自北京交通大学电测实验报告.docx

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自北京交通大学电测实验报告

 

电气工程学院

 

 电子测量技术  实验报告

 

 姓 名:

   xx    

 学 号:

   xx      

 同组人:

       

  指导教师:

   曾国宏     

  实验日期:

 10月28日  

ﻬ    电子测量技术 实验成绩评定表

姓 名

学 号

实验名称:

实验一、示波器波形参数测量实验二、图示仪的使用及晶体管特性参数测量 实验三、数值化测量仪的使用  

实验验收或提问记录:

 

成绩评定依据:

实验预习报告及方案设计情况(30%):

实验考勤情况(15%):

实验操作情况(30%):

实验总结报告与答辩情况(25%):

最终评定成绩:

指导教师签字:

               年月 日

ﻬ示波器波形参数 实验报告

姓名:

    学号   指导教师:

曾国宏 实验台号:

4   

一、实验目的

通过实验预习与实验操作,熟悉示波器的每个旋钮功能与用法,巩固在课堂上所学到的知识,能对示波器进行简单的操作,主要目的为以下三个:

1.熟练掌握使用用示波器测量电压信号峰峰值和直流分量。

2.熟练掌握使用示波器测量电压信号周期及频率。

3.熟练掌握使用示波器,通过单踪方式与双踪方式测量两个波形相位差。

二、实验预习

1.首先复习教材和ppt第三章示波测试和测量技术的相关内容,复习示波测试的基本原理。

2.阅读SS—7802A/7804示波器操作手册

A.首先查看示波器操作手册中的注意事项,以免操作不慎造成仪器损坏。

B.了解示波器的控制部分、连接器和指示灯,掌握示波器的操作区域与显示屏区域的划分,知道示波器操作区域每个旋钮与按键的具体功能。

C.仔细阅读操作手册中基本操作章节,熟悉各个功能的操作方法,由其与实验直接相关的操作,对实验做好准备。

3.由于实验需要将三角波通过RC网络变化成正弦波,因此设计如下电路图:

 

三、实验仪器与设备

1.示波器SS—7802A(20MHZ)

20MHz的双通道示波器,具备光标读出、频率测量功能。

●包括如下五个操作

♦水平控制区

ØPOSITION:

调节屏幕上信号水平方向位移。

ØTIME/DIV:

选择扫描速度。

左右旋转时,调节选择扫描速度,其数值在屏幕显示。

当按压此旋钮,再左右旋转,可作扫描微调。

ØMAG×10:

扫描放大。

按下“MAG×10”键,扫描速度提高10倍,波形将基于中心位置被放大。

ØSWEEPMODE:

扫描方式选择。

“AUTO”为自动扫描方式。

“NORM”为正常扫描方式。

“SGL/RST”为单次扫描,每按一次此按键,选择一次单次触发。

♦垂直控制区

ØCH1、CH2:

通道1(CHl)和通道2 (CH2)的垂直输入端,当连接测试线后,红色夹子为信号输入端,黑色夹子为地端。

观察单路信号时,可任取二通道之一。

在XY方式时,CHl作X轴输入端,CH1、CH2作Y轴输入端。

VOLTS/DIV:

垂直电压分度调节及微调旋钮。

左右旋转此旋钮,可选择每格电压值,电压范围为2mV/格至5V/格,若按压此旋钮,再左右旋转,可作垂直电压分度微调。

ØPOSITION:

调节屏幕信号垂直方向位移。

垂直偏转系统显示方式选择。

按“CH1”或“CH2”选择显示CH1或CH2通道的信号,再按一次所选中的通道号,可取消显示信号。

当所有通道都未选中,示波器自动显示CH1通道信号。

“ADD”为求和方式。

按下“ADD”可显示两通道波形和(CH1+CH2),选择此方式时,“INV”为通道2反向方式。

按下“INV”键,CH2通道波形反相,若此时“ADD”也按下,可显示两通道波形差(CH1-CH2)。

Ø垂直偏转系统显示模式选择:

当双踪或多踪显示时需要选择显示模式。

ALT(交替):

两个或多个信号交替显示,此模式适合观测高频信号。

CHOP(断续):

两个或多个信号以约555KHz的频率切换。

此模式适合观测低频信号。

灯亮时为CHOP显示方式。

Ø输入耦合开关:

选择被测信号馈至垂直放大器输入端的耦合方式。

DC(直流耦合):

输入信号所有成分直接加到垂直放大器的输入端。

AC(交流耦合):

耦合交流分量,隔离输入信号的直流分量。

GND:

输入信号从垂直放大器的输入端断开且输入端接地,提供一条零电平基线,当进行直流测量时,该基线位置可用做基准。

♦触发及扫描控制区

ØSOURCE:

触发源选择。

每按一下,选择一种触发源。

“CH1”:

用输入到CH1的信号作触发源。

“CH2”:

用输入到CH2的信号作触发源。

“LINE”:

用示波器的交流供电电源作触发源。

“EXT”:

用外触发信号作触发源。

“VERT”:

用小序号通道的信号作触发源。

ØCOUPL:

选择触发耦合模式。

ØAC(交流):

阻去触发信号中的直流成分。

DC(直流):

信号所有成分都可通过。

HF REJ(高频抑制):

衰减高频(10KHz以上)成分。

LFREJ(低频抑制):

衰减信号中的低频(10KHz以下)成分。

ØTV:

视频触发模式。

可选择相对于NTSC和PAL(SECAM)的TV信号触发系统。

按“TV”键,可选择BOTH、ODD、EVEN和TV-H触发模式,

ØSLOPE:

触发极性选择。

按“SLOPE”键,可选择“+,-”极性,在屏幕显示区(5)处显示。

ØTRIGLEVEL:

触发电平调节。

触触发信号产生时,“TRIG′D”灯亮,此时,所观察的信号频率被示波器自动测出。

ØHOLDOFF:

释抑时间调节。

此功能用于观测复杂的脉冲串信号,当触发出现不稳定时,通过调节释抑时间来获得稳定波形。

♦功能选择及控制区

ØCURSORS :

光标测量用光标测量电压差(ΔV)和时间、频率差值(Δt、1/Δt),使用方法如下:

(a)按“ΔV-Δt-OFF”键,选择ΔV测量、Δt测量或OFF(关闭测量)。

当选择ΔV时,屏幕显示两条水平测量光标,当选Δt时,屏幕显示两条竖直测量光标。

(b)压按“FUNCTION”旋钮,粗调光标位置,左右旋转“FUNCTION”旋钮,进行细调。

 ﻫ(c)ΔV测量:

按“ΔV-Δt- OFF”键,以选择ΔV测量方式,此时屏幕下方显示ΔV1= …,ΔV2= …。

按“TCK/C2”键,可选择光标序号,每按一次“TCK/C2”键,按如下顺序改变:

ﻫC1(光标1)→C2(光标2)→TCK(光标跟踪)→C1(光标1)ﻫ并在屏幕显示区(23)处显示“f:

V-C1(或C2、TRACK)”。

ﻫ所选光标在左边出现“━”高亮标记时,用“FUNCTION”旋钮进行移动,当(23)处显示“f:

V-TRACK(光标跟踪方式)”,两条光标都可移动。

将光标移到被测波形两个测量点,屏幕下方显示的ΔV数值即为被测电压。

ΔV1为CH1信号的测量值,ΔV2为CH2信号的测量值。

Δt测量可参考ΔV测量方法。

ØHORIZ  DISPLAY:

水平显示选择。

按“A”键选择A模式。

按“X-Y”键,选择X-Y模式。

“X-Y”模式是指CH1作为X轴,CH1、CH2、ADD中一个作为Y轴显示,此模式适用于观测磁滞曲线,李萨如图形等。

♦整体控制区

ØPOWER:

电源开关。

ØINTEN:

扫描轨迹辉度调节。

顺时针旋转,扫迹亮度增加。

ØREADOUT:

屏幕显示文字辉度调节。

顺时针旋转,文字亮度增加。

ØFOCUS:

轨迹聚焦调节。

ØCAL:

校准信号输出端口。

输出f=lKHz,V峰-峰=0.6V方波校准电压信号。

Ø┻ :

接地端子

●显示屏分成如下三个区域

♦触发及扫描信息显示区

Ø位于显示屏的左上角,依次显示扫描速度、触发源、触发极性、触发耦合方式、触发电平。

♦波形显示区

Ø位于显示屏中部,显示得到的波形。

♦信号源状态、测量结果显示区

Ø左下角为ΔV或Δt的测量结果、CH1、灵敏度、耦合、相加、CH、反相、灵敏度。

Ø右下角为测量频率、水平放大。

Ø右上角为释抑时间、功能模式。

2.信号发生器MOTECH FG—506A

規格:

 FG-513/FG-506函數波產生器規格表 

輸出波形

三角波、正弦波、方波、脈波、非對稱性弦波、非對稱性三角波、TTL信號及掃頻(斜波、對數波)

頻率範圍

2Hz~13MHz(FG-513,八檔)頻率由LCD直接讀出2Hz~6MHz(FG-506,七檔)

頻率精確度

±0.01%讀值

分辨率

4位數

輸出幅度

±10Vp(無載),±5Vp(50Ω負載)

輸出衰減

0dB、20dB及40dB

輸出阻抗

50Ω±2%

方波

上升/下降時間<25ns在最大輸出條件下 過激失真<10% ofP-P在最大輸出條件下(50Ω負載)

三角波線性誤差

99%至100KHz

正弦波失真度

<1%當f<100KHz時,<30dB當100KHz25db當f>2MHz

同步輸出(TTL脈波)

輸入阻抗50Ω,頻率範圍:

2MHz~24MHz(FG-513)2Hz~12MHz(FG-506)

對稱度/占空比

10%~90%至1MHz

直流位置及直流輸出

±10Vp於空載時,±5Vp於50Ω負載

掃頻(線性/對數)

掃描寬度:

Max100:

1掃描速度:

0.2Hz~100Hz(5Sec~10mSec)

VCG特性

輸入阻抗:

10KΩ輸入準位:

0~10V電壓輸入,最大頻率變化率100:

1

Trig In(TTL脈波)

信號脈行寬度:

50nS(最小),重複比率:

5MHz(最大)

保護特性

輸出短路保護,輸入電壓保護,≦20Vpeak

頻頻計

頻率範圍

5Hz~100MHz

頻率周期

0.2Sec~10n Sec

分辨率

61/2位數

時基頻率的穩定度

10MHz±10PPM(0℃~50℃)

輸入頻率振幅衰減

X1,X20兩檔

靈敏度

50mVrms正弦波到50MHz,100mVrms正弦波到100MHz

一般特性

工作電源

AC115V/220v50/60Hz

操作環境

溫度0℃~40℃,相對濕度:

低於80%

儲存溫度

-20℃~70℃

外型尺寸

8.6cm高×22cm寬×30cm長

重量

3.5公斤

附件

說明書、電源線、合格證、同軸測試線

●输出信号操作区,在本次实验中,主要用到的按钮为下面五个

♦输出信号函数选择按钮

♦信号频率选择按钮

♦辅助功能选择按钮

♦左移光标按钮、右移光标按钮

●旋钮操作区,在本次实验总,主要用到的旋钮为下面四个

♦输出信号幅度调节旋钮

♦直流分量调节旋钮

♦频率粗调旋钮

♦频率细条旋钮

四、实验内容

1.测量1kHZ的三角波信号的峰峰值及其直流分量。

2.测量1kHZ的三角波经下图阻容移相平波后的信号

的峰峰值及其直流分量。

3.测量1kHZ的三角波的周期及频率。

4.用单踪方式测量三角波、

两信号间的相位差。

5.用双踪方式测量三角波、

两信号间的相位差。

6.信号改为100HZ,重复上述步骤1~5

五、实验步骤

(一)1kHz三角波信号的峰峰值、直流分量、周期和频率的测量

1.打开示波器电源。

2.利用示波器的标准信号检查示波器的状态:

将CH1通道的耦合方式选择GND,通过调节CH1通道的竖直位移旋钮,使显示的地电位与实际的地电位线重合。

再选择示波器的触发源为CH1,耦合方式为直流耦合,将示波器CAL除接入CH1通道的好表笔,黑表笔接地,调节扫描速度与电压灵敏度大小,则可观察到下面的图形

说明示波器工作正常。

3.打开信号发生器电源,按下mode(第一排第一个)按钮,面板上显示输出信号函数的类型,通过按左、右光标,使面板上显示TRIANGLE(三角波),再按下信号发生器的频率/周期按钮,通过按左、右光标,使信号发生器面板上的频率范围为200Hz——2KHz,再旋转信号发生器的频率粗调旋钮,使信号发生器面板上的频率接近1KHz,再旋转信号发生器的频率细调旋钮,通过上面的操作,使信号发生器输出1Khz的三角波。

将信号发生器的输出端的红、黑接头接到示波器的CH1通道的红黑接头,将信号发生器的输出幅度旋钮调到适当的位置,调节Y控制区,只选通CH1的测量,AC耦合;垂直通道灵敏度适当选小一些,以便始终能观察到波形;调节触发控制区,选择CH2触发,选择正极性触发;协同调节触发电平、垂直控制,以便在屏幕上得到垂直方向最大化的全景波形;调节水平控制区,使波形在水平方向显示1.5~2个周期;将波形的0电压基线调节到屏幕中心的水平网格上,最终得到如下图所示的波形。

五、测三角波的峰峰值:

按下ΔV-Δt-OFF按钮,则出现了两条水平光标,按下TCK/C2,将一条光标移动到三角波的波谷位置,再按下TCK/C2,将另一条光标移动到三角波波峰的位置,得到下面的画面

从中读出ΔV1=4.96V,所以三角波的峰峰值为4.96V。

六、测三角波的直流分量:

按下CH1通道的DC/AC按钮,先选择交流耦合方式,

按下ΔV-Δt-OFF按钮,将一条光标移动到三角波的波谷位置,再按下CH1通道的DC/AC按钮,选择为直流耦合方式,此时波形会向上平移,平移的幅度就为直流分量的大小,因此移动另外一条光标,使其在现在波形的波谷位置,如下图所示:

从示波器上可以看出直流分量为2.77V。

7.选通CH1通道,AC耦合;调节水平控制区,使波形在水平方向上显示1.5—2个周期,按下ΔV-Δt-OFF按钮,调节光标,两个光标分别过相邻周期的波峰位置,如下图所示

从示波器上可以读出三角波的周期为1.004ms,频率为0.996KHZ。

二1kHz三角波经阻容移相后的信号VO峰峰值、直流分量、周期和频率的测量

1.按下图连接电路

 

C

A

B

用万用表测得所用电阻为20KΩ,电容为1000pf

2.将示波器的CH2通道的红表笔接入上图中的A点,黑表笔接地,调节Y控制区,只选通CH2的测量,AC耦合;垂直通道灵敏度适当选小一些,以便始终能观察到波形;调节触发控制区,选择CH2触发,正负极性均可;协同调节触发电平、垂直控制,以便在屏幕上得到垂直方向最大化的全景波形;调节水平控制区,使波形在水平方向显示1.5~2个周期;将波形的0电压基线调节到屏幕中心的水平网格上,最终得到如下图所示的波形。

4.测量VO波峰峰值:

按下ΔV-Δt-OFF按钮,则出现了两条水平光标,按下TCK/C2,将一条光标移动到Vo的波谷位置,再按下TCK/C2,将另一条光标移动到Vo的位置,得到下面的画面

从图中可以看出峰峰值为2.545V。

  5.测量Vo的直流分量:

按下CH1通道的DC/AC按钮,先选择交流耦合(AC)方式,按下ΔV-Δt-OFF按钮,将一条光标移动到Vo的波谷位置,再按下CH2通道的DC/AC按钮,选择为直流耦合(DC)方式,此时波形会向上平移,平移的幅度就为直流分量的大小,因此移动另外一条光标,使其在平移后正弦波波形的波谷位置,如下图所示:

从图中可以看出直流分量为2.688V

6.测量Vo的周期:

选通CH2通道,AC耦合;调节水平控制区,使波形在水平方向上显示1.5—2个周期,按下ΔV-Δt-OFF按钮,调节光标,两个光标分别过相邻周期的零点,测得周期为1.008ms,频率为989.57Hz。

三、用单踪方式测量三角波、VO两信号之间的相位差

1.将示波器的EXT测试端口的红表笔与电路图中的C点相连,黑表笔与B相连,将CH2通道的红表笔与C点相连,黑表笔与B相连

2. 调节Y控制区,只选通CH2的测量,AC耦合;垂直通道灵敏度适当选小一些,以便始终能观察到波形;

  3. 调节触发控制区,选择外触发方式(EXT触发),选择正极性触发;

 4.协同调节触发电平、垂直控制,以便在屏幕上得到垂直方向最大化的全景波形;

 5. 调节水平控制区,使波形在水平方向显示1个左右周期;

6. 将波形的0电压基线调节到屏幕中心的水平网格上,最终得到如下图所示的波形。

7.按下ΔV-Δt-OFF按钮,在屏幕上出现两条竖直光标,让其中一条经过三角波的零点位置,记为A点,如下图所示:

8.保持EXT测试端口的红表笔与图中的C相连,黑表笔与B相连,将CH2通道的红表笔改接到A点。

9.保持触发控制区、水平控制区状态不变,适当调整垂直增益(垂直位移不要调节),得到下图所示波形;

 10.将另一条竖直光标移到Vo的下降边零点位置,记为B点,并获得A、B两点之间的时间信息为Δt=-0.142ms,通过前面测量的周期数据,换算出相位差为50.91°

四、用双踪方式测量三角波、VO两信号之间的相位差

1.将示波器的EXT通道和CH1通道的红表笔都与电路图中的C相连,黑表笔与B相连,将CH2通道的红表笔与电路图中的A相连,黑表笔与电路图中的B相连。

2.调节Y控制区,同时选通CH1、CH2的测量,AC耦合;垂直通道灵敏度适当选小一些,以便始终能观察到波形;

3.调节触发控制区,选择CH1触发,正极性触发;

4.协同调节触发电平、垂直控制,以便在屏幕上得到垂直方向最大化的全景波形;

5.调节水平控制区,使波形显示1个—2个周期;

6.将波形的0电压基线调节到屏幕中心的水平网格上,最终得到如下图所示的波形。

7.在屏幕上用光标分别标记三角波与Vo的零点位置A点和B点,Δt=-0.142ms,根据前面测量的周期数据,换算出相位差为51.53°。

五、100Hz三角波信号的相关测量

改变信号发生器的输出及直流偏置,得到100Hz的三角波,重复以上

(一)~(四)步,依次得到了以下几个图示的波形。

测量100Hz三角波峰峰值图

测量100Hz三角波周期、频率图

阻容移向后的波形图

单踪测量相位差图

单踪测量相位差图

双踪测量相位差图

此组实验的测量数据见实验六。

六、实验数据及分析

1.1KHz三角波测量结果数据记录表

信号

1kHz三角波

阻容移相平波

信号

相位差

单踪

双踪

参数

数据

4.96

2.77

996

1.004

2.545

2.688

0.142

0.142

【注】本实验所用RC移相平波电路中,R=20KΩ,C=1000PF

2.100Hz三角波测量结果数据记录表

信号

100Hz三角波

阻容移相平波

信号

和 

相位差

单踪

双踪

参数

数据

4.82

2.71

101.23144XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

9.88

4.56

2.65

0.546

0.620

【注】本实验所用RC移相平波电路中,R=20KΩ,C=1000PF

3.数值处理与分析

(1)信号输出幅值分析

当输入信号为1KHz的三角波,用幅值衰减倍数A表示阻容移向平波信号Vo与输入信号Vi之间关系为

幅值衰减倍数

当输入信号为1KHz的三角波,用幅值衰减倍数A表示阻容移向平波信号Vo与输入信号Vi之间关系为

幅值衰减倍数

 

从1Khz的衰减倍数和100Hz的衰减倍数中可以看出,该移向平移电路对100Hz的三角波信号衰减倍数更小。

(2)直流分量分析

当输入信号为1KHz的三角波,三角波直流分量VDC为2.688V

当输入信号为100Hz的三角波,三角波直流分量VDC为2.65V

直流分量基本不变

(3)相位差分析

(1)当输入信号为1KHz的三角波时,

采用单踪方式测得的相位差为:

  采用双踪方式测得的相位差为:

(2)当输入信号为100Hz的三角波时

采用单踪方式测得的相位差为:

采用双踪方式测得的相位差为:

通过实验结果可知,输入100Hz比输入1KHz的相位差小。

所以移向电路对频率高的信号移向更明显。

七、思考题

1.测相位差时,你认为双踪、单踪测量哪种方式更准确?

为什么?

答:

单踪测量更准确,因为双踪测量是从CH1和CH2通道同时输入信号,这两个通道电路不可能完全对称,同时双踪的扫描方式为交替扫描或断续扫描,会带来误差,而单踪测量,输入信号都是从一个通道输入,触发方式都选择外触发,触发源选择同一信号,基本没有误差,所以单踪测量更准确。

2.上实验过程中,双踪示波器的扫描是工作在交替、还是断续方式?

为什么?

答:

当输入三角波频率为1KHz时,双踪示波器的扫描是工作在交替方式。

 当输入三角波频率为100Hz时,双踪示波器的扫描是工作在断续方式。

 原因是交替扫描方式是按锯齿波扫描频率在两通道间周期切换。

用于观察较高频率信号。

而断续扫描方式是在一个锯齿波扫描周期内,以一定的频率在两通道间高速切换,适用于较低的频率。

3.对于同一组移相电路,1kHz和100Hz三角波经过移相变换后,其相位、幅值有何不同?

为什么?

答:

1kHz三角波经过移向变换后,相位变化,幅值衰减比100Hz大,由电路图知Uo=Ui/(1+jωCR),所以当输入信号的频率大时,1+jωCR的模值变大,因此Uo的模值小,所以经过移向变换后,幅值的衰减系数大,同时当ω增大时,1+jωCR的幅角会随ω的增大而增大,当ω趋近于无穷大时,1+jωCR的幅角趋近于90°,所以当ω增大,三角波移向变换相位变化大。

八、结论与体会

结论:

1.RC移向平移电路对低频、高频信号的影响

 对于低频信号,幅值衰减小,相位移动小。

  对于高频信号,幅值衰减大,相位移动大。

 2.测量两个信号的相位差时,单踪测量比双踪测量更准确,但双踪测量更简单,且更直观,应该根据不同场合与精度要求选择测量方式。

体会:

1.通过这次示波器实验,我认识到只有通过良好的预习,才能对实验做好充分的准备,才能解决实验过程中所遇到的问题。

   2.在做实验的过程中,应该按照实验步骤,符合实验操作规范,当在实验过程中遇到问题,应该分析产生问题的原因,思考并查阅相关资料,主动解决。

  3.对工科学生来说,能正确与熟练使用测量仪器非常重要,在以后的学习生活中,要多动手实践。

 

实验二图示仪的使用及晶体管特性参数测量

一、实验目的

通过图示仪学会对晶体管的各项参数进行测量,对图示仪波形显示的原理有更深的认、识,进一步熟悉图示仪的使用方法。

在此实验中,主要完成三个实验目的:

1.学会用图示仪测量晶体三极管的特性参数。

2.学会用图示仪测量二极管的特性参数。

3.学会用图示仪测量稳压二极管的特性参数。

二、实验预习

1.复习教材与PPT中与图示

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