實驗二常用電子儀器的使用 - 下載本文

實驗二 常用電子儀器的使用

一.實驗目的

1.掌握雙蹤示波器的基本操作方法,掌握電信號基本參數:電壓、頻率、周期和相位的測量方法。

2.掌握函數信號發生器和晶體管毫伏表的正確使用方法。 3.培養閱讀儀器說明書的能力、儀器操作能力和觀察能力。

二.預習要求

1.閱讀第五章中日立V—252型示波器,GFG—8016G型函數信號發生器,DA-16型晶體管毫伏表的面板說明和了解面板上各旋鈕的用途。

2.按實驗內容要求畫好記錄波形及數據的坐標和表格。 3.計算本實驗內容中移相電路[圖3(a)]的相位差理論值。 ??arctg1 ?RC三.實驗原理

1.示波器

示波器是一種用途廣泛的電子測量儀器,它可直觀地顯示隨時間變化的電信號圖形。如電壓(或轉換成電壓的電流)波形,并可測量電壓的幅度、頻率、相位等。示波器的特點是直觀,靈敏度高,對被測電路的工作狀態影響小。因此被廣泛地應用于無線電測量領域中。 示波器主要有兩種工作方式:y-t工作方式(又稱連續工作方式)和x-y工作方式(又稱水平工作方式)。

(1)y-t工作方式下,示波器屏幕構成一個y-t坐標平面,能夠顯示時間函數y = f(t)的波形,例如電壓u(t)和電流i(t)的波形。

(2)x-y工作方式下,示波器屏幕構成一個x-y坐標平面,屏幕上顯示的圖形具有函數關系y = f(x),該工作方式可測定元件特性曲線,同頻率正弦量的相位差以及二維狀態向量的狀態軌跡等。

2.函數信號發生器

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函數信號發生器是常用的電子儀器,用來產生各種波形(正弦波、方波、鋸齒波、三角波等)。函數信號發生器的頻率和輸出幅度,一般可以通過開關和旋鈕加以調節。是常用的電子儀器。

3.晶體管毫伏表

晶體管毫伏表是一種常用的電子測量儀器。 晶體管毫伏表 主要用來測量正弦交流電壓的有效值。正弦電 壓有效值和峰值的關系是:

U峰值? CH1輸入 2U有效值當測量非正弦交流電壓時,晶體管毫伏表 信號發生器 CH2輸入 讀數沒有直接的意義。晶體管毫伏表不能用來 示波器 測量直流電壓。(參考第一章第三節有關電壓

測量方法的內容) 圖1 儀器之間的連接圖

本實驗采用常用的三種電子儀器,它們之間的連接方式如圖1所示 。它們的使用方法, 請閱讀本書第五章中的有關內容。

四.實驗設備

名 稱 示波器 函數信號發生器 晶體管毫伏表 1.8K?電阻 0.027?F電容 面包板 型 號 或 規 格 日立V—252 GFG-8016G DA—16 數 量 1 1 1 1 1 1

五.實驗內容

1.函數信號發生器和晶體管毫伏表的使用

(1)對照第五章中有關儀器的說明部分,熟悉兩種儀器面板各旋鈕的用途。 (2)用晶體管毫伏表測量信號發生器輸出的正弦電壓。

1)圖2是用晶體管毫伏表直接測量信號發生器輸出電壓的連接圖。在測量前,晶體管 毫伏表量程應選擇最大量程,以避免表頭過載而打彎指針。測量時,根據所測信號大小選

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擇合適的量程。為了減小誤差,要求晶體管毫

伏表指針位于滿刻度的1/3以上。當晶體管毫 信號發生器 晶體管毫伏表 伏表接入被測信號電壓時,一般應先接地線,

再接信號線。 圖2用毫伏表測量電壓的連接圖 2)信號發生器“波形輸出選擇”選擇正弦信號,“頻率范圍選擇”選擇1kHz,其它旋鈕處于常規狀態,調節“頻率調整旋鈕”,使“計頻器”顯示頻率為1kHz。調節“信號輸出旋鈕”,使晶體管毫伏表測量的輸出電壓有效值為1V。

3)記下這時信號發生器輸出電壓的頻率和有效值的大小。 思考題:

①.若要使信號發生器的輸出電壓有效值為20mV,應如何調節?這時的電壓峰值等于多少?

②.是否可用萬用表的交流電壓檔測量交流信號? ③.是否可用晶體管毫伏表測量直流信號? 2.示波器的使用

(1)熟悉示波器各主要旋鈕的作用

1)示波器“觸發方式選擇開關”打在“AUTO”即自動掃描方式。接通電源預熱后,分別調節“INTENSITY”輝線亮度旋鈕、“FOCUS”聚焦調整旋鈕、“POSITION”垂直位移和水平位移等旋鈕,使示波器熒光屏上顯示出一條亮度適中、均勻光滑而纖細的掃描線。

2)將信號發生器輸出電壓調至最小,并接至示波器輸入端(按圖1連接),調節信號發生器的電壓輸出旋鈕,使示波器的熒光屏上顯示出峰峰值為6V(高度為6格)的信號波形。分別調節示波器的垂直系統和水平掃描系統的各旋鈕,體會這些旋鈕的作用以及對輸入信號波形的形狀和穩定性的影響。分別改變信號的幅值和頻率,重復調節并加以體會。

3)把輸入探頭衰減開關打在?10處觀察示波器熒光屏上信號的變化。 (2)測量信號電壓

將示波器“可變衰減旋鈕”調到“校準”位置(即順時針旋到底),此時垂直電壓靈敏度選擇開關“V/div”所在擋位的刻度值表示著屏幕上縱向每格的伏特數。這樣就能根據屏幕上波形高度所占的格數,讀出電壓的大小。為了保證測量精度,在屏幕上應顯示足夠高度的波形,靈敏度選擇開關也應置于合適的檔位。

調節信號發生器使其分別輸出頻率為1kHz、電壓峰值為2V、0.1V的正弦信號,分別用示波器和毫伏表測量其輸出電壓峰值和有效值。將測量結果記錄于表1中。

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表1

電壓 電壓峰值Um有效值(V) (V) 么?待測信號的大小有否變化? (3)測量信號周期

將示波器“掃描速度”可變旋鈕旋至“校準”位置(順時針旋到底),此時掃描速度選擇開關“t/div”所置檔位的刻度表示屏幕上水平軸每格的時間值。根據屏幕上所顯示波形在水平軸上所占格數可讀出信號周期。為了保證測量精度,通常要求一個周期在水平方向上應占足夠的格數,也就是應將“掃描速度選擇”開關置于合適檔位。

信號發生器輸出峰值為5V的正弦信號,改變信號頻率,測量信號的周期,將測量結果記入表2中。

信號頻率(Hz) T/div所置刻度值 一周期所占水平格數 信號周期T(ms) 50 表2 100 1k 5k 25k 100k 示波器V/div所在檔位 峰-峰波形高度(格) 峰-峰電壓UP-P(V) 思考題:若在測量中,把探頭衰減開關打在?10處,這時示波器上電壓的讀數應注意什

思考題:如何用示波器測量信號頻率? 移相網絡 (4)測量兩信號的相位差 CH1輸入 測量相位差可用雙蹤測量法,也可用 信號 C 0.027μF x-y測量法。 CH2輸入 1)雙蹤測量法 發生器 R 1.8kΩ uo 雙蹤測量法的儀器連線如圖3(a)所 示波器 示。示波器的顯示方式切換開關“MODE”

選擇“CHOP”。將f=1kHz、幅度Um=2V (a)連線圖 的正弦信號經過RC移相網絡獲得同頻率不 uo 同相位的兩路信號分別加到示波器的CH1 和CH2輸入端,然后分別調節示波器的 a b c 2Y 2Ym CH1、CH2“位移”旋鈕“垂直靈敏度 ? t V/div”旋鈕及其“微調”旋鈕,就可以在

屏幕上顯示出如圖3(b)所示的兩個高度 (b)顯示波形 相等的正弦波。為了顯示波形穩定,應將 圖3 雙蹤測量法測量相位

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“內部觸發信號源選擇開關”選在CH2處,使內觸發信號取自CH2的輸入信號,這樣便于比較兩信號的相位。

雙蹤測量法測量信號相位差的方法為:

從圖3(b)顯示圖形讀出ac和ab的長度(格數),根據 ac :3600 = ab :? ,可 求得兩信號的相位差為:

?? 將測量結果記入表3中。

表3

信號周期長度(ac格數) 信號相位差長度(ab格數) 相位差(度) ab?3600 ac ②.由顯示圖形讀出Y和Ym的格數,則兩信號的相位差為:

?Y? ??2arctg?m??1

?Y? 將測量結果記錄于表4中,并畫出波形圖。分析測量值與理論值的誤差原因。

表4

波形高度Ym(格數) 兩交點間垂直距離Y(格數) 相位差(度) 22)x-y測量法(選做) 將示波器“掃描速度開關”調至“x-y” uo 位置,即可進行測量,這時示波器成為x-y

工作方式,CH1為x信號通道,CH2為y 2Y 2Ym 信號通道。 ui x-y測量法的連接如圖3(a)所示,輸 入信號仍為f =1kHz、Um=2V的正弦信號。

經過RC移相網絡獲得同頻不同相的兩路信 圖4用橢圓載距法測量相位差時顯示的圖形 號,一路加入到示波器CH1的輸入端,一路加入到示波器CH2的輸入端。調節“位移”、“垂直軸電壓靈敏度”旋鈕,使示波器熒光屏上顯示出圖4所示的橢圓圖形。由圖形直接讀出y和ym所占的格數,則兩信號的相位差為:

將測量結果記錄于表5中

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??arcsin???y?ym??? ?表5

橢圓高度ym(格數) 在y軸的截距y(格數) 相位差(度) 思考題:示波器的“顯示方式”選擇開關置于“CHOP” 檔位時適合測量何種頻率的 信號?當置于“ALT” 檔位時,又適合測量何種頻率的信號? (5)示波器校準信號的測量

1) 用函數信號發生器外測信號頻率功能,測量示波器校準信號的頻率。

2)用示波器觀察校準信號及其頻率和幅度,并與函數發生器所測的頻率比較,分析誤差原因。

六.實驗報告要求

1.根據實驗記錄,列表整理實驗數據及描繪移相器電路輸入、輸出波形。 2.回答實驗中提出的思考題。

3.總結用示波器測量信號電壓的幅值、頻率和兩個同頻率信號相位差的步驟和方法。

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