电子测量实验指导书.docx

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电子测量实验指导书

《电子测量》

课程实验指导书

光电工程学院

2016年8月

实验一频率的数字测量技术

一、实验目的

1、通过实验，进一步了解数字式频率计的工作原理。

2、熟悉数字式频率计的正确操作。

3、掌握减小测量误差及对测量误差进行分析的方法。

二、实验内容

1、利用通用计数器测量低频信号发生器的部分技术指标。

2、利用通用计数器测量脉冲参数。

3、利用通用计数器校准示波器的时基因数（或扫描速度）。

三、预备知识

1、通用计数器的原理及其基本功能及误差分析

2、通用计数器测量各种参数的工作原理

3、利用通用计数器测量信号发生器的频率技术指标

频率标称误差的定义是：

fx－通用计数器测得值

f0－信号发生器的频率标称值

频率稳定误差的定义是:

t---规定的时间间隔

fxmax选定的一组时间间隔内，计数器示值的最大值

fxmin选定的一组时间间隔内，计数器示值的最小值

四、使用仪器及设备

1、通用计数器（GFC-8010H）一台

2、低频信号发生器（DF-1641）一台

3、脉冲信号发生器一台

4、脉冲示波器（GOS-6021）一台

五实验方法

1、实验准备工作

要求按规定进行预热、外观检查，然后进行自校，仪器工作正常后，才能进行以下的实验。

2、等精度测量（次数、显示值需由实验人员自行列表）

具体要求是：

（1）任选一台待测的低频信号发生器，等精度测量某一频率（例如，1kHz或其他指定值）10次、间隔30秒。

（2）通用计数器各功能选择，闸门时间、周期倍乘、时标．记忆等开关，以及输入电平指示、显示时间调节等旋钮的位置，均由实验人员自已选择或调节。

（3）列表记录。

3、测量低频信号发生器的频率标称误差及稳定误差。

具体要求是：

（1）按表1所列的各频率值测量其标称误差并记录有关数据，间隔10秒测量，测量三次的均值作为显示结果fx。

（测量功能可选择频率或周期，周期倍乘取1。

）

表1频率标称误差的测量

标称频率

f0

通用计数器有关数据

频率标称误差

测量功能

（频率/周期）

闸门时间

（10s/1s/0.1s）

周期倍乘

（1）

时标

（10s）

显示结果

（fx）

1Hz

20Hz

5KHz

176KHz

1MHz

表中的测量功能、闸门时间．周期倍乘、时标等项，需由实验人员按照减小测量误差的原则预先拟定。

（2）测量低频信号发生器在标称频率为1kHz处的频率稳定误差（30秒间隔测量25次，结果列于表2中。

）

表2频率稳定误差的测量

计数器各开关

位置

计数器显示值

（

）t

功能（频率/周期）

fxmax=

fxmin=

（

）t

闸门时间（10s/1s/0.1s）

周期倍乘

（1）

时标（30秒）

4、脉冲时间参数的测量

具体要求是；

（1）用通用计数器测量脉冲信号发生器输出脉冲信号的宽度、周期、重复频率等时间参数。

（2）同时用脉冲示波器观察该脉冲信号，并将示波器测量出的结果与通用计数器测量的结果进行比较。

表各自定。

（3）对脉冲示波器的时基因数刻度进行校准（利用计数器）。

六、实验报告要求

1、列出全部实验数据及测量时通用计数器各开关、旋钮的位置．

2、对等精度测量结果进行数据处理；检查测量中有无粗大误差及系统误差、求出算术平均值及方差、标准差等数字特征；给出测量结果的最后表达式。

3、对频率标称误差的数据处理及分析。

4、对频率稳定误差的数据处理及分析。

5、对实验结果进行分析小结。

实验二扫频仪在电路参数测量中的应用

一、实验目的

1、了解扫频仪（频率特性测试仪）的工作原理及使用方法；

2、学习并掌握利用扫频仪测量电路幅频特性的方法；

3、掌握利用扫频仪测量电路参数的方法。

二、实验内容

1、熟悉扫频仪的使用；

2、自拟有源放大电路或中高频电路，进行电路参数的测量。

三、预备知识

BT-3GIII型扫频仪的工作原理：

1、电源部分

由电源变压器次级取出的各路交流电压，低压经整流稳压产生±15V，＋24V电压供控制部分扫频、频标单元，Y通道使用。

中压经中压板产生＋150V电压，高压加至高压单元产生－1500V高压供示波管及其电路使用。

2、控制和显示系统

由低压电源来的交流电压加至三角波发生电路，经整形放大，积分形成三角波与负方波，三角波一路经线性校正送至扫频单元，另一路加至X轴输入端，经放大送到示波管水平偏转电路。

负方波加至扫频单元，供扫频单元休止--工作之用。

由于三角波同时控制电子束和扫频振荡器，因此，电子束在示波管荧光屏上的每一水平位置对应于某一瞬时频率从左向右频率逐渐增高，并且是线性化的。

3、扫频单元

扫频单元由扫频振荡器，定频振荡器，混频器，宽带放大器和稳幅电路组成。

扫频振荡器产生扫频信号和定频振荡器产生的固频信号经混频并通过低通滤波产生0-300MHz扫频电压，送至宽带放大器得到约0.5V的信号，一路经电控衰减器输出，另一路送给频标单元，第三路经二极管检波输入到稳幅放大器，放大后的电压控制PIN二极管，自动调整输入电平，达到自动稳定输出幅度的目的。

4、频标单元

频标单元由50MHz晶体振荡器和10MHz晶体振荡及同步十分频的1MHz电信号，分别加至各自的谐波发生器后和来自扫频单元的扫频信号混频滤波并经放大后，产生菱形频标。

再与来自Y通道的被测设备的检波信号相迭加送至Y偏转，这样便在扫频曲线上显示出频率标记，面板上设置频标幅度电位器，控制频标幅度。

5、垂直放大器

垂直放大器是将扫频信号经检波后的电压送至Y通道进行放大，经放大后的被测信号加到示波管的Y偏转电路，在示波管屏幕上显示出来，其放大量由面板上的Y增益电位器控制。

6、仪器面板

1、亮度2、聚焦3、水平校准4、Y位移5、Y增益6、+/-，AC/DC，Y衰减7、扫频宽度8、频标幅度9、频标选择（50MHz、10MHz、1MHz复合、外接）10、中心频率11、外接频标12、扫频输出13、输出衰减（1、2、3、4、10、20dB）14、Y输入15、电源指示灯16、电源开关

17、扫频方式选择（全扫、窄扫、电频）18、X位移调节19、X幅度调节20、220V电源插座

7、仪器使用注意事项

（1）检查完仪器的电气性能正常后，即可使用本仪器。

（2）测试时，面板上的按键和按钮，应着力均匀，不得过猛过快。

各连接电缆应尽可能短，并保证良好的接地，各输入、输出插座应清洁、无污垢。

（3）如被测设备输出带有直流电位时，显示输入端应选择AC输入显示方式。

（4）被测设备带有检波输出时，可按测试图去掉仪器设备的75欧低阻抗检波器，直接用输入电缆馈入垂直输入。

（5）测试有源放大器时，为避免本机低电阻检波器的损坏，在检波器的输入端的高频信号应<=100mW，直流电压<=3V。

（6）本仪器应避免在高温，高湿和有振动的环境中使用，也应避免在强磁场中使用。

四、使用仪器及设备

BT-3GIII型频率特性测试仪、信号发生器、数字万用表等。

五、实验方法

1、扫频仪电器性能检查

（1）仪器适用电源AC220V±10%，50Hz±2Hz（保险丝1A）。

（2）接上电源，按下面板上的电源控制开关，电源指示灯亮。

（3）仪器预热十分钟，调节亮度电位器以得到适当的辉度（适当调节Y位移电位器，以在屏幕上显示扫描线）。

（4）＋／－，AC／DC两键开关视输入而定，放在相应位置。

（5）检查仪器内部标记，按下50MHz，10.1MHZ键，扫描线上应分别呈现出50MHz或10.1MHZ频标信号，调节频标幅度电位器可以均匀的调节标记幅度。

（6）检查扫频范围，扫频宽度和中心频率，将仪器检波器连接如图所示：

扫频仪衰减置于“0dB”，按下扫频方式控制中的全扫键和频标方式选择中的50MHz键，极性选择开关在“＋”位置，调节Y位移和Y增益，可在显示屏幕上

看到一检波后的方框。

屏幕上应出现零拍及50MHz通用频标，频标标记数应大

于6个，扫频方式选“窄扫”时，旋转中心频率旋钮，在曲线上从零频数得标记数应大于等于6个，扫频宽度电位器调至最大，频标方式选择50MHz，屏幕上50MHz标记数应大于3个。

（7）扫频线性的检查

扫频方式选“窄扫”，频标置于10.1MHz，扫频宽度电位器调至40MHz（屏幕上显示5个10MHz频标），测试屏幕上相邻10MHz标记间隔比应小于1:

1.2。

（8）输出平坦度的检查

扫频方式选择“全扫”找出检波放大后显示的包络线的最高点和最低点之间间隔的大小，再看包络线上任一点衰减1dB后的间隔相比较应小于±0.25dB。

（9）输出功率（电压）的检查

开机预热15分钟，在RF输出口接入75Ω∕50Ω阻抗转换器，再接入CX2B小功率计，扫频仪输出衰减置于0dB,扫频方式置于“点频”（CW），旋动中心频率为150MHz附近，测试输出功率应满足3.33mW±10%或用超高频毫伏表等测试高频电压应满足0.5V±10%。

（10）检查显示部分

将方波信号发生器输出的方波用电缆接入Y输入，并且调节输出方波10mVp-p（1KHz），Y轴倍率置于×1，Y增益旋至最大，测得屏幕上方波幅度应大于1diV

完成扫频仪的性能检查后即可进行测试。

2、有源放大器、中高频电路的测量

实验人员自拟放大电路，进行放大器的幅频特性参数的测试。

测试时连接方法如下图所示：

仪器显示方式于DC，倍率X1，调Y位移使基线与底格重合，Y增益调至适中，适当选择扫频宽度进行测量。

进行多次测量，记录测试数据。

对有源网络测量必须注意信号馈给时的隔直流，还需注意RF输出的大小应保证被测网络输出不失真、不饱和。

对于被测电路的自激振荡也不能忽略，否则它们会显著地改变幅频响应曲线的形状，使曲线有大的起伏或出现突复点和饱和状态，扫频基线也显著地改变上下位置，这些现象在调试过程中应给予彻底消除。

有源放大器一般测量指标包括：

增益值、3db带宽、中心频率等参量。

（1）3db带宽确定

在不限幅情况下，设定被测设备显示的包络图形Y轴最大幅度为0db，用仪器的衰减器衰减3db后，图形位置改变，用标频即可确定3db带宽Bw。

（2）增益dB值是将扫频输出经检波后显示的图形位置与加接放大器检波后显示的图形位置进行比较，其差dB值即是。

（3）中心频率f0由频标直接读出；

（4）回路Q值的测量:

回路Q值由Bw及中心频率f0计算得到，

六、实验报告要求

1、画出自拟放大电路的电路图，并计算理论值；

2、自拟表格列出测量结果；并画出实验结果显示图；

3、对测量结果进行分析；

4、扫频仪的使用并结合电路测量进行小结。

实验三示波器与电路参数的测量

一、实验目的

1、学习并掌握模拟示波器和数字示波器的使用方法。

2、学习并了解利用示波器测量电路中的电压、频率及相位关系等相关参数。

二、实验内容

1．模拟示波器和数字示波器的使用方法。

2、利用示波器对脉冲数字信号的电压、频率及其相位参数进行测量。

三、预备知识

了解模拟示波器和数字示波器的工作原理，以及数字电路测量中的一般知识，并了解实验电路的基本工作原理。

1、实验电路框图：

2、实验电路PCB版图：

四、使用仪器及设备

模拟示波器、数字示波器、信号发生器、直流稳压电源、实验电路板。

五、实验方法

1、熟悉模拟示波器和数字示波器的使用方法。

2、熟悉频率计和信号发生器的使用。

3、利用示波器对实验电路板中的S、￠1、￠2脉冲波形进行测量，并标明它们的相位关系。

4、测试前首先调整振荡电路到规定的频率范围再进行测试。

（1）、首先调整STTL同步脉冲信号的周期到最大（0.45ms）时进行测量：

信号名称

电压范围（V）

周期（ms）

频率（HZ）

前后沿时间（ns）

起始波形

关系

S

￠１

￠２

（2）、然后调整STTL同步脉冲信号的周期到最小（0.12ms）时进行测量：

信号名称

电压范围（V）

周期（ms）

频率（HZ）

前后沿时间（ns）

起始波形

关系

S

￠１

￠２

六、实验报告要求

1、列出全部测量结果。

2、画出Ｓ、￠１、￠２脉冲的时序波形图；并说明它们之间的相位关系和一个S脉冲周期内分别包含了多少个￠1、￠2周期。

3、对测量结果进行分析。

（１）改变Ｓ脉冲周期对￠1、￠2脉冲信号前后沿时间有什么影响。

（２）脉冲信号前后沿时间的改变对数字脉冲信号会产生哪些不利因数。

4、实验小结。