2023年電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

示波器原理及應(yīng)用研究、交流電壓測(cè)量、多種測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用研究班級(jí):1３生工姓名：蒲紫微所在組號(hào)：第一組實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2023年05月11日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娮邮静ㄆ鞴ぷ髟?學(xué)會(huì)對(duì)的使用數(shù)字存儲(chǔ)示波器測(cè)量各種電參數(shù)的方法了解交流電壓測(cè)量的基本性質(zhì)，分析幾種典型電壓波形對(duì)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(duì)測(cè)量結(jié)果做出誤差分析學(xué)習(xí)頻譜分析儀、數(shù)字萬(wàn)用表、任意波發(fā)生器、失真度儀的使用二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備工作臺(tái)號(hào)14設(shè)備名稱型號(hào)編號(hào)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器固緯ＧWAFG-2２25YQ數(shù)字存儲(chǔ)示波器安捷倫54622Ｄ2０232747計(jì)算機(jī)２0236180Multisim11.0軟件14號(hào)桌晶體管毫伏表KenwｏｏdVT-１811４號(hào)桌萬(wàn)用表1４號(hào)桌射屢屢譜分析儀ＡｇileｎtE4４11B任意波發(fā)生器Agｉｌｅnt332５0Ａ數(shù)字多用表Aｇilenｔ34４01A失真度測(cè)試儀KENＷＯODHM－2５０示波器TEK２023B任意波發(fā)生器GWAFG2２25表1實(shí)驗(yàn)設(shè)備說(shuō)明三、實(shí)驗(yàn)原理示波器原理及應(yīng)用研究在時(shí)域信號(hào)測(cè)量中，電子示波器無(wú)疑是最具代表性的典型測(cè)量?jī)x器。它可以精確復(fù)現(xiàn)作為時(shí)間函數(shù)的電壓波形(橫軸為時(shí)間軸，縱軸為幅度軸)，不僅可以觀測(cè)相對(duì)于時(shí)間的連續(xù)信號(hào)，也可以觀測(cè)某一時(shí)刻的瞬間信號(hào)，這是電壓表所做不到的。我們不僅可以從示波器上觀測(cè)電壓的波形,也可以讀出電壓信號(hào)的幅度,頻率及相位等參數(shù)。電子示波器是運(yùn)用隨電信號(hào)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(shí),有交替、斷續(xù)兩種工作方式。示波器除了用于觀測(cè)信號(hào)的時(shí)間波形外,還可以將兩個(gè)相同或不同的信號(hào)分別加于垂直和水平系統(tǒng)，以觀測(cè)兩信號(hào)在X-Y平面上正交疊加所組成的圖形。交流電壓測(cè)量一個(gè)交流電壓的大小，可以用峰值,平均值,有效值U,以及波形因數(shù)KF，波峰因數(shù)KP等表征，若被測(cè)電壓的瞬時(shí)值為ｕ（t)，則全波平均值為:有效值為：波形因數(shù)為:波峰因數(shù)為:不同波形的電壓加至不同檢波特性的電壓表時(shí)，要由電壓表讀數(shù)擬定被測(cè)電壓的、、Ｕ，一般可根據(jù)表２計(jì)算。電壓表類(lèi)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)A1Ａ２Ａ3Ａ4A1A2A３A4A1A2A3A4A1A2A3A4UＡ1A2A３Ａ4A１Ａ２A３A4A1Ａ2A3A４A１Ａ2A3A４表2不同波形的電壓加至不同檢波特性的電壓表計(jì)算公式多種測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用研究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(shí)間、相位噪聲。與幅度顯示有關(guān)的頻譜儀指標(biāo)有：動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度、參考電平、縱坐標(biāo)類(lèi)型、刻度。失真度儀典型的失真度儀用于測(cè)量20HZ~１00ＫHZ之間信號(hào)的失真情況，涉及對(duì)音頻信號(hào)的測(cè)量。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(hào)，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(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)示波器原理及應(yīng)用研究實(shí)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(gè)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(kāi)適當(dāng)距離（2)測(cè)量各種波形參數(shù)，規(guī)定自行設(shè)計(jì)表格記錄數(shù)據(jù)a.方波：信號(hào)源輸出1ＫHz方波信號(hào),調(diào)節(jié)示波器時(shí)基旋鈕將波形展開(kāi),使用示波器的游標(biāo),測(cè)量上升時(shí)間tｒ,和下降時(shí)間ｔf上升時(shí)間tｒ＝上升沿格數(shù)*掃描時(shí)基刻度下降時(shí)間tf=下降沿格數(shù)＊掃描時(shí)基刻度b．正弦波：信號(hào)源輸出1KHz正弦波信號(hào)，調(diào)節(jié)ＣH1的垂直幅度旋鈕并讀數(shù),測(cè)量反復(fù)周期T0及電壓峰-峰值Up-p電壓峰－峰值Uｐ-p=波峰到波谷的格數(shù)*垂直幅度刻度反復(fù)周期Ｔ0＝單周期的格數(shù)*掃描時(shí)基刻度c.三角波:信號(hào)源輸出1ＫHz三角波信號(hào)，占空比為50%，在示波器上穩(wěn)定顯示波形,使用游標(biāo)測(cè)出上升時(shí)間Ta和下降時(shí)間Tb，計(jì)算波形對(duì)稱度Ta/Tb上升時(shí)間Ｔa=上升沿格數(shù)*掃描時(shí)基刻度下降時(shí)間Ｔb=下降沿格數(shù)*掃描時(shí)基刻度調(diào)節(jié)信號(hào)源占空比，改變波形對(duì)稱性,再次測(cè)量對(duì)稱度(3）顯示波形的觀測(cè)：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)(EdgeTｒiｇgｅrＭｅnｕ)，選擇不同觸發(fā)源,觀測(cè)波形顯示ｂ選擇不同的掃描速度，在示波器面板上（Horizonｔaｌ)模塊中，調(diào)節(jié)掃描時(shí)基旋鈕,觀測(cè)不同掃描速度下的波形顯示c觀測(cè)交替掃描,將示波器一個(gè)探頭接自身測(cè)試信號(hào)輸出端,另一個(gè)探頭接信號(hào)發(fā)生器，同時(shí)顯示這兩個(gè)信號(hào),在示波器面板上(Trigger)模塊中,改變不同觸發(fā)源,觀測(cè)波形d觀測(cè)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(xiàng),對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算,觀測(cè)波形變化e觀測(cè)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（MainＤelａｙed），屏幕下方出現(xiàn)選項(xiàng)，按X-Y功能鍵。觀測(cè)兩個(gè)同項(xiàng)正弦波的Ｘ-Y合成圖形觀測(cè)頻率比分別為1:2、1:3、２:3的兩個(gè)正弦波的X-Y合成圖形，調(diào)節(jié)其中一個(gè)正弦波的幅度并觀測(cè)圖形變化。虛擬儀器的使用(1)在Mulｔisim中選擇虛擬安捷倫函數(shù)信號(hào)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，反復(fù)環(huán)節(jié)（一）中各步測(cè)試（2）在Ｍｕｌtisim中設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)樸的移相網(wǎng)絡(luò)，用示波器觀測(cè)輸出端上升沿及下降沿的變化,改變時(shí)間常數(shù)，觀測(cè)變化規(guī)律。移相網(wǎng)絡(luò)電路連接圖（３)在Ｍultisim中觀測(cè)李沙育圖形，在Agｉlenｔ54６22Ｄ面板上(Hoｒizonｔaｌ）模塊中，按下(MainDeｌaｙed），屏幕下方出現(xiàn)選項(xiàng)，按ＸY功能鍵。兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器分別輸出1ＫHz，2KHｚ的正弦波，觀測(cè)圖形。分別改變輸出頻率比、輸出信號(hào)幅度，觀測(cè)波形交流電壓測(cè)量(1)打開(kāi)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的電源,選擇產(chǎn)生１KHｚ左右的正弦信號(hào)，將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)線與晶體管毫伏表的輸入端相接，調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的幅度輸出,使毫伏表的指示為0.7伏，將示波器探頭與信號(hào)相接，使用示波器游標(biāo)（curｓor），讀出信號(hào)峰值,填入表中。(2）由函數(shù)信號(hào)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0.7Ｖ，然后由示波器讀出信號(hào)峰值,填入表中（3)改變函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率分別為60Ｈz，50ＫHz的正弦波、方波、三角波,使用萬(wàn)用表和毫伏表同時(shí)測(cè)量輸出電壓,并將測(cè)量和計(jì)算結(jié)果填入表中。多種測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用研究按圖連接虛擬儀器,調(diào)整面板參數(shù),測(cè)試信號(hào)發(fā)生器輸出為1MHｚ正弦波、方波、鋸齒波時(shí)頻譜分布情況。頻譜分布測(cè)量連接電路圖使用任意信號(hào)發(fā)生器調(diào)出其中預(yù)設(shè)的幾種特殊波形，連接示波器觀測(cè)并記錄輸出波形。失真度的測(cè)量,按圖連接信號(hào)發(fā)生器和失真度儀,設(shè)立信號(hào)發(fā)生器輸出分別為８0Hz、１ＫHz的正弦波、方波、三角波，測(cè)量信號(hào)失真度。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格及解決示波器原理及應(yīng)用研究波形參數(shù):波形頻率上升時(shí)間tr下降時(shí)間ｔf方波１KHz實(shí)物虛擬實(shí)物虛擬４0nｓ1０us40ns１０uｓ表3方波波形參數(shù)波形給定頻率(KHz)給定峰峰值（Ｖ)反復(fù)周期Ｔ0電壓峰－峰值Up-p正弦波實(shí)物虛擬實(shí)物虛擬實(shí)物虛擬實(shí)物虛擬11631000us１000ｕs6V3V表4正弦波波形參數(shù)波形頻率占空比上升時(shí)間Ｔa下降時(shí)間Ｔｂ波形對(duì)稱度實(shí)物虛擬實(shí)物虛擬實(shí)物虛擬三角波１KHz50%500us50０ｕs50０ｕs500ｕｓ11三角波1KＨz７０％７0０uｓ—３０0us—7／3—三角波１KＨz30%300us—７００us—3／7—表5三角波波形參數(shù)Multisｉm測(cè)量波形參數(shù)截圖方波正弦波

三角波Mulｔisiｍ觀測(cè)移相網(wǎng)絡(luò)截圖t=ＲＣ=600０0nｓt＝RC=2ms?Mｕlｔiｓim觀測(cè)李沙育圖形截圖兩信號(hào)分別為：1KHZ、2KHZ,幅值比為1：１兩信號(hào)分別為:1KＨZ、1ＫHZ，幅值比為1:1兩信號(hào)分別為：1ＫHZ、2KHZ,幅值比為1:2

（二)交流電壓測(cè)量電壓表類(lèi)型毫伏表波形正弦三角方波讀數(shù)0.7Ｖ0.７V0.７V由電壓表讀數(shù)計(jì)算0.９9V1.２１V０.7V示波器讀數(shù)1．０3Ｖ1．３２8Ｖ6.８８Ｖ誤差分析示波器人為讀數(shù)時(shí)，標(biāo)線未精確對(duì)齊波峰波谷表6毫伏表測(cè)量1KHＺ信號(hào)頻率60Hz50KHz電壓表類(lèi)型毫伏表(V)萬(wàn)用表（V）毫伏表（V)萬(wàn)用表(V)波形正弦三角方波正弦三角方波正弦三角方波正弦三角方波讀數(shù)0.７0.70.7０．７30.７30．720.70.70.70.０70．０90.03由讀數(shù)計(jì)算0.99１．210.71．0３１．2６０.720.991.210.70.1０0.160.03U示波器讀數(shù)1.041．３00．6６1．041.３０0.６６1.０５1．3１0．6７1.０51.310.67表7毫伏表和萬(wàn)用表測(cè)量60ＨZ和5０KHZ信號(hào)（三)多種測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用研究Muｌtisim測(cè)量頻譜分布截圖1ＭHz正弦波頻譜分析頻率為９91．736ＫHz?1MＨｚ方波頻譜分析頻率為9９1.7３6ＫHz１00ＫHz三角波頻譜分析頻譜為９9．174ＫHzMultisｉm觀測(cè)任意信號(hào)發(fā)生器中預(yù)設(shè)的幾種特殊波形截圖SIＮC?ＮＥＧ_ＲAMPＣＡRDIACEXP_FALＬ?Ｍultisim測(cè)量失真度截圖８0Hz正弦波80Hz方波80Hz三角波1KHz正弦波１KHz方波1KHz三角波波形正弦波方波三角波頻率8０HＺ1KＨZ８０HＺ1KHZ８0HＺ1KHZ失真度0%0%42.90２42．８34%12.０４4％１２.021%表8Multisiｍ測(cè)量波形失真度實(shí)驗(yàn)結(jié)論和討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析在示波器原理及應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)之測(cè)量波形參數(shù)中，Ｍultisim測(cè)量的方波上升時(shí)間和下降時(shí)間比實(shí)物測(cè)量的更短。也許因素為，實(shí)物與虛擬測(cè)量的方波的給定驅(qū)動(dòng)電流不同。Mulｔisim和實(shí)物測(cè)量的正弦波的反復(fù)周期和峰峰值與給定均相同。Ｍultｉsim和實(shí)物測(cè)量的三角波的波形對(duì)稱度與給定相同。在示波器原理及應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)之移相網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)中,隨著時(shí)間常數(shù)的增大,輸出端上升沿時(shí)間越小。在交流電壓測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，示波器讀數(shù)與電壓表讀數(shù)計(jì)算所得有微小偏差,也許因素為: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(duì)５0KHz信號(hào)測(cè)量中,萬(wàn)用表與毫伏表測(cè)量結(jié)果偏差較大,因素為：萬(wàn)用表不能用于測(cè)量高頻信號(hào)峰值。在多種測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)之Ｍultisｉm測(cè)量頻譜分布中,對(duì)1MＨＺ正弦波、１MHZ方波、100KＨZ三角波頻率測(cè)量,分別為991．７３６KHz、99１.736KＨz、9９.174KHz,與給定基本相同,誤差來(lái)源也許為人為選取標(biāo)線產(chǎn)生偏差。在多種測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)之Muｌtｉｓiｍ測(cè)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。思考題比較各電壓表讀數(shù)計(jì)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)果的因素。低頻時(shí),毫伏表與萬(wàn)用表讀數(shù)計(jì)算出的峰值與示波器直接讀出的基本一致。高頻時(shí)，毫伏表與示波器基本一致，而萬(wàn)用表偏差較大。微小誤差因素為：人為讀數(shù)產(chǎn)生誤差。萬(wàn)用表高頻測(cè)量出入較大的因素為：萬(wàn)用表的采樣頻率低于測(cè)量頻率,萬(wàn)用表不能用于高頻測(cè)量，只能用于測(cè)量１ＫHz以下信號(hào)。萬(wàn)用表和毫伏表在測(cè)量高頻信號(hào)時(shí)是否有差別？試分析因素。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(shí)現(xiàn)測(cè)量的。萬(wàn)用表的采樣頻率低于測(cè)量頻率,萬(wàn)用表不能用于高頻測(cè)量,只能用于測(cè)量1ＫHｚ以下信號(hào)。而毫伏表則可以測(cè)量高頻電壓。比較實(shí)體儀器與虛擬儀器在使用及測(cè)試結(jié)果上的異同，試分析因素。實(shí)體儀器比虛擬