電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)電子信息工程系2012-09目錄實(shí)驗(yàn)一 電壓表的使用及交流電壓的測(cè)量 1實(shí)驗(yàn)二 通用計(jì)數(shù)器的實(shí)驗(yàn) 6實(shí)驗(yàn)三 示波器測(cè)試技術(shù)與示波器的使用 17實(shí)驗(yàn)一 電壓表的使用及交流電壓的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握低頻電壓的測(cè)量原理及測(cè)量方法2、掌握高頻電壓的測(cè)量原理及測(cè)量方法二、實(shí)驗(yàn)儀器1、F05A型數(shù)字合成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器2、DF2170D 型交流毫伏表3、AS2271A 型超高頻毫伏表三、實(shí)驗(yàn)原理1、用交流毫伏表（均值電壓表）測(cè)量低頻電壓均值電壓表常用來(lái)測(cè)量1MHZ以下的低頻信號(hào)電壓。均值電壓表的組成如圖1-1所示。稱(chēng)放大一檢波式電壓表，即先放大后檢波。檢波器的基本電路如圖1-2

2、所示。圖1-1均值電壓表的組成均值電壓表的直流輸出圖1-2平均值檢波器1 TU 0 |Ux | dt恰好為| Ux|的平均值，因此均值電壓表的表頭偏轉(zhuǎn)正比于被測(cè)電壓的平均值。均值電壓表雖然是均值響應(yīng)，但仍以 正弦電壓有效值刻度，因此，當(dāng)被測(cè)信 號(hào)為正弦信號(hào)時(shí)，其讀數(shù)直接就是正弦電壓的有效值。當(dāng)被測(cè)信號(hào)為非正弦信號(hào) 時(shí)，就需要如下?lián)Q算：U-Kf%其中Kf為被測(cè)波形的波形系數(shù)。2、用超高頻毫伏表（峰值電壓表）測(cè)量高頻電壓峰值電壓表又稱(chēng)檢波一放大式電壓表，即被測(cè)交流電壓先檢波后放大，然后再驅(qū)動(dòng)直流電壓表。峰值電壓表的組成見(jiàn)圖1-3所示峰值檢波器（探頭內(nèi)）圖1-3檢波一放大式電壓表在峰值電壓表中，常采

3、用二極管峰值檢波器，即檢波器是峰值響應(yīng)的。峰值電壓表的表頭偏轉(zhuǎn)正比于被測(cè)電壓（任意波形）的峰值，除特殊測(cè)量需要（例如脈沖電壓表）外，峰值電壓表是按正弦電壓有效值刻度的，即:u用式中u正弦電壓有效值Kp正弦電壓的波峰因數(shù)這樣，當(dāng)用峰值電壓表測(cè)量任意波形的電壓時(shí)， 只有把讀數(shù)乘以Kp 2時(shí),才等于被測(cè)電壓的峰值。被測(cè)電壓的有效值為:2U 一Kp式中Kp 被測(cè)電壓的波峰因數(shù) 四、實(shí)驗(yàn)容1、用函數(shù)發(fā)生器分別產(chǎn)生峰一峰值為 5V、頻率為1KHz、100KHZ的正弦波、方波和三角波電壓，用均值電壓表分別予以測(cè)量，計(jì)算它們的峰值、均值和 有效值，并計(jì)算誤差，結(jié)果填入表1-1 o2、用函數(shù)發(fā)生器分別產(chǎn)生峰一峰

4、值為 1V、頻率為1KHz、1MHz的正弦波、 方波和三角波電壓，用峰值電壓表分別予以測(cè)量，計(jì)算它們的均值、峰值和 有效值，并計(jì)算誤差，結(jié)果填入表1-2 o五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、AS2271A型超高頻毫伏表(1 )接通電源，預(yù)熱5分鐘；(2 )平衡調(diào)節(jié)一一把探頭接到探頭插座上，探頭插入本儀器提供的T型接頭并接終端50 Q負(fù)載，置量程為1mV檔，調(diào)節(jié)BAL (平衡)鈕使表針指在BAL 區(qū)；測(cè)量時(shí)去掉50 Q負(fù)載。(3)測(cè)量被測(cè)信號(hào)一一選擇合適的量程，對(duì)被測(cè)電壓進(jìn)行測(cè)量。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1-1和表1-2。表1-1均值表測(cè)量結(jié)果被測(cè)信號(hào)Vp_p=5V，f=1KHz讀數(shù)均值有效值峰值誤

5、差正弦波方波三角波被測(cè)信號(hào)Vp-p=5V，f=100KHz讀數(shù)均值有效值峰值誤差正弦波方波三角波表1-2峰值表測(cè)量結(jié)果被測(cè)信號(hào)Vp-p=1V，f=1KHz讀數(shù)均值有效值峰值誤差正弦波方波三角波被測(cè)信號(hào)Vp-p=1V，f=1MHz讀數(shù)均值有效值峰值誤差正弦波方波2、分析上面計(jì)算誤差的結(jié)果，并與均值表、峰值表的理論頻率誤差比較，理論與實(shí)際是否吻合，若不吻合請(qǐng)說(shuō)明原因?qū)嶒?yàn)二 通用計(jì)數(shù)器的實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉通用計(jì)數(shù)器的工作原理及使用方法2、掌握用通用計(jì)數(shù)器進(jìn)行頻率測(cè)量的方法3、掌握用通用計(jì)數(shù)器進(jìn)行周期、時(shí)間測(cè)量的方法二、實(shí)驗(yàn)儀器1、 F10A、F05A型數(shù)字合成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器各一臺(tái)2、SP312

6、2A型等精度通用計(jì)數(shù)器三、實(shí)驗(yàn)原理被測(cè)頻率由A通道輸入，經(jīng)放大整形后，所得的矩形脈沖（其頻率與被測(cè)信號(hào)的頻率相同）輸往主門(mén)，而門(mén)控雙穩(wěn)的輸出信號(hào)控制主門(mén)的開(kāi)啟， 門(mén)控雙穩(wěn)是用時(shí)基信號(hào)控制的（時(shí)基信號(hào)是晶振經(jīng)逐級(jí)分頻而獲得的）。因此，在所選用fA的時(shí)基，經(jīng)整形后的被測(cè)信號(hào)通過(guò)主門(mén)而進(jìn)入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。被測(cè)頻率為:注：一般計(jì)數(shù)器具有小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)移位功能，無(wú)須再換算。測(cè)量信號(hào)頻率時(shí)，應(yīng)將功能選擇開(kāi)關(guān)中的“測(cè)頻”鍵按下。還應(yīng)根據(jù)被測(cè)信 號(hào)頻率的高低選取“閘門(mén)時(shí)間”(閘門(mén)時(shí)間的調(diào)節(jié)方法：按下“閘門(mén)”按鈕，調(diào) 節(jié)“r、“J”箭頭鍵，按“確定”即可)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較高時(shí)， 閘門(mén)時(shí)間可取得短一些。

7、當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，閘門(mén)時(shí)間應(yīng)取得長(zhǎng)一些。閘門(mén) 時(shí)間取得愈短，測(cè)量結(jié)果與接近瞬時(shí)值，反之則愈接近于平均值。測(cè)頻時(shí)，當(dāng)被測(cè)頻率有抖動(dòng)時(shí)，要采用多次平均測(cè)量方法測(cè)量。方法如下：(1) 被測(cè)信號(hào)從A通道輸入，“測(cè)頻”鍵按下。(2) 設(shè)置測(cè)量次數(shù)：按“參數(shù)”鍵，選擇“ Sample Number ”(取樣次數(shù))，再用面板上右側(cè)的箭頭鍵選擇數(shù)值大小，至滿(mǎn)意為止。調(diào)節(jié)圍22000(3) 按“功能”鍵，再按“V、箭頭鍵，選擇“ AVG多次平均測(cè)量”即可。測(cè)量完畢后，顯示的頻率為N次測(cè)頻的算術(shù)平均值:1 FavgFiN y2、頻率比f(wàn)A/fB的測(cè)量測(cè)量頻率比的原理框圖如圖2-2所示:乘選擇圖2-2測(cè)量頻率比

8、的原理框圖被測(cè)信號(hào)fA和fB分別由A、B通道輸入，都經(jīng)放大、整形后變換成脈沖波。B通道的輸出加到門(mén)控雙穩(wěn)，門(mén)控雙穩(wěn)的輸出使主門(mén)開(kāi)啟，其開(kāi)啟時(shí)間等于fB的周期Tb。則計(jì)數(shù)器計(jì)得Tb時(shí)間通過(guò)的fA信號(hào)，如果計(jì)數(shù)為N，貝fA/ fB 二 N為了提高測(cè)量精度，可將B通道的輸出進(jìn)行m倍的分頻(這里m=1,10,100,1000,10000)即 Tb 可擴(kuò)大 m 倍，則fA / fB 二 N/m由于小數(shù)點(diǎn)位置與m取值的開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)，故可直接以計(jì)數(shù)器讀數(shù)表示所測(cè)頻 率的比值。測(cè)量?jī)尚盘?hào)的頻率比值時(shí)，應(yīng)按下功能選擇開(kāi)關(guān)中的“頻率比”鍵，被測(cè)信號(hào)中頻率較高的可從“輸入B ”插座輸入。上述測(cè)量時(shí)注意：(1 )當(dāng)被測(cè)信

9、號(hào)的頻率低于100KHZ時(shí)，按下相應(yīng)通道的“低通濾波 器”選擇鍵，對(duì)被測(cè)信號(hào)濾波。(2)當(dāng)被測(cè)信號(hào)低于1KHz時(shí)，請(qǐng)選用DC耦合。3、測(cè)量周期的原理框圖見(jiàn)圖2-3所示：圖2-3測(cè)量周期的原理框圖測(cè)量信號(hào)周期時(shí)應(yīng)按下功能選擇開(kāi)關(guān)中“周期B”鍵，被測(cè)信號(hào)應(yīng)從A通道輸入被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后輸?shù)介T(mén)控雙穩(wěn)，門(mén)控雙穩(wěn)的輸出做主門(mén)控制信號(hào)，使 主門(mén)只在測(cè)周期T的時(shí)間開(kāi)啟，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)標(biāo)信號(hào)通過(guò)主門(mén)進(jìn)入計(jì)數(shù)器，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)標(biāo) 信號(hào)是由石英晶體振蕩器的輸出信號(hào)經(jīng)放大、整形后再進(jìn)行分頻或者倍頻得到 的。設(shè)時(shí)標(biāo)周期為T(mén)o，計(jì)數(shù)數(shù)目為N，被測(cè)周期T為：T 二 NToTo 可為 0.1 ps， 1 ps， 10 ps，0.1ms

10、， 1ms。4、時(shí)間的測(cè)量(1)時(shí)間A-B的測(cè)量時(shí)間A-B的測(cè)量是指測(cè)量A、B兩列信號(hào)的時(shí)間差Ta-b，其電路框圖如2-4 所示。測(cè)量方法與測(cè)量周期相仿，信號(hào) A和B分別控制主門(mén)的開(kāi)與關(guān)，則主門(mén) 開(kāi)啟時(shí)間就是A與B信號(hào)間的間隔。在主門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間，選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)標(biāo)信號(hào) 通過(guò)主門(mén)送到計(jì)數(shù)器顯示電路，設(shè)計(jì)數(shù)器讀數(shù)為N，所選擇的時(shí)標(biāo)信號(hào)周期為T(mén)o，則A-B的時(shí)間間隔Ta-b為:Ta_b = NT。圖2-4測(cè)量時(shí)間A-B的原理框圖時(shí)間間隔測(cè)量方法：按“測(cè)時(shí)”鍵，儀器顯示 TAB=Wait 進(jìn)入時(shí)間間隔測(cè)量狀態(tài)。一般A、B通道信號(hào)性質(zhì)相同時(shí)，A、B通道輸入狀態(tài)也應(yīng)相同。再 按“測(cè)時(shí)”鍵，儀器顯示 Wait進(jìn)

11、入脈沖寬度測(cè)量狀態(tài)。此時(shí)信號(hào)由 A通道 輸入，在A、B通道窗口，通過(guò)上升沿和下降沿選擇鍵，可測(cè)量正脈沖寬、負(fù)脈 沖寬和單周期。(選擇鍵指示燈滅時(shí)為上升沿觸發(fā)，指示燈亮?xí)r為下降沿觸發(fā)。) 再按“測(cè)時(shí)”鍵，儀器顯示 Duty= Wait進(jìn)入占空比測(cè)量狀態(tài)，輸入狀態(tài)設(shè) 置同脈沖寬度測(cè)量，測(cè)量時(shí)序如下圖所示：TT占空比 Duty=(t/T) 100%(2)時(shí)間A/B-C的測(cè)量時(shí)間A/B-C的測(cè)量指的是：測(cè)出在 B-C的時(shí)間，A信號(hào)的脈沖數(shù)。測(cè)量電路如圖2-5所示。與時(shí)間B-C測(cè)量的不同之處是：計(jì)數(shù)脈沖不是時(shí)標(biāo)信號(hào)，而是從A通道輸入的外接信號(hào)提供的。信號(hào) B和C分別作為主門(mén)的開(kāi)與關(guān)信號(hào)計(jì)數(shù)器計(jì)得在B-C

12、時(shí)間A信號(hào)的脈沖數(shù)N。這種測(cè)量往往用以測(cè)量非電量。信號(hào)A5、計(jì)數(shù)測(cè)量計(jì)數(shù)的測(cè)量，指在一定時(shí)間，對(duì)被測(cè)信號(hào)所送出的脈沖個(gè)數(shù)的測(cè)量。測(cè)量方框見(jiàn)圖2-6所示信號(hào)A圖2-6計(jì)數(shù)測(cè)量電路框圖門(mén)控時(shí)間為所選定的測(cè)量時(shí)間。由于在計(jì)數(shù)測(cè)量中，所選定的測(cè)量時(shí)間往往 較長(zhǎng)，故計(jì)數(shù)開(kāi)始和停止的控制可用手動(dòng)操縱。開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，按下“計(jì)數(shù)”鍵， 計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)再按“計(jì)數(shù)”鍵，計(jì)數(shù)即告停止。此時(shí)，數(shù)碼管上所顯示的數(shù)字即為 從計(jì)數(shù)到停止這一段時(shí)間輸入信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)。注意：計(jì)數(shù)時(shí)，被測(cè)信號(hào)應(yīng)從“輸入 A ”通道輸入。四、實(shí)驗(yàn)容1 、用 F05A 型函數(shù)發(fā)生器作為被測(cè)信號(hào)源，輸出頻率分別為 100Hz 、10KHz 、100 KHz

13、的正弦信號(hào)，信號(hào)峰峰值為2V。計(jì)數(shù)器的閘門(mén)時(shí)間T分別為1s、 1ms、10 g時(shí)，記錄計(jì)數(shù)器的指示值，且討論測(cè)量結(jié)果。2、 用F05A型函數(shù)發(fā)生器輸出頻率約為1MHz的正弦信號(hào)，另用F10A型函數(shù) 發(fā)生器輸出頻率分別為 100Hz 、 10KHz 、 100 KHz 的正弦信號(hào)。他們分別 接入計(jì)數(shù)器的 A、 B 輸入端，測(cè)量 A、 B 通道的頻率比。記錄計(jì)數(shù)器的指示 值，且討論測(cè)量結(jié)果。3、用 F05A 函數(shù)發(fā)生器輸出 f=100Hz 、 1KHz、 10KHz 的正弦信號(hào)，閘門(mén)時(shí)間 T分別為1s、0.1s、0.01s時(shí)，測(cè)量信號(hào)的周期。記錄計(jì)數(shù)器的指示值，且 討論測(cè)量結(jié)果。4、從 A 通道輸

14、入頻率為 10KHz 的方波信號(hào)， 分別測(cè)量它的正向脈寬和占空比。5、 函數(shù)發(fā)生器輸出f=1KHz的信號(hào)，手動(dòng)計(jì)數(shù)10s，記錄顯示值。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、測(cè)頻設(shè)置測(cè)量次數(shù)時(shí)，“Sample Number ”選擇1020即可，取太大則測(cè) 量太慢。2、函數(shù)發(fā)生器的直流偏移及波形調(diào)整要關(guān)掉，左旋到底即可；函數(shù)發(fā)生器的衰 減開(kāi)關(guān)不要用。3、當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率低于 100KHz 時(shí)，按下相應(yīng)通道的“低通濾波器”選擇鍵， 對(duì)被測(cè)信號(hào)濾波。4、當(dāng)被測(cè)信號(hào)低于 1KHz 時(shí)，請(qǐng)選用 DC 耦合。5、記錄數(shù)據(jù)時(shí)，函數(shù)發(fā)生器和計(jì)數(shù)器的頻率值都要記錄下來(lái)。6、實(shí)驗(yàn)容 5 手動(dòng)計(jì)數(shù)中， 10s 用自己的表或時(shí)鐘設(shè)備控制六

15、、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、照表2-1、表2-2和表2-3記錄實(shí)驗(yàn)容1、容2和容3的數(shù)據(jù):表2-1頻率測(cè)量讀數(shù)被測(cè)頻率fA100Hz10KHz100KHz閘門(mén)時(shí)間1s1ms10卩s1s1ms10卩s1s1ms10卩s顯示值相對(duì)誤差表2-2頻率比測(cè)量讀數(shù)fB=1MHzfA100Hz10KHz100KHz顯示值相對(duì)誤差值表2-3周期測(cè)量讀數(shù)被測(cè)頻率fA100Hz1KHz10KHz閘門(mén)時(shí)間1s100ms10ms1s100ms10ms1s100ms10ms顯示值相對(duì)誤差2、用波形的形式表示實(shí)驗(yàn)容4中的測(cè)量結(jié)果，標(biāo)出脈寬和占空比3、手動(dòng)計(jì)數(shù)1KHz頻率10s的結(jié)果是。4、分析表2-1、表2-2和表2-3的誤差結(jié)果

16、，說(shuō)明被測(cè)信號(hào)頻率的改變和閘門(mén)時(shí)間的大小對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。5、結(jié)合誤差計(jì)算結(jié)果，給出不同頻率的被測(cè)信號(hào)應(yīng)該采用的測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)三 示波器測(cè)試技術(shù)與示波器的使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉和掌握示波器的基本工作原理。2、掌握用示波器進(jìn)行電壓測(cè)量的方法。3、掌握用示波器進(jìn)行頻率測(cè)量的各種方法。4、掌握用示波器進(jìn)行周期、脈沖間隔、脈沖上升時(shí)間的測(cè)量5、掌握用示波器進(jìn)行信號(hào)間的相位差測(cè)量的方法。二、實(shí)驗(yàn)用儀器1 、F10A 、F05A 型數(shù)字合成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 各一臺(tái)2、雙蹤示波器3 、RC 移相電路三、實(shí)驗(yàn)原理與方法雙蹤示波器的基本原理框圖 3-1 如下所示：輸輸X 編 入-L5V +15V +180V-

17、1.5KV +l,KV圖3-1雙蹤示波器的基本原理框圖1、示波器的調(diào)整接通示波器電源開(kāi)關(guān)前，按下列設(shè)置操作：a）INTENSITY旋鈕：逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)到頭b）FOCUS :中心位置c）AC-GND-DC 開(kāi)關(guān)：GNDd）垂直P(pán)OSITION旋鈕：中心位置（旋鈕推入狀態(tài)）e）垂直MODE開(kāi)關(guān)：CH1f）觸發(fā)MODE開(kāi)關(guān)：AUTOg）觸發(fā)SOURCE開(kāi)關(guān)：INTh）INT TRIG 開(kāi)關(guān)：CH1i）觸發(fā)LEVEL旋鈕：中心位置j）TIME/DIV 開(kāi)關(guān)：0.5ms/DIVk）水平POSITION旋鈕：中心位置（旋鈕推入狀態(tài)）l）垂直VAR旋鈕：順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)鎖定于 CAL位置m）SWP VAR旋鈕

18、：順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)鎖定于 CAL位置進(jìn)行以上設(shè)置后，接通POWER開(kāi)關(guān)，等待約10s后順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)INTEN 旋鈕，可顯示出掃描輝線。調(diào)整CH1的POSITION旋鈕，將輝線移至顯示屏的中心刻度上，若由于地 磁場(chǎng)等外界因素的影響，使掃描輝線與水平刻度線形成夾角不重合時(shí)，調(diào)整TRACE POTATION 進(jìn)行校準(zhǔn)。此時(shí) VOLTS/DIV 和TIME/DIV 均被校準(zhǔn)于 其設(shè)定值。CH1和CH2的AC-GND-DC 開(kāi)關(guān)置于GND，TRIG MODE 開(kāi)關(guān)置于AUTO,調(diào)整輝線至顯示屏中央。用改錐調(diào)整面板上的DC BAL,使輝線的位置在切換VOLTS/DIV 開(kāi)關(guān)于5mV/DIV 和10mV/D

19、IV 兩檔之間時(shí)不發(fā)生變化。調(diào)整完成后，示波器掃描時(shí)間誤差為土 3%，示波器垂直靈敏度誤差為土 3%，上 升時(shí)間約為17.5ns。2、用直接測(cè)量法測(cè)量波形的電壓所謂直接測(cè)量法就是直接從示波器屏幕上量出被測(cè)電壓的高度，然后換算成電壓值。若已知CH1通道的偏轉(zhuǎn)靈敏度為Dh則被測(cè)電壓值Vp_P為：vp_p = Dh h其中：Vp_p 被測(cè)電壓峰峰值或任意兩點(diǎn)間的電壓值，單位為V。Dh 偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為 V/DIV，可從CH1通道的VOLTS/DIV 開(kāi)關(guān)讀h 被測(cè)電壓波形峰峰高度或任意兩點(diǎn)間的高度，單位為DIV。注：用示波器測(cè)量時(shí)，測(cè)量通道的 VAR旋鈕應(yīng)位于CAL處。3、用比較測(cè)量法測(cè)量方波電壓

20、信號(hào)的電壓比較測(cè)量法就是用已知電壓和被測(cè)電壓比較，求出被測(cè)電壓值。比較測(cè)量法原理方框圖如圖3-2所示。丫輸入比較測(cè)量法原理框圖圖3-2進(jìn)行測(cè)量時(shí)，先將被測(cè)信號(hào)接入丫通道，選擇合適的垂直靈敏度，從屏幕上得到高度合適的波形（使峰峰高度不超過(guò) 6格，以保證丫通道良好的線性），讀 出被測(cè)兩點(diǎn)間的高度h i，然后將比較信號(hào)Vi接入丫通道，保持垂直靈敏度不變，選擇比較信號(hào)步進(jìn)器，使屏幕上得到的高度與hi差不多，設(shè)高度為h2,則被測(cè)電壓V為：v = hvmVi比較測(cè)量法的測(cè)量誤差主要取決于比較電壓的準(zhǔn)確度和確定hi、h2的誤差,而與輸入衰耗器和垂直通道的增益無(wú)關(guān)，因此，測(cè)量誤差比直接測(cè)量誤差要小些。4、用直

21、接法測(cè)量信號(hào)的頻率如果示波器的水平掃描是直接對(duì)時(shí)間校準(zhǔn)的， 所觀察波形的時(shí)間間隔可以在熒光屏上直接測(cè)量，若被測(cè)信號(hào)一個(gè)周期所對(duì)應(yīng)光跡在水平方向的距離為 X，則信號(hào)的周期T為：其中：Ss 示波器的時(shí)基因數(shù)。則被測(cè)信號(hào)的頻率f=1T。在用直接法測(cè)周期、頻率時(shí)，掃描速度微調(diào)應(yīng) 在CAL位置，掃描速度開(kāi)關(guān)的位置也應(yīng)恰當(dāng)，使被測(cè)信號(hào)所對(duì)應(yīng)的光跡長(zhǎng)度適 中。用此方法亦可測(cè)量脈沖上升時(shí)間及脈沖寬度。5、用沙育圖形法測(cè)量頻率測(cè)量原理框圖如圖3-3所示：示波器處于X-Y圖示儀狀態(tài)。調(diào)節(jié)x通道靈敏度和y通道靈敏度使沙育圖形幅度適中，便于觀察。調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的頻率，使圖3-3用沙育圖形測(cè)量頻率時(shí)的儀器連接屏幕上的沙

22、育圖形盡量簡(jiǎn)單穩(wěn)定或呈圓形、 橢圓形，這時(shí)分別數(shù)出圖形上水平方 向和垂直方向的切(交)點(diǎn)數(shù)，記作 n和m，若標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源輸出頻率為fo，則 被測(cè)信號(hào)頻率fx為：f x = (n / m) fo典型的沙育圖形如圖3-4所示。頻率相同(b)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率低于被測(cè)信號(hào)頻率1 2001 2 31212211123342000000000112(c)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率咼于被測(cè)信號(hào)頻率12123 4451220CO1圖3-4典型沙育圖6、用調(diào)制法測(cè)量頻率調(diào)制環(huán)法是把未知頻率信號(hào)與已知頻率信號(hào)進(jìn)行比較。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器、被 測(cè)信號(hào)源與示波器按圖3-5所示連接，示波器處于X-Y圖示儀狀態(tài)電阻R: 4.7K Q可調(diào)，電容

23、C: 0.47 pF圖3-5調(diào)制法測(cè)頻時(shí)儀器連接移相電阻R兩端的信號(hào)與被測(cè)信號(hào)串聯(lián)后加到“ X軸輸入”端，因而形成了調(diào)制。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸出端 RC移相網(wǎng)絡(luò)中的電容的容抗（1/ C ）應(yīng)與移相電阻的阻值R相等。移相電阻采用可變電阻是為了在標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率動(dòng)后，能調(diào)節(jié)R的阻值，使其仍與電容的容抗相等。調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率，使其遠(yuǎn)低于被測(cè)信號(hào)的頻率，而其輸出信號(hào)的幅度要求大于被測(cè)信號(hào)（幅度比約為 10 : 1 ）。調(diào)節(jié)X、丫軸靈敏度開(kāi) 關(guān)，使圖形的大小適中，而居于屏幕中央。此時(shí)屏幕上出現(xiàn)的圖形將會(huì)扭動(dòng)。調(diào) 節(jié)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，盡可能使圖形停止扭動(dòng)。同時(shí)調(diào)節(jié)移相電位器。著m

24、，如圖3-6所示。使屏幕上的圖形水平幅度增大，以利于觀測(cè)。數(shù)出圖形中單一方向上的峰點(diǎn)數(shù)記若此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率為fo，則被測(cè)信號(hào)的頻率fx為:4m2734圖3-6調(diào)制環(huán)形圖7、環(huán)形圖測(cè)量頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器、被測(cè)信號(hào)源與示波器按圖3-7所示連接。示波器處于X-Y圖示儀狀態(tài)接z軸電阻R: 4.7K Q可調(diào)，電容 C: 0.47折圖3-7斷續(xù)環(huán)法測(cè)頻時(shí)儀器連接標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的輸出端接RC移相網(wǎng)絡(luò)。移相器中的電容在標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源輸出信號(hào)頻率確定時(shí)的容抗應(yīng)等于電阻的阻值，即1/ C=R,以形成圓掃描。由于加到“ 丫軸輸入”端和“ X軸輸入”端的信號(hào)頻率相同（相位不同），所以顯示在屏幕上的圖形是一個(gè)圓或橢圓。由

25、于/八 U廠、:加到Z軸上的被測(cè)信號(hào)的頻率高于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源/ 丨J/輸出的頻率，因此，圓或橢圓將被測(cè)信號(hào)的正圖3-8粘續(xù)坯形謝負(fù)半周分割成亮、暗間隔的小段（斷續(xù)環(huán)形圖），如圖3-8所示。調(diào)節(jié)X、丫軸的靈敏度及移位旋鈕，使屏幕上的圓環(huán)足夠大，且 居中。調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源輸出信號(hào)的頻率， 同時(shí)仔細(xì)觀察屏幕上的圓環(huán)，使圓環(huán)的 亮點(diǎn)不沿圓環(huán)走動(dòng)。同時(shí)微調(diào)相移器中的電阻，盡量使圓環(huán)成標(biāo)準(zhǔn)的圓形。阻值 的調(diào)節(jié)方向應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源頻率的調(diào)節(jié)方向?qū)?yīng)起來(lái)。如果標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的輸出頻 率調(diào)高，則相移電阻的阻值應(yīng)調(diào)小。圓環(huán)上的亮點(diǎn)停止走動(dòng)時(shí)，表明此時(shí)被測(cè)信 號(hào)的頻率與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源輸出的頻率正好成正倍數(shù)。數(shù)出圓環(huán)上的亮點(diǎn)數(shù)記為讀

26、出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率記為fo，則被測(cè)信號(hào)的頻率fx為:fx 二 m f8、虛線法測(cè)量頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器、被測(cè)信號(hào)源與示波器按圖3-9所示連接圖3-9虛線法測(cè)頻時(shí)的儀器連接示波器處于波形顯示狀態(tài)。調(diào)節(jié) X、Y兩軸“移位”旋鈕，使掃描線位于屏 幕中間。調(diào)節(jié)X、丫靈敏度旋鈕使屏幕上一個(gè)周期的波形不超過(guò)水平方向有效觀 察圍。調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)頻率， 使其比被測(cè)信號(hào)的頻率低數(shù)倍，并讓 屏幕上出現(xiàn)的虛線穩(wěn)定，此時(shí)被測(cè)信號(hào)的頻率正好與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率成整倍數(shù)。數(shù)出虛線上亮點(diǎn)數(shù)，記著 m,并讀出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率，記為 fo， 則被測(cè)信號(hào)的頻率fx為：fx 二 m f09、雙跡法測(cè)量相位差對(duì)所有頻

27、率的信號(hào)，雙跡法測(cè)量相位差的準(zhǔn)確度都較高，它特別適合于高于 100KHZ 的頻率，雙跡法的另一個(gè)特點(diǎn)使可以測(cè)量幅度、頻率和波形不同的信 號(hào)之間的相位差。測(cè)量RC移相電路的相位差時(shí)儀器的連接如圖 3-10所示。電阻R: 4.7K Q可調(diào)，電容 C: 0.47 pF圖3-10 測(cè)量RC網(wǎng)絡(luò)相位移時(shí)的儀器連接示波器處于波形顯示狀態(tài)。將u i、U2分別接入示波器的CH1、CH2通道后， 調(diào)節(jié)示波器，使兩通道的零位位于統(tǒng)一刻度線上，用CH1 （或CH2 ）通道的信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)。適當(dāng)調(diào)節(jié)顯示器靈敏度旋鈕，使屏幕上兩屏幕上兩個(gè)波形的幅 度適中，改變掃描速度開(kāi)關(guān)，使屏幕上的波形略大于一個(gè)周期，如圖3-11所

28、示。 再調(diào)節(jié)X軸“移位”旋鈕，使其中一個(gè)波形周期的起點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)縱橫坐標(biāo)刻度的交 點(diǎn)。讀出一個(gè)周期波形的起點(diǎn)與終點(diǎn)間 X軸方向的距離，記為x，再讀出兩信號(hào) 波形起點(diǎn)間的X軸方向的距離，記為 兒，則兩波形之間的相位差二為：八（X1/X）360注：若以CH1通道的信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，則二為CH2的信號(hào)滯后于CH1信 號(hào)的相角，同樣，若以CH2通道的信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，則 二為CH1的信號(hào)滯 后于CH2信號(hào)的相角。圖3-11雙跡法測(cè)量波形相位10、沙育圖形法測(cè)相位差示波器處于X-Y圖形顯示狀態(tài)。測(cè)量連線圖仍如圖3-10所示。其中ui送入CH1通道，U2送入CH2通道，由于加到示波器 X、丫輸入端的信號(hào)頻率相同

29、(相位不同)，因此屏幕將上顯示圖3-12中的圖形之一。900090090180 000180 0270 0 360 0270180 0270 0圖3-12 沙育圖形調(diào)節(jié)顯示器的靈敏度及移位旋鈕，使橢圓大小適中，并居屏幕中間，如圖3-13所示。測(cè)出垂直中心線與橢圓兩交點(diǎn)之間距離 y，量出橢圓最大垂直高度ym， 便可求得X，丫兩通道信號(hào)之間的相位差為：=arcsin(y/ym)或 二 arcsin(x0/xm)上式僅表明了 X、丫軸輸入信號(hào)間的相位差，但并未表明哪個(gè)信號(hào)的相位超前或滯后。為此，可在 丫軸輸入端串一個(gè)小電容，使加到 丫軸輸入端的信號(hào)比 原來(lái)超前一相位角。這時(shí)，X、丫兩軸的信號(hào)加到示波

30、器的X、丫偏轉(zhuǎn)板 圖 3-13用沙育圖形測(cè)相位上，必然形成另一個(gè)橢圓，再按上述方法求出相位差，如果，說(shuō)明原來(lái)求得的角為丫軸超前；反之說(shuō)明丫軸滯后。相位角的超前或滯后，也可通過(guò)雙跡法確定沙育圖形法用于測(cè)量同頻率的兩個(gè)正弦信號(hào)之間的相位差。這種方法用于測(cè) 量小于 100KHz 信號(hào)的相位差時(shí)，精度可高于雙跡法。但是對(duì)高于 100KHz 的 信號(hào)，由于示波器水平和垂直通道的固有相位差的影響， 使測(cè)量很難準(zhǔn)確。 因此， 沙育圖形法僅用于測(cè)量同頻率低頻信號(hào)的相位差。四、實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求1、分別用直接測(cè)量法和比較測(cè)量法測(cè)試方波電壓信號(hào)的峰峰值。被測(cè)方波信號(hào)由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器提供， f=1KHz ， Vp-p=

31、1V ；比較信號(hào)由示 波器部校準(zhǔn)信號(hào)提供( f=1KHz ， Vp-p=0.5V ，方波信號(hào))。計(jì)算兩次測(cè)量的誤 差，并比較兩種測(cè)量方法的優(yōu)劣，結(jié)果填入表 3-1 。2、用一臺(tái)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器作為被測(cè)信號(hào)源， 輸出峰 -峰值為 5V 的正弦信號(hào)， 用 另一臺(tái)函發(fā)作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，同樣輸出最大幅度為 5V 的正弦信號(hào)。(1)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源輸出信號(hào)頻率為 f0=400Hz ，被測(cè)信號(hào)分別約為 200Hz ，800Hz 時(shí)，用沙育圖形校驗(yàn)被測(cè)信號(hào)的頻率，并畫(huà)出各自的圖形。(2 )標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率為1000 Hz，被測(cè)信號(hào)頻率約為6000 Hz，分別用虛線法和斷續(xù)環(huán)形法驗(yàn)證被測(cè)頻率的準(zhǔn)確性。3、按圖 1-10 連

32、接儀器，用一臺(tái)函數(shù)發(fā)生器作為被測(cè)信號(hào)源，輸出峰 -峰值為 5V 的正弦信號(hào)。( 1 )先測(cè)試示波器兩通道間是否有相位差。若有相位差，記錄數(shù)值，并在下面 的測(cè)量中減去該值。( 2)函數(shù)發(fā)生器輸出信號(hào)頻率分別為 2KHZ 、200KHZ 時(shí)，用雙跡線法測(cè)量u1， u2 之間的相位差。測(cè)量時(shí)記錄電路的電阻和電容值，計(jì)算RC 電路的 實(shí)際相移，并與實(shí)測(cè)值相比較。計(jì)算測(cè)量值的相對(duì)誤差。(3)在上述測(cè)量時(shí)，同時(shí)用沙育圖形法測(cè)量ui, U2之間的相位差，求出測(cè)量值 的相對(duì)誤差。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、斷續(xù)環(huán)形法測(cè)頻率需要用到的Z軸在示波器背面(EXT BLANKINGINPUT)。2、測(cè)相位法中，要用萬(wàn)用表記錄