電子測量技術(shù)實驗指導(dǎo)書

1、第一部分 緒 論 本指導(dǎo)書是根據(jù)電子測量技術(shù)課程實驗教學(xué)大綱編寫的，適用于電子信息工程專業(yè)。一、本課程實驗的作用與任務(wù)電子測量技術(shù)實驗是電子測量技術(shù)課程的重要環(huán)節(jié)，對更好地學(xué)習(xí)電子測量技術(shù)課程有很大的幫助。通過實驗，使學(xué)生具有初步分析、處理電子測量技術(shù)實驗中出現(xiàn)的各種問題的能力，并且鍛煉學(xué)生獨立完成電子技術(shù)實驗的能力，從而使學(xué)生具備初步的工程實踐能力。二、 本課程實驗的基礎(chǔ)知識本課程實驗需要掌握電子測量的內(nèi)容和特點，誤差的概念、來源以及分類，測量數(shù)據(jù)的處理方法，信號發(fā)生器的性能指標(biāo)，電子示波器的性能，電子計數(shù)法測量頻率、電子計數(shù)法測量周期以及電子計數(shù)法測量時間間隔的原理，相位差測量、電壓測量以

2、及阻抗測量的原理等基礎(chǔ)知識。三、本課程實驗教學(xué)項目及其教學(xué)要求序號實驗項目名稱學(xué)時教學(xué)目標(biāo)、要求1電阻、電壓等精度測量 2掌握電阻電壓的測量方法及其誤差分析方法，掌握數(shù)字萬用表、示波器的正確使用方法。2函數(shù)信號有效值測量2掌握函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、DVM的使用方法；理解不同檢波方式表頭測量不同波形時的換算關(guān)系。3頻率測量實驗2掌握EE16XX系列函數(shù)發(fā)生器、頻率計的使用方法，理解頻率測量中的閘門概念。4波形信號參數(shù)測量2掌握波形參數(shù)：峰峰值、平均值、脈沖上升時間等參數(shù)的測量方法，掌握示波器、函數(shù)信號發(fā)生器的使用方法；理解不同波形相應(yīng)參數(shù)的不同含義。合計8第二部分 基本實驗指導(dǎo)實驗一 電阻、電

3、壓等精度測量一、 實驗?zāi)康恼莆针娮桦妷旱臏y量方法及其誤差分析方法，掌握數(shù)字萬用表、示波器的正確使用方法。二、 實驗原理（1）示波器通用電子示波器的工作原理，它是一種對電壓敏感的電子儀器。應(yīng)該說，在示波器熒光屏上進(jìn)行的所有測量，都?xì)w結(jié)為對電壓的測量。不言而喻，電子示波器則就是測量電壓的顯示儀器。用電子示波器測量電壓，其原理就是基于被測量的未知電壓使電子束產(chǎn)生正比的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)只測量電壓數(shù)值大小的時候，可以在X軸上不加入掃描信號。被測電壓為直流的情況下，其電子束光點的偏移量正比于待測電壓的大小。當(dāng)被測電壓為正負(fù)半波對稱的正弦電壓或其他各種波形的交變電壓時，其電子束的偏轉(zhuǎn)高度正比于被測電壓振幅值的兩倍，

4、即雙峰值，亦稱雙巔值。（2) 數(shù)字萬用表數(shù)字萬用表是在直流數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上擴展而成的。為了能測量交流電壓、電流、電阻、電容、二極管正向壓降、晶體管放大系數(shù)等電量，必須增加相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器，將被測電量轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并以數(shù)字形式顯示出來。數(shù)字萬用表的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。它由功能轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、LCD顯示器（液晶顯示器）、電源和功能/量程轉(zhuǎn)換開關(guān)等構(gòu)成。我們所用的數(shù)字萬用表是三位半的，即就是說滿度為2000，數(shù)字顯示最大值為1999。三、 主要儀器及耗材DT890C+型數(shù)字萬用表；直流穩(wěn)壓源；YB5400型示波器。四、 實驗內(nèi)容與步驟 （1）直流電壓的測量直流

5、電壓的測量，使用數(shù)字萬用表測量直流穩(wěn)壓電源的輸出值，將測量數(shù)據(jù)填A(yù)表，并以Y軸表示偏差d，X軸表示測量點，畫圖表示測量結(jié)果。 (2) 電阻的測量用DMM中的DVM對標(biāo)稱值為1k，1.5k兩種電阻測量10次，用DVM與示波器對標(biāo)稱值為1.5V的干電池測量10次，記錄下各次測量值B、C表（4位有效數(shù)字）。數(shù)據(jù)處理與分析對所記錄的等精度測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并填寫下表：測量結(jié)果表達(dá)式：X= (:10次測量結(jié)果的平均值；：的邊界誤差)。要求結(jié)果保留三位有效數(shù)字。A）直流穩(wěn)壓電源輸出電壓測量結(jié)果輸出電壓值1V2V3V4V5V6V7V8V9V10V實際測量值偏差值dB）1K、1.5K電阻測量結(jié)果 次數(shù)被測

6、電阻一二三四五六七八九十X1K 1.5KC）1.5V干電池電壓的測量結(jié)果次數(shù)測量儀器一二三四五六七八九十XDVM示波器五、 實驗注意事項使用示波器測直流電壓時，應(yīng)注意：a. 定量觀測波形時，應(yīng)盡量在屏幕的中心區(qū)域進(jìn)行，以減少測量誤差；b. 被測信號電壓（直流加交流峰值）的數(shù)值不應(yīng)超過示波器允許的最大輸入電壓；c. 調(diào)節(jié)各種開關(guān)、旋鈕時，不要過分用力，以免損壞；d. 探頭和示波器應(yīng)配套使用，不用互換，否則可能導(dǎo)致誤差或波形失真。實驗二 函數(shù)信號有效值測量一、 實驗?zāi)康恼莆蘸瘮?shù)信號發(fā)生器、示波器、DVM的使用方法；理解不同檢波方式表頭測量不同波形時的換算關(guān)系。二、 實驗原理函數(shù)發(fā)生器常用電路的組成

7、框圖如下圖所示。它主要由正、負(fù)電流源，電流開關(guān)，時基電容，方波形成電路，正弦波形成電路，放大電路等部分組成。它的工作原理是，正電流源、負(fù)電流源由電流開關(guān)控制，對時基電容C進(jìn)行恒流充電和恒流放電。當(dāng)電容恒流充電時，電容上電壓隨時間線性增長（uc），當(dāng)電容恒流放電時，其上電壓隨時間線性下降，因此，在電容兩端得到三角波電壓。三角波電壓經(jīng)方波形成電路得到方波，三角波經(jīng)正弦波形成電路轉(zhuǎn)變?yōu)檎也?，最后?jīng)放大電路放大后輸出。三、 主要儀器及耗材DT890C+型數(shù)字萬用表；YB5400型示波器；EE1643型函數(shù)發(fā)生器。四、 實驗內(nèi)容與步驟 用EE5111A多功能測試儀中的函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生峰峰值5V，頻率為1

8、KHZ的正弦波（用示波器監(jiān)測），用示波器與DVM分別測其有效值，并記錄10次數(shù)據(jù)（4位有效數(shù)字）,將波形換為三角波與方波，重復(fù)上述過程。五、 數(shù)據(jù)處理與分析通過波形換算系統(tǒng)，分別寫出三角波與方波的有效值，并對所記錄的等精度測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，填寫下表：測量結(jié)果表達(dá)式： X= (:10次測量結(jié)果的平均值；：的邊界誤差)，要求結(jié)果保留三位有效數(shù)字。A）正弦波有效值的測量結(jié)果 次數(shù)測量儀器一二三四五六七八九十XDVM示波器B）三角波有效值的測量結(jié)果次數(shù)測量儀器一二三四五六七八九十XDVM示波器C）方波有效值的測量結(jié)果次數(shù)測量儀器一二三四五六七八九十XDVM示波器六、 實驗注意事項使用示波器測交流電

9、壓時，應(yīng)注意：a. 顯示波形時，亮度不宜過亮，以延長示波管的壽命。若中途暫時不觀測波形，應(yīng)將亮度調(diào)低；b. 定量觀測波形時，應(yīng)盡量在屏幕的中心區(qū)域進(jìn)行，以減少測量誤差；c. 被測信號電壓（直流加交流峰值）的數(shù)值不應(yīng)超過示波器允許的最大輸入電壓；d. 探頭和示波器應(yīng)配套使用，不用互換，否則可能導(dǎo)致誤差或波形失真。實驗三 頻率測量實驗一、實驗?zāi)康恼莆誆E16XX系列函數(shù)發(fā)生器、頻率計的使用方法，理解頻率測量中的閘門概念。二、實驗原理100MHz頻率計數(shù)器的組成框圖如下圖所示。內(nèi)測頻時，由單片機控制輸入選擇門，選通主函數(shù)發(fā)生器的信號，然后打開主控雙穩(wěn)在選定的1s或0.1s的時間內(nèi)，使得“E計數(shù)器”累

10、計被測信號個數(shù)，“T計數(shù)器”累計標(biāo)準(zhǔn)鐘10MHz信號個數(shù)，控制主控雙穩(wěn)的觸發(fā)信號，均由被測信號產(chǎn)生，故“T計數(shù)器”的累計個數(shù)可保證被測信號的整周期內(nèi)的個數(shù)，再給單片機，計算處理后送顯示器。故此測量方法讖緯整周期測量。而誤差僅為1個脈沖周期（0.1us）這種測量方法可保證低頻測量時誤差較標(biāo)準(zhǔn)閘門時間內(nèi)測頻方法大大減少（外測頻時，單片機選中外測量信號進(jìn)入“E計數(shù)器”進(jìn)行測量）。輸入放大整形器可保證不同的輸入信號，經(jīng)過此通道后，均可整形為標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平的脈沖信號。輸入衰減器，輸入低通濾波器的設(shè)計，使得外測量信號、幅度可達(dá)到20Vrms和大大提高低頻測量的準(zhǔn)確性，提高抗干擾能力。三、 主要儀器及耗材

11、EE1643型函數(shù)發(fā)生器；YB5400型示波器。四、實驗內(nèi)容與步驟 1）用EE1642函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生1KHZ，10KHZ，VP-P=5V的正弦波、三角波、方波。用EE16543函數(shù)發(fā)生器進(jìn)行測量其頻率。2）調(diào)節(jié)各功能開關(guān)即按鈕，用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生符合下列要求的信號，并用示波器觀察信號波形。把數(shù)據(jù)填入表D中。信號1 ：頻率為100Hz，幅度為0.5V（有效值，下同）的正弦波信號2 ：頻率為1KHz , 幅度為1V的正弦波信號3 ：頻率為15KHz，幅度為1.5V的正弦波信號4 ：頻率為100KHz ,幅度為0.5V的正弦波五、數(shù)據(jù)處理及誤差分析對不同方式下所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并寫出結(jié)果分析（

12、5位有效數(shù)字）測量結(jié)果表達(dá)式： X= (:10次測量結(jié)果的平均值；：的邊界誤差)。A）1KHZ、10KHZ，VP-P=5V正弦波頻率的測量結(jié)果 次數(shù)被測頻率一二三四五六七八九十X1K10KB）1KHZ、10KHZ，VP-P=5V三角波頻率的測量結(jié)果 次數(shù)被測頻率一二三四五六七八九十X1K10KC）1KHZ、10KHZ，VP-P=5V方波頻率的測量結(jié)果 次數(shù)被測頻率一二三四五六七八九十X1K10KD)函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號測量結(jié)果信號要求頻率 幅度示波器測量的信號幅度 示波器你測量的信號頻率信號1信號2 信號3信號4 六、 實驗注意事項使用函數(shù)發(fā)生器、頻率計時，應(yīng)注意：a. 使用前，開機預(yù)熱5

13、分鐘，等待自檢，自檢正常后，方可進(jìn)行測量；b. 本實驗所需信號應(yīng)從50主函數(shù)輸出端口輸出；c. 本實驗應(yīng)將內(nèi)計數(shù)器或外計數(shù)器選擇按鍵按下，此時內(nèi)置的100MHz頻率計將測量機內(nèi)主函數(shù)發(fā)生器所產(chǎn)生的頻率；d. 將從50主函數(shù)輸出端口的信號輸出到外部計數(shù)輸入端。實驗四 波形信號參數(shù)測量一、實驗?zāi)康恼莆詹ㄐ螀?shù)：峰峰值、平均值、脈沖上升時間等參數(shù)的測量方法，掌握示波器、函數(shù)信號發(fā)生器的使用方法；理解不同波形相應(yīng)參數(shù)的不同含義。二、 實驗原理（1）示波器通用電子示波器的工作原理，它是一種對電壓敏感的電子儀器。應(yīng)該說，在示波器熒光屏上進(jìn)行的所有測量，都?xì)w結(jié)為對電壓的測量。不言而喻，電子示波器則就是測量電

14、壓的顯示儀器。用電子示波器測量電壓，其原理就是基于被測量的未知電壓使電子束產(chǎn)生正比的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)只測量電壓數(shù)值大小的時候，可以在X軸上不加入掃描信號。被測電壓為直流的情況下，其電子束光點的偏移量正比于待測電壓的大小。當(dāng)被測電壓為正負(fù)半波對稱的正弦電壓或其他各種波形的交變電壓時，其電子束的偏轉(zhuǎn)高度正比于被測電壓振幅值的兩倍，即雙峰值，亦稱雙巔值。（2）函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器常用電路的組成框圖如下圖所示。它主要由正、負(fù)電流源，電流開關(guān)，時基電容，方波形成電路，正弦波形成電路，放大電路等部分組成。它的工作原理是，正電流源、負(fù)電流源由電流開關(guān)控制，對時基電容C進(jìn)行恒流充電和恒流放電。當(dāng)電容恒流充電時，電容上

15、電壓隨時間線性增長（uc），當(dāng)電容恒流放電時，其上電壓隨時間線性下降，因此，在電容兩端得到三角波電壓。三角波電壓經(jīng)方波形成電路得到方波，三角波經(jīng)正弦波形成電路轉(zhuǎn)變?yōu)檎也ǎ詈蠼?jīng)放大電路放大后輸出。三、 主要儀器及耗材YB5400型示波器；EE1643型函數(shù)發(fā)生器。四、實驗內(nèi)容與步驟用EE1643函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生1KHZ，10KHZ，VP-P=5V的正弦波、三角波、方波，分別測其峰峰值、最大值、最小值、頻率、周期。對方波還需測其上升時間、下降時間、正脈沖寬度、占空比等。記錄10次（4位有效數(shù)字）。五、數(shù)據(jù)處理與分析對所記錄的等精度測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并寫出測量結(jié)果表達(dá)式： X= (:10次測量結(jié)果的平均值；：的邊界誤差)。要求結(jié)果保留三位有效數(shù)字。A1）1KHZ，VP-P=5V正弦波頻率的測量結(jié)果 次數(shù)被測量一二三四五六七八九十X峰峰值最大值最小值頻率周期A2）10KHZ，VP-P=5V正弦波頻率的測量結(jié)果 次數(shù)被測量一二三四五六七八九十X峰峰值最大值最小值頻率周期B1）1KHZ，VP-P=5V三角波頻率的測量結(jié)果 次數(shù)被測量一二三四五六七八九十X峰峰值最大值最小值頻率周期B2）10KHZ，VP-P=5V三角波頻率的測量結(jié)果 次數(shù)被測量一二三四五六七八九