電子測量試驗報告

1、班級：13 生工 姓名：蒲紫微 所在組號：第一組 實驗時間：2016 年 05 月 11 日 一、實驗?zāi)康?1. 了解電子示波器工作原理，學(xué)會正確使用數(shù)字存儲示波器測量各種電參數(shù)的方法 2. 了解交流電壓測量的基本性質(zhì)，分析幾種典型電壓波形對不同檢波特性電壓表的響應(yīng)， 以及它們之間的換算關(guān)系，并對測量結(jié)果做出誤差分析 3. 學(xué)習(xí)頻譜分析儀、數(shù)字萬用表、任意波發(fā)生器、失真度儀的使用 、實驗設(shè)備 工作臺號 14 設(shè)備名稱 型號 編號 函數(shù)信號發(fā)生器 固緯 GW AFG-2225 YQ22 數(shù)字存儲示波器 安捷倫 54622D 計算機(jī) Multisim 軟件 14 號桌 晶體管毫伏表 Ken woo

2、d VT-181 14 號桌 萬用表 14 號桌 射頻頻譜分析儀 Agile nt E4411B 任意波發(fā)生器 Agile nt 33250A 數(shù)字多用表 Agile nt 34401A 失真度測試儀 KENWOOD HM-250 示波器 TEK 2022B 任意波發(fā)生器 GW AFG2225 表1實驗設(shè)備說明 三、實驗原理 1. 示波器原理及應(yīng)用研究 在時域信號測量中，電子示波器無疑是最具代表性的典型測量儀器。 它可以精確復(fù)現(xiàn)作為時 間函數(shù)的電壓波形(橫軸為時間軸，縱軸為幅度軸)，不僅可以觀察相對于時間的連續(xù)信號， 也可以觀察某一時刻的瞬間信號， 這是電壓表所做不到的。 我們不僅可以從示波器

3、上觀察電 壓的波形，也可以讀出電壓信號的幅度，頻率及相位等參數(shù)。 電子示波器是利用隨電信號的變化而偏轉(zhuǎn)的電子束不斷轟擊熒光屏而顯示波形的。 雙蹤顯示 時，有交替、斷續(xù)兩種工作方式。 示波器除了用于觀測信號的時間波形外， 還可以將兩個相同或不同的信號分別加于垂直和水 平系統(tǒng)，以觀測兩信號在 X-Y 平面上正交疊加所組成的圖形。 2. 交流電壓測量 A 一個交流電壓的大小，可以用峰值 U，平均值U，有效值U,以及波形因數(shù) KF,波峰因數(shù) &等表征，若被測電壓的瞬時值為 u(t)，貝 y -1 T 全波平均值為：U | u(t) | dt T o 有效值為： u #0叭5 波形因數(shù)為：KF

4、U U 波峰因數(shù)為：KP 不同波形的電壓加至不同檢波特性的電壓表時， 要由電壓表讀數(shù)確定被測電壓的 U、U、u, 般可根據(jù)表2計算。 電壓表類型 平均值檢波 有效值檢波 波形 正弦 鋸齒 三角 方波 正弦 鋸齒 三角 方波 讀數(shù) A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4 A U V2 A1 4血 A2 4近近 A3 2臣 - A4 2 A1 3 A2 /3 A3 A4 U A1 4血 2罷罷 A1 A2 A3 A4 A2 梟梟 -A3 J3 A4 U 2x2 2血 22 2占 242 亦 A2 43 A4 - A1 - A2 - A3 - A4 - A1 A3 2 2 表 2 不同波形的

5、電壓加至不同檢波特性的電壓表計算公式 3. 多種測量儀器的應(yīng)用研究 1） 頻譜分析儀 影響頻譜分析儀幅度跡線顯示的因素有頻率、幅度兩方面。 與頻率有關(guān)的頻譜儀指標(biāo)有：頻率范圍、掃描寬度、頻率分辨率、掃描時間、相位噪聲。 與幅度顯示有關(guān)的頻譜儀指標(biāo)有：動態(tài)范圍、靈敏度、參考電平、縱坐標(biāo)類型、刻度。 2） 失真度儀 典型的失真度儀用于測量 20HZ100KHZ 之間信號的失真情況，包括對音頻信號的測量。 3） 任意波發(fā)生器 固緯 AFG2225 除了可以產(chǎn)生正弦、方波、三角波等常規(guī)函數(shù)信號，還內(nèi)置有多種數(shù)學(xué)函數(shù) 波形，并且允許用戶自行編輯任意波形。 四、實驗步驟 （一） 示波器原理及應(yīng)用研究 1.

6、 實物儀器的使用 （1） 作好使用示波器前的調(diào)亮、聚焦、校正等準(zhǔn)備工作 將兩個通道的耦合方式置地，調(diào)節(jié)“位移” 旋鈕將通道 1 通道 2 的掃描線調(diào)至合適位置， 使 兩條基線分開適當(dāng)距離 （2） 測量各種波形參數(shù)，要求自行設(shè)計表格記錄數(shù)據(jù) a. 方波：信號源輸出 1KHz 方波信號，調(diào)節(jié)示波器時基旋鈕將波形展開， 使用示波器的游標(biāo)， 測量上升時間 tr，和下降時間 tf 上升時間 tr= 上升沿格數(shù) * 掃描時基刻度 下降時間 tf= 下降沿格數(shù) * 掃描時基刻度 b. 正弦波：信號源輸出 1KHz 正弦波信號，調(diào)節(jié) CH1 的垂直幅度旋鈕并讀數(shù)，測量重復(fù)周期 T0 及電壓峰 - 峰值 Up-

7、p 電壓峰-峰值 Up-p=波峰到波谷的格數(shù)*垂直幅度刻度 重復(fù)周期丁0=單周期的格數(shù)*掃描時基刻度 c. 三角波：信號源輸出 1KHz 三角波信號，占空比為 50%在示波器上穩(wěn)定顯示波形，使用 游標(biāo)測出上升時間 Ta 和下降時間 Tb,計算波形對稱度 Ta/Tb 上升時間 Ta=升沿格數(shù)*掃描時基刻度 下降時間 Tb=T降沿格數(shù)*掃描時基刻度 調(diào)節(jié)信號源占空比,改變波形對稱性,再次測量對稱度 （3）顯示波形的觀測： a 選擇不同的觸發(fā)極性，按示波器（ Edge），在顯示屏下方出現(xiàn)（Edge Trigger Menu ），選 擇不同觸發(fā)源，觀察波形顯示 b 選擇不同的掃描速度，在示波器面板上（

8、 Horizontal ）模塊中，調(diào)節(jié)掃描時基旋鈕，觀察 不同掃描速度下的波形顯示 c 觀察交替掃描， 將示波器一個探頭接自身測試信號輸出端， 另一個探頭接信號發(fā)生器， 同 時顯示這兩個信號，在示波器面板上（ Trigger ）模塊中，改變不同觸發(fā)源，觀察波形 d 觀察波形疊加，在示波器面板上（ Analog ）模塊中按下 math，根據(jù)菜單中不同 選項，對 兩路信號進(jìn)行數(shù)學(xué)運算，觀察波形變化 e 觀察任意兩種波形的 X-Y 合成圖形，在示波器面板上（ Horizontal ）模塊中，按下（ Main Delayed ），屏幕下方出現(xiàn)選項，按 X-Y 功能鍵。 觀察兩個同項正弦波的 X-Y 合

9、成圖形 觀察頻率比分別為 1:2、1:3、2:3 的兩個正弦波的 X-Y 合成圖形，調(diào)節(jié)其中一個正弦波的幅 度并觀察圖形變化。 2. 虛擬儀器的使用 （1） 在 Multisim 中選擇虛擬安捷倫函數(shù)信號發(fā)生器及虛擬安捷倫示波器、 泰克示波器， 按 圖所示連接儀器，重復(fù)步驟（一）中各步測試 （2） 在 Multisim 中設(shè)計一個簡單的移相網(wǎng)絡(luò)， 用示波器觀察輸出端上升沿及下降沿的變化， 改變時間常數(shù)，觀察變化規(guī)律。 移相網(wǎng)絡(luò)電路連接圖 （3 ）在 Multisim 中觀察李沙育圖形，在 Agile nt 54622D 面板上（Horiz on tai ）模塊中， 按下（Main Delaye

10、d ）,屏幕下方出現(xiàn)選項，按 XY 功能鍵。兩個信號發(fā)生器分別輸出 1KHz, 2KHz 的正弦波，觀察圖形。分別改變輸出頻率比、輸出信號幅度，觀察波形 （二） 交流電壓測量 （1） 打開函數(shù)信號發(fā)生器的電源， 選擇產(chǎn)生 1KHz 左右的正弦信號，將函數(shù)信號發(fā)生器的信 號線與晶體管毫伏表的輸入端相接，調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器的幅度輸出，使毫伏表的指示為伏， 將示波器探頭與信號相接，使用示波器游標(biāo)（ cursor ），讀出信號峰值，填入表中。 （2） 由函數(shù)信號發(fā)生器分別產(chǎn)生三角波、方波，并調(diào)節(jié)其幅度使電壓表指示為，然后由示 波器讀出信號峰值，填入表中 （3） 改變函數(shù)信號發(fā)生器的輸出頻率分別為 60

11、Hz, 50KHz 的正弦波、方波、三角波，使用 萬用表和毫伏表同時測量輸出電壓，并將測量和計算結(jié)果填入表中。 （三） 多種測量儀器的應(yīng)用研究 （1） 按圖連接虛擬儀器，調(diào)整面板參數(shù)，測試信號發(fā)生器輸出為 1MHz 正弦波、方波、鋸 齒波時頻譜分布情況。 頻譜分布測量連接電路圖 （2） 使用任意信號發(fā)生器調(diào)出其中預(yù)設(shè)的幾種特殊波形，連接示波器觀察并記錄輸出波 形。 （3） 失真度的測量，按圖連接信號發(fā)生器和失真度儀，設(shè)置信號發(fā)生器輸出分別為 80Hz、 1KHz 的正弦波、方波、三角波，測量信號失真度。 五、實驗數(shù)據(jù)表格及處理 （一） 示波器原理及應(yīng)用研究 1.波形參數(shù)： 波形 頻率 上升時間

12、 tr 下降時間 tf 方波 1KHz 實物 虛擬 實物 虛擬 40 ns 10us 40 ns 10us 表 3 方波波形參數(shù) 波形 給定頻率（KHz） 給定峰峰值（V） 重復(fù)周期 T0 電壓峰-峰值 Up-p 正弦波 實物 虛擬 實物 虛擬 實物 虛擬 實物 虛擬 1 1 6 3 1000us 1000us 6V 3V 表 4 正弦波波形參數(shù) 波形 頻率 占空比 上升時間 Ta 下降時間 Tb 波形對稱度 實物 虛擬 實物 虛擬 實物 虛擬 三角波 1KHz 50% 500us 500us 500us 500us 1 1 三角波 1KHz 70% 700us 一 300us 一 7/3 一

13、 三角波 1KHz 30% 300us 一 700us 一 3/7 一 表 5 三角波波形參數(shù) 2. Multisim 測量波形參數(shù)截圖 1) 方波 2) 正弦波 3) 三角波 3. Multisim 觀察移相網(wǎng)絡(luò)截圖 1) t=RC=60000ns 2) t=RC=2ms 4. Multisim 觀察李沙育圖形截圖 1) 兩信號分別為：1KHZ 2KHZ 幅值比為 1:1 2) 兩信號分別為：1KHZ 1KHZ 幅值比為 1:1 3) 兩信號分別為：1KHZ 2KHZ 幅值比為 1:2（二）交流電壓測量 電壓表類型 毫伏表 波形 正弦 三角 方波 讀數(shù) A 由電壓表讀數(shù)計算 U 示波器讀數(shù)

14、誤差分析 示波器人為讀數(shù)時，標(biāo)線未精確對齊波峰波谷 表 6 毫伏表測量 1KHZ 信號 頻率 60Hz 50KHz 電壓表類型 毫伏表（V） 萬用表（V） 毫伏表（V） 萬用表（V） 波形 正 弦 角 方 波 正 弦 角 方 波 正 弦 角 方 波 正 弦 角 方 波 讀數(shù) A U 由讀數(shù)計 算 U 示波器 讀數(shù) 表 7 毫伏表和萬用表測量 60HZ 和 50KHZ 信號 （三）多種測量儀器的應(yīng)用研究 1. Multisim 測量頻譜分布截圖 1） 1MHz 正 弦波 頻譜分析頻率為2) 1MHz 方波 頻譜分析頻率為 3) 100KHZ 三角波 頻譜分析頻譜為 2. Multisim 觀察任

15、意信號發(fā)生器中預(yù)設(shè)的幾種特殊波形截圖 1) SINC 2) NEG_RAMP 3) CARDIAC 4) EXP_FALL 3. Multisim 測量失真度截圖 1) 80Hz 正弦波 2) 80Hz 方波 3) 80Hz 三角波 4) 1KHz 正弦波 5) 1KHz 方波 6） 1KHz 三角波 波形 正弦波 方波 三角波 頻率 80HZ 1KHZ 80HZ 1KHZ 80HZ 1KHZ 失真度 0% 0% % % % 表 8 Multisim 測量波形失真度 六、 實驗結(jié)論和討論 （一） 實驗結(jié)果及分析 1. 在示波器原理及應(yīng)用研究實驗之測量波形參數(shù)中， Multisim 測量的方波上

16、升時間 和下降時間比實物測量的更短。可能原因為，實物與虛擬測量的方波的給定驅(qū)動電 流不同。Multisim 和實物測量的正弦波的重復(fù)周期和峰峰值與給定均相同。 Multisim 和實物測量的三角波的波形對稱度與給定相同。 2. 在示波器原理及應(yīng)用研究實驗之移相網(wǎng)絡(luò)觀察中， 隨著時間常數(shù)的增大， 輸出端上 升沿時間越小。 3. 在交流電壓測量實驗中， 示波器讀數(shù)與電壓表讀數(shù)計算所得有微小偏差， 可能原因 為：電壓表人為讀數(shù)產(chǎn)生誤差， 示波器人為讀數(shù)產(chǎn)生誤差。 在對 50KHz 信號測量中， 萬用表與毫伏表測量結(jié)果偏差較大，原因為：萬用表不能用于測量高頻信號峰值。 4. 在多種測量儀器的應(yīng)用研究實

17、驗之 Multisim 測量頻譜分布中，對 1MHZE 弦波、1MHZ 方波、100KHZ 三角波頻率測量，分別為、，與給定基本相同，誤差來源可能為人 為選取標(biāo)線產(chǎn)生偏差。 5. 在多種測量儀器的應(yīng)用研究實驗之 Multisim 測量失真度中，失真度：正弦波 方波 三角波，且隨著頻率增大，失真度減小。 （二） 思考題 1. 比較各電壓表讀數(shù)計算出的峰值和由示波器直接讀出的峰值是否一致， 分析產(chǎn)生這 種結(jié)果的原因。 低頻時，毫伏表與萬用表讀數(shù)計算出的峰值與示波器直接讀出的基本一致。 高頻時， 毫伏表與示波器基本一致， 而萬用表偏差較大。 微小誤差原因為： 人為讀數(shù)產(chǎn)生誤 差。萬用表高頻測量出入較大的原因為： 萬用表的采樣頻率低于測量頻率， 萬用表 不能用于高頻測量，只能用于測量 1KHz 以下信號。 2. 萬用表和毫伏表在測量高頻信號時是否有差別？試分析原因。 有。 用表內(nèi)部是采用整流成直流電壓， 然后根據(jù)直流電壓和交流電壓的有效值比例， 實現(xiàn)測量的。 萬用表的采樣頻率低于測量頻率， 萬用表不能用于高頻測量， 只能用 于測量 1KHz 以下信號。而毫伏表則可以測量高頻電壓。 3. 比較實體儀器與虛擬儀器在使用及測試結(jié)果上的異同，試分析原因。 實體儀器比虛擬儀器在使用上