2013版电子测量实验指导书 - 图文

实验一实验二实验三实验四实验五

目 录

通用模拟与数字双踪示波器的使用及测量................... 1 信号发生器性能测试和应用.............................. 11 相位、时间和频率的测量............................... 18 交流电压表的测量及分析............................... 20 的示波器原理及应用仿真实验 .................... 27

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实验一 通用模拟与数字双踪示波器的使用及测量

一、实验目的和要求

1． 根据已学的示波器理论知识学习正确使用通用双踪示波器，并利用示波器进行各种电

信号的测量，熟练掌握模拟示波器的使用。 2． 学习数字式通用示波器的使用，了解其在测量上的强大功能，并与模拟示波器进行比

较，体会各自在测量上的特点。

3．认真按实验内容的要求进行实验，记录有关的数据和波形，回答实验内容中提出的有

关问题，并按时提交实验报告。

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。

三、实验仪器设备

1．模拟双踪示波器 CS－4135A 一台 2．数字双踪示波器 TDS－1002B 一台

3．DDS函数信号发生器 DG1022 一台

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图1－1 CS-4135A示波器前面板示意图

示波器前面板之说明：

1．CRT显示屏 显示范围为垂直轴8div（80mm），水平轴10div（100mm）。为使显示信号与刻度间不会产生视差，采用了标示于荧幕内侧的刻度。此外在刻度的左端则标示有测定响应时间的%记号。2．POWER 电源开关按钮。3．电源指示灯。

4．CAL端子 为校正用信号输出端子。使用于校正探头时，可得到1Vp-p正极性，1kHz之方波信号输出。5．刻度照明 控制CRT格子刻度线的亮度。

6．TRACE ROTA 用于调节水平扫描线的倾斜度。7．FOCUS 扫描线焦距调节旋钮。 8．INTEN辉度旋钮 用于调整扫描线的亮度。9．GND 接地端子。

10&13．调节CH1和CH2波形的垂直位置。12．BAL 用于调整垂直通道的DC平衡。 11&14．AC-GND-DC 垂直通道的输入耦合方式，即选择以何种方式观测输入信号。 15&16．偏转灵敏度（垂直轴衰减）旋钮粗调和微调，为获得正确的读数微调旋钮必需旋至CAL位置。27&28．扫描速度粗调和微调旋钮，同样读数时微调旋钮必需旋至CAL位置。

19．MODE 用于选择触发方式。AUTO：由触发信号启动扫描，若无输入触发信号则显示扫描时间基线。NORM：若无正确输入触发信号则没有任何显示。FIX：在固定的触发电平位置开始触发扫描。TV-F：将复合射频信号的垂直同步脉冲分离出来实现触发。 TV-L：将复合射频信号的水平同步脉冲分离出来实现触发。

20．VERT MODE 用于选择垂直通道输入信号的显示模式。CH1：显示CH1的输入信号。CH2：显示CH2的输入信号。ALT：采用交替方式显示CH1和CH2的输入信号（用于高速扫描）。CHOP：以固定的250kHz频率采用断续方式显示CH1和CH2的输入信号（用于低速扫描）。 21．CH2 INVERT 按下此按钮，CH2输入信号极性被反相。

22．X-Y 按下此按钮，示波器变为X-Y轴图示仪，此时CH1为Y轴，CH2为X轴。

23．SOURCE 选择触发信号源。VERT：触发源由VERT MODE加以选择（其中CHOP方式触发源由CH1提供）。CH1（CH2）：触发源为CH1（CH2）的输入信号。LINE：触发源为商用电源的电压波形。EXT：外部接入的触发源。26．外触发源输入端。

24．SLOPE 用于选择触发信号的极性。25．TRIGGER LEVEL 用于调整触发电平。

29．调节显示波形的水平位置。30．X10MAG 按下此按钮，信号在水平方向上扩展10倍。

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四、预习要求

1、复习好教材《电子测量与仪器》第六章时域测量的内容，掌握示波器的原理。

2、查找相关资料及参照实验仪器使用说明书，预先了解双踪示波器、函数信号发生器各旋钮、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、实验内容

（一）、学习并熟练掌握通用模拟示波器的使用

1．打开示波器预热后调出扫描线，对照上一页图1－1的标示，熟悉CS-4135A模拟示波

器各个开关和旋钮的作用。

2．从DG1022函数信号发生器的CH1输出一个频率为1kHz，幅值为5Vpp的正弦波，输入到CS-4135A模拟示波器的CH1（垂直通道1）上并稳定显示，示波器的一些初始设置如下：MODE位于AUTO，VERT MODE位于CH1，SOURCE位于VERT，TRIGGER LEVEL约位于中间位置，偏转灵敏度旋钮和扫描速度旋钮处于适当位置，按键按钮都处于弹出状态；接着完成以下操作： （1）．把触发源SOURCE的选择杆从VERT的位置拨至CH1和CH2，理解为什么在CH2位置

时波形变得不稳定，然后拨回VERT位置。 （2）．旋转水平位移旋钮，把波形的扫描起点右移到显示屏幕的可视位置，然后按下和弹

起SLOPE按键，查看波形的不同触发极性（正极性上升沿触发，负极性下降沿触发）。 （3）．旋转TRIGGER LEVEL旋钮，观察波形起点的位置变化，当起点超过波形的正负峰值

时，波形显示会有什么变化？体会触发电平在获取稳定波形显示过程中的重要作用。 （4）．把VERT MODE选择杆从CH1拨至CH2，会出现什么情况？此时再把MODE选择杆从AUTO

位置拨至NORM，又会出现什么情况？体会触发和扫描的工作状况。最后把各设置拨回初始位置。

3．熟悉示波器的双通道显示功能。

从DG1022函数信号发生器的CH2输出另一个频率为1.5kHz，幅值为5Vpp的正

弦波(注意CH2的默认波形是三角波)，输入到CS-4135A模拟示波器的CH2（垂直通道2）上，此时示波器显示的仍然是CH1输入的信号，若要显示CH2输入的信号，需把VERT MODE从CH1拨至CH2，则示波器的显示变成CH2输入的信号。若想同时显示两个通道的信号，可以把VERT MODE拨至ALT或CHOP位置，ALT采用交替方式实现双踪显示，此时两个通道的输入信号都能够得到稳定的显示（但是这时两个通道的信号被设置在信号周期的同一位置开始触发，从显示上不能判别出两信号的相位关系）。CHOP采用断续方式实现双踪显示，但是只能稳定显示一个通道的信号，另一个通道的信号不能稳定（如果两个通道的信号频率刚好是整数比关系时，则能同时稳定），稳定与否由触发源决定，当SOURCE位于VERT或CH1位置时，CH1通道稳定显示，当SOURCE位于CH2位置时，CH2通道稳定显示。请同学们结合教材内容进一步理解示波器的双踪显示情况。

4．在一台性能良好的示波器上观测一个电压幅度1V，频率1KHz正弦波形，但是在示波器的屏幕上却出现如图1－2所示各种非正常的波形显示，请把图中所给出的各种不正常波形在示波器上显示出来，然后把波形调回正常显示状态，试分析每种不正常波形产生的原因（有的现象可能有多种原因），并说明应如何调整示波器的哪些相关开关、旋钮才能观测到正常的波形。

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图 1－2 非正常显示波形

（注：图（3）的现象可能是一根竖线从左向右缓慢移动，也可能是稳定不动。图（10）

是一种不稳定显示的情况，屏幕上看到的线或多或少。）

5．从DG1022函数信号发生器的CH1输出一个频率为8Hz，幅值为5Vpp的正弦波，输入到模拟示波器的CH1（垂直通道1）上，通过调节示波器的相关旋钮，在示波器显示屏上获得稳定显示的正弦波波形（显示1～3个周期）。说明你判断波形已经稳定显示的依据，并解释此时示波器的显示现象及其产生原因。 6．从DG1022函数信号发生器的CH1输出一个频率为10kHz，幅值为5Vpp的正弦波，输入到模拟示波器的CH1上并让波形适中稳定显示，通过调节水平位移旋钮把波形的起点右移到显示屏内能够看得到的位置；接着按下DG1022信号发生器的Mod键，在屏幕菜单上选“深度”参数项，把参数改为50.0％，其它参数不动；然后把示波器的扫描速度旋钮调到2ms/DIV的位置，不论此时波形是否稳定，都左右旋转触发电平（TRIGGER LEVEL）旋钮，并最终让波形稳定下来，判断触发电平处于什么位置（不是TRIGGER LEVEL旋钮的位置）能够获得稳定显示的波形（可以文字表述，也可以直接在波形上标注说明）？最后把波形记录下来，此波形是一个调幅AM波。

（二）、学习TDS1002B数字示波器的使用和测量

数字示波器的功能较多，图1－2是示波器的前面板，前面板被分成若干个易于操作的功能区，下面对屏幕显示信息以及一些功能区域做简要的说明；关于本示波器的详细资料，大家可以通过示波器的“HELP”菜单做进一步的学习。 1．电压探头检测

数字示波器的探头是示波器的重要组成部分，探头的性能好坏将直接关系到信号测量的准确性和完整性。可以使用探头检查向导来验证电压探头是否操作正常，该向导帮助我们调节电压探头的补偿，设置每个通道的衰减选项系数。要使用探头检查向导，请按下PROBE CHECK（探头检测） 按钮。如果电压探头连接正确、补偿正确，而且示波器“垂直”菜单中的“衰减”选项设置与探头相匹配，示波器就会在屏幕的底部显示一条“合格”信息。否则，示波器会在屏幕上显示一些指示，指导如何纠正这些问题。

探头有不同的衰减系数，它影响信号的垂直刻度；探头检查向导验证示波器的衰减系数是否与探头匹配。探头本身和“衰减”选项的默认设置都为10X。如果更改探头上的“衰减”

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