电子测量实验指导书

实验一常用电子仪器的使用

一实验目的

1．熟悉信号发生器、示波器等常用电子仪器的主要技术性能和使用方法。初步掌握用示波器Y轴及轴X偏转灵敏度的测定。

2. 掌握上升沿和下降沿的测量方法，利用示波器对波形的前沿和后沿、幅度、脉宽及周期进行测量，测量示波器校准信号波形的幅值、脉宽和周期；

二、实验内容

1．示波器的调整

（1）不接外信号，进入非X-Y方式

（2）调整扫描信号的位置和清晰度

（3）设置示波器工作方式

2．示波器的定标和波形电压、周期的测量

（1）把Y轴偏转因数和扫描时间偏转因数旋钮都放在“校准”位置（指示灯“VAR”熄灭）。（2）把校准信号输出端接到Y轴输入插座

（3）把信号发生器的正弦电压接到Y轴输入端，用示波器测量正弦电压的幅值和周期，并和信号发生器上显示的频率值比较。

（4）选择不同幅值和频率的5种正弦波，重复步骤（3），记下测量结果。

（5）观察三角波、方波和锯齿波的波形，（1）至（4）的步骤，保存三角波、方波和锯齿波信号的图形

3．李莎如图形的观测

(1) 把信号发生器后面50Hz输出信号接到X通道，而Y通道接入可调的正弦信号

(2) 分别调节两个通道让他们能够正常显示波形

(3) 切换到X-Y模式，调整两个通道的偏转因子，使图形正常显示

(4) 调节Y信号的频率，观测不同频率比例下的李萨如图

三实验器材

1.模拟示波器一台

2．函数信号发生器一台

2. 直流稳压电源一台

2. 辅助实验电路板一块

3. 连接导线若干

四实验步骤

1、了解信号发生器的性能与使用方法：

用信号源输出高频信号，用示波器观察高频信号发生器的正弦波输出和调幅波输出，观察改变调制度时波形的变化。

2、熟悉触发器正负极性及触发电平的功能：

用高频信号源输出正弦波，用示波器进行观察。当示波器上出现清晰的波形后，适当将波形右移，使波形的起始端出现在屏幕上。改变触发极性，即将触发极性钮拉出或推入，观察波形的变化。再转动触发电平旋钮，观察波形变化。

３．用直流电源测定X Y轴偏转灵敏度；

将示波器探头ＣＨ１接至直流稳压电源２Ｖ输出，将示波器垂直调节旋钮分别调节为０.５Ｖ、１.０Ｖ、２.０Ｖ、５.０Ｖ，测量被测信号电压，被测信号电压(u) =Y1轴偏转灵敏度(v / cm )×待测两点的垂直距离（cm），并填入表１。

表1 Y偏转灵敏度的测定（直流电压设定2V，用万用表直流电压档测量数据为准）

计算公式：被测信号电压(u) =Y1轴偏转灵敏度(v / cm )×待测两点的垂直距离（cm）注意：每换一次灵敏度旋钮后，必须将耦合方式按键设置为接地，调水平旋钮对准某一水平刻度，然后将耦合方式设置DC后再测量。

水平偏转灵敏度的测定：

将探头CH2接至信号发生器输出端，合上信号发生器的电源，输出波形为三角波，幅度调节为U p-p=1V，按下表要求调节信号源频率，测量结果填入表3。

表2 水平偏转灵敏度的测定

4

示波器的扫描速度开关置于0.2ms，扫描微调置于校正(CAL)，输入函数发生器的1KHz 方波。测出一个信号周期T所占的水平格数，则可算出扫描速度=T/格数，与扫描速度选择开关指示值(0.2ms)相比较，计算出相对误差。记录在表3中。

将输入信号改为2KHz，扫描速度选择开关置于0.1ms，重复上面的测量。

5、测试通频带：

信号源产生正弦信号输入到示波器中，用超高频毫伏表测量输出幅度。改变正弦波频率，保持有效值始终为0.5V，记录下不同频率时，示波器荧光屏上的幅度值。注意在频率上升到高端，荧光屏上信号幅度下降时，应适当多读一些数据。将读得数据记入表4中，并在方格纸上画出频率特性曲线。

五实验报告及总结

1 根据实验测量的结果，分别分析测试误差，并填入表中；

2 分析误差产生的原因；

3 此次实验的目的是什么？

实验二数字存储示波器的使用

一、实验目的

1、熟悉数字存储示波器的工作原理；

2、掌握数字存储示波器的使用方法。

二、实验原理

1．数字存储示波器的组成原理

数字示波器将输入信号数字化（时域取样和幅度量化）后，经由D/A转换器再重建波形。数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功能，又称为数字存贮示波器。

当处于存储工作模式时，其工作过程一般分为存储和显示两个阶段。在存储工作阶段将模拟信号转换成数字化信号，在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM中。

在显示工作阶段，将数字信号从存储器中读出转换成模拟信号，经垂直放大器放大加到CRT的Y偏转板。同时，CPU的读地址计数脉冲加至D/A转换器，得到一个阶梯波扫描电压，驱动CRT的X偏转板，如图2.1所示。

图2.1 数字存储示波器的组成原理图

2．数字存储示波器的工作方式

（1）数字存储器的功能

—随机存储器RAM包括信号数据存储器、参考波形存储器、测量数据存储器和显示缓冲存储器四种。

（2）触发工作方式

1）常态触发—同模拟示波器基本一样。

2）预置触发—可观测触发点前后不同段落上的波形。

（3）测量与计算工作方式

数字存储示波器对波形参数的测量分为自动测量和手动测量两种。一般参数的测量为自动测量，特殊值的测量使用手动光标进行测量。

（4）面板按键操作方式

数字存储示波器的面板按键分为立即执行键和菜单键两种。

3．数字存储示波器的显示方式

（1）存储显示

——适于一般信号的观测。 （2）抹迹显示

——适于观测一长串波形中在一定条件下才会发生的瞬态信号。 （3）卷动显示

——适于观测缓变信号中随机出现的突发信号。 （4）放大显示

——适于观测信号波形细节。 （5）X —Y 显示

图2.2 数字存储示波器的显示方式

（6）显示的内插

插入技术可以解决点显示中视觉错误的问题。 主要有线性插入和曲线插入两种方式。 4. 实时采样和等效时间采样

在现在为止我们所介绍的波形数字化方法称为实时采样，这时所有的采样点都是按照一个固定的次序来采集的，这个波形采样的次序和采样点在示波器屏幕上出现的次序是相同的，只要一个触发事件就可以启动全部的采样动作。如图2.3所示。

采样时刻

12345678

图2.3 实时采样

在很多应有场合，实时采样方式所提供的时间分辨率仍然不能满足工作的要求，在这些应用场合中，要观查的信号常常是重复性的，即相同的信号图形按有规则的时间间隔重复的出现。

对于这些信号来说，示波器可以从若干个连续信号周期中采集到的多组采样点来构成波形，第一组新的采样点都是由一个新的触发事件来启动采集的。这成为等效时间采样，在这种模式下，一个触发事件到来以后，示波器就采集信号波形的一部分，例如，采集五个采样点并将它们存入存储器，另一个触发事件则用来采集另外五个采样点并将其存贮在同一存储器的不同位置，如此进行下去经过若干次触发事件以后，存储器内存贮足够的采样点，就可以再屏幕上重建一个完整的波形，等效时间采样使得示波器在高时基设置值之下给出很高的时间分离率，这样一来就好像示波器具有了比实际采样速率要高很多的一个虚拟采样速率或

(a) 卷动显示

(b) 放大显示

称等效时间采样速率。

等效时间采样的方法采用从重复性信号的不同的周期取得采样点来重建这个重复性信号的波形，这样就提高了示波器时间的分辨率。

5. 峰值检测和平均值检测

我们知道，DSO在特定时刻对输入信号进行采样，如本章开头所述，采样点之间的时间间隔取决于时基设置。如果毛刺的宽度比示波器的示波器分辨率还要小，那么能否捕捉到毛刺就看运气如何了。为了能够捕捉到毛刺，我们的方法就是峰值检测或毛刺捕捉。

采用峰值检测的方法时，示波器将对信号波形的幅度连续地进行监测，并由正负峰值检测器将信号的峰值幅度暂时存储起来。当示波器要显示采样点的时候，示波器就将正或负峰值检测器保存的峰值进行数字化，并将该峰值检测器清零。这样在示波器上就用检测到的信号的正，负峰值代替了原来的采样点数值。因此，峰值检测的方法能够帮助我们发现由于使用的采样速率过低而丢失的信号或者由于假象而引起失真的信号峰值检测的方法对于捕捉调制信号，例如图30所示的AM波形，也是非常有用的。为了显示这类信号，必须将示波器的时基设置得和调制信号在频率相配合，而在这种信号中，调制信号的频率通常在音频范围但载波频率通常在455KHz或者更高。在这种情况下，不使用毛刺捕捉功能，就不能正确地采集信号，而是用毛刺捕捉功能就可以看到类似模式示波器所显示的波形。

示波器上的峰值检测功能是通过硬件（模拟）峰值检测器的方法或者快速采样的方法来实现的，模拟峰值检测器是一个专门的硬件电路，它以电容上电压的形式存储信号的峰值，这种缺点是速度比较慢，它通常只能存储宽度大于几个微妙且具有相当幅度的毛刺。

数字式峰值检测器围绕ADC而构成，这时ADC将以可能的最高采样速率连续对信号进行采样，然后将峰值存储在一个专门的存储器中，当要显示采样点的值时，存储的峰值就作为该时刻的采样值来使用。数字式峰值检测器的优点是其速度和数字化过程的速度一样快，本书中用作示例的示波器PM3394A就能够在很低的时基速率设置下，如1秒/格，以正确的幅度采集到窄至5ns的毛刺。

平均值检测则是示波器采集几个波形，将他们平均，然后显示最终波形。此模式可减少所显示信号中的随机或无关噪音。

三、实验设备

1．数字存储示波器ADS7062C 一台

2．函数信号发生器SP1642B 一台

3．连接导线若干

四、实验步骤

1．自校正按下示波器电源开关按钮，将所有探头或导线与输入连接器断开。然后按“UTILITY”按钮，选择“自校正”，此时屏幕会显示自校正菜单。示波器进入自校正状态。注意示波器内部继电器的“滴答”声，表明示波器正在进行“自动调整”状态。

2．使用默认设置

示波器在出厂前被设置为用于常规操作，即默认设置。“DEFAULT SETUP”按钮为默认设置的功能按钮，按下“DEFAULT SETUP”按钮调出厂家多数的选项和控制设置，有的设置不会改变。

3．使用自动设置

将示波器探头设置为×10，示波器探头接到示波器的输入端口（两各通道均接入）。两探头均挂入示波器的测试点上，按下“AUTO”按钮。通道1和2应显示方波。如图2.5所示。4．观测示波器的屏幕显示区域

图2.5 屏幕显示区域

屏幕显示区域中数字标注说明:

1) 显示图标表示采集模式

采样模式

峰值检测模式

平均值模式

2) 触发状态

已配备。示波器正在采集预触发数据。在此状态下忽略所有触发。

准备就绪。示波器已采集所有预触发数据并准备接受触发。

已触发。示波器已发现一个触发并正在采集触发后的数据。

停止。示波器已停止采集波形数据。

采集完成。示波器已完成一个“单次序列”采集。

自动。示波器处于自动模式并在无触发状态下采集波形。

扫描。在扫描模式下示波器连续采集并显示波形。

3) 使用标记显示水平触发位置。旋转水平“POSITION”旋钮调整标记位置。

4) 用读数显示中心刻度线的时间。

5) 使用标记显示“边沿”脉冲宽度触发电平，或选定的视频线或场。

6) 使用屏幕标记表明显示波形的接地参考点。若没有标记，不会显示通道。

7) 以读数显示通道的垂直刻度系数。

8) B图标表示通道是带宽限制的。

9) 以读数显示主时基设置。

10) 若使用窗口时基，以读数显示窗口时基设置。

11) 以读数显示触发使用的触发源。

12) 采用图标显示选定的触发类型。

13) 用读数表示“边沿”脉冲宽度触发电平。

14) 以读数显示触发频率。

5.示波器面板操作指南

图2.6 示波器面板图

面板控制区分为:菜单操作键(5个),水平控制区,垂直控制区,触发控制区,常用功能键区(7个功能键),运行控制区,自动测试按钮及万能旋钮等组成。

1）示波器探头CH1接入函数信号发生器输出，调节垂直、水平及触发相应按钮，使屏幕上稳定的显示一至两个正弦波；

2）调节信号源频率分别8Hz 、50Hz、200Hz正弦波（峰峰值均调至2V）。用示波器自

3）调节信号源频率分别8Hz 、50Hz、200Hz三角波（峰峰值均调至2V）。用示波器自动测量，并将测量数据填入下表中。

6.信号获取系统设置

将信号输入调节到一个较高频率范围（例如：8KHz），使波形稳定显示在屏幕上。按下按键ACQUIRE，选择峰值检测和平均值检测菜单，观察显示波形的变化。改变采样方式按钮，切换实时采样/等效采样模式，观察波形现象。

7.显示系统

信号源保持不变，按下按键DISPLAY，选择类型键，切换矢量/点,观察波形并将两种波形绘制下来。通过调节对比度+、-按钮，使波形在面板上清晰显示。按下“下一页”按钮，自行调节格式、屏幕、网格按钮，观察面板波形变化（最终设置在YT格式，蓝底黑屏、网格布满状态）。

8.光标测量

信号源频率调到1KHz，峰峰值为2V的方波信号，使波形稳定显示在屏幕上。按下按键CURSORS，设置好信源。按下按键RUN/STOP，使波形固定。

先选择类型中的“电压”，再选择Cur1和Cur2，用万能旋钮“USER SELECT”分别调节光标线位置，测量峰峰值电压并记录于下表中。

再选择类型中的“时间”，再选择Cur1和Cur2，用万能旋钮“USER SELECT”分别调节光标线位置，测量周期和频率并记录于下表中。

信号源：频率1KHz 峰峰值2V

9.

按下按键SA VE/RECALL，将“类型”菜单设置为波形存储，将波形菜单选择No.1，按“存储”按钮保存波形，关掉信号源，调出已存储的波形，熟悉各个按钮的使用方法。

五、实验报告及总结

1.整理测量数据，计算出相对误差。记录下相应波形；

2.简述数字存储示波器和模拟示波器的功能,重点比较说明二者的不同及优缺点。

实验三时间的测量

一实验目的

1．掌握用示波器测量周期和时间的方法；

2．掌握用示波器测量时间间隔的方法。

二实验原理

当示波器水平扫描速度开关微调在校准位置时，扫描开关各档的刻度值，表示荧光屏上水平刻度所代表的时间值。因此，示波器不仅可用于显示示波器，而且可用于直接测得整个波形（或波形任何部分）的时间。

1 示波器测量交流电压的周期

用示波器测量交流电压的周期，如图4-1 所示。

图4.1 周期的测量

[例4-1] 测得如图4-1（b）所示波形上对应两点间的水平距离为5cm，“扫描时间”旋钮的指示值为0.1μs/cm，则被测波形周期为：T=5×0 5 =2.5μS

2 时间间隔测量

用示波器测量如图4-2 所示，波形中两点的时间间隔T 时，可用上述方法测量。

图4.2测量波形中两点的时间间隔

3 用示波器测量脉冲上升沿或下降沿时间和脉冲宽度

⑴脉冲上升或下降时间测量

调节水平“位移”，使脉冲上端10％处与垂直中心线相交，如图 4.4所示，即可在水平中心线上读出时间t1（t=扫描速度开关“t/cm”的指示值×水平距离）。调节水平“位移”，使脉冲下端幅度10％处与垂直中心线相交，如图4.4 所示，即可在水平中心线上读出时间t2。将时间t1和t2相加，即为脉冲的上升时间。

图4.4 脉冲上升（或下降）时间测量图 4.5 脉冲宽度测量

⑵脉冲宽度的测量

调节垂直“位移”，使脉冲波形幅度的中点处在水平中心处，读出前沿和后沿与水平中心线交点间的距离,即前沿中点至后沿中点间的距离.用测得的水平距离乘以“t/cm”开关的指示值,即为被测脉冲宽度。

三实验设备

1. 数字存储示波器ADS7062C 一台

2. 函数信号发生器SP1642B 一台

3. 导线若干

四实验步骤

1. 正弦波周期的测量

将函数信号发生器SP1642B的输出接至数字存储示波器ADS7062C的输入（如通道A），开启示波器、信号发生器电源。信号源频率设置为800Hz(正弦波)、输出幅度（峰峰值为2伏）；将示波器通道A的扫描线调整在零位，调节垂直灵敏度使波形在屏幕上显示一个完整的正弦波；按下RUN/STOP按钮，用光标测量正弦波的周期，并将结果填入表4.1。

表4.1 正弦波周期的测量

保持信号源频率和幅度不变（800Hz,峰峰值2伏），将波形设置为方波输出；按下RUN/STOP按钮，用光标测量脉冲的宽度，将结果填入表4.2.

表4.2 方波脉冲宽度的测量

3.

脉冲波形上升沿的测量

测量条件如2，示波器触发设定为上升沿触发，调节水平扫描时间旋钮，使方波信号上

升沿观察到明显的变化，按下RUN/STOP按钮，用光标测量方波的上升时间，并将结果填入表4.3。

表4.3 方波上升沿的测量

4.方波下降沿的测量

测量条件及方法如3，示波器触发设定为下降沿触发，按下RUN/STOP按钮，用光标测量方波的上升时间，并将结果填入表4.4。

表4.4 方波下降沿的测量

五实验结果分析及总结

1. 计算测量的结果，并分析相对误差；

2. 时间测量还有哪些方法方法？

实验四射极跟随器

一、实验目的

1、掌握放大器静态工作点的仿真方法及其对放大器性能的影响。

2、学习放大器静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的仿真方法，了解共射极电路特性。

3、学会开关元件的使用

二、虚礼实验仪器及器材

双踪示波器信号发生器交流毫伏表数字万用表

三、实验步骤

1.画出电路如图所示

2.直流工作点的调整

如上图所示，V1频率1kHz，Vi=3V，R1=82KΩ,R2=1.8 KΩ。通过扫描电阻R1的阻值，在输入端输入稳定的正弦波信号，通过观察输出5端的波形，使其为最大不失真波形，此时，便可以确定Q1的静态工作点。具体步骤如下：

1.选择菜单栏中simulate/analyses/parameter sweep，如下图所示

2.参数设置如下图所示

2.点击上图中按钮“More>>”，出现如下图所示

3.点击按钮“Edit Analysis”，如下图所示

☆把其中的end time 设置为0.1秒，如果太大，那计算机计算时间将会变得很长4.点击OK

5.设置输出如下图所示

※其中的$5就是输出电阻上的“5”编号

6.点击Simulate按钮

7.出现如下图形

8.用鼠标左键单击图形，选出一个虚拟矩形框，如下所示

9.结果如下，图形被放大。其中有很多条用不同颜色表示仿真图形重叠在一起。

10.单击工具栏，便出现如下所示数据

找max y 和min y所对应行的数据，他们数据差别最小的便是我们要的数据。找到它所对应的电阻阻值（该例题为138kΩ），去更改R1的阻值。

11.更改电路图如下

12.进行静态工作点仿真，选择菜单栏中simulate/analyses/Dc operating point，如右图所示

15.测量输入电阻，电路如下所示

双击万用表，填下表

16.测量输出电阻，电路如下所示

※S1是开关，是为了测试无穷和带负载是的电压，用空格键来控制其开与关。万用表要打在交流档。注意：信号源电压为2V，因为空载时电路会失真。

填表

17.思考与练习

1、创建如图所示的整流电路，并进行仿真，观察输入和输出波形。

3、分析射极跟随器的性能和特点。