【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 務(wù)。4． 數(shù)據(jù)處理根據(jù)采集的波形數(shù)據(jù)，計(jì)算出被測(cè)信號(hào)的有效值、均值、峰值、頻率。離散信號(hào)的電壓平均值及峰值的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示：電壓有效值： 　　 21NKUV??電壓平均值：　 　　 1K?電壓峰－峰值： 　　 。maxin?V?19 / 49五、實(shí)驗(yàn)步驟1．實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1）按照?qǐng)D 6－3 連線。 示波器從 Ain1 輸入，在兩種連接方式中選擇一種，①使用外部信號(hào)源，②使用內(nèi)部信號(hào)源 1 通道。（2）先打開實(shí)驗(yàn)箱電源，電源指示燈“亮” 。然后在 PC機(jī)上運(yùn)行主界面程序，再?gòu)闹鹘缑孢M(jìn)入“電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室” ，最后選擇實(shí)驗(yàn)六，軟件則自動(dòng)打開了信號(hào)源和示波器的界面。EPP電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱信號(hào)發(fā)生器電源計(jì)算機(jī)①②Q 9 線示波器監(jiān)測(cè)A i n 1A o u t 1圖 6－3 實(shí)驗(yàn)連接框圖2．虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器面板虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器面板如圖 6－4 所示，它與實(shí)際的儀器有相似的面板，有CH1（綠） 、CH2（黃）兩個(gè)通道，面板下部還同時(shí)顯示出伏/格、峰值(平均值、有效值)、頻率、秒/格。示波器顯示波形窗水平通道和垂直通道均為 10 格（div ） 。20 / 49圖 6－4 虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器面板3．測(cè)量如下各種波形的參數(shù)操作接在 Ain1 的信號(hào)源產(chǎn)生以下信號(hào)，用 CH1（綠）通道進(jìn)行測(cè)量，調(diào)整秒/格使信號(hào)波形在屏幕上顯示 2～5 個(gè)周期，調(diào)整伏/格使信號(hào)波形充滿半個(gè)屏幕到滿屏。（1）正弦波（Aout1，Ain1）信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)正弦波如圖 6－5，用虛擬示波器觀察,把顯示面板上的峰值和頻率填在表 6－1 中。表 6－1輸入幅度(峰值V)輸入頻率kHz選擇秒/格讀出秒格數(shù)估算周期估算頻率示波器頻率讀數(shù)選擇伏/格讀出峰峰值伏格數(shù)估算峰峰值示波器峰值讀數(shù)根據(jù)讀數(shù)計(jì)算有效值1 1 100us 2 54 506 100圖 6－5 正弦波 t??tv21 / 49信號(hào)周期＝一個(gè)周期所占秒格數(shù)秒/格 信號(hào)頻率＝1/ 信號(hào)周期信號(hào)峰峰值＝波形垂直伏格數(shù)伏/格 峰值＝峰峰值 1/2（2）三角波波形換成三角波如圖 6－6，觀察波形對(duì)稱度 。baT表 6－2輸入幅度（峰值 V）輸入頻率（kHz）選擇秒/格格數(shù)aT格數(shù) ba1 1 500us 1 1 15 5 100us 1 1 15 508 100（3）方波信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)方波，用虛擬示波器觀察上升時(shí)間和下降時(shí)間。表 6－3輸入幅度（峰值 V）輸入頻率（kHz）選擇秒/格 rt秒/格讀數(shù)rt（μs）ft秒/格讀數(shù)ft（μs）5 100 2us 5 2005 500（4）調(diào)幅波用 Q9 線把 Aout1 和 Ain1 連接起來，啟動(dòng)虛擬信號(hào)源程序，產(chǎn)生一個(gè)調(diào)幅波，用示波器測(cè)量調(diào)幅系數(shù) %10????bam aTbTt??tv圖 6－6 三角波 rtft t??tv圖 6－7 方波 t??tv ba圖 6－8 調(diào)幅波22 / 49表 6－4輸入幅度（峰值 V）輸入頻率（kHz）選擇伏/格a 格數(shù) b 格數(shù) mft5 5 3 95 5 204．雙蹤顯示波形的觀測(cè)由兩臺(tái)函數(shù)信號(hào)源分別產(chǎn)生兩路電壓信號(hào)，分別輸入給 Ain1 和 Ain2，一個(gè)信號(hào)幅度為 5V，頻率為 5KHz 的正弦波，另一個(gè)信號(hào)幅度為 3V，頻率為 5KHz 的三角波，由虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器進(jìn)行雙蹤顯示，記錄選擇的伏格和秒格，并畫出波形。注意：實(shí)驗(yàn)箱主板上方的 S102 短路塊位置放在左邊。畫信號(hào)一波形：畫信號(hào)二波形：5．波形存儲(chǔ)與回放在用示波器測(cè)量的過程中，隨時(shí)可以把波形數(shù)據(jù)保存。方法是點(diǎn)擊面板上面的“保存”按鈕，就會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，取一個(gè)文件名，再選擇路徑、文件擴(kuò)展名之后單擊保存就能把波形數(shù)據(jù)保存在計(jì)算機(jī)的硬盤里。要把計(jì)算機(jī)硬盤里存儲(chǔ)的波形文件打開，就直接單擊面板上面的“打開”按鈕（注意此時(shí)不能啟動(dòng)采集） ，就能夠?qū)崿F(xiàn)波形的回放，這時(shí)通過調(diào)節(jié)“伏/格”和“ 秒/ 格”能夠改變波形的顯示。把實(shí)驗(yàn)步驟 3 中的波形先保存到硬盤，然后再打開，對(duì)比它們有無變化。6．觀察李沙育圖形在雙蹤示波器上選擇 XY 顯示方式，利用示波器 X 和 Y 通道分別輸入被測(cè)信號(hào)和一個(gè)已知信號(hào)，調(diào)節(jié)已知信號(hào)的頻率使屏幕上出現(xiàn)穩(wěn)定的圖形，這些圖形稱為李沙育圖形。（1）調(diào)節(jié)電子實(shí)驗(yàn)箱輸出通道 Aout1 和 Aout2，輸出相同正弦波信號(hào)，幅度為 2V，23 / 49頻率為 1KHz，調(diào)節(jié)示波器，使之工作于 XY 方式，Aout1 輸入示波器 X 通道，Aout2 輸入示波器 Y 通道，觀察李沙育圖形，并畫出波形。畫信號(hào)波形：（2）調(diào)節(jié)電子實(shí)驗(yàn)箱，輸出通道 Aout1 輸出幅度為 2V，頻率為 1KHz 的鋸齒波信號(hào)，輸出通道 Aout2 輸出幅度為 2V，頻率為 1KHz 的正弦波信號(hào)，調(diào)節(jié)示波器，使之工作于XY 方式， Aout1 輸入示波器 X 通道，Aout2 輸入示波器 Y 通道，觀察李沙育圖形，并畫出波形。畫信號(hào)波形：（3）調(diào)節(jié)電子實(shí)驗(yàn)箱，使兩個(gè)輸出通道 Aout1 和 Aout2 輸出相同幅度，不同頻率比的信號(hào)，調(diào)節(jié)示波器，使之工作于 XY 方式，Aout1 輸入示波器 X 通道，Aout2 輸入示波器 Y 通道，觀察李沙育圖形，并分析圖形與頻率比和相位的關(guān)系，加深對(duì)示波器掃描顯示原理的理解。六、思考和練習(xí)題1．能否用一個(gè)帶寬為 20MHz 的示波器觀測(cè)重復(fù)頻率為 15MHz 的正弦波和方波？為什么？2．利用示波器測(cè)量各種波形參數(shù)時(shí)，你如何減小其測(cè)量誤差？3．觀察李沙育圖形時(shí)，示波器 X 通道輸入鋸齒波信號(hào)，輸出圖形與 Y 通道輸入波形有什么關(guān)系，為什么。24 / 49R、L、C 參數(shù)測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉電阻、電感、電容（R、L、C ）元件參數(shù)測(cè)試的原理。2．掌握本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量 R、 C 的基本方法。二、實(shí)驗(yàn)要求1．實(shí)驗(yàn)前要求預(yù)習(xí)關(guān)于“阻抗參數(shù)的數(shù)字化測(cè)量”相關(guān)內(nèi)容。2．基于本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完成 R、C 參數(shù)的測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)電阻測(cè)量進(jìn)行誤差分析。3．了解 R、L、C 參數(shù)的校準(zhǔn)測(cè)量原理及方法。三、實(shí)驗(yàn)器材1. SJ8002B 電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱 1 臺(tái)2．雙蹤示波器（20MHz 模擬或數(shù)字示波器） 1 臺(tái)3．計(jì)算機(jī)(具有運(yùn)行 windows2022 和圖形化控件的能力) 1 臺(tái)4．SJ7001 RLC 參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)板? 1 塊5．?dāng)?shù)字電壓表（4 1/2 位） 1 個(gè)6．R、C 被測(cè)試元件： 各 3～5 個(gè) 四、實(shí)驗(yàn)原理1．R、L、C 參數(shù)測(cè)試原理如圖 5－1 中 為被測(cè)阻抗， 為xZ?rR采樣電阻（標(biāo)準(zhǔn)電阻） 。 為幅度頻率可U調(diào)信號(hào)源。由圖知：?（5rxrxxI??????1）令被測(cè)阻抗 （52）xjxjXReZ??? 則 （5cosrU?3） xI?xZ?xU? rRxI? rU?圖 5－1 R、L、C 電路原理圖25 / 49 （54）?sinrxRUX??式中 為 和 或 和 的相位差。?x?Irx若被測(cè)阻抗 分別為 Rx、L x、C x的理想元件（不考慮 Lx、C x的損耗） ，即 Z ? （55）RZ????0? （56）xxj??9? （57）1Cx?? ??則有： （5xrU8） （59）xrRL?? ? （5rxCU10）根據(jù)式（58） 、 （59） 、 （510） ，即可進(jìn)行元件參數(shù) Rx、L x、C x的測(cè)量，式中 、xU為同頻正弦波的有效值或峰值， 為角頻率。 與 相比，表現(xiàn)為幅度和相位的變r(jià)U?r?化（對(duì)于純電阻，無相位變化，對(duì)于 L、C 元件，相差 ） ，通過改變采樣電阻 的大90? rR小，即可改變 R、L、C 參數(shù)測(cè)量的量程。26 / 49圖 52 是根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的 RLC 參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)板（SJ7001） 。圖中，測(cè)試信號(hào)（正弦波）由實(shí)驗(yàn)箱的第一路信號(hào)源（A out1）產(chǎn)生（也可外接信號(hào)源） ，信號(hào)源峰值為1V（典型頻率值為 1kHz）, 經(jīng) 2 倍放大后，得到 2V 峰值。信號(hào)源輸出的匹配電阻，在更換量程時(shí)， 與 同步的切換， 的作用減小電壓 、 的變化范rR?0 0Rr0RxU?r圍，增加測(cè)量電路工作的穩(wěn)定性。圖中 為實(shí)現(xiàn)測(cè)量校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)電阻，通過模擬開關(guān)選s擇被測(cè)元件或校準(zhǔn)電阻。放大器 AA 2分別取出被測(cè)阻抗 （或校準(zhǔn)電阻 ）和采樣xZsR電阻 兩端的電壓，并經(jīng)過適當(dāng)放大，得到 和 ，它們分別連接到rR1U?2rAU實(shí)驗(yàn)箱的高速采集輸入通道 Ain1 和 Ain2，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集并通過計(jì)算得到信號(hào)的幅值。根據(jù)、 放大倍數(shù)及式（58 ）~（510） ，得到元件參數(shù) Rx、L x、C x，即1xUA?2x （511）21xrRAU? （512）12xL? ? （5xrC13）101k10k 101k10kVUm2?0A2?10k 301k3k10k30k10k30ksRrR10k0RrUA22?xUA11?2A1ArUxUxZV1 1.， .3， ， 41， 4， 2， .3～圖 5－2 R、L、C 參數(shù)測(cè)量原理圖（SJ7001 實(shí)驗(yàn)板）3．校準(zhǔn)方法如式（511）~（513） ，為得到元件參數(shù) Rx、L x、C x值，需要根據(jù)采集得到的27 / 49UU 2幅值及 AA 2放大倍數(shù)、信號(hào)角頻率 、采樣電阻 進(jìn)行計(jì)算。為提高測(cè)量精?rR度，消除 AA 2的增益精度和增益漂移的影響，可采用校準(zhǔn)測(cè)量方法。以電阻測(cè)量為例，接入被測(cè)電阻 Rx后，若 U U2分別為 U1x、U 2x（幅值） ，則由式（5－11）可得： （514）12xxrAR??再接入標(biāo)準(zhǔn)電阻 ，若 U U2分別為 U1s、U 2s（幅值） ，則 的測(cè)量值 為：r rRs （515）rss12由（514）和（515）可得： （516）21/xssR?通過上述兩次測(cè)量過程，所得的測(cè)量結(jié)果的公式（516）中不含 、 、 ，因1A2rR而可消除 、 、 的影響。1A2rR五、實(shí)驗(yàn)步驟1．實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1）按照?qǐng)D 53 把 RLC 參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)板（SJ7001）插入實(shí)驗(yàn)箱主板的 62 芯插座，跳線 S602 接“ no”端。主電路板的短路塊 S102 接到左面，RLC 板的短路塊接下面（AO1） 。（2）打開實(shí)驗(yàn)箱電源，電源指示燈“亮” 。在 PC機(jī)上運(yùn)行主界面程序，再?gòu)闹鹘缑孢M(jìn)入“電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室” ，選擇實(shí)驗(yàn)五，軟件則自動(dòng)打開了 R、L、C 參數(shù)測(cè)量的界面，如圖 5－4 所示。（3）用雙蹤示波器分別監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)箱信號(hào)源輸出 Aout1 和采集輸入通道 Ain1 及 Ain2 信號(hào)（