测试技术实验指导书Word文档格式.docx
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三、实验内容
1．锯齿波波形的分解与合成
2．方波波形的分解与合成
四、实验步骤
1．锯齿波波形的分解与合成
（1）接通实验仪交流220V电源，拨动“电源”开关，指示灯亮。
（2）将锯齿波信号接入滤波器的输入端。
将各通道幅值调到最大。
（3）用示波器和万用表观察、记录各通道输出波形的幅值与频率并填入表1－1
带通滤波器7f0相位调节正反向选择幅度调节
幅值示波器
加x轴y轴
器
对称
带通滤波器f0相位调节正反向选择幅度调节
图1－1
表1－1锯齿波的幅频特性
通道
f0
2f0
3f0
4f0
5f0
6f0
7f0
锯齿波
频率
有效值（v）
（4）用李沙育图形法观察与调节各谐波与基波分量的相位差为零
将基波分量相位调节后的波形送示波器的有y轴，2f0分量相位调节后的信号送示波器的X轴。
按下示波器上的X-Y方式转换按钮CH1-X键，屏幕上出现李沙育图形（适当降低示波器的亮度，以避免示波器荧光粉受损），调节2f0分量相位，使李沙育图形满足图1－2所示波形。
之后，f0分量相位调节器不动，分别观察和调节其他各通道的李沙育图形，使其满足要求（相位差为0）
二次谐波与基波三次谐波与基波四次谐波与基波
五次谐波与基波六次谐波与基波七次谐波与基波
图1-2各高次谐波与基波的李沙育图形
（5）将示波器的一个通道接入加法器输出，另一个通道锯齿波输出端，恢复示波器的双通道显示方式。
将正反相选择开关全部拨向正向。
将加法器前的2f0～7f0开关拨向地端，观察双通道波形
（6）依次打开2f0～7f0开关，观察合成波形地变化，记录其总叠加波形
各次谐波的波形与相位各次谐波的总叠加波形
（7）将基波分别与2f0～7f0波形叠加（任选2个通道），在输出端观察结果并记录。
2．方波的分解与合成
（1）将方波信号接入滤波器的输入端，调节对称旋钮，使其对称（用示波器观察其波形）重复锯齿波的分解与合成实验的过程，将相应的数据填入表1－2并记录相应的合成图形
表1－2方波的幅频特性
方波
五、实验报告要求
1．根据实验数据，在同一坐标纸上，画出锯齿波及分解后的基波和各次谐波波形，
2．画出锯齿波与方波合成的波形图（包括基波与各次谐波叠加及所有通道叠加波形）。
分析误差原因。
3．解答思考题。
六、思考题
1．滤波器输出时，各谐波分量之间需调节相位才能使相位为零，讨论误差产生的可能原因？
2．波形合成后，其波形与原信号不太一致，原因是什么？
实验二二阶系统特性测试
1．掌握二级系统中阻尼比对系统频率特性的影响
2．全面掌握二级系统幅频与相频的特点
3．进一步理解二级系统阶跃响应的特点，掌握过渡过程的基本分析方法
1．TPESS-2型实验箱一台
2．双踪示波器一台
3．电位器10KΩ×
1
1．测量二阶系统的幅频特性与相频特性
2．二阶系统阶跃响应的测量
（2）将函数波发生器的波形选择开关拨至正弦波，将正弦波信号串接10KΩ电位器后作为二阶网络状态轨迹显示模块的输入，将示波器的双通道分别接该模块的输入端和x轴输出端。
电路见图2－1
Rw示波器
函数波发生器
10kx轴y轴
图2－1
（3）函数波发生器的输出分别接至数字频率计与真有效值毫伏表，以便随时观察和控制输出信号的频率与幅值。
（4）调整正弦波的输出频率至4KHz，调整幅值，使其输出有效值为1v。
按表2－1的要求分别调整电位器的阻值，测量输出电压及输入输出之间的相位差，将测量结果填入表2－1
补充：
观察相位差的两种方法
1）李沙育图形法。
示波器用X-Y方式显示，把
输入示波器的X轴,把
输入示波器的Y轴，选择适当的档位，使之易于观测。
当两信号相位差为
时，波形为一直线，当两信号相位差为
时，波形为一个正椭圆，当两信号相位差为
时，波形为一个右斜椭圆，参见图2-2，此时，
。
当
时，与之类似，不过椭圆方向向左倾斜，
图2-2
2）
直接比较法。
利用示波器的双通道进行测试，把输入信号接入示波器一通道，输出接二通道，观察并计算相位差。
如图2－3。
图2－3
将正弦波的输出频率分别按表2－1的要求进行调整。
重复上一步骤，将测量结果填入表2－1。
表2－1二阶系统频率特性
4KHz
15KHz
30KHz
80KHz
ξ为最小
Rw=0
Ucm（V）
A/B
ξ为中间值
Rw=（中间值）
ξ为最大
Rw=最大
注意：
（1）每调整一次频率，都要观察并调整其输出幅值，保证其输出幅值不变
（2）频率升高时，适当调整示波器的水平扫描开关
2．测固有频率根据二阶系统的特点，设计实验方法测出二阶系统的固有频率。
3．二阶系统阶跃响应的测量
（1）将输入信号频率改为f=0.5KHz，Um＝2V的方波信号，将两个电位器逆时针旋转到阻值最小，将电容两端的电压分别引到示波器的x轴y轴，观察并记录两个波形与其李沙育图形，与图2－4（a）比较。
（a）欠阻尼时系统的阶跃响应
（b）临界阻尼时系统的阶跃响应
（c）过阻尼时系统的阶跃响应
图2-4
注：
实际观测中，由于
，示波器接收
，观察其图形并通过李沙育图形来观测两者之间的关系。
但由于示波器的两个输入端只有一个共地端，即两个探头的接地端电位必须一致，因而将电路简化成如下图7-3。
由于R=30Ω很小，近似认为
，
，用李沙育图形就可近似观察到RLC电路的状态轨迹。
观测超调量与振荡次数。
超调量＝uφ/u1）×
100％＝，振荡次数：
。
uφ
u1
（2）保持方波幅值频率不变，逐渐调大
的阻值，观察其相应波形与李沙育图形，记录它的变化。
增大到一定程度后，电路将进入临界阻尼状态，记录此刻的
阻值，并记录相应波形与李沙育图形与7-2（b）相比较。
1、继续增大
，直至最大，这期间电路处于过阻尼状态。
记录相应波形并与图7-2（c）比较。
记录在
变大过程中，波形的变化。
2、将电路恢复到欠阻尼状态，不断调大方波频率，观察其波形的变化，记录之。
在电路处于临界阻尼、过阻尼状态下，不断调大方波频率，记录波形的变化。
再减小频率观察结果。
五、实验报告
1．整理实验结果，并加以必要的分析与计算（例如相位差计算），将计算结果填入表2－2
表2－2二阶系统频率特性
相位差
固有频率：
2．根据实验结果，绘制二阶系统的幅频曲线与相频曲线
3．回答思考题
1．什么情况下，RLC串联电路能实现不衰减的正弦波振荡，此时电路处于哪种状态。
实验三、金属箔式应变片单臂、半桥、全桥比较
验证单臂、半桥、全桥性能
二、实验设备
CSY-910型传感器系统实验仪
三、实验步骤
1．有关旋钮初始设置
（1）直流稳压电源：
±
2V档
（2）毫伏表：
0.5V档，F/V表：
（3）差动放大器增益最大
（4）接通总电源及差动放大器电源（副电源）
（5）差动放大器调零：
用导线将正负输入端与地端连接起来，然后将输出端接到电压表的输入端插口，调整放大器的调零旋钮使表头指示为零，然后将增益旋钮调小。
（6）将测微头刻度预先旋至中部附近（15mm处，这样既可以再向上旋，又可以向下旋）。
装上测微头，旋紧固定螺丝。
转动测微头，使梁处于水平位置（目测）并将横向旋钮的0度线对准纵向刻度线。
由于测微头有一磁铁，这样随着旋钮的转动，梁端将随之上下移动，其位移可由测微头上的刻度测出。
2．金属箔式应变片单臂电桥的特性
（1）按图3－1接线图中R4为工作片，r及W1为调平衡网络。
+4V
R1Rw
R+电压表
W1－（V）
R2R3
-4V
图3－1金属箔式应变片单臂电桥接线图
（2）将直流稳压电源打到±
4V档，选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电阻W1，使电压表表头指零（需预热几分种才能稳定下来）。
（3）向上、向下旋转测微头，使梁向上、向下移动，每隔1mm读一个数，将测量数据填入表3－1
表3－1金属箔式应变片单臂、半桥、全桥比较
位移（mm）
-5
-4
-3
-2
-1
2
3
4
5
电压（单臂）mV
电压（半桥）mV
电压（全桥）mV
3．金属箔式应变片半桥特性的测量
保持放大器增益不变，将R3换为与R4工作状态相反的另一应变片，形成半桥。
调好零点，重复上一步骤，将测得的数据填入表3－1
图3－2金属箔式应变片半桥接线图
4．金属箔式应变片全桥特性的测量
保持放大器增益不变，按图3－3接成应变片全桥电路。
图3－3金属箔式应变片全桥接线图
注意事项：
（1）接全桥时注意区别各应变片的工作状态与方向，不能接错
（2）直流稳压电源不能扩大，以免损坏应变片或造成严重自然效应
（3）在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将量程扩大，可直接使用数字式电压表。
四、实验报告
1．在同一张坐标纸上描绘x-V曲线。
2．计算并比较三种接法的灵敏度。
实验四无源和有源滤波器实验
1．了解无源和有源滤波器的种类，基本结构和特性。
2．学会测量滤波器的幅频和相频特性。
3．分析与比较无源和有源滤波器的滤波特性。
1．双踪示波器
2．TPE—SS2型实验箱
1．测试无源滤波器的幅频及相频特性。
2．测试有源滤波器的幅频及相频特性。
1．低通滤波器的频率特性测量
将实验箱中的函数波发生器的波形开关拨至正弦波，频率粗调调至最低档（10～100Hz），将信号输出接至无源低通滤波器的信号输入端，调整正弦波幅值，使其有效值在1V左右（用有效值毫伏表测量）。
逐渐改变信号频率，用交流毫伏表测量出相应的输出电压Uo的有效值，并将数据记录在表4－1中，同理用示波器分别观测Ui和Uo的波形，并大致测量输入与输出信号之间的相位差。
（方法见实验二）
表4－1低通滤波器的频率特性
频率（Hz）
10
100
800
2000
5000
*
6000
9000
10KHz
无源滤波器
Uo（V）
0.707
有源滤波器
（7）每次改变频率时，都必须观测输入信号，使Ui的幅值保持不变。
（8）在*处请仔细调节频率，使滤波器输出为输出最大值的0.707倍左右。
（9）相位差一相是根据测量的A、B计算出的相位差。
（10）有源滤波器实验时，输入端不可短路，以免损坏运算放大器。
当频率超过60KHz后，输出波形有可能会失真，这是由集成运放导致的。
2．测试无源和有源高通滤波器的幅频、相频特性。
将信号源的输出接至高通滤波器上，根据表4－2的频率要求重复上述步骤，将实验数据填入表4－2
表4－2高通滤波器的频率特性
频率（KHz）
20
30
50
60
70
75
123KHz
分析：
有源滤波器当频率升高时，幅值下降的原因。
3．带通、带阻滤波器截至频率的测量
首先在保证测量范围内找出最大输出电压有效值Uom（在保证输入电压有效值1V情况下）然后调整频率，找出截止频率：
在保证输入电压有效值1V情况下，输出幅值在Uom的0.707倍处。
此时的频率即为截止频率。
表4－3带通、带阻滤波器
fL（KHz）
fH（KHz）
Uom（Ui=1V）
无源带通滤波器
有源带通滤波器
无源带阻滤波器
有源带阻滤波器
1．根据实验测量所得的实验数据，绘制各类滤波器的幅频特性曲线和相频特性曲线。
对于同类型的无源与有源滤波器的特性曲线，绘在同一坐标纸上，以便比较。
计算各个特征频率，截止频率和通频带，
2．比较分析各类无源与有源滤波器的滤波特性。
试比较有源滤波器与无源滤波器各自的优缺点。
实验五采样定理
1．了解利用采样脉冲从连续信号中采样的方法以及信号的恢复方法。
2．验证采样定理。
1．双踪示波器一台
2．TPE-SS2型实验箱一台
1．单一频率正弦波采样与恢复
2．多频率信号采样与恢复
1．八阶开关滤波器与低通滤波器截止频率估算
（1）打开电源。
请自行测量信号采样/恢复电路中提供的低通滤波器的幅频特性，估算截止频率。
（2）测试八阶开关电容滤波器频率特性，估算截止频率。
实验所用的是八阶低通开关电容滤波器。
由引脚CLK引入时钟频率，由引脚IN引入需滤波的信号，引脚OUT引出滤波合成输出。
要求输入电压范围在±
4V之间，截止频率
从0.1Hz~25KHz，推荐使用时钟最高频率为2.5MHz，其输出负载要求不少于20KΩ。
实验箱提供了四组矩形脉冲，其频率由晶振分频得出，稳定性高。
实验中同学们可直接使用它们作时钟信号，也可另外引入一个
以上的方波作为时钟信号。
（3）测量方波发生器采样频率。
fsmin=fsmax=
2．单一频率正弦波的采样与恢复
（1）将频率f=50Hz，幅值不超过4伏的正弦波信号接入采样器的输入端，采样器的输出端接低通滤波器。
用示波器观察其抽样结果与通过滤波器后的抽样结果。
改变抽样频率fs，从最小调至最大，观察变化（由于频率较低，注意示波器的档位），绘制fs为最小和最大时的采样与恢复波形。
（2）改变输入信号频率，f=100Hz，，再次调节fs，观察输出波形的变化，并解释出现变化的原因，若想避免这个问题，应如何解决，试实验并验证之。
（3）继续加大输入正弦波的频率，在多大频率附近又会出现什么现象，并解释之。
3．含多频率信号的抽样与恢复
（1）将采样频率调至1.8K，将信号采样/恢复信号输入端改至由“信号分解与合成”的加法器端输入，采样信号输出端接至八阶开关电容滤波器信号输入端。
“信号分解与合成”由锯齿波作为信号输入。
接线图如图5－1所示：
INOUT
CLK
八阶开关
采样器电容滤波器
方波发生器
图5－1多频率信号的抽样与恢复接线图
（2）先将f0BPF-1信号送到加法器，观察采样后及恢复之后的信号，再逐渐加入2f0、3f0、4f0、…，逐一画出输入输出的波形，出现输出波形频率失真的最高频率分量f=。
要想让7f0信号不失真的采样频率应≥。
1．写出测量低通滤波器幅频特性的步骤及连线图，并得出估计的截止频率
2．测量方波发生器的采样频率fsmin=fsmax=及测量方法
3．绘制单一频率正弦波采样前与恢复后的波形，（fsmin和fsmax时）并回答有关问题及解决方案。
4．分别绘制f0＋2f0、＋3f0、＋4f0、…，时的采样与恢复波形，并回答有关问题。
1．非正弦周期信号抽样恢复后失真的原因是什么？
实验六相关实验
1．掌握“同频检测”的理论基础――相关原理
2．测试同频检测器排除噪声的能力
3．了解复杂时间信号的频率结构及谱分析方法
1．TPJ-4同频检测学习机一台
2．XPF-4谐波分析实验仪一台
3．双踪示波器一台
4．信号发生器一台
1．互相关函数Rxy（τ）曲线绘制
2．同频检测的排噪能力的实验
3．频谱分析实验
（1）将TPJ-4同频检测学习机的“频率选择”置任一档（如300Hz），用示波器观察0o,90o,180o,270o,四路正交正弦信号，观察0o～360o移相输出信号。
（2）将工作选择开关置0o,（此时，内部正弦信号自动接模拟同频光电信号J8）；
模拟信号开关置ON，此时0o～360o移相输出信号自动接至加法器J6，在0o相移时，调节其频率，使“同频检测输出表”输出为满刻度，即100μA，记下J13及J9点波形。
（3）将0o～360o移相输出信号按四个象限，每象限按10o分档（共36档）调节移相角φ（代表y（t）的时间延迟）。
分别读出同频检测输出表的读数及相应的J13点的波形，并绘出Rxy（τ）波形，将测量结果填入表6－1。
表7－1同频检测输出数据
延迟（度）
90
120
180
210
270
330
同频检测输出
（1）将TPJ-4同频检测学习机的模拟信号开关置ON，选择频率f0=300Hz，相角选0o。
工作选择开关置0o，则方波基准信号也为300Hz。
调节幅值调节旋钮，使同频检测输出为满刻度的二分之一（即50μA）。
注意调节示波器的档位。
（2）由信号发生器给出100Hz正弦信号，模拟噪声干扰，输入学习机的J7点，用示波器观察J5、J7两点，调节干扰信号的幅值，使其分别为模拟信号幅值的0.5倍，1倍，2倍，观察并记录同频检测表输出读数的变化。
（3）改变信号发生器输出信号频率，观察相关处理输出结果。
（4）画出有用信号、噪声干扰信号及叠加复杂信号（只画一组）。
3．频谱分析实验
（1）将
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