《电子测量技术基础》实验指导书

《电子测量技术基础》实验指导书电子信息工程系2012-09目录实验一电压表的使用及交流电压的测量...............................1实验二通用计数器的实验.......................................................5实验三示波器测试技术与示波器的使用.............................131实验一电压表的使用及交流电压的测量一、实验目的1、掌握低频电压的测量原理及测量方法2、掌握高频电压的测量原理及测量方法二、实验仪器1、F05A型数字合成函数信号发生器2、DF2170D型交流毫伏表3、AS2271A型超高频毫伏表三、实验原理1、用交流毫伏表（均值电压表）测量低频电压均值电压表常用来测量1MHZ以下的低频信号电压。均值电压表的组成如图1-1所示。称放大—检波式电压表，即先放大后检波。检波器的基本电路如图1-2所示。宽带放大器均值检波器A图1-1均值电压表的组成图1-2平均值检波器均值电压表的直流输出01||TxUudtT恰好为|ux|的平均值，因此均值电压表的表头偏转正比于被测电压的平均值。均值电压表虽然是均值响应，但仍以正弦电压有效值刻度，因此，当被测信号为正弦信号时，其读数直接就是正弦电压的有效值。当被测信号为非正弦信号时，就需要如下换算：11.1UKUxF其中KF—为被测波形的波形系数。22、用超高频毫伏表（峰值电压表）测量高频电压峰值电压表又称检波—放大式电压表，即被测交流电压先检波后放大，然后再驱动直流电压表。峰值电压表的组成见图1-3所示。步进分压器斩波稳零式检波器A峰值检波器（探头内）图1-3检波—放大式电压表在峰值电压表中，常采用二极管峰值检波器，即检波器是峰值响应的。峰值电压表的表头偏转正比于被测电压（任意波形）的峰值，除特殊测量需要（例如脉冲电压表）外，峰值电压表是按正弦电压有效值刻度的，即：PPUUK式中U—正弦电压有效值KP—正弦电压的波峰因数这样，当用峰值电压表测量任意波形的电压时，只有把读数乘以2pK时，才等于被测电压的峰值。被测电压的有效值为：2xPUUK式中Kp—被测电压的波峰因数四、实验内容1、用函数发生器分别产生峰—峰值为5V、频率为1KHz、100KHz的正弦波、方波和三角波电压，用均值电压表分别予以测量，计算它们的峰值、均值和有效值，并计算误差，结果填入表1-1。2、用函数发生器分别产生峰—峰值为1V、频率为1KHz、1MHz的正弦波、方波和三角波电压，用峰值电压表分别予以测量，计算它们的均值、峰值和有效值，并计算误差，结果填入表1-2。五、实验注意事项1、AS2271A型超高频毫伏表（1）接通电源，预热5分钟；（2）平衡调节——把探头接到探头插座上，探头插入本仪器提供的T型接头内并3接终端50Ω负载，置量程为1mV档，调节BAL（平衡）钮使表针指在BAL区内；测量时去掉50Ω负载。（3）测量被测信号——选择合适的量程，对被测电压进行测量。六、实验报告要求1、实验结果填入表1-1和表1-2。表1-1均值表测量结果被测信号Vp-p=5V，f=1KHz读数均值有效值峰值误差正弦波方波三角波被测信号Vp-p=5V，f=100KHz读数均值有效值峰值误差正弦波方波三角波表1-2峰值表测量结果被测信号Vp-p=1V，f=1KHz读数均值有效值峰值误差正弦波方波三角波被测信号Vp-p=1V，f=1MHz读数均值有效值峰值误差正弦波方波42、分析上面计算误差的结果，并与均值表、峰值表的理论频率误差比较，理论与实际是否吻合，若不吻合请说明原因。5实验二通用计数器的实验一、实验目的1、熟悉通用计数器的工作原理及使用方法2、掌握用通用计数器进行频率测量的方法3、掌握用通用计数器进行周期、时间测量的方法二、实验仪器1、F10A、F05A型数字合成函数信号发生器各一台2、SP3122A型等精度通用计数器三、实验原理1、通用计数器测量频率的原理框图如图2-1所示：图2-1通用计数器测量频率的原理框图被测频率由A通道输入，经放大整形后，所得的矩形脉冲（其频率与被测信号的频率相同）输往主门，而门控双稳的输出信号控制主门的开启，门控双稳是用时基信号控制的（时基信号是晶振经逐级分频而获得的）。因此，在所选用的时基内，经整形后的被测信号通过主门而进入十进制计数器计数。被测频率Af为：AfNT注：一般计数器具有小数点自动移位功能，无须再换算。测量信号频率时，应将功能选择开关中的“测频”键按下。还应根据被测信号频率的高低选取“闸门时间”（闸门时间的调节方法：按下“闸门”按钮，调节“↑”、“↓”箭头键，按“确定”即可）。一般来说，当被测信号频率较高时，6闸门时间可取得短一些。当被测信号频率较低时，闸门时间应取得长一些。闸门时间取得愈短，测量结果与接近瞬时值，反之则愈接近于平均值。测频时，当被测频率有抖动时，要采用多次平均测量方法测量。方法如下：（1）被测信号从A通道输入，“测频”键按下。（2）设置测量次数：按“参数”键，选择“SampleNumber”（取样次数），再用面板上右侧的箭头键选择数值大小，至满意为止。调节范围2~2000。（3）按“功能”键，再按“↑”、“↓”箭头键，选择“AVG多次平均测量”即可。测量完毕后，显示的频率为N次测频的算术平均值：NiiAVGFNF11。2、频率比BAff/的测量测量频率比的原理框图如图2-2所示：图2-2测量频率比的原理框图被测信号fA和fB分别由A、B通道输入，都经放大、整形后变换成脉冲波。B通道的输出加到门控双稳，门控双稳的输出使主门开启，其开启时间等于fB的周期TB。则计数器计得TB时间内通过的fA信号，如果计数为N，则：NffBA/为了提高测量精度，可将B通道的输出进行m倍的分频（这里m=1,10,100,1000,10000）即TB可扩大m倍，则/ABffNm由于小数点位置与m取值的开关联动，故可直接以计数器读数表示所测频率7的比值。测量两信号的频率比值时，应按下功能选择开关中的“频率比”键，被测信号中频率较高的可从“输入B”插座输入。上述测量时注意：（1）当被测信号的频率低于100KHz时，按下相应通道的“低通滤波器”选择键，对被测信号滤波。（2）当被测信号低于1KHz时，请选用DC耦合。3、测量周期的原理框图见图2-3所示：图2-3测量周期的原理框图测量信号周期时应按下功能选择开关中“周期B”键，被测信号应从A通道输入。被测信号经放大整形后输到门控双稳，门控双稳的输出做主门控制信号，使主门只在测周期T的时间开启，标准时标信号通过主门进入计数器，标准时标信号是由石英晶体振荡器的输出信号经放大、整形后再进行分频或者倍频得到的。设时标周期为T0，计数数目为N，被测周期T为：0TNTT0可为0.1μs，1μs，10μs，0.1ms，1ms。4、时间的测量（1）时间A-B的测量时间A-B的测量是指测量A、B两列信号的时间差TA-B，其电路框图如2-48所示。测量方法与测量周期相仿，信号A和B分别控制主门的开与关，则主门开启时间就是A与B信号间的间隔。在主门开启的时间内，选择适当的时标信号通过主门送到计数器显示电路，设计数器读数为N，所选择的时标信号周期为T0，则A-B的时间间隔TA-B为：0ABTNT图2-4测量时间A-B的原理框图时间间隔测量方法：按“测时”键，仪器显示TAB=Wait……进入时间间隔测量状态。一般A、B通道信号性质相同时，A、B通道输入状态也应相同。再按“测时”键，仪器显示Wait……进入脉冲宽度测量状态。此时信号由A通道输入，在A、B通道窗口，通过上升沿和下降沿选择键，可测量正脉冲宽、负脉冲宽和单周期。（选择键指示灯灭时为上升沿触发，指示灯亮时为下降沿触发。）再按“测时”键，仪器显示Duty=Wait……进入占空比测量状态，输入状态设置同脉冲宽度测量，测量时序如下图所示：tT占空比%100)/(TtDuty（2）时间A/B-C的测量时间A/B-C的测量指的是：测出在B-C的时间内，A信号的脉冲数。测量电路如图2-5所示。与时间B-C测量的不同之处是：计数脉冲不是时标信号，而是9从A通道输入的外接信号提供的。信号B和C分别作为主门的开与关信号，计数器计得在B-C时间内A信号的脉冲数N。这种测量往往用以测量非电量。计数显示门控双稳主门图2-5时间A-B测量电路框图C放大整形B放大整形信号B信号CA放大整形信号A5、计数测量计数的测量，指在一定时间内，对被测信号所送出的脉冲个数的测量。测量方框见图2-6所示。计数显示门控双稳主门图2-6计数测量电路框图A放大整形信号A停止开始门控时间为所选定的测量时间。由于在计数测量中，所选定的测量时间往往较长，故计数开始和停止的控制可用手动操纵。开始计数时，按下“计数”键，计数结束时再按“计数”键，计数即告停止。此时，数码管上所显示的数字即为从计数到停止这一段时间内输入信号的脉冲个数。注意：计数时，被测信号应从“输入A”通道输入。四、实验内容1、用F05A型函数发生器作为被测信号源，输出频率分别为100Hz、10KHz、100KHz的正弦信号，信号峰峰值为2V。计数器的闸门时间T分别为1s、1ms、10μs时，记录计数器的指示值，且讨论测量结果。2、用F05A型函数发生器输出频率约为1MHz的正弦信号，另用F10A型函数10发生器输出频率分别为100Hz、10KHz、100KHz的正弦信号。他们分别接入计数器的A、B输入端，测量A、B通道的频率比。记录计数器的指示值，且讨论测量结果。3、用F05A函数发生器输出f=100Hz、1KHz、10KHz的正弦信号，闸门时间T分别为1s、0.1s、0.01s时，测量信号的周期。记录计数器的指示值，且讨论测量结果。4、从A通道输入频率为10KHz的方波信号，分别测量它的正向脉宽和占空比。5、函数发生器输出f=1KHz的信号，手动计数10s，记录显示值。五、实验注意事项1、测频设置测量次数时，“SampleNumber”选择10～20即可，取太大则测量太慢。2、函数发生器的直流偏移及波形调整要关掉，左旋到底即可；函数发生器的衰减开关不要用。3、当被测信号频率低于100KHz时，按下相应通道的“低通滤波器”选择键，对被测信号滤波。4、当被测信号低于1KHz时，请选用DC耦合。5、记录数据时，函数发生器和计数器的频率值都要记录下来。6、实验内容5手动计数中，10s用自己的表或时钟设备控制。六、实验报告要求1、照表2-1、表2-2和表2-3记录实验内容1、内容2和内容3的数据：表2-1频率测量读数被测频率fA100Hz10KHz100KHz闸门时间1s1ms10μs1s1ms10μs1s1ms10μs显示值相对误差11表2-2频率比测量读数fB=1MHzfA100Hz10KHz100KHz显示值相对误差值表2-3周期测量读数被测频率fA100Hz1KHz10KHz闸门时间1s100ms10ms1s100ms10ms1s100ms10ms显示值相对误差2、用波形的形式表示实验内容4中的测量结果，标出脉宽和占空比。3、手动计数1KHz频率10s的结果是。4、分析表2-1、表2-2和表2-3的误差结果，说明被测信号频率的改变和闸门时间的大小对测量准确度的影响。125、结合误差计算结果，给出不同频率的被测信号应该采用的测量方法。13实验三示波器测试技术与示波器的使用一、实验目的1、熟悉和掌握示波器的基本工作原理。2、掌握用示波器进行电压测量的方法。3、掌握用示波器进行频率测量的各种方法。4、掌握用示波器进行周期、脉冲间隔、脉冲上升时间的测量。5、掌握用示波器进行信号间的相位差测量的方法。二、实验用仪器1、F10A、F05A型数字合成函数信号发生器各一台2、双踪示波器3、RC移相电路三、实验原理与方法双踪示波器的基本原理框图3-1如下所示：图3-1双踪示波器的基本原理框图141、示波器的调整接通示波器电源开关前，按下列设置操作：a)INTENSIT