電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、電子測(cè)量課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)光電工程學(xué)院2016年8月 實(shí)驗(yàn)一 頻率的數(shù)字測(cè)量技術(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步了解數(shù)字式頻率計(jì)的工作原理。2、熟悉數(shù)字式頻率計(jì)的正確操作。3、掌握減小測(cè)量誤差及對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行分析的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、利用通用計(jì)數(shù)器測(cè)量低頻信號(hào)發(fā)生器的部分技術(shù)指標(biāo)。2、利用通用計(jì)數(shù)器測(cè)量脈沖參數(shù)。3、利用通用計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)示波器的時(shí)基因數(shù)（或掃描速度）。三、預(yù)備知識(shí)1、通用計(jì)數(shù)器的原理及其基本功能及誤差分析2、通用計(jì)數(shù)器測(cè)量各種參數(shù)的工作原理3、利用通用計(jì)數(shù)器測(cè)量信號(hào)發(fā)生器的頻率技術(shù)指標(biāo) 頻率標(biāo)稱(chēng)誤差的定義是：fx通用計(jì)數(shù)器測(cè)得值f0信號(hào)發(fā)生器的頻率標(biāo)稱(chēng)值頻率穩(wěn)定誤差的定義是:t-規(guī)

2、定的時(shí)間間隔fxmax選定的一組時(shí)間間隔內(nèi)，計(jì)數(shù)器示值的最大值fxmin選定的一組時(shí)間間隔內(nèi)，計(jì)數(shù)器示值的最小值四、使用儀器及設(shè)備1、通用計(jì)數(shù)器 （GFC-8010H） 一臺(tái)2、低頻信號(hào)發(fā)生器 (DF-1641) 一臺(tái)3、脈沖信號(hào)發(fā)生器 一臺(tái)4、脈沖示波器 (GOS-6021) 一臺(tái)五 實(shí)驗(yàn)方法1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作要求按規(guī)定進(jìn)行預(yù)熱、外觀檢查，然后進(jìn)行自校，儀器工作正常后，才能進(jìn)行以下的實(shí)驗(yàn)。2、等精度測(cè)量（次數(shù)、顯示值需由實(shí)驗(yàn)人員自行列表） 具體要求是： （1）任選一臺(tái)待測(cè)的低頻信號(hào)發(fā)生器，等精度測(cè)量某一頻率（例如，1kHz或其他指定值）10次、間隔30秒。 （2）通用計(jì)數(shù)器各功能選擇，閘門(mén)時(shí)間

3、、周期倍乘、時(shí)標(biāo)記憶等開(kāi)關(guān)，以及輸入電平指示、顯示時(shí)間調(diào)節(jié)等旋鈕的位置，均由實(shí)驗(yàn)人員自已選擇或調(diào)節(jié)。 （3）列表記錄。3、測(cè)量低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率標(biāo)稱(chēng)誤差及穩(wěn)定誤差。具體要求是：（1） 按表1所列的各頻率值測(cè)量其標(biāo)稱(chēng)誤差并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)，間隔10秒測(cè)量，測(cè)量三次的均值作為顯示結(jié)果fx。（測(cè)量功能可選擇頻率或周期，周期倍乘取1。）表1頻率標(biāo)稱(chēng)誤差的測(cè)量標(biāo)稱(chēng)頻率f0通用計(jì)數(shù)器有關(guān)數(shù)據(jù)頻率標(biāo)稱(chēng)誤差測(cè)量功能(頻率/周期)閘門(mén)時(shí)間(10s/1s/0.1s)周期倍乘(1)時(shí)標(biāo)(10s)顯示結(jié)果(fx)1Hz20Hz5KHz176KHz1MHz表中的測(cè)量功能、閘門(mén)時(shí)間周期倍乘、時(shí)標(biāo)等項(xiàng)，需由實(shí)驗(yàn)人員按照減小測(cè)

4、量誤差的原則預(yù)先擬定。（2） 測(cè)量低頻信號(hào)發(fā)生器在標(biāo)稱(chēng)頻率為1kHz處的頻率穩(wěn)定誤差（30秒間隔測(cè)量25次，結(jié)果列于表2中。）表2 頻率穩(wěn)定誤差的測(cè)量計(jì)數(shù)器各開(kāi)關(guān)位置計(jì)數(shù)器顯示值（）t功能(頻率/周期)fxmax=fxmin=（）t閘門(mén)時(shí)間(10s/1s/0.1s)周期倍乘(1)時(shí)標(biāo)(30秒)4、 脈沖時(shí)間參數(shù)的測(cè)量具體要求是； （1）用通用計(jì)數(shù)器測(cè)量脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出脈沖信號(hào)的寬度、周期、重復(fù)頻率等時(shí)間參數(shù)。 （2）同時(shí)用脈沖示波器觀察該脈沖信號(hào)，并將示波器測(cè)量出的結(jié)果與通用計(jì)數(shù)器測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行比較。表各自定。 （3）對(duì)脈沖示波器的時(shí)基因數(shù)刻度進(jìn)行校準(zhǔn)（利用計(jì)數(shù)器）。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、列

5、出全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及測(cè)量時(shí)通用計(jì)數(shù)器各開(kāi)關(guān)、旋鈕的位置 2、對(duì)等精度測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；檢查測(cè)量中有無(wú)粗大誤差及系統(tǒng)誤差、求出算術(shù)平均值及方差、標(biāo)準(zhǔn)差等數(shù)字特征；給出測(cè)量結(jié)果的最后表達(dá)式。 3、對(duì)頻率標(biāo)稱(chēng)誤差的數(shù)據(jù)處理及分析。 4、對(duì)頻率穩(wěn)定誤差的數(shù)據(jù)處理及分析。5、 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析小結(jié)。 實(shí)驗(yàn)二 掃頻儀在電路參數(shù)測(cè)量中的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解掃頻儀（頻率特性測(cè)試儀）的工作原理及使用方法；2、學(xué)習(xí)并掌握利用掃頻儀測(cè)量電路幅頻特性的方法；3、掌握利用掃頻儀測(cè)量電路參數(shù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、熟悉掃頻儀的使用；2、自擬有源放大電路或中高頻電路，進(jìn)行電路參數(shù)的測(cè)量。 三、預(yù)備知識(shí)BT-3GI

6、II型掃頻儀的工作原理：1、電源部分由電源變壓器次級(jí)取出的各路交流電壓，低壓經(jīng)整流穩(wěn)壓產(chǎn)生±15V，24V電壓供控制部分掃頻、頻標(biāo)單元，Y通道使用。中壓經(jīng)中壓板產(chǎn)生150V電壓，高壓加至高壓?jiǎn)卧a(chǎn)生1500V高壓供示波管及其電路使用。2、控制和顯示系統(tǒng)由低壓電源來(lái)的交流電壓加至三角波發(fā)生電路，經(jīng)整形放大，積分形成三角波與負(fù)方波，三角波一路經(jīng)線性校正送至掃頻單元，另一路加至X軸輸入端，經(jīng)放大送到示波管水平偏轉(zhuǎn)電路。負(fù)方波加至掃頻單元，供掃頻單元休止-工作之用。由于三角波同時(shí)控制電子束和掃頻振蕩器，因此，電子束在示波管熒光屏上的每一水平位置對(duì)應(yīng)于某一瞬時(shí)頻率從左向右頻率逐漸增高，并且是線

7、性化的。3、掃頻單元掃頻單元由掃頻振蕩器，定頻振蕩器，混頻器，寬帶放大器和穩(wěn)幅電路組成。掃頻振蕩器產(chǎn)生掃頻信號(hào)和定頻振蕩器產(chǎn)生的固頻信號(hào)經(jīng)混頻并通過(guò)低通濾波產(chǎn)生0-300MHz掃頻電壓，送至寬帶放大器得到約0.5V的信號(hào)，一路經(jīng)電控衰減器輸出，另一路送給頻標(biāo)單元，第三路經(jīng)二極管檢波輸入到穩(wěn)幅放大器，放大后的電壓控制PIN二極管，自動(dòng)調(diào)整輸入電平，達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)定輸出幅度的目的。4、頻標(biāo)單元頻標(biāo)單元由50MHz晶體振蕩器和10MHz晶體振蕩及同步十分頻的1MHz電信號(hào)，分別加至各自的諧波發(fā)生器后和來(lái)自掃頻單元的掃頻信號(hào)混頻濾波并經(jīng)放大后，產(chǎn)生菱形頻標(biāo)。再與來(lái)自Y通道的被測(cè)設(shè)備的檢波信號(hào)相迭加送至Y偏

8、轉(zhuǎn)，這樣便在掃頻曲線上顯示出頻率標(biāo)記，面板上設(shè)置頻標(biāo)幅度電位器，控制頻標(biāo)幅度。5、垂直放大器垂直放大器是將掃頻信號(hào)經(jīng)檢波后的電壓送至Y通道進(jìn)行放大，經(jīng)放大后的被測(cè)信號(hào)加到示波管的Y偏轉(zhuǎn)電路，在示波管屏幕上顯示出來(lái)，其放大量由面板上的Y增益電位器控制。6、儀器面板1、 亮度 2、聚焦 3、水平校準(zhǔn) 4、Y位移 5、Y增益 6、+/-，AC/DC，Y衰減 7、掃頻寬度 8、頻標(biāo)幅度 9、頻標(biāo)選擇（50MHz、10MHz、1MHz復(fù)合、外接） 10、中心頻率 11、外接頻標(biāo) 12、掃頻輸出 13、輸出衰減（1、2、3、4、10、20dB） 14、Y輸入 15、電源指示燈 16、電源開(kāi)關(guān) 17、掃頻方

9、式選擇（全掃、窄掃、電頻） 18、X位移調(diào)節(jié) 19、X幅度調(diào)節(jié) 20、220V電源插座7、儀器使用注意事項(xiàng)（1）檢查完儀器的電氣性能正常后，即可使用本儀器。（2）測(cè)試時(shí)，面板上的按鍵和按鈕，應(yīng)著力均勻，不得過(guò)猛過(guò)快。各連接電纜應(yīng)盡可能短，并保證良好的接地，各輸入、輸出插座應(yīng)清潔、無(wú)污垢。（3）如被測(cè)設(shè)備輸出帶有直流電位時(shí)，顯示輸入端應(yīng)選擇AC輸入顯示方式。（4）被測(cè)設(shè)備帶有檢波輸出時(shí)，可按測(cè)試圖去掉儀器設(shè)備的75歐低阻抗檢波器，直接用輸入電纜饋入垂直輸入。（5）測(cè)試有源放大器時(shí)，為避免本機(jī)低電阻檢波器的損壞，在檢波器的輸入端的高頻信號(hào)應(yīng)<=100mW，直流電壓<=3V。（6）本儀器

10、應(yīng)避免在高溫，高濕和有振動(dòng)的環(huán)境中使用，也應(yīng)避免在強(qiáng)磁場(chǎng)中使用。四、使用儀器及設(shè)備BT-3GIII型頻率特性測(cè)試儀、信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字萬(wàn)用表等。五、實(shí)驗(yàn)方法1、掃頻儀電器性能檢查（1）儀器適用電源AC220V±10%，50Hz±2Hz（保險(xiǎn)絲1A）。（2）接上電源，按下面板上的電源控制開(kāi)關(guān)，電源指示燈亮。（3）儀器預(yù)熱十分鐘，調(diào)節(jié)亮度電位器以得到適當(dāng)?shù)妮x度（適當(dāng)調(diào)節(jié)Y位移電位器，以在屏幕上顯示掃描線）。（4），ACDC兩鍵開(kāi)關(guān)視輸入而定，放在相應(yīng)位置。（5）檢查儀器內(nèi)部標(biāo)記，按下50MHz，10.1MHZ鍵，掃描線上應(yīng)分別呈現(xiàn)出50MHz或10.1MHZ頻標(biāo)信號(hào)，調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度

11、電位器可以均勻的調(diào)節(jié)標(biāo)記幅度。（6）檢查掃頻范圍，掃頻寬度和中心頻率，將儀器檢波器連接如圖所示：掃頻儀衰減置于“0dB”，按下掃頻方式控制中的全掃鍵和頻標(biāo)方式選擇中的50MHz鍵，極性選擇開(kāi)關(guān)在“”位置，調(diào)節(jié)Y位移和Y增益，可在顯示屏幕上看到一檢波后的方框。屏幕上應(yīng)出現(xiàn)零拍及50MHz通用頻標(biāo)，頻標(biāo)標(biāo)記數(shù)應(yīng)大于6個(gè)，掃頻方式選“窄掃”時(shí)，旋轉(zhuǎn)中心頻率旋鈕，在曲線上從零頻數(shù)得標(biāo)記數(shù)應(yīng)大于等于6個(gè)，掃頻寬度電位器調(diào)至最大，頻標(biāo)方式選擇50MHz，屏幕上50MHz標(biāo)記數(shù)應(yīng)大于3個(gè)。（7）掃頻線性的檢查掃頻方式選“窄掃”，頻標(biāo)置于10.1MHz，掃頻寬度電位器調(diào)至40MHz（屏幕上顯示5個(gè)10MHz頻

12、標(biāo)），測(cè)試屏幕上相鄰10MHz標(biāo)記間隔比應(yīng)小于1:1.2。（8）輸出平坦度的檢查掃頻方式選擇“全掃”找出檢波放大后顯示的包絡(luò)線的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間間隔的大小，再看包絡(luò)線上任一點(diǎn)衰減1dB后的間隔相比較應(yīng)小于±0.25dB。（9）輸出功率（電壓）的檢查開(kāi)機(jī)預(yù)熱15分鐘，在RF輸出口接入7550阻抗轉(zhuǎn)換器，再接入CX2B小功率計(jì)，掃頻儀輸出衰減置于0dB,掃頻方式置于“點(diǎn)頻”（CW），旋動(dòng)中心頻率為150MHz附近，測(cè)試輸出功率應(yīng)滿(mǎn)足3.33mW±10%或用超高頻毫伏表等測(cè)試高頻電壓應(yīng)滿(mǎn)足0.5V±10%。（10）檢查顯示部分將方波信號(hào)發(fā)生器輸出的方波用電纜接入Y輸入

13、，并且調(diào)節(jié)輸出方波10mVp-p(1KHz)，Y軸倍率置于×1，Y增益旋至最大，測(cè)得屏幕上方波幅度應(yīng)大于1diV完成掃頻儀的性能檢查后即可進(jìn)行測(cè)試。2、有源放大器、中高頻電路的測(cè)量 實(shí)驗(yàn)人員自擬放大電路，進(jìn)行放大器的幅頻特性參數(shù)的測(cè)試。測(cè)試時(shí)連接方法如下圖所示：儀器顯示方式于DC，倍率X1，調(diào)Y位移使基線與底格重合，Y增益調(diào)至適中，適當(dāng)選擇掃頻寬度進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)行多次測(cè)量，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。對(duì)有源網(wǎng)絡(luò)測(cè)量必須注意信號(hào)饋給時(shí)的隔直流，還需注意RF輸出的大小應(yīng)保證被測(cè)網(wǎng)絡(luò)輸出不失真、不飽和。對(duì)于被測(cè)電路的自激振蕩也不能忽略，否則它們會(huì)顯著地改變幅頻響應(yīng)曲線的形狀，使曲線有大的起伏或出現(xiàn)突復(fù)點(diǎn)和

14、飽和狀態(tài)，掃頻基線也顯著地改變上下位置，這些現(xiàn)象在調(diào)試過(guò)程中應(yīng)給予徹底消除。有源放大器一般測(cè)量指標(biāo)包括：增益值、3db帶寬、中心頻率等參量。（1）3db帶寬確定在不限幅情況下，設(shè)定被測(cè)設(shè)備顯示的包絡(luò)圖形Y軸最大幅度為0db，用儀器的衰減器衰減3db后，圖形位置改變，用標(biāo)頻即可確定3db帶寬Bw。（2） 增益dB值是將掃頻輸出經(jīng)檢波后顯示的圖形位置與加接放大器檢波后顯示的圖形位置進(jìn)行比較，其差dB值即是。（3）中心頻率f0由頻標(biāo)直接讀出；（4）回路Q(chēng)值的測(cè)量: 回路Q(chēng)值由Bw及中心頻率f0計(jì)算得到，六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、畫(huà)出自擬放大電路的電路圖，并計(jì)算理論值；2、自擬表格列出測(cè)量結(jié)果；并畫(huà)出實(shí)驗(yàn)結(jié)

15、果顯示圖；3、對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析；4、掃頻儀的使用并結(jié)合電路測(cè)量進(jìn)行小結(jié)。實(shí)驗(yàn)三 示波器與電路參數(shù)的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、學(xué)習(xí)并掌握模擬示波器和數(shù)字示波器的使用方法。2、學(xué)習(xí)并了解利用示波器測(cè)量電路中的電壓、頻率及相位關(guān)系等相關(guān)參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1模擬示波器和數(shù)字示波器的使用方法。 2、利用示波器對(duì)脈沖數(shù)字信號(hào)的電壓、頻率及其相位參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。 三、預(yù)備知識(shí)了解模擬示波器和數(shù)字示波器的工作原理，以及數(shù)字電路測(cè)量中的一般知識(shí)，并了解實(shí)驗(yàn)電路的基本工作原理。1、實(shí)驗(yàn)電路框圖：2、實(shí)驗(yàn)電路PCB版圖：四、使用儀器及設(shè)備 模擬示波器、數(shù)字示波器、信號(hào)發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、實(shí)驗(yàn)電路板。五、實(shí)驗(yàn)方法1、熟悉模擬示波器和數(shù)字示波器的使用方法。2、熟悉頻率計(jì)和信號(hào)發(fā)生器的使用。3、利用示波器對(duì)實(shí)驗(yàn)電路板中的S、1、2脈沖波形進(jìn)行測(cè)量，并標(biāo)明它們的相位關(guān)系。4、測(cè)試前首先調(diào)整振蕩電路到規(guī)定的頻率范圍再進(jìn)行測(cè)試。（1）、首先調(diào)整STTL同步脈沖信號(hào)的周期到最大（0.45ms）時(shí)進(jìn)行測(cè)量：信號(hào)名稱(chēng)電壓范圍（V）周期（ms）頻率(HZ)