湘潭大学14级电子测量与传感器技术实验指导书 - 图文

目 录

实验一数字万用表的应用 ............................................................................................................... 1-1 实验二波形观察与波形参数测量 ................................................................................................... 2-1 实验三线性电路频率特性研究 ....................................................................................................... 3-1 实验四 FFT频谱分析实验 .............................................................................................................. 4-1 实验五金属箔式应变片性能实验 ................................................................................................... 5-1 实验六电感式与电容式传感器位移实验 ....................................................................................... 6-1 实验七霍尔传感器实验 ................................................................................................................... 7-1 实验八温度传感器实验 ................................................................................................................... 8-1

说明：请单页打印每个实验后面的数据记录表格，作为实验数据记录纸使用。

实验一数字万用表的应用

一、实验目的

1 理解数字万用表的工作原理；

2 掌握仪表固有误差对测量结果的影响和一次直接测量时最大误差的估计方法； 3 熟悉并掌握数字万用表的主要功能和使用操作方法。 二、实验内容

1 用数字万用表检测元器件——电阻测量、电容测量、二极管检测、三极管检测； 2用数字万用表测量电压和电流——直流电压及电流的测量、交流电压及电流的测量。 三、实验器材

1 低频信号发生器 1台 2 数字万用表 （UT39E型) 1块 3功率放大电路实验板1块

4 实验箱 1台 5 4700pF电容、IN4007型二极管、9018型三极管 各1个 四、万用表功能介绍（以UT39E型为例）

1概述

UT39E型数字万用表是一种功能齐全、性能稳定、结构新颖、安全可靠、高精度的手持式四位半液晶显示小型数字万用表。它可以测量交、直流电压和交、直流电流，频率，电阻、电容、三极管β值、二极管导通电压和电路短接等，由一个旋转波段开关改变测量的功能和量程，共有28档。

本万用表最大显示值为±19999，可自动显示“0”和极性，过载时显示“1”，负极性显示“－”，电池电压过低时，显示“

2技术特性 A直流电压：

量程为200mV、2V、20V、200V和1000V五档，200mV档的准确度为±（读数的0.05％＋3个字），

2V、20V和200V档的准确度为±（读数的0.1％＋3个字）,1000V档的准确度为±（读数的0.15％＋5个字）；

输入阻抗，所有直流档为10MΩ。 B交流电压

量程为2V、20V、200V和750V四档， 2V、20V和200V档的准确度为±（读数的0.5％＋10个字）,750V档的准确度为±（读数的0.8％＋15个字）；

输入阻抗，所有量程约为2MΩ； 频率范围为40Hz~400Hz；

显示：正弦波有效值（平均值响应）。 C 直流电流

量程为2mA、200mA和20A三档，2mA档的准确度为±（读数的0.5％＋5个字），200mA档的准确度为±（读数的0.8％＋5个字）,20A档的准确度为±（读数的2％＋10个字）。

D 交流电流

”标志，短路检查用蜂鸣器。

1-1

量程为2mA、200mA和20A三档，2mA档的准确度为±（读数的0.8％＋10个字），200mA档的准确度为±（读数的1.2％＋10个字）,20A档的准确度为±（读数的2.5％＋10个字）；

频率范围为40Hz~400Hz；

显示：正弦波有效值（平均值响应）。 E 电阻：

量程为200Ω、2kΩ、20kΩ、20MΩ和200MΩ五档。200Ω档的准确度为±（读数的0.5％＋10个字），2kΩ、20kΩ和20MΩ档的准确度为±（读数的0.3％＋1个字），200MΩ档的准确度为±[（读数-100）的5％＋10个字]。

F 电容测试：

量程为2nF、20nF、200nF和20μF四档，准确度为±（读数的4％＋10个字），测试信号为400Hz 40mVrms。 G 频率测量：

量程为2kHz和20kHz二档，2kHz档的准确度为±（读数的2％＋5个字），20kHz档的准确度为±（读数的1.5％＋5个字）。

H三极管hFE检测：测试条件为：VCE＝2.8V，Ibo＝10μA，显示值范围0~1000。 I短路检测：约小于70Ω时蜂鸣器发声。 3面板及操作说明

（1） 显示器 ：四位半数字液晶显示屏

（2） 数据保持显示：按下“HOLD”键，LCD上保持显示当前测量值，再按一下弹起该键则退出保持显示。

（3） 显示符号：“”为数据保持提示符，“—”表示显示负的读数，““hFE”为晶体管放大倍数提示，“℃”为温度摄氏符号，“断测量提示符，“

”为高压提示符。

”为电池欠压提示符，

”为二极管测量提示符，“”为电路通

（4） 电源开关 ：按下“POWER”，则接通电源，弹起则关断。 （5） 电容测量插座 ：测量电容时，将电容引脚插入插座中。 （6） 功能量程开关 ：选择不同的测量功能和量程。

（7）“A”插孔（不能测量大于20A电流） ：当测量大于200mA、小于20A的交、直流电流时，红表笔应插入此20A电流插孔。

（8）“mA”插孔 ：当测量小于200mA的交、直流电流时，红表笔应插入此电流插孔。 （9）“VΩ此插孔。

（10） 接地公共端“COM”插孔 ：黑表笔始终插入此接地插孔中。

（11）hFE测试插座 ：将被测三极管的集电极、基极和发射极分别插入“C”、“B”、“E”插孔内，注意区分三极管是NPN型还是PNP型。

4 使用方法

（1） 准备：按下电源开关，观察液晶显示是否正常，有否电池缺电标志出现，若有则要先更换电池。 （2） 使用

（A）交、直流电流的测量

根据测量电流的大小选择适当的电流测量量程和红表笔的插入孔，测量直流时，红表笔接触电压高一端，黑表笔接触电压低的一端，正向电流从红表笔流入万用表，再从黑表笔流出，当要测量的电流大小不清楚的时候，先用最大的量程来测量，然后再逐渐减小量程来精确测量。

Hz”插孔 ：当测量交、直流电压、频率、电阻、二极管和短路检测时，红表笔应插入

1-2

（B）交、直流电压的测量 红表笔插入“VΩ

Hz”插孔中，根据电压的大小选择适当的电压测量量程，黑表笔接触电路“地”

端，红表笔接触电路中待测点。特别要注意，数字万用表测量交流电压的频率很低（40～400Hz），中高频率信号的电压幅度应采用交流毫伏表来测量。

（C）电阻的测量 红表笔插入“VΩ

Hz”插孔中，根据电阻的大小选择适当的电阻测量量程，红、黑两表笔分别接触

电阻两端，观察读数即可。特别是，测量在路电阻时（在电路板上的电阻），应先把电路的电源关断，以免引起读数抖动。禁止用电阻档测量电流或电压（特别是交流220V电压），否则容易损坏万用表。

另外，利用电阻档还可以定性判断电容的好坏。先将电容两极短路（用一支表笔同时接触两极，使电容放电），然后将万用表的两支表笔分别接触电容的两个极，观察显示的电阻读数。若一开始时显示的电阻读数很小（相当于短路），然后电容开始充电，显示的电阻读数逐渐增大，最后显示的电阻读数变为“1”（相当于开路），则说明该电容是好的。若按上述步骤操作，显示的电阻读数始终不变，则说明该电容已损坏（开路或短路）。特别注意的是，测量时要根电容的大小选择合适的电阻量程，例如47μF用20k档，而4.7μF则要用2M档等等。

（D）二极管导通电压检测 在“

”档位，红表笔接万用表内部正电源，黑表笔接万用表内部负电源。红表笔接被测二极管

阳极，黑表笔接被测二极管阴时，被测二极管正向导通，万用表显示二极管的正向导通电压，单位是mV。通常好的硅二极管正向导通电压应为500mV～800mV，好的锗二极管正向导通电压应为200mV～300mV。假若显示“000”，则说明二极管击穿短路，假若显示“1”，则说明二极管正向不通。若反接，被测二极管反向截止，应显示“1”，若显示“000”或其它值，则说明二极管已反向击穿。

此档也可以用来判断三极管的好坏以及管脚的识别。测量时，先将一支表笔接在某一认定的管脚上，另外一支表笔则先后接到其余两个管脚上，如果这样测得两次均导通或均不导通，然后对换两支表笔再测，两次均不导通或均导通，则可以确定该三极管是好的，而且可以确定该认定的管脚就是三极管的基极。若是用红表笔接在基极，黑表笔分别接在另外两极均导通，则说明该三极管是NPN型，反之，则为PNP型。最后比较两个PN结正向导通电压的大小，读数较大的是be结，读数较小的是bc结，由此集电极和发射极都识别出来了。

（E）三极管值hFE测试

首先要确定待测三极管是NPN型还是PNP型，然后将其管脚正确地插入对应类型的测试插座中，功能量程开关转到hFE档，即可以直接从显示屏上读取hFE值，若显示“000”，则说明三极管已坏。

（F）短路（通断）检测 将功能、量程开关转到“鸣器会响。

五、实验步骤

1用数字万用表检测元器件

1.1 通断检测：正确选取档位，检测功率放大电路实验板上线路连接是否良好。（填表1-1） 1.2 二极管检测：正确选取档位，检测给定二极管的好坏。（填表1-1） 1.3三极管检测：正确选取档位，检测给定三极管的好坏。（填表1-1）

1.4电阻测量：正确选择量程，测量功率放大电路实验板上电阻1R5和1R7的阻值，并计算万用表误差引起的测量误差。（填表1-2）

1.5电容检测：正确选择量程，测量给定电容的电容量，并计算万用表误差引起的测量误差。（填表1-2）

2 用数字万用表测量电压和电流

”位置，两表笔分别接测试点，若有短路（电阻约小于70Ω），则蜂

1-3

2.1 直流电压测量：正确选取档位，测量实验箱上直流电源电压Vcc，并计算万用表误差引起的测量误差。（填表1-3）

2.2 直流电流测量：正确选取档位，测量集成功放电路静态时的总电流I，并计算万用表误差引起的测量误差，初步判别集成功放的好坏。（填表1-3）

2.3 交流电压测量：用信号发生器输出频率200Hz有效值为100mV正弦波加到集成功放输入端Vin，正确选取万用表交流电压档测量输入信号电压Vin和输出信号电压Vout，计算电压放大倍数AV，并计算万用表误差引起的电压测量误差,判别集成功放的好坏；以信号发生器的指示值作为标称值，计算测量Vin时的实际相对误差。（填表1-4）

2.4 交流电流测量：正确选取万用表交流电流档，将表笔插入正确插孔，用信号发生器输出频率200Hz有效值为100mV正弦波通过万用表加到集成功放输入端Vin，测量Iin，计算万用表误差引起的电流测量误差。（填表1-4）

3 数字万用表测量交流信号的频率特性试验

正确选取万用表交流电压档位，测量有效值为1.8V频率如表1-5所列的信号发生器输出的正弦波的幅度，计算万用表误差引起的电压测量误差，并以1.8V为标称值计算测量的实际相对误差，判别其是否在该万用表误差允许的范围内，确定该万用表测量交流电压的大致频率范围。（填表1-5）

4数字万用表检波类型判别

不同波形的波形系数（KF?UPU）和波峰系数(KP?)不同，例如：方波KF?KP?1,三角波

UUKF?1.15,KP?1.73。

万用表测交流电压时示值U?为正弦有效值，但不同的万用表有不同的检波特性，示值U?、峰值UP、均值U和有效值U之间的关系为：

峰值检波：UP?2U?，U?UPUP22?U?，U??U?

KFKPKFKPKPKP均值检波：U?0.9U? ，U?KFU?0.9KFU?，UP?KPU?0.9KFKPU? 有效值检波：U?U? ，UP?KPU?KPU?，U?UU?? KFKF试设计一个实验方案来判别UT39E型数字万用表测交流电压时的检波类型。实验记录填入表1-6中。 六、预习与思考题

1 交流电压的测量方法有哪几种？

2 DVM有哪些特点？DVM的测量误差如何计算？ 3 DVM的适用频率范围是多少？

4 一次直接测量时最大误差如何估计？

七、实验报告要求

1每个学生独立撰写1份实验报告。

2 根据实验1.1-1.5，说明用万用表检测各种常用元器件的方法。 3 根据实验2.1-2.4，从减小测量误差角度说明如何选取量程。 4 根据各数据表中的要求做好误差分析。

5 根据实验数据说明所用万用表的频率响应特性。 6 回答思考题。

八、实验注意事项

1 实验前要求签到，并按签到号对号入座；

2万用表接入被测电路前注意正确选择功能档位、量程及红表笔插孔。对未知量进行测量时，应首先把量程调到最大，然后从大向小调，直到合适为此。若显示“1”，表示过截，应加大量程。

3万用表不测量时，应随手关断电源。 4 改变量程时，表笔应与被测点断开。 5测量电流时，切忌过载。

6 不允许用电阻档和电流档测电压。

1-4

学院：班级：学号：姓名：组员：

电子测量与传感器技术实验数据记录——实验一

表1-1 通断检测、二极管及三极管的检测 序号 1.1 1.2 1.3 序号 1.4 1.5 项 目 通断检测 检测给定二极管 检测给定三极管 选取档位 操作及显示描述 结果/结论 实际相对误差 实际相对误差 / / 表1-2 电阻、电容的检测 项 目 标称值 选取档位 测量值 仪器误差引起的测量误差范围 测量1R5 测量1R7 检测给定电容 表1-3直流电压、直流电流及静态功耗测量 序号 项 目 标称值 选取档位 测量值 仪器误差引起的测量误差范围 2.1 直流电源U(V) 9V 静态总电流I2.2 / （mA） 静态功耗P（W） / / 初步判别集成功放好坏 序号 项 目 Vin (mV) 2.3 Vout (mV) 实测计算AV 2.4 Iin（mA） 判别集成功放好坏 标称值 选取档位 测量值 仪器误差引起的测量误差范围 100mV / / / / 表1-4 交流电压、交流电流测量及功放故障检测(测试信号频率200Hz) 实际相对误差 / / / 表1-5数字万用表测量交流信号的频率特性试验 信号发生器输出电压有效值（标称值）U（V） 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 频率(Hz) 20 30 40 200 400 500 1k 5k 选取交流电压档位 仪器误差引起的测量误差范围 输出电压测量值Ux 1.8 实际相对误差 表1-6万用表检波类型判别 测试信号波形 测试信号频率 测试信号峰峰值 判别说明 万用表档位 万用表指示值 万用表检波类型

教师签名： D1-1

实验二 波形观察与波形参数测量

一、实验目的

1了解示波器的结构和工作原理，掌握示波器的使用方法。 2学会用示波器观察电信号的波形，并测量波形参数。 3学会用示波器观察电路输出信号波形有无失真。 4 掌握用示波器测量电压放大倍数的方法。 二、实验内容

1波形观察——示波器面板各旋钮的使用操作。； 2用示波器测量波形参数。

3集成功率放大电路波形失真观察及电压放大倍数测量。 4多次等精密度测量频率及数据处理。 三、实验器材

1 示波器 1台 2 信号发生器 1台 3 实验箱 1台 4功率放大电路实验板 1块 四、数字存储示波器简介（以TDS1002型为例） 1 概述

TDS1002数字存储示波器是小型、轻便式的二通道台式仪器，可以用地电压为参考进行测量，主要用来观察与测量电路中各种波形的一种电子仪器。观察电路能否正常工作，测量波形的有效值、平均值、峰—峰值、上升时间、下降时间、频率、周期、正频宽、负频宽等。因此，在生产、实验和科研工作中，有着广泛的使用。 2 面板结构

图2-1 数字存贮示波器面板结构图

2-1

前面板结构如图2-1所示。按功能可分为显示区、垂直控制区、水平控制区、触发区、功能区五个部分。另有5个菜单按钮，3个输入连接端口。下面将分别介绍各部分的控制钮以及屏幕上显示的信息。

2.1 显示区

示波器的显示区除了显示波形外,还显示关于波形和示波器控制设置的详细信息。显示区如图2-2所示 1

显示图标表示采集方式

取样模式 峰值检测模式 均值模式

2 触发状态显示如下:

□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。

R准备就绪。示波器已采集所有预触发数据并准备接受触发。

T已触发。示波器己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。

R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 \水平位置\旋钮调整标记位置。 4 用读数显示中心刻度线的时间。触发时间为零。

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。如没有标记，不会显示通道。 7 箭头图标表示波形是反相的。 8 以读数显示通道的垂直刻度系数。 9 BW图标表示通道是带宽限制的。 10 以读数显示主时基设置。

11 如使用窗口时基，以读数显示窗口时基设置。 12 以读数显示触发使用的触发源。 13 显示区域中将暂时显示帮助向导\信息。 14 用读数表示 \边沿\脉冲宽度触发电平。 15 显示区显示有用信息。 16 以读数显示触发频率。 2.2 信息区域

图2-2 示波器显示区

2-2

示波器在显示屏的底部显示 \信息区域\，以提供以下类型的信息: (1)访问另一菜单的方法，例如按下\触发菜单\按钮时: 要使用 \触发释抑\，请进入 \水平\菜单

(2)建议可能要进行的下一步操作，例如按下 \测量\按钮时: 按下某个选项按钮以更改其测量

(3)有关示波器所执行操作的信息，例如按下“默认设置”按钮时: 调用默认设置

(4)波形的有关信息，例如按下“自动设置”按钮时: 在通道1上检测到矩形波或脉冲波

2.3 使用菜单系统

TDS 1002示波器的用户界面设计用于通过菜单结构方便地访问特殊功能。

按下前面板按钮，示波器将在显示屏的右侧显示相应的菜单。该菜单显示直接按下显示屏右侧未标记的选项按钮时可用的选项。(在某些文档+，选项按钮可能也指显示屏按钮、侧菜单按钮、bezel钮或软键。)示波器使用下列四种方法显示菜单选项：如图2-3所示。 2.3.1 页(子菜单)选择:对于某些菜单，可使用顶端的选项按钮来选择两或三个子菜单。每次按下顶端按钮时，选项都会随之改变。例如，按下\保存/调出\菜单内的顶端按钮，示波器将在 \设置\和 \波形\子菜单间进行切换。 2.3.2

循环列表:每次按下选项按钮时，示波器都会将参

图2-3四种方法显示菜单选项

数设定为不同的值。例如，可按下\菜单\按钮，然后按下顶端的选项按钮在 \垂直(通道)藕合\各选项切换。 2.3.3 动作：示波器显示按下“动作选项”按钮时间即发生的动作类型。例如，按下“显示菜单”按钮，然后按下“对比度增加”选项按钮时，示波器会立即改变对比度。 2.3.4

单选钮：示波器为每一选项使用不同的按钮。当

图2-4 垂直控制系统

前选择的选项被加亮显示。例如，当按下“采集菜单”按钮时，示波器会显示不同的采集模式选项。要选择某个选项，可按下相应的按钮。 2.4 垂直控制

如图2-4所示。

CH1.CH2.光标1及光标2位置。可垂直定位波形。显示和使用光标时，LED变亮以指示移动光标时，按钮

2-3

的可选功能。

CH1.CH2.菜单。显示垂直菜单选择项并打开或关闭对通道波形显示。

伏/格 (CH1,CH2)。选择标定的刻度系数。 数学计算菜单。显示波形的数学运算并可用于打开和关闭数学波形。

2.5 水平控制

如图2-5所示。

位置。调整所有通道和数学波形的水平位置。这一控制的分辨率随时基设置的不同而改变。

注释:要对水平位置进行大幅调整，可将秒/格旋钮旋转到较大教值，更改水平位置，然后再将此旋钮转到原来的数值。

当直示帮助主题时，可使用此旋钮滚动选择链接或索引条目。 水平菜单。显示 \水平菜单\。

设置为零。将水平位置设置为零。秒/格。为主时基或窗口时基选择水平的时间/格(刻度系数)。如 \窗口区\被激活，通过更改窗口时基可以改变窗口宽度。 2.6 触发控制

如图2-6所示。

电平”和“用户选择”。使用 \边沿\触发时，\电平\旋钮的基本功能是设置电平幅度，信号必需高于它才能进行采集。还可使用此旋钮执行“用户选择\的其它功能。旋钮下的LED发亮以指示相应功能。

释抑：设置可以接受另一触发事件之前的时间量。

视频线数：当“触发类型”选项设置为“视频”，“同步”选项设置为“线数”时，将示波器设置为某一指定线数。

脉冲宽度：当“触发类型”选项设置为“脉冲”，并选择了“设置脉冲宽度”选项时，设置脉冲宽度。 触发菜单。显示“触发菜单”。设置为50%触发电平设置为触发信号峰值的垂直中点。 强制触发不管触发信号是否适当，都完成采集。如采集已停止，则该按钮不产生影响。

触发视图。当按下“触发视图”按钮时，显示触发波形而不显示通道波形。可用此按钮查看诸如触发藕合之类的触发设置对触发信号的影响。 2.7 菜单和控制按钮

图2-6 触发控制 图2-5 水平控制系统

2-4

如图2-7所示。

2.7.1 保存/调出（SAVE/RECALL）：显示设置和波形的“保存/调出菜单”。

2.7.2 测量(MESURE)：显示自动测量菜单。 2.7.3采集（ACQUIRE）：显示“采集菜单”。 2.7.4显示(DISPLY)：显示“显示菜单”。 2.7.5 光标(CURSOR)：显示“光标菜单”。当显示“光标菜单”并且光标被激活时，“垂直位置”控制方式可以调整光标的位置。离开“光标菜单”后，光标保持显示（除非“类型”选项置为“关闭”），但不可调整。 2.7.6 辅助功能（UTILITY）：显示“辅助功能菜单”。

2.7.7 帮助(HELP)：显示“帮助菜单”

2.7.8 默认设置(DEFAULT SETUP)：调出厂家设置。

2.7.9 自动设置（AUTO SET）：自动设置示波器控制状态，以产生适用于输出信号的显示图形。 2.7.10 单次序列(SINGLE SEQ)：采集单个波形，然后停止。 运行/停止(RUN/STOP)：连续采集波形或停止采集。 2.7.11 打印（PRINT）：打印操作。 3 应用示例

3.1 使用“自动设置”

需要查看电路中的某个信号，在不了解该信号的幅值或频率，希望快速显示该信号，并测量其频率、周期、峰峰值时，可以使用“自动设置”。 按下CH1菜单按钮，将探头选项衰减设置成与探头上的开关设定一致。例如，探头上的开关设定在“×10”位置，则探头选项衰减设置成10X（如果设置不一致，结果怎样？）。

通道1的探头与信号连接。 按下“自动设置”按钮。

示波器自动设置垂直、水平和触发控制。若需要优化波形，可手动调整。

3.2 自动测量：示波器自动测量大多数显示出来的信号。要测量信号的频率、周期、峰峰值、上升时间以及正频宽等，按如下步骤进行：

按下“测量”按钮，查看“测量”菜单。 按下顶部的选项按钮，显示“测量1” 菜单。

按下“类型”选项按钮，选择频率。其读数将显示测量结果及更新信息。 按下返回选项按钮。

按下顶部第二个选项按钮，显示“测量2” 菜单。

按下“类型”选项按钮，选择周期。其读数将显示测量结果及更新信息。

图2-7 菜单和控制按钮

2-5

按下返回选项按钮。

按下顶部中间的选项按钮，显示“测量3” 菜单。

按下“类型”选项按钮，选择峰—峰值。其读数将显示测量结果及更新信息。 按下返回选项按钮。

按下第四个选项按钮，显示“测量4” 菜单。

按下“类型”选项按钮，选择上升时间。其读数将显示测量结果及更新信息。 按下返回选项按钮。

按下底部的选项按钮，显示“测量5” 菜单。

按下“类型”选项按钮，选择正频宽。其读数将显示测量结果及更新信息。 按下返回选项按钮。

注意：测量时如果显示参数跳跃大甚至出现“？”，说明示波器的水平控制、垂直控制、触发控制等调整不当。不同波形参数测量需要相应调整有关控制旋钮。 3.3 测量两个信号

假设正在测试放大器，需要测量放大器的输入和输出信号。可将示波器的两个通道分别与放大器的输入和输出端相连，使用测量结果计算出放大倍数。

要激活并显示连接到通道1和通道2的信号，按如下步骤进行： 如果未显示通道，可按下CH1菜单和CH2菜单按钮。

按下“自动设置”按钮。要选择两个通道进行测量，可执行以下步骤： 按下“测量”按钮，查看“测量”菜单。 按下顶部的选项按钮:显示“测量1菜单”。 按下信源选项按钮。选择CH1。 按下类型选项按钮，选择峰-峰值。 按下返回选项按钮。

按下顶部第二个选项按钮：显示“测量2菜单”。 按下信源选项按钮。选择CH2。 按下类型选项按钮，选择峰-峰值。 按下返回选项按钮。 读取两个通道的峰峰值。 3.4 观测弱信号

观察弱信号时，显示波形较粗，采集方式应采用“均值模式”。 五．实验步骤

1 波形观察——示波器面板各旋钮的使用操作

用信号发生器输出一个1kHz、20mVP-P正弦信号作为被测信号加到示波器CH1通道，按表2-1进行实验。

要求理解：在观察大小不同、频率不同的信号时采集方式、触发电平、垂直刻度系数、水平刻度系数等应如何调节？

2-6

2、用示波器测量波形参数 2.1 读波形高度测幅度

用信号发生器输出1kHz、Vp-p为20mV—1V的正弦波加到示波器，适当调节示波器各旋钮，读取波形峰峰高度，填表2-2。

2.2三角波波形参数测量

用信号发生器输出100Hz、Vp-p为1V的三角波加到示波器，适当调节示波器各旋钮或选项，使示波器直接显示信号频率、平均值、峰峰值、有效值，填表2-3，并计算其波形系数和波峰系数。

2.3 矩形脉冲参数测量

观测实验箱上固定频率输出端Q7的信号峰峰值、上升时间、下降时间、正脉冲宽度、负脉冲宽度等参数，填表2-4。

3、观察集成功放输出波形非线性失真、测量集成功放电压放大倍数

实验板集成功放电路接+5V电源，用信号发生器输出1kHz20mVP-P的正弦波加到功放输入端。用示波器同时观察功放的输入信号和输出信号波形。适当调节示波器各旋钮，使波形清晰。

3.1读取并记录输入信号和输出信号幅度，填入表2-5中；

3.2逐渐加大输入信号幅度，同时观察波形变化，当输出波形出现失真时停止增加； 3.3 将示波器置为“X-Y”方式，观察李沙育图形应为弯曲的斜线；

3.4 逐渐减小输入信号幅度，同时观察李沙育图形的变化。当李沙育图形变为直线时停止减小，记录此时的输入信号和输出信号幅度，即为最大不失真输入和输出幅度。读取并记录此时输入信号和输出信号幅度，填入表2-5中；

3.5 计算实测的集成功放电压放大倍数。 4、多次等精密度测量频率及数据处理

用信号发生器输出Vp-p=100mV、频率为1150Hz的正弦波加到到示波器的CH1通道,适当调节示波器各旋钮使波形清晰稳定，并使示波器直接显示信号频率，每隔一定时间读一次数，读20次，填表2-6,计算频率测量的最佳估计值、方差和标准差。

六、预习与思考题

1交流电压的测量方法有哪几种？ 2 随机误差对测量结果有何影响？ 3示波器显示被测信号的波形的原理？

4示波器旋钮“伏特/格”和“秒/格”的作用是什么？

5 如何用示波器测量信号峰峰值、有效值、上升时间、下降时间等波形参数？

6 如何设置探头选项衰减？如果探头上的开关设定在“×1”位置，而探头选项衰减设置成10X，结果怎样？为什么？如果探头上的开关设定在“×10”位置，而探头选项衰减设置成1X呢？ 七、实验报告要求

1每个学生独立撰写1份实验报告。

2根据实验步骤1说明示波器观察波形的操作步骤。

3根据实验步骤2说明示波器测量信号幅度的方法，如何减小测量误差？

4根据实验步骤2说明示波器测量各种波形参数的方法，如何减小测量误差？ 5 根据实验步骤3说明用示波器观察波形失真的方法。 6 根据实验步骤5数据说明本次测量的精密度如何。 7回答思考题。

八、注意事项

1 实验前要求签到，并按签到号对号入座； 2 实验二人一组，要注意分工协作，良好沟通；

3实验前注意打开信号发生器、示波器等电源预热，实验过程中不要关电源；

4 在将发生器输出信号接入电路前，应先调节好波形、幅度、频率等，避免信号幅度过大对电路造成伤害。

2-7

学院：班级：学号：姓名：组员：

电子测量与传感器技术实验数据记录——实验二

表2-1波形观察——示波器面板各旋钮的使用操作

操作 顺序 1 操作内容 屏幕显示波形及变化情况描述 按下“自动设置（AUTO SET）”键 2 按键，再多次按“探头衰减”选项，最 后返回。 3 按键 4 按键，再调节触发斜率。 5 按“采集（ACQUIRE）”键，再选择采集方式。 6 按“显示(DISPLY)”键，再选择显示方式。 7 按“测量(MESURE)”键，再设置显示参数。 8 按“光标(CURSOR)”键，再移动光标。 9 调节“触发电平”。 10 调节旋钮 11 调节12 旋钮 按键

教师签名： D1-1

学院：班级：学号：姓名：组员：

表2-2示波器读波形高度测信号幅度实验数据

信号频率 输入通道 信号发生器输出信号幅度 （Vp-p） 20mV 245mV 1V 采集方式 触发电平 1kHz 水平刻度系数 输入藕合方式 垂直 刻度系数 Vp-p读数 （格或cm） 显示方式 触发极性 测得Vp-p 相对误差 表2-3示波器测量三角波波形参数实验数据 输入通道 输入藕合方式 f 100Hz 波形系数KF?U Vp-p 1V 水平刻度系数 触发极性 频率 平均值 波峰系数KP 显示方式 采集方式 峰峰值 有效值 信号发生器输出信号 示波器显示波形参数 U ?UPU

表2-4示波器测量Q7输出矩形脉冲参数实验数据

输入通道 输入藕合方式 参数名称 水平刻度系数 显示参数值 峰峰值 采集方式 垂直刻度系数 上升时间 下降时间 触发极性 触发电平 正脉冲宽度 负脉冲宽度 表2-5集成功放电路电压放大倍数的测量实验数据 实 测 实测计算 Vi （mV） 20 （最大不失真输入） Vo（mV） （最大不失真输出） AV 表2-6多次等精密度测量频率实验数据

序号 1 2 3 4 5 读数 6 7 8 9 10 序号 读数 序号 11 12 13 14 15 方差 读数 序号 16 17 18 19 20 标准差 读数 最佳估计值（算术平均值） 教师签名： D1-2

实验三线性电路频率特性研究

一、实验目的

1学会示波器“点频法”研究线性电路幅频特性的方法；

2理解李沙育图形显示的原理，掌握用李沙育图形测量线性电路输入输出信号相位差的方法； 3 掌握用示波器研究线性电路的相频特性的方法。

二、实验内容

1用示波器“点频法”研究一个RC低通电路的幅频特性； 2观察常见的李沙育图形；

3李沙育图形法观测RC低通和高通滤波电路输出信号与输入信号的相位差； 4李沙育图形法测量RC低通电路的相频特性。

三、实验器材

1、信号发生器 1台 2、示波器 1台 3、实验箱 1台 4、单管、多级、负反馈电路实验板 1块

四、实验原理

1、李沙育图形

Uy 模拟示波器扫描速度旋钮置”X-Y”位置(存储示波器显示格式选“XY”)时，Y1通道变成x通道，在示波器的y通道(Y2)和x通道t (Y1，与Y2通道对称)分别加上频率为fy和fx的正弦信号，则在荧光屏上显示的图形称为李沙育(或李萨如)图形。李沙育图形的形

Ux 状主要取决于fy、fx的频率比和相位差。例

如，当fy/fx=1，且相位差为0时，屏幕上显示一条对角线；当fy/fx=2，且相位差为0时，屏幕上显示“∞”；当fy/fx=1，但相位差不为0时，屏幕上显示一个椭圆。图3-1所示为fy/fx=2且相位差为0时的李沙育图形。

2、李沙育图形法测量相位差

设ux = Uxm sin(?t+?)，uy = Uym sin?t，分别加到x通道（Y1通道）和Y2通道，调节t 示波器有关旋钮，使荧光屏上显示的李沙育

图3-1 fy/fx=2且相位差为0时的李沙育图形 (或李萨如)图形如图3-2所示。则相位差

??sin?1x0（3-1） xm3、点频法测量幅频特性

幅频特性是指输出信号幅度随输入信号频率变化而改变的关系。采用示波器可以观测信号幅度。保持输入信号幅度不变，改变输入信号频率，逐点测量各频率对应的输出信号幅度，采用描点法作出幅频

2-1

特性曲线。

4、点频法测量相频特性

相频特性是指输出信号与输入信号的相位差与信号频率的关系。采用李沙育图形法可以测量相位差。保持输入信号幅度不变，改变输入信号频率，逐点测量各频率对应的相位差，采用描点法作出相频特性曲线。

五、实验步骤

1测量RC低通电路的幅频特性 1.1 用短路块在单管、多级、负反馈电路实验板上搭建图3-3所示RC低通电路，并记录元件参数。

1.2用信号发生器输出频率为100Hz的正弦波加到图3-3所示RC低通电路输入端，用示波器同时观察其输入信号和输出信号波

x0 xm 图3-2李沙育图形法测相位差

形。调节信号发生器输出信号幅度（即RC低通电路输入信号），使RC低通电路的输出信号幅度VoP?1（V）。 1.3保持RC低通电路输入信号幅度ViP不变，改变频率f，按表3-1测量并记录。

1.4保持RC低通电路输入信号幅度ViP不变，改变频率f，使输出电压下降至低频100Hz时输出信号幅度的0.707倍，测出截止频率fc。

1.5在f?H坐标中描点作出幅频特性曲线。

2观察李沙育图形

2.1 fx与fy同频同相时的李沙育图形

用短路块在单管、多级、负反馈电路实验板上搭建图3-5所示射极输出器，并记录元件参数。用信号发生器输出一个100Hz、1Vp-p的正弦波该射极输出器输入端，用示波器的CH1、CH2通道分别观测该射极输出器的输入、输出信号。正确调节有关旋钮以便显示出李沙育图形，屏幕上应看到一条斜线，其斜率即为该射极输出器的电压放大倍数。李沙育图形记录于表3-2中。

2.2 fx与fy同频不同相时的李沙育图形

用短路块在单管、多级、负反馈电路实验板上搭建图3-4所示RC高通滤波器，并记录元件参数。用信号发生器输出一个100Hz、2Vp-p的正弦波，加到该RC高通滤波器输入端，用示波器的CH1、CH2通道

2-2

分别观测该RC高通滤波器的输入、输出信号。正确调节有关旋钮以便显示出李沙育图形，屏幕上应看到一个椭圆。李沙育图形记录于表3-2中。

3 李沙育图形法观测RC高通滤波电路输出信号与输入信号的相位差

3.1用信号发生器输出一个200Hz、1Vp-p的正弦波，加到图3-4所示RC高通滤波器输入端，用示波器的CH1、CH2通道分别观测该RC高通滤波器的输入、输出信号。正确调节有关旋钮以便显示出李沙育图形，屏幕上应看到一个椭圆。读取x0和xm的值，按式（3-1）计算相位差θ，并填表3-3。

3.2 根据电路元件参数和信号频率计算相位差θ理论值，填入表2-3。 3.3 以理论值为实际值，计算相对误差，填入表3-3。 4 测量RC低通滤波器相频特性 4.1用短路块在单管、多级、负反馈电路实验板上搭建图3-3所示RC低通滤波器，并记录元件参数。 4.2用信号发生器输出一个100Hz、1Vp-p的正弦波，加到该RC低通滤波器输入端，用示波器的CH1、CH2通道分别观测该RC低通滤波器的输入、输出信号。正确调节有关旋钮以便显示出李沙育图形。按实验3的方法读取数据并计算相位差θ，填写表3-4。

4.3根据表3-4中提供的频率值，改变RC低通滤波器的输入信号频率，适当调节示波器有关旋钮，使显示的李沙育图形便于读取x0和xm的值，确保测量精确度，将数据计入表3-4中。

4.4 按照电路元件参数计算各频率点的相位差理论值，根据测量的x0和xm的值计算各频率点的相位差实测值，并计算相对误差。

4.5在f-θ坐标中描点做出相频特性曲线。

六．预习与思考题

1李沙育图形的显示原理？

2如何用李沙育图形法测量相位？

3如何用“点频法”测量电路的幅频特性和相频特性？ 七、实验报告要求

1、每个学生独立撰写1份实验报告。

2、分析表3-1的实验数据，描绘出幅频特性，并与理论分析的幅频特性对比，做出合理解释。 3、解释表3-2中的李沙育图形。 4、分析表3-3中产生误差的原因

5、分析表3-4的实验数据，描绘出相频特性，并与理论分析的相频特性对比，做出合理解释。 6、回答思考题。 八、注意事项

1 操作旋钮要轻慢，避免对仪器产生损伤； 2 实验中途不要关闭仪器电源；

3在将发生器输出信号接入电路前，应先调节好波形、幅度、频率等，避免信号幅度过大对电路造成伤害。

2-3

学院：班级：学号：姓名：组员：

电子测量与传感器技术实验数据记录——实验三

表3-1 RC低通电路幅频特性测量 ViP（V） f（Hz） 50 100 1 200 300 电路参数 500 1k R= 10k C= 0．707 VoP（V） H 表3-2 观察李沙育图形 电路名称 输入信号频率 输入信号幅度 CH1 垂直刻度系数 CH2 垂直刻度系数 射极输出器 RC高通滤波器 李沙育图形 表3-3李沙育图形法观测RC高通滤波电路输出信号与输入信号的相位差 电路 名称 RC高通 信号频率（Hz） R（kΩ） C（μF） x0 xm φ（实测） φ（理论） 相对 误差 表3-4 RC低通滤波器相频特性测量 电路参数 频率（Hz） 10 50 x0 xm θ（实测） θ（理论） 相对误差 R= 100 200 500 C= 1k 10k 100k 1M 2M 3M 教师签名： D2-1

实验四 FFT频谱分析实验

一、实验目的

1 通过实验加深对快速傅立叶变换（FFT）的认识； 2 了解FFT点数与频谱分辨率的关系；

3熟练掌握实验中所需设备及仪器的使用方法； 4 掌握常见波形的频谱特点；

5 掌握谐波分析法测量信号失真度。 二、实验内容

1、练习使用虚拟频谱分析仪。 2、观测常见信号的频谱。

3、频谱分析法测量放大器的最大不失真输出。 4、谐波分析法测量集成功放输出信号失真度。 三、实验器材

1、信号发生器 1台 2、DSO-2902/512K型测试仪 1台

3、实验箱 1台 4、集成功放电路实验板 1块 四、实验原理

对于一个电信号，可以用它随时间的变化情况（即波形）来表示，也可以用信号所含的各种频率分量（即频谱分布）来表示。用示波器实现的波形测试方法称为时域分析法，用频谱分析仪观察信号频谱的方法称为频域分析法。频谱是指对信号中各种频率成分的幅度按频率顺序排列起来构成的图形。对于任意电信号的频谱所进行的研究，称为频谱分析。 一个周期信号，由基波和各次谐波组成。其频谱如图4-1所示。图中每一根纵线的长短代表一种正弦分量幅值和能量的大小，并且只取正值。这些纵线称为“谱线”。

既然上述时域和频域两种分析方法都可表示同一信号的特性，那么它们之间必然是可以转换的。时域分析是研究信号的瞬时幅度u与时间t的关系，而频域分析是研究信号中各频率分量的幅值A与频率f的关系，它们分析的角度不同，各有适用场合。频域分析多用于测量各种信号的电平、频率响应、频谱纯度及谐波失真等。

时域与频域的关系可以用数学方法——付里叶级数和付里叶变换来表征。例如：一个周期为T的方波可用下列数学式表达

0 图4-1

t

V 4-1

?1??f(t)????1??nT?t?nT?T2T(nT?)?t?(n?1)T2（n=0，1，2，?）

函数表达式尽管很简单，但不连续。可以用付里叶级数写成正弦函数表达式

f(t)?sin(2k?1)?t??2k?1k?04?1

任何周期函数都可以展开成付里叶级数，级数的每一项在频谱上都可以画成一条直线，代表信号的

一种成分。而且每一项的频率都是信号频率的整数倍，所以频谱图上各个谱线是依次等间距排列的。 频谱图有三种，即线性振幅谱（magnitude spectrum）、对数振幅谱（logarithm spectrum）和自功率谱（Power spectrum）。

在直角坐标系中，以频率为横轴，以振幅为纵轴，将每一分量的振幅用一条竖线画在坐标上，就是该信号的线性振幅谱。

对数振幅谱中各谱线的振幅都作了对数计算，所以其纵坐标的单位是dB（分贝）。这个变换的目的是使那些振幅较低的成分相对高振幅成分得以拉高，以便观察掩盖在低幅噪声中的周期信号。

在直角坐标系中，以频率为横轴，以功率为纵轴，将每一分量的功率用一条竖线画在坐标上，就是该信号的自功率谱。

纯正弦信号通过电路后，如果电路存在非线性失真，则输出信号中除了含有原基波分量外，还含有其他谐波成分，这就是电路产生的谐波失真。谐波失真度是描述信号失真程度的参量，简称失真度。失真度被定义为全部谐波能量与基波能量之比的平方根值。可用百分比表示为

2 ????=2????

??0=

??1

×100%

式中，U1、U2、?，Um分别表示基波及其各次谐波的均方根值。

五、实验步骤

1频谱分析仪的使用

用信号发生器输出100Hz、1Vp-p的正弦波加到DSO-2902/512K型测试仪的CH-A1通道，适当设置“电压/每格”、“时间/每格”的值，点“GO”，再打开“FFT”窗口，按表4-1进行实验。

2信号频谱测量

（1）正弦波的频谱测量 用信号发生器输出100Hz、1.8Vp-p的正弦波加到DSO-2902/512K型测试仪的CH-A1通道，适当设置“电压/每格”、“时间/每格”的值，点“GO”，再打开“FFT”窗口，频谱类型选“Magnitude”，窗口类型选“Hanning”，存储点数选“1024”，缩放选“×1”，读取谱线对应的频率和幅值，填表4-2，并以信号源指示的幅度为准，计算测量的相对误差。

（2）方波的频谱测量

用信号发生器输出100Hz、1.8Vp-p的方波加到DSO-2902/512K型测试仪的CH-A1通道，适当设置“电压/每格”、“时间/每格”的值，点“GO”，再打开“FFT”窗口，频谱类型选“Magnitude”，窗口类型选“Hanning”，存储点数选“1024”，缩放选“×1”，读取谱线对应的频率和幅值，填表4-2，并以信号源指示的幅度为准，计算测量的相对误差。

4-2

（3）三角波的频谱测量 用信号发生器输出100Hz、1.8Vp-p的三角波加到DSO-2902/512K型测试仪的CH-A1通道，适当设置“电压/每格”、“时间/每格”的值，点“GO”，再打开“FFT”窗口，频谱类型选“Magnitude”，窗口类型选“Hanning”，存储点数选“1024”，缩放选“×1”，读取谱线对应的频率和幅值，填表4-2，并以信号源指示的幅度为准，计算测量的相对误差。

3测量放大器输出信号的失真度 集成功放电路电源接+12V，用信号发生器输出频率为100Hz、18mVp-p的正弦波加到集成功放电路输入端。用DSO-2902/512K型测试仪的CH-A1、CH-A2通道分别观测集成功放电路的输入、输出信号，适当设置“电压/每格”、“时间/每格”的值，点“GO”，再打开“FFT”窗口，频谱类型选“Magnitude”，窗口类型选“Hanning”，存储点数选“1024”，缩放选“×1”，观察输入和输出信号的频谱。在输出信号无失真情况下读取输入信号和输出信号的谱线高度，填表4-3，计算集成功放电路电压放大倍数。

逐渐加大输入信号幅度的同时观察输出信号的频谱，当输出信号出现明显失真时，记录此时输出信号波形，并测出各谱线幅度，计算谐波失真度，填表4-3。

六．预习与思考题

1 DSO-2902/512K型测试仪如何设置“电压/格”的值？ 2 DSO-2902/512K型测试仪如何选择电压衰减比例？

3 DSO-2902/512K型测试仪中，如何通过观察放大电路输出信号频谱来判断是否失真？ 七、实验报告要求

1、每个学生独立撰写1份实验报告。

2、分析表4-2数据，以理论值作为实际值计算各测量的相对误差，做出合理解释。 3、分析表4-3数据，指出所测集成功放有无故障。若有，是何故障？ 4、回答思考题。

八、注意事项

1 DSO-2902/512K型示波器探头为1：1状态时，电压幅度不要超过50V；

2在将发生器输出信号接入电路前，应先调节好波形、幅度、频率等，避免信号幅度过大对电路造成伤害。

4-3

学院：班级：学号：姓名：组员：

电子测量与传感器技术实验数据记录——实验四

表4-1 DSO-2902/512K型测试仪中FFT的使用操作

操作 顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 操作内容 （改变频谱类型、窗口、存储点数） 表4-2信号频谱测量 项 目 100Hz、1.8Vp-p 正弦波 100Hz、1.8Vp-p 方波 100Hz、1.8Vp-p 三角波 幅度测量值（mV） 幅度测量相对误差 幅度测量值（mV） 幅度测量相对误差 幅度测量值（mV） 幅度测量相对误差 基波 二次谐波 三次谐波 四次谐波 五次谐波 屏幕显示频谱及变化情况描述

表4-3谐波分析法测量放大器输出信号失真度

测量放大倍数 测量失真度 2 ????=2????UiP （mV） 18 U1 U2 UoP（mV） U3 U4 AV U5 ??0=??1×100%

教师签名：D4-1

实验五金属箔式应变片性能实验

一、实验目的

1、理解金属箔式应变片的应变效应、单臂电桥工作原理和性能。 2、理解半桥测量电路工作原理和性能。

3、理解全桥测量电路工作原理和性能，并与半桥和单臂电桥进行性能比较。 4、理解温度对应变片测试系统的影响。

二、实验内容

1、检测金属箔式应变片单臂电桥测量电路性能。 2、检测金属箔式应变片半桥测量电路性能。 3、检测金属箔式应变片全桥测量电路性能。 4、检测电阻应变片的温度影响。

三、实验器材

1、SET-2000 2000系列传感器与检测技术实验台 1台 2、应变式传感器实验模块 1块 3、砝码（每只约20g）若干

4、万用表 1块

四、实验原理

（一）金属箔式应变片采用单臂电桥、半桥和全桥测量电路时的性能比较

电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为

ΔR／R＝Kε

式中：ΔR／R 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数,ε=ΔL/L 为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化。电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。

1、单臂电桥测量电路：将应变式传感器的其中一个电阻应变片接入电桥作为一个桥臂，构成单臂电桥测量电路。此时输出电压为

Uo1= EKε/4

2、半桥测量电路：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边构成半桥测量电路，与单臂电桥相比，电桥输出灵敏度提高一倍，非线性得到改善。

当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压为

UO2＝EKε／2

3、全桥测量电路：将受力性质相同的两应变片接入电桥对边构成全桥测量电路，其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。

当应变片初始阻值R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压为

U03＝KEε

（二）电阻应变片的温度影响

电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面：敏感栅丝的温度系数，应变栅的线膨胀系数与弹性体（或被测试件）的线膨胀系数不一致会产生附加应变。因此当温度变化时，在被测体受力状态不变时，

5-1

输出会有变化。

五、实验步骤

1、检测金属箔式应变片单臂电桥测量电路性能

（1）根据图5－1应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4（R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω），加热丝也接于模板上，加热丝阻值为50Ω左右。

图5-1 应变式传感器安装示意图

图5-2应变式传感器单臂电桥接线图

5-2

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/630v.html