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1、实验一：示波器技术性能的测试,实验学时：3学时实验类型：综合实验要求：必修,一、实验目的：,1.熟悉示波器主要技术性能和功能。2.掌握示波器主要技术性能的测试方法。3.建立校正测量仪器的概念。,二、实验内容：,测试示波器的偏转灵敏度、扫描速度、频带宽度和探头衰减比，体会示波器中同步和触发的作用，学会用外同步观察波形。涉及到偏转灵敏度、扫描速度、频带宽度、外同步、内同步、移位寄存器、分频器等知识点。,三、实验原理、方法和手段：,1.偏转灵敏度的定义：在单位信号电压作用下，光点在荧光屏上偏转的距离。它的倒数被称为偏转因数；单位为v/cm、mv/cm或v/div、mv/div。2.扫描速度或时基因数
2、 扫描速度的定义：在扫描电压作用下，单位时间内电子射线沿荧光屏水平方向移动的距离，单位为cm/t、div/t，它的倒数是时基因数，表示光点在x方向移动1cm或1div所需的时间，单位为t/cm，t/div，时间t可以是s，ms或s。示波器面板上扫描速度旋钮上有微调旋钮，当微调置于校准位置时，扫描速度旋钮所指示的数值才是实际的时基因数。,三、实验原理、方法和手段：,3.频带宽度 频带宽度以3dB带宽定义；即输入信号幅度不变，频率变化时，荧光屏上显示的幅度相对于基准频率(中频段)幅度下降到 时对应的频率范围。4.示波器面板上有“电平触发极性(LEVELSLOPE)”旋钮转动该旋钮可改变触发信号的电
3、平，旋钮处于推入状态时为正向触发，拉出时为负向触发。,三、实验原理、方法和手段：,5.实验中用C185（CC14526）集成电路作分频器。C185（CC14526）为可预置数的4位二进制1/N计数器,三、实验原理、方法和手段：,6.74LS164是8位移位寄存器，它的逻辑图，功能表如下图：,四、实验步骤：,1.了解高频信号发生器的性能与使用方法：用高频信号源的01V输出端输出高频信号，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。,四、实验步骤：,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
4、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。,四、实验步骤：,3测试偏转灵敏度：使高频信号源输出正弦波信号，频率为100KHz，调节输出幅度，用超高频毫伏表测量，使之为0.5V。示波器探头置于1档，偏转因数选择开关置于0.2V/cm，微调钮置于“校准”(CAL)。将信号源输出接入示波器，从荧光屏上读出信号幅度的格数，记录在表1-1中，计算出偏转因数，与选择开关指示值(0.2V/cm)比较。将信号幅度改为0.1V，示波器偏转因数选择开关置于50mv/cm，重复上面的测量。,四、实验步骤：,表1-1 偏转因数测量数
5、据,四、实验步骤：,4测试扫描速度：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1-2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。,四、实验步骤：,表1-2 扫描速度数据表,四、实验步骤：,5测试通频带：高频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
6、号幅度下降时，应适当多读一些数据。将读得数据记入表1-3中，并在方格纸上画出频率特性曲线。,四、实验步骤：,表1-3 通频带测量数据表,四、实验步骤：,6.用外同步方式和内同步方式观察移位寄存器的输出波形（选做）。CD14526接成十六分频状态，0c端输出；74LS164是移位寄存器。用函数发生器400KHz信号作为时钟输入（电路框图如下图），用示波器观察如下信号波形：以0c（进位端）信号为外同步信号，观察C164的QA、QB、QC、QD的波形（分正触发和负触发二种情况）。在内同步方式下，观察以上四个点和0c点的波形（正负触发），比较分析二种观察方法。用双线显示来比较0c点和其他各Q点的波形，
7、观察不同触发信号时波形的同步情况。,四、实验步骤：,五、思考题：,1.如何用示波器测量直流电源的电压？2.实验中所用的计数器是CMOS电路，对于输入信号电压有什么要求？如何用示波器测量信号源输出信号的大小，从而知道它是否符合CMOS电路的输入要求？,六、实验报告：,1.实验数据填入表格，用通频带的测量数据在方格纸上画出频率特性曲线。2.将外同步测量时的几种波形画出，对此作出分析。3.在实验中，你对思考题中的问题是如何解决的。,实验二：电压表波形响应和频率响应的研究,实验学时：2学时实验类型：综合实验要求：必修,一、实验目的：,1.研究不同检波方式的电子电压表在测量各种波形交流电压时的响应。2.
8、研究交流电压表的频率响应。,二、实验内容：,分别用平均值、峰值，有效值检波的电压表测量函数发生器输出的正弦波，方波、三角波电压，判断各表的检波类型。测量一只电压表响应于正弦波时的幅频特性。涉及检波器、步进分压器、桥式直流放大器、斩波放大器、电压峰值、有效值、均值、热电偶、A/D D/A变换电路等知识点。,三、实验原理、方法和手段：,1.电压表的波形响应 电子电压表有多种型号，按它们检波器的不同，可分为均值电压表，有效值电压表和峰值电压表三种类型。一般电压表都是按正弦波有效值进行刻度的，因此，当被测电压为非正弦波时，随着波形的不同，会出现不同的结果，此现象称为电压表的波形响应。,三、实验原理、方
9、法和手段：,2.峰值电压表 峰值电压主要由峰值检波器、步进分压器、直流放大器组成。目前，为了解决直流放大器的增益与零点漂移之间的矛盾，普遍采用了斩波式直流放大器。利用斩波器把直流电压变换成交流电压，并用交流放大器放大。到最后再把放大的交流电压恢复成直流电压。斩波式直流放大器的增益可以做的很高，而且噪声和零点漂移都很小。所以用它做成检波放大式电压表，灵敏度可以达到几十uV。峰值电压表的一个优点是，可以把检波二极管及其电路从仪器引出放置在探头内。这对高频电压测量特别有利，因为可以把探头的探针直接接触到被测点。峰值电压表是按正弦有效值来刻度的，即：a电压表读数 Vp正弦电压的有效值 Kp正弦波的波峰
10、因素,三、实验原理、方法和手段：,3.均值电压表 均值电压表一般由宽带放大器和检波器组成。检波器对被测电平的平均值产生响应，一般都采用二极管全波或桥式整流电路作为检波器。电压表的频率范围主要受宽带放大器带宽的限制。均值电压表的表头偏转正比于被测电压的平均值。平均值为：,三、实验原理、方法和手段：,4.有效值电压表 交流电压的有效值是指在一个周期内，通过某纯电阻负载所产生的热量与一个直流电压在同一个负载上产生的热量相等时，该直流电压的数值就是交流电压的有效值。在现代有效值电压表中，常采用热电变换和模拟计算电路两种方法来实现有效值的测量。热电变换是通过一个热电偶实现的，当加入电压后，热电偶两端由于
11、存在温差而产生热电动势，于是热电偶中将产生一个电流使得电流表偏转而产生读数。模拟计算电路是使用模拟电路直接实现有效值电压表的计算公式来得到电路的有效电压。,四、实验步骤：,1.调节函数发生器，使输出100KHz，峰峰值=5.66V(值用示波器测试)，分别用三只电压表对该输出信号进行测试，将读数记录进数据表。2.将函数发生器改为三角波输出，频率、幅度与上述相同，重复上述的测量。3.将函数发生器改为方波输出、频率、幅度与上述相同，重复上述的测量。4.根据测得数据判断各电压表的检波类型。,四、实验步骤：,表2-1 电压表波形响应数据表,四、实验步骤：,5.测量电压表DA22A的幅频特性(只测量低频段
12、)。调节函数发生器，使输出200KHz有效值为2V的正弦波，用DA22A测量其输出值。然后逐步降低正弦信号的频率，幅度不变（可用示波器监测），观察电压表指示对频率变化的响应，并逐点记下电压表读数。,四、实验步骤：,表2-2 DA22A频率响应数据表,五、思考题：,1.为什么当测量信号频率发生变化时，电压表的测量值会发生变化？2.三种电压表各有什么样的优缺点。,六、实验报告：,1.实验报告中应将电压表判别方法和判别结果写明。对于DA22A表，应用方格纸将其频率响应曲线画出，找出频带下限。2.在实验中，你对思考题中问题的分析。,实验三：Q表的应用,实验学时：2学时实验类型：验证实验要求：必修,一、
13、实验目的：,1.加深对谐振法测量阻抗原理的了解。2.学习Q表的原理和使用方法。,二、实验内容：,使用Q表测量二只电感器的Q、L、值以及一只 460PF电容器的容量和一只 460PF电容器的容量，理解谐振法的原理。,三、实验原理、方法和手段：,1.谐振法原理 如图31中回路调谐在谐振状态，则：,图31,三、实验原理、方法和手段：,式中 R是整个回路的电阻，其中包括了电感的损耗和电容的损耗。所以Q值是谐振回路的 Q值。当 RC小到可以忽略时，上面的Q 值就等于电感的 Q值，即 反之，RL可忽略时QC=Q。,三、实验原理、方法和手段：,Q表组成与原理 Q表原理简图如图32：,图32,如图中，左边的振
14、荡器即是高频信号发生器，它的输出经分压电阻耦合到测量回路。耦合电阻Ri 很小（约0.04），在Q 值测量中可以忽略。可变电容器C 的损耗极小，所以RC 亦可以忽略不计。,三、实验原理、方法和手段：,Q表面板上安排如图33：,图33,四、实验步骤：,1.使用准备 aQ表通电前，校正定位表和Q值指示值的机械零点；再将“定位粗调”旋钮向减方向旋到底，“定位零位校直”和“Q值零位校直”置于中心位置，微调电容器调到零。b接通电源，预热20分钟。,四、实验步骤：,2测量电感的Q值 a将被测电感接在Q表“Lx”接线柱上；b调整振荡器波段开关和频率度盘到测量频率点；c将“Q值范围”开关放在适当的档级上；d调节
15、“定位校直”使定位表指标零点；e调节“定位粗调”“定位细调”使定位表指标在“Ql”点上 f调节主调电容器到远离谐振点(使Q值电表指示最小)；g调节“Q值零位校直”使Q值电表指示零点；h再调节主调电容度盘到谐振，调节微调电容度盘到谐振点，即 Q指示表读数达到最大，此读数即为电感的Q值。注意读Q值时，定位表必须指示在“Ql”点上，否则读数不准。以上测量没有考虑电感的分布电容C0，测得Q值与实际值有误差；在测得Lx后可进行修正：式中Qm是测得值，Q值是实际值，C1是谐振时主调电容器的读数与微调电容器读数之和，C0是电感分布电容。,四、实验步骤：,3测量电感器的电感 a将被测电感接在“Lx”接线柱上。
16、b根据被测电感的大约值在面板上的对照表中选择一标准频率，将振荡器调节到这一标准频率上。c同上面2中cg条。d微调电容刻度放在“0”上，调节主调电容刻度到谐振，这时刻度盘所指的电容值为C1，将度盘对边的电感值乘以对照表上所指的倍乘就是电感器的L。e如果要得到比较准确的电感值，必须先测得电感的分布电容C。，然后在上述测得C1后，将主调电容器调在“+”上，这时度盘的电感读数乘以倍率即所求的较准确的电感值。f在被测电感小于10H时，用以上方法测得的电感值还应减去仪器测试电路本身的剩余电感“L0”，这台仪器中，即，是度盘Lx读数是修正后的电感值。,四、实验步骤：,4.测量电感器的分布电容C0(倍频法)将
17、被测电感接在“Lx”接线柱上，将电容盘调到适当电容值C1s上(通常为 200PF)，调节振荡器频率找出谐振点f1，然后将频率调至，再调电容度盘至谐振点，读出此时电容值C2s，则可计算出分布电容：,四、实验步骤：,5测量小于460PF电容 a取一个电感量大于1mH的电感，接在“Lx”接线柱上；b将微调电容器调节到零，主调电容器调到较大电容量C1上；c调节“定位零位校直”，“Q值零位校直”至零点，调节定位粗调，细调使定位电表指在“Ql”附近；d调节振荡器频率使测量回路谐振。e将被测电容接在“Cx”接线柱上，调节主调电容器使回路重新谐振；这时主调电容器读数为C2，则被测电容值为：。,四、实验步骤：,
18、6测量大于460PF的电容a取一只适当电容量的标准电容器接在“Cx”接线柱上，其电容值为C3；b同上面5中ad各条；c取下标准电容，将被测电容接在“Cx”接线柱上，调节主调电容器使回路谐振，读出此时主调电容器读数C2，则可计算出被测电容值：,四、实验步骤：,表3-1 电感器的测量数据表,四、实验步骤：,表3-2 电容测量数据表,七、思考题：,1.测量电容时为什么要分为大于460P和小于460P？,八、实验报告：,1.报告中包含实验预习情况，包括实验内容、实验步骤等。2.根据实验数据计算处两个电容的值。3.在实验中，你对思考题中问题的分析。,实验四：频率合成信号源,实验学时：3学时实验类型：综合
19、实验要求：必修,一、实验目的：,1.理解倍频式锁相环和频率合成信号源的基本原理。2.了解锁相环和计数器电路的使用方法。3.锻炼学生整理数据的能力。,二、实验内容：,对锁相环电路的频率锁定能力进行实验，观测锁相环的频率变化和频率锁定状态。用锁相环集成电路和分频器集成电路组成一个输出频率可变的信号源。涉及压控振荡器、相位比较器、低通滤波器、锁相环的锁定、失锁、计数器、分频、倍频等知识点。,三、实验原理、方法和手段：,1.倍频式锁相环 倍频式锁相环电路如图41所示：图41 改变计数器的，即可获得不同的,三、实验原理、方法和手段：,.锁相环电路CD4046 CD4046是一块锁相 环电路的集成芯片，其
20、内部结构和管脚如图42所示：,图42,三、实验原理、方法和手段：,CD4046内有相位比较器、压控振荡器。低通滤波器用外接电阻、电容实现（13，9端），压控振荡器外接振荡电容（6、7端）。自由振荡频率主要受及影响。4046电路最高工作频率约1.2MHz。,四、实验步骤：,1.4046锁相环的观测（1）VCO压控特性的测量 如图4-3，将锁相环电路的脚与脚断开，脚与13脚断开。脚通过100K电阻接至可调电源上（电位器）。电源电压=5V。用示波器观察端输出波形的频率，改变电位器输出电压，测出对应的频率变化范围。（2）自由振荡频率的测量 在上面步骤的基础上，将脚直流电压调为，用示波器观察脚波形的频率
21、，此时频率即为自由振荡频率。（3）锁定的判断 将脚与脚相连，通过电阻与13脚相连，如图4-3。14脚输入信号发生器的方波信号，改变信号频率，观察脚波形，若与输入信号频率同时变化，则为锁定状态。,四、实验步骤：,2.计数器分频的实现 将计数器按图4-3连接好，但不与锁相环相连。在CP端输入信号源方波，改变开关的状态，用示波器观察端输出波形，判断分频系数。3.频率合成信号源的实现 将计数器与锁相环按图4-3连接在一起，在锁相环14端输入一固定频率方波（例50KHz），从锁相环端观察频率合成源输出，改变开关状态，注意输出频率的变化，记下开关状态和对应的输出频率。（自己设计记录表格）。,四、实验步骤：
22、,图4-3,五、思考题：,1.选用50KHz作为 是什么道理？结合实验中具体数据给予说明。,六、实验报告：,1.报告中包含实验预习情况，包括实验内容、实验步骤等。2.自行设计频率合成实验中开关状态和输出频率的表格，并记录数据。3.在实验中，你对思考题中问题的分析。,实验五：扫频仪的使用,实验学时：2学时实验类型：综合实验要求：必修,一、实验目的：,1.了解扫频仪的原理和使用，加深对系统频率特性曲线的感性认识。2.了解陶瓷滤波器的频率特性。,二、实验内容：,学习扫频仪的使用，观测扫频仪的扫频范围，用扫频仪BT3G测量陶瓷滤波器 L6.5的频率特性。涉及扫频信号、系统频率特性、电子频率刻度、滤波器
23、、变容二极管、压电效应、谐振电路等知识点。,三、实验原理、方法和手段：,1.扫频测量技术 在现代测量中，为了测量系统的全面表征，需要从以往的静态测量转变到动态测量。扫频测量就是一种动态测量。所谓扫频，就是利用某种方法，使正弦信号的频率随时间按一定规律，在一定范围内反复扫动，这种频率扫动的正弦信号，称为扫频信号。利用扫频信号，可以在频域内对元器件或系统的频率特性进行动态测量，例如，图示一个放大器的动态频率特性曲线等。,三、实验原理、方法和手段：,2.陶瓷滤波器 陶瓷滤波器简称CF，可分为带阻和带通两类。CF能起滤波作用是由于陶瓷的压电效应。若将高频交流电压加在压电陶瓷片的两面时，在高频交变电场的
24、作用下，陶瓷片将随信号的交变而产生机械振动，当陶瓷片的固有频率(由其形状尺寸定)与外加信号频率一致时，陶瓷片表现出与LC串联谐振电路相似的特性。CF有二端式和三端式的，本次实验中使用的是三端式的，型号为 6.5，即6.5 MHz的带通滤波器。其电路符号和外型图如下：,三、实验原理、方法和手段：,四、实验步骤：,1扫频仪开机后将扫频信号（RTOUT）直接输入检波器，检波器的输出信号送入“垂直输入”（V-INPUV）端；调节输出衰减到最小，适当调节“垂直增益”，“频标选择”、“扫频宽度”、“中心频率”等旋钮，在显示屏上观察零拍标记，练习频标的读出，检查扫频仪的扫频范围连接如图5-2。,图52,四、实验步骤：,2.测量陶瓷滤波器的频率特性。连接方法如图53：6.5陶瓷滤波器的频率在6.5M左右，利用仪器显示器上的10M、1M组合频标读出陶瓷滤波器的3dB带宽、频率特性曲线峰值处的频率，并将频率特性曲线画在方格纸上。,图53,五、思考题：,1.在实验步骤1中，没有被测电路的情况下，检波结果是什么波形？,六、实验报告：,1.报告中包含实验预习情况，包括实验内容、实验步骤等。2.画出陶瓷滤波器的频率特性曲线，并分析其频率特性。3.在实验中，你对思考题中问题的分析。,
