2023年電子測量實驗報告

示波器原理及應(yīng)用研究、交流電壓測量、多種測量儀器的應(yīng)用研究班級:1３生工姓名：蒲紫微所在組號：第一組實驗時間：2023年05月11日一、實驗?zāi)康牧私怆娮邮静ㄆ鞴ぷ髟?學會對的使用數(shù)字存儲示波器測量各種電參數(shù)的方法了解交流電壓測量的基本性質(zhì)，分析幾種典型電壓波形對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,并對測量結(jié)果做出誤差分析學習頻譜分析儀、數(shù)字萬用表、任意波發(fā)生器、失真度儀的使用二、實驗設(shè)備工作臺號14設(shè)備名稱型號編號函數(shù)信號發(fā)生器固緯ＧWAFG-2２25YQ數(shù)字存儲示波器安捷倫54622Ｄ2０232747計算機２0236180Multisim11.0軟件14號桌晶體管毫伏表KenwｏｏdVT-１811４號桌萬用表1４號桌射屢屢譜分析儀ＡｇileｎtE4４11B任意波發(fā)生器Agｉｌｅnt332５0Ａ數(shù)字多用表Aｇilenｔ34４01A失真度測試儀KENＷＯODHM－2５０示波器TEK２023B任意波發(fā)生器GWAFG2２25表1實驗設(shè)備說明三、實驗原理示波器原理及應(yīng)用研究在時域信號測量中，電子示波器無疑是最具代表性的典型測量儀器。它可以精確復(fù)現(xiàn)作為時間函數(shù)的電壓波形(橫軸為時間軸，縱軸為幅度軸)，不僅可以觀測相對于時間的連續(xù)信號，也可以觀測某一時刻的瞬間信號，這是電壓表所做不到的。我們不僅可以從示波器上觀測電壓的波形,也可以讀出電壓信號的幅度,頻率及相位等參數(shù)。電子示波器是運用隨電信號的變化而偏轉(zhuǎn)的電子束不斷轟擊熒光屏而顯示波形的。雙蹤顯示時,有交替、斷續(xù)兩種工作方式。示波器除了用于觀測信號的時間波形外,還可以將兩個相同或不同的信號分別加于垂直和水平系統(tǒng)，以觀測兩信號在X-Y平面上正交疊加所組成的圖形。交流電壓測量一個交流電壓的大小，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，若被測電壓的瞬時值為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，要由電壓表讀數(shù)擬定被測電壓的、、Ｕ，一般可根據(jù)表２計算。電壓表類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算公式多種測量儀器的應(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)的頻譜儀指標有:頻率范圍、掃描寬度、頻率分辨率、掃描時間、相位噪聲。與幅度顯示有關(guān)的頻譜儀指標有：動態(tài)范圍、靈敏度、參考電平、縱坐標類型、刻度。失真度儀典型的失真度儀用于測量20HZ~１00ＫHZ之間信號的失真情況，涉及對音頻信號的測量。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，還內(nèi)置有多種數(shù)學函數(shù)波形,并且允許用戶自行編輯任意波形。四、實驗環(huán)節(jié)示波器原理及應(yīng)用研究實物儀器的使用（１)作好使用示波器前的調(diào)亮、聚焦、校正等準備工作將兩個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,使兩條基線分開適當距離（2)測量各種波形參數(shù)，規(guī)定自行設(shè)計表格記錄數(shù)據(jù)a.方波：信號源輸出1ＫHz方波信號,調(diào)節(jié)示波器時基旋鈕將波形展開,使用示波器的游標,測量上升時間tｒ,和下降時間ｔf上升時間tｒ＝上升沿格數(shù)*掃描時基刻度下降時間tf=下降沿格數(shù)＊掃描時基刻度b．正弦波：信號源輸出1KHz正弦波信號，調(diào)節(jié)ＣH1的垂直幅度旋鈕并讀數(shù),測量反復(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)*掃描時基刻度c.三角波:信號源輸出1ＫHz三角波信號，占空比為50%，在示波器上穩(wěn)定顯示波形,使用游標測出上升時間Ta和下降時間Tb，計算波形對稱度Ta/Tb上升時間Ｔa=上升沿格數(shù)*掃描時基刻度下降時間Ｔb=下降沿格數(shù)*掃描時基刻度調(diào)節(jié)信號源占空比，改變波形對稱性,再次測量對稱度(3）顯示波形的觀測：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)掃描時基旋鈕,觀測不同掃描速度下的波形顯示c觀測交替掃描,將示波器一個探頭接自身測試信號輸出端,另一個探頭接信號發(fā)生器，同時顯示這兩個信號,在示波器面板上(Trigger)模塊中,改變不同觸發(fā)源,觀測波形d觀測波形疊加,在示波器面板上(Anaｌog）模塊中按下maｔｈ，根據(jù)菜單中不同選項,對兩路信號進行數(shù)學運算,觀測波形變化e觀測任意兩種波形的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，按X-Y功能鍵。觀測兩個同項正弦波的Ｘ-Y合成圖形觀測頻率比分別為1:2、1:3、２:3的兩個正弦波的X-Y合成圖形，調(diào)節(jié)其中一個正弦波的幅度并觀測圖形變化。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）中各步測試（2）在Ｍｕｌtisim中設(shè)計一個簡樸的移相網(wǎng)絡(luò)，用示波器觀測輸出端上升沿及下降沿的變化,改變時間常數(shù)，觀測變化規(guī)律。移相網(wǎng)絡(luò)電路連接圖（３)在Ｍultisim中觀測李沙育圖形，在Agｉlenｔ54６22Ｄ面板上(Hoｒizonｔaｌ）模塊中，按下(MainDeｌaｙed），屏幕下方出現(xiàn)選項，按ＸY功能鍵。兩個信號發(fā)生器分別輸出1ＫHz，2KHｚ的正弦波，觀測圖形。分別改變輸出頻率比、輸出信號幅度，觀測波形交流電壓測量(1)打開函數(shù)信號發(fā)生器的電源,選擇產(chǎn)生１KHｚ左右的正弦信號，將函數(shù)信號發(fā)生器的信號線與晶體管毫伏表的輸入端相接，調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(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相接，使用示波器游標（curｓor），讀出信號峰值,填入表中。(2）由函數(shù)信號發(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峰值,填入表中（3)改變函數(shù)信號發(fā)生器的輸出頻率分別為60Ｈz，50ＫHz的正弦波、方波、三角波,使用萬用表和毫伏表同時測量輸出電壓,并將測量和計算結(jié)果填入表中。多種測量儀器的應(yīng)用研究按圖連接虛擬儀器,調(diào)整面板參數(shù),測試信號發(fā)生器輸出為1MHｚ正弦波、方波、鋸齒波時頻譜分布情況。頻譜分布測量連接電路圖使用任意信號發(fā)生器調(diào)出其中預(yù)設(shè)的幾種特殊波形，連接示波器觀測并記錄輸出波形。失真度的測量,按圖連接信號發(fā)生器和失真度儀,設(shè)立信號發(fā)生器輸出分別為８0Hz、１ＫHz的正弦波、方波、三角波，測量信號失真度。五、實驗數(shù)據(jù)表格及解決示波器原理及應(yīng)用研究波形參數(shù):波形頻率上升時間tr下降時間ｔf方波１KHz實物虛擬實物虛擬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正弦波實物虛擬實物虛擬實物虛擬實物虛擬11631000us１000ｕs6V3V表4正弦波波形參數(shù)波形頻率占空比上升時間Ｔa下降時間Ｔｂ波形對稱度實物虛擬實物虛擬實物虛擬三角波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測量波形參數(shù)截圖方波正弦波

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

（二)交流電壓測量電壓表類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，標線未精確對齊波峰波谷表6毫伏表測量1KHＺ信號頻率60Hz50KHz電壓表類型毫伏表(V)萬用表（V）毫伏表（V)萬用表(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毫伏表和萬用表測量60ＨZ和5０KHZ信號（三)多種測量儀器的應(yīng)用研究Muｌtisim測量頻譜分布截圖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觀測任意信號發(fā)生器中預(yù)設(shè)的幾種特殊波形截圖SIＮC?ＮＥＧ_ＲAMPＣＡRDIACEXP_FALＬ?Ｍultisim測量失真度截圖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測量波形失真度實驗結(jié)論和討論實驗結(jié)果及分析在示波器原理及應(yīng)用研究實驗之測量波形參數(shù)中，Ｍultisim測量的方波上升時間和下降時間比實物測量的更短。也許因素為，實物與虛擬測量的方波的給定驅(qū)動電流不同。Mulｔisim和實物測量的正弦波的反復(fù)周期和峰峰值與給定均相同。Ｍultｉsim和實物測量的三角波的波形對稱度與給定相同。在示波器原理及應(yīng)用研究實驗之移相網(wǎng)絡(luò)觀測中,隨著時間常數(shù)的增大,輸出端上升沿時間越小。在交流電壓測量實驗中，示波器讀數(shù)與電壓表讀數(shù)計算所得有微小偏差,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５0KHz信號測量中,萬用表與毫伏表測量結(jié)果偏差較大,因素為：萬用表不能用于測量高頻信號峰值。在多種測量儀器的應(yīng)用研究實驗之Ｍultisｉm測量頻譜分布中,對1MＨＺ正弦波、１MHZ方波、100KＨZ三角波頻率測量,分別為991．７３６KHz、99１.736KＨz、9９.174KHz,與給定基本相同,誤差來源也許為人為選取標線產(chǎn)生偏差。在多種測量儀器的應(yīng)用研究實驗之Muｌtｉｓiｍ測量失真度中,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,毫伏表與萬用表讀數(shù)計算出的峰值與示波器直接讀出的基本一致。高頻時，毫伏表與示波器基本一致，而萬用表偏差較大。微小誤差因素為：人為讀數(shù)產(chǎn)生誤差。萬用表高頻測量出入較大的因素為：萬用表的采樣頻率低于測量頻率,萬用表不能用于高頻測量，只能用于測量１ＫHz以下信號。萬用表和毫伏表在測量高頻信號時是否有差別？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，實現(xiàn)測量的。萬用表的采樣頻率低于測量頻率,萬用表不能用于高頻測量,只能用于測量1ＫHｚ以下信號。而毫伏表則可以測量高頻電壓。比較實體儀器與虛擬儀器在使用及測試結(jié)果上的異同，試分析因素。實體儀器比虛擬