《電子測(cè)量及儀器》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)報(bào)告冊(cè)

1、電子測(cè)量與儀器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)/報(bào)告冊(cè)（電子信息工程技術(shù)、通信技術(shù)專業(yè)適用）電子測(cè)量與儀器課程組編寫修訂日期2012年11月實(shí)驗(yàn)一：惠氏電橋測(cè)電阻一、實(shí)驗(yàn)原理 1.惠斯通電橋的測(cè)量原理如圖1所示，由已知阻值的三個(gè)電阻R0、R1、R2和一個(gè)待測(cè)電阻Rx組成一個(gè)四邊形，每一條邊稱為電橋的一個(gè)臂，在對(duì)角A、B之間接入電源E，對(duì)角C、D之間接入檢流計(jì)G。適當(dāng)調(diào)節(jié)R0、R1、R2的阻值，可以使檢流計(jì)G中無電流流過，即C、D兩點(diǎn)的電勢(shì)相等，電橋的這種狀態(tài)稱為平衡態(tài)。電橋的平衡條件為(1)式中比例系數(shù)K稱為比率或倍率，通常將R1、R2稱為比率臂，將R0稱為比較臂。2.電橋的靈敏度式(1)是在電橋平衡的條件下推導(dǎo)出來

2、的，而電橋是否達(dá)到真正的平衡狀態(tài)，是由檢流計(jì)指針是否有可察覺的偏轉(zhuǎn)來判斷的。檢流計(jì)的靈敏度是有限的，當(dāng)指針的偏轉(zhuǎn)小于0.1格時(shí)，人眼就很難覺察出來。在電橋平衡時(shí)，設(shè)某一橋臂的電阻是R，若我們把R改變一個(gè)微小量R，電橋就會(huì)失去平衡，從而就會(huì)有電流流過檢流計(jì)，如果此電流很小以至于我們未能察覺出檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)，我們就會(huì)誤認(rèn)為電橋仍然處于平衡狀態(tài)。為了定量表示檢流計(jì)的誤差，我們引入電橋靈敏度的概念，它定義為 (2)式中，R為電橋平衡后電阻R的微小改變量，n為電阻R變化后檢流計(jì)偏離平衡位置的格數(shù)，所以S表示電橋?qū)虮垭娮柘鄬?duì)不平衡值R/R的反應(yīng)能力。3.滑線式惠斯通電橋滑線式惠斯通電橋的構(gòu)造如圖2所示

3、。A、B、C是裝有接線柱的厚銅片（其電阻可以忽略），A、B之間為一根長(zhǎng)度為L(zhǎng)、截面積和電阻率都均勻的電阻絲。電阻絲上裝有接線柱的滑鍵可沿電阻絲左右滑動(dòng)，按下滑鍵任意觸頭，此時(shí)電阻絲被分成兩段，設(shè)AD段的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1、電阻為R1，DB的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2、電阻為R2，因此當(dāng)電橋處于平衡狀態(tài)時(shí)，有(3)式中，L1的長(zhǎng)度可以從電阻絲下面所附的米尺上讀出，R0用一個(gè)十進(jìn)制轉(zhuǎn)盤式電阻箱作為標(biāo)準(zhǔn)電阻使用。另外電源E串聯(lián)了一個(gè)滑線變阻器RE，對(duì)電路起保護(hù)、調(diào)節(jié)作用。為了消除電阻絲不均勻帶來的誤差，可用交換R0與Rx的位置重新測(cè)量的方法來解決。也就是在測(cè)定Rx之后，保持R1、R2不變（即D點(diǎn)的位置不變），將R0與Rx的

4、位置對(duì)調(diào)，重新調(diào)節(jié)R0為，使電橋達(dá)到平衡，則有(4)所以(5)由式(5)可知，Rx與R1、R2（或L1、L2）無關(guān)，它僅取決于R0的準(zhǔn)確度?？梢宰C明當(dāng)K=R1/R2=1時(shí)，電橋的靈敏度最高，由于靈敏度限制而引起的誤差最小，顯然我們應(yīng)在此最佳條件下測(cè)量。為此測(cè)量時(shí)可先將D點(diǎn)放在電阻絲的中間，調(diào)節(jié)R0的值，使電橋盡量接近平衡，然后再微調(diào)D點(diǎn)的位置即可使電橋達(dá)到平衡。4.箱式惠斯通電橋在面板的左上方是比率臂旋鈕（量程變換器），比率臂R1、R2由8個(gè)定位電阻串聯(lián)而成，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋鈕，可以使倍率K從0.001改變到1000共7個(gè)擋，在不同的倍率擋電阻的測(cè)量范圍和準(zhǔn)確度不同，如表1所示。面板右邊是作為比較臂

5、的標(biāo)準(zhǔn)電阻R0，它由4個(gè)十進(jìn)位電阻器轉(zhuǎn)盤組成，最大阻值為9999；檢流計(jì)安裝在比率臂下方，其上有調(diào)零旋鈕；將待測(cè)電阻接在Rx兩接線柱之間；“B”是電源的按鈕開關(guān)，“G”是檢流計(jì)的按鈕開關(guān)；使用箱內(nèi)電源和檢流計(jì)時(shí)應(yīng)將“外接”短路；當(dāng)電橋平衡時(shí)，待測(cè)電阻由式(1)可得。5.檢流計(jì)檢流計(jì)是一種可監(jiān)測(cè)微小電流的儀器，在物理實(shí)驗(yàn)中常用作指零儀表。本實(shí)驗(yàn)所用AC5/4型直流指針式檢流計(jì)，使用時(shí)需水平放置。其上裝有零位調(diào)節(jié)器，當(dāng)指針不指零時(shí)可以調(diào)回零位。檢流計(jì)上標(biāo)有“+”、“”兩個(gè)接線柱，另外還有“電計(jì)”及“短路”按鈕。在使用過程中如需將檢流計(jì)與外電路短時(shí)間接通，只要將“電計(jì)”按鈕按下即可若在使用過程中檢流

6、計(jì)指針不停地?cái)[動(dòng)，將“短路”按鈕按下，指針便立刻停止擺動(dòng)。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解惠斯通電橋的構(gòu)造和測(cè)量原理。2.掌握用惠斯通電橋測(cè)電阻的方法。3.了解電橋靈敏度的概念及其對(duì)電橋測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。三、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備滑線式電橋，箱式電橋，檢流計(jì)，電阻箱，滑動(dòng)電阻器，待測(cè)電阻，電源，開關(guān)，導(dǎo)線等。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟1.用滑線式惠斯通電橋測(cè)電阻(1) 了解滑線式惠斯通電橋的構(gòu)造及用法。(2) 按圖1接好線路，選取電阻箱的阻值R0，使其接近待測(cè)電阻Rx的估計(jì)值。(3) 選取合適的D點(diǎn)，調(diào)整R0的阻值，使電橋處于平衡位置，記錄R0和L1的值。(4) 保持D的位置不變，將待測(cè)電阻Rx和電阻箱R0的位置互換，重

7、復(fù)上述步驟，記錄 的值，計(jì)算待測(cè)電阻Rx的阻值。Rx=(5) 測(cè)量電橋的靈敏度，在電橋平衡后將R0改變R，記錄檢流計(jì)指針偏離平衡位置的格數(shù)n，計(jì)算電橋的靈敏度S。S=(6) 換一個(gè)待測(cè)電阻，重復(fù)上述步驟。(7) 計(jì)算待測(cè)電阻的絕對(duì)不確定度并表示出測(cè)量結(jié)果。Rx=2.用箱式惠斯通電橋測(cè)電阻(1) 根據(jù)待測(cè)電阻Rx的估計(jì)值，確定倍率K= ，使R0阻值與倍率K的乘積接近Rx的估計(jì)值。(2)按下“B”、“G”按鍵，觀察檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)程度，并逐個(gè)調(diào)節(jié)比較臂的千、百、十、個(gè)位讀數(shù)旋鈕，直到檢流計(jì)準(zhǔn)確指零為止。(3)記錄R0（比較臂四個(gè)轉(zhuǎn)盤電阻之和）與倍率K的值，求出待測(cè)電阻Rx值，并由表1給出測(cè)量不確定度

8、。(4)換一個(gè)待測(cè)電阻，仿照上述步驟再次測(cè)量。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄1、滑線式電橋測(cè)量電阻Rx：組數(shù)R3/Rx在左邊Rx在右邊原來電源極性改變電源極性原來電源極性改變電源極性L1/cmL2/cmRx/L1/cmL2/cmRx/L1/cmL2/cmRx/L1/cmL2/cmRx/1100022000總平均值2、QJ23型箱式惠斯登電橋測(cè)電阻Rx：電壓選擇Rx(標(biāo)稱值)/ R3（）倍率Rx（）儀器不確定度（）3v3v3v六、實(shí)驗(yàn)思考與小結(jié)1、使用電橋時(shí)應(yīng)該怎樣保護(hù)靈敏電流計(jì)？ 2、用惠斯登電橋測(cè)量電阻時(shí)，為什么要將R3，Rx的位置互換？為什么要改變電源的極性？3、箱式惠斯登電橋的倍率若選擇不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)什么

9、問題？4、實(shí)驗(yàn)誤差分析指導(dǎo)老師簽字：實(shí)驗(yàn)日期：實(shí)驗(yàn)二：直流、交流電壓測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)原理 直流穩(wěn)壓電源是用來提供直流電壓的電源設(shè)備，在電網(wǎng)電壓或負(fù)載變化時(shí)，能保持其輸出基本穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻非常小，在其工作范圍內(nèi)，直流穩(wěn)壓電源的輸出特性接近于理想電壓源。 用數(shù)字顯示測(cè)量電參量數(shù)值的萬用表叫數(shù)字萬用表，它的測(cè)量原理與指針式萬用表完全不同，從而結(jié)構(gòu)和使用方法也不一樣。它具有很高靈敏度和準(zhǔn)確度，顯示清晰直觀，性能穩(wěn)定，過載能力強(qiáng)，便于攜帶的特點(diǎn)。1直流電壓測(cè)量 將黑表筆插入“COM”插孔，紅表筆插入“V/Hz”插孔。 將量程開關(guān)轉(zhuǎn)至相應(yīng)的DCA量程上，然后將測(cè)試表筆跨接在被測(cè)電路上，紅表筆所接的該

10、點(diǎn)電壓與極性顯示在屏幕上。2交流電壓測(cè)量 將黑表筆插入“COM”插孔，紅表筆插入“V/Hz”插孔。 將量程開關(guān)轉(zhuǎn)至相應(yīng)的ACV量程上，然后將測(cè)試表筆跨接在被測(cè)電路上。3直流電流測(cè)量 將黑表筆插入“COM”插孔，紅表筆插入“mA”插孔中（最大為200 mA），或紅表筆插入“20A”插孔中（最大為20A）。 將量程開關(guān)轉(zhuǎn)至相應(yīng)的DCA量程上，然后將儀表串入被測(cè)電路中，被測(cè)電流值及紅表筆點(diǎn)的電流極性將同時(shí)顯示在屏幕上。4交流電流測(cè)量 將黑表筆插入“COM”插孔，紅表筆插入“mA”插孔中（最大為200 mA），或紅表筆插入“20A”插孔中（最大為20A）。 將量程開關(guān)轉(zhuǎn)至相應(yīng)的ACA量程上，然后將儀表

11、串入被測(cè)電路中。5電阻測(cè)量 將黑表筆插入“COM”插孔，紅表筆插入“V/Hz”插孔。 將量程開關(guān)轉(zhuǎn)至相應(yīng)的電阻量程上，將兩表筆跨接在被測(cè)電阻上。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的使用2用數(shù)字萬用表測(cè)量直流電壓、直流電流3根據(jù)電路圖正確搭接電路三、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備序號(hào)名稱及型號(hào)數(shù)量序號(hào)名稱及型號(hào)數(shù)量1數(shù)字萬用表VC9807A+1塊2直流穩(wěn)壓電源YB17311臺(tái)3實(shí)驗(yàn)電路板1塊四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟及數(shù)據(jù)記錄圖2-1 簡(jiǎn)單直流電路（1）測(cè)量電路中R1和R2的實(shí)際阻值，并記錄。R1=_，R2=_（2）按圖2-1連接電路（3）調(diào)整直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓為9V。（用萬用表測(cè)量）（4）用數(shù)字萬用表直流電壓檔測(cè)

12、量US、U1和U2的電壓，直流電流檔量電路中的電流I，填入下表中。U1（V）U2（V）I（mA）測(cè)量值計(jì)算值誤差（%）五、實(shí)驗(yàn)思考及小結(jié)1將測(cè)量結(jié)果與理論計(jì)算進(jìn)行比較，分析誤差原因2總結(jié)數(shù)字萬用表測(cè)量直流電流的步驟指導(dǎo)教師（簽名）：實(shí)驗(yàn)成績(jī)：實(shí)驗(yàn)三：示波器測(cè)量技術(shù)一、 實(shí)驗(yàn)原理示波器是最常用的測(cè)試儀器之一，它可將電信號(hào)波形形象而直觀地顯示在熒光屏上。利用示波器，可以測(cè)量信號(hào)的幅值、瞬時(shí)值、頻率、周期、相位和脈沖信號(hào)的寬度、上升時(shí)間、下降時(shí)間等參量。通過傳感器，還能測(cè)量各種非電量，如溫度、壓力、振動(dòng)、沖擊、距離、熱、光、聲音和磁效應(yīng)等。雙路示波器主要調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)名稱及功能介紹 1電源開關(guān)（Main

13、Power） 按入為打開電源，彈出為關(guān)上電源。 2輝度 （Intensity） 控制光跡掃描線的亮度 3聚焦 （Focus） 控制光跡掃描線條的聚焦，使之清晰 4光跡旋轉(zhuǎn)（Trace Rotation） 5通道輸入選擇開關(guān) （AC-GND-DC Switch） 控制輸入信號(hào)通過耦合電容（AC方式）接Y放大器，或直接（DC方式）接到Y(jié)放大器，或?qū)Φ囟搪窞榱爿斎耄℅ND方式）。 6Y軸位移（Y Position） X軸位移（X Position） 分別控制光跡在垂直方向和水平方向的移動(dòng) 7Y軸量程（Vertical Range）與Y軸增益（Vertical Gain） Y軸量程（也稱Y系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)因數(shù)

14、）選擇開關(guān)與Y 軸增益旋鈕套裝在一起。中間為增益旋鈕，外部為量程開關(guān)。 定量測(cè)量輸入信號(hào)電壓值時(shí)，按Y軸輸入信號(hào)的幅度選擇量程。示波器屏幕上垂直方向共分為10 大格，開關(guān)位置所標(biāo)電壓值定義為每格顯示的電壓值。（Vols/Div ,or Volts per Division）上述定義只有在增益旋鈕順時(shí)針旋到底時(shí)才成立。 8X軸量程 （Horizontal Range）X軸細(xì)調(diào) （X Variable） X軸量程（也稱X軸掃描因數(shù)）開關(guān)用來選擇X 掃描時(shí)基。當(dāng)X軸細(xì)調(diào)旋鈕順時(shí)針旋到底時(shí)，X軸量程開關(guān)位置所標(biāo)數(shù)值定義為屏幕上水平方向每格顯示的時(shí)間，量綱單位為mS或S。據(jù)此可根據(jù)顯示的信號(hào)波形讀出信號(hào)

15、周期，換算出信號(hào)頻率。 9觸發(fā)電平 （Trigger Level） 調(diào)節(jié)X 掃描電路，使之與所測(cè)信號(hào)同步（被測(cè)信號(hào)的頻率是X掃描頻率的整數(shù)倍）。使屏幕顯示波形穩(wěn)定。 10觸發(fā)源選擇開關(guān)（Trigger Source） 一般選擇通常（Normal），或自動(dòng)（Auto）二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解示波器的組成框圖及工作原理 2掌握示波器各控制開關(guān)和旋鈕的意義和功能。學(xué)會(huì)示波器的一般使用方法， 3學(xué)會(huì)用示波器測(cè)量直流電壓和交流電壓 4學(xué)會(huì)用示波器觀察信號(hào)波形和測(cè)量信號(hào)頻率5. 學(xué)會(huì)測(cè)量矩形波上升時(shí)間和下降時(shí)間的方法 6了解示波器的XY法應(yīng)用三、 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備 1雙蹤示波器 2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 3雙路直流穩(wěn)

16、壓電源 4數(shù)字萬用表 5晶體管毫伏表 6NF2000數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器 7. CBB22-50V-104電容 8CBB22-50V-103電容 9RT14-1K電阻 10RT14-10K電阻四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟以及數(shù)據(jù)記錄 1對(duì)照說明書，熟習(xí)實(shí)驗(yàn)所用示波器各主要開關(guān)和旋鈕的位置。 2對(duì)照說明書，把該示波器主要技術(shù)指標(biāo)填入表3-1中。 表3-1 主要技術(shù)指標(biāo)Y軸頻帶寬度 Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)Y軸輸入阻抗Y軸最大允許輸入電壓X軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)X掃描線性誤差 3用示波器測(cè)量直流電壓 測(cè)量直流電壓只需一個(gè)Y通道，選用通道CH1,把相應(yīng)開關(guān)置于CH1的位置，輸入電纜接到CH1的Y軸插口上 1）調(diào)節(jié)參考零點(diǎn)光跡位置。CH1

17、的通道輸入選擇開關(guān)置GND 位置，Y軸增益旋鈕順時(shí)針旋到底。調(diào)節(jié)Y軸位移旋鈕，使光跡與屏幕上底部刻度線對(duì)齊。底部即為零電壓位置。2）用示波器測(cè)量直流穩(wěn)壓電源輸出的電壓 通道選擇開關(guān)置DC位置，用示波器和萬用表分別測(cè)量表4-2所列穩(wěn)壓電源的輸出電壓值，測(cè)量結(jié)果填入表3-2中。表3-2 示波器和萬用表對(duì)直流電壓測(cè)量結(jié)果的比較直流穩(wěn)壓電源輸出電壓0.5V1V2.5V5V10V15V用示波器測(cè)量的電壓值用萬用表測(cè)量的電壓值 3用示波器測(cè)量交流電壓1）通道選擇開關(guān)置AC位置，用Y軸位移把光跡調(diào)到屏幕中央。2）X軸量程開關(guān)置0.5mS/Div檔。3）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生1KHz的正弦信號(hào)4）信號(hào)發(fā)生器輸出電

18、纜接示波器Y軸輸入電纜，調(diào)節(jié)觸發(fā)電平旋鈕（Trigger），使示波器顯示波形穩(wěn)定。5）用示波器和晶體管毫伏表分別測(cè)量表3-3所列信號(hào)幅度的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓幅度，并比較測(cè)量結(jié)果。6）注意示波器Y軸量程開關(guān)必須和輸入信號(hào)幅度相當(dāng)，Y軸增益旋鈕必須順時(shí)針旋到底。表3-3 示波器和晶體管毫伏表對(duì)交流電壓測(cè)量結(jié)果的比較信號(hào)發(fā)生器輸出電壓有效值50mV100mV500mV1V用毫伏表測(cè)量的電壓有效值換算毫伏表測(cè)量的峰-峰值用示波器測(cè)量的電壓峰-峰值 5用示波器測(cè)量交流信號(hào)頻率 1）把函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出電壓調(diào)到100mV。產(chǎn)生表3-4 所列信號(hào)頻率的正弦信號(hào)。 2）示波器Y軸量程開關(guān)置50mV/Di

19、v 。 3）用頻率計(jì)數(shù)器和示波器分別測(cè)量以上信號(hào)的頻率。把結(jié)果填入表4-4中。 4）注意用示波器測(cè)量時(shí)，選擇的X軸量程應(yīng)和信號(hào)周期相當(dāng)，一般為信號(hào)頻率的1/21/3。同時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)觸發(fā)電平（Trigger） 旋鈕，使波形穩(wěn)定。表3-4 用頻率計(jì)數(shù)器和示波器測(cè)量交流信號(hào)頻率的結(jié)果比較信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率500Hz1KHz5KHz10KHz用頻率計(jì)數(shù)器測(cè)量的信號(hào)頻率用示波器測(cè)量的信號(hào)周期( T )換算的信號(hào)頻率 f = 1/ T 6用示波器觀察非正弦波信號(hào)的波形并記錄其波形。 1）用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器分別產(chǎn)生矩形波和三角波。幅度和頻率任意，記錄其值。2）用示波器觀察矩形波的波形，畫出其波形，說明為什么

20、上升沿和下降沿亮度幾乎看不到？ 3）用示波器觀察三角波的波形，試測(cè)量三角波的周期和幅度，記錄其波形并標(biāo)出周期和幅度值。 4）試根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算三角波信號(hào)的有效值為 。 7. 用示波器測(cè)量脈沖信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間。1）用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為20KHz的矩形波脈沖信號(hào)。 圖3-1 低通濾波電路2）按圖3-1 連接電阻和電容，組成一個(gè)低通網(wǎng)絡(luò)。3）因?yàn)楹瘮?shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的脈沖信號(hào)上升時(shí)間較小，不易測(cè)量，所以把脈沖信號(hào)通過低通網(wǎng)絡(luò)后送到示波器測(cè)量，以加大脈沖信號(hào)的上升時(shí)間，便以測(cè)量。4）調(diào)節(jié)示波器X軸的偏轉(zhuǎn)因素選擇開關(guān)，盡量使屏幕上突出顯示脈沖的上升沿部分或下降沿部分。并配合使用X軸位移旋鈕，

21、使對(duì)應(yīng)上升沿10% （或下降沿90%）高度處的測(cè)量點(diǎn)對(duì)齊X軸的某個(gè)刻度線，然后讀出對(duì)應(yīng)上升沿90% （或下降沿10%）高度處另一測(cè)量點(diǎn)到上一測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)時(shí)間值。該相對(duì)時(shí)間值便是所測(cè)脈沖的上升時(shí)間（或下降時(shí)間）。讀數(shù)等于刻度個(gè)數(shù)乘上X軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)。5）注意以上操作只有在X軸細(xì)調(diào)（Variable）旋鈕順時(shí)針旋到底后讀數(shù)才是正確的。 8用雙蹤法測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)的相位差 1）先用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)頻率為20KHz的幅度為1V的正弦信號(hào)。 2）再按圖3-2連接電阻和電容，組成一個(gè)阻容延遲網(wǎng)絡(luò)。信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)一路直接作為信號(hào)1送入示波器CH1通道，另一路通過阻容延遲網(wǎng)絡(luò)后作為信號(hào)2 送入示波器CH2通道。

22、由于信號(hào)2 通過延遲網(wǎng)絡(luò)，所以信號(hào)2比信號(hào)1在時(shí)間上要延遲，兩個(gè)信號(hào)之間存在著相位差。 圖3-2 阻容延遲網(wǎng)絡(luò) 3）用示波器測(cè)量頻率相同的兩個(gè)信號(hào)之間的相位差 示波器置交替工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)X軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇開關(guān)（也稱X軸掃描速度選擇開關(guān)），對(duì)20KHz的信號(hào)頻率，可置于10S/Div檔，調(diào)節(jié)觸發(fā)電平（Trigger）旋鈕，使顯示的兩個(gè)波形穩(wěn)定。分別調(diào)節(jié)CH1和CH2兩個(gè)Y軸位移旋鈕，使兩個(gè)波形的掃描時(shí)基線重合，在屏幕上可看到一前一后兩個(gè)正弦波。測(cè)量信號(hào)周期T，并測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的時(shí)間延遲量T。按下式計(jì)算兩個(gè)信號(hào)的相位差。 = 360 T/T 4）把屏幕顯示的波形和測(cè)量結(jié)果畫成圖。思考一下：在上述測(cè)

23、量過程中，X軸細(xì)調(diào)（Variable）旋鈕是否一定要按測(cè)量要求順時(shí)針旋到底？如放在任意位置，對(duì)測(cè)量結(jié)果是否有影響？為什么？ 9示波器的XY應(yīng)用和橢圓法測(cè)量相位差1）示波器的XY應(yīng)用，是指兩個(gè)信號(hào)分別從X通道和Y通道送入示波器，示波器內(nèi)部X振蕩器不用，靠外接被測(cè)量信號(hào)之一來驅(qū)動(dòng)電子束作水平方向的掃描。所以此時(shí)光跡在水平方向的掃描反映了接在X通道的被測(cè)量信號(hào)的規(guī)律。而屏幕上顯示的光跡圖形和兩個(gè)被測(cè)信號(hào)的參數(shù)都有關(guān)。示波器的XY法可用來測(cè)量未知信號(hào)的頻率，其測(cè)量依據(jù)是李沙育圖形（Lissajous Patterns）。示波器的XY法也可應(yīng)用于相位差的測(cè)量，這就是橢圓法測(cè)量相位差。2）先把輝度旋鈕調(diào)小

24、，使得剛能看到光跡，然后把X偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇開關(guān)（X掃速開關(guān)）置于X-Y檔。此時(shí)屏幕上只有一個(gè)亮點(diǎn)。注意此時(shí)不能把輝度開大，以免能量集中灼傷熒光屏。調(diào)節(jié)Y軸位移和X軸位移旋鈕，使光點(diǎn)在屏幕中央刻度線原點(diǎn)。3）按照上述步驟2產(chǎn)生同頻率的兩個(gè)信號(hào)，分別送到X輸入插口和Y輸入插口（選CH1或CH2都可）。示波器Y軸工作模式開關(guān)從交替工作模式改為相應(yīng)的CH1或CH2。3）分別調(diào)節(jié)Y軸增益旋鈕（Variable）和X軸細(xì)調(diào)旋鈕（Variable），使兩個(gè)信號(hào)的幅度相同，此時(shí)屏幕上將顯示一個(gè)斜橢圓。4）測(cè)量橢圓交Y軸的交點(diǎn)高度h1和橢圓最高點(diǎn)的高度h2。兩個(gè)信號(hào)的相位差按照下式計(jì)算： = sin- 1 h1/

25、h2 5）把屏幕顯示的圖形和測(cè)量結(jié)果畫成圖，比較一下兩種方法的測(cè)量結(jié)果是否相同？如有誤差，則分析誤差原因，你認(rèn)為哪種測(cè)量方法準(zhǔn)度（Accuracy）較高？哪種方法精度（Prisition) 較高？五、實(shí)驗(yàn)思考與小結(jié) 1分析影響示波器測(cè)量直流電壓的誤差主要因素是什么？ 2并說明影響示波器測(cè)量交流信號(hào)頻率誤差的主要因素是什么？ 指導(dǎo)教師（簽名）：實(shí)驗(yàn)成績(jī)：實(shí)驗(yàn)四：頻率特性測(cè)試儀的使用一、實(shí)驗(yàn)原理頻率特性測(cè)試儀的組成單元和工作原理 1頻率特性測(cè)試儀實(shí)際是由掃頻信號(hào)發(fā)生器和專用示波器組合而成。所以也把它稱為掃頻儀。用來測(cè)量被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性。它的主要組成單元為掃頻信號(hào)發(fā)生器，頻標(biāo)發(fā)生器，顯示單元。 2

26、掃頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)其頻率隨時(shí)間掃動(dòng)變化即“掃頻”。發(fā)出的信號(hào)其頻率從起始頻率fL由低到高變到終止頻率fH，再返回起始頻率重復(fù)掃頻過程。掃頻一次的周期為20mS。掃頻頻率為50Hz。起始頻率和終止頻率由掃頻寬度和掃頻中心兩個(gè)旋鈕來調(diào)節(jié)。掃頻寬度BW定義為終止頻率和起始頻率之差，有BW = fH - fL 。掃頻中心頻率則為掃頻范圍的中點(diǎn)，由于掃頻信號(hào)的頻率是隨時(shí)間線性改變的，所以掃頻中心頻率fC = ( fH - fL) / 2 。確定了BW和fC，也就確定了起始頻率fL和終止頻率fH。掃頻信號(hào)的輸出端設(shè)有1個(gè)最大可達(dá)70dB的衰減器?？扇我饨M合使用，以定量調(diào)節(jié)掃頻信號(hào)的輸出幅度。 3由于

27、掃頻信號(hào)頻率是變化的，其掃頻周期和顯示示波器的光跡掃描周期相同并同步。所以在顯示屏幕上顯示光跡的水平坐標(biāo)代表信號(hào)的頻率。高度即反映了被測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同頻率的響應(yīng)。但由于掃頻寬度及中心頻率的不同，光跡水平坐標(biāo)表示的頻率值也不同，這樣就無法從屏幕上讀出具體的頻率值。必須在產(chǎn)生掃頻信號(hào)的同時(shí)，再產(chǎn)生一組頻率刻度標(biāo)記，疊加在掃頻信號(hào)上。顯示示波器在顯示光跡時(shí)，也同時(shí)顯示這些頻標(biāo)，這樣有了這些頻率刻度標(biāo)記，就可以讀出光跡上任意點(diǎn)處水平坐標(biāo)的頻率值。 4頻標(biāo)發(fā)生單元產(chǎn)生頻率標(biāo)記信號(hào)，并疊加在掃頻信號(hào)上。頻率標(biāo)記有三種選擇方式：1) 1MHz / 10MHz 同時(shí)產(chǎn)生1MHz和10MHz的刻度標(biāo)記，即每隔1MH

28、z和每隔10MHz有一個(gè)頻標(biāo)。1MHz為小頻標(biāo)，10MHz為大頻標(biāo)。2）50MHz 只產(chǎn)生50MHz 的刻度標(biāo)記，以便較易找到頻率零點(diǎn)。根據(jù)零點(diǎn)，才能確定刻度標(biāo)記處的頻率。3）外接頻標(biāo) 由外接頻標(biāo)輸入插口送入特定的頻標(biāo) 5顯示單元，為一個(gè)專用示波器，其X軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)固定為掃頻周期不能調(diào)節(jié)，也不需要觸發(fā)電平調(diào)節(jié)。Y軸的使用同通用示波器，但Y軸量程只有1，10，100三檔。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解頻率特性測(cè)試儀的組成框圖和工作原理 2了解頻率特性測(cè)試儀與被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的連接方法 3學(xué)會(huì)頻率特性測(cè)試儀掃頻寬度和掃頻中心頻率的調(diào)節(jié) 4掌握頻率標(biāo)記的使用和讀取 5學(xué)會(huì)對(duì)放大電路幅頻特性的測(cè)量三、實(shí)驗(yàn)儀器 1BT3-

29、G頻率特性測(cè)試儀 2雙路直流穩(wěn)壓電源 3黑白電視機(jī)機(jī)芯五 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟及數(shù)據(jù)記錄 1掃頻信號(hào)掃頻范圍的調(diào)節(jié)把BT3G-II的掃頻輸出調(diào)到起始頻率f1為30MHz，掃頻寬度為10MHz。1）把掃頻寬度調(diào)到最大（順時(shí)針到底），然后調(diào)中心頻率，觀察顯示器先找到零標(biāo)記（與其他頻率標(biāo)記不同），然后從零標(biāo)記開始向右找第三個(gè)10MHz頻率標(biāo)記，該標(biāo)記處即為30MHz的頻率。同理，第四個(gè)頻率標(biāo)記處即為40MHz的頻率。2）再調(diào)小掃頻寬度，使得第三個(gè)頻率標(biāo)記和第四個(gè)標(biāo)記之間的距離拉開，以便觀察。在此過程中，還需不時(shí)調(diào)節(jié)中心頻率，使30MHz和40MHz的頻標(biāo)都不跑出屏幕。直到30MHz頻標(biāo)在顯示屏最左，40M

30、Hz頻標(biāo)在最右。 2測(cè)量電視機(jī)中放電路的幅頻特性1）按圖4-1在實(shí)驗(yàn)機(jī)芯上找到中放電路輸入端和輸出端，并找到中放電路的電源和接地端。然后按圖4-2連接頻率特性測(cè)試儀和實(shí)驗(yàn)機(jī)芯。檢查無誤后，把直流穩(wěn)壓電源調(diào)到11.5V，接到中放電路的電源端和地。2）先把掃頻輸出衰減置10dB，顯示器上應(yīng)有中放幅頻特性曲線顯示。如無，則檢查Y軸增益是否合適。調(diào)節(jié)Y軸增益和Y軸衰減，使得顯示的曲線合適。如曲線朝下，轉(zhuǎn)換Y軸極性開關(guān)，使得曲線向上。3）以曲線頂部平均最高處（平坦處）為100%的參照點(diǎn)，把幅頻特性曲線各關(guān)鍵頻率點(diǎn)的幅度相對(duì)值（百分比）填入表4-1中。圖4-1 電視機(jī)中放電路 圖4-2 儀器與被測(cè)電路連接

31、示意表4-1：中等信號(hào)輸入時(shí)的幅頻特性 （信號(hào)輸出衰減置10dB）30MHz31.5MHz38MHz39.5MHz百分比五、 實(shí)驗(yàn)思考與小結(jié)小結(jié)在實(shí)驗(yàn)過程中所遇到的主要問題，分析原因及解決辦法。指導(dǎo)教師（簽名）：實(shí)驗(yàn)成績(jī)：實(shí)驗(yàn)五：放大電路主要參數(shù)測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)測(cè)試電路如圖5-1所示。圖5-1 單管共射放大電路1電路參數(shù)變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響放大器的基本任務(wù)是不失真地放大信號(hào)，實(shí)現(xiàn)輸入變化量對(duì)輸出變化量的控制作用。要使放大器正常的工作，必須給三極管設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)是指放大器輸入端短路時(shí)，流過三極管的直流電流IBQ、ICQ及三極管C、E極之間的直流電壓UCEQ和B、E

32、極之間的直流電壓UBEQ。由圖3-1所示電路可知：UBQ=UEQ=UBQUBEQICQIEQ=UCEQ=VCCICQRCUEQ上式中，硅管UBEQ=0.7V，鍺管UBEQ=0.3V。由上面的式子可以看出，當(dāng)三極管確定以后，改變VCC、RB、RC任何一個(gè)參數(shù)，都會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)的變化。當(dāng)電路參數(shù)確定以后，靜態(tài)工作點(diǎn)主要通過Rp調(diào)整。工作點(diǎn)偏高，輸出波形易產(chǎn)生飽和失真；工作點(diǎn)偏低，輸出波形易產(chǎn)生截止失真。但當(dāng)輸入信號(hào)過大時(shí)，三極管將工作在非線性區(qū)域，輸出波形會(huì)產(chǎn)生雙向失真。2靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整與測(cè)試靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整，一般采用最大不失真法或給定集電極電流ICQ的方法。（1）最大不失真法通過示波器觀察輸

33、出信號(hào)，如果放大器出現(xiàn)飽和失真，就調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)使之降低；如果出現(xiàn)截止失真，則提高放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。以上調(diào)節(jié)要與輸入信號(hào)的增加和減少配合調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)到如果增加輸入信號(hào)，放大器正負(fù)半周同時(shí)出現(xiàn)削頂失真，而減少輸入信號(hào)，可同時(shí)消除削頂失真，放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)就已調(diào)節(jié)好，稱為“最大不失真”狀態(tài)。此時(shí)，放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)處于其輸出特性曲線的交流負(fù)載線的中點(diǎn)。（2）給定集電極電流ICQ法如果是成批調(diào)節(jié)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，采用最大不失真的方法效率較低，此時(shí)可測(cè)試出該放大器的處于最大不失真狀態(tài)時(shí)，集電極電流ICQ允許的偏差范圍，在調(diào)節(jié)其靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，直接測(cè)試ICQ滿足該范圍即可。如果測(cè)試電流不方便，可利用

34、公式ICQIEQ=，測(cè)試出UEQ并已知RE進(jìn)行計(jì)算。靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)試，就是測(cè)量三極管各管腳對(duì)地直流電壓UB、UC和UE，通過計(jì)算得到靜態(tài)工作點(diǎn)的值。 3電壓放大倍數(shù)的測(cè)試低頻電路的電壓放大倍數(shù)Au是指輸出端的交流電壓uo與輸入端的交流電壓ui之比，即Au=在測(cè)量電壓放大倍數(shù)時(shí)，需要用示波器觀察放大電路的輸出波形，在輸出不失真的條件下，用電子電壓表測(cè)量放大電路的輸入、輸出電壓，按上式計(jì)算放大倍數(shù)。對(duì)圖4-2所示實(shí)驗(yàn)電路中，其電壓放大倍數(shù)與電路的參數(shù)關(guān)系為Au=其中，RL=RC/RL。對(duì)低頻小功率管，rbe可用如下關(guān)系式計(jì)算rbe=300（1）由此可知，改變電路RC的值，可以改變放大倍數(shù)，但RC的

35、改變受靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的約束；同時(shí)，負(fù)載RL的變化也會(huì)使放大倍數(shù)發(fā)生相應(yīng)的改變。4輸入電阻ri 的測(cè)量輸入電阻是指從放大器輸入端看進(jìn)去的等效電阻，它表明放大器對(duì)信號(hào)源的影響程度。從實(shí)驗(yàn)的角度上看，輸入電阻定義為放大器輸入端的交流信號(hào)電壓與交流信號(hào)電流之比。本實(shí)驗(yàn)中，采用“串聯(lián)電阻法”來測(cè)試輸入電阻，測(cè)試原理如圖3-2所示。圖5-2 輸入電阻的測(cè)試在信號(hào)源與被測(cè)電路間串聯(lián)一個(gè)已知阻值的電阻RS，RS兩端電壓為usui，則ri=5輸出電阻ro測(cè)量輸出電阻是指從放大器輸出端看進(jìn)去的等效電阻。放大器的輸出端可以等效為一個(gè)理想的電壓源和輸出電阻ro相串聯(lián)。輸出電阻可以描述放大器信號(hào)輸出的方式和帶負(fù)載的能力

36、。圖5-3 輸出電阻的測(cè)試本實(shí)驗(yàn)中，通過使放大器接與不接負(fù)載來測(cè)試其輸出電阻。在輸出端不接負(fù)載時(shí)，測(cè)試其輸出電壓為uo；接上負(fù)載后，測(cè)試其輸出電壓為uoL，則有uoL=由此可計(jì)算出輸出電阻ro為ro=在測(cè)試放大器的輸入輸出電阻時(shí)，應(yīng)該用示波器觀察其輸信號(hào)的波形，在不失真的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握共射電路靜態(tài)調(diào)試和測(cè)試方法；2掌握共射電路放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)Au、Ri、Ro的測(cè)試方法；3觀察共射電路輸出與輸入信號(hào)的區(qū)別；4掌握共射電路放大電路中，靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置對(duì)非線性失真的影響。三、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備序號(hào)名稱及型號(hào)數(shù)量序號(hào)名稱及型號(hào)數(shù)量1單級(jí)放大實(shí)驗(yàn)電路板14雙蹤示波器12直流穩(wěn)壓電源15交流毫伏表13信號(hào)發(fā)生器16數(shù)字萬用表1四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟及數(shù)據(jù)記錄1按實(shí)驗(yàn)電路圖5-1連接好電路。2靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試與測(cè)試（1）用低頻信號(hào)發(fā)生器在電路輸入端加入頻率為1kHz的正弦信號(hào)，示波器接在放大器的輸出端