电子测量课程实验报告.doc

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：学 号：指导教师：职 称：年月 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2电子计数器的使用3交流电压测量4567891011121314151617181920福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系： 电子信息工程系 专业： 电子信息工程 年级： 姓名： 学号： 实验课程： 电子测量技术基础 实验室号：_田406 实验设备号： 10 实验时间： 指导教师签字： 成绩： 实验一：示波器、信号发生器的使用1实验目的和要求1）了解示波器的结构。2）掌握波形显示的基本原理、扫描及同步的概念。3）了解电子示波器的分类及主要技术性能指标。4）掌握通用示波器的基本组成及各部分的作用。5）了解各种信号发生器如正弦信号发生器、低频信号发生器、超低频信号发生器、函数信号发生器等的工作原理和性能指标以及信号选择。2实验原理 在时域信号测量中，电子示波器无疑是最具代表性的典型测量仪器。它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），不仅可以观察相对于时间的连续信号，也可以观察某一时刻的瞬间信号，这是电压表所做不到的。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。电子示波器是利用随电信号的变化而偏转的电子束不断轰击荧光屏而显示波形的，如果在示波管的X偏转板（水平偏转板）上加一随时间作线性变化的时基信号，在Y偏转板（垂直偏转板）加上要观测的电信号，示波器的荧光屏上便能显示出所要观测的电信号的时间波形。若水平偏转板上无扫描信号，则从荧光屏上什么也看不见或只能看到一条垂直的直线。因此，只有当X偏转板加上锯齿电压后才有可能将波形展开，看到信号的时间波形。一般说来，Y偏转板上所加的待观测信号的周期与X偏转板上所加的扫描锯齿电压的周期是不相同的，也不一定是整数倍，因而每次扫描的起点对待观测信号来说将不固定，则显示波形便会不断向左或向右移动，波形将一片模糊。这就有一个同步问题，即怎样使每次扫描都在待观测信号不同周期的相同相位点开始。近代电子示波器通常是采用等待触发扫描的工作方式来实现同步的。只要选择不同的触发电平和极性，扫描便可稳定在待观测信号的某一相应相位点开始，从而使显示波形稳定、清晰。在现代电子示波器中，为了便于同时观测两个信号（如比较两个信号的相位关系），采用了双踪显示的办法，即在荧光屏上可以同时有两条光迹出现，这样，两个待测的信号便可同时显示在荧光屏上，双踪显示时，有交替、断续两种工作方式。交替、断续工作时，扫描电压均为一种，只是把显示时间进行了相应的划分而已。由于双踪显示时两个通道都有信号输入，因此还可以工作于叠加方式，这时是将两个信号逐点相加起来后送到Y偏转板的。这种工作方式可模拟谐波叠加，波形失真等问题。同时，如果改变其中一个的极性，也可以实现相减的显示功能。这相当于两个函数的相加减。示波器除了用于观测信号的时间波形外，还可将两个相同或不同的信号分别加于垂直和水平系统，以观测两信号在平面上正交叠加所组成的图形，如李沙育图形，它可用于观测两个信号之间的幅度、相位和频率关系。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4.1操作方法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。4.2实验步骤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“”来改变荧光屏亮点的辉度即荧光屏的亮度，调节聚焦按钮“”和辅助聚焦按钮“”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 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= 上升沿格数扫描时基刻度5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= 下降沿格数扫描时基刻度5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，然后将CH1置为交流耦合并读波形峰值的格数，最后按以下公式计算直流偏置电压：直流偏置电压= (-)垂直幅度刻度（2） 正弦波 测量重复周期及电压峰峰值。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及电压峰峰值。电压峰峰值= 波峰到波谷的格数垂直幅度刻度重复周期= 单周期的格数扫描时基刻度（3） 三角波波形对称度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=上升沿格数扫描时基刻度下降时间=下降沿格数扫描时基刻度 波形对称度=3）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合成图形、同频正弦波的合成图形，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如图形。 方波和正弦波的合成图形 两个同频正弦波的合成图形6质疑、建议、问题讨论问题讨论：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系： 电子信息工程系 专业： 电子信息工程 年级： 姓名： 学号： 实验课程： 电子测量技术基础 实验室号：_田406 实验设备号： 10 实验时间： 指导教师签字： 成绩： 实验二：电子计数器的使用1实验目的和要求（1）掌握电子计数器测频、测周期和时间间隔的基本工作原理及其误差种类。（2）了解闸门时间、时标的基本概念及频率标准与校频的方法。5.3.2实习内容（1）利用电子计数器测频、测时间与周期，并进行基本误差分析。（2）频率标准与校频。2.实验原理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=fxT，计数器F0的计数值N0f0T。由于 Nx/fxN0/f0T，则被测频率fx为：fx(Nx/N0)f0测频原理框图3. 主要仪器设备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.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。记录测量的频率值，并填写下表：闸门时间信号频率10Hz100Hz1KHz10KHz100KHz1MHz10ms0.1s1s10s5实验内容及实验数据记录5.1实习内容（1）利用电子计数器测频、测时间与周期，并进行基本误差分析。（2）频率标准与校频5.2实验数据记录闸门时间信号频率10Hz100Hz1KHz10KHz100KHz1MHz10ms10.014100.0131.0007510.0015100.0191.000060.1s10.013100.0121.0001110.0012100.0271.000161s10.017100.0041.0003410.0013100.0331.0001010s10.1160100.0071.0002210.0015100.0401.0000046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？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系： 电子信息工程系 专业： 电子信息工程 年级： 姓名： 学号： 实验课程： 电子测量技术基础 实验室号：_田406 实验设备号： 10 实验时间： 指导教师签字： 成绩： 实验三：交流电压测量1实验目的和要求（1）了解交流电压的表示方法。（2）掌握交流电压的测量方法和原理。2.实验原理一个交流电压的大小，可以用峰值，平均值，有效值U，以及波形因数KF，波峰因数KP等表征，若被测电压的瞬时值为，则全波平均值为 有效值为 波形因数为 波峰因数为 用来测量电压的指针式电压表中的检波器有多种形式，一般来说，具有不同检波特性的电压表都是以正弦电压的有效值来定度的，但是，除有效值电压表外，电压表的示值本身并不直接代表任意波形被测电压的有效值。因此，如何利用不同检波特性的电压表的示值（即读数）来正确求出被测电压的均值，峰值，有效值U，是一个十分值得注意的问题。根据理论分析，不同波形的电压加至不同检波特性的电压表时，要由电压表读数确定被测电压的、U、，可根据表1的关系计算。从表1可知，用具有有效值响应的电压表和平均值响应的电压表分别对各种波形的电压测量时，若读数相同，只分别表示不同波形的被测电压有效值U相同和平均值相同，而其余的并不一定相同。表1电压表类型平均值检波有效值检波波形正弦锯齿三角方波正弦锯齿三角方波读数A1A2A3A4A1A2A3A4A1A2A3A4A1A2A3A4A1A2A3A4A1A2A3A4A1A2A3A4A1A2A3A44. 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。4操作方法与实验步骤（1）将均值电压测量的实验仪器准备就绪（2）将DA-16晶体管毫伏表置于1V/0db档位（3）将DA-16晶体管毫伏表的输入线短接（4）将DA-16晶体管毫伏表接通电源，待表针稳定，进行调零（5）打开函数信号发生器的电源，选择产生1KHz左右的正弦波信号（6）将函数信号发生器的信号线与DA-16晶体管毫伏表的输入端相接（7）调节函数信号发生器的幅度输出，使DA-16的指示为0.7V（8）打开示波器的电源，并进行校准（9）将示波器探头与信号相接，并读出信号峰值，填入表2（10）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，然后由示波器读出信号峰值，填入表2。 （11）将DA-16电压表（平均值检波）换为TD1914A电压表（有效值检波），选择1V/0db档位，并将其输入线短接，自动调零（12）将示波器、函数信号发生器、电压表进行连接 （13）调节函数信号发生器的输出幅度，使电压表显示为0.7V，并从示波器上读出信号峰值，填入表2（14）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，然后由示波器读出信号峰值，填入表2。比较由各电压表读数计算出的峰值和由示波器直接读出的峰值是否一致，并将测量和计算结果填入表2。表2电压表类型平均值检波DA-16有效值检波TD1914波 形正弦三角方波正弦三角方波读 数07V07V07V07V07V07V由读数计算示波器读数误差分析（15）按照上述操作方法，调节函数信号发生器的输出幅度，使示波器的峰值读数为1V，观测各种电压表的读数与波形的关系，测量结果填入表3，并求出电压测量的波形误差。表3输入波形正弦波三角波方波示波器读数1V1V1VDA16读数TD1914A读数误差分析5实验内容及实验数据记录表2电压表类型平均值检波DA-16有效值检波TD1914波 形正弦三角方波正弦三角方波读 数07V07V07V07V07V07V由读数计算0.988V1.27 V0.632V0.987V1.22V0.701 V示波器读数0.934V1.187V0.628V1.05 V1.10V0.850 V误差分析主要由系统误差和读数误差引起的表3输入波形正弦波三角波方波示波器读数1V1V1VDA16读数0.73V0.59V1.18VTD1914A读数0.67V0.62V0.82V误差分析由于均值，有效值电压表是指针表，因认为的因数所以读数有稍大的误差6质疑、建议、问题讨论（1）实验过程中为了仪器的安全，电压表量程是否应尽量选大一些（如3V，10V甚至30V档）？答：不对，量程要选择合适的，如果量程太大或太小，会导致测量结果的误差增大。（2）为什么模拟电压表一定要有峰值、均值、有效值响应特性之分？它们能由一种代替吗？它们各有什么特点？各用在什么场合下？ 答：峰值：周期性交变电压在一个周期内偏离零电平的最大值成为峰值。 均值：周期性电压的直流分量。 有效值：某一交流电压的有效值等于这样一个直流电压的数值U。它们的概念不同，所表征的意义不同，不能用一种代替。 虽然电压值可以用峰值、有效值和平均值表征，但基于功率的概念，国际、国内均以有效值作为交流电压的表征值。