【正文】 《電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書電子信息工程系201209目 錄實(shí)驗(yàn)一 電壓表的使用及交流電壓的測(cè)量 1實(shí)驗(yàn)二 通用計(jì)數(shù)器的實(shí)驗(yàn) 5實(shí)驗(yàn)三 示波器測(cè)試技術(shù)與示波器的使用 14實(shí)驗(yàn)一 電壓表的使用及交流電壓的測(cè)量一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆盏皖l電壓的測(cè)量原理及測(cè)量方法掌握高頻電壓的測(cè)量原理及測(cè)量方法二、 實(shí)驗(yàn)儀器F05A型數(shù)字合成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器DF2170D型交流毫伏表AS2271A型超高頻毫伏表三、 實(shí)驗(yàn)原理 用交流毫伏表（均值電壓表）測(cè)量低頻電壓均值電壓表常用來測(cè)量1MHZ以下的低頻信號(hào)電壓。均值電壓表的組成如圖11所示。稱放大—檢波式電壓表，即先放大后檢波。檢波器的基本電路如圖12所示。 圖11 均值電壓表的組成 圖12 平均值檢波器均值電壓表的直流輸出恰好為|ux|的平均值，因此均值電壓表的表頭偏轉(zhuǎn)正比于被測(cè)電壓的平均值。均值電壓表雖然是均值響應(yīng)，但仍以正弦電壓有效值刻度，因此，當(dāng)被測(cè)信號(hào)為正弦信號(hào)時(shí)，其讀數(shù)直接就是正弦電壓的有效值。當(dāng)被測(cè)信號(hào)為非正弦信號(hào)時(shí)，就需要如下?lián)Q算：其中KF—為被測(cè)波形的波形系數(shù)。 用超高頻毫伏表（峰值電壓表）測(cè)量高頻電壓峰值電壓表又稱檢波—放大式電壓表，即被測(cè)交流電壓先檢波后放大，然后再驅(qū)動(dòng)直流電壓表。峰值電壓表的組成見圖13所示。 圖13 檢波—放大式電壓表在峰值電壓表中，常采用二極管峰值檢波器，即檢波器是峰值響應(yīng)的。峰值電壓表的表頭偏轉(zhuǎn)正比于被測(cè)電壓（任意波形）的峰值，除特殊測(cè)量需要（例如脈沖電壓表）外，峰值電壓表是按正弦電壓有效值刻度的，即：式中—正弦電壓有效值KP—正弦電壓的波峰因數(shù)這樣，當(dāng)用峰值電壓表測(cè)量任意波形的電壓時(shí)，只有把讀數(shù)乘以時(shí)，才等于被測(cè)電壓的峰值。被測(cè)電壓的有效值為：式中Kp—被測(cè)電壓的波峰因數(shù)四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 用函數(shù)發(fā)生器分別產(chǎn)生峰—峰值為5V、頻率為1KHz、100KHz的正弦波、方波和三角波電壓，用均值電壓表分別予以測(cè)量，計(jì)算它們的峰值、均值和有效值，并計(jì)算誤差，結(jié)果填入表11。 用函數(shù)發(fā)生器分別產(chǎn)生峰—峰值為1V、頻率為1KHz、1MHz的正弦波、方波和三角波電壓，用峰值電壓表分別予以測(cè)量，計(jì)算它們的均值、峰值和有效值，并計(jì)算誤差，結(jié)果填入表12。五、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) AS2271A型超高頻毫伏表（1）接通電源，預(yù)熱5分鐘；（2）平衡調(diào)節(jié)——把探頭接到探頭插座上，探頭插入本儀器提供的T型接頭內(nèi)并接終端50Ω負(fù)載，置量程為1mV檔，調(diào)節(jié)BAL（平衡）鈕使表針指在BAL區(qū)內(nèi)； 測(cè)量時(shí)去掉50Ω負(fù)載。（3）測(cè)量被測(cè)信號(hào)——選擇合適的量程，對(duì)被測(cè)電壓進(jìn)行測(cè)量。六、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表11和表12。表11 均值表測(cè)量結(jié)果被測(cè)信號(hào)Vpp=5V，f=1KHz讀數(shù)均值有效值峰值誤差正弦波方波三角波被測(cè)信號(hào)Vpp=5V，f=100KHz讀數(shù)均值有效值峰值誤差正弦波方波三角波表12 峰值表測(cè)量結(jié)果被測(cè)信號(hào)Vpp=1V，f=1KHz讀數(shù)均值有效值峰值誤差正弦波方波三角波被測(cè)信號(hào)Vpp=1V，f=1MHz讀數(shù)均值有效值峰值誤差正弦波方波 分析上面計(jì)算誤差的結(jié)果，并與均值表、峰值表的理論頻率誤差比較，理論與實(shí)際是否吻合，若不吻合請(qǐng)說明原因。實(shí)驗(yàn)二 通用計(jì)數(shù)器的實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ねㄓ糜?jì)數(shù)器的工作原理及使用方法掌握用通用計(jì)數(shù)器進(jìn)行頻率測(cè)量的方法掌握用通用計(jì)數(shù)器進(jìn)行周期、時(shí)間測(cè)量的方法二、實(shí)驗(yàn)儀器F10A、F05A型數(shù)字合成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 各一臺(tái)SP3122A型等精度通用計(jì)數(shù)器三、實(shí)驗(yàn)原理 通用計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率的原理框圖如圖21所示：圖21 通用計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率的原理框圖被測(cè)頻率由A通道輸入，經(jīng)放大整形后，所得的矩形脈沖（其頻率與被測(cè)信號(hào)的頻率相同）輸往主門，而門控雙穩(wěn)的輸出信號(hào)控制主門的開啟，門控雙穩(wěn)是用時(shí)基信號(hào)控制的（時(shí)基信號(hào)是晶振經(jīng)逐級(jí)分頻而獲得的）。因此，在所選用的時(shí)基內(nèi)，經(jīng)整形后的被測(cè)信號(hào)通過主門而進(jìn)入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。被測(cè)頻率為：注：一般計(jì)數(shù)器具有小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)移位功能，無須再換算。測(cè)量信號(hào)頻率時(shí)，應(yīng)將功能選擇開關(guān)中的“測(cè)頻”鍵按下。還應(yīng)根據(jù)被測(cè)信號(hào)頻率的高低選取“閘門時(shí)間”（閘門時(shí)間的調(diào)節(jié)方法：按下“閘門”按鈕，調(diào)節(jié)“↑”、“↓”箭頭鍵，按“確定”即可）。一般來說，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較高時(shí)，閘門時(shí)間可取得短一些。當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，閘門時(shí)間應(yīng)取得長(zhǎng)一些。閘門時(shí)間取得愈短，測(cè)量結(jié)果與接近瞬時(shí)值，反之則愈接近于平均值。 測(cè)頻時(shí)，當(dāng)被測(cè)頻率有抖動(dòng)時(shí)，要采用多次平均測(cè)量方法測(cè)量。方法如下：（1）被測(cè)信號(hào)從A通道輸入，“測(cè)頻”鍵按下。（2）設(shè)置測(cè)量次數(shù)：按“參數(shù)”鍵，選擇“Sample Number”（取樣次數(shù)），再用面板上右側(cè)的箭頭鍵選擇數(shù)值大小，至滿意為止。調(diào)節(jié)范圍2~2000。（3）按“功能”鍵，再按“↑”、“↓”箭頭鍵，選擇“AVG多次平均測(cè)量”即可。測(cè)量完畢后，顯示的頻率為N次測(cè)頻的算術(shù)平均值：。頻率比的測(cè)量測(cè)量頻率比的原理框圖如圖22所示： 圖22 測(cè)量頻率比的原理框圖被測(cè)信號(hào)fA和fB分別由A、B通道輸入，都經(jīng)放大、整形后變換成脈沖波。B通道的輸出加到門控雙穩(wěn)，門控雙穩(wěn)的輸出使主門開啟，其開啟時(shí)間等于fB的周期TB。則計(jì)數(shù)器計(jì)得TB時(shí)間內(nèi)通過的fA信號(hào)，如果計(jì)數(shù)為N，則：為了提高測(cè)量精度，可將B通道的輸出進(jìn)行m倍的分頻（這里m=1,10,100,1000,10000）即TB可擴(kuò)大m倍，則由于小數(shù)點(diǎn)位置與m取值的開關(guān)聯(lián)動(dòng)，故可直接以計(jì)數(shù)器讀數(shù)表示所測(cè)頻率的比值。測(cè)量?jī)尚盘?hào)的頻率比值時(shí)，應(yīng)按下功能選擇開關(guān)中的“頻率比”鍵，被測(cè)信號(hào)中頻率較高的可從“輸入B”插座輸入。上述測(cè)量時(shí)注意：（1）當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率低于100KHz時(shí)，按下相應(yīng)通道的“低通濾波器”選擇鍵，對(duì)被測(cè)信號(hào)濾波。（2）當(dāng)被測(cè)信號(hào)低于1KHz時(shí)，請(qǐng)選用DC耦合。測(cè)量周期的原理框圖見圖23所示：圖23 測(cè)量周期的原理框圖測(cè)量信號(hào)周期時(shí)應(yīng)按下功能選擇開關(guān)中“周期B”鍵，被測(cè)信號(hào)應(yīng)從A通道輸入。被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后輸?shù)介T控雙穩(wěn)，門控雙穩(wěn)的輸出做主門控制信號(hào)，使主門只在測(cè)周期T的時(shí)間開啟，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)標(biāo)信號(hào)通過主門進(jìn)入計(jì)數(shù)器，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)標(biāo)信號(hào)是由石英晶體振蕩器的輸出信號(hào)經(jīng)放大、整形后再進(jìn)行分頻或者倍頻得到的。設(shè)時(shí)標(biāo)周期為T0，計(jì)數(shù)數(shù)目為N，被測(cè)周期T為： ，1μs，10μs，1ms。時(shí)間的測(cè)量（1）時(shí)間AB的測(cè)量時(shí)間AB的測(cè)量是指測(cè)量A、B兩列信號(hào)的時(shí)間差TAB，其電路框圖如24所示。測(cè)量方法與測(cè)量周期相仿，信號(hào)A和B分別控制主門的開與關(guān)，則主門開啟時(shí)間就是A與B信號(hào)間的間隔。在主門開啟的時(shí)間內(nèi)，選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)標(biāo)信號(hào)通過主門送到計(jì)數(shù)器顯示電路，設(shè)計(jì)數(shù)器讀數(shù)為N，所選擇的時(shí)標(biāo)信號(hào)周期為T0，則AB的時(shí)間間隔TAB為：圖24 測(cè)量時(shí)間AB的原理框圖時(shí)間間隔測(cè)量方法：按“測(cè)時(shí)”鍵，儀器顯示TAB=Wait……進(jìn)入時(shí)間間隔測(cè)量狀態(tài)。一般A、B通道信號(hào)性質(zhì)相同時(shí)，A、B通道輸入狀態(tài)也應(yīng)相同。再按“測(cè)時(shí)”鍵，儀器顯示W(wǎng)ait……進(jìn)入脈沖寬度測(cè)量狀態(tài)。此時(shí)信號(hào)由A通道輸入，在A、B通道窗口，通過上升沿和下降沿選擇鍵，可測(cè)量正脈沖寬、負(fù)脈沖寬和單周期。（選擇鍵指示燈滅時(shí)為上升沿觸發(fā)，指示燈亮?xí)r為下降沿觸發(fā)。）再按“測(cè)時(shí)”鍵，儀器顯示Duty= Wait……進(jìn)入占空比測(cè)量狀態(tài)，輸入狀態(tài)設(shè)置同脈沖寬度測(cè)量，測(cè)量時(shí)序如下圖所示：占空比 （2）時(shí)間A/BC的測(cè)量時(shí)間A/BC的測(cè)量指的是：測(cè)出在BC的時(shí)間內(nèi)，A信號(hào)的脈沖數(shù)。測(cè)量電路如圖25所示。與時(shí)間BC測(cè)量的不同之處是：計(jì)數(shù)脈沖不是時(shí)標(biāo)信號(hào)，而是從A通道輸入的外接信號(hào)提供的。信號(hào)B和C分別作為主門的開與關(guān)信號(hào)，計(jì)數(shù)器計(jì)得在BC時(shí)間內(nèi)A信號(hào)的脈沖數(shù)N。這種測(cè)量往往用以測(cè)量非電量。 計(jì)數(shù)測(cè)量計(jì)數(shù)的測(cè)量，指在一定時(shí)間內(nèi)，對(duì)被測(cè)信號(hào)所送出的脈沖個(gè)數(shù)的測(cè)量。測(cè)量方框見圖26所示。門控時(shí)間為所選定的測(cè)量時(shí)間。由于在計(jì)數(shù)測(cè)量中，所選定的測(cè)量時(shí)間往往較長(zhǎng)，故計(jì)數(shù)開始和停止的控制可用手動(dòng)操縱。開始計(jì)數(shù)時(shí)，按下“計(jì)數(shù)”鍵，計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)再按“計(jì)數(shù)”鍵，計(jì)數(shù)即告停止。此時(shí)，數(shù)碼管上所顯示的數(shù)字即為從計(jì)數(shù)到停止這一段時(shí)間內(nèi)輸入信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)。注意：計(jì)數(shù)時(shí)，被測(cè)信號(hào)應(yīng)從“輸入A”通道輸入。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用F05A型函數(shù)發(fā)生器作為被測(cè)信號(hào)源，輸出頻率分別為100Hz、10KHz、100 KHz的正弦信號(hào)，信號(hào)峰峰值為2V。計(jì)數(shù)器的閘門時(shí)間T分別為1s、1ms、10μs時(shí)，記錄計(jì)數(shù)器的指示值，且討論測(cè)量結(jié)果。用F05A型函數(shù)發(fā)生器輸出頻率約為1MHz的正弦信號(hào)，另用F10A型函數(shù)發(fā)生器輸出頻率分別為100Hz、10KHz、100 KHz的正弦信號(hào)。他們分別接入計(jì)數(shù)器的A、B輸入端，測(cè)量A、B通道的頻率比。記錄計(jì)數(shù)器的指示值，且討論測(cè)量結(jié)果。用F05A函數(shù)發(fā)生器輸出f=100Hz、1KHz、10KHz的正弦信號(hào)，閘門時(shí)間T分別為1s、測(cè)量信號(hào)的周期。記錄計(jì)數(shù)器的指示值，且討論測(cè)量結(jié)果。從A通道輸入頻率為10KHz的方波信號(hào)，分別測(cè)量它的正向脈寬和占空比。函數(shù)發(fā)生器輸出f=1KHz的信號(hào)，手動(dòng)計(jì)數(shù)10s，記錄顯示值。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 測(cè)頻設(shè)置測(cè)量次數(shù)時(shí)，“Sample Number”選擇10～20即可，取太大則測(cè)量太慢。 函數(shù)發(fā)生器的直流偏移及波形調(diào)整要關(guān)掉，左旋到底即可；函數(shù)發(fā)生器的衰減開關(guān)不要用。 當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率低于100KHz時(shí)，按下相應(yīng)通道的“低通濾波器”選擇鍵，對(duì)被測(cè)信號(hào)濾波。 當(dāng)被測(cè)信號(hào)低于1KHz時(shí)，請(qǐng)選用DC耦合。 記錄數(shù)據(jù)時(shí)，函數(shù)發(fā)生器和計(jì)數(shù)器的頻率值都要記錄下來。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容5手動(dòng)計(jì)數(shù)中，10s用自己的表或時(shí)鐘設(shè)備控制。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 照表2表22和表23記錄實(shí)驗(yàn)內(nèi)容內(nèi)容2和內(nèi)容3的數(shù)據(jù)：表21 頻率測(cè)量讀數(shù)被測(cè)頻率fA100Hz10KHz100KHz閘門時(shí)間1s1ms10μs1s1ms10μs1s1ms10μs顯示值相對(duì)誤差表22 頻率比測(cè)量讀數(shù)fB=1MHzfA100Hz10KHz100KHz顯示值相對(duì)誤差值表23 周期測(cè)量讀數(shù)被測(cè)頻率fA100Hz1KHz10KHz閘門時(shí)間1s100ms10ms1s100ms10ms1s100ms10ms顯示值相對(duì)誤差 用波形的形式表示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4中的測(cè)量結(jié)果，標(biāo)出脈寬和占空比。 手動(dòng)計(jì)數(shù)1KHz頻率10s的結(jié)果是 。 分析表2表22和表23的誤差結(jié)果，說明被測(cè)信號(hào)頻率的改變和閘門時(shí)間的大小對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。 結(jié)合誤差計(jì)算結(jié)果，給出不同頻率的被測(cè)信號(hào)應(yīng)該采用的測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)三 示波器測(cè)試技術(shù)與示波器的使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉和掌握示波器的基本工作原理。 掌握用示波器進(jìn)行電壓測(cè)量的方法。 掌握用示波器進(jìn)行頻率測(cè)量的各種方法。 掌握用示波器進(jìn)行周期、脈沖間隔、脈沖上升時(shí)間的測(cè)量。 掌握用示波器進(jìn)行信號(hào)間的相位差測(cè)量的方法。二、實(shí)驗(yàn)用儀器F10A、F05A型數(shù)字合成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 各一臺(tái)雙蹤示波器RC移相電路三、實(shí)驗(yàn)原理與方法雙蹤示波器的基本原理框圖31如下所示：圖31 雙蹤示波器的基本原理框圖 示波器的調(diào)整接通示波器電源開關(guān)前，按下列設(shè)置操作：a) INTENSITY旋鈕：逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到頭b) FOCUS：中心位置c) ACGNDDC開關(guān)：GNDd) 垂直 POSITION旋鈕：中心位置（旋鈕推入狀態(tài)）e) 垂直MODE開關(guān)：CH1f) 觸發(fā)MODE開關(guān)：AUTOg) 觸發(fā)SOURCE開關(guān)：INTh) INT TRIG開關(guān)：CH1i) 觸發(fā)LEVEL旋鈕：中心位置j) TIME/DIV開關(guān)：k) 水平POSITION旋鈕：中心位置（旋鈕推入狀態(tài)）l) 垂直VAR旋鈕：順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)鎖定于CAL位置m) SWP VAR旋鈕：順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)鎖定于CAL位置進(jìn)行以上設(shè)置后，接通POWER開關(guān)，等待約10s后順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)INTEN旋鈕，可顯示出掃描輝線。調(diào)整CH1的POSITION旋鈕，將輝線移至顯示屏的中心刻度上，若由于地磁場(chǎng)等外界因素的影響，使掃描輝線與水平刻度線形成夾角不重合時(shí)，調(diào)整TRACE POTATION進(jìn)行校準(zhǔn)。此時(shí)VOLTS/DI