电子测量原理实验指导书.doc

电子测量原理
实验指导书

南京邮电大学自动化学院

目 录

电子测量实验系统组成原理及操作………………………… 1
电子计数器原理及应用……………………………………… 10
示波器原理及应用…………………………………………… 16
R、L、C参数测量 …………………………………………… 24
逻辑分析仪原理及应用……………………………………… 31
交流电压测量 …………………………………………………40
电子测量实验系统组成原理及操作
一、实验目的
1．了解SJ-8002B电子测量实验系统的原理和组成。
2．学习操作本实验系统并完毕一些简朴实验。
二、实验内容
1．操作本系统的实验箱内部DDS信号源，产生出多种信号波形，并用外接示波器观测。
2．使用本实验箱内部数字示波器，去观测外部信号源的信号波形。
3．使用本实验箱内部数字示波器，观测内部DDS信号源产生的信号波形。
三、实验器材
1．SJ-8002B电子测量实验箱 1台
2．双踪示波器（20MHz模拟或数字示波器） 1台
3．函数信号发生器（1Hz～1MHz） 1台
4．计算机(具有运营windows2023和图形化控件的能力) 1台
四、实验原理
SJ-8002B电子测量实验系统由三大部分组成：a电子测量实验箱；b系列化的实验板；c微型计算机（含配套的实验软件），如图1－1所示。此外，实验中根据需要可以再配备一些辅助仪器，如通用示波器、信号源等。

图1－1 电子测量实验系统的基本组成
电子测量实验系统的外貌图如图1－2所示。

图1－2 电子测量实验系统
电子测量实验箱主板如图1－3所示。
图1－3 电子测量实验箱主板
主板上的短路块说明：
短路块名
短路位置
连接说明
使用场合
S101
左边
7109直流电压差分输入端DC－不接地
温度实验时使用
右边
109直流电压差分输入端DC－接地
通常情况下应用
S102
左边
采集两个通道输入Ain1和Ain2不连接
通常情况下应用
右边
采集两个通道输入Ain1和Ain2短接
快速检查实验板时使用
S602

置于“no”
信号源1输出不加滤波
一般情况
置于“filter”
信号源1输出加滤波
需加滤波
S702
置于“no”
信号源2输出不加滤波
一般情况
置于“filter”
信号源2输出加滤波
需加滤波

1．电子测量实验箱
实验箱由五个基本功能模块组成，即信号源模块、高速数据采集模块、测频模块、数电子测量字I/O模块、以及直流电压测量模块构成。这里先介绍两个模块，其他模块在相应实验中介绍。
（1）信号源模块
它是一个采用直接数字合成（DDS）的任意波形发生器，由平台软件直接提供了十六种函数的波形数据，可产生正弦波、方波、三角波等16种波形。也可以由用户自己提供波形的数据，产生用户所需的任意波形。信号源的频率和幅度均可由用户编程控制。DDS信号源的组成原理如图1－4所示。

图1－4 DDS信号源的组成结构
由图1－4可见：DDS信号源由相位累加器、RAM波形存储器、DAC数模转换器以及低通滤波器组成。其工作原理是：相位累加器在时钟信号驱动下对频率控制码进行累加，输出累加值即相位序列码作为RAM的地址。从RAM里面取出预先存放的一个周期输出波形的幅值编码，然后再经DAC转换得到模拟的阶梯电压，最后通过低通滤波器使其平滑后即得到所需要的信号波形。
DDS信号源有如下优点：（1） 信号频率稳定，分辨率高，输出频点多（可达成2N-1个频点，N为相位累加器的位数）；（2）频率切换速度快，可达us级；（3）频率切换时相位连续；（4）可以产生任意波形信号，其重要性能指标为：
分辨力： 输出频率小于1MHz时分辨力为1Hz ；
输出频率范围：正弦波：1Hz ～ 2MHz ，其它波形：1Hz ～ 200KHz；
输出信号幅度范围：0.1V ～ 16V峰–峰值；
幅度分辨率：1％；
通道数：2（2个独立的DDS信号源）。
（2）采集模块（数字示波器）
采集模块有CH1和CH2两个采集数据输入通道。通道增益、采样速率、采样点数、触发源等也可通过编程控制。图1－5所示为实验平台中数据采集模块的原理框图。该采集模块既可以实现示波器的功能也可以实现交流电压表等的功能。为了扩展输入的电压范围，通道中包具有前级衰减电路前级仪用放大电路中间衰减器和后级放大电路，最后由A/D转换电路，变换成数字量并且存储在RAM中，当采集完毕以后计算机通过EPP口把数据取回，并对其进行数据解决。
数据采集采用了8位的A/D转换器，模拟输入电压范围（峰峰值）：-50V到+50V；
采样速率20M、10M、5M、2.5M、1M、500K、250K、100K、50K、25K、12.5KSPS；
可程控增益×20、×10、×5、×2、×1、×0.5、×0.2、×0.1、×0.05、×0.02；
数据缓存深度：30KB。

图1－5 数据采集部分一个通道的原理框图
2．系列化实验板
涉及R、L、C电路实验板、滤波器电路实验板、温度检测实验板、CPLD实验板、键盘点阵实验板、电路自装实验板（白板）等，如图1－6所示。

图1－6 系列化实验板
实验平台上安装有一62芯的双排插座，系列化实验板插入此插座，实现实验板和平台之间的信号线的可靠连接，从而可进行不同的实验。
实验时，实验电路板插入62芯插座接入测试平台，实验平台内的信号源模块通过插槽上的AO（模拟输出AO1和AO2）插脚给实验板提供激励信号；测试平台内的采集模块通过插座上的AI（模拟输入AI1和AI2）插脚实时的采集并存储实验板的输出响应信号。当采集完预置的点数后，微机通过EPP接口读取采集数据，再经分析和解决后，将实验结果显示在屏幕上。
五、实验环节
1．实验准备
（1）按照图1-7所示的方法连线，S602接“no”端。
（2）先打开实验箱电源，电源指示灯“亮”。然后在PC机上运营主界面程序，如图1－8所示，再从主界面进入“电子测量实验室”，其界面如图1－9所示，最后选择实验一，软件则自动打开了信号源和示波器的界面。

图1－7 实验连接框图

图1－8 主程序界面

图1－9 电子测量实验室界面
2．信号源的操作
（1）虚拟信号源的面板如图1－10所示：

图1－10 信号源面板
（2）设立DDS信号源1的输出Aout1的幅度、频率，默认设立为幅度2.0V，频率4.885KHz。点选16种波形的任意几种，用外接示波器观测，并记录波形于表1－1中。

表1－1
______波
______波
______波
______波

______波
______波
______波
______波

3．示波器功能操作
(1)虚拟数字存储示波器的面板如图1－11所示：

图1－11数字存储示波器
（2）设立信号源使它产生一个幅度（峰–峰值）为5V，频率为5kHz的正弦波信号，点击数字存储示波器界面上的“开始”，选择合适的“秒/格”和“伏/格”,其它选用默认值（耦合选“直流”，触发源选“时钟CLK1”，测量方式选“循环”），观测波形并记录于表1-2。把波形改为三角波、方波，用虚拟示波器观测幅度和频率，并与信号源相应的输出值进行比较。
表1－2

波形
峰值
频率
正弦波

三角波

方波

（3）用Q9线将Aout1和Ain1连接起来，在信号源面板上设立Aout1的幅度为3V、频率为5KHz，产生一个正弦波，用虚拟示波器观测幅度和频率。
六、思考和练习题
1．虚拟仪器和传统仪器的组成和操作使用有什么不同？

注意：1) 实验前不通电，先接线和插卡。
2）在运营软件前要先打开实验箱的电源。
3）示波器和信号源的软件界面可同时运营，但是信号源在修改设立参数时，请先停止示波器的测量。
4）以上注意事项适合于本实验课程的其他实验。

电子计数器原理及应用
一、实验目的
1. 了解频率测量的基本原理。
2. 了解电子计数器测频/测周的基本功能。
3. 熟悉电子计数器的使用方法。
二、实验内容
1. 频率测量，并了解测频方式下：闸门时间与测量分辨率关系。
2. 周期测量，并了解测周方式下：时标、周期倍增与测量分辨率关系。
三、实验器材
1.SJ-8002B电子测量实验箱 1台
2．双踪示波器（20MHz模拟或数字示波器） 1台
3．函数信号发生器（1Hz～1MHz） 1台
4．计算机(具有运营windows2023和图形化控件的能力) 1台
四、实验原理
1.测频原理
所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间变化的次数。电子计数器是严格按照f＝N/T的定义进行测频，其相应的测频原理方框图和工作时间波形如图2-1 所示。从图中可以看出测量过程：输入待测信号通过脉冲形成电路形成计数的窄脉冲，时基信号发生器产生计数闸门信号，待测信号通过闸门进入计数器计数，即可得到其频率。若闸门启动时间为T、待测信号频率为fx，在闸门时间Ｔ内计数器计数值为N，则待测频率为
fx = N/T (2-1)
若假设闸门时间为1s，计数器的值为1000，则待测信号频率应为1000Hz或1.000kHz，此时，测频分辨力为1Hz。

图2-1 测频原理框图和时间波形
2.测周原理
由于周期和频率互为倒数，因此在测频的原理中对换一下待测信号和时基信号的输入通道就能完毕周期的测量。其原理如图2-2所示。
时基
信号发生器
分频电路
脉冲
形成电路
闸门
电子计数器
门控电路
脉冲
形成电路
周期倍乘ＭMMMMMMMMM
To

Tx

图2-2 测周原理图
待测信号Tx通过脉冲形成电路取出一个周期方波信号加到门控电路，若时基信号(亦称为时标信号)周期为To，电子计数器读数为N，则待测信号周期的表达式为
　　 （2-2）
例如：fx = 50Hz，则主门打开1/50Hz（= 20ms）。若选择时基频率为fo = 10MHz，时基To＝0.1us，周期倍乘选1，则计数器计得的脉冲个数为 = 202300 个，如以ms为单位，则计数器可读得20.0000(ms) ，此时，测周分辨力为0.1us。
3.中界频率
当直接测频和直接测周的量化误差相等时，就拟定了一个测频和测周的频率分界点，这个分界点的频率值称为中界频率。由测频和测周的误差表达式并结合图2-3可以看出：测频时的量化误差和测周时的量化误差相等时，即可拟定中界频率为
（2-3）
故 　　　　 （2-4）
式中，为测频时选用的频标信号频率，即 闸门时间的倒数；为测周频时选用的时标信号频率，；当时，应使用测频的方法；当时，则应使用测周频的方法。对于一台电子计数器特定的应用状态，可以在同一坐标图上同时作出直接测频和直接测周的误差曲线（图2-3），两曲线的交点即中界频率点。
4.电子计数器测频/测周的自动功能
电子计数器的自动测频/测周功能重要取决于中界频率。假定选择闸门时间为1s和测周/频时标信号频率为10MHz，则中界频率为MHz(=3162Hz)。因此在选用电子计数器自动测量时，先指定用测频的方式预测一下输入信号的频率，再与中界频率比较之后自动拟定电子计数器测频/测周方式。

图2-3 测频和测周时的误差曲线
5．测量时间和计数值
（1）测频模式
测量时间＝闸门时间T
计数值N= fx*T
闸门时间短，测量低频信号，N也许很小，甚至为0，这种情况应避免。
由于我们使用24位计数器，计数值N<224（16777216），否则溢出（OVER）。
（2）测周模式
测量时间＝
计数值
测量时间与被测信号的周期和周期被乘系数成正比，若选择大的周期倍乘系数，测量低频信号时，测量时间将很长。
低频信号选用大的周期被乘系数和高的时标时，计数值会很大，产生溢出。
五、实验环节
1. 按如图2-4所示,连接实验系统。

图2-4 实验平台及实验器材连接图
说明：被测输入信号有两种接法，一种是如图2-3所示的①，由外接信号发生器连接实验箱测频输入fx的BNC插座；一种是如图2-3所示的②，由实验箱上的信号源Aout1(或Aout2)连接实验箱测频输入fx的BNC接头，并用示波器监测输入信号的幅度和频率大小。然后按照电子计数器测频/测周实验运营电子计数器程序进行测量。
2.电子计数器的面板如图2-5所示。

图2-5 虚拟电子计数器面板
使用说明：
（1）当选择测频/测周按钮置“测频”时，可选“闸门时间”分别为：1ms,10ms,100ms,1s,10s，时标选择旋钮不使能；
（2） 当选择测频/测周按钮置“测周”时，可选“周期倍乘”分别为：×1，×10，×100，×1000，×10000。时标选择旋钮可选10MHz,1MHz,100KHz,10KHz,1KHz。
（3）当选择“自动”按钮时，测频/测周按钮、时标选择旋钮和测频/测周按钮不使能，将自动根据被测信号与中界频率的大小关系来拟定采用测频或测周方式，并显示相关内容。
注意：在“测周”模式下，若选择大的周期倍乘系数，测量低频信号时，测量时间将很长。

3.电子计数器测频/测周实验
（１） 运用函数信号发生器产生不同频率的信号，波形可分别为方波、正弦波、三角波，幅度为1V～5V,由虚拟电子计数器对其进行“测频”，选择不同的闸门时间，对测量结果进行比较和分析。记录测量的频率值，并填入表2-1：
表2-1
　　信号频率
闸门时间
25Hz
250Hz
2kHz
20kHz
200kHz
2MHz
1ms
不做
不做

10ms
不做

100ms
4.89

0.03

1s
4885

24

10s
4885

24

20231
提问：本实验中测频模式，闸门时间选用10S时，测量2M信号为什么会溢出？

（２） 运用实验箱上的信号源产生不同频率的信号，波形可分别为方波、正弦波、三角波，幅度为1V～5V,由虚拟电子计数器对其进行“测频”，选择不同的闸门时间，对测量结果进行比较和分析。记录测量的频率值，并填入表2-2：
表2-2
信号频率
闸门时间
25Hz
250Hz
2kHz
20kHz
200kHz
2MHz
1ms
不做
不做

10ms
不做

0.1s

1s

10s

（３） 运用函数信号发生器产生不同频率的信号，由虚拟电子计数器对其进行“测周”，时标选择为10MHz，幅度为2V，改变不同的周期倍乘，对测量结果进行比较和分析。记录测量的周期值，并填入表2-3：
表2-3
　　信号周期
周期倍乘
0.2s
(5Hz)
20ms
(50Hz)
2ms
(500Hz)
0.2ms
(5kHz)
20us
(50kHz)
2us
(0.5MHz)
1
0.5
20.46

10
0.5
20.46

100
不做
over

1000
不做
不做

10000
不做
不做
不做

提问：本实验中测周模式，周期被乘选用10时，测量5Hz信号为什么会溢出？

（４） 运用实验箱上的信号源产生不同频率的信号，由虚拟电子计数器对其进行“测周”，时标选择为10MHz，幅度为2V，改变不同的周期倍乘，对测量结果进行比较和分析。记录测量的周期值，并填入表2-4：
表2-4
信号周期
周期倍乘　　　
0.2s
(5Hz)
20ms
(50Hz)
2ms
(500Hz)
0.2ms
(5kHz)
20us
(50kHz)
2us
(0.5MHz)
1

10

100
不做

1000
不做
不做

10000
不做
不做
不做

（5）运用函数信号发生器产生一个频率为60Hz,幅度为3V左右的方波信号，由虚拟电子计数器对其进行“测周”，选择不同的时标频率，对测量结果进行比较和分析。记录测量的周期值和频率值，并填入表2-5：

时标选择
10MHz
1MHz
100KHz
10KHz
1KHz
频率
59.6hz
59.6
59.59
59.6
58
周期
16.77ms
16.77
16.78
16.8
17
（6）运用函数信号发生器产生不同频率的信号，幅度为2V，由虚拟电子计数器对其进行测量，选择“自动方式”，观测仪器自动选择的“测频或测周”模式，记录测量的频率值和周期值，对测量结果进行比较和分析，并填入表2-6：
表2-6
信号频率
20Hz
200Hz
3kHz
4kHz
50kHz
1.5MHz
测频/测周模式
2
2
2
2
2
2
实测频率
19.07
19.07
1999
1999
50004
1999
实测周期
52.42
52.42
500.2
500.2
19.98
500.2
六、思考和练习
1、分析以上测量数据，在电子计数器测频过程中，闸门时间对测量分辨力有何影响？
2、时标选择对电子计数器测周分辨力有何影响？
示波器原理及应用
一、实验目的
1．了解数字示波器测量的基本原理。
2．熟悉虚拟数字存储示波器的操作，观测几种典型信号的波形并进行参数测量。
二、实验内容
1．测量周期信号的幅值、频率。
2．测量信号的时域参数。
3、信号的测量、存储、回放。
4、观测李沙育图形。
三、实验器材
1．SJ-8002B电子测量实验箱 1台
2．双踪示波器（60MHz模拟或数字示波器） 1台
3．函数信号发生器（0. 1Hz～10MHz） 1台
4．计算机(具有运营windows2023和图形化控件的能力) 1台
四、实验原理
1．数字示波器原理
数字存储示波器是用 A/D 变换器把模拟信号转换成数字信号，然后把数据存储在半导体存储器 RAM 中。当有需要时，将 RAM 中存储的内容调出，通过 LCD 用点阵或连线的方式再现波形，其原理框图可以参考图6－1。在这种示波器中信号采集和信号显示功能是分开的，它的功能和性能重要取决于进行信号采集与解决的A/D、RAM 和微解决器的性能。由于采用 RAM 存储器，可以快写数慢读数，或者慢写数快读数，这样即使得即使在观测缓慢信号或者观测高速信号时显示带宽限制时也不会有闪烁现象。

2．虚拟数字存储示波器组成

图6－1 虚拟数字存储示波器
虚拟示波器将计算机和测量功能融合于一体，用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的功能，用计算机的显示器代替传统仪器物理面板。通过相关的软件可以设计出的操作方便、形象逼真的仪器面板，不仅可以实现传统示波器的功能，并且具有存储、再现、分析、解决波形等特点，还可以进行各种信号的解决、加工和分析，完毕各种规模的测量任务。并且仪器的体积小、耗电少，方便携带，可以在不同的计算机上使用。
在SJ-8002B中，采用了虚拟数字存储示波器的原理来实现数据的采集。其中的信号调理、AD转换、存储数据的SRAM以及控制逻辑都在是实验平台中，计算机重要起到了数据的解决和显示的作用。
3．SJ-8002B电子测量实验箱示波器硬件结构
（1）测量范围及指标
测量电压幅度范围：－20V～＋20V（峰峰值）
测量频率范围：1Hz～1MHz
采样时钟：20MHz～12.5KHz
数据缓存深度：64KB
显示波形的峰值、平均值、有效值和频率、周期等参数。
通道数： 2
垂直偏转因素(V/div)
Div序号
div
3
4
5
6
7
8
9
垂直偏转因素(V/div)
50mv/div
0.1v/div
0.2v/div
0.5v/div
1v/
div
2v/
div
5v/
div
量程(V)
0.5
1
2
5
10
20
50
通道总增益
2
1
0.5
0.2
0.1
0.05
0.02

水平时基因素（秒/格）
序号
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
秒/格
0.1u
0.2u
0.5u
1u
2u
5u
10u
20u
50u
100u
采样频率Hz
20M
20M
20M
20M
20M
20M
20M
20M
20M
20M
序号
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
秒/格
200u
500u
1m
2m
5m
10m
20m
50m
0.1S
0.2S
采样频率Hz
10M
5M
2.5M
1M
500K
250K
100K
50K
25K
12.5K

（2）硬件原理图
图6－2 SJ8002B示波器硬件原理图
图6－2为示波器模块的原理框图。由图可见，高速采集的双通道是完全独立的，可以实现虚拟双踪数字存储示波器的各种功能，完毕多种不同的测试任务。
4． 数据解决
根据采集的波形数据，计算出被测信号的有效值、均值、峰值、频率。
离散信号的电压平均值及峰值的数学表达式如下所示：
电压有效值： 　　
电压平均值：　 　　
电压峰－峰值： 　　 。
五、实验环节
1．实验准备
（1）按照图6－3连线。
示波器从Ain1输入，在两种连接方式中选择一种，①使用外部信号源，②使用内部信号源1通道。
（2）先打开实验箱电源，电源指示灯“亮”。然后在PC机上运营主界面程序，再从主界面进入“电子测量实验室”，最后选择实验六，软件则自动打开了信号源和示波器的界面。

图6－3 实验连接框图
2．虚拟数字存储示波器面板
虚拟数字存储示波器面板如图6－4所示，它与实际的仪器有相似的面板，有CH1（绿）、CH2（黄）两个通道，面板下部还同时显示出伏/格、峰值(平均值、有效值)、频率、秒/格。
示波器显示波形窗水平通道和垂直通道均为10格（div）。

图6－4 虚拟数字存储示波器面板
3．测量如下各种波形的参数
操作接在Ain1的信号源产生以下信号，用CH1（绿）通道进行测量，调整秒/格使信号波形在屏幕上显示2～5个周期，调整伏/格使信号波形充满半个屏幕到满屏。
（1）正弦波（Aout1，Ain1）
信号源产生一个正弦波如图6－5，用虚拟示波器观测,把显示面板上的峰值和频率填在表6－1中。
图6－5 正弦波

表6－1
输入幅度(峰值V)
输入频率kHz
选择秒/格
读出秒格数
估算周期
估算频率
示波器频率读数
选择
伏/格
读出峰峰值伏格数
估算峰峰值
示波器峰值读数
根据读数计算
有效值
1
1
100us

4.885

1.402

2
5

4
50

6
100

信号周期＝一个周期所占秒格数×秒/格 信号频率＝1/信号周期
信号峰峰值＝波形垂直伏格数×伏/格 峰值＝峰峰值 ×1/2
（2）三角波

图6－6 三角波

波形换成三角波如图6－6，观测波形对称度。
表6－2
输入幅度（峰值V）
输入频率（kHz）
选择
秒/格
格数
格数

1
1
500us
1
1
1
5
5
100us
1
1
1
5
50

8
100

图6－7 方波

（3）方波
信号源产生一个方波，用虚拟示波器观测上升时间和下降时间。

表6－3
输入幅度（峰值V）
输入频率（kHz）
选择秒/格

秒/格读数

（μs）

秒/格读数

（μs）
5
100
2us
0.2

0.2

5
200

5
500

图6－8 调幅波

（4）调幅波
用Q9线把Aout1和Ain1连接起来，启动虚拟信号源程序，产生一个调幅波，用示波器测量调幅系数

表6－4
输入幅度（峰值V）
输入频率（kHz）
选择
伏/格
a格数
b格数
m
5
0.5
5
3
9

5
5.0

5
20

4．双踪显示波形的观测
由两台函数信号源分别产生两路电压信号，分别输入给Ain1和Ain2，一个信号幅度为5V，频率为5KHz的正弦波，另一个信号幅度为3V，频率为5KHz的三角波，由虚拟数字存储示波器进行双踪显示，记录选择的伏格和秒格，并画出波形。
注意：实验箱主板上方的S102短路块位置放在左边。
画信号一波形：

画信号二波形：

5．波形存储与回放
在用示波器测量的过程中，随时可以把波形数据保存。方法是点击面板上面的“保存”按钮，就会弹出一个对话框，取一个文献名，再选择途径、文献扩展名之后单击保存就能把波形数据保存在计算机的硬盘里。要把计算机硬盘里存储的波形文献打开，就直接单击面板上面的“打开”按钮（注意此时不能启动采集），就可以实现波形的回放，这时通过调节“伏/格”和“秒/格”可以改变波形的显示。
把实验环节3中的波形先保存到硬盘，然后再打开，对比它们有无变化。

6．观测李沙育图形
在双踪示波器上选择X-Y显示方式，运用示波器X和Y通道分别输入被测信号和一个已知信号，调节已知信号的频率使屏幕上出现稳定的图形，这些图形称为李沙育图形。
（1）调节电子实验箱输出通道Aout1和Aout2，输出相同正弦波信号，幅度为2V，频率为1KHz，调节示波器，使之工作于X-Y方式，Aout1输入示波器X通道，Aout2输入示波器Y通道，观测李沙育图形，并画出波形。
画信号波形：

（2）调节电子实验箱，输出通道Aout1输出幅度为2V，频率为1KHz的锯齿波信号，输出通道Aout2输出幅度为2V，频率为1KHz的正弦波信号，调节示波器，使之工作于X-Y方式，Aout1输入示波器X通道，Aout2输入示波器Y通道，观测李沙育图形，并画出波形。
画信号波形：

（3）调节电子实验箱，使两个输出通道Aout1和Aout2输出相同幅度，不同频率比的信号，调节示波器，使之工作于X-Y方式，Aout1输入示波器X通道，Aout2输入示波器Y通道，观测李沙育图形，并分析图形与频率比和相位的关系，加深对示波器扫描显示原理的理解。
六、思考和练习题
1．能否用一个带宽为20MHz的示波器观测反复频率为15MHz的正弦波和方波？为什么？
2．运用示波器测量各种波形参数时，你如何减小其测量误差？
3．观测李沙育图形时，示波器X通道输入锯齿波信号，输出图形与Y通道输入波形有什么关系，为什么。

R、L、C参数测量
一、实验目的
1．熟悉电阻、电感、电容（R、L、C）元件参数测试的原理。
2．掌握本实验系统测量R、C的基本方法。
二、实验规定
1．实验前规定预习关于“阻抗参数的数字化测量”相关内容。
2．基于本实验系统，完毕R、C参数的测量，记录测量数据，并对电阻测量进行误差分析。
3．了解R、L、C参数的校准测量原理及方法。
三、实验器材
1. SJ-8002B电子测量实验箱 1台
2．双踪示波器（20MHz模拟或数字示波器） 1台
3．计算机(具有运营windows2023和图形化控件的能力) 1台
4．SJ-7001 RLC参数测量实验板  1块
5．数字电压表（4 1/2位） 1个
6．R、C被测试元件： 各3～5个
四、实验原理
1．R、L、C参数测试原理

图5－1 R、L、C电路原理图
如图5－1中为被测阻抗，为采样电阻（标准电阻）。为幅度频率可调信号源。由图知：
 （5-1）
令被测阻抗
（5-2）
则 （5-3）
（5-4）
式中为和或和的相位差。
若被测阻抗分别为Rx、Lx、Cx的抱负元件（不考虑Lx、Cx的损耗），即
  （5-5）
（5-6）
（5-7）
则有： （5-8）
（5-9）
  （5-10）
根据式（5-8）、（5-9）、（5-10），即可进行元件参数Rx、Lx、Cx的测量，式中、为同频正弦波的有效值或峰值，为角频率。与相比，表现为幅度和相位的变化（对于纯电阻，无相位变化，对于L、C元件，相差），通过改变采样电阻的大小，即可改变R、L、C参数测量的量程。
2.实验硬件电路图
图5-2是根据上述原理设计的RLC参数测量实验板（SJ-7001）。图中，测试信号（正弦波）由实验箱的第一路信号源（Aout1）产生（也可外接信号源），信号源峰值为1V（典型频率值为1kHz）, 经2倍放大后，得到2V峰值。信号源输出的匹配电阻，在更换量程时，与同步的切换，的作用减小电压、的变化范围，增长测量电路工作的稳定性。图中为实现测量校准的标准电阻，通过模拟开关选择被测元件或校准电阻。放大器A1、A2分别取出被测阻抗（或校准电阻）和采样电阻两端的电压，并通过适当放大，得到和，它们分别连接到实验箱的高速采集输入通道Ain1和Ain2，实现信号采集并通过计算得到信号的幅值。根据、放大倍数及式（5-8）~（5-10），得到元件参数Rx、Lx、Cx，即
（5-11）
（5-12）
  （5-13）

图5－2 R、L、C参数测量原理图（SJ-7001实验板）

3．校准方法
如式（5-11）~（5-13），为得到元件参数Rx、Lx、Cx值，需要根据采集得到的U1、U2幅值及A1、A2放大倍数、信号角频率、采样电阻进行计算。为提高测量精度，消除A1、A2的增益精度和增益漂移的影响，可采用校准测量方法。以电阻测量为例，接入被测电阻Rx后，若U1、U2分别为U1x、U2x（幅值），则由式（5－11）可得：
（5-14）
再接入标准电阻，若U1、U2分别为U1s、U2s（幅值），则的测量值为：
（5-15）
由（5-14）和（5-15）可得：
（5-16）
通过上述两次测量过程，所得的测量结果的公式（5-16）中不含、、，因而可消除、、的影响。
五、实验环节
1．实验准备
（1）按照图5-3把RLC参数测量实验板（SJ-7001）插入实验箱主板的62芯插座，跳线S602接“no”端。主电路板的短路块S102接到左面，RLC板的短路块接下面（AO1）。
（2）打开实验箱电源，电源指示灯“亮”。在PC机上运营主界面程序，再从主界面进入“电子测量实验室”，选择实验五，软件则自动打开了R、L、C参数测量的界面，如图5－4所示。
（3）用双踪示波器分别监测实验箱信号源输出Aout1和采集输入通道Ain1及Ain2信号（即图5-2中U1、U2输出）之一。

图5－3实验连接框图

2．校准电阻测量
（1）选择实验五，进入RLC参数测量界面，如图5－4。

图5－4 虚拟R、L、C测试仪面板测量300Ω电阻时
（2）在测试程序的主界面上，选择校准（校准方框填黑）和表5－1给出的校准电阻值选择校准电阻。
（3）先选择“电阻”，然后选量程，把增益比值“A1/A2”放在“1”处（默认位置为“1”）,“循环”放在“off”处（不循环，即只进行单次测量），“秒/格”、“伏/格”都采用默认设立(即秒/格置“2”，伏/格置“1V”)。
（4）点击“测量”，根据采集得到的波形来更换增益“A1/A2”，使两个通道的幅度接近且波形为不失真正弦。由于是纯电阻测量，两个波形没有相位差。将测量值填入表5－1。
表5－1 校准电阻测试
校准电阻（Ω）
选择电阻
量程
A1/A2
测量值
（读数，Ω）
绝对误差（Ω）
相对误差
300

1K

3K

10K

30K

100K

300K

3．外加电阻测试
（1）选择5个待测电阻，并用数字电压表测量其阻值作为该电阻的实际值，填入表5－1中第一栏和第二栏。
（2）本实验使用实验箱内部DDS信号源Aout1，提供默认频率为1kHz、幅