Ua通过计算可得被测信号的峰值aPUU2再根据被测信号的波峰因数KF得到被测电压的有效值UxrmsaPPPUKKU2Uxrms显然，如果被测信号是非正弦波时，直接将峰值电压表的示值作为被测电压的有效值，带来2的波形误差为%100)21(%1002PaPaaKUKUU所以当使用平均值电压表和峰值电压表测量交流电压大小时，不能直接将电压表的指示值作为被测电压的有效值，必须进行波形换算，然后根据被测信号的波形或波峰因数得到被测信号的有效值。采用有效值电压表测量交流电压时，示值为被测交流信号的有效值。三、实验设备名称数量函数信号发生器1台双踪示波器1台交流毫伏表1台四、实验内容及步骤交流电压的测量方法是将电压表并联于被测电路两端，得到被测电路的电压。本次实验是利用交流毫伏表测量峰峰值为4V的正弦波、方波和三角波的电压值，并根据测量电压值确定所用交流毫伏表的检波类型。实验步骤：1.调节函数信号发生器输出频率为1KHz、峰峰值为4V的正弦波，并用示波器监测信号，在下面各步骤中保持峰峰值4V不变。2.用交流毫伏表测量正弦波电压值，记录交流毫伏表的读数。3.改变函数信号发生器输出信号频率分别为10Hz、100Hz、10KHz、100KHz、1MHz。用交流毫伏表分别测量不同频率的正弦波电压值，设计表格，记录交流毫伏表的读数。4.改变函数信号发生器输出信号波形分别为三角波、方波，重复上述步骤进行测量并记录交流毫伏表的读数。5.对记录的数据进行处理，判断交流毫伏表的检波类型。频率10Hz100Hz1KHz10KHz100KHz1MHz正弦波三角波方波五、实验报告1．认真记录并整理实验数据。32．根据记录的测量数据，分析测试结果，给出交流毫伏表的检波类型及其判别的依据，并总结相关内容。4实验二检测电子测量设备的频率特性一、实验目的1．进一步熟练使用双踪示波器、函数信号发生器、晶体管毫伏表等常用的测量仪器；2．掌握检测电子测量设备频率特性的方法。二、实验原理线性系统对正弦输入信号的稳态响应，称为系统的频率特性。要测量线性网络的频率特性，必须给被测网络施加激励信号。频率特性的基本测量方法取决于加到被测系统的激励信号，激励信号的不同，决定了频率特性测量方法的不同。经典的测量方法是静态的正弦波点频测量法，继而是动态的正弦波扫频测量法，进而是采用伪随机信号作激励信号的广谱快速测量法，后期又提出了以具有素数关系的多正弦波序列作激励信号的多频快速测量法。本实验采用点频测量法检测交流毫伏表的幅频特性。点频测量是逐步输入不同频率的等幅度的正弦波信号，测量输出信号的幅度。通过逐点测量，描绘频率特性。三、实验仪器名称数量双踪示波器1台函数信号发生器1台晶体管毫伏表1台四、实验内容及步骤：测量交流毫伏表的频率带宽。实验步骤：1.调节函数信号发生器，输出频率为1KHz，峰峰值为4V的正弦波，并用示波器监测信号，在下面各步骤中保持峰峰值4V不变。2.用交流毫伏表测量正弦波的电压值，设计表格，记录读数。3.保持函数信号发生器输出的正弦波信号幅度不变（示波器监测信号幅度），改变其频率，记录交流毫伏表的读数。(1)从1KHz逐步增大信号频率，当交流毫伏表的读数变化不多时，每2倍频记录一个交流毫伏表的读数；当交流毫伏表的读数变化较大时，微调频率，读数每变化0.1V记录一个交流毫伏表的读数。(2)从1KHz逐步降低信号频率，当交流毫伏表的读数变化不多时，每1/2倍频记录一个交流毫伏表的读数；当交流毫伏表的读数变化较大时，微调频率，读数每变化0.1V记录一个交流毫伏表的读数。4.绘制交流毫伏表的测量频率特性曲线。5.根据记录的数据及绘制的频率特性曲线给出交流毫伏表的测量带宽，并检验交流毫伏表在测量带宽范围内，测量误差是否满足要求，即在5Hz～2MHz内测量误差不大于±10％。五、实验报告要求1．认真记录数据；2．用坐标纸定量描绘测试波形，正确标明相应坐标；53．根据测量数据和波形，分析测试结果，总结相关内容。6实验三测量电子元件参数一、实验目的1.掌握电阻测量的基本原理和方法；2.掌握在线测量电阻的电路工作原理；3.学会分析测量元件参数误差产生的原因。二、实验原理电阻是电路中应用最多的元件之一，常用于对电流信号进行分流或对电压信号进行分压。最常用的电阻测量工具为万用表和电桥。模拟万用表和数字万用表均有电阻测量档。使用模拟万用表测量电阻之前，要先将两表笔短路，调节调零电位器，使其指示为零。在测量过程中要适当调整万用表的量程范围，尽量使仪表的指针处于仪表的中间位置，减小读数的误差。数字万用表测量电阻不仅不需调零，而且精度比模拟万用表高，不过由于其输入电阻的影响，在测量阻值较小的电阻时，相对误差也很明显。当对电阻的测量要求精度要求很高时，可用直流电桥进行测量。一种叫惠斯登电桥的测量方法原理如图1所示。图中R1、R2是固定电阻，R1/R2=K,RN为标准电阻，Rx为被测电阻，G为检流计。测量时，通过调节RN，使电桥平衡，此时有NxRRRRRR1122即xNRRRR12所以NNxKRRRRR12图1惠斯登电桥测电阻本次实验介绍一种在线测量电阻的方法，电路采用三线测量，电路图如图2所示。二、实验仪器名称数量实验箱1台万用表1只三、实验内容及步骤电阻在线测量，电路图如图2所示。实验步骤：1.按图1连接好测量电路。图中a、b、g为测量的三个探头。把1KΩ电阻接于a、b两端，电阻测量量程切换至2KΩ档，观测电压表的读数(设为a)是否为1.000V左右（理论上为1.000V，表示1000Ω，思考原因），记录电压表的读数a。2.依次切换量程到20KΩ、200KΩ，记录电压表读数分别为a1、a2，并计算a1、a2的理论值，与实测的数据进行比较，分析误差产生的原因。RNR1RxR2＋－G73.a、b两端连接被测电路板中要测量的电阻Rx，g接被测电路板的公共端（一般为被测电路板的地端，也可是除a、b接点之外的任意节点），记录此时电压表读数（设为b）。4.根据记录的数据b，计算被测电阻Rx的阻值，并给出Rx表达式，与Rx实际值进行比较，检验测量结果是否正确。5.测量中应注意量程的切换，以保证测量的精度最高。6.用万用表欧姆档直接测量被测电路板中要测量的电阻Rx，测量所得的电阻值和在线测量电路测量所得的结果进行比较，并进行分析。四、实验报告要求1．认真记录数据；2．根据电路原理图和在线电阻测量原理，给出被测电阻Rx与电压表读数的关系表达式；3．分析测试结果，总结相关内容。五、思考题分析电阻在线测量的原理和产生测量误差的原因。图2电阻在线测量电路图8实验四示波器测量频率一、实验目的1、进一步学习示波显示的基本原理，熟悉示波器的操作使用；2、掌握利用示波器测量频率的方法。二、实验原理用示波器测量信号频率的方法基本上可分为两大类。一种是利用扫描工作方式（即测周期法）；另一种是用示波器的X-Y工作方式（即李沙育图形法）。1.测周期法。调节示波器旋钮，使屏上显示波形的幅度合适、宽度适宜，记录“时基因数（t/div）”档位数值（设为Dx，单位为“s/cm”或“s/div”），以及交流信号一个周期在X轴上所占的距离x，则所测信号的周期为T=xDx被测信号的频率为f=1/T=1/(xDx)为了减小测量误差，测量周期时，可采用多个周期测量求平均的方法。2.李沙育图形法。示波器工作在X-Y工作方式，此时锯齿波信号被切断，X轴输入已知标准频率的信号ux，经放大后加至水平偏转板。Y轴输入待测频率的信号uy，经放大后加至垂直偏转板，荧光屏上呈现的是ux和uy的合成图形，即李沙育图形。根据已知信号的频率，从李沙育图形的形状可以判定被测信号的频率。当李沙育图形稳定后，设荧光屏X轴方向与图形的切线交点数为Nx，Y轴方向与图形的切线交点数为Ny，则已知频率fx与待测频率fy有如下关系：yxxyyxNNffTT即yxxyNNff参照图1所示的李沙育图形及上式即可测出被测信号的频率。9045901351801xyff12xyff13xyff23xyff图1几种常用的李沙育图形由于这种方法采用的是频率比，因而它的测量准确度取决于标准信号发生器的频率准确度和稳定度。这种方法一般适用于被测信号频率和标准频率十分稳定的低频信号，而且一般要求两频率比最大不超过10，否则图形过于复杂而难以测量。三、实验仪器名称数量双踪示波器1台函数信号发生器2台四、实验内容及步骤分别用测周期法和李沙育图形法测量信号的频率。实验步骤：1.调节函数信号发生器，用示波器对其监测，输出峰峰值为4V，频率为1KHz的正弦波，接入示波器的通道1。2.将示波器的“扫描微调”旋钮置于“校准（CAL）”位置，选用合适的输入耦合方式，调节“V/div”“t/div”等有关的开关旋钮，使屏上显示波形的幅度合适、宽度适宜，记录下“时基因数”的档位数值Dx，以及交流信号一个周期在X轴上所占的距离x，则所测信号的周期为T=xDx，被测信号的频率为f=1/T=1/(xDx)。3.比较用测周期法得到的信号频率是否为1KHz，改变函数信号发生器的输出频率，用相同的方法计算示波器显示的波形频率，与理论值进行比较。4.调节函数信号发生器，用示波器对其监测，输出峰峰值为4V，频率为1KHz的正弦波，同时加到示波器的X轴和Y轴输入，观察示波器上显示的图形是否为与水平轴呈45°的一条直线（见图1）。5.保持此信号发生器输出信号不变，加到示波器X通道，由另一信号发生器输出频率为2KHz的正弦波，加到示波器的Y通道，在示波器的屏幕上引一条水平线和一条垂直线与李沙育图形相交，即可得到X、Y方向上的交点数，观察示波器上显示的波形与图1所