电子测量与仪器实验指导书讲述.doc

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电子测量与仪器实验指导书讲述

电子测量与仪器 实 验 指 导 书 李艳苹 编 黑龙江工程学院电气与信息工程学院 2016年8月·哈尔滨 目 录 实验一 李萨如图形的应用…………………………………………………………1 实验二 ……………………………………………………………6 实验1 李萨如图形的应用 一、实验目的 1、了解示波器显示波形的基本原理; 2、学会应用李萨如图形测量相位差及频率二、实验仪器 1、双踪示波器 DS5022型 1台 2、信号发生器 SG1005型 2台 3、连接线 示波器专用 2根 三、实验原理 (一)示波器显示波形的原理 如果只在竖直偏转板上加一交变的正弦电压,则电子束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运动,如果电压频率较高,则看到的是一条竖直亮线,如图1-1所示。要能显示波形,必须同时在水平偏转板上加一扫描电压,使电子束的亮点沿水平方向拉开。这种扫描电压的特点是电压随时间成线性关系增加到最大值,最后突然回到最小,此后再重复地变化。这种扫描电压即前面所说的“锯齿波电压”,如图1-2所示。当只有锯齿波电压加在水平偏转板上时,如果频率足够高,则荧光屏上只显示一条水平亮线。 如果在竖直偏转板上(简称Y轴)加正弦电压,同时在水平偏转板上(简称X轴)加锯齿波电压,电子受竖直、水平两个方向的力的作用,电子的运动就是两相互垂直的运动的合成。当锯齿波电压比正弦电压变化周期稍大时,在荧光屏上将能显示出完整周期的所加正弦电压的波形图。如图1-3所示。 (二)利用李萨如图形测相位差 将一个正弦波电压加到荧光屏垂直偏转板,把另一个正弦波电压加到水平偏转板。这样,在荧光屏上出现的图形为一个椭圆,由它能很容易求出两电压之间的相位差。其原理如下: 设加在垂直偏转板上的电压为,加在水平偏转板上的电压为,则两正弦电压间的相位差为φ。 用偏转灵敏度(cm/V)乘电压等式,把其变成屏幕的距离等式。 从两式中消去时间t,即可得屏幕显示曲线的函数表达式: 这是一个椭圆方程,令式中的y等于0,得椭圆在x轴上的截距a: 从而得计算式: 从图1-4可见,两个交流电压的相位差,可以由它们形成的李萨如图形在x轴方向上的截距和最大位移之比求出。 图1-4 同频率的两个交流电在荧光屏上的图形,由两电压的相位差确定,如图1-5所示。 图1-5 如果两个交流电的最大值Ux和Uy相同,且示波器的放大器在水平与竖直方向的偏转灵敏度相同,根据振动的合成规律很容易知道,当两电压的相位差φ=0°或φ=180°时,图形是一条与x轴夹角为45°或135°的直线;当φ=90°或270°时,图形为一个圆。 (三)利用李萨如图形测量频率 设将未知频率fy的电压Uy和已知频率fx的电压Ux(均为正弦电压),分别送到示波器的Y轴和X轴,则由于两个电压的频率、振幅和相位的不同,在荧光屏上将显示各种不同波形,一般得不到稳定的图形,但当两电压的频率成简单整数比时,将出现稳定的封闭曲线,称为李萨如图形。根据这个图形可以确定两电压的频率比,从而确定待测频率的大小。 图1-6列出各种不同的频率比在不同相位差时的李萨如图形,不难得出: 所以未知频率为: 但应指出水平、垂直直线不应通过图形的交叉点。 四、实验内容及步骤 1、利用李萨如图形测量相位差 (1)将一台信号发生器的输出端接到Y轴输入端上,并调节信号发生器使其输出频率为50Hz的正弦波电压;把另一信号发生器输出端的有一定相位差的同频正弦波接到示波器X轴输入端。 (2)观察李萨如图形,微调fx使其图形稳定。找准椭圆的中心位置,从示波器上测出a和b的值,并将其记录在表格中。利用测相位差的公式求出此时的相位差,并记录到表格中。 分别把相位相差45°,90°和135°的同频正弦波接到示波器X轴输入端,重复以上步骤,测量结果,并和给定值比较。 测量值 a b 测得相位差 45° 90° 135° 2、利用李萨如图形测量频率 (1)将一台信号发生器的输出端接到示波器上,并调节信号发生器输出电压的频率为50Hz,作为待测信号频率。把另一信号发生器的输出端接到示波器上作为标准信号频率。(2)分别调节与相连的信号发生器输出正弦波的频率fx约为25Hz、50Hz、100Hz、150Hz、200Hz等。观察各种李萨如图形,微调fx使其图形稳定,记录fx的确切值,再分别读出水平线和垂直线与图形的交点数。由此求出各频率比及被测频率fy,记录于表中。 (3)观察时图形大小不适中,可调节信号发生器输出电压。 标准信号频率fx(Hz) 25 50 100 150 200 李萨如图形(稳定时

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