現(xiàn)代測試技術(shù)實驗——完整

1、蘇 州 科 技 學(xué) 院電子與信息工程學(xué)院現(xiàn)代測試技術(shù)實驗報告班 級 : 姓 名 : 學(xué) 號 : 指導(dǎo)老師: 潘敬熙 2012年5月【實驗一】常規(guī)測試測量儀器綜合使用一、實驗?zāi)康模毫私馔ㄓ檬静ㄆ鳌⑿盘柊l(fā)生器、萬用表等常規(guī)測試測量儀器的原理、學(xué)習(xí)其一般的使用方法。通過典型測量技術(shù)的計算機仿真與實驗室電路搭建，掌握常規(guī)測試測量儀器綜合使用的基本技能，提高分析問題與解決問題的能力。二、實驗內(nèi)容1、學(xué)習(xí)通用示波器、信號發(fā)生器、萬用表等常規(guī)測試測量儀器的原理。應(yīng)用通用示波器觀測信號發(fā)生器發(fā)出的常用波形。通過按鈕操作，進一步了解通用示波器中觸發(fā)及掃描電路的工作過程。熟悉通用示波器的操作方法。2、學(xué)習(xí)用集成模

2、擬乘法器實現(xiàn)全載波調(diào)幅的方法與過程，熟悉調(diào)幅系數(shù)的示波測量法。仿真時，模擬乘法器1496可由學(xué)生自行設(shè)計。3、學(xué)習(xí)二階有源濾波器的設(shè)計方法、調(diào)試方法和步驟。并參照學(xué)習(xí)材料，查資料自行設(shè)計一帶通或帶阻濾波器自擬實驗步驟，測出電路中心頻率，測量并畫出電路的幅頻特性。三、參考學(xué)習(xí)材料1、示波器的組成框圖 電平調(diào)節(jié)電路Y軸放大器觸發(fā)電路時基發(fā)生器X軸放大器示波管高壓和顯示電路其他附屬電路低壓電源 y輸入 垂直系統(tǒng)x輸入外觸發(fā)水平系統(tǒng)圖1.12、調(diào)幅系數(shù)M的定義和計算公式 設(shè)載波信號為：uc(t) = Vccost ，調(diào)制信號為：us(t) = Vscost 則調(diào)幅波信號的表達式為： uAM(t) =

3、Vc1+()cost·cost = Vc1+M costcost 其中，為載波信號的頻率，為調(diào)制信號的頻率，調(diào)制信號與載波信號幅度比，稱為調(diào)幅系數(shù)。 從調(diào)幅波的表達式可以看出，已調(diào)幅波包絡(luò)的最小值出現(xiàn)在cost= -1的瞬間，包絡(luò)的最大值出現(xiàn)在cost = 1的瞬間。設(shè)包絡(luò)的最大峰峰值為B，最小峰峰值為A，有 uAM (t)|max = Vc(1+ M)cost =uAM (t)|min = Vc(1- M)cost = 由上兩式可得： M= 圖1.23、調(diào)幅系數(shù)線性掃描測量法把已調(diào)幅信號加到示波器的Y軸，X軸采用示波器內(nèi)的線性鋸齒波電壓，并把調(diào)制信號作為同步信號輸入示波器的外觸發(fā)或

4、同步觸發(fā)端，調(diào)整掃描電壓的頻率，應(yīng)使其等于調(diào)制信號的頻率（或是它的若干分之一），則可以在示波器屏幕上得到一穩(wěn)定的調(diào)幅波波形（如上圖所示）。線性掃描測量方法的優(yōu)點是較為直觀，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)制過程中的瞬變情況，但它的準(zhǔn)確度取決于波形線條的粗細程度，故準(zhǔn)確度不高，尤其是當(dāng)M之值比較小時更是如此，通常這種方法作為波形的定性觀察之用。4、應(yīng)用集成模擬乘法器1496芯片構(gòu)成調(diào)幅器（1）1496芯片管腳說明圖1.3、: 載波輸入端（對應(yīng)IN1）、: 調(diào)制輸入端（對應(yīng)IN2）、: 接正電源+12v: 接負(fù)電源-8v（2）用1496芯片構(gòu)成的調(diào)幅器圖1.4 1496構(gòu)成的調(diào)幅器Rp1用來調(diào)節(jié)引出腳、之間的平衡Rp2

5、用來調(diào)節(jié)引出腳、之間的平衡線性掃描法操作步驟：將載波信號與調(diào)制信號分別加到IN1與IN2端，out接到示波器，可觀察波形，測調(diào)幅系數(shù)。5、利用multisim創(chuàng)建1496模塊與調(diào)幅仿真實驗（1）創(chuàng)建MCl496模塊MCl496是構(gòu)成調(diào)幅電路的核心器件。利用ltisim可以創(chuàng)建MCl496模塊。模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可如圖1.5所示。T1、T2與T3、T4組成雙差分放大器，T5、T6組成的單差分放大器用以激勵T1T4。 T7、T8及其偏置電路構(gòu)成恒流源。管腳8與10接輸入電壓Vx，管腳1與4接另一個輸入電壓Vy，輸出電壓Vo從管腳6輸出。管腳2與3可外接電阻，對差分放大器T5、T6產(chǎn)生串聯(lián)電流負(fù)反饋，以

6、擴展輸入電壓V的線性動態(tài)范圍，并調(diào)節(jié)模擬乘法器增益。管腳5可外接電阻，用來調(diào)節(jié)偏置電流及鏡像電流。管腳14為負(fù)電源端。創(chuàng)建的MCl496模塊以子電路形式保存，在仿真實驗過程中，可以隨時調(diào)用并觀察內(nèi)部參量的變化。 （2）設(shè)計調(diào)幅實驗電路 進入Multisim的編輯窗口，調(diào)用MCl496模塊，按圖1.6設(shè)計調(diào)幅實驗電路。載波信號和調(diào)制信號采用單端輸入。載波信號Uc通過電容C2加到乘法器的輸入端管腳10，調(diào)制信號U經(jīng)低頻耦合電容C1，從管腳1輸入，調(diào)制信號UAM由管腳12單端輸出。圖1.6中接于正電源電路的電阻Rc1、Rc2：用來分壓，負(fù)電源通過RP、R7、R8、R9、R10的分壓為管腳內(nèi)部的差分對

7、管T5、T6提供基極偏壓，C3為低頻旁路電容，將管腳4交流接地。R4、R5、R6將直流正電源分壓后為管腳8、10內(nèi)部的晶體管T1T4提供基極偏壓，C4為低頻旁路電容，將管腳8交流接地。RP稱為載波調(diào)零電位器，調(diào)節(jié)RP可使電路對稱以減小載波信號輸出。接于管腳2、3端的電阻Re用來擴大U的線性動態(tài)范圍和調(diào)節(jié)增益。（3）調(diào)幅實驗電路靜態(tài)工作點的調(diào)整 將調(diào)制信號輸入端和載波信號輸人端對地短接，用Muhisim提供的實時測量探針測量 MCl496模塊的各管腳電壓，測量結(jié)果見表1。表中的參考值是保證MCl496器件內(nèi)部的靜態(tài)工作點處于正常工作時的電壓值。（4）調(diào)幅實驗電路仿真結(jié)果 用信號發(fā)生器產(chǎn)生幅度為6

8、0 mV、頻率為10 MHz的載波信號Uc，將調(diào)制信號輸入端先對地短路，此時示波器觀察到的輸出波形為等幅載波。調(diào)節(jié)電位器及P使輸出波形逐漸成為一條直線，此時V1=V4，調(diào)制信號輸入端未疊加直流信號，這樣就抑制了載波。此時電位器及P恰好調(diào)節(jié)到中間位置，管腳1、4的電位應(yīng)該是相等的。接人調(diào)制信號后就可以在虛擬示波器中得到如圖1.7所示的波形。還可清楚地看到平衡調(diào)幅波在調(diào)制過零時的載波反相現(xiàn)象。如果調(diào)節(jié)電位器RP偏離中間位置使管腳1、4的電位不等，即相當(dāng)于在u，輸入端上疊加了 一個直流成分?？梢钥吹绞静ㄆ髦休d波成分逐漸增加，穩(wěn)定后得到如圖1.8所示的有載波調(diào)幅6、二階有源濾波器原理與設(shè)計 濾波器是一

9、種只傳輸指定頻段信號，抑制其它頻段信號的電路。濾波器分為無源濾波器與有源濾波器兩種： 無源濾波器: 由電感L、電容C及電阻R等無源元件組成 有源濾波器: 一般由集成運放與RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，它具有體積小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，同時，由于集成運放的增益和輸入阻抗都很高，輸出阻抗很低，故有源濾波器還兼有放大與緩沖作用。利用有源濾波器可以突出有用頻率的信號，衰減無用頻率的信號，抑制干擾和噪聲，以達到提高信噪比或選頻的目的，因而有源濾波器被廣泛應(yīng)用于通信、測量及控制技術(shù)中的小信號處理。從功能來上有源濾波器分為：低通濾波器（LPF）、高通濾波器（HPF）、帶通濾波器（BPF）、帶阻濾波器（BEF）、全通濾波器（AP

10、F）。其中前四種濾波器間互有聯(lián)系，LPF與HPF間互為對偶關(guān)系。當(dāng)LPF的通帶截止頻率高于HPF的通帶截止頻率時，將LPF與HPF相串聯(lián)，就構(gòu)成了BPF，而LPF與HPF并聯(lián)，就構(gòu)成BEF。在實用電子電路中，還可能同時采用幾種不同型式的濾波電路。濾波電路的主要性能指標(biāo)有通帶電壓放大倍數(shù)AVP、通帶截止頻率fP及阻尼系數(shù)Q等。二階有源低通濾波器（二階壓控電壓源LPF）：低通濾波器的特點是使低頻信號（或直流成分通過、抑制或衰減高頻信號，主要用于削弱高次諧波或頻率較高的干擾和噪聲信號，例如整流電路中的濾波電路。該濾波器有如下的關(guān)系式：通帶電壓放大倍數(shù)：通帶截止頻率：典型的二階有源低通濾波器電路如圖1

11、.9所示：圖1.9電路的選頻特性基本上取決于RC網(wǎng)絡(luò)，電路還兼有同相放大功能，調(diào)節(jié)RF、Rf即可調(diào)節(jié)電路增益。由于運算放大器在同相工作時輸入端有較高的共模電壓，故應(yīng)選用共模輸入電壓較高的運算放大器。該電路特點是在組件前加了二階RC低通網(wǎng)絡(luò)，在阻帶區(qū)能提供 -40dB/十倍頻程的衰減，其幅頻特性如圖1.10所示：圖1.10二階有源高通濾波器（二階壓控電壓源HPF）：高通濾波器用于通過高頻信號，抑制或衰減低頻信號（或直流成分）。將前述低通濾波器中的R與C互換，即成為二階有源高通濾波器電路，如下圖1.11(a)所示。它能在阻帶區(qū)提供40dB/十倍頻程的正斜率，其幅頻特性如圖1.11 (b)所示。圖1

12、.11二階有源高通濾波器電路（a）及其幅頻特性(b)在二階有源高通濾波器中，有如下關(guān)系式：通常取C1 = C2 = C， 通帶放大倍數(shù)：通帶截止頻率： 6、二階有源濾波器調(diào)試步驟（1） 首先將放大器調(diào)零。按試驗電路圖接線路。（2） 按要求連接正、負(fù)電源，并用數(shù)字式萬用表調(diào)節(jié)Vcc=±12V。（3） 接通電源，使輸入端Vi=0（對地短路），調(diào)節(jié)RP，對運放進行調(diào)零（Vo=0）。（4） 送入Vi=1V的交流正弦信號，在20Hz200kHz范圍內(nèi)改變信號源頻率。用示波器監(jiān)視輸出波形，用交流毫伏表測量輸出電壓Vo(注意：在fo附近多測一些點，改變信號源頻率時要保持Vi不變)。觀察電路是否具有

13、高通特性或低通特性，并記錄相應(yīng)的頻率及輸出電壓幅值。以次繪制出電路的幅頻特性。測出的數(shù)據(jù)可填入以下表格： 四、實驗數(shù)據(jù)1、(a)MCl496構(gòu)成調(diào)幅電路(b)接人調(diào)制信號后在示波器中得到抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號的波形:(c)調(diào)節(jié)電位器，得到有載波調(diào)幅信號：2、a二階低通濾波器Vi（v）111111111111f（Hz）51030609095979899100101102V（v）7.807.858.5211.931.641.946.147.748.849.349.047.9f（Hz）103104105110120130140150200300400500V（v）46.344.141.730.116

14、.911.28.136.272.630.990.530.33幅頻特性曲線b二階高通濾波器Vi（v）1111111111f（Hz）10203040607075808385VO（v）00.080.180.320.660.840.931.001.051.07f（Hz）879095100110120140200300400VO（v）1.101.141.201.301.331.391.471.571.581.58 幅頻特性曲線五、實驗總結(jié)1、通過這次實驗，我學(xué)會了使用通用示波器、信號發(fā)生器、萬用表等常規(guī)測試測量儀器。2、這次實驗我還知道了如何設(shè)計一個二階的濾波器，還通過典型測量技術(shù)的計算機仿真與實驗室電

15、路搭建，掌握常規(guī)測試測量儀器綜合使用的基本技能，提高分析問題與解決問題的能力。3、在實驗中，還遇到了一些問題，比如一個電路圖盡量在一個multisim文件中運行，多了可能會出現(xiàn)無法出現(xiàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。4、在設(shè)計二階低通濾波器，我在后來的幅頻特性圖中看出在曲線下降的時候，通帶的末端是先增大在開始衰減，一開始以為是自己的設(shè)計錯了，后來查看有關(guān)二階低通濾波器幅頻特性才知道當(dāng)阻尼系數(shù)Q小于，就會出現(xiàn)這種情況?！緦嶒灦侩妷簻y試技術(shù)及應(yīng)用實驗一、實驗?zāi)康模簩W(xué)會正確使用晶體管毫伏表。了解交流電壓測量的基本原理，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)果做誤差分析。通過

16、實驗，進一步了解非線性失真的表現(xiàn)形式，學(xué)會測量、估計、判斷失真度的一般方法。掌握失真度儀的使用方法。二、實驗內(nèi)容通過計算機仿真與實驗室電路搭建，分別用平均值、峰值，有效值檢波的三種電壓表測量函數(shù)發(fā)生器輸出的正弦波，方波、三角波電壓，判斷各表的檢波類型。測量其中一只電壓表響應(yīng)于正弦波時的幅頻特性。練習(xí)失真度儀的操作技術(shù)。三、參考學(xué)習(xí)材料1、交流電壓表的原理與類型（1）電壓表的波形響應(yīng)電子電壓表有多種型號，按它們檢波器的不同，可分為均值電壓表，有效值電壓表和峰值電壓表三種類型。一般電壓表都是按正弦波有效值進行刻度的，因此，當(dāng)被測電壓為非正弦波時，隨著波形的不同，會出現(xiàn)不同的結(jié)果，此現(xiàn)象稱為電壓表的

17、波形響應(yīng)。（2）峰值電壓表峰值電壓主要由峰值檢波器、步進分壓器、直流放大器組成。目前，為了解決直流放大器的增益與零點漂移之間的矛盾，普遍采用了斬波式直流放大器。利用斬波器把直流電壓變換成交流電壓，并用交流放大器放大。到最后再把放大的交流電壓恢復(fù)成直流電壓。斬波式直流放大器的增益可以做的很高，而且噪聲和零點漂移都很小。所以用它做成檢波放大式電壓表，靈敏度可以達到幾十uV。峰值電壓表的一個優(yōu)點是，可以把檢波二極管及其電路從儀器引出放置在探頭內(nèi)。這對高頻電壓測量特別有利，因為可以把探頭的探針直接接觸到被測點。峰值電壓表是按正弦有效值來刻度的，即：a電壓表讀數(shù)Vp正弦電壓的峰值Kp正弦波的波峰因素（3

18、）均值電壓表均值電壓表一般由寬帶放大器和檢波器組成。檢波器對被測電平的平均值產(chǎn)生響應(yīng)，一般都采用二極管全波或橋式整流電路作為檢波器。電壓表的頻率范圍主要受寬帶放大器帶寬的限制。均值電壓表的表頭偏轉(zhuǎn)正比于被測電壓的平均值。平均值為：具有正弦有效值刻度的均值電壓表的讀數(shù)為：a電壓表讀數(shù)V電壓表所刻的正弦電壓有效值被測電壓平均值（4）有效值電壓表交流電壓的有效值是指在一個周期內(nèi)，通過某純電阻負(fù)載所產(chǎn)生的熱量與一個直流電壓在同一個負(fù)載上產(chǎn)生的熱量相等時，該直流電壓的數(shù)值就是交流電壓的有效值。在現(xiàn)代有效值電壓表中，常采用熱電變換和模擬計算電路兩種方法來實現(xiàn)有效值的測量。熱電變換是通過一個熱電偶實現(xiàn)的，當(dāng)

19、加入電壓后，熱電偶兩端由于存在溫差而產(chǎn)生熱電動勢，于是熱電偶中將產(chǎn)生一個電流使得電流表偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生讀數(shù)。模擬計算電路是使用模擬電路直接實現(xiàn)有效值電壓表的計算公式來得到電路的有效電壓。2、非線性失真測量原理正弦電壓是應(yīng)用最廣泛的一種測試信號，也是許多理論研究的基本假設(shè)前提之一。然而，在正弦電壓的產(chǎn)生、放大及傳輸過程中，由于種種原因，會使正弦電壓的波形發(fā)生失真(或稱畸變)。一般說來，要獲得一個理想的“純正弦”信號是極其困難的。失真的類型一般可分為非線性失真、頻率失真以及相位失真三種。非線性失真：是指在線性電路中，由于電路工作點不正?；蛐盘柗瘸^了電路的線性動態(tài)范圍，使信號處于非線性區(qū)而產(chǎn)生的失真。

20、非線性失真的主要特點是輸出信號中產(chǎn)生了新的頻率分量。設(shè)加入放大器的輸入信號是頻率為f的正弦電壓。由于放大器的非線性影響，其輸出信號的波形產(chǎn)生了失真。根據(jù)傅立葉級數(shù)的分析，可將該失真的正弦電壓分解成一系列幅度不同、相位不同的基波電壓及各次諧波電壓的疊加。信號的非線性失真，通常用非線性失真系數(shù)(簡稱失真度)來表示。其定義為：全部諧波分量的功率與基波功率之比的平方根值。如果負(fù)載與信號頻率無關(guān)，則信號的失真度又可定義為全部諧波電壓(或電流) 的有效值與基波電壓(或電流)有效值之比，并用百分?jǐn)?shù)表示。于是有： (21)式中U1基波信號的有效值；Ui第i次諧波電壓的有效值。由式(21)可見，為了測出待測信號

21、的值，需要利用兩個選擇性網(wǎng)絡(luò)分別選出信號中的諧波電壓總有效值及基波電壓有效值。這顯然是不方便的。為此，通常只用一個基波抑制網(wǎng)絡(luò)(簡稱濾基網(wǎng)絡(luò))來測出所有諧波電壓總的有效值，然后再與待測信號總的有效值相比，即： (22)，稱為實際測得的非線性失真系數(shù)。在一般技術(shù)測量中，當(dāng)失真率不大時，可以認(rèn)為 。由此引入的方法誤差可以忽略不計。例如：當(dāng) =30時， 4；當(dāng) =20時，2；當(dāng) =10時，0.5。由于本身的測量誤差約為土10，因此，的影響可不考慮。如 較大，或需對 進行精確測量，則應(yīng)將所測的值按式(33)進行修正，即 (23)一般的非線性失真測量儀(失真度儀)，其示值均代表值。失真度儀的基本原理如圖

22、2.1所示。（a）、（b）為兩種最常用的方案。圖2.1在圖（a）方案中，測量失真度時，先將開關(guān)K置“1”，此時有效值電壓表將測出待測電壓總的有效值即式(22)右端的分母部分。適當(dāng)調(diào)節(jié)輸入電平，使電壓表剛好指到滿度值(相當(dāng)于令電壓的總有效值為1個單位)Um，此即失真儀的校準(zhǔn)過程。然后將開關(guān)K置于“2”，調(diào)節(jié)基波抑制網(wǎng)絡(luò)，直至電壓表讀數(shù)最小(需相應(yīng)地降低電壓表的量程)，此時電壓表的讀數(shù)即為濾除基波后所有諧波電壓總有效值之和U 即式(22)右端的分子部分。于是有：=U （24）由式(24)可見， 電壓表可按直接進行刻度。國產(chǎn)SZ4-1、SZ-3、BS-1、BS-2等型號的失真度儀即采用這種方案。在圖

23、(b)方案中，開關(guān)K指向“1”及“2”時， 指示器分別示出待測信號的諧波有效值U及總有效值Um。調(diào)節(jié)衰減器A，使兩次讀數(shù)相等，并令衰減器分壓比為k，于是得待測電壓的失真度為= k (25)由式(25)可見，失真度可直接在衰減器度盤上加以刻度。為了減小刻度誤差，通常作成多級步進衰減器的形式。英國的TF-142F型失真儀即采用這種方案。利用失真度儀，可以定量地測出信號發(fā)生器、放大器及其它傳輸網(wǎng)絡(luò)的失真度。其缺點是測量方法一般比較費時，測量結(jié)果只表明一個總的效應(yīng)，不能判斷出引起非線性失真的原因及波形畸變程度。3、失真度儀使用說明整機面板示意圖：1、表頭；2、示波管；3、調(diào)諧頻率顯示；4、電源開關(guān)；5

24、、阻尼開關(guān)；6、示波管亮度調(diào)節(jié)；7、示波管聚焦調(diào)；8、校準(zhǔn)旋鈕；9、相位粗調(diào)；10、相位細調(diào)；11、頻率調(diào)諧細調(diào)；12、頻率粗調(diào)；13、輸入端口；14、輸入衰減器開關(guān)；15、分壓器開關(guān)；16、工作選擇開關(guān)；17、失真度測量頻率范圍選擇開關(guān) 圖2.2使用方法（1）電壓測量：、 將工作選擇開關(guān)16置電壓位置，輸入衰減器開關(guān)14置“50dB”位，分壓器開關(guān)15置“0dB”位。、 接通電源，預(yù)熱15分鐘后即可測試。、 將被測信號接入輸入端口13。、 依次改變輸入衰減器開關(guān)14或分壓器開關(guān)15使電壓表指針指便于讀數(shù)位置，根據(jù)輸入衰減器開關(guān)14、分壓器開關(guān)15位置及表頭指針指示的位置讀出被測信號的電壓有效

25、值。、 測試完畢將各開關(guān)恢復(fù)到1規(guī)定位置，當(dāng)被測信號頻率小于10Hz時可將阻尼開關(guān)5按下。（2）失真度測量 ·、 在接通電源前將分壓器開關(guān)15置“l(fā)00(0dB)”位置，工作 選擇開關(guān)置“電壓”位置。、 接通電源4，輸入被測信號，改變輸入衰減開關(guān)14使表頭指示在可讀范圍內(nèi)(200mV1V)。、 將工作選擇開關(guān)16置“校準(zhǔn)”位，調(diào)節(jié)校準(zhǔn)電位器旋鈕8使表頭指示為滿度，再將工作選擇開關(guān)16置“失真”位。、 置失真度測量頻率范圍選擇開關(guān)17于被測信號頻率波段，根據(jù)數(shù)字指示調(diào)節(jié)頻率粗調(diào)旋鈕12和相位粗調(diào)旋鈕9使示波管顯示為一豎線。、 反復(fù)調(diào)節(jié)頻率細調(diào)11及相位微調(diào)10，改變分壓器開關(guān)15，使表

26、頭指示為最小為止，依照分壓器位置從表頭直讀失真度測量值。、 測試完畢將分壓器開關(guān)15置“100”位，工作選擇開關(guān)16置“校準(zhǔn)”位表頭仍應(yīng)指滿度。(3)實例用晶體管毫伏表測正弦波、方波與三角波的電壓。注意以下環(huán)節(jié)：調(diào)零，讀數(shù)，誤差。用失真度儀對通過放大器的正弦波非線性失真系數(shù)進行測量。失真度儀直接測量法操作步驟：、在接通電源前，將分壓器開關(guān)置“100%（0dB）”位置。工作選擇開關(guān)置“電壓”位置。、接通電源，輸入被測信號，改變輸入衰減開關(guān)使表頭指示在可讀范圍內(nèi)（300mv1v）、將工作選擇開關(guān)置“校準(zhǔn)”位，調(diào)節(jié)電位器旋鈕使表頭指示為滿度。步驟（1）至（3）表示用有效值電壓表測出待測電壓的總的有效

27、值：U =適當(dāng)調(diào)節(jié)輸入電平，使電壓表剛好指到滿度值，相當(dāng)于令電壓的總有效值為1個單位。此為失真度儀的校準(zhǔn)過程。、再將工作選擇開關(guān)置“失真”位置，將頻率范圍選擇開關(guān)置于被測信號頻率波段。、根據(jù)數(shù)字指示調(diào)節(jié)頻率粗調(diào)旋鈕和相位粗調(diào)旋鈕，使示波管顯示為一豎線。、反復(fù)調(diào)節(jié)頻率細調(diào)及相位微調(diào)，改變分壓器開關(guān)，使表頭指示為最小為止。、依照分壓器位置從表頭直讀失真度測量值（分壓器分七檔，滿度值分別為100%、30%、10%、1%、0.3%、0.1%）步驟（4）至（7）表示電壓表的讀數(shù)為濾除基波后所有諧振電壓總有效值之和：于是：=四、實驗心得:1、通過這次實驗，收獲最大的是我學(xué)會了正確使用失真度儀。了解了非線性

28、失真的表現(xiàn)形式，學(xué)會測量、估計、判斷失真度的一般方法。2、這次我們是安照實驗指導(dǎo)書一部一部做出來了的，相信在以后的實驗中就能夠自己動手做起來。3、我們在做失真度測量時,其中有一步“根據(jù)數(shù)字指示調(diào)節(jié)頻率,粗調(diào)旋鈕12和相位粗調(diào)旋鈕9使得示波器顯示為一豎線”。剛開始,我們所保持的”豎線”不是很長，有點短,所以測得失真度比理論偏大許多。后來,我們又對我們的操作進行進一步的完善,調(diào)節(jié)相應(yīng)旋鈕使得示波器顯示近似一條豎線,從而測得所測信號的失真度?！緦嶒炄款l率測量技術(shù)及應(yīng)用實驗一、實驗?zāi)康模和ㄟ^計算機仿真與實驗室電路搭建，理解頻率測量與周期測量技術(shù)的基本原理、掌握誤差分析方法，學(xué)習(xí)頻率測量技術(shù)的基本技能

29、與基本應(yīng)用。二、實驗內(nèi)容：由同學(xué)自行設(shè)計頻率測量電路或周期測量電路。通過實驗，進一步了解頻率測量電路的工作原理。掌握減少測量誤差及對測量誤差進行分析的方法?？傻染葴y量某一頻率（例如1kHz或其他指定值）若干次，或?qū)?biāo)稱頻率f0=1Hz、20Hz、5kHz、175kHz、1MHz等，自行修改 電路參數(shù)，以達到減少誤差的目的。三、實驗要求電路設(shè)計原理合理，結(jié)構(gòu)簡單，能達到一定的精度要求。四、參考學(xué)習(xí)材料：1、利用電子計數(shù)器測量頻率的基本方法及誤差分析在電子技術(shù)中，頻率是指電信號在單位時間內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù)。假設(shè)單位時間為1秒，電信號重復(fù)變化的次數(shù)為N，則稱該信號的頻率為N赫芝。頻率與周期有關(guān)。周期

30、是指電信號每重復(fù)變化一次所需要的時間。頻率越高，周期越短，反之亦然。頻率及周期之間的關(guān)系互為倒數(shù)：            式中    f-電信號的頻率；    T-電信號的周期。正弦信號的一般表達式為：u=Upsin（t+0）    上式中，信號的瞬時相位（又稱相角）為：=t+0=2ft+0 其中，0稱為信號的初始相位或初相角，它表示當(dāng)t=0時信號的相位。正弦信號每變化一周（時間），對應(yīng)變化相位是360度。

31、因此，如果信號變化的時間為t，則對應(yīng)的變化相位將為，它們之間的關(guān)系為：                 =360                    通常，相位測量是指對兩個信號之間相位差的測量，即測量兩個信號之間的相位差別。應(yīng)當(dāng)注意，被

32、測量的兩個信號應(yīng)當(dāng)是同頻率的，否則，測量將毫無意義。電子計數(shù)器測量頻率時的原理框圖如圖3-1所示。圖3.1圖中，被測信號經(jīng)放大整形等環(huán)節(jié)后進入計數(shù)閘門。晶體振蕩器產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度都非常高的正弦信號，經(jīng)一系列分頻之后輸出脈沖信號，用以控制計數(shù)閘門的“開啟”或“關(guān)閉”。計數(shù)器為十進制計數(shù)器，與顯示數(shù)碼一一對應(yīng)。假設(shè)閘門的開啟時間為t秒，計數(shù)器的累計結(jié)果為N，則被測信號的頻率fx為                  

33、                   （3-1）例如：設(shè)t=1秒，計數(shù)結(jié)果N=100，則被測頻率為100Hz；又如，當(dāng)t=0.1秒時，N=138，則fx=138Hz.電子計數(shù)器測量周期的過程是：被測信號經(jīng)輸入電路之后變?yōu)榧饷}沖，觸發(fā)門控電路輸出門控信號。晶振信號經(jīng)分頻或倍頻后得到周期為1秒的10n倍的時間標(biāo)準(zhǔn)信號Tb，加至閘門的輸入端。當(dāng)門控信號到來，閘門開啟，計數(shù)器對時標(biāo)信號Tb計數(shù)；門控信號結(jié)束，閘門關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)。

34、假設(shè)在閘門開啟時間內(nèi)，計數(shù)器的累計結(jié)果為N，顯然有：        Tx=N Tb                   （3-2） 由于時標(biāo)信號Tb的周期準(zhǔn)確、穩(wěn)定，因此，計數(shù)結(jié)果N能反映也被測信號的周期Tx。例如，設(shè)Tb=1s，當(dāng)N=20000時，被測信號的周期Tx=20ms。 工程上，有時還有進行頻率比的測量。測量原理框圖如圖3-2所示。圖3.

35、2測量時，要求頻率較高的被測信號送往A輸入端，頻率較低的被測信號送往B輸入端。門控信號的脈寬等于B端被測信號的周期TB，在閘門開啟時間內(nèi)送往計數(shù)器的計數(shù)脈沖是A端的被測信號。假設(shè)在閘門開啟時間內(nèi)計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果為N，則有：          TB =N TA 式中，TA為A端被測信號的周期。由上式可得：fA/fB=N               （33） 電子計數(shù)器的

36、測量誤差分兩種情況討論：（1）頻率測量誤差電子計數(shù)器在測頻時的測量誤差主要由兩部分構(gòu)成。 量化誤差：這是電子計數(shù)器固有的誤差。量化誤差的特點是，無論計數(shù)器累計結(jié)果N為多少，其絕對誤差都是±1，即絕對誤差N=±1，因此，                    （3-4） 由上式可見，累計結(jié)果N越大，量化誤差的影響就越小。時基誤差：它由晶體振蕩器的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度決定。頻率測量誤差是上述兩項誤差之和

37、。在時基誤差一定時，計數(shù)器累計結(jié)果N越大，頻率測量誤差就越小。 （2）周期測量誤差 電子計數(shù)器在測周期誤差時的測量誤差主要由三部分構(gòu)成：量化誤差、時標(biāo)誤差和觸發(fā)誤差。 周期測量誤差是上述三項誤差之和。為了減小測量誤差，測量時，建議盡量采用多周期測量方法和較小的時標(biāo)信號，使N值增大。當(dāng)被測周期較小時，宜采用間接測量法，即先測出其頻率再轉(zhuǎn)換成周期。另外，盡可能提高被測信號的幅度，即提高信噪比，這樣有利于減小觸發(fā)誤差，提高測量精度。2、頻率測量電路實例（利用f/V變化電路）圖3.3 測量頻率時，被測頻率信號加在輸入端f，經(jīng)IC1開環(huán)放大，IC2整形后，送到f/V轉(zhuǎn)換電路IC3轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，送

38、去進行A/D轉(zhuǎn)換。本電路信號電壓應(yīng)為50mV-10V（有效值）。頻率測量范圍是10Hz-20kHz，配4數(shù)字電壓表。分辨率可達1Hz。3頻率測量電路實例（簡易數(shù)字頻率計）（1）設(shè)計要求頻率測量范圍：信號為方波、三角波和正弦波，幅度為0. 55V、頻率范圍為19 999Hz。十進制數(shù)字顯示，顯示刷新時間為1s。（2）任務(wù)分析所謂頻率就是周期性信號在單位時間(1s)內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時間間隔T內(nèi)測得周期性信號的重復(fù)變化次數(shù)為N，則頻率可表示為f=N/T(Hz)。圖1數(shù)字頻率計的組成框圖根據(jù)設(shè)計要求數(shù)字頻率計的組成如圖1所示，被測信號vx經(jīng)放大整形電路變成計數(shù)電路所要求的脈沖信號fxh，其頻率與

39、被測信號vx的頻率fx相同。時基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時間基準(zhǔn)信號Clock，其高電平持續(xù)時間t1=1s，當(dāng)1s信號來到時，閘門電路開通，被測脈沖信號通過閘門電路，成為計數(shù)電路的計數(shù)脈沖CP，計數(shù)電路開始計數(shù)，直到ls信號結(jié)束時閘門電路關(guān)閉，停止計數(shù)。若在閘門時間1s內(nèi)計數(shù)電路計得的脈沖個數(shù)為N，則被測信號頻率f=NHz。控制電路的作用有兩個：一是產(chǎn)生鎖存脈沖CLK，使顯示電路上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清“0”脈沖RD，使計數(shù)電路每次測量從零開始計數(shù)。采用Multisim進行設(shè)計和仿真時，可將整體電路圖分成時基控制電路(包括時基電路、控制電路、閘門電路)、放大整形電路(包括放大和整形電路)、計數(shù)譯碼顯示電路

40、(包括計數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路)3個局部電路圖，分別創(chuàng)建。（3）放大整形電路的設(shè)計和仿真放大整形電路由晶體管2N3904與74LS14N施密特觸發(fā)器等組成。其中由晶體管2N3904組成的放大電路將輸入頻率為fx的周期信號如正弦波、方波等進行放大，施密特觸發(fā)器對放大電路輸出信號進行整形，使之成為與輸入信號同頻率的矩形脈沖。創(chuàng)建局部電路如圖2所示，輸入信號由信號發(fā)生器供給，其設(shè)置為： 7Hz、1Vpp的正弦波(三角波或方波)，示波器A通道測量輸入信號的波形， B通道測量放大整形之后的波形fxh，仿真波形如圖3所示，放大整形之后的波形fxh是與輸入信號同頻率的矩形脈沖。圖2放大整形電路設(shè)計與仿真圖3

41、放大整形電路仿真波形（4）時基控制電路的設(shè)計和仿真創(chuàng)建時基控制電路如圖4所示，時基電路由定時器555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生，調(diào)節(jié)電位器R13的接入阻值，使標(biāo)準(zhǔn)時間信號Clock高電平的持續(xù)時間為1s?？刂齐娐酚蓡畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器SN74123N組成，在標(biāo)準(zhǔn)時間信號Clock結(jié)束時，由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器SN74123N分別產(chǎn)生鎖存信號CLK，鎖存信號CLK結(jié)束時產(chǎn)生清“0”信號RD，它們的脈沖寬度由電路的時間常數(shù)決定。并且鎖存信號CLK和清“0”信號RD的脈寬之和不能超過標(biāo)準(zhǔn)時間信號Clock的低電平持續(xù)時間。另外，清零信號也可以由手動復(fù)位開關(guān)J1的按鈕B來控制，開關(guān)J1閉合時，計數(shù)電路清“0”。兩種方式

42、清零信號加在U2A與非門74LS00N的兩個輸入端，與非門74LS00N的輸出即為計數(shù)電路的清“0”信號RD。電路中U2B與非門74LS00N組成閘門電路，其作用是產(chǎn)生計數(shù)脈沖CP。當(dāng)手動復(fù)位開關(guān)J1閉合，再打開時，各信號之間的時序關(guān)系如圖5所示， 4蹤示波器的測量波形為：A通道是標(biāo)準(zhǔn)時間信號Clock的波形，其高電平的持續(xù)時間為1s；B通道是鎖存信號CLK的波形；C通道是清“0”信號RD的波形，其波形第一個清零信號正脈沖是由手動復(fù)位開關(guān)J1給出的；D通道是計數(shù)電路的計數(shù)脈沖CP的波形，與標(biāo)準(zhǔn)時間信號Clock波形相對應(yīng)，可知在1s內(nèi)有7個脈沖上升沿，即1s內(nèi)有7個放大整形信號fxh脈沖通過。

43、圖4時基控制電路的設(shè)計與仿真圖5信號時序關(guān)系圖（5）計數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路的設(shè)計和仿真創(chuàng)建計數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路如圖6所示，計數(shù)電路由4個二五十進制計數(shù)器74LS90N組成四位十進制計數(shù)器，計數(shù)電路在1s內(nèi)所計得的脈沖波形上升沿的個數(shù)就是該波形的頻率。為了簡化電路，在此頁電路中采用了總線設(shè)計方法，使電路圖更加清晰、規(guī)范。圖6計數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路設(shè)計與仿真五、實驗仿真圖（一）a、放大整形電路設(shè)計與仿真b、放大整形電路仿真波形(二) a、時基控制電路的設(shè)計與仿真b、信號時序關(guān)系圖(三)a、計數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路設(shè)計與仿真注：可能是圖的原因，我并沒有仿真成功。于是和幾個同學(xué)討論下，大家都沒

44、有成功。于是我們幾個同學(xué)到網(wǎng)上查找資料自己設(shè)計了下面的顯示電路，結(jié)果仿真出來了。b、自己的電路顯示電路仿真注：上面的數(shù)碼管時計數(shù)顯示，而下面的兩個數(shù)碼管通過鎖存器來最終顯示信號的頻率值。六、實驗心得1、通過計算機仿真與實驗室電路搭建，理解頻率測量與周期測量技術(shù)的基本原理、掌握誤差分析方法，學(xué)習(xí)頻率測量技術(shù)的基本技能與基本應(yīng)用2、實驗時出現(xiàn)好多問題，剛開始時時序電路無法顯示正確波形。后來與同學(xué)討論后才知道有些芯片它們的電源所要的電壓不一定是5V，可能要高點。比如：LM555要5.5V的電壓提供。3、實驗指導(dǎo)書上的計數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路圖好像有點問題，沒有仿真成功，于是自己到網(wǎng)上查找原因，與同學(xué)

45、也討論。最后自己重新搭了一個計數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路。最后成功了。4、這次實驗后知道實驗中有問題后，大家一起討論會，自己會收獲不少。也能很快的找出問題的所在?！緦嶒炈摹糠请娏繙y試系統(tǒng)設(shè)計實驗一、實驗?zāi)康模簩W(xué)習(xí)初步工程設(shè)計。通過計算機仿真與實驗室電路搭建，理解非電量測試系統(tǒng)的組成原理、掌握誤差分析方法，學(xué)習(xí)非電量測試系統(tǒng)的基本應(yīng)用，提高綜合運用電子技術(shù)的能力。二、實驗內(nèi)容：自行設(shè)計簡單的非電量測試系統(tǒng)電路，分析原理，確定參數(shù)。設(shè)計實驗方案，描述實驗過程，進行誤差分析，并得出結(jié)論。三、實驗要求設(shè)計原理合理，結(jié)構(gòu)簡單，能達到一定的精度要求。四、溫度測量系統(tǒng)設(shè)計具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻廣泛地應(yīng)用于溫度

46、測量和溫度控制技術(shù)中。這類熱敏電阻大多數(shù)是由一些過渡金屬氧化物（主要有Mn、Co、Ni、Fe等氧化物）在一定的燒結(jié)條件下形成的半導(dǎo)體金屬氧化物作為基本材料制做而成，它們具有型半導(dǎo)體的特性。對于一般半導(dǎo)體材料，電阻率隨溫度變化主要依賴于載流子濃度，而遷移率隨溫度的變化相對來說可以忽略。但對上述過渡金屬氧化物則有所不同，在室溫范圍內(nèi)基本上已全部電離，即載流子濃度基本與溫度無關(guān)，此時主要考慮遷移率與溫度的關(guān)系，隨著溫度升高，遷移率增加，所以這類金屬氧化物半導(dǎo)體的電阻率下降，根據(jù)理論分析，對于這類熱敏電阻的電阻一溫度特性的數(shù)學(xué)表達式通?？梢员硎緸?（4-1）其中和分別表示環(huán)境溫度為和（以為單位）時熱敏

47、電阻的阻值；的單位為，；為材料常量，其大小隨制做熱敏電阻時選用的材料和配方而異，對于某一確定的熱敏電阻元件，它可由實驗上測得的電阻一溫度曲線的實驗數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法求得。下面對以這種熱敏電阻為檢測元件的溫度傳感器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、電壓一溫度特性的線性化、電路參數(shù)的選擇和非線性誤差等問題論述如下：圖4.11、電路結(jié)構(gòu)及工作原理電路結(jié)構(gòu)如圖4.1(b)所示，它是由含的橋式電路及差分運算放大電路兩個主要部分組成。當(dāng)熱敏電阻所在環(huán)境溫度變化時，差分放大器的輸入信號及其輸出電壓均要發(fā)生變化。傳感器輸出電壓隨檢測元件 環(huán)境溫度變化的關(guān)系稱溫度傳感器的電壓一溫度特性。為了定量分析這一特性，可利用

48、電路理論中的戴維南定理把圖4.1（a）所示的電路等效變換成圖4.1（b）所示的電路，在圖4.1（b）中：， （41）它們均與溫度有關(guān)；而， 與溫度無關(guān)。根據(jù)電路理論中的疊加原理，差分運算放大器輸出電壓可表示為 其中和分別為圖 4.1所示電路中和單獨作用時對輸出電壓的貢獻。由運算放大器的理論知：， （42）式中的為單獨作用時運放電路同相輸入端的對地電壓。由于運放電路輸入阻抗很大，故 把以上結(jié)果代入式（4-2），并經(jīng)適當(dāng)整理得 （4-3）由于上式中和與溫度有關(guān)，所以該式就是溫度傳感器電壓一溫度特性的數(shù)學(xué)表達式，只要電路參數(shù)和熱敏元件的電阻一溫度特性已知，式（4-3）所表達的輸出電壓與溫度的函數(shù)關(guān)系就完全確定。2、電壓一溫度特性的線化和電路多數(shù)的選擇一般情況下，式（4-3）表達的函數(shù)關(guān)系是非線性的，但通過適當(dāng)選擇電路參數(shù)可以使得這一關(guān)系和一直線關(guān)系近似。這一近似引起的誤差與傳感器的測溫范圍有關(guān)。設(shè)傳感器的測溫范