《电子测量实验》指导书.docx
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《电子测量实验》指导书
《电子测量与仪器》
实验指导书
电子信息工程系
2015年3月1日
简要说明
本指导书是电子信息工程系电子、通信教研组根据《电子测量》课程编写。
适用与电子信息工程、通信工程、自动化、楼宇智能化、应用电子技术等专业学生使用。
根据教学安排，学生共做11个实验。
目录
实验一直流、交流电压的测量1
实验二直流稳压电源的输出指示准确度5
和纹波系数的测量5
实验三普通调幅信号调幅系数的测量9
实验四单调谐放大器幅频特性的测量13
实验五频谱分析仪的使用操作17
实验六逻辑分析仪的使用操作22
实验七：
用示波器测量电压23
实验八：
用示波器测量电流25
实验九：
用示波器测量信号的时间27
实验十：
用李沙育图形测量信号频率29
实验十一：
用示波器测量移相电路的相位差31
实验一直流、交流电压的测量
一实验目的
1掌握示波器和低频信号发生器的使用方法；
2掌握示波器观察信号波形和测量直流电压、交流电压的方法；
3掌握示波器探头的使用和示波器X-Y扫描法。
二实验仪器
TDS1002型示波器一台；
DF1641B1型低频信号发生器一台；
YB1713型直流稳压电源一台；
高频实验箱一台；
万用表一个。
三预习要求
1详细阅读有关低频信号发生器和示波器的使用方法；
2详细阅读直流电压、交流电压的测量方法。
四实验内容和步骤
1直流电压的测量
1）将直流稳压电源的输出信号作为示波器的CH1（或CH2）输入信号，调节稳压电源输出一定直流电压；
2）示波器的耦合选择开关置“接地”，调节示波器的y位移，使水平基线与x轴重合，此为零电平参考；
3）示波器的耦合选择开关置“DC”，扫描基线在y方向移动，选择合适的垂直偏转因数，使扫描基线出现在屏幕的有效范围内；
4）将扫描基线移动的格数、垂直偏转因数和稳压电源指示电压值填入表2-1。
表2-1直流电压的测量
垂直偏转因数/V.div-1
扫描线位移格数/格（div）
观测电压值/V
稳压电源指示电压值/V
2正弦波电压幅度、周期的测量
1）测量时仪器的连接如图2-1所示，将函数发生器的输出接至示波器CH1（或CH2）和万用表的输入端；
2）调节函数发生器，使之输出一定幅度、频率的正弦信号（使T、UP-P为整数格数时读数较为方便）；
3）按观察正弦信号的方法设置和调节示波器各功能旋钮，使屏幕上显示稳定的正弦波形；
图2-1正弦波的测量电路
4）适当选择万用表的量程，测量输入信号电压，记录电压读数，将测量数据填入表2-2。
表2-2正弦波电压、周期的测量
示波器窗口显示值/kHz
万用表的读数/V
观
测
数
据
峰-峰值Ur-r格数/div
计
算
结
果
Um（振幅）/V
垂直偏转因数/V.div-1
U（有效值）/V
每周期格数/div
T（周期）/ms
扫描因数/ms.div-1
f（频率）/kHz
3电路网络输入输出特性的测量
1）对示波器探头进行补偿；
2）找到本次实验所用的单元电路（小信号调谐放大电路），接通电源，按下+12V总电源开关K1，以及本实验单元电源开关K1100；
3）调节函数信号发生器，使其分别输出频率为1MHz和2MHz，峰-峰值为1伏的正弦波，并将输出接至电路的输入端（TP1101）；
4）将示波器探头分别接到电路的输入和输出端，调节示波器使屏幕上出现输入、输出波形，并填写表2-3；
5）将示波器调节到X-Y工作方式，使示波器显示出一个李沙育图形，并填写表2-3。
表2-3电路网络输入输出特性测量
输入波形频率（MHz）
电路输入输出波形
李沙育图形
1
2
五实验报告要求
整理好测量数据，完成表2-1、表2-2、表2-3的填写。
六习题
示波器的耦合选择开关置“DC”位置时，能否测量出交流信号的峰-峰值？
置“AC”位置时，能否测量出复合信号的瞬时值？
实验二直流稳压电源的输出指示准确度
和纹波系数的测量
一实验目的
1掌握万用表和直流稳压电源的使用方法；
2掌握直流稳压电源输出指示准确度和纹波系数的测量方法。
二实验仪器
毫伏表一台；
YB1719型直流稳压电源一台；
电容一个；
导线若干。
三预习要求
详细阅读有关万用表和直流稳压电源的使用方法及注意事项。
四实验内容和步骤
1直流稳压电源的输出指示准确度的测量
1）测量原理
输出指示准确度是直流稳压电源的一个技术指标，一般用百分数表示。
万用表的读数即测量值
，直流稳压电源的输出刻度指示值为
，则输出指示准确度
如下：
2）实验步骤
a将直流稳压电源的输出电压调节旋钮逆时针调节到较小位置，万用表的量程也置于适当的档位；
b接通万用表及直流稳压电源的电源开关，调节稳压电源输出，读取电源电压指示值和万用表读数，并计入表1-1；
c更换万用表为适当量程，从小到大调节稳压电源的输出电压调节旋钮，即调节稳压电源输出，分别读取电源电压指示值和万用表的读数，并计入表1-1；
d重复步骤c；
e按公式计算每次测量的指示准确度
，最后计算
的平均值；
f按上述步骤，测试电源输出指示
，万用表读数
，并计算电源输出指示准确度，完成表1-2。
表1-1电压输出指示准确度的测量
电源输出指示值
万用表读数
平均值
表1-2电流输出指示准确度的测量
电源输出指示值
万用表读数
平均值
2直流稳压电源纹波系数的测量
1）测量原理
纹波系数是反映直流稳压电源输出中交流成分大小的物理量，若用
，
分别表示直流稳压电源输出的总电压、交流电压，则纹波系数定义为：
纹波系数越小，说明直流输出的特性越好。
2）实验步骤
a按图1-1所示连接测量电路；
图1-1直流稳压电源纹波系数的测量电路
b将直流稳压电源的输出电压调节逆时针调节到较小位置，毫伏表的量程也置于适当的档位；
c接通毫伏表及直流稳压电源的电源开关，调节稳压电源输出，读取电源电压指示值和毫伏表读数，计入表1-3；
d从小到大调节稳压电源的输出电压调节旋钮，即调节稳压电源输出，分别读取电源电压指示值和毫伏表的读数，计入表1-3；
表1-3直流稳压电源纹波系数的测量
稳压电源输出总电压
稳压电源输出交流电压
平均值
e重复步骤d；
f按公式计算每次测量的纹波系数
，最后计算
的平均值。
五实验报告要求
整理好测量数据，完成表1-1，1-2，1-3的填写。
六习题
直流稳压电源纹波系数的测量中，隔直电容C的大小对测量结果有何影响？
实验三普通调幅信号调幅系数的测量
一实验目的
1掌握示波器和合成信号发生器的使用方法；
2掌握普通调幅（AM）的原理；
3学会用示波器测量调幅信号的调幅系数。
二实验仪器
TDS1002型示波器一台；
EE1461合成信号发生器一台。
三预习要求
1详细阅读有关合成信号发生器和示波器的使用方法及注意事项；
2详细阅读有关普通调幅（AM）的原理及用示波器测量调幅系数的方法。
四实验内容和步骤
1普通调幅（AM）原理
普通调幅是用低频信号去控制高频正弦波（载波）的振幅，使其随调制信号波形的变化而呈线性变化。
设载波为
，调制信号为
，则普通调幅信号为
其中
，
为调幅系数，
为比例系数。
图3-1为
、
和
的波形图。
从图中并结合普通调幅
图3-1普通调幅（AM）波形图
公式可以看出，调幅信号的振幅由直流分量
和交流分量
相加而成，其中交流分量与调制信号成正比，或者说，普通调幅信号的包络（信号振幅各峰值点的连接）完全反映了调制信号的变化。
图3-2为普通调幅信号的产生原理图。
图3-2普通调幅信号产生原理图
2调幅系数的测量
1）测量原理
由图3-1可知
所以可求得调幅系数
为
2）测量步骤
a调节合成信号发生器，使其输出调制频率1000Hz，载波频率10MHz，调制系数20％的调幅信号，其中调制方式采用内调制；
b按下CH1垂直显示方式，调节示波器“V/div”、“t/div”旋钮到适当的数值，使示波器显示出调幅波形，将调幅信号波形图及有关数据填入表3-1，并按公式计算调幅系数
；
c调整调幅系数分别为50％、80％，重复步骤b，完成表3-1；
五实验报告要求
整理好测量数据，完成表3-1的填写。
六习题
1测量调幅信号波形时，能否使用数字示波器的自动设置按钮，为什么？
2为显示出调幅波形，示波器水平偏转因数（t/div）应调为多大，为什么？
3为使调幅波形显示稳定，示波器触发电平应设为多大，为什么？
表3-1调幅系数的测量数据
调幅系数
20％
50％
80％
调幅信号波形
V/div
t/div
4表3-1中，当调幅系数为50％时，计算此时测量值
的绝对误差和相对误差。
实验四单调谐放大器幅频特性的测量
一实验目的
1掌握单调谐放大电路的原理；
2掌握BT-300A型扫频图示仪测量网络幅频特性的方法；
二实验仪器
BT-300A型扫频图示仪一台；
高频实验箱一台；
三预习要求
1详细阅读有关扫频图示仪的使用方法及注意事项；
2详细阅读有关单调谐放大电路的原理。
四实验内容和步骤
1单调谐放大器基本原理
高频小信号放大器电路是构成无线电设备的主要电路，它的作用是放大信道中的高频小信号。
为使放大信号不失真，放大器必须工作在线性范围内。
高频小信号放大电路的基本类型是选频放大电路，它主要由放大器与选频回路两部分构成。
本实验用三极管作为放大器件，LC谐振回路作为选频器，原理图如图4-1。
在分析时，主要用如下参数衡量电路的技术指标：
中心频率、增益、噪声系数、灵敏度、通频带和选择性。
2单调谐放大器幅频特性的测量
1）测量原理
图4-1单调谐放大器电路原理图
扫频仪是根据扫频法原理制成的示波器，它可以直接显示各种有源和无源网络及电子设备的频率特性。
扫频仪包括扫频信号发生器、示波器、频标电路、检波探头、扫描发生器。
图4-2为扫频仪的组成框图。
图4-2扫频仪组成框图
如图所示，扫频信号发生器在扫描电压的作用下，产生一种输出频率随时间在一定范围内变化而幅度恒定的正弦波电压，并把这种频率连续变化的电压加到被测网路的输入端。
由于被测网络对不同频率的输入信号的放大倍数不同，所以被测网络的输出电压不再维持等幅，其输出信号的包络将按被测网络的幅频特性作相应的变化。
用包络检波器检出输出被测网络信号的包络，得到的包络图形就是被测网络的幅频特性曲线。
把这个图形信号加于示波器的Y轴通道，同时把扫描发生器产生的同步扫描电压加到X轴通道，根据波形显示原理，此时在示波管上得到该被测网络的幅频特性曲线。
2）测量步骤
a接通电源，衰减置0dB，选宽扫，频标方式选100，把检波器接到射频输出，再用电缆将检出的信号送至Y输入通道，调节Y移位与Y增益旋钮，使图形曲线在屏幕有效面积内便于观测，一旦调定，Y移位与Y增益旋钮不可再动，此时的电平线作为0dB电平线；
b在实验箱上找到本次实验所用的单元电路，接通电源，按下+12V总电源开关K1，以及本实验单元电源开关K1100；
c将扫频仪的输出探头接到电路的输入端（TP1101），扫频仪的检波探头接到电路的输出端（TP1102），然后在放大器的射极和调谐回路中分别接入不同阻值的电阻，并通过调节调谐回路的磁芯（T1101），使波形的顶峰出现在频率为6.5MHz处；
d调节“粗衰减”与“细衰减”旋钮，使屏幕上波形波峰的高度与0dB电平线一致，此时的衰减读数即为放大器的增益
；
e通过屏幕上的波形大致读出放大器的带宽
，并将放大器幅频特性曲线、增益及带宽填入表4-1；
表4-1放大器幅频特性数据
射极电阻
与
回路电阻
幅频特性曲线
K1101～1-2
K1102～1-2
K1101～2-3
K1102～1-2
K1101～4-5
K1102～1-2
五实验报告要求
整理好测量数据，完成表4-1的填写。
六习题
试分析单调谐放大回路中的射极电阻
对放大器的增益、带宽及中心频率各有何影响？
为什么？
实验五频谱分析仪的使用操作
一实验目的
1、了解频谱分析仪的工作原理和性能；
2、掌握用频谱分析仪测量信号频谱的方法。
二实验仪器
HM5010型频谱分析仪一台；
DDS合成信号发生器一台；
DF1641B函数发生器一台；
三预习要求
1、预习频谱分析仪的工作原理；
2、预习三角波，正弦波，方波的频谱结构；
3、预习普通调幅波的频谱结构；
四实验内容和步骤
1、频谱仪的功能介绍
HM5010最低能测到2.24uv，即是-100dBm。
一般示波器在lmv，频率计要在20mv以上，跟频谱仪比相差10000倍。
如用频率计测频率时，有的频率点测量很难，有的频率点测最不准，频率数字显示不稳定，甚至测不出来。
这主要足频率计灵敏度问题，即信号低于20mv频率计就无能为力了，如用示波器测量时，信号5％失真示波器看不出来，在频谱仪上万分之一的失真都能看出来。
但需注意的是，频谱仪测量的是高频信号，其高灵敏度也就决定了，要注意被测信号的幅度范围，以免损坏高频头，在2.24uv-1V之间，超过其范围应另加相应的衰减器。
HM5010频谱分析仪频率范围在0.15～1000MHz（1G），产品。
HM5010频谱分析仪可同时测量多种（理论上是无数个）频率及幅度，Y轴表示幅度，X轴表示频率，因此能直观的对信号的组成进行频率幅度和信号比较，这种多对比件的测量，示波器和频率计是无法完成的。
2、HM5010频谱分析仪面版功能介绍
（1）聚焦旋钮（FOCJS）：
用于光点锐度调节。
（2）亮度调节旋钮（1NTENS）：
用于光点亮暗调节。
（3）电源开关（POWER）：
被按下后，频谱分析仪开始工作。
（4）轨迹旋钮（TR）：
即使有磁性（铍膜合金）屏蔽，地球磁场对水平扫描线的影响仍不可能避免。
通过轨迹旋钮内装的一个电位器来调整轨迹；使水平扫描线与水平刻度线基本对齐。
（5）标记按钮（ONOFF）：
当标记按钮置于OFF（断）位置时，中心频率（CF）指示器发亮，此时显示器读出的是中心频率，当此开关在ON（通）位置时，标记（MK）指示器发亮，此时显示器读出的是标记的频率，该标记在屏幕上是一个尖峰。
（6）标记旋钮（MARKER）：
用于调节标记频率。
（7）LED指标灯：
闪亮时表示幅度值不正确。
这是由于扫频宽度和中频滤波器设置不当而造成幅度降低所致。
这种情况可能出现在扫频范围过大时（相对于中频带宽（20kHz），或视频滤波器带宽（4kHz）），若要正确测量，可以不用视频滤波器或者减小扫频宽度。
（8）中心频率粗／细调（CENTFERQ和FINE两个旋钮）：
两旋钮均用于调节中心频率。
中心频率是指显示在屏幕水平中心处的频率。
（9）中频带宽选择（400kHz、20kHz）：
选在20kHz带宽时，噪声电平降低，选择性提高，能分隔开频率更近的谱线。
此时，若扫频宽度过宽，则由于需要更长的扫描时间，从而造成信号过渡过程中信号幅度降低，使测量不正确。
此时“校准失效”LED发亮即表明这一点。
（10）视频滤波器选择（VIDEOFILTER）：
可用来降低屏幕上的噪声，它使得正常情况下，平均噪声电平刚好高出其信号（小信号）谱线，以便于观察。
该滤波器带宽是4kHz。
（11）Y移位调节（Y-POS）：
调节射速垂直方向移动。
（12）BNC5011输入端口（1NPUT
5011）：
在不用输入衰减时，不允许超出的最大允许输入电压为+25V（DC）和十10dBm（AC）。
当加上40dB最大输入衰减时，最大输入电压为+20dBm。
（13）衰减器按钮：
输入衰减器包括有4个10dB衰减器，在信号进入第一混频器之前，利用衰减器按钮可降低信号幅度。
按键压下时衰减器接人。
在连接任何信号到输入端之前，先选择设置为最高衰减量（4x10dB）和最高可用频宽（扫频宽度100MHz／格），若此时将中心频率调在500MHz，则在最大可测和显示频率范围内检测出任意谱线。
当衰减减小时，基线向上移动，则可指出在最大可显示频率范围（例如1200MHz）之外信号幅度有溢出。
（14）扫频宽度选择按键（SCANWIDTH）：
用来调节水平轴的每格扫频宽度。
用u按键来增加每格频宽，用t按键来减少每格频宽。
转换是1—2—5步级，从100kHz／格-100MHz／格。
此扫频宽度以MHz／格显示出，它代表水平线每格刻度。
中心频率是指水平轴心垂直刻线处的频率。
假如中心频率和扫频宽度设置正确，X轴有10分格的长度，则当扫频宽度低于IOOMHz时，只有全频率范围的一部分可被显示。
当扫频宽度设在100MHz／格位置，中心频率设在500MHz时，显示频率以每格100MHz扩展到右边，最右是1000MHz（500MHz+5x100MHz）。
同样，中心向左边则频率减低。
此情况下，左边的刻线代表0Hz。
这时，可以看到一条特别的谱线，即，“0频率”。
这是由于第一本地振荡器频率通过了第一中频而产生的。
当中心频率相对于扫频宽度较低时有此现象。
“0频率”的幅度对每台频谱仪是不一样的。
它不能作参考电平来使用。
显示在“0频率”点左边的那些谱线被称为镜频。
在“0扫频”模式时，频谱仪工作就像是一台可选择（中频）带宽的接收机，此时频率的选择是通过“中心频率”旋钮来实现的。
通过中频滤波器的频谱线产生一个电平显示。
所选的扫频宽度／格值由设置按键上方的LED显示出来。
（15）水平位置旋钮（X-POS）：
水平位置调整旋钮。
（16）水平幅度调整旋钮（X-AMPL）：
水平幅度调整旋钮。
水平位置及水平幅度调节仅仅在仪器校准时才用。
在正常使用下一般无须调节。
当需要对它们实施调节时，则需要用一台很精确的射频振荡器配合使用。
（17）耳机插孔（PHONE）：
阻抗大于16n的耳机或扬声器可以连到耳机插孔。
当频谱仪对某一个谱线调谐好时，可能有的音频会被解调出来。
（18）音量调节（VOL）：
调节耳机输出的音量。
（19）频率显示屏：
在频谱分析仪上有一个频率显示屏，显示频标所在位置的频率值。
3、测量方法
1）用函数发生器产生幅度为5伏，频率为2MHz的正弦波，输入到示波器，调节函数发生器使信号不失真，记录此时的信号波形。
2）把5V、2MHz的正弦波接入频谱分析仪的输入端，调节频谱分析仪的中心频率，扫描宽度，带宽，衰减等旋纽使显示的谱线清晰为止，记录此时频谱仪上的图形，比较测出的频谱结构与理论值是否一致。
3）把正弦波换成方波，三角波重复上述实验过程。
4）使合成信号发生器产生一载波为1M、信号为1k的普通调幅波，用频谱分析仪观测此调幅波的频谱，记录此频谱并分析。
5）使合成信号发生器产生一载波为1M、信号为1k的普通调频波，用频谱分析仪观测此调频波的频谱，记录此频谱并分析。
五试验报告要求
按实验要求整理好数据，绘出波形频谱图，并与理论值比较。
实验六逻辑分析仪的使用操作
一实验目的
1、了解逻辑分析仪的工作原理；
2、掌握逻辑分析仪的基本性能和使用方法。
二试验仪器
16803A逻辑分析仪一台
数字电路版一块
三预习内容
认真阅读课本上关于逻辑分析仪的内容；
查阅有关逻辑分析仪使用的有关资料，了解逻辑分析仪的使用方法。
四实验内容和步骤
1、认真听取指导教师讲解逻辑分析仪的结构和应用；
2、用逻辑分析仪测试数字集成电路
3、用逻辑分析仪测试数字信号间的时序关系及干扰信号
五试验报告要求
1、简单叙述逻辑分析仪的工作过程；
2、简单叙述逻辑分析仪的触发方式。
实验七：
用示波器测量电压
一、实验目的
1．熟练掌握示波器的使用方法；
2．用示波器测试各种交流波形信号和直流信号电压的幅度。
二、实验仪器
示波器一台
信号发生器一台
直流稳压电源一台
三、实验任务
1．利用直流稳压电源自行设计测试直流信号，从示波器上观测信号波形，并计算其幅值；
2．利用信号发生器自行设计交流测试信号（包括正弦波、三角波、矩形波和方波等），从示波器观测信号波形，并计算信号的峰值和有效值
四、预习要求
1．复习示波器的工作原理。
2．复习交流电压峰值和有效值的计算方法。
3．自拟实验数据表格。
五、报告要求
1．列出实验步骤
2．整理实验数据
3.分析实验产生的误差
4．实验心得体会
实验八：
用示波器测量电流
一、实验目的
1．熟练掌握示波器的使用方法；
2．用示波器测试正弦交流电流和直流电流的波形和幅度。
二、实验仪器
示波器一台
信号发生器一台
直流稳压电源一台
标准电阻一只
三、实验任务
1．利用直流稳压电源自行设计测试直流信号，从示波器上观测流过标
准电阻的电流波形，并计算其幅值；
2．利用信号发生器设计不同幅度的正弦交流测试信号，从示波器观测流过标准电阻的电流波形，并计算电流的峰值和有效值。
四、预习要求
1．复习示波器的工作原理。
2．复习电流的有关知识。
3．自拟实验数据表格。
五、报告要求
1．列出实验步骤
2．整理实验数据
3.分析实验产生的误差
4．实验心得体会
六、思考题
1．若电路中采用的电阻为非线性电阻元件，从示波器上将会看到什么样的图形？
2．当用数字式万用表直接测量直流电流时，标准电阻的阻值大小对电路工作状态有影响吗？
实验九：
用示波器测量信号的时间
一、实验目的
1．掌握用示波器测量周期的方法；
2．用示波器测量时间间隔的方法。
二、实验仪器
双踪示波器一台
信号发生器一台
555定时器多谐振荡器电路一块
三、实验任务
1．用示波器测量正弦交流信号的周期
2．用示波器测量时间间隔和脉冲宽度
3．用示波器测量脉冲上升（或下降）时间
4．用示波器测量两脉冲信号的时间差
四、预习要求
1．复习脉冲宽度，上升时间、下降时间的定义及计算方法。
2．复习双踪示波器的应用
五、报告要求
1．列出实验步骤
2．整理实验数据
3.分析实验产生的误差
4．实验心得体会
六、思考题
1．用示波器测量交流信号的周期时，如何才能保证其测量精度？
2．请在实验中试着用手去摸示波器的输入探头，在示波器上看到的是什么信号的波形？
为什么会看到这个波形？
实验十：
用李沙育图形测量信号频率
一、实验目的
1．掌握用示波器测量频率的方法；
2．熟练掌握
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