儀器使用實驗

1、電子技術(shù)實驗的一般過程和要求 電子技術(shù)實驗一般分為三個階段:1. 實驗前的準(zhǔn)備(預(yù)習(xí))、2. 實驗室內(nèi)做實驗、3. 實驗后的總結(jié)(撰寫實驗報告)等。實驗前的準(zhǔn)備(預(yù)習(xí))為了避免盲目性，提高實驗效率，實驗者應(yīng)對實驗內(nèi)容進(jìn)行充分的預(yù)習(xí)，包括1. 認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書，2. 了解實驗?zāi)康呐c要求，3. 掌握實驗的原理，4. 完成電路設(shè)計，5. 擬定實驗方法和步驟，6. 設(shè)計記錄表格，7. 了解注意事項，8. 解答思考題等。9. 一般需按要求寫出預(yù)習(xí)報告。 實驗室內(nèi)做實驗首次進(jìn)入實驗室要：1.熟悉實驗室的環(huán)境，2.了解實驗室的規(guī)則，3.自覺遵守實驗室的各項規(guī)章制度，4.保證實驗室有良好的實驗秩序、5.實驗

2、環(huán)境，6.要注意人身安全和儀器設(shè)備的安全。1. 按實驗方案搭接實驗電路，檢查無誤后通電。2. 要精心操作，認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，準(zhǔn)確記錄實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)(包括波形)。3. 如果發(fā)現(xiàn)有誤，要分析原因，排除故障(應(yīng)記錄故障現(xiàn)象和排除故障的方法)。4. 如果發(fā)生安全事故，則應(yīng)立即切斷電源，報告輔導(dǎo)教師或?qū)嶒炇夜ぷ魅藛T。實驗室內(nèi)做實驗 每個實驗內(nèi)容完成之后： 一定要將實驗記錄送交指導(dǎo)教師審閱， 得到指導(dǎo)教師同意后再拆除線路，清理現(xiàn)場。實驗室內(nèi)做實驗 *需要指出的是，在實驗過程中出現(xiàn)一些在預(yù)習(xí)中沒有預(yù)料到的故障和問題是正?，F(xiàn)象，不一定是壞事。 實驗者逢過思考和分析，獨立地排除故障，解決問題的過程就是積累經(jīng)

3、驗，增長才干的過程，從中可以得到鍛煉和提高。 實驗室內(nèi)做實驗 撰寫實驗報告的過程是對實驗進(jìn)行總結(jié)和提高的過程。 通過這個過程可以加深對實驗現(xiàn)象和內(nèi)容的理解，更好地將理論和實際結(jié)合起來，這個過程也是提高表達(dá)能力的重要環(huán)節(jié)。 一個科技工作者或一個工程技術(shù)人員應(yīng)該具備處理技術(shù)文件的素質(zhì)和能力。撰寫實驗報告撰寫實驗報告一般實驗報告的內(nèi)容應(yīng)包括:1. 實驗環(huán)境和條件，如實驗日期、同組人、所用儀器儀表的名稱與編號等;2. 整理實驗數(shù)據(jù)，描繪測試波形，列出表格或畫出測試曲線。3. 對實驗結(jié)果進(jìn)行理論分析，做出簡要的結(jié)論，對實驗誤差進(jìn)行簡單的分析。4. 分析實驗中出現(xiàn)的故障或問題，總結(jié)排除故障，解決問題的方法

4、。5. 實驗的收獲和體會以及對改進(jìn)實驗的意見與建議。6. 實驗報告要層次分明，文理通順，書寫整潔，簡明扼要。圖表、曲線要符合規(guī)范。實驗測量誤差 測量是通過實驗獲得對客觀事物定量表征的過程，測量結(jié)果是驗證理論的客觀標(biāo)準(zhǔn)。 被測量值有一個真實值，稱為真值， 它可以由理論給定值或由標(biāo)準(zhǔn)計量儀器測定值來代表。 在實際測量過程中，由于測量儀器的精確度有限，測量方法不完善，測量者的能力和生理限制以及測量環(huán)境等各種因素的影響，測量值與真值之間總是存在著一定的差異，這種差異稱為測量誤差。 為了準(zhǔn)確地測量某一個參數(shù)， 首先要選擇合適的測量儀器和正確的測量方法； 其次是對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的誤差分析和數(shù)據(jù)處理，以得

5、到正確可信的結(jié)果。 測量者應(yīng)該能夠?qū)y量誤差做出估計，并盡量減少測量誤差。實驗測量誤差 常用的測量方法有兩種： 第一種是直接測量。 它是直接從實驗數(shù)據(jù)中獲得測量結(jié)果。例如，用電流表測量電流，用歐姆表測量電阻等。 第二種為間接測量。 被測量和其他幾個物理量之間有一定的函數(shù)關(guān)系，在實驗中先測量這些物理量，然后通過運算，便可求得被測量。例如，用伏安法測量電阻器的電阻等。實驗測量誤差的來源測量誤差的分類 無論用什么測量方法，測量的結(jié)果都不會是完全精確的，而是帶有一定的誤差。 分析產(chǎn)生誤差的原因，采取措施消除或減少誤差，使實驗結(jié)果更準(zhǔn)確可靠，是完成實驗必不可少的環(huán)節(jié)。測量誤差的來源實驗誤差的來源主要有以

6、下幾種:1. 儀器誤差2. 測量方法誤差3. 人身誤差4. 環(huán)境誤差測量誤差的分類按誤差的性質(zhì)和特點的不同，測量誤差一般分為三類：1. 系統(tǒng)誤差2. 隨機(jī)誤差3. 過失誤差測量誤差的分類 系統(tǒng)誤差 系統(tǒng)誤差是指在規(guī)定的測量條件下，對同一量進(jìn)行多次測量，誤差的數(shù)值和符號保持不變，或者按一定規(guī)律變化的誤差。測量誤差的分類 隨機(jī)誤差 隨機(jī)誤差也稱偶然誤差。在相同條件下多次測量同一量，誤差的大小和正負(fù)都不固定，具有偶然性，如電源電壓突然上升引起的誤差即是隨機(jī)誤差。測量誤差的分類 過失誤差 過失誤差是由于測量者的疏忽或技術(shù)不熟練造成的誤差，如讀數(shù)失誤，記錯數(shù)據(jù)，計算出錯等。測量誤差的表示方法誤差的表示方

7、法分為：1. 絕對誤差2. 相對誤差示值相對誤差在實際測量中應(yīng)用較廣泛。相對誤差可為正值，也可為負(fù)值。實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)的處理包括1. 正確記錄實驗數(shù)據(jù)，2. 對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，3. 繪制曲線等，測量讀數(shù)的處理 數(shù)有正確數(shù)和近似數(shù)之區(qū)別 實驗中測量的數(shù)均是近似數(shù)。 如何用近似數(shù)恰當(dāng)?shù)乇硎緶y量結(jié)果，就涉及到有效數(shù)字的問題。測量讀數(shù)的處理 6. 00mV表明6以后的兩位小數(shù)測量到了，而且第一位小數(shù)確實就是“0”，第二位為存疑數(shù)。 對測量結(jié)果的數(shù)字記錄應(yīng)有嚴(yán)格的要求。 在測量中判斷哪些數(shù)應(yīng)該記或不該記，標(biāo)準(zhǔn)是誤差。測量讀數(shù)的處理 有誤差的那位數(shù)字前面的各位數(shù)字都是可靠數(shù)字，均應(yīng)記； 有誤差的那位

8、數(shù)字，為存疑數(shù)，也應(yīng)記； 而有誤差的那位數(shù)字后面的各位數(shù)字都是不確定的，是無意義的，都不應(yīng)該記。 因此，從第一位非零數(shù)字起到那位存疑數(shù)字的所有各位數(shù)字都為有效數(shù)字。測量讀數(shù)的處理 例如，測量一個電阻，記錄其值為10. 43，其中1043是4位有效數(shù)字。 又如測量一個電壓，其值為0. 0063V，只有63這兩位數(shù)字為有效數(shù)字。 再如，測量一電流，其值為1000mA，是4位有效數(shù)字，若以A為單位記錄此數(shù)，應(yīng)寫為1.000A，不能寫為1A。 測量讀數(shù)的處理 用有效數(shù)字記錄測量結(jié)果時應(yīng)注意以下幾點: (1)用有效數(shù)字來表示測量結(jié)果時，可以從有效數(shù)字的位數(shù)估計測量的誤差。 一般規(guī)定誤差不超過有效數(shù)字末位

9、單位數(shù)字的一半。 記錄測量的結(jié)果有嚴(yán)格的要求， 不要少記有效數(shù)字位數(shù)，少記會帶來附加誤差; 也不要多記有效數(shù)字位數(shù)，多記則夸大了測量精度。 (2)有關(guān)“0”是否為有效數(shù)字的問題。 非零數(shù)字中間的“0”是有效數(shù)字， “0”在最左面是非有效數(shù)字(即有效數(shù)字位數(shù)與小數(shù)點位置無關(guān)。 在最右面應(yīng)為有效數(shù)字。 若測量精度達(dá)不到，不能在數(shù)字右面隨意加“0” ，測量讀數(shù)的處理 例如： 1000mA或1. 000A，說明測量誤差達(dá)到士0. 0005A， 若測量誤差是士0. 005A，那就只能記為1. 00A。測量讀數(shù)的處理 (3)有效數(shù)字不能因采用的單位不同而增或減。 例：用A作單位，記作1. 000A，用mA

10、作單位，記作1000mA，兩者均為4位有效數(shù)字。測量讀數(shù)的處理 又如，有一測量結(jié)果記為1A，它是一位有效數(shù)字， 若欲用mA為單位，則不能記為1000mA，因為1000是4位有效數(shù)字，這樣就夸大了測量精度， 這時應(yīng)記作1103 mA，它仍是1位有效數(shù)字。測量讀數(shù)的處理數(shù)字的舍入原則 若需保留n位有效數(shù)字，則多于n位的數(shù)字應(yīng)根據(jù)舍入原則進(jìn)行處理。 在一般數(shù)值計算中采用四舍五入的原則，但在測量中由于數(shù)據(jù)要反映測量誤差，因此從數(shù)字出現(xiàn)的概率和舍入后引起的舍入誤差的考慮出發(fā)， 采用如下舍入原則: 當(dāng)需保留n位有效數(shù)字時，若n位以后余下的全部數(shù)值小于第n位單位數(shù)字的一半，則舍去。 若大于第n位單位數(shù)字的一

11、半，則向第n位進(jìn)1。 若等于第n位單位數(shù)字的一半，則視第n位數(shù)字的奇偶而定；若第n位為偶數(shù)，則舍去第n位以后的數(shù)字；若第n位為奇數(shù)，則向第n位進(jìn)1。數(shù)字的舍入原則有效數(shù)字的運算如前所述，測量值均為近似值，所以測量數(shù)據(jù)的計算均為近似計算，且計算結(jié)果也存在誤差。用近似值進(jìn)行計算時，要求計算結(jié)果的最后一位數(shù)應(yīng)當(dāng)是存疑數(shù)字。不要多計算或少計算位數(shù)?？梢宰C明，進(jìn)行加法運算時，和的絕對誤差小于或等于相加各項絕對誤差絕對值之和，和的相對誤差介于相加各項中最大相對誤差與最小相對誤差之間。加法計算結(jié)果所保留的有效數(shù)字位數(shù)應(yīng)滿足這兩個條件。通常的做法是，先找到相加各項中誤差最大的項，其他各項均舍入到與誤差最大項的

12、末位對齊;然后進(jìn)行計算。有效數(shù)字的運算(2)減法運算計算時把減數(shù)舍入到與被減數(shù)的末位對齊，再相減，或減數(shù)多留1位安全數(shù)字，相減后差數(shù)再舍入到與被減數(shù)的末位對齊。在對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行近似計算時，要避免用兩個相近的數(shù)相減，以免增加誤差。有效數(shù)字的運算有效數(shù)字的乘(除)法運算進(jìn)行乘、除運算的次數(shù)越多，相對誤差也越大，必須注意這一問題。乘(除)運算時應(yīng)先統(tǒng)一有效數(shù)字，并以有效數(shù)字位數(shù)最少的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)。因此，當(dāng)有效數(shù)字位數(shù)相同的數(shù)進(jìn)行乘(除)運算時，積(商)的有效數(shù)字位數(shù)與參加運算的數(shù)據(jù)的有效數(shù)字位數(shù)相同。有效數(shù)字的乘(除)法運算當(dāng)幾個有效數(shù)字位數(shù)不同的數(shù)相乘(除)時，應(yīng)預(yù)先將各數(shù)進(jìn)行舍入處理，使其有效數(shù)字

13、位數(shù)與有效數(shù)字位數(shù)最少的數(shù)據(jù)對齊，再進(jìn)行運算，最后將積(商)的有效數(shù)字位數(shù)與有效數(shù)字位數(shù)最少的數(shù)據(jù)對齊。有時為了避免計算造成的附加誤差，各因子的有效數(shù)字位數(shù)比有效數(shù)字位最少因子多取1位安全數(shù)字。 電壓的測量 1.電壓的幅值 2.電壓的頻率 3.電壓的波形 電子電路中電壓的波形種類很多，常用的有正弦波、矩形波(包括方波)、三角波、階梯波等。 許多交流電壓表是按測量正弦波設(shè)計的，因此，用這種儀表測量上述非正弦電壓會產(chǎn)生很大的測量誤差。 此外還應(yīng)注意，電子電路中的許多電壓波形是交直流并存即交流電壓疊加在直流電壓之上。 顯然，這樣的電壓不能簡單地用一般的電壓表進(jìn)行測量。 儀表阻抗對測量的影響用儀表測量

14、電路中兩點間的電壓，測量儀表的等效阻抗并接于這兩點之間。如果該等效阻抗不夠高，則對電路的工作狀態(tài)會產(chǎn)生一定程度的影響，同時會引起一定的測量誤差。當(dāng)測量儀表的等效電阻不比測量點的等效電阻大很多時，產(chǎn)生的測量誤差會很大。欲減少這種誤差，必須使測量儀表的等效電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于測量點的等效電阻。在實驗中，有時也需要測量流經(jīng)某一支路(或某一元件)的電流，為了操作方便，除了特殊場合外，一般不采用在該支路串入電流表的辦法。通常是測量支路內(nèi)電阻上的電壓，再通過計算得到電流值。 阻抗的測量1.輸入電阻的測量2.輸出電阻的測量電壓增益及幅頻特性的測量 1.電壓增益的測量 2.頻率響應(yīng)特性的測量 在實驗中，測量幅頻特性曲

15、線的常用方法有逐點法和掃頻法兩種。 電子示波器的原理與應(yīng)用 電子示波器是一種綜合性的電信號測試儀器，它能把眼睛看不見的電信號轉(zhuǎn)換成能直接觀察的波形丶顯示于熒光屏上。 電子示波器實際上是一種時域測量儀器，用于觀察信號隨時間的變化關(guān)系，可用來測量電信號波形的形狀、幅度、頻率和相位等。 示波器測量電信號波形的形狀、幅度、頻率和相位等。 示波器示波器種類很多，有通用示波器、多蹤示波器、數(shù)字示波器等。電子示波器的主要特點如下:1. 能顯示電信號的波形，便于觀察波形的變化規(guī)律。2. 測量靈敏度高，可測量幅度較小的信號，且具有較強(qiáng)的過載承受能力。3. 輸入阻抗較高，對被測網(wǎng)絡(luò)的影響較小。4. 工作頻率高，響

16、應(yīng)速度快，便于觀察波形瞬變的細(xì)節(jié)。5. 具有“X-Y”工作方式，即兩個Y軸輸入信號中的一個作為X軸的輸入信號，可描繪出任何兩個量之間的函數(shù)關(guān)系。輸入耦合選擇電路輸入信號經(jīng)過開關(guān)選擇耦合方式，進(jìn)入示波器的垂直通道。輸入耦合方式分為：交流耦合(AC)直流耦合(DC)兩種，由面板上的耦合按鈕開關(guān)進(jìn)行切換。同時也可用該開關(guān)將垂直衰減器的輸入接地(GND)。輸入耦合選擇電路選擇DC耦合時，輸入信號的交、直流成分都能通過。選擇AC耦合時，只有輸入信號的交流成分通過。選擇GND時，輸入信號通路被斷開，衰減器輸入端接地，此時示波器熒光屏上顯示的掃描基線即為零電平線。具體選用何種耦合方式視輸入信號的具體情況及測

17、試要求而定。輸入耦合選擇電路若輸入信號是不含直流成分的正弦信號，則可選用交流耦合方式。如果輸入信號是含有直流分量的“交流信號”或脈沖信號，則選擇直流耦合方式，以便觀察輸入信號的全部內(nèi)容。然而，如果被觀測的信號是一個很小的交流信號，且疊加在較大的直流信號電壓之上，則選擇交流耦合方式，否則就看不到這個較小的交流信號成分了。如果被測信號雖是純正弦信號，但頻率很低，亦應(yīng)選用直流耦合方式。衰減器衰減器用來衰減大幅度的輸入信號，以保證垂直放大電路輸出不產(chǎn)生失真。對衰減器的主要要求是：頻帶要足夠?qū)挘斎胱杩挂銐蚋?。由于衰減器輸出所接的垂直放大電路的輸入阻抗是容性的，因此衰減器通常采用RC衰減器，其原理如圖

18、所示。衰減器11111CRjRZ22221CRjRZ212212RRRZZZVViio示波器探頭的結(jié)構(gòu)與原理示波器探頭的結(jié)構(gòu)與原理示波器探頭的結(jié)構(gòu)與原理示波器的輸入端的輸入阻抗是有限的。可以等效于輸入電阻Ri(如1M)和輸入電容Ci（例如幾十皮法)并聯(lián)。如果將示波器的垂直輸入端通過電纜接于被測電路中，并接在測試點上，示波器的輸入阻抗和電纜的分布電容(可達(dá)幾百皮法)就成了被測電路的負(fù)載，就會對被測電路產(chǎn)生影響。例如，用示波器測量放大電路的幅頻特性時，測得的fH. 可能比實際的要?。挥檬静ㄆ鳒y量脈沖波形時，示波器的輸入電容Ci會影響脈沖波形的上升時間和下降時間。為了減小示波器輸入阻抗的不良影響，專

19、門設(shè)計了示波器探頭。 示波器探頭的結(jié)構(gòu)與原理示波器探頭是示波器的重要附件之一。它的原理如圖所示。在全屬屏蔽的外殼里有一個電阻、電容和開關(guān)并聯(lián)的電路。此并聯(lián)電路的一端接探針，另一端經(jīng)電纜接電纜插頭，以便連接到示波器的Y軸輸入端。其等效電路如圖所示。圖中Ri是示波器的輸入電阻，Ci是示波器的輸入電容，Co是包括電纜電容在內(nèi)的分布電容，Cx為調(diào)整補(bǔ)償?shù)目勺冸娙?。示波器探頭的結(jié)構(gòu)與原理示波器探頭的結(jié)構(gòu)與原理當(dāng)開關(guān)S斷開時，電路構(gòu)成一個衰減器?？芍?，若令C2 =Ci十Co十Cx，則 當(dāng)滿足R1C1=R2C2時，衰減量的倒數(shù)，即倍增系數(shù)為示波器探頭的結(jié)構(gòu)與原理iiRRRZZZVVki112121C2 =C

20、i十Co十CxiiRRRZZZVVki11212122121111CCCCCRRRRRkiiii可見,倍增系數(shù)悉的大小取決于電阻R1、Ri的大小，與頻率無關(guān)。這時從探針處看的輸入電阻為R:輸入電容為C：iikRRRR1kCCCCCCCC/2212121示波器探頭的結(jié)構(gòu)與原理示波器探頭的結(jié)構(gòu)與原理即接入探頭后其輸入電阻將增大k倍；而輸入電容減小到原來的1/k倍，所以接入探頭后示波器對被測電路的影響要小得多。示波器探頭的結(jié)構(gòu)與原理一般將探頭的衰減開關(guān)撥到“10”位置(開關(guān)S斷開)時，倍增系數(shù)k設(shè)為10：1；若示波器的輸入電阻為1M，輸入電容(包括電纜的分布電容等)約為200pF，則接入探頭后的輸入

21、電阻增大至10M，輸入電容減小至約20pF。示波器探頭的結(jié)構(gòu)與原理當(dāng)探頭的衰減開關(guān)撥到“1”位置時，探頭內(nèi)部的開關(guān)S閉合，信號直通送到示波器的輸入端，此時從探頭的探針處看到的輸入電阻即為示波器的輸入電阻(如1M)，輸入包容即為示波器的輸入電容和電纜分布電容的等效電容，可達(dá)幾百pF?？梢?，用“1” 擋進(jìn)行測量時，示波器的探頭有時會對測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。 示波器探頭補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整在使用示波器探頭進(jìn)行測量前，或者更換示波器探頭時，必須對探頭的補(bǔ)償進(jìn)行檢查和調(diào)整，使其處于最佳補(bǔ)償狀態(tài)。一般以示波器的校準(zhǔn)信號(如圖所示)作為標(biāo)準(zhǔn)信號。調(diào)整方法是，將探頭的衰減開關(guān)撥到“10”擋，探頭接到示波器的校準(zhǔn)信號C

22、AL上，調(diào)節(jié)探頭的補(bǔ)償電容使得所顯示的波形如圖所示。即達(dá)到最佳補(bǔ)償狀態(tài)。R1C1=R2C2最佳補(bǔ)償示波器探頭補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整如果電路元件參數(shù)為 R1C1R2C2則到達(dá)示波器輸入端的信號的高頻分量過大，顯示波形如圖所示，波形的跳變邊沿出現(xiàn)過沖，探頭處于過補(bǔ)償狀態(tài)。過補(bǔ)償使用示波器測量電壓、相位、時間與頻率使用示波器測量電壓、相位、時間與頻率的一般方法。需要強(qiáng)調(diào)的是，在使用示波器進(jìn)行測量時，示波器的有關(guān)調(diào)節(jié)旋鈕必須處于校準(zhǔn)狀態(tài)。例如：測量電壓時，Y通道的衰減器調(diào)節(jié)旋鈕必須處于校準(zhǔn)位置。在測量時間時，掃描時間調(diào)節(jié)旋鈕必須處于校準(zhǔn)狀態(tài)。只有這樣測得的值才是準(zhǔn)確的。使用示波器測量電壓直流電壓的測量交流電壓的測量上述被測信號是不含直流成分的正弦信號，一般選用交流耦合方式。即使被測信號是正弦信號，若頻率很低，亦應(yīng)選用直流耦合方式。如果輸入信號是含有直流分量的交流信號或脈沖信號，則通常選用直流耦合方式，以便觀察輸入信號的全部內(nèi)容。使用示波器測量相位所謂相位測量，通常是指測量兩個同頻率信號之間的相位差，如：測量RC電路的相移特性、放大電路的輸出信號相對于輸入信號的相