电子测量与仪器实验指导书综述.docx
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电子测量与仪器实验指导书综述
《电子测量与仪器》实验指导书
实验一、通用计数器的应用
实验二、通用示波器的应用
实验三、电压表波形响应的研究
实验四、阻抗测量的研究
实验五、综合设计性实验
六、附录：
常用仪器使用方法
实验一通用计数器的应用
一、实验目的
1.通过实验，进一步了解和掌握通用计数器的组成及工作原理。
2.熟悉并掌握通用计数器的正确操作方法。
3.通过对信号发生器输出频率的检定，了解电子仪器检定的原理和方法，了解频率参数测量的一般方法及对测量误差进行分析的方法。
二、实验仪器及设备
1.SS7200通用智能计数器一台
2.EE1642B型函数信号发生器一台
3.AS1053高频信号发生器一台
三、实验内容及步骤
在进行测量前，首先按规定要求对高频信号发生器、函数信号发生器及计数器进行预热，然后对计数器进行自校，计数器自校正确无误方可进行实验。
1．对AS1053高频信号发生器第一至第二频段的频率刻度进行检定。
（1）将SS7200通用计数器电源开关接通，自校完毕后，将功能开关置为频率档，“闸门时间”选取“1S”。
（2）将AS1053高频信号发生器调到要测量的频率点上（频段1：
从100kHZ～900kHZ，每隔100kHZ选择一个测量点；频段2：
从1000kHZ～9000kHZ，每隔1MHZ选择一个测量点），然后进行测量。
将所测数据填入表一中，最后计算出结果，并分析说明此仪器是否符合说明书给出的指标（实验报告中要给出检定结论，并分析产生误差的原因）。
2.测量两信号的频率比
（1）调节高频信号和函数信号发生器，分别输出频率为5MHZ和1KHZ的正弦波（或方波），然后用通用计数器分别测量其实际值，并根据公式N=fa/fb计算其频率比。
（2）利用通用计数器直接测量出
（1）中两信号的频率比fa/fb。
（3）将理论计算值（即根据信号发生器的标称值计算所得的频率比值）和上述两种方案测得值进行比较和验证。
（实验报告中要分析两种测量方法的误差大小和优缺点，并画出用通用计数器直接测量两信号频率比fa/fb的原理框图）。
3.累计输入信号
（1）使函数信号发生器输出频率为10HZ、输出幅度为1V的方波。
（2）将通用计数器测量功能开关置为计数档，把待测信号连接到A通道，自己看手表作10秒钟计数，记下测量值。
要求重复记数20次。
对测量结果进行分析和说明。
（实验报告中要求采用等精度测量结果的数据处理方法对测量结果进行分析，并画出用计数器作累加计数的功能原理框图）。
四、思考题
1.本实验中使用的是一种什么样的测频方法？
请列举你所知道的别的测频方法。
2.简述通用计数器测频和测周的原理。
表一
被测波段
标称值fx
实验值fA
f=fx-fA
频段1
100kHZ
200kHZ
300kHZ
400kHZ
500kHZ
600kHZ
700kHZ
800kHZ
900kHZ
频段2
1000kHZ
2000kHZ
3000kHZ
4000kHZ
5000kHZ
6000kHZ
7000kHZ
8000kHZ
9000kHZ
实验二通用示波器的应用
一、实验目的
1.掌握通用示波器的主要技术性能及其含义。
2.熟悉和掌握通用示波器的组成及各控制键的作用，并达到正确使用。
3.掌握通用示波器测量时间、电压和相位的基本方法。
二、实验仪器与设备
1.V－252双踪通用示波器一台
2.EE1642B函数信号发生器一台
3.SS1798A直流稳压电源一台
4.AS1053高频信号发生器一台
5.移相器实验板一块
三、实验内容及步骤
1.直流电压测量
（1）首先将示波器触发方式选择开关置于“自动”方式，使屏幕出现扫描时基线。
然后选择通道CH1或CH2，将输入耦合选择开关置于“GND”，调整垂直移位旋钮使扫描时基线移到屏幕中间或其他适当位置上，并把它作为零电平线的位置。
（2）将输入耦合选择开关置于“DC”位置，然后输入被测直流电压（由直流稳压电源提供），则扫描时基线会在垂直方向（Y方向）移动（即光迹上移或下移）。
根据扫描时基线移动的格数和垂直偏转因数（Y轴偏转因数）的乘积读出被测电压的数值。
（3）注意：
在进行电压测量时垂直偏转因数微调旋钮应处于“校准”位置；测试过程中不能再旋转垂直移位旋钮。
2.正弦电压测量
（1）首先将输入耦合选择开关置于“GND”位置,示波器触发方式选择开关置于“自动”方式，使屏幕出现扫描时基线。
调整垂直移位旋钮使扫描时基线移到屏幕中间或其他适当位置上。
然后将输入耦合选择开关置于“AC”位置
（2）调节EE1642B函数信号发生器，使其输出频率为100KHZ，幅度为1伏的正弦波。
用示波器观察其波形。
正确调节示波器各控制键和开关，使荧光屏上显示幅度合适的1～2周的被测信号波形。
读出被测波形的幅度和频率并分析其值是否正确。
（3）调节EE1642B函数信号发生器，使其输出频率为1MHZ，幅度为1伏的正弦波按
（2）中同样的要求再测一次。
（4）在上述两步的测量中，注意有关控制键的正确选用：
a.改变垂直偏转因数开关及微调旋钮，观察对波形的影响，记下结论并分析原因。
b.改变扫描触发方式“自动”（AUTO）、“常态”（NORM），观察对波形的影响，记下结论并分析原因。
c.改变触发源选择开关（SOURCE），触发电平、触发极性开关（LEVEL），观察对波形的影响，记下结论并分析原因。
3.相位测量
相位的测量指的是两个同频信号之间相位差的测量，如最常见的对电路（或网络）输入与输出信号之间相位差的测量，即电路（或网络）相移的测量。
用双踪示波器可测量二个频率相同信号的相位关系，本实验通过观察正弦波信号通过一个移相器的相位变化，学会其测量方法，测量步骤如下：
（1）调节EE1642B函数信号发生器，使其输出频率为100KHZ，幅度为1伏的正弦信号，加至移相器输入端。
移相器电路如下图所示：
（2）将移相器的输入信号Ui和输出信号Uo分别加至双踪示波器的两个输入端，正确调节示波器的显示方式开关及触发方式开关等有关控制键，使荧光屏上显示合适的被测信号波形。
（3）记录所测波形，根据公式=T（div）×div，计算出两信号的相位差。
——相位差。
T——两波形在X轴方向差距的格数。
——每1div（格）的相位，可通过观测一个周期正弦波所占格数算出。
4.测量调幅波的调幅系数
单音频调制时，调幅波的波形如下图所示，A=2Umax，B=2Umi
调幅波的表达式如下：
u=Um（1+msinΩt）sinωt
式中Um——载波振荡的振幅
ω、Ω——载波振荡、低频调制信号的频率
m——调幅系数
根据观测所得的A、B值，可按下式计算出调幅系数：
m=
×100%
测量方法如下：
（1）调节AS1053高频信号发生器，使之输出调制频率为1000HZ、调制度为30%，载波频率为465KHZ的已调信号，输出至示波器CH1（或CH2）。
（2）调节高频信号发生器输出幅度，同时按正弦信号的测量方法适当调节示波器的旋钮，使屏幕上显示稳定的调幅波形。
（3）根据显示的调幅波形，读取包络线的峰－峰和谷－谷之间所占的格数A、B值计算调幅系数m，并与高频信号发生器输出信号的调制度进行比较和验正。
四、思考题
1.利用通用示波器可以测量信号的哪些参数？
2.试比较连续扫描和触发扫描的特点。
3.通用示波器有哪些主要技术指标？
4.通用示波器由哪些主要电路组成？
5.测量相位误差的方法主要有哪些？
列举说明测量相位差的重要意义。
实验三电压表波形响应的研究
一、实验目的
1.分析几种典型电压波形对不同检波特性电压表的影响，进一步明确用不同检波特性电压表测量各种电压波形所得测量结果的物理意义，掌握测量结果的处理方法。
2.熟悉视频毫伏表和超高频毫伏表的频率响应特性。
3.掌握三种不同检波特性交流电压表的使用方法。
二、实验仪器及设备
1.TH2172型交流毫伏表一台
2.HFJ—8B射频毫伏表一台
3.DA30A有效值电压表一台
4.EE1642B函数信号发生器一台
5.V－252双踪通用示波器一台
三、实验原理
设被测交流电压的瞬时值为u（t），则：
全波平均值
有效值
波形因素
波峰因素
由于被测交流电压大多数是正弦电压，而且人们通常只希望测量其有效值，故除非特别说明，交流电压表都是以正弦波为测量对象，并按有效值定度，即表头示值是被测电压为正弦电压时的有效值。
测量非正弦电压时，电压表的读数必须通过波形因素或波峰因素换算才能得到测量结果：
对均值电压表
对峰值电压表
对有效值电压表
四、实验内容及步骤
1.被测电压波形对测量结果的影响。
（1）等读数测量：
调节函数信号发生器输出频率为20KHZ，按下正弦波、三角波、或方波按钮，将分别得到这三种波形输出。
a.用超高频毫伏表测量正弦、三角和方波输出，调节函数信号发生器的幅度调节旋钮，使超高频毫伏表对不同电压波形读数都相同。
例如：
1=2=3
记录读数，用示波器观察三种波形并画出三种波形图，在图上标明被测电压的峰值。
将超高频毫伏表的读数及示波器的读数填入表一。
b.用视频毫伏表测量三种电压波形，方法同上。
c.用有效值电压表测量三种电压波形，方法同上。
d.根据三种特性电压表的测量结果（读数），分别计算出被测电压的平均值、峰值和有效值填入表一，并对测量结果进行分析说明。
表一：
电压表类型
平均值检波
峰值检波
有效值检波
波型
正弦
三角
方波
正弦
三角
方波
正弦
三角
方波
读数
1
2
3
1
2
3
1
2
3
计算
示波器读数
（2）等幅度测量
a.调节函数信号发生器，使输出频率为20KHZ，输出幅度为1V（用示波器监视）。
分别输出正弦波、三角波和方波，用峰值电压表测量各输出波形，记录读数并填入表二中。
b.用平均值电压表测量三种电压波形，方法同上。
c.根据测量结果，计算被测电压的有效值，填入表二，并进行分析说明。
表二：
波形
正弦
三角
方波
峰值检波电压表读数1
均值检波电压表读数2
1换算为有效值U
2换算为有效值U
2.超高频毫伏表和视频毫伏表频响特性的比较。
（1）视频毫伏表频响特性：
在1HZ到5MHZ频率范围内取若干频率点，保证信号源输出电压为一常数，测量被测电压表的频响特性。
（2）超高频毫伏表频响特性：
在20HZ到30MHZ频率范围内取若干频率点，保证信号输出电压为一常数，测量被测电压表的频响特性。
（3）把测量数据填入表三。
（4）根据实验数据，画频率响应特性曲线，并作分析说明。
（5）所用仪器频率范围：
TH21725HZ—2MHZ
HFJ—8B1KHZ—1000MHZ
EE1642B0.2HZ—10MHZ
AS1053100KHZ—150MHZ
表三
频率f
TH2172
频率f
HFJ—8B
五、思考题
（1）在等幅度测量中，用峰值电压表测量三种波形时，读数相同吗？
为什么？
用均值电压表测量时，读数相同吗？
为什么？
（2）在实际测量中，对于各种非正弦信号电压，如何得到其有效值电压？
（3）什么是波形误差？
如何消除这项测量误差？
实验四阻抗测量实验
一、实验目的
1.了解阻抗测量的特点和方法。
2.掌握高频Q表的原理和使用方法，学会利用Q表测量电感器和电容器的参数。
3.通过实验，加深理解谐振法测量阻抗的原理和应用。
二、实验仪器及设备
1.QBG—3高频Q表一台
2.直流稳压电源一台
3.万用表一块
4.变容管偏置电源板一块
三、实验原理
Q表是用于测量高频电路元件参数的仪器。
它是利用LC谐振回路的谐振特性来测量高频线圈的电感量及其Q值，测量电容器的电容量及其损耗因数等，其原理如图所示。
1.电感线圈Q值的测量。
如上图所示，当电路发生串联谐振时，电容器C上的电压UC=QE，即：
（1）
利用电压表分别对回路的输入电压E和电容器上的谐振电压UC进行测量，即可求得回路之Q值，当测试回路损耗可忽略时，UC与E之比值即等于电感线圈的Q值，当E固定为一常数，UC值就可以用Q值来定度。
如考虑到分布电容C0的影响，则需用下式修正：
（2）
Qm——测得值
C1——谐振时电容度盘读数
2.电感量的测量
回路谐振时
（3a）
如果已知、C就可以算出电感L。
若在规定频率下进行测量（此规定在仪器面板上有标注），则电感L可用调谐电容器C直接定度。
当调谐电容使Q值指示最大时，可从电容度盘的电感读数中得出电感值。
注意：
由（3a）式计算出的电感量只是在频率为时，线圈L和它固有电容C0并联组成的等效电感值。
考虑到分布电容C0的影响时，线圈真正的电感值为：
（3b）
C——回路谐振时的电容度数
若所测L值小于10H时，应将L值减去仪器本身的剩余电感L0（QBG—3的L0≈0.07H），才能最后得到精确值。
3.分布电容C0的测量（两倍频法）
由
得
（4）
保持回路的L值不变，在两个不同频率f1及f2下分别使回路谐振，相应的有C1和C2。
可得
（5）
及
（6）
由（5）、（6）可解得：
若取
则
（7）
4.变容管静电容的测量
静电容CV是变容管两个基本参数之一，反偏电压与二极管静电容的CV—V特性可以应用在调谐以及自动调整电路中。
如图所示，利用Q表，偏置电源，可以测出变容管的CV——V特性图中，变容管实际上是和Q表里的标准电容相并联。
CV=C1－C2（8）
C1——变容管未接入时Q表调谐电容的读数
C2——变容管接入后Q表调谐电容的读数
在不同的反偏压V下，测量CV值，即得CV—V特性。
四、实验步骤
1.变容二极管CV—V特性的测量
a.某一频率下（例如用4．5MHZ）选择适当的辅助线圈，接到Q表的Lx接线柱上，调整Q表的调谐电容CS，使回路谐振（Q表指示最大），记下谐振时调谐电容读数C1并记入表一内。
b.按下图接好电路（变容管已事先接好在偏置电路板里）。
调整稳压电源及偏置电路板上电位器W，用万用表测出变容管两端的偏压值。
然后调整Cs使回路重新谐振，读出此时的电容值C2，记入表一。
则可由式（8）算出CV。
c.在不同的负偏压下，按上述方法测取CV值记入表一，并描出CV——V曲线。
表一f=
偏压值
C1（PF）
C2（PF）
CV=C1－C2
—1V
—2V
—4V
—6V
—8V
—10V
2.线圈的Q、L值测量
Q表使用规则参见附录。
a.将所测得的Q、L值及谐振时的调谐电容C1、选定的测量频率f记入表二。
本实验用的电感为10H左右，可按仪器面板上的规定选择相应的测量频率。
表二
f
C1
L测
Q测
b.利用已测得的C0（C0的测试见实验步骤3）,据式
（2）对Q值进行修正。
c.根据式（3b）对L值进行修正，即将Q表的调谐电容调到C1+C0位置，读出电容度盘对边的电感数就是修正后的L值，还要将修正后的电感值L减去L0，才能得到最后的修正值。
d.算出修正后Q、L值与测得值作比较分析。
3.测试线圈的分布电容C0。
a.调节Q表频率度盘,使频率为f1，然后调节调谐电容使回路谐振，记下此时的电容值C1。
b调节频率至f2=
f1，然后调节调谐电容使回路重新谐振，记下谐振时的电容值为C2。
e.按式（7）计算C0。
4.电容器电容量的测量。
a.小于460PF电容器的测量：
给出一个标称值为300PF的电容，试用高频Q表测出其实际值，根据测量所得结果计算该电容的绝对误差和相对误差，并加以分析说明。
b.大于460PF电容器的测量：
给出一个标称值为500PF的电容，试用高频Q表测出其实际值。
根据测量所得结果计算该电容的绝对误差和相对误差，并加以分析说明。
五、思考题
（1）阻抗参数测量的方法有哪三种？
（2）谐振法测量阻抗有何特点？
（3）为什么应在工作频率下测量阻抗？
实验五综合设计性实验
一、实验目的与要求
通过设计、安装一个测量放大器，并对其主要参数进行测试，了解仪器仪表中常用的测量放大器的电路组成和工作原理。
掌握常用电子测量仪器在实际测试中的应用，学习在已给技术条件下，制定正确的测试方案，提高综合运用电子测量仪器的能力。
二、测量放大器基本原理
测量放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、高增益及调节方便等优点，能将差动输入信号转换为单端输出信号，通常用作传感器放大器及各种微弱电信号的放大。
下面对测量放大器共模抑制能力进行分析，以确定在电路设计时如何选择器件。
测量放大器的电路形式如图1所示。
第一级采用两个运放组成同相放大器，可获得很高的输入阻抗。
设运放A1、A2的共模抑制比为
和
，则可推出第一级电路的共模抑制比如下：
（1）
由
（1）式知，严格挑选运放A1、A2，使其共模抑制比尽量相等，则可保证第一级的共模抑制比
尽可能大。
第二级由运放A3组成差动放大器，在理想情况下，运放器件本身的
为无穷大，若R5=R6，R7=R8，即电路处于完全平衡状态，则共模输入信号可完全被抑制，放大器输出信号只反映差模输入。
因此，对共模信号的实际抑制程度，取决于运放器件本身的
值的大小和外部电路电阻的匹配误差。
在失配最严重的情况下，可推导出由于电阻的失配所引起的共模抑制比为
，则可推出第二级的共模抑制比为：
（2）
式中
为运放A3本身的共模抑制比。
整个放大器的共模抑制比为：
（3）
当
时，（3）式可简化为：
（4）
可以证明，该测量放大器的差模增益计算公式如下：
（5）
一般是通过调节RG来改变差模增益。
通过以上分析可知，在测量放大器设计中应注意两个方面的问题：
第一是选择器件，通过测量确定共模抑制比高度对称的（相差不超过0.5dB）运放A1和A2，挑选高共模抑制比的运放A3（
）；第二，在影响共模抑制能力的诸因素中，第二级差动放大器外回路电阻的匹配精度是主要因素，应采用高精度、高稳定性的电阻，先确定R5、R6，再由Ad2的值确定R7，最后通过调整R8的值，使R7=R8，以提高匹配精度。
测量放大器中的运放应采用低噪声、低漂移运算放大器，如OP－07，下面给出其主要技术指标和封装形式，供设计时参考。
①输入失调电压：
10uv
②温度漂移：
200nv/℃
③偏置电流：
200pA
④增益带宽积：
600kHZ
⑤噪声：
9.6nv
⑥转换速率：
300mv/us
⑦差模输入电压：
±30V
⑧共模输入电压：
±22V
⑨功耗：
500mw
⑩电源：
±22V
三、实验任务及主要技术指标
根据所给条件，设计一个测量放大器，要求技术指标如下。
在面包板上安装完毕后，对电路进行静态调试。
然后自行拟订测试方案，对该测量放大器的下列参数进行测试。
1．电压增益≥60dB
2．共模抑制比≥80dB
3．频带范围（提示：
由电路的增益带宽积决定）
四、实验所用元器件
1．OP07运算放大器3只
2．10K精密电位器4只
3．1K精密电位器1只
4．4.7K～10K电阻4只
5．82K～100K电阻4只
五、实验仪器设备
1.TH2172型交流毫伏表一台
2.EE1642B函数信号发生器一台
3.V－252双踪通用示波器一台
4.SS1798A四路稳压电源一台
5.SS720用智能计数器一台
6.DT980数字万用表一只
7.实验面包板一块
六、设计步骤与要求
1.认真阅读设计要求，写出设计预习报告。
2.根据已知条件及性能指标要求设计电路。
3.在实验面包板上安装、调试电路。
4.拟订测试方案，用所给仪器测试电路的参数。
5实验完成后，写出设计性实验报告。
七、参考书
1.杨吉祥等编·电子测量技术基础·南京：
东南大学出版社，1998.8
2.孔有林编著·集成运算放大器及其应用·北京：
人民邮电出版社，1979.8
3.李永敏等编·数字化测试技术·北京：
航空工业书版社，1987
4.谢自美主编·电子线路设计·实验·测试·武汉：
华中科技大学出版社，2000.7
附录常用仪器的原理和使用方法
一、AS1053信号发生器
（一）概述
AS1053信号发生器是一种调频调幅立体声高频信号发生器。
信号发生器的输出信号频率由五位数码管指示。
信号发生器可存储十个工作频率及信号方式，可方便重复使用，而不必重新调整仪器。
本机采用了单片机、数码电位器等数字技术，使信号发生器的各技术性能得到了较大的提高。
（二）主要技术指标
1．信号发生器输出信号频率
0.1MHZ～150MHZ工分为三个频段：
频段1：
0.1MHZ～1MHZ；
频段2：
1MHZ～10MHZ；
频段3：
10MHZ～150MHZ。
2．音频内调制信号
（1）调幅内调制信号频率：
1000HZ；
调制深度：
约30%（50Ω终端负载）；
工作频段：
1、2、3。
（2）调频内调制信号频率：
400HZ；
1000HZ。
调频频偏：
22.5kHZ（400HZ）；
75kHZ（1000HZ）。
工作频段：
2、3。
（3）立体声调制信号频率：
L400HZ；
R1000HZ；
调频频偏：
约75kHZ。
工作频段：
3。
（4）立体声调制隔离度≥30dB。
（5）立体声调制信噪比≥40dB。
（6）内音频输出1kHZ≥2Vrms。
（7）外调制输入幅度0～3Vrms。
（8）外调制深度0～90﹪左右。
3．射频信号
（1）输出幅度≥316mVrms/50Ω；
（2）稳幅特性±1dB。
（3）频率指示准确度1×10-4±1个字。
4．工作频率、信号方式存储：
十个。
（三）使用方法
1．前面板各控制和指示器件使用说明
（1）调幅AM控制按键右上角指示灯亮时，表明工作在调幅方式；
（2）调频FM控制按键右上角指示灯亮时，表明工作在调频方式；
（3）立体
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