電子測量實驗指導(dǎo)書

1、電子測量課程實驗指導(dǎo)書光電工程學(xué)院2016年8月 實驗一 頻率的數(shù)字測量技術(shù)一、實驗?zāi)康?、通過實驗，進一步了解數(shù)字式頻率計的工作原理。2、熟悉數(shù)字式頻率計的正確操作。3、掌握減小測量誤差及對測量誤差進行分析的方法。二、實驗內(nèi)容1、利用通用計數(shù)器測量低頻信號發(fā)生器的部分技術(shù)指標(biāo)。2、利用通用計數(shù)器測量脈沖參數(shù)。3、利用通用計數(shù)器校準(zhǔn)示波器的時基因數(shù)（或掃描速度）。三、預(yù)備知識1、通用計數(shù)器的原理及其基本功能及誤差分析2、通用計數(shù)器測量各種參數(shù)的工作原理3、利用通用計數(shù)器測量信號發(fā)生器的頻率技術(shù)指標(biāo) 頻率標(biāo)稱誤差的定義是：fx通用計數(shù)器測得值f0信號發(fā)生器的頻率標(biāo)稱值頻率穩(wěn)定誤差的定義是:t-規(guī)

2、定的時間間隔fxmax選定的一組時間間隔內(nèi)，計數(shù)器示值的最大值fxmin選定的一組時間間隔內(nèi)，計數(shù)器示值的最小值四、使用儀器及設(shè)備1、通用計數(shù)器 （GFC-8010H） 一臺2、低頻信號發(fā)生器 (DF-1641) 一臺3、脈沖信號發(fā)生器 一臺4、脈沖示波器 (GOS-6021) 一臺五 實驗方法1、實驗準(zhǔn)備工作要求按規(guī)定進行預(yù)熱、外觀檢查，然后進行自校，儀器工作正常后，才能進行以下的實驗。2、等精度測量（次數(shù)、顯示值需由實驗人員自行列表） 具體要求是： （1）任選一臺待測的低頻信號發(fā)生器，等精度測量某一頻率（例如，1kHz或其他指定值）10次、間隔30秒。 （2）通用計數(shù)器各功能選擇，閘門時間

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

4、量誤差的原則預(yù)先擬定。（2） 測量低頻信號發(fā)生器在標(biāo)稱頻率為1kHz處的頻率穩(wěn)定誤差（30秒間隔測量25次，結(jié)果列于表2中。）表2 頻率穩(wěn)定誤差的測量計數(shù)器各開關(guān)位置計數(shù)器顯示值（）t功能(頻率/周期)fxmax=fxmin=（）t閘門時間(10s/1s/0.1s)周期倍乘(1)時標(biāo)(30秒)4、 脈沖時間參數(shù)的測量具體要求是； （1）用通用計數(shù)器測量脈沖信號發(fā)生器輸出脈沖信號的寬度、周期、重復(fù)頻率等時間參數(shù)。 （2）同時用脈沖示波器觀察該脈沖信號，并將示波器測量出的結(jié)果與通用計數(shù)器測量的結(jié)果進行比較。表各自定。 （3）對脈沖示波器的時基因數(shù)刻度進行校準(zhǔn)（利用計數(shù)器）。六、實驗報告要求 1、列

5、出全部實驗數(shù)據(jù)及測量時通用計數(shù)器各開關(guān)、旋鈕的位置 2、對等精度測量結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理；檢查測量中有無粗大誤差及系統(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；給出測量結(jié)果的最后表達式。 3、對頻率標(biāo)稱誤差的數(shù)據(jù)處理及分析。 4、對頻率穩(wěn)定誤差的數(shù)據(jù)處理及分析。5、 對實驗結(jié)果進行分析小結(jié)。 實驗二 掃頻儀在電路參數(shù)測量中的應(yīng)用一、實驗?zāi)康?1、了解掃頻儀（頻率特性測試儀）的工作原理及使用方法；2、學(xué)習(xí)并掌握利用掃頻儀測量電路幅頻特性的方法；3、掌握利用掃頻儀測量電路參數(shù)的方法。二、實驗內(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，進行電路參數(shù)的測量。 三、預(yù)備知識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，高壓加至高壓單元產(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應(yīng)于某一瞬時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)生掃頻信號和定頻振蕩器產(chǎn)生的固頻信號經(jīng)混頻并通過低通濾波產(chǎn)生0-300MHz掃頻電壓，送至寬帶放大器得到約0.5V的信號，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，自動調(diào)整輸入電平，達到自動穩(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，分別加至各自的諧波發(fā)生器后和來自掃頻單元的掃頻信號混頻濾波并經(jīng)放大后，產(chǎn)生菱形頻標(biāo)。再與來自Y通道的被測設(shè)備的檢波信號相迭加送至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經(jīng)檢波后的電壓送至Y通道進行放大，經(jīng)放大后的被測信號加到示波管的Y偏轉(zhuǎn)電路，在示波管屏幕上顯示出來，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（1）檢查完儀器的電氣性能正常后，即可使用本儀器。（2）測試時，面板上的按鍵和按鈕，應(yīng)著力均勻，不得過猛過快。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、無污垢。（3）如被測設(shè)備輸出帶有直流電位時，顯示輸入端應(yīng)選擇AC輸入顯示方式。（4）被測設(shè)備帶有檢波輸出時，可按測試圖去掉儀器設(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）測試有源放大器時，為避免本機低電阻檢波器的損壞，在檢波器的輸入端的高頻信號應(yīng)<=100mW，直流電壓<=3V。（6）本儀器

10、應(yīng)避免在高溫，高濕和有振動的環(huán)境中使用，也應(yīng)避免在強磁場中使用。四、使用儀器及設(shè)備BT-3GIII型頻率特性測試儀、信號發(fā)生器、數(shù)字萬用表等。五、實驗方法1、掃頻儀電器性能檢查（1）儀器適用電源AC220V±10%，50Hz±2Hz（保險絲1A）。（2）接上電源，按下面板上的電源控制開關(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，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，掃頻方式選“窄掃”時，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，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。（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10MHz頻

12、標(biāo)），測試屏幕上相鄰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)線的最高點和最低點之間間隔的大小，再看包絡(luò)線上任一點衰減1dB后的間隔相比較應(yīng)小于±0.25dB。（9）輸出功率（電壓）的檢查開機預(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，掃頻儀輸出衰減置于0dB,掃頻方式置于“點頻”（CW），旋動中心頻率為150MHz附近，測試輸出功率應(yīng)滿足3.33mW±10%或用超高頻毫伏表等測試高頻電壓應(yīng)滿足0.5V±10%。（10）檢查顯示部分將方波信號發(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行測試。2、有源放大器、中高頻電路的測量 實驗人員自擬放大電路，進行放大器的幅頻特性參數(shù)的測試。測試時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)選擇掃頻寬度進行測量。進行多次測量，記錄測試數(shù)據(jù)。對有源網(wǎng)絡(luò)測量必須注意信號饋給時的隔直流，還需注意RF輸出的大小應(yīng)保證被測網(wǎng)絡(luò)輸出不失真、不飽和。對于被測電路的自激振蕩也不能忽略，否則它們會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)試過程中應(yīng)給予徹底消除。有源放大器一般測量指標(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值的測量: 回路Q值由Bw及中心頻率f0計算得到，六、實驗報告要求1、畫出自擬放大電路的電路圖，并計算理論值；2、自擬表格列出測量結(jié)果；并畫出實驗結(jié)

15、果顯示圖；3、對測量結(jié)果進行分析；4、掃頻儀的使用并結(jié)合電路測量進行小結(jié)。實驗三 示波器與電路參數(shù)的測量一、實驗?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量電路中的電壓、頻率及相位關(guān)系等相關(guān)參數(shù)。二、實驗內(nèi)容 1模擬示波器和數(shù)字示波器的使用方法。 2、利用示波器對脈沖數(shù)字信號的電壓、頻率及其相位參數(shù)進行測量。 三、預(yù)備知識了解模擬示波器和數(shù)字示波器的工作原理，以及數(shù)字電路測量中的一般知識，并了解實驗電路的基本工作原理。1、實驗電路框圖：2、實驗電路PCB版圖：四、使用儀器及設(shè)備 模擬示波器、數(shù)字示波器、信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、實驗電路板。五、實驗方法1、熟悉模擬示波器和數(shù)字示波器的使用方法。2、熟悉頻率計和信號發(fā)生器的使用。3、利用示波器對實驗電路板中的S、1、2脈沖波形進行測量，并標(biāo)明它們的相位關(guān)系。4、測試前首先調(diào)整振蕩電路到規(guī)定的頻率范圍再進行測試。（1）、首先調(diào)整STTL同步脈沖信號的周期到最大（0.45ms）時進行測量：信號名稱電壓范圍（V）周期（ms）頻率(HZ)