电子测量原理实验指导书.doc

1、电子测量原理实验指导书南 京 邮 电 大 学 自 动 化 学 院目 录电子测量实验系统组成原理及操作 1电子计数器原理及应用 10示波器原理及应用 16R、L、C 参数测量 24逻辑分析仪原理及应用 31交流电压测量 401电子测量实验系统组成原理及操作一、实验目的1了解 SJ-8002B 电子测量实验系统的原理和组成。2学习操作本实验系统并完成一些简单实验。二、实验内容1操作本系统的实验箱内部 DDS 信号源，产生出多种信号波形，并用外接示波器观察。2使用本实验箱内部数字示波器，去观察外部信号源的信号波形。3使用本实验箱内部数字示波器，观察内部 DDS 信号源产生的信号波形。三、实验器材1S

2、J-8002B 电子测量实验箱 1 台2双踪示波器（20MHz 模拟或数字示波器） 1 台3函数信号发生器（1Hz1MHz ） 1 台4计算机(具有运行 windows2000 和图形化控件的能力) 1 台四、实验原理SJ-8002B 电子测量实验系统由三大部分组成：a 电子测量实验箱；b 系列化的实验板；c 微型计算机（含配套的实验软件） ，如图 11 所示。此外，实验中根据需要可以再配备一些辅助仪器，如通用示波器、信号源等。FPGA两 路 DS信 号 源两 路 高 速 A/D采 集 电 子 计 数 器双 积 分 A/D转 换 EP62芯 插 座 扩 展 I/O电 源 虚 拟 仪 器 仓 库

3、电 子 测 量 实 验电 子 测 量 实 验 箱电 路 自 装 实 验 板RLC电 路 实 验 板滤 波 器 电 路 实 验 板温 度 检 测 实 验 板CPLD实 验 板计 算 机电 子 频 率 计 测 频和 测 周 的 原 理双 积 分 A/D原 理和 直 流 电 压 测 量交 流 电 压 表 原 理实 验RLC元 件 参 数 测量数 字 存 储 示 波 器原 理 和 应 用 任 意 波 形 发 生 器的 设 计 与 调 试温 度 检 测 与 控 制系 统 设 计 实 验逻 辑 分 析 仪 的 原理 及 应 用PD逻 辑 电 路的 设 计 与 调 试数 字 存 储 示 波 器RLC参 数

4、测 试 仪电 子 计 数 器频 谱 分 析 仪 直 流 电 压 表函 数 发 生 器频 率 特 性 测 试 仪扫 频 信 号 源 交 流 电 压 表任 意 波 形 信 号 源逻 辑 分 析 仪系 列 化实 验 板图 11 电子测量实验系统的基本组成2电子测量实验系统的外貌图如图 12 所示。图 12 电子测量实验系统电子测量实验箱主板如图 13 所示。S 1 0 2短路块 6 2 芯插座 ，实验电路板A C 9 V温度板用电源 E P P 插座 ，连接计算机并口键盘板接口电位器直流可调电压S 1 0 1短路块 S 7 0 2短路块 S 6 0 2短路块 采集 1 通道输入 A i n 1信号源

5、 1 输出 A o u t 1测频输入 F x采集 2 通道输入 A i n 2信号源 2 输出 A o u t 2直流电压输入 D C i n图 13 电子测量实验箱主板主板上的短路块说明：短路块名 短路位置 连接说明 使用场合3左边 7109直流电压差分输入端 DC不接地温度实验时使用S101右边 109直流电压差分输入端 DC接地通常情况下应用左边 采集两个通道输入Ain1和 Ain2不连接通常情况下应用S102右边 采集两个通道输入Ain1和 Ain2短接快速检查实验板时使用置于“no” 信号源 1输出不加滤波一般情况S602置于“filter” 信号源 1输出加滤波需加滤波置于“no

6、” 信号源 2输出不加滤波一般情况S702置于“filter” 信号源 2输出加滤波需加滤波1电子测量实验箱实验箱由五个基本功能模块组成，即信号源模块、高速数据采集模块、测频模块、数电子测量字 I/O 模块、以及直流电压测量模块构成。这里先介绍两个模块，其他模块在相应实验中介绍。（1）信号源模块它是一个采用直接数字合成（DDS）的任意波形发生器，由平台软件直接提供了十六种函数的波形数据，可产生正弦波、方波、三角波等 16 种波形。也可以由用户自己提供波形的数据，产生用户所需的任意波形。信号源的频率和幅度均可由用户编程控制。DDS 信号源的组成原理如图 14 所示。 N比 特 相位 累 加 器

7、SRAM波形 存 储 器 DAC数 模转 换 器 LPF低 通滤 波 器时 钟clkF频 率 控 制 码FCW地 址 数 据图 14 DDS 信号源的组成结构由图 14 可见：DDS 信号源由相位累加器、RAM 波形存储器、DAC 数模转换器以及低通滤波器组成。其工作原理是：相位累加器在时钟信号驱动下对频率控制码进行累加，输出累加值即相位序列码作为 RAM 的地址。从 RAM 里面取出预先存放的一个周期输出波形的幅值编码，然后再经 DAC 转换得到模拟的阶梯电压，最后经过低通滤波器使其平滑后即得到所需要的信号波形。4DDS 信号源有如下优点：（1） 信号频率稳定，分辨率高，输出频点多（可达到

8、2N-1个频点，N 为相位累加器的位数） ；（2）频率切换速度快，可达 us 级；（3）频率切换时相位连续；（4）可以产生任意波形信号，其主要性能指标为：分辨力： 输出频率小于 1MHz 时分辨力为 1Hz ；输出频率范围：正弦波：1Hz 2MHz ，其它波形： 1Hz 200KHz； 输出信号幅度范围：0.1V 16V 峰峰值；幅度分辨率：1； 通道数：2（2 个独立的 DDS 信号源） 。（2）采集模块（数字示波器）采集模块有 CH1 和 CH2 两个采集数据输入通道。通道增益、采样速率、采样点数、触发源等也可通过编程控制。图 15 所示为实验平台中数据采集模块的原理框图。该采集模块既可以

9、实现示波器的功能也可以实现交流电压表等的功能。为了扩展输入的电压范围，通道中包含有前级衰减电路前级仪用放大电路中间衰减器和后级放大电路，最后由 A/D 转换电路，变换成数字量并且存储在 RAM 中，当采集完成以后计算机通过 EPP口把数据取回，并对其进行数据处理。数据采集采用了 8 位的 A/D 转换器，模拟输入电压范围（峰峰值）：-50V 到+50V；采样速率20M、10M、5M、2.5M、1M 、500K、250K 、100K 、50K、25K、12.5KSPS；可程控增益20、10、5、2、1、0.5、0.2、0.1、0.05、0.02；数据缓存深度：30KB。 衰减 仪用放大电路 衰减

10、电路 数据存储器 EP接口CPLD内 部 电 路 A/D转换器 地 址 发 生 器 触 发 方 式 选 择 EP控 制 电 路 采 集 控 制 逻 辑 触 发 源 选 择 晶振 采 样 频 率 选 择 后级放大电路 单通道输入图 15 数据采集部分一个通道的原理框图2系列化实验板包括 R、L、C 电路实验板、滤波器电路实验板、温度检测实验板、 CPLD 实验板、键盘点阵实验板、电路自装实验板（白板）等，如图 16 所示。5图 16 系列化实验板实验平台上安装有一 62 芯的双排插座，系列化实验板插入此插座，实现实验板和平台之间的信号线的可靠连接，从而可进行不同的实验。实验时，实验电路板插入 6

11、2 芯插座接入测试平台，实验平台内的信号源模块通过插槽上的 AO（模拟输出 AO1 和 AO2）插脚给实验板提供激励信号；测试平台内的采集模块通过插座上的 AI（模拟输入 AI1 和 AI2）插脚实时的采集并存储实验板的输出响应信号。当采集完预置的点数后，微机通过 EPP 接口读取采集数据，再经分析和处理后，将实验结果显示在屏幕上。6五、实验步骤1实验准备（1）按照图 1-7所示的方法连线，S602 接“no”端。 （2）先打开实验箱电源，电源指示灯“亮” 。然后在 PC机上运行主界面程序，如图18 所示，再从主界面进入“电子测量实验室” ，其界面如图 19 所示，最后选择实验一，软件则自动打

12、开了信号源和示波器的界面。 EP示 波 器信 号 发 生 器 电 源 计 算 机Ain1Aout1电 子 测 量 实 验 箱S602图 17 实验连接框图图 18 主程序界面7图 19 电子测量实验室界面2信号源的操作（1）虚拟信号源的面板如图 110 所示：8图 110 信号源面板（2）设置 DDS信号源 1的输出 Aout1的幅度、频率，默认设置为幅度 2.0V，频率4.885KHz。点选 16种波形的任意几种，用外接示波器观察，并记录波形于表 11 中。表 11_波 _波 _波 _波_波 _波 _波 _波3示波器功能操作(1)虚拟数字存储示波器的面板如图 111 所示：图 111 数字存

13、储示波器9（2）设置信号源使它产生一个幅度（峰峰值）为 5V，频率为 5kHz的正弦波信号，点击数字存储示波器界面上的“开始” ，选择合适的“秒/格”和“伏/格”,其它选用默认值（耦合选“直流” ，触发源选“时钟 CLK1”，测量方式选“循环” ） ，观察波形并记录于表 1-2。把波形改为三角波、方波，用虚拟示波器观测幅度和频率，并与信号源相应的输出值进行比较。表 12波形 峰值 频率正弦波三角波方波（3）用 Q9线将 Aout1和 Ain1连接起来，在信号源面板上设置 Aout1的幅度为 3V、频率为 5KHz，产生一个正弦波，用虚拟示波器观测幅度和频率。六、思考和练习题1虚拟仪器和传统仪器

14、的组成和操作使用有什么不同？注意：1) 实验前不通电，先接线和插卡。2）在运行软件前要先打开实验箱的电源。3）示波器和信号源的软件界面可同时运行，但是信号源在修改设置参数时，请先停止示波器的测量。4）以上注意事项适合于本实验课程的其他实验。10电子计数器原理及应用一、实验目的1. 了解频率测量的基本原理。2. 了解电子计数器测频/测周的基本功能。3. 熟悉电子计数器的使用方法。 二、实验内容1. 频率测量，并了解测频方式下：闸门时间与测量分辨率关系。2. 周期测量，并了解测周方式下：时标、周期倍增与测量分辨率关系。三、实验器材1.SJ-8002B 电子测量实验箱 1 台2双踪示波器（20MHz

15、 模拟或数字示波器） 1 台3函数信号发生器（1Hz1MHz ） 1 台4计算机(具有运行 windows2000 和图形化控件的能力) 1 台四、实验原理1.测频原理所谓“频率” ，就是周期性信号在单位时间变化的次数。电子计数器是严格按照fN/T 的定义进行测频，其对应的测频原理方框图和工作时间波形如图 2-1 所示。从图中可以看出测量过程：输入待测信号经过脉冲形成电路形成计数的窄脉冲，时基信号发生器产生计数闸门信号，待测信号通过闸门进入计数器计数，即可得到其频率。若闸门开启时间为 T、待测信号频率为 fx，在闸门时间内计数器计数值为 N，则待测频率为fx = N/T (2-1)若假设闸门时

16、间为 1s，计数器的值为 1000，则待测信号频率应为 1000Hz或1.000kHz，此时，测频分辨力为 1Hz。图 2-1 测频原理框图和时间波形112.测周原理由于周期和频率互为倒数，因此在测频的原理中对换一下待测信号和时基信号的输入通道就能完成周期的测量。其原理如图 2-2 所示。To Tx 图 2-2 测周原理图待测信号 Tx 通过脉冲形成电路取出一个周期方波信号加到门控电路，若时基信号(亦称为时标信号)周期为 To，电子计数器读数为 N，则待测信号周期的表达式为（2-2）MTOX例如：fx = 50Hz，则主门打开 1/50Hz（= 20ms） 。若选择时基频率为 fo = 10M

17、Hz，时基 To0.1us ，周期倍乘选 1，则计数器计得的脉冲个数为 = 200000 个，OXT如以 ms 为单位，则计数器可读得 20.0000(ms) ，此时，测周分辨力为 0.1us。3.中界频率当直接测频和直接测周的量化误差相等时，就确定了一个测频和测周的频率分界点，这个分界点的频率值称为中界频率。由测频和测周的误差表达式并结合图 2-3 可以看出：测频时的量化误差 和测周时的量化误差 相等时，即可确定中界频率 为xsf/ xT/0 xmf（2-3）0ffmxms故 （2-4）0fs式中， 为测频时选用的频标信号频率，即 闸门时间的倒数 ； 为测周sf SsTf/10f频时选用的时

18、标信号频率， ；当 时，应使用测频的方法；当0/1Tfxmf时，则应使用测周频的方法。对于一台电子计数器特定的应用状态，可以在同xmf一坐标图上同时作出直接测频和直接测周的误差曲线（图 2-3） ，两曲线的交点即中界频率点。4.电子计数器测频/测周的自动功能电子计数器的自动测频/测周功能主要取决于中界频率。假定选择闸门时间为 1s 和测周/频时标信号频率为 10MHz，则中界频率为 MHz(=3162Hz)。因此在选用电子计数10时基信号发生器分频电路 脉冲形成电路闸门 电子计数器门控电路脉冲形成电路周期倍乘MMMMMMMMM12器自动测量时，先指定用测频的方式预测一下输入信号的频率，再与中界

19、频率比较之后自动确定电子计数器测频/测周方式。图 2-3 测频和测周时的误差曲线5测量时间和计数值（1）测频模式测量时间闸门时间 T计数值 N= fx*T 闸门时间短，测量低频信号，N 可能很小，甚至为 0，这种情况应避免。由于我们使用 24位计数器，计数值 N224（16777216） ，否则溢出（OVER） 。（2）测周模式测量时间 MX计数值 0fTXO测量时间与被测信号的周期和周期被乘系数成正比，若选择大的周期倍乘系数，测量低频信号时，测量时间将很长。低频信号选用大的周期被乘系数和高的时标时，计数值会很大，产生溢出。五、实验步骤1. 按如图 2-4所示,连接实验系统。EPP电子测量实验

20、箱信号发生器电源计算机示波器监测F xA o u t 1图 2-4 实验平台及实验器材连接图说明：被测输入信号有两种接法，一种是如图 2-3 所示的，由外接信号发生器连接13实验箱测频输入 fx 的 BNC 插座；一种是如图 2-3 所示的 ，由实验箱上的信号源Aout1(或 Aout2)连接实验箱测频输入 fx 的 BNC 接头，并用示波器监测输入信号的幅度和频率大小。然后按照电子计数器测频/测周实验运行电子计数器程序进行测量。2.电子计数器的面板如图 2-5所示。图 2-5 虚拟电子计数器面板使用说明：（1）当选择测频/测周按钮置“测频”时，可选“闸门时间”分别为：1ms,10ms,100

21、ms,1s,10s，时标选择旋钮不使能；（2） 当选择测频/测周按钮置“测周”时，可选“周期倍乘”分别为：1，10，100，1000，10000。时标选择旋钮可选10MHz,1MHz,100KHz,10KHz,1KHz。（3）当选择“自动”按钮时，测频/测周按钮、时标选择旋钮和测频/测周按钮不使能，将自动根据被测信号与中界频率的大小关系来确定采用测频或测周方式，并显示相关内容。注意：在“测周”模式下，若选择大的周期倍乘系数，测量低频信号时，测量时间将很长。3.电子计数器测频/测周实验（） 利用函数信号发生器产生不同频率的信号，波形可分别为方波、正弦波、三角波，幅度为 1V5V,由虚拟电子计数器

22、对其进行“测频” ，选择不同的闸门时间，对测量结果进行比较和分析。记录测量的频率值，并填入表 2-1：表 2-1信号频率闸门时间 25Hz 250Hz 2kHz 20kHz 200kHz 2MHz1ms 不做 不做10ms 不做100ms141s10s提问：本实验中测频模式，闸门时间选用 10S 时，测量 2M 信号为什么会溢出？（） 利用实验箱上的信号源产生不同频率的信号，波形可分别为方波、正弦波、三角波，幅度为 1V5V,由虚拟电子计数器对其进行“测频” ，选择不同的闸门时间，对测量结果进行比较和分析。记录测量的频率值，并填入表 2-2：表 2-2信号频率闸门时间 25Hz 250Hz 2

23、kHz 20kHz 200kHz 2MHz1ms 不做 不做10ms 不做0.1s1s10s（） 利用函数信号发生器产生不同频率的信号，由虚拟电子计数器对其进行“测周” ，时标选择为 10MHz，幅度为 2V，改变不同的周期倍乘，对测量结果进行比较和分析。记录测量的周期值，并填入表 2-3：表 2-3信号周期周期倍乘 0.2s(5Hz) 20ms(50Hz) 2ms(500Hz) 0.2ms(5kHz) 20us(50kHz)2us(0.5MHz)110100 不做1000 不做 不做10000 不做 不做 不做15提问：本实验中测周模式，周期被乘选用 10 时，测量 5Hz 信号为什么会溢出

24、？（） 利用实验箱上的信号源产生不同频率的信号，由虚拟电子计数器对其进行“测周”，时标选择为 10MHz，幅度为 2V，改变不同的周期倍乘，对测量结果进行比较和分析。记录测量的周期值，并填入表 2-4：表 2-4信号周期周期倍乘 0.2s(5Hz) 20ms(50Hz) 2ms(500Hz) 0.2ms(5kHz) 20us(50kHz)2us(0.5MHz)110100 不做1000 不做 不做10000 不做 不做 不做（5）利用函数信号发生器产生一个频率为 60Hz,幅度为 3V左右的方波信号，由虚拟电子计数器对其进行“测周” ，选择不同的时标频率，对测量结果进行比较和分析。记录测量的周

25、期值和频率值，并填入表 2-5：时标选择 10MHz 1MHz 100KHz 10KHz 1KHz频率周期（6）利用函数信号发生器产生不同频率的信号，幅度为 2V，由虚拟电子计数器对其进行测量，选择“自动方式” ，观察仪器自动选择的“测频或测周”模式，记录测量的频率值和周期值，对测量结果进行比较和分析，并填入表 2-6：表 2-6信号频率 20Hz 200Hz 3kHz 4kHz 50kHz 1.5MHz测频/测周模式实测频率实测周期16六、思考和练习1、分析以上测量数据，在电子计数器测频过程中，闸门时间对测量分辨力有何影响？2、时标选择对电子计数器测周分辨力有何影响？17示波器原理及应用一、

26、实验目的1了解数字示波器测量的基本原理。2熟悉虚拟数字存储示波器的操作，观察几种典型信号的波形并进行参数测量。二、实验内容1测量周期信号的幅值、频率。2测量信号的时域参数。3、信号的测量、存储、回放。4、观察李沙育图形。三、实验器材1SJ-8002B 电子测量实验箱 1 台2双踪示波器（60MHz 模拟或数字示波器） 1 台3函数信号发生器（0. 1Hz10MHz ） 1 台4计算机(具有运行 windows2000 和图形化控件的能力) 1 台四、实验原理1数字示波器原理数字存储示波器是用 A/D 变换器把模拟信号转换成数字信号，然后把数据存储在半导体存储器 RAM 中。当有需要时，将 RA

27、M 中存储的内容调出，通过 LCD 用点阵或连线的方式再现波形，其原理框图可以参考图 61。在这种示波器中信号采集和信号显示功能是分开的，它的功能和性能主要取决于进行信号采集与处理的 A/D、RAM 和微处理器的性能。由于采用 RAM 存储器，可以快写数慢读数，或者慢写数快读数，这样即使得即使在观察缓慢信号或者观测高速信号时显示带宽限制时也不会有闪烁现象。182虚拟数字存储示波器组成 输 入 电 路 A/DRAM控 制 系 统Vi PC机图 61 虚拟数字存储示波器虚拟示波器将计算机和测量功能融合于一体，用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的功能，用计算机的显示器代替传统仪器物理面板。通过相关的

28、软件可以设计出的操作方便、形象逼真的仪器面板，不仅可以实现传统示波器的功能，而且具有存储、再现、分析、处理波形等特点，还可以进行各种信号的处理、加工和分析，完成各种规模的测量任务。而且仪器的体积小、耗电少，方便携带，可以在不同的计算机上使用。在 SJ-8002B 中，采用了虚拟数字存储示波器的原理来实现数据的采集。其中的信号调理、AD 转换、存储数据的 SRAM 以及控制逻辑都在是实验平台中，计算机主要起到了数据的处理和显示的作用。3SJ-8002B 电子测量实验箱示波器硬件结构（1）测量范围及指标测量电压幅度范围：20V 20V（峰峰值）测量频率范围：1Hz1MHz采样时钟：20MHz 12

29、.5KHz数据缓存深度：64KB显示波形的峰值、平均值、有效值和频率、周期等参数。通道数： 2垂直偏转因素(V/div)Div序号div 3 4 5 6 7 8 9垂直偏转因素(V/div)50mv/div0.1v/div0.2v/div0.5v/div1v/div2v/div5v/div量程(V) 0.5 1 2 5 10 20 50通道总增益 2 1 0.5 0.2 0.1 0.05 0.02水平时基因素（秒/格）序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9秒/格 0.1u 0.2u 0.5u 1u 2u 5u 10u 20u 50u 100u19采样频率Hz20M 20M 20M 20M

30、 20M 20M 20M 20M 20M 20M序号 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19秒/格 200u 500u 1m 2m 5m 10m 20m 50m 0.1S 0.2S采样频率Hz10M 5M 2.5M 1M 500K 250K 100K 50K 25K 12.5K（2）硬件原理图高速 A / D转换器A D 9 2 8 8A I 1 信号通道输入A I 2 信号通道输入放大整型电路放大整型电路C P L D 内部电路地址发生器E P P 控制电路采集控制逻辑触发方式选择采样频率选择时钟数据存储器S R A M数据存储器S R A M计算机EPP接口图 62 S

31、J8002B 示波器硬件原理图图 62 为示波器模块的原理框图。由图可见，高速采集的双通道是完全独立的，可以实现虚拟双踪数字存储示波器的各种功能，完成多种不同的测试任务。4 数据处理根据采集的波形数据，计算出被测信号的有效值、均值、峰值、频率。离散信号的电压平均值及峰值的数学表达式如下所示：电压有效值： 21NKUV电压平均值： 1K电压峰峰值： 。maxinV20五、实验步骤1实验准备（1）按照图 63 连线。示波器从 Ain1 输入，在两种连接方式中选择一种，使用外部信号源，使用内部信号源 1 通道。（2）先打开实验箱电源，电源指示灯“亮” 。然后在 PC机上运行主界面程序，再从主界面进入

32、“电子测量实验室” ，最后选择实验六，软件则自动打开了信号源和示波器的界面。EPP电子测量实验箱信号发生器电源计算机Q 9 线示波器监测A i n 1A o u t 1图 63 实验连接框图2虚拟数字存储示波器面板虚拟数字存储示波器面板如图 64 所示，它与实际的仪器有相似的面板，有CH1（绿） 、CH2（黄）两个通道，面板下部还同时显示出伏/格、峰值(平均值、有效值)、频率、秒/格。示波器显示波形窗水平通道和垂直通道均为 10 格（div ） 。21图 64 虚拟数字存储示波器面板3测量如下各种波形的参数操作接在 Ain1 的信号源产生以下信号，用 CH1（绿）通道进行测量，调整秒/格使信号

33、波形在屏幕上显示 25 个周期，调整伏/格使信号波形充满半个屏幕到满屏。（1）正弦波（Aout1，Ain1）信号源产生一个正弦波如图 65，用虚拟示波器观察,把显示面板上的峰值和频率填在表 61 中。表 61输入幅度(峰值V)输入频率kHz选择秒/格读出秒格数估算周期估算频率示波器频率读数选择伏/格读出峰峰值伏格数估算峰峰值示波器峰值读数根据读数计算有效值1 12 54 506 100图 65 正弦波ttv22信号周期一个周期所占秒格数秒/格 信号频率1/ 信号周期信号峰峰值波形垂直伏格数伏/格 峰值峰峰值 1/2（2）三角波波形换成三角波如图 66，观察波形对称度 。baT表 62输入幅度（

34、峰值 V）输入频率（kHz）选择秒/格格数aT格数 ba1 15 55 508 100（3）方波信号源产生一个方波，用虚拟示波器观察上升时间和下降时间。表 63输入幅度（峰值 V）输入频率（kHz）选择秒/格 rt秒/格读数rt（s）ft秒/格读数ft（s）5 1005 2005 500（4）调幅波用 Q9 线把 Aout1 和 Ain1 连接起来，启动虚拟信号源程序，产生一个调幅波，用示波器测量调幅系数 %10bam表 64aTbTttv图 66 三角波 rtft ttv图 67 方波ttv ba图 68 调幅波23输入幅度（峰值 V）输入频率（kHz）选择伏/格a 格数 b 格数 mft5

35、 0.55 5.05 204双踪显示波形的观测由两台函数信号源分别产生两路电压信号，分别输入给 Ain1 和 Ain2，一个信号幅度为 5V，频率为 5KHz 的正弦波，另一个信号幅度为 3V，频率为 5KHz 的三角波，由虚拟数字存储示波器进行双踪显示，记录选择的伏格和秒格，并画出波形。注意：实验箱主板上方的 S102 短路块位置放在左边。画信号一波形：画信号二波形：5波形存储与回放在用示波器测量的过程中，随时可以把波形数据保存。方法是点击面板上面的“保存”按钮，就会弹出一个对话框，取一个文件名，再选择路径、文件扩展名之后单击保存就能把波形数据保存在计算机的硬盘里。要把计算机硬盘里存储的波形

36、文件打开，就直接单击面板上面的“打开”按钮（注意此时不能启动采集） ，就能够实现波形的回放，这时通过调节“伏/格”和“ 秒/ 格”能够改变波形的显示。把实验步骤 3 中的波形先保存到硬盘，然后再打开，对比它们有无变化。6观察李沙育图形在双踪示波器上选择 X-Y 显示方式，利用示波器 X 和 Y 通道分别输入被测信号和一个已知信号，调节已知信号的频率使屏幕上出现稳定的图形，这些图形称为李沙育图形。（1）调节电子实验箱输出通道 Aout1 和 Aout2，输出相同正弦波信号，幅度为 2V，24频率为 1KHz，调节示波器，使之工作于 X-Y 方式，Aout1 输入示波器 X 通道，Aout2 输入

37、示波器 Y 通道，观察李沙育图形，并画出波形。画信号波形：（2）调节电子实验箱，输出通道 Aout1 输出幅度为 2V，频率为 1KHz 的锯齿波信号，输出通道 Aout2 输出幅度为 2V，频率为 1KHz 的正弦波信号，调节示波器，使之工作于X-Y 方式， Aout1 输入示波器 X 通道，Aout2 输入示波器 Y 通道，观察李沙育图形，并画出波形。画信号波形：（3）调节电子实验箱，使两个输出通道 Aout1 和 Aout2 输出相同幅度，不同频率比的信号，调节示波器，使之工作于 X-Y 方式，Aout1 输入示波器 X 通道，Aout2 输入示波器 Y 通道，观察李沙育图形，并分析图形

38、与频率比和相位的关系，加深对示波器扫描显示原理的理解。六、思考和练习题1能否用一个带宽为 20MHz 的示波器观测重复频率为 15MHz 的正弦波和方波？为什么？2利用示波器测量各种波形参数时，你如何减小其测量误差？3观察李沙育图形时，示波器 X 通道输入锯齿波信号，输出图形与 Y 通道输入波形有什么关系，为什么。25R、L、C 参数测量一、实验目的1熟悉电阻、电感、电容（R、L、C ）元件参数测试的原理。2掌握本实验系统测量 R、 C 的基本方法。二、实验要求1实验前要求预习关于“阻抗参数的数字化测量”相关内容。2基于本实验系统，完成 R、C 参数的测量，记录测量数据，并对电阻测量进行误差分

39、析。3了解 R、L、C 参数的校准测量原理及方法。三、实验器材1. SJ-8002B 电子测量实验箱 1 台2双踪示波器（20MHz 模拟或数字示波器） 1 台3计算机(具有运行 windows2000 和图形化控件的能力) 1 台4SJ-7001 RLC 参数测量实验板 1 块5数字电压表（4 1/2 位） 1 个6R、C 被测试元件： 各 35 个 四、实验原理1R、L、C 参数测试原理如图 51 中 为被测阻抗， 为xZrR采样电阻（标准电阻） 。 为幅度频率可U调信号源。由图知：（5-rxrxxI1）令被测阻抗（5-2）xjxjXReZ则 （5-cosrU3）xIxZxU rRxI r

40、U图 51 R、L、C 电路原理图26（5-4 ）sinrxRUX式中 为 和 或 和 的相位差。xIrx若被测阻抗 分别为 Rx、L x、C x的理想元件（不考虑 Lx、C x的损耗） ，即 Z（5-5）RZ0（5-6）xxj9（5-7）1Cx 则有： （5-xrU8）（5-9）xrRL（5-rxCU10）根据式（5-8） 、 （5-9） 、 （5-10） ，即可进行元件参数 Rx、L x、C x的测量，式中 、xU为同频正弦波的有效值或峰值， 为角频率。 与 相比，表现为幅度和相位的变rUr化（对于纯电阻，无相位变化，对于 L、C 元件，相差 ） ，通过改变采样电阻 的大90 rR小，即可

41、改变 R、L、C 参数测量的量程。272.实验硬件电路图图 5-2 是根据上述原理设计的 RLC 参数测量实验板（SJ-7001） 。图中，测试信号（正弦波）由实验箱的第一路信号源（A out1）产生（也可外接信号源） ，信号源峰值为1V（典型频率值为 1kHz）, 经 2 倍放大后，得到 2V 峰值。信号源输出的匹配电阻，在更换量程时， 与 同步的切换， 的作用减小电压 、 的变化范rR0 0Rr0RxUr围，增加测量电路工作的稳定性。图中 为实现测量校准的标准电阻，通过模拟开关选s择被测元件或校准电阻。放大器 A1、A 2分别取出被测阻抗 （或校准电阻 ）和采样xZsR电阻 两端的电压，并

42、经过适当放大，得到 和 ，它们分别连接到rR1U2rAU实验箱的高速采集输入通道 Ain1 和 Ain2，实现信号采集并通过计算得到信号的幅值。根据、 放大倍数及式（5-8 ）（5-10） ，得到元件参数 Rx、L x、C x，即1xUA2x（5-11）21xrRAU（5-12）12xL（5-xrC13）101k10k 101k10kVUm20A210k 301k3k10k30k10k30ksRrR10k0RrUA22xUA112A1ArUxUxZV1 1.， .3， ， 41， 4， 2， .3图 52 R、L、C 参数测量原理图（SJ-7001 实验板）3校准方法如式（5-11）（5-13

43、） ，为得到元件参数 Rx、L x、C x值，需要根据采集得到的28U1、U 2幅值及 A1、A 2放大倍数、信号角频率 、采样电阻 进行计算。为提高测量精rR度，消除 A1、A 2的增益精度和增益漂移的影响，可采用校准测量方法。以电阻测量为例，接入被测电阻 Rx后，若 U1、 U2分别为 U1x、U 2x（幅值） ，则由式（511）可得：（5-14）12xxrAR再接入标准电阻 ，若 U1、 U2分别为 U1s、U 2s（幅值） ，则 的测量值 为：r rRs（5-15）rss12由（5-14）和（5-15）可得：（5-16）21/xssR通过上述两次测量过程，所得的测量结果的公式（5-16

44、）中不含 、 、 ，因1A2rR而可消除 、 、 的影响。1A2rR五、实验步骤1实验准备（1）按照图 5-3 把 RLC 参数测量实验板（SJ-7001）插入实验箱主板的 62 芯插座，跳线 S602 接“ no”端。主电路板的短路块 S102 接到左面，RLC 板的短路块接下面（AO1） 。（2）打开实验箱电源，电源指示灯“亮” 。在 PC机上运行主界面程序，再从主界面进入“电子测量实验室” ，选择实验五，软件则自动打开了 R、L、C 参数测量的界面，如图 54 所示。（3）用双踪示波器分别监测实验箱信号源输出 Aout1 和采集输入通道 Ain1 及 Ain2 信号（即图 5-2 中 U1、U 2输出）之一。EP电 子 测 量 实 验 箱电 源 计 算 机62芯 插 座R、 L、 C电 路 实 验 板SJ-701 Ain1out1S602图 53 实验连接框图