电子测量与仪器实验指导书

《电子测量与仪器》实验指导书电子工程与自动化学院电子仪器实验室二○一五年三月目录实验一计数器的应用 (1)实验二电压表波形响应的研究 (4)实验三示波器的应用 (8)实验四综合设计性实验 (11)实验一计数器的应用一、实验目的1.通过实验，进一步了解和掌握通用计数器的组成及工作原理。

2.熟悉并掌握通用计数器的正确操作方法。

3.掌握频率、周期、频率比测量的一般方法及对测量误差进行分析的方法。

二、实验仪器及设备1.S S7200A通用智能计数器一台2.D G3101A函数/任意波形发生器一台3.电子测量综合实验板一台4. SS1798A直流稳压电源一台三、实验内容及步骤在进行测量前，复习频率、周期、频率比测量的一般方法，根据实验要求设计测量方案。

在本实验中，用到了综合实验板中的频率计测量实验模块、整形电路模块和信号发生器模块，分别如图1.1、图1.2和图1.3所示图1.1 频率计测量实验模块图1.2 整形电路模块频率计测量实验模块输入输出及按键说明：输入：VCC接+5V、GND接电源地；Vin1、Vin2接两个不同频率待测信号；INT0接与Vin1、Vin2同一待测信号；T1接Vout用于输入单片机计算频率输出：闸门信号为内部设置的基准波形；Vout输出Vin1、Vin2经与门的混合信号；按键：S2切换测频/测周模式；S3切换闸门时间；S4系统复位键；（INT1、T0为备用接口，实验时可不接线）整形电路输入输出说明：（两路整形）输入：VCC接+5V，GND接电源地Ui接非方波信号输出：Uo方波信号图1.3信号发生器模块信号发生器模块输入输出及按键说明：输入：主要有VCC接+5V电源，GND接公共地输出：Uo1为信号输出，接示波器；Uo为Uo1加跟随器后的信号输出，主要是为了稳定前级信号不受负载干扰按键：S5、S6键，控制信号频率的增加与减少。

S4、S2、S3键，控制正弦波、三角波、方波的产生。

S1键，系统的复位键。

1．对输入信号的频率进行测量（1）使用信号发生器模块分别输出正弦波、方波、和三角波，用示波器观察并测出频率；（2）通过整形电路整形后接到频率计测量模块测量频率，记录数码管的读数，改变闸门时间，观察读数的变化，最后计算出频率，并分析产生误差的原因。

2. 对输入信号的周期进行测量（1）使用信号发生器模块分别输出正弦波、方波、和三角波，用示波器观察并测出周期；（2）通过整形电路整形后接到频率计测量模块测量频率，记录数码管的读数，改变闸门时间最后计算出周期，并分析产生误差的原因。

3. 测量两信号的频率比（1）使函数信号发生器DG3101A输出方波作为f1；（2）使用信号发生器模块输出方波作为f2；（3）设计方案测量出频率比f1/f2或f2/f1。

（4）画出测量方案原理框图，并记录结果四、问答题1.本实验中使用的是一种什么样的测频方法？请列举你所知道的别的测频方法。

2.简述通用计数器测频和测周的原理。

实验二 电压表波形响应的研究一、实验目的1. 分析几种典型电压波形对不同检波特性电压表的影响，进一步明确用不同检波 特性电压表测量各种电压波形所得测量结果的物理意义，掌握测量结果的处理 方法。

2.熟悉交流毫伏表的频率响应特性。

3.掌握三种不同检波特性交流电压表的使用方法。

二、实验仪器及设备1.S M 1030数字交流毫伏表 一台2.电子测量综合实验板 一台3.D S 1102C D 数字示波器 一台4.DG3101A 函数/任意波形发生器 一台5.S S 1798A 直流稳压电源 一台三、实验原理设被测交流电压的瞬时值为u （t ），则： 全波平均值 T01()U u t dt T=⎰有效值 U =波形因素 K UU F =波峰因素 P P UK U=由于被测交流电压大多数是正弦电压，而且人们通常只希望测量其有效值，故除非特别说明，交流电压表都是以正弦波为测量对象，并按有效值定度，即表头示值是被测电压为正弦电压时的有效值。

测量非正弦电压时，电压表的读数α必须通过波形因素或波峰因素换算才能得到测量结果：对均值电压表 U K F=α对峰值电压表 ~p P U K α=⋅对有效值电压表 U =α四、实验内容及步骤1.被测电压波形对测量结果的影响。

（1）等读数测量：调节函数信号发生器输出频率为2KHZ ，按下正弦波、三角波、或方波按钮，将分别得到这三种波形输出。

a.用实验板上的平均值检波电路（如图1）的输入端Ui 接正弦、三角和方波输出，Uo 接传感器实验平台的电压表（如图2）调节函数信号发生器的幅度调节旋钮，使电压表表对不同电压波形读数都相同。

例如：α1=α2=α3记录读数，用示波器观察三种波形并画出三种波形图，在图上标明被测电压的峰值。

将电压表的读数及示波器的读数填入表一。

图1 平均值检波电路模块 图2 电压表 b. 用有效值检波电路（如图3）测量三种电压波形，方法同上。

图3 有效值检波电路模块c. 用峰值检波电路（如图4）测量三种波形的结果，方法同上。

图4 峰值检波电路模块d.根据三种特性电压表的测量结果（读数），分别计算出被测电压的平均值、峰值和有效值填入表一，并对测量结果进行分析说明。

（2）等幅度测量a.调节函数信号发生器，输出频率为2KHz，输出幅度为1V（用示波器监视）。

分别输出正弦波、三角波和方波，用平均值检波电路测量各输出波形，记录读数并填入表二中。

b.用有效值检波电路测量三种电压波形，方法同上。

c.用峰值检波电路测量三种电压波形，方法同上。

d.根据测量结果，计算被测电压的有效值，填入表二，并进行分析说明。

2.交流毫伏表频响特性研究。

（1）交流毫伏表频响特性：在1Hz到5MHz频率范围内取若干频率点，保证信号源输出电压为一常数，测量被测电压表的频响特性。

（2）把测量数据填入表三。

（3）根据实验数据，画频率响应特性曲线，并分析说明。

（4）所用仪器频率范围：V-252 0 Hz—20MHzDG3101A1μHz—100MHz五、思考题（1）在等幅度测量中，用峰值电压表测量三种波形时，读数相同吗？为什么？用均值电压表测量时，读数相同吗？为什么？（2）在实际测量中，对于各种非正弦信号电压，如何得到其有效值电压？（3）什么是波形误差？如何消除这项测量误差？实验三示波器的应用一、实验目的1.掌握通用示波器及数字示波器的主要技术性能及其含义。

2.熟悉和掌握示波器的组成及各控制键的作用，并能正确使用。

3.掌握示波器测量时间、电压和相位的基本方法。

二、实验仪器与设备1.DS1102CD数字示波器一台2.V-252双踪示波器一台3.D G3101A函数信号发生器一台4.S S1798A直流稳压电源一台5.移相器实验板一块三、实验内容及步骤1.直流电压测量（数字示波器）（1）选择通道CH1或CH2，将输入“耦合”选择为“接地”，调整垂直移位旋钮使扫描时基线移到屏幕中间或其他适当位置上，并把它作为零电平线的位置。

（2）将输入“耦合”选择为“直流”，然后输入被测直流电压（由直流稳压电源SS1798A 提供），则扫描时基线会在垂直方向（Y方向）移动（即光迹上移或下移），调节垂直偏转因数，使扫描时基线出现在屏幕内。

（3）按“Measure”菜单，“电压测量”相应功能测出被测电压的数值。

2.正弦信号测量（数字示波器）（1）将输入“耦合”选择为“接地”，示波器“触发方式”选择为“自动”，使屏幕出现扫描时基线。

调整垂直移位旋钮使扫描时基线移到屏幕中间或其他适当位置上，然后将“耦合”选择为“交流”。

（2）调节DG3101A函数信号发生器，使其输出频率为100KHz，峰峰值为2V的正弦波。

用示波器观察其波形。

正确调节示波器各控制键和开关，使荧光屏上显示幅度合适的1～2个周期的被测信号波形。

利用光标（Cursor）测出被测波形的峰峰值和周期，分析其值是否正确。

（3）调节DG3101A函数信号发生器，使其输出频率为1MHz，峰峰值为2V伏的正弦波，按（2）中同样的要求再测一次。

（4）在上述两步的测量中，注意有关控制键的正确选用：a.改变垂直偏转因数开关及微调旋钮，观察对波形的影响，记下结论。

b.改变扫描触发方式“自动”、“普通”、“单次”，观察对波形影响，记下结论。

c.改变触发模式中的“信源选择”、“边沿类型”、触发电平（LEVEL）等，观察对波形的影响，记下结论。

3.相位测量（数字示波器）相位的测量指的是两个同频信号之间相位差的测量，如最常见的对电路（或网络）输入与输出信号之间相位差的测量，即电路（或网络）相移的测量。

用双踪示波器可测量二个频率相同信号的相位关系，本实验通过观察正弦波信号通过一个移相器的相位变化，学会其测量方法，测量步骤如下：（1）调节DG3101A 函数信号发生器，使其输出频率为100KHz ，幅度为1伏的正弦信号，加至移相器输入端。

移相器电路如下图所示：（2）将移相器的输入信号U i 和输出信号U o 分别加至双踪示波器的两个输入端CH1及CH2，正确设置示波器的显示方式及触发方式等，使荧光屏上显示合适的被测信号波形。

（3）将移相器的输入信号U i 和输出信号U o 分别加至双踪示波器的两个输入端，正确调节示波器的显示方式开关及触发方式开关等有关控制键，使荧光屏上显示合适的被测信号波形。

（4）记录所测波形，根据公式 Φ =T （div ）×ϕ/div ，计算出两信号的相位差。

Φ——相位差。

T ——两波形在X 轴方向差距的格数。

ϕ——每1div （格）的相位，可通过观测一个周期正弦波所占格数算出。

4.测量调幅波的调幅系数（V-252双踪示波器）单音频调制时，调幅波的波形如下图所示，A=2U max ，B=2U min调幅波的表达式如下：u=U m （1+msin Ωt ）sin ωt式中 U m —— 载波振荡的振幅ω、Ω ——载波振荡、低频调制信号的频率 m —— 调幅系数根据观测所得的A 、B 值，可按下式计算出调幅系数：m=BA BA +-×100% 测量方法如下：（1）调节DG3101A 信号发生器，使之输出调制频率为1000H Z 、调制度为30%，载波频率为465KH Z 的调幅波信号，输出至示波器V-252的CH 1（或CH 2）。

（2）调节DG3101A 信号发生器输出幅度，同时按正弦信号的测量方法适当调节示波器的旋钮，使屏幕上显示稳定的调幅波形（2~3个包络）。

（3）根据显示的调幅波形，读取包络线的峰－峰和谷－谷之间所占的格数A、B值计算调幅系数m，并与信号发生器输出信号的调制度进行比较和验正。

四、思考题1.利用示波器可以测量信号的哪些参数？2.试比较连续扫描和触发扫描的特点。

3.通用示波器与数字示波器各有哪些主要技术指标？4.通用示波器由哪些主要电路组成？5.测量相位误差的方法主要有哪些？列举说明测量相位差的重要意义。