电子测量实验指导书 - 图文

实训一：示波器原理及使用实训

一、 实验目的：

了解通用电子示波工器工作原理的基础上，学会正确使用示波器测量各种电参数的方法。

二、实验原理：

在时域信号测量中，电子示波器无疑是最具代表性的典型测量仪器。它可以精确复现作为时间函数的电压波形（横轴为时间轴，纵轴为幅度轴），不仅可以观察相对于时间的连续信号，也可以观察某一时刻的瞬间信号，这是电压表所做不到的。我们不仅可以从示波器上观察电压的波形，也可以读出电压信号的幅度、频率及相位等参数。

电子示波器是利用随电信号的变化而偏转的电子束不断轰击荧光屏而显示波形的，如果在示波管的X偏转板（水平偏转板）上加一随时间作线性变化的时基信号，在Y偏转板（垂直偏转板）加上要观测的电信号，示波器的荧光屏上便能显示出所要观测的电信号的时间波形。

若水平偏转板上无扫描信号，则从荧光屏上什么也看不见或只能看到一条垂直的直线。因此，只有当X偏转板加上锯齿电压后才有可能将波形展开，看到信号的时间波形。

一般说来，Y偏转板上所加的待观测信号的周期与X偏转板上所加的扫描锯齿电压的周期是不相同的，也不一定是整数倍，因而每次扫描的起点对待观测信号来说将不固定，则显示波形便会不断向左或向右移动，波形将一片模糊。这就有一个同步问题，即怎样使每次扫描都在待观测信号不同周期的相同相位点开始。近代电子示波器通常是采用等待触发扫描的工作方式来实现同步的。只要选择不同的触发电平和极性，扫描便可稳定在待观测信号的某一相应相位点开始，从而使显示波形稳定、清晰。

在现代电子示波器中，为了便于同时观测两个信号（如比较两个信号的相位关系），采用了双踪显示的办法，即在荧光屏上可以同时有两条光迹出现，这样，两个待测的信号便可同时显示在荧光屏上，双踪显示时，有交替、断续两种工作方式。交替、断续工作时，扫描电压均为一种，只是把显示时间进行了相应的划分而已。

由于双踪显示时两个通道都有信号输入，因此还可以工作于叠加方式，这时是将两个信号逐点相加起来后送到Y偏转板的。这种工作方式可模拟谐波叠加，波形失真等问题。同时，如果改变其中一个的极性，也可以实现相减的显示功能。这相当于两个函数的相加减。

示波器除了用于观测信号的时间波形外，还可将两个相同或不同的信号分别加于垂直和水平系统，以观测两信号在x?y平面上正交叠加所组成的图形，如李沙育图形。它可用于观测两个信号之间的幅度、相位和频率关系。

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三、实验设备：

1、函数信号发生器，型号YB1602，指标：0.2Hz-2MHz，数量2台； 2、双踪示波器，型号YB4320A，指标：20MHz，数量1台。

四、实验预习要求：

1、复习好《电子测量与仪器》中示波测量的有关章节。

2、参照仪器使用说明书，了解函数信号发生器、双踪示波器的各旋钮、开关的作用。 3、详细阅读实验指导书，作好绘制波形和测试记录的准备。

五、实验步骤：

1、做好使用示波器前的调亮、聚焦、校正等准备工作。

①将两个通道的耦合方式置为地

②调节“聚焦”旋钮

③调节CH2的“位移”旋钮将通道2的扫描线调至中心位置 ④调节“扫描微调”旋钮至校准位 ⑤调节“触发电平”旋钮至锁定位置 ⑥将校准信号接入通道1，观测显示是否正确

2、测量如下的各种波形参数。

（1）方波： 测量上升时间tr

信号源输出方波信号， 调节示波器时基旋钮将波形展开，调节CH1的“位移”旋钮将通道1的扫描线调至中心位置

按下扫描因数×5扩展键， 调节水平位移旋钮便于读数

上升时间tr= 上升沿格数×扫描时基刻度÷5

测量下降时间

tf

调节水平位移旋钮并读取下降时间 下降时间

tf= 下降沿格数×扫描时基刻度÷5

2

测量直流偏置电压

V0

按下信号源的直流偏置按钮，并CH1置为直流耦合读波形峰值的格数g1 将CH1置为交流耦合并读波形峰值的格数g2

直流偏置电压

V0= (g1-g2)×垂直幅度刻度

（2）正弦波：

测量重复周期T0及电压峰—峰值UP?P。

信号源输出正弦信号 ，调节CH1的垂直幅度旋钮并读数

电压峰—峰值UP?P= 波峰到波谷的格数×垂直幅度刻度

重复周期T0= 单周期的格数×扫描时基刻度

（3）三角波：

Ta测量波形对称度Tb

信号源输出三角信号并读数 上升时间Ta=上升沿格数×扫描时基刻度 下降时间Tb=下降沿格数×扫描时基刻度

3、显示波形的观测：

（1）选择不同的触发极性

按下“极性”按钮并观察波形显示

（2）选择不同的扫描速度

3

切换信号源的频率档位

（3）观察交替扫描方式

调节扫描时基选钮并观察不同扫描速

度下的波形显示

两个信号源分别输出不同频率、不同波形的信号，按下CH1和CH2按钮同时显示这两个信号，按下“交替触发”和“断续”按钮并观察波形显示

（4） 观察波形叠加

两个信号源分别输出相同频率、不同波形的信号，按下CH2按钮同时显示这两个信号，按下“叠加”按钮并观察波形显示

（5）观察任意两种波形的x?y合成图形

观察方波和正弦波的x?y合成图形 观察两个同频正弦波的x?y合成图形

调节其中一个正弦波的幅度并观察

六、思考题：

将两个正弦波的频率比调整为1 :

3并观察

1．能否用一个带宽为20MHz的示波器观测频率为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，如何减小其测量误差？

3．当利用示波器观测某一直流信号时，示波器的输入耦合方式，触发耦合方式和扫描方式应如何选择？

4．测量方波的上升和下降时间可以有哪些方法？

5．什么是李沙育图形？用李沙育图形测频率是基于替代法、比较法还是微差法？ 当x偏转板上无扫描信号时，你能在荧光屏上看见什么？

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实训二 函数信号发生器的使用

一、实验目的

1.学会函数信号发生器、示波器和晶体管毫伏表的使用方法。

二、实验仪器

函数信号发生器 YB 1602 一台 示波器 一台 晶体管毫伏表 AS2173、2174 一台 数字万用表 DT890 一块

三、实验任务

1. 正弦信号的毫伏表测量和示波器测量 按要求将数据填入表2-1

(1) 正弦信号发生器，使其输出频率为1 KHz，峰峰值为60mV，不含直流成分的正弦信号，用示波器观测此信号，记录其实际周期值T= ，并用坐标纸记录示波器荧光屏上显示的被测信号波形，测量Vpp= ；用毫伏表测量其有效值V有效= ，并作记录。

ΔT ΔT 1个周期测量法 T=ΔT 3个周期测量法 T=ΔT/3

图2.1 用示波器进行周期测量

周期的波形测量： 周期T=ΔT格*扫描档位ms/格； 如果ΔT包含3个完整周期， 周期T=（ΔT格*扫描档位ms/格）/3 ，可以减少视在误差。

图2.2 用示波器进行幅度峰峰值测量

幅度测量（峰峰值）： Vpp=B格*Y轴档位mv/格，

(2) 调节函数信号发生器，使其输出频率5KHz，峰峰值为1 V，含1V直流成分的正弦信号，用示波器观测此信号，记录其实际周期值，并记录示波器荧光屏上显示的被测信号波形；用毫伏表测量其有效值，用万用表测量其直流成分，并作记录。

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（3）利用毫伏表测出信号的分贝值。

① 用毫伏表测量该电压的有效值Vrms ,和分贝值DB，用示波器测量该电压的Vp-p 表1-1 输入正弦波 毫伏表测量Vrms 分贝值DB 示波器测Vp-p 万用表测量 其直流成分 频率5KHz， 峰峰值为1 V

说明：电压的分贝值 Ux（DB）＝20 Lg(Ux rms /0.755)，

②对信号发生器来说， 输出衰减档20 dB 40dB,60dB分别衰减多少倍？ 验证 Vp-p=22Vrms

2. 用示波器测量脉冲信号 按要求将数据填入表1-2

（1） 调节函数信号发生器，使其输出周期为0.1ms,峰峰值为2V，占空比为50%，不含直流成分的矩形波信号，用示波器观测此信号，记录其实际频率值，并记录示波器荧光屏上显示的被测信号波形。

（2） 调节函数信号发生器，使其输出周期为0.1ms，峰峰值为2V，占空比为50%，含1V直流成分的矩形波信号，用示波器观测此信号，记录其实际频率值，并记录示波器荧光屏上显示的被测信号波形。

（3） 调节函数信号发生器，使其输出周期为1ms，低电平为0V，高电平为3V，占空比为20%的矩形波信号，用示波器观测此信号，记录其实际频率值，并记录示波器荧光屏上显示的被测信号波形。

表1-2

输入信号(方波) 周期0.1ms,Vpp2V，占空比50%，不含直流成分的脉冲信号 周期0.1ms, Vpp2V ，占空比50%，含1V直流成分的的脉冲信号 周期0.1ms, Vpp 3V，占空比为20%，不含直流成分的的脉冲信号 实测频率 实测周期 实测峰值 波形

3. 用示波器测量两个信号的相位差

相位差一般是指对同一频率的两个信号而言，相位差可用如下方法产生： (1) 频率低的信号（1KHz），通过低通滤波器输出的信号，会产生相移，与输入信号就

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形成相位差。

(2) 用1KΩ的电阻和0.1 μF的电容组成一个RC移相网络，输入1KHz的正弦信号，用示波器分别测量从电阻上和从电容上输出的信号与输入信号的相位差。分别用双踪示波器和椭圆法测量，用坐标纸记录示波器荧光屏上显示的波形,并算出相位差。电路连接如图1.3所示。

4.测量调幅波的调幅系数

单音频调制时，调幅波的波形如下图所示，A=2Umax ，B=2Umin

调幅波的表达式如下：

u=Um（1+msinΩt）sinωt

式中 Um —— 载波振荡的振幅

ω、Ω ——载波振荡、低频调制信号的频率 m —— 调幅系数

根据观测所得的A、B值，可按下式计算出调幅系数：

m?A?B×100% A?B

测量方法如下：

（1）调节AS1053高频信号发生器，使之输出调制频率为1000HZ 、调制度为30%，载波频率为465KHZ的已调信号，输出至示波器CH1（或CH2）。 （2）调节高频信号发生器输出幅度，同时按正弦信号的测量方法适当调节示波器的旋钮，使屏幕上显示稳定的调幅波形。

（3）根据显示的调幅波形，读取包络线的峰－峰和谷－谷之间所占的格数A、B值计算调幅系数m，并与高频信号发生器输出信号的调制度进行比较和验正。

四、预习要求

1.复习示波器、毫伏表、函数信号生发生器的工作原理。 2.了解所用到的仪器的功能和使用方法。

图2.3 相位差的双踪示波法和椭圆法连线图

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五、实验报告要求

整理实验数据和所记录的波形图，回答思考题。

六、思考题

1.用示波器测量交流信号的周期和大小时，如何才能保证其测量精度？

2.用交流毫伏表测量交流信号电压时，信号频率的高低对读数有无影响？能否用AS2173型晶体管毫伏表测量直流电压和5Hz以下的交流电压？万用表可以用来测量1KHz以上的交流信号吗？

3.请在实验中制造出如图1.4所示的示波器不正常现象，解释这些现象出现的原因及消除这些不正常现象的方法。其中(1)～(4)是接通电源但未输入信号时的情况，(5)～(8)是观察正弦信号时的情况。

图2.4 示波器出现的各种不正常现象

4.请在实验中试着用手指去触摸示波器的输入探头，在示波器上看到的是什么信号的波形？为什么会看到这个波形？

5.如何用示波器显示二极管的伏安特性曲线？

附录： 晶体管毫伏表 AS2173使用方法及注意事项

① 准备工作：将毫伏表垂直放置在水平工作台上，在未接通电源情况下，看电表的指示针是否在零位，若有偏差，则调节机械调零旋钮使指示针指示为零。

② 接通电源，进行电气调零，将输入的两个接线端短接，并使量程的开关处于合适的档位上，再调节电器调零旋钮使表头指针指示为零，然后断开两接线端进行测量。毫伏表在使用中，每改变一次量程都应该电气调零。 EM2171型毫伏表具有自校零功能，因此可以不进行电气调零。

③ 根据被测信号的大小选择合适的量程，无法预知被测量的大小时先用大量程档，逐渐减小量程至合适档位。

④ 凡量程为1*10 的。读数时读从上往下数的第一根刻度线，凡量程为3*10 的读第二根刻度线。

⑤ 毫伏表是不平衡式表，测试端的两个夹子是不同的，黑夹子必须接被测电路的公共地，红夹子接测试点。接拆电路时注意顺序，测量时先接黑夹子，后接红夹子，测量完毕，先拆红夹子，后拆黑夹子。

⑥ 由于毫伏表的灵敏度很高，输入端感应的信号就能使表针满偏，因此不用时应将量

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程置3V以上档；测试过程中需要改换测试点时，也应先将量程置3V以上档，然后移动红夹子，红夹子接好之后再选择合适的量程；使用完毕将量程置3V以上档后，再断开电源。

⑦分贝测量及宽频电平表 1）分贝

在音响、通讯系统中，分贝值表示放大器的增益、噪声电平等参数。通信系统中，也常用分贝表示电平或功率。 实际测量时，分贝值表示被测量对某一同类基准量比值的对数值。例如电压的分贝值

UX(dB)?20lgUxdB UsUs为基准电压。规定在ZS?600? 上产生Ps?1mW的功率，相应的基准电压为：

Us?PsZs?0.755V

电压电平测量：表头标定时选择输入阻抗600Ω，则对应的0dB电压为0.775V（有效值）。通常0dB约在表头指针满刻度的2/3左右，0dB的左边为-dB（<0.775V）, 0dB的右边为+dB（>0.775V）。

表头读数只能表示输入无衰减且交流放大器增益为1时被测电压的分贝值。当引入衰减和放大后，被测电压的dB值 = 衰减器读数（对应的附加分贝值）＋表头读数。

例如：MF-20的300mV档（对应的附加分贝值-14 dB）测电压，表针指示-10dB,被测电压的分贝值为多少？

被测电压的分贝值为－14－10＝－24 dB

对功率电平的测量：实际上是对阻抗两端电压电平的测量。

“零刻度基准阻抗” ：与1mW基准功率对应的阻抗Z0 ，取为600Ω。此时表头的功率电平刻度与电压电平刻度一致（实际表头的功率电平刻度就是按600Ω“零刻度基准阻抗”定度的）。

若选择输入阻抗Zi＝600Ω，就可直接从表头读出功率电平值。

当Zi≠600Ω时，则应根据读出的电压电平换算出功率电平，其换算公式为

PW[dBm]?PV[dB]?10lg

Z0Zi

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实训三 频率计的使用实训

一、

实验目的：

1.学习数字频率计的测量周期与频率

2. 进一步了解频率计的原理

二、实验测量任务：

用信号发生器产生5MHz，峰峰值3V的正弦波，用HC-F1000L型频率计测量其频率及周期。改变闸门时间0.01s、0.1s、1s，将测量频率结果及单位填入表3-1。

表3-1 输入条件 5MHz，峰峰值3V的正弦波 120MHz，峰峰值0.5V的正弦波（高频） 闸门时间 0.01s 0.1s 1s 0.01s 0.1s 1s 频率 计算±1字误差 周期 三、实验报告要求

整理实验数据和计算±1字误差，完成表3-1，回答思考题。

四、思考题

1. 闸门时间选择的原则是什么？

2. 什么是±1字误差？它代表何含义。

3. 为什么有些数据测不出来？请总结出频率计的使用要点。

附： HC-F1000L型频率计的使用说明

一 概述

本实验采用HC-F1000L型频率计,该仪器采用多周期同步测量原理，应用单片机控制和运算，采用大规模集成电路 ，可以完成宽频率范围的等精度频率和周期测量。对于任何被测信号，都能实现每秒8位数的测量和显示。具有自检功能，输出10MHz的标频信号，具有测量精度高、功耗小、体积小、重量轻等优点。 二 技术条件 2.1测频：

测频范围：1Hz～1GHz

A通道：1HZ～100MHz B通道：100MHz～1GHz

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测量准确度：10/s+时基误差

2.2测周期：仅限A通道 测量范围：1s～0.01μs

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2.3 A通道特性：

频率范围：1Hz～100MHz 输入灵敏度：（1Hz-20Hz）：35mv,(25Hz-100MHz):20mv, 最大输入电压250V，衰减：1/20 低通滤波器截止频率：100kHz 2.4 B通道特性：

频率范围：100MHz-1000MHz 输入灵敏度：20：mV 输入阻抗：50Ω 最大输入电平：3V

2.5时基特性：类型：温度补偿晶体管振荡器

后面板有内标频输出端：10MHz，TTL电平

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短期稳定性：1×10/s

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调节范围：±2×10

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温度稳定性：0℃～50℃范围内为≤±5×10

三 面板简介

前面板说明：

? 电源开关（POWER）：仪器220V电源开关。 ? 复位按扭（RESET）：整机复位。当仪器工作不正常时，可按复位按扭。 ? 功能键FA： A通道测频功能键。用于1Hz～100MHz信号频率的测量。 ? 功能键FB： B通道测频功能键。用与100MHz～1GHz信号频率的测量。 ? 功能键PA：A通道周期测量功能键。用于1Hz～100MHz信号周期的测量。 ? 闸门时间0.01s时，闸门开启时间为0.01s，测量结果为六位。 ? 闸门时间0.1s时，闸门开启时间为0.1s，测量结果为七位。 ? 闸门时间1s时，闸门开启时间为1s，测量结果为八位。 ? 低通滤波（LPF 0UT/IN）：A通道低通滤波器，截止频率约为100KHz。 ? 衰减（ATT ×1/×20）：A通道衰减。信号衰减为1/20。 ⑴ 闸门指示灯：指示灯亮表示闸门开启。

⑵ 溢出指示灯：指示灯亮表示测量结果溢出，超出正常测量范围。 ⑶ 显示屏：8位LED数码管显示测量结果。 ⑷ Hz：频率测量结果单位为Hz。 ⑸ KHz：频率测量结果单位为KHz。 ⑹ MHz：频率测量结果单位为MHz。 ⑺ μs：周期测量结果的单位μs。

⑻ A通道输入端：通道阻抗为1MΩ，35pF。输入频率低于100MHz的信号。 ⑼ B通道输入端：通道阻抗为50Ω。输入频率为100MHz～1GHz的信号。

四 仪器的操作 1．频率测量

? 当被测信号频率范围在fx=1Hz～100MHz时，用A输入通道：

a. 估计被测信号的幅度。若信号幅度大于10V，将衰减器选择“×20”档，衰减20倍，以防烧坏通道电路。

b. 把输入信号接至输入A通道输入端。

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c. 按下A通道测频功能键 FA。

d. 选择不同的闸门时间1S,0.1S、0.01S得到分辨率为8、7、6位显示的频率。 e. 显示器 显示频率值。在每次测量过程中闸门灯亮，而测量间隔的末尾更新显示结果。 f. 若测量频率较低（低于100KHz）且信号高频噪声较大，可使用LPF（低通滤波器）。 ? 当被测信号频率范围在100MHz～1GHz时，用FB输入通道：

a. 把输入信号接至输入FB插座。 b. 按下B通道测频功能键 FB。

c. 选择不同的闸门时间1S,0.1S、0.01S得到分辨率为8、7、6位显示的频率。 d. 在每次测量过程中闸门灯亮，而测量间隔的末尾更新显示结果。 2. 周期测量

用A通道，当被测信号频率范围在1Hz～100MHz时测量。

a. 估计被测信号的幅度，若信号幅大于10V，将衰减器选择“×20”档，衰减20倍，以防烧坏测量电路。

b. 把输入信号接至输入FA通道输入端。 c. 按下A通道测周功能键 PA。

d. 可选择不同的闸门时间得到所需要的分辨率。 e. 显示器显示周期值。在每次测量过程中闸门灯亮，而测量间隔的末尾更新显示结果。 f. 若显示FL，表示被测信号频率过高、周期过小（T＜10ns）,测量溢出。

g. 若测量结果较低（低于100KHz）且信号高频噪声较大，可使用低通滤波LPF（低通滤波器）。

3 自校

（1）频率计单片机工作自检功能

a. 显示器8位LED数码七段及小数点，在接通电源开关（POWER）后数码管每段进行测试5秒后进入测量状态，如果功能开关和闸门时间开关未设置8位LED则显示为0，单位指示灯全亮。

b. 8位LED七段及小数点分别亮点说明频率计的单片机工作状态正常，仪器可以进入测量状态。

（2）频率计整机自校

a.把仪器后面板10MHz标频输出信号接至输入A插座。 b.设置FA功能开关。 c.使用闸门时间1s.

d. 正常情况，显示器显示频率值10.000000MHz。 e.若显示不正确，则仪器工作不正常，需要修理。

使用注意事项：

（1）使用前首先进行自校，若显示正确，方可进行频率与周期测量。

若显示Err，表示测量出错，可按复位键：如果仍然出错，则需要修理。

（2）所加的输入信号电压大于“技术指标”中所列的限制将会损坏频率计。因此在接入输入信号之前，必须确保其电压不大于仪器所能接受的最大值。

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实训四 数字示波器的使用实训

一．

实验目的：

学习数字示波器的基本概念。

掌握DS5152C数字存储示波器的使用 测试任务

二．

1． 用信号发生器作信号源，用数字示波器测量被测信号的电压: Vpp Vrms, Vtop 2．用数字示波器测量信号的频率、周期. 正脉冲宽度

3．学习数字示波器的FFT测量方法(对正弦波，方波进行FFT频谱分析，测出各频率分量及幅值大小)

自行设计测试表格。 输入信号 测量Vrms 平均值 测量Vp-p 低频,微小 正弦 约1- 5KHz， Vpp 30-100 MV 中频 约10KHz以上 方波，Vpp 1 -3 V 输入信号 正弦1-3KHz， Vpp 0.5- 1 V 方波5-20KHz Vpp 1 -3V

FFT基波分量 FFT3次谐波分量 FFT5次谐波分量 13

附录 DS5152C数字示波器的使用说明

一、利用数字示波器测量信号的时域参数

观测电路中的一未知信号，迅速显示和测量信号的频率和峰－峰值。 1.欲迅速显示该信号，请按如下步骤操作：

（1）将探头菜单衰减系数设定为10X，并将探头上的开关设定为10X。 （2）将通道1的探头连接到电路被测点。 （3）按下 AUTO （自动设置）按钮。

示波器将自动设置使波形显示达到最佳。在此基础上，您可以进一步调节垂直、水平档位，直至波形的显示符合您的要求。

图4.1 DS52150数字示波器面板图

2.进行自动测量

示波器可对大多数显示信号进行自动测量。欲测量信号频率和峰－峰值，请按如下步骤操作：

（1）测量峰－峰值

按下 MEASURE 按钮以显示自动测量菜单。 按下1号菜单操作键以选择信源：CH1. 按下2号菜单操作键选择测量类型：电压测量。

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按下2号菜单操作键选择测量参数：峰峰值。 此时，您可以在屏幕左下角发现峰峰值的显示。

(2)测量频率

按下3号菜单操作键选择测量测量类型：时间测量。 按下2号菜单操作键选择测量参数：频率。 此时，您可以在屏幕下方发现频率的显示。

注意：测量结果在屏幕上的显示会因为被测信号的变化而改变。

二、使用光标测定FFT波形

可以对FFT波形进行两项测量:幅度(以Vrms或dBVrms为单位)和频率(以Hz为单位)测量,调节两水平和垂直光标,可以从光标间的增量读出测量值。

对被测信号进行FFT测量，按以下步骤操作： 1. 按MATH键 ，选择操作类型FFT

2. 按 CURSOR 按钮，显示光标测量菜单。

3. 按2号菜单操作按钮，选择光标类型为电压时，可得水平光标，测得电压幅度。 选择光标类型为时间时，可得频率光标。

4.按3号菜单操作按钮，选择信源为FFT，菜单将转移到FFT窗口。 5.调节水平和垂直 POSITION移动光标至被测的波形位置。

三、捕捉单次信号

方便地捕捉脉冲、毛刺等非周期性的信号是数字存储示波器的优势和特点。 若捕捉一个单次信号，首先需要对此信号有一定的经验知识，才能设置触发电平和触发沿。例如，如果脉冲是TTL电平的逻辑信号，可以通过自动或普通的触发方式先行观察，以确定触发电平和触发沿。

操作步骤如下：

1.如前例设置探头和CH1通道的衰减系数。

2.进行触发设定。

(1) 按下触发（TRIGGER）控制区域 按钮；显示触发设置菜单。 MENU(2) 在此菜单下分别应用1~5号菜单操作键设置触发类型为边沿触发、边沿类型为上升沿、信源选择为CH1、触发方式单次、耦合为直流。

(3) 调整水平时基和垂直档位至适合的范围。 (4) 旋转触发(TRIGGER)控制区域 LEVEL 旋钮,调整适合的触发电平。 (5) 按 执行按钮，等待符合触发条件的信号出现。如果有某一信号达RUN/STOP 到设定的触发电平，即采样一次，显示在屏幕上。

利用此功能可以轻易捕捉到偶然发生的事件，例如幅度较大的突发性毛刺：将触发电平设置到刚刚高于正常信号电平，按 RUN/STOP 按钮开始等待，则当毛刺发生时，机器自动触发前后一段时间的波形记录下来，通过旋转面板上水平控制区域（HORIZONTAL）的水平 旋钮，改变触发位置的水平位置可以得到不同长度的负延迟触发，便于POSITION 观察毛刺发生之前的波形。

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极电流表或基极源电压 ，输入到X轴放大器，经放大后取得其偏转值。

(11)双簇移位 当选择开关置于“双簇”时，在合适的水平位置上显示二簇特性曲线。 3.4 校正（10度）及转换开关

(12)它由三个按钮组成： 上面一个按钮 是“Y轴10度”校正信号，当该钮按入时校正信号便输入到Y放大器。下面一个按钮是“X轴10度”校正信号，当该钮按入时，校正信号便输入到X放大器。中间一个按钮）是“转换”开关，它有按入和弹出二个状态，以满足N-P-N、P-N-P管子的测试需要。

3.5 阶梯信号

(13)级/簇阶梯信号： 用来调节阶梯信号的级数，能在4～10级内任意选择。

(14)调零：测试前，应首先调整阶梯信号起始级为零电位，当荧光屏上已观察到基极阶梯信号后将调零置于“零电压”观察到光点或光迹在荧光屏上的位置，然后复位，调节“阶梯调零”电位器使阶梯信号起始级与“零电压”，时的位置重合，这样阶梯信号的“零电位”，被正确校正。

（15）串联电阻：串联电阻被串入半导体器件的Ib输入回路。 （16）电流—电压/极,它是一个23档，具有二种作用的开关。

基极电流0.1μA/级～5mA/级共18档，其作用是通过改变开关的不同档级的电阻值，使基极电流按1、2、5档级步进在被测半导体的Ib输入回路流过。

基极电压源0.05V/级～1V/级，其作用是通过改变不同的分压电阻与反馈电阻，输出0.05V/级～1V/级的电压。

（17）重复/关 选择开关：

重复：阶梯信号连续输出，作正常测试。 关： 阶梯信号没有输出，但处于待触发状态

（18）单簇按钮：单簇按钮只有在阶梯信号重复置于“关”状态时起作用。 在使用单簇前应预先设置好其它控制件的位置，当按下该按钮时，屏幕上显示出一簇特性曲线，因此利用这一特点，可方便、快速地测试半导体器件的极限参数。（以免损坏器件）

（19）极性：为了满足不同类型PNP/NPN半导体器件的需要来选择阶梯信号的极性。 3.6 集电极电源

(20)保险丝1.5A ：当集电极电源短路或过载时，起保护作用。 (21)容性平衡：由于集电极电流输出端的各种杂散电容的存在，都将形成容性电流降压在电流取样电阻上，造成测量上误差，因此在测试前应调节“容性平衡”使之减到最小值。

(22)辅助容性平衡：辅助电容平衡是针对集电极变压器次级绕组对地电容的不对称，再次进行电容平衡调节。

(23)功耗限制电阻：它是串联在被测管的集电极电路上限制超过功耗，在测试击穿电压，或二极管正向特性时，可作电流限制电阻。

(24)峰值电压Vce旋钮：峰值控制旋钮可以在0～5V；0～20V；0～100V；0～500V之间连续选择，面板上的值只是近似指示值，精确的值应由X轴偏转灵敏度读测。

(25)Vce极性：该开关可以转换集电极电源的正负极性，按需要选择。 (26)峰值电压范围：它是通过选择集电极变压器的不同输出电压.可分为 5V（10A）、50V（1A）、 500V（0.1A）、3000V（2mA）四档, 在测试半导体管时,应由低档改换到高档,在换档时必须将峰值电压旋钮调到0值,慢慢增加,否则易击穿被测管。

(27)3KV高压测试按钮：为0～3KV档，高压测试注意安全，测试时按该开关，不按时无电压输出。

3.7 测试控制器 (29)B测试插孔：在测试标准型管壳的半导体器件时，可用附件中的测试与之直接连接，

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当作其它特殊用途测试时，可用香蕉插头与导线作为插孔与被测器件之间的连接。

(30)A测试插孔：同上

(31)测试选择开关：零电压，用来校正阶梯信号作电压源输出时，其起始级的零电压，该钮按入时，被测管的栅极接地。

零电流，该钮按入时，被测管的基极开路。

A、B选择开关：当A按入时，A测试插孔被接通，当B按入时，B测试插孔被接通。当A和B全部弹出时，此时工作在双簇显示状态，A测试孔和B测试插孔交替接通，同时显示A管和B管的特性曲线，这一功能便于晶体管的配对与比较。

4． 仪器使用注意事项：

★ 测试前,Vce峰值电压旋钮逆时针置“最小”，确保插入管脚时电压较低，在安全范围； ★ 特别是Vce选择较高的档位，如测二极管的反向击穿电压时，一定要注意：在测试前，

先把Vce峰值电压旋钮逆时针置“最小”，否则有被电的危险！。 ★ 面板的测试插孔要避免电源或有电信号输入，否则仪器有损坏的危险!

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实训六 频率特性测试仪的使用

一、概述

频率特性测试仪能直接显示被测设备的频率特性曲线，方便、直观。

本实验用BT-3G Ⅲ型，该仪器快速测量或调整甚高频段的各种有源无源网络的幅频特性和驻波特性，具有“全扫、窄扫、点频”等功能，适用于宽带测试要求，也可进行窄带扫频，可点频输出作为信号源之用，

技术参数

1.扫频范围：1～300MHz 1. 扫频宽度：

全扫：1～300MHZ中心频率150MHz

窄扫：最大频偏≥100MHz,最小频偏≤1MHz、1～300MHz连续可调。 点频：1～300MHz连续可调，输出正弦波。 3.输出电压：0.5V（3.33mW）±10%. 4.输出衰减器：0～70dB，1dB步进。 5.输出阻抗：75Ω

6.显示部分输入阻抗：470KΩ。

7.频率标记：50MHz，10MHz，1MHz复合及外接三种，外接频标灵敏度优于300mV.

二、工作原理： 1.显示系统

由低压电源来的交流电压加至三角波发生器，经整形放大，积分形成三角波与负方波，三角波一路经线性校正送至扫频单元，另外、一路加至X轴输入端，经放大送到示波管水平偏转电路。负方波加至扫频单元，供扫频单元休止—工作用。由于三角波同时控制电子束和扫频振荡器，因此，电子束在示波管荧光屏上的每一水平位置对应于某一瞬时频率，从左向右频率逐渐增高，并且是线性变化。

1.扫频单元

扫频单元由扫频振荡器，定频振荡器，混频器，宽带放大器和稳幅电路组成。扫频振荡器产生扫频信号和定频振荡器产生固频信号经混频后通过低通滤波产生0-300MHz扫频电压，送至宽带放大器得到大约0.5V的信号，一路经电控衰减器输出，另一路送给频标单元。第三路经二极管检波输入到稳幅放大器，放大后的电压控制PIN二极管，自动调整输入电平，达到自动稳定输出幅度的目的。

2.频标单元

频标单元由50MHz晶体振荡器和10MHz晶体振荡及同步十分频的1MHz信号组成，分别加至各自的谐波发生器后和来自扫频信号混频滤波并经放大后，产生菱形频标。再与来自Y通道的被测设备的检波信号迭加送至Y偏转，这样便在扫频曲线上显示出频率标记，面板上设置频标幅度电位器，控制频标幅度。

3.垂直放大器

垂直放大器是将扫频信号经检波后的电压加至Y通道进行放大，经放大后的被测信号加到示波管的Y偏转电路，在示波管屏幕上显示出来，其放大量由面板上的Y增益电位器控制。

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三、仪器面板图

1、亮度，2、聚焦，3、水平校准，4、Y位移，5、Y增益，6、+/-，AC/DC，Y衰减，7、扫频宽度，8、频标，9、频标选择（50MHz、10MHz、1MHz复合，外接），10、中心频率，11、外接频标，12、扫频输出，13、输出衰减（1、2、3、4、10、10、20、20dB），14、Y输入，15、电源指示灯，16、电源开关，17、扫频方式选择开关（全扫、窄扫、点频），18、X位移调节，19、X幅度调节。

四、电气性能检查

1.仪器预热十分钟，调节亮度电位器以得到适当的辉度（适当调节Y位移电位器，以在屏幕上显示扫频线）。

2.+/-，AC/DC两键开关视输入而定，放在相应的位置。

3.检查仪器内部标记，按下50MHz，10MHz，1MHz键,扫频线上应分别呈现出50MHz或10MHz，1MHz频标信号，调节频标幅度电位器可以均匀的调节标记幅度。

4.检查扫频范围，扫频宽度和中心频率，将仪器检波器连接如图所示：

Y输入RF输出检波器

5.置仪器衰减于“0dB”按下扫频方式控制中的全扫键和频标方式选择中的50MHz键，极性选择开关置在 “+”位置，调节Y位移和Y增益，可在显示屏幕上看到一检波后的方框。屏幕上应出现零拍及50MHz通用频标，频标标记数应大于6个，扫频方式选“窄扫”时，旋转中心频率旋钮，在曲线上从零频数得标记数应大于等于6个，扫频宽度调至最大，频标方式选择50MHz，屏幕上50MHz标记数应大于3个。

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6.扫频线性的检查 扫频方式选“窄扫”，频标置于10MHz，1MHz，扫频宽度电位器调至40MHz（屏幕上显示5个10MHz频标）,测试屏幕上相邻10MHz标记间隔比应小于1：1.2。

7.输出平坦度的检查

扫频方式选“全扫”找出检波放大后显示的包络线的最高点和最低点之间间隔的大小，再看包络线上任意一点衰减1dB后的间隔相比较应小于±0.25dB。

8.检查显示部分

将方波信号发生器输出的方波用电缆接入Y输入，并且调节输出方波10mVp-p(1KHz)，Y轴倍率置于×1，Y增益旋置最大，测得屏幕上方波幅度应大于1diV.

五、仪器使用注意事项及使用方法：

1.测试时，连接电缆应尽可能短，并保证良好的接地，输入，输出插座应接触良好。 2.如被测设备输出带有直流电位时，显示输入端应选择AC输入显示方式。

3.如被测设备自身带有检波输出时，可按测试图去掉仪器配置的75Ω低阻抗检波器，直接用输出电缆馈入垂直输入。

4.测试有源放大器时，为避免本机低阻检波器的损坏，在检波器的输入端的高频信号应该≤100mV，交流电压≤3V。

六、实验内容

1.无源滤波器的测量

75Ω射频电缆图示仪Y输入RF输出被测设备检波器 无源滤波器测量连接方法图

仪器显示方式DC，倍率×1，调Y位移使基线与底格重合，Y增益调至适中，适当选扫频宽度进行测量，直读频标以确定示波器宽度，用1dB、2dB、3dB、4dB及其组合确定内波动量及插入损耗dB值。用10dB、10dB、20dB、20dB，确定带外衰减量dB。在测量外衰减＞40dB时要在检波后加放大器或者在扫频输出端与被测设备之间加宽带放大器来满足测试要求。这时应注意放大器的增益dB值和平坦度。

2.有源放大器，中频电路的测量

对有源网络测量必须注意信号馈给时的隔直流，还需注意RF输出的大小应保证被测网络输出不失真，不饱和。

75Ω射频电缆图示仪Y输入RF输出被测设备检波器 中频放大电路、有源滤波器测量连接图

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对于被测电路的自激振荡也不能忽略，否则它们会显著的改变幅频响应曲线的形状，使曲线有大的起伏或出现突复点和饱和状态，扫频基线也显著地改变上下位置，这些现象在调试过程中应予彻底消除。

有源放大器一般测量指标有增益值，3dB带宽，带内波动，带外衰减，中心频率等幅频参量。

a.3dB带宽确定

在不限幅情况下设定被测设备显示的包络图形Y轴最大幅度为0dB，用仪器的衰减器衰减3dB后，图形位置改变，用频标即可确定3dB带宽。

b. 带宽波动，带外衰减增益dB带内波动和带外衰减可用衰减器组合协调动作，曲线高位置点和低位置点之差即是。

增益dB值是将扫频输出经检波后显示的图形位置与加接放大器检波后显示的图形位置进行比较，其差dB值即是。

c. 中心频率和频率范围由频标直接读出。 3.电压驻波特性测量

图示仪RF输出Y输入被测负载75Ω电缆电桥 电压驻波特性测量连接图：

测量方法采用衰减法，改变仪器的衰减量，使全反射曲线与被测负载线幅度相同时，变化的衰减量即是回波损耗。可按电桥的使用方法查表计算得到驻波系数概述及技术条件。

要求：学习测量电视机的中放（或滤波器）增益、带宽的测量。

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实训七 Q表的使用

一、概述

WY2851Q表是一种多功能、多用途、多量程的阻抗测试仪器。它是根据串联谐振原理，以电压比值刻度Q值的。

它能测量高频电感和谐振回路的Q值，电感器的电感量及其分布电容量，电容器的电容量和耗损角。配以专用夹具对电工材料的高频介质耗损，高频回路有效并联及串联电阻，传输线的特性阻抗等等。

本机采用经周密设计的回路调谐电容器，稳幅数显信号源，宽频带变压器以及Q预置和合格指示等新技术。WY2851AQ表在测试回路品质和Q值指示电压。表频响特性有很大提高，致使25MHz以上测Q值，直读误差减少，更适宜于小电感测试。

一、工作特性

1． Q值测量：

A． Q值测量范围：10~1000

B． Q值测量分档：30、100、300、1000 C． 标称误差：（※）

WY2851： WY2851A：

频率范围：50KHz～10MHz 频率范围：50KHz～25MHz

固有误差：±5% ±满度值的3% 固有误差：±5% ±满度值的3% 工作误差：±7% ±满度值的3% 工作误差：±7% ±满度值的3% 频率范围：10MHz~25MHz 频率范围：10MHz~25MHz

固有误差：<±8% ±满度值的3% 固有误差：±8% ±满度值的3% 工作误差：<±10% ±满度值的3% 工作误差：±10% ±满度值的3%

2． 电感测量：

A． 测量范围：0.1μH～100mH B． 分六个量程：0.1 ～1μH 、1～10μH 、 10～100μH 、 0.1～1mH 、1～10mH、

10～100mH C． 测量误差：<±5%±0.3μH 3.调谐电容器特性：

A． 电容量范围：主调电容：40～500PF

刻度误差 ：<±1% 、±1PF 微调电容器：—3PF～0～+3PF 分辨率 ：0.2PF。

4.频率范围及刻度误差：

A. 0KHz～50MHz，分六档频率。 B. 四位；LED数显。 C. 工作误差：<0.1%

5．Q合格指示预置： 预置范围：50～300。 二、工作原理

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1．Q”的定义：

符号“Q”表明一个元件或一个系统的质量，它等于每振一周间贮藏能量对损耗量比值的2π倍。按数值计算它是在测试频率的电抗对电阻的比率。

Q?2?fL1 （1） ?R2?fCR通过一个简单的串联谐振电路说明“Q”表工作原理。

图（1）示回路中，串联引入一个幅度为e，频率为f的电动势。谐振时：

ReLCUc（图1）

IXL?IXC （2） I=e/R (R是回路总的有效电阻) （3）

从方程（1）、（2）、（3），得到： Q???XI?XCUC?? (4) RI?Re如果e保持常数（已知电平）一个约定的电压表连于回路的Q值，电压表的指示直接用

回路Q的单位进行定表，从而能直接读出回路的Q值。

电路中，有效电阻R，除被测电感电阻外，还包括Q表内部调谐电容器，指示电压表

宽带变压器和接线柱灯损耗，所以Q表测量得值将稍低于被测电感的有效Q值。 理由，为了正确地测量一具元件的Q值，还需考虑到测试回路中残留电阻的影响。 回路中残余成分是很小的，对一般的测量可给予忽略，即Q表指示等于被测元件的有

效Q值。对测试频率高于10MHz，又要较高精确度时，需按均值进行修正。均值的高低能直接表征Q表自身回路的品质优劣。不能提供均值的Q表，其测得Q值的有效值不能得到确认。Q表修正值见后。

2．WY2851Q由以下几个基本部分组成：

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频率显示Lx+压控 信号源量程选择（衰减器）CxQ值指示电压表自动稳幅电路电源Q预置及合格显示

图（2） 三、结构特征

前面板控制旋钮连接和指示器示意图。 1． 电源开关按钮

2． 电源指示LED（NO）

3． △Q和Q选择，按下时为△Q测量 4． Q予置设置

5． Q予置合格显示LED（GO）

6． Q量程选择（选择量程时，低量程按钮同时按下，例选择量程300时，同时量

程30及量程100要同时按下。） 7． Q零位调节 8． △Q调零位细调 9． △Q调零位粗调 10． 频率调节 11． 频率频段选择（由于是稳幅信号源，在高频段时，将会有几秒的稳幅过程。） 12． 频率显示 13． 频率单位MHz 14． 频率单位KHz 15． 测试回路接线柱 16． 调谐电容刻度（相应是电感刻度） 17． 刻度指针座（这不是调谐旋钮，请勿转动） 18． 慢速调谐旋钮 19． 微调电容刻度 20． 微调谐旋钮 21． Q值及△Q值指示电表 22． 测电感时相应频率表格

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四、使用方法

1． 测试时的注意事项：

（1）每次测试前应该调零。调节振荡频率和调谐电容量时，当刻度已到最大或最小时，

不要用力继续再调，以免损坏刻度。

（2）被测件和测试电路接线柱间的接线应尽量短，足够粗，并接触良好，以减小因接

线电阻和分布参数带来的测试误差。手不得靠近试件，以免人体感应影响 2． 高频线圈的Q值测量（基本测量法） （1）直接法：

A． 将被测线圈按在“Lx”接线柱上。

B． 调整震荡器的频率到所需的测量频率点。 C． “Q”值范围开关放在适当的档级上。（注意：Q值范围开关实际是一组衰减器，

所以当选择30档以上是要同时按下前几档。例如：选择300时，30和100要同时按下。）

D． 调主调电容器到远离谐振点（使Q值电表指示最小） E． 调“Q值零位”使Q表指示零位。 F． 先调主调电容器到谐振，再调微调电容器到精确的谐振点，即Q表读数达最大，

此读数即为被测电感的有效Q值（Qe）。若需得到被测电感的真实Q值（QT）。则应先测出线圈分布电容Co，然后照下式修正。 QT= Qe (Ci+CO)/Ci (5)

C1是调电容器谐振时读数（微调电容读数合计在内），如谐振时C1读数很大，C0只占很小的比例。则有效Q值（Qe）和真实Q值（QT）,差别可以忽略。 如测试小于1μH电感的Q值，则要考虑回路残感的修正：

QT= Qe[1/(1+Lo/Ls)] (6)

式中Lo为本机剩余电感约30nH(0.03μH).

(2).变容法：

A． 照直读法A-F进行，记下谐振时读数C1和Q1。

B． 转动主调谐电容，使Q值2次指示均为Q1的0.707倍时，记下此时两次电容读

数的差数△C Qe=2C1/△C （7）

测Q值较高的线圈时，Q2值下降到0.707Q1时，电容偏很小，读数误差较大，这时可将主电容做较大偏（10%以内）。着时需要用Q值一般表达式：

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Qe?2C1Q12()?1 （8） ?CQ2△ C是偏调数，Q2是偏调后Q表的读数。

变容法为得到比较精确的结果，最好外接分辨率为0.004PF残感微调电容器。

（3）变频法：

A． 按直读法A-F进行，记下谐振时读数C1和Q1以及频率读数fo。

B． 改变信号源的频率，使电表Q值二次指示为Q1的0.707倍（一次容性失谐 一次感性失谐）记下此时二次频率读数值差△f.这时回路的真实Q值：

QT?f0 (9) ?f 考虑到线圈分布电容时，线圈的有效Q值：

Qe=（fo/△f）/（1+Co/C1）≈fo/△f（1-Co/C1） (10) 变频法测量一般表达式：未考虑分布电容）

QT?f0?f(Q12)?1 （11） Q2△ f是频率偏调值，Q1是谐振时Q表读数，Q2是偏调Q表读数。

3． 高频线圈电感值的测量：

（ 1 ）将被测线圈接在“Lx”接线柱上，接触良好。

（ 2 ）根据线圈大约电感值，在面板对照表上选择一测试频率点，然后将信号发生器调节到这一频率点上。

（ 3 ）置“Q值范围”开于适当的档级上。

（ 4 ）使微调电容刻度放在“Q”上，调节主调电容的谐振时，刻度盘所指电容数是C1所对应度盘上所指电感值，乘以对照表上所指的倍数，就是线圈有效电感值（Le）。Le值将会比用其他原理测得电感稍大，其原因是Q表谐振时被测电感的分布电容也相应起作用。故称之为有效电感值。这个概念对电，高频使用时更有价值。 （ 5 ）如果要得到真实电感数（LT），必须先测量得电感分布电容量Co，如分布电容较小的话，可将主调电容器调在“C1+Co”上，这时度盘的电感读数乘以对应的倍数，就是所求真实电感读数。也可按： LT= LeC1/（C1+Co） （12） 计算求得真实电感LT

（６）被测电感小于１μH时，按上法测量电感值还应减去仪器中测试回路本身剩 余电感“ＬＯ”（本机Ｌ０≌３０nH） 4.高频线圈分布电容Co的测量： （1） 倍频率法：

如线圈的分布电容较大，可用此法近似测试。

将被测线圈接在“Lx”接线柱上，调主调电容器到最大的电容数值，调信号源频率到谐振，令谐振时频率和调谐电容分别是f1和C1。然后将信号源频率调到f2（f2=nf1），再调电容器度盘到谐振点，此时电容读数为C2，根据下式可求出分布电容量。（测量时微电容置零）

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(C1?n2C2) C0? （13） 2n?1如取n=2，则为：CO=（C1-4C2）/3 （14）

若取不同C1进行多次测量后取一个平均值，则测试结果将较为精确。 （2） 自然频率法：（此法可获得较准确的结果）

A． 将被测线圈接到“Lx”接线柱上。

B． 将微调电容器度盘调至零，主调电容器度盘调到最大电容值C1。 C． 调讯号源频率，使回路谐振，该频率为 f1。

D． 取下被测线圈,换上一个能在主调电容器调节范围内和十倍f1频率谐振的辅助

电感.

E． 讯号源调到10f1的位置,调节主调电容器到谐振点.

F． 将被测线圈接在“Cx”两端,调节主调电容器达谐振,此时视容读数是增加还是

减小.若增加,则应将振荡器频率调高些,若减小,则频率调低些. G． 再取下被测线圈,调节主调电容达到谐振.

H． 重复“F” “G”直到某一频率，被测线圈接到“Cx”两端和不接上去均不改变

谐振点，这一频率为被测线圈的自然谐振频率f2，它的Co数值：

C0?C1(f1/f2)2 (15)

注：测量中所需辅助线圈可自制或Q表生产厂购买电感组。

5.电容器容量的测量：

（1） 小于460PF电容器的测量：

A． 连一个适当的谐振电感到“Lx”端

B． 将微调电容调至零，主调电容器调到最大值附近，另这个电容是C1，如未知电

容是小 数值时的，C1应该调至到较小电容值附近，以便得到尽可能高的分辨率。

C． 调讯号源的频率，使测试回路谐振，令谐振时Q的读数为Q1

D． 将被测电容接在“Cx”两端，调主调电容器，使测试电器再谐振，令新的调谐

电容值为C2和指示值为Q2。

被测电容的有效电容由下式给出： Cx=C1-C2 （16） 电容器的耗损角正切tgδ由下式计算出：

tgδ=1/Q=[（Q1-Q2）/Q1Q2]×[（C1+CO）/（C1+C2）] （17） 电容器的有效并联电阻：

Rp=[Q1Q2/（Q1-Q2）] ×[1/ω（C1+C0）] （18） CO是同路谐振电感分布电容。

（ 2 ）大于460PF电容器用替代法测量：

A． 取一适当容量的标准电容量，其容量为C3，将它接在Cx接线柱上。 B． 按5/（1）A～C各条测试。

C． 取下标准电容器，将被测电容接到“Cx”接线柱，调节主调电容器到谐振，

此时主调电容器读数为C2，则Cx可由下式给出：

Cx=C3+C1-C2 （19）

6. △Q测量

对某些类型的测量，除了绝对Q值需知道以外，还精确地知道Q值的变化。例如：低耗损元件带宽的确定，由于固有的低的增量精度，在Q表刻度指示上精确地读出Q差值是困

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难的，为了克服这个缺陷，在本机利用“△Q”装置，使任意Q值的范围的位置都能在Q50上展开，这刻度的扩展从-25Q到+25Q。

总之，△Q档可以宽展Q值的量程，提高分辨率，直接读出Q值二次测量的差。 △Q测量步骤：

A． 以标准方式使测试回路谐振，记下Q的读数。 B． 将△Q粗调旋钮调至接近Q表读数的位置。

C． 按直键开关置于△Q位置，调节△Q细调旋钮，使Q表指针位于中间零位。 D． 再将直键开关从新置于相应测Q档，接入被测件（被测电容器或绝缘材料）进

行第二次谐调，调谐好以后再按直键开关于△Q位置，即能直接读出Q的变化（△Q）。

注意：进行△Q测试时，应严格按测量步骤进行，调谐过程应在测Q档进行，不能在△Q进行。在△Q档时不能任意旋动面板上其他旋钮，被测件更不能在此时取下或接上，以免Q表指针挥打，损坏电表。 Q表测Q值的修正值 标准线圈号 1 2 3 4 测试频率 100KHz 400KHz 1MHz 2MHz 4.5MHz 有效Q值 114 135 133 154 183 170 237 227 301 WY2851K值 0.95 0.95 0.98 0.98 0.98 0.98 0.93 0.83 0.7 WY2851AK值 0.95 0.95 0.98 0.98 0.98 0.98 0.95 0.85 0.85 5 4.5MHz 12MHz 6 12MHz 25MHz 被测电感的有效Q值＝Q表直读Q值/K 7．Q预置的使用：

Q预置特别适用于工厂需大批量测试某些元件的Q值时，当该元件Q值超过某一给定值即为合格，这时合格指示灯亮（GO灯亮），这样可减少工人视力疲劳，同时大大加快了测试速度，因Q合格指示电路响应速度比表头快。

Q预置的步骤：

A． 用一只合格的元件或一只辅助线圈提携测电路，使Q表指针指在所需预置Q值

位置上。

B． 调节Q合格电位器，转到恰好使Q合格指示灯（GO）亮的位置。 C． 然后调谐回路使Q值从小到大改变，检查当Q值达到预定值时，（GO）灯是否亮，

若亮，即预置正确。若偏离预定值时指示灯还亮，则需从新仔细检查预置即可。 任务：1.利用谐振原理，测出电感线圈的电感量和Q值。

2测出电感线圈的分布电容。

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实验八 综合设计性实验

设计题一： 波形发生器的设计与调试

一、实验目的

2. 通过实验进一步掌握集成运放的在波形变换中的应用。

2. 进一步提高工程设计和实践动手能力，逐步建立中小电子系统概念。 二、实验设备及主要器件（自拟）

三、实验任务

1.根据设计指标，利用运放，设计制作一个方波、三角波、正弦波函数信号发生器，要求调节方便，并满足下列指标要求：

①输出频率能在1～10KHz范围内连续可调。

②方波、三角波、正弦波输出电压可调，无明显失真。

2.对所设计的电路进行调测，使其达到设计指标要求，将测量结果进行记录，并用坐标纸记录所观测到的波形。

四、预习要求

1.查阅集成电路数据手册，了解运放LM358的性能参数、管脚分布及使用方法。 2.复习有关运放在波形产生方面的应用理论知识。 3.设计并画出实验电路，标明元器件的参数或型号。 4.自拟实验步骤和数据表格。

五、实验报告要求

1.列出实验电路的设计步骤及元件的计算值。 2.整理实验数据。

3.对调测中出现的问题及解决方法进行讨论。 4.实验心得体会。 5.回答思考题。

附：参考电路如图7.1所示

R2 1KC10.1μF741U1·+-R1··0.4KR31KRt1K741··+-U2·R4 1K5μFC3·1K-+·U3 741C2 0.1μFR5· 图7.1

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图2.1中 Rt为正温度系数。如果只有负温度系数的电阻，应如何调整电路及参数。 1. 分析图2.1的电路功能。 2. 计算电路产生的波形的频率。 3. 画出U1、U2、U3输出点的波形。

设计题二：高性能测量放大器的设计

一、 实验目的与要求

通过设计、安装一个测量放大器，并对其主要参数进行测试，了解仪器仪表中常用

的测量放大器的电路组成和工作原理。掌握常用电子测量仪器在实际测试中的应用，学习在已给技术条件下，制定正确的测试方案，提高综合运用电子测量仪器的能力。

二、 测量放大器基本原理

测量放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、高增益及调节方便等优点，能将差动输入信号转换为单端输出信号，通常用作传感器放大器及各种微弱电信号的放大。下面对测量放大器共模抑制能力进行分析，以确定在电路设计时如何选择器件。 测量放大器的电路形式如图1所示。第一级采用两个运放组成同相放大器，可获得很高

1和CMRR2，的输入阻抗。设运放A1、A2的共模抑制比为CMRR则可推出第一级电路的共

模抑制比如下：

CMRR??

CMRR1?CMRR2CMRR1?CMRR2 （1）

由（1）式知，严格挑选运放A1、A2，使其共模抑制比尽量相等，则可保证第一级的共模抑制比CMRR?尽可能大。

第二级由运放A3组成差动放大器，在理想情况下，运放器件本身的CMRR为无穷大，

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U1

R1 ● RG + A1 － R3 R5 R7 － A3 ＋ － R4 U0 ○ A2 ＋ U2 R2 R6

R8 ● 图7.2

若R5=R6，R7=R8，即电路处于完全平衡状态，则共模输入信号可完全被抑制，放大器输出信号只反映差模输入。因此，对共模信号的实际抑制程度，取决于运放器件本身的CMRR值的大小和外部电路电阻的匹配误差。在失配最严重的情况下，可推导出由于电阻的失配所引

起的共模抑制比为

CMRRR?1?Ad24?，则可推出第二级的共模抑制比为：

CMRR???CMRRR?CMRR3CMRRR?CMRR3 （2）

式中CMRR3为运放A3本身的共模抑制比。整个放大器的共模抑制比为：

CMRR?

Ad1CMRR???CMRR1Ad1CMRR???CMRR1 （3）

当CMRR1??Ad1CMRR??时，（3）式可简化为：

CMRR?Ad1CMRR?? （4） 可以证明，该测量放大器的差模增益计算公式如下：

?R3?R4?R7U0?Aud???1???RU?UR21G??5 （5）

一般是通过调节RG来改变差模增益。

通过以上分析可知，在测量放大器设计中应注意两个方面的问题：第一是选择器件，通过测量确定共模抑制比高度对称的（相差不超过0.5dB）运放A1和A2，挑选高共模抑制比的运放A3（CMRR?100dB）；第二，在影响共模抑制能力的诸因素中，第二级差动放大器外回路电阻的匹配精度是主要因素，应采用高精度、高稳定性的电阻，先确定R5、R6，再由Ad2的值确定R7，最后通过调整R8的值，使R7= R8，以提高匹配精度。

测量放大器中的运放应采用低噪声、低漂移运算放大器，如OP－07，下面给出其主要技术指标和封装形式，供设计时参考。

①输入失调电压：10 uv ②温度漂移：200 nv/℃ 调零 +Vcc OUT NC

③偏置电流：200 pA

8 7 6 5 ④增益带宽积：600kHZ

⑤噪声：9.6nv

OP－07 ⑥转换速率：300 mv/us

1 2 3 4 ⑦差模输入电压：±30V

⑧共模输入电压：±22V ⑨功耗：500 mw 调零 -IN +IN -Vcc

⑩电源：±22V

三、 实验任务及主要技术指标

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根据所给条件，设计一个测量放大器，要求技术指标如下。在面包板上安装完毕后，对电路进行静态调试。然后自行拟订测试方案，对该测量放大器的下列参数进行测试。 1． 电压增益≥60dB 2． 共模抑制比≥80dB

3． 频带范围（提示：由电路的增益带宽积决定）

四、 实验所用元器件

1．运算放大器 3只 2．10K精密电位器 4只 3．1K精密电位器 1只 4．4.7K～10K电阻 4只 5．82K～100K电阻 4只

五、 实验仪器设备

1.AS2173型交流毫伏表 一台 2.SP1642B函数信号发生器 一台 3双踪通用示波器 一台 4.SS1798A四路稳压电源 一台

5.智能计数器 一台 6.DT980数字万用表 一只 7.实验面包板 一块

六、设计步骤与要求

1.认真阅读设计要求，写出设计预习报告。 2.根据已知条件及性能指标要求设计电路。 3.在实验面包板上安装、调试电路。

4.拟订测试方案，用所给仪器测试电路的参数。 5实验完成后，写出设计性实验报告。

七、参考书

1. 2. 3. 4.

杨吉祥等编·电子测量技术基础·南京：东南大学出版社，1998.8

孔有林编著·集成运算放大器及其应用·北京：人民邮电出版社，1979.8 李永敏等编·数字化测试技术·北京：航空工业书版社，1987

谢自美主编·电子线路设计·实验·测试·武汉：华中科技大学出版社，2000.7

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附录 常用信号发生器的面板和使用方法

一. YB1602函数信号发生器

函数信号发生器的面板图

YB1602函数信号发生器的面板图

SP1642函数信号发生器的面板图

二：SP1642函数信号发生器

三、AS1053信号发生器 （一）概述

AS1053信号发生器是一种调频调幅立体声高频信号发生器。信号发生器的输出信号频率由五位数码管指示。信号发生器可存储十个工作频率及信号方式，可方便重复使用，而不必重新调整仪器。本机采用了单片机、数码电位器等数字技术，使信号发生器的各技术性能得到了较大 的提高。 （二）主要技术指标

1． 信号发生器输出信号频率

0.1MHZ～150MHZ工分为三个频段：

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频段1：0.1MHZ ～ 1MHZ； 频段2：1MHZ ～ 10MHZ； 频段3：10MHZ ～ 150MHZ。

2． 音频内调制信号

（1）调幅内调制信号频率：1000HZ；

调制深度：约30%（50Ω终端负载）； 工作频段：1、2、3。 （2）调频内调制信号频率：400HZ； 1000HZ。

调频频偏：22.5kHZ（400HZ）； 75kHZ（1000HZ）。 工作频段：2、3。

（3）立体声调制信号频率：L 400HZ； R 1000HZ； 调频频偏：约75kHZ。 工作频段：3。

（4）立体声调制隔离度 ≥30dB。 （5）立体声调制信噪比 ≥40dB。 （6）内音频输出 1 kHZ≥2Vrms。 （7）外调制输入幅度 0～3Vrms。 （8）外调制深度 0～90﹪左右。

3． 射频信号

（1）输出幅度 ≥316mVrms/50Ω； （2）稳幅特性 ±1 dB。 （3）频率指示准确度 1×10-4±1个字。

4． 工作频率、信号方式存储：十个。 （三）使用方法

1．前面板各控制和指示器件使用说明

（1）调幅AM控制按键 右上角指示灯亮时，表明工作在调幅方式； （2）调频FM控制按键 右上角指示灯亮时，表明工作在调频方式；

（3）立体声STEREO控制键 右上角指示灯亮时，表明工作在立体声方式； （4）调频频偏22.5 kHZ和75 kHZ选择键；

（5）外伴音调制工作键，右上角指示灯亮时，表明工作在外伴音调制方式； （6）外调制调制度调节纽； （7）信号发生器电源开关；

（8）射频频率和信号工作方式存储按键；

（9）存储或调取单元编号显示数码管 ：0～9； （10）存储的频率和工作方式调取按键； （11）射频频率数码指示：5位；

（12）频率调谐电位器 在按下STORE和RECALL键后兼作存储单元的调节； （13）频率快速调谐选择按键 左边的指示灯亮时，工作在快速调谐方式，这时频

率调谐变化将加大；

（14）工作频段选择按键 每按一次，转换一个频段，依次为1 → 2 →3→1； （15）射频输出幅度调节电位器；

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（16）射频信号输出插座。

2．后面板各控制器件、插座使用说明 （1）外调制输入 CH R； （2）外调制输入 CH L； （3）内音频输出；

（4）电源插座（附保险丝）。 （四）信号发生器的操作

信号发生器开机预热五分钟后，即能进入稳定的工作状态。仪器开机后将进入上次

关机时的工作状态，然后可根据需要进行操作。

1． 信号频率和工作方式的存储

先调好要存储的信号频率和工作方式，然后按一下STO键，右上角指示灯亮后，再用调谐电位器在0～9之间选一个单元，再按一下STO键，指示灯熄灭后，所设置的信号频率和工作方式就存入你所选择的单元中。 2． 存取内容的调取

先按一下RECALL键，右上角指示灯亮后，再用调谐电位器在0～9之间选一个单元，再按一下RECALL键，指示灯熄灭后，就完成了调取。然后信号发生器就转换成原储存在该单元中的工作方式和频率工作。 3． 改变信号调制度方法

仪器工作在内调制方式时，信号调制度是固定的。如果你希望改变调制度，可设置在外调制方式，然后用随机附带的双莲花头线。将音频输出连接外音频输入R端，调节MOD AMPL电位器即可改变信号的调制深度。 4． 工作频段范围的设置

整机出厂前，工作频段的范围已设置好，且两端略有余量，如果你需重新设置，可用以下方式设置。先将频段选择到所需的工作频段，然后按一下STO键，使存储指示灯亮，再旋转频率调谐旋钮，使显示数码与下表中的所需数对应，再按一下RECALL键，使调取指示灯亮，然后再调谐频率调谐旋钮，使显示的频率符合你的要求，最后再按一下STO键，STO和RECALL指示灯熄灭后，你所设置的频段的端点频率就被存入内存，待重新开机后，该端点频率将起作用。注意该存储不影响前面1中所存储的工作方式和频率。

频段覆盖范围设置存储表 存储单元 端点 频段 1 2 3

0 2 4 1 3 5 低段频率 高段频率 40

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