实验指导书-电子测量原理.doc

电 子 科 技 大 学实 验 指 导 书电子测量原理实验-数字存储示波器的使用和带宽测试一 实验目的1.熟悉数字示波器基本工作原理2.了解数字示波器的主要技术指标3.掌握数字示波器的使用方法和带宽测试二 实验内容1.相关测试仪器的熟练使用2.边沿、脉宽等触发类型的使用3.触发释抑功能的使用4.预触发与延迟触发功能的使用5.脉冲参数的测量6.获取模式（标准、峰值、平均、高分辨率）的使用7.触发方式（自动、正常、单次）的使用8.带宽的测量三 预备知识1.了解数字存储示波器原理2.熟悉掌握数字存储示波器使用和带宽的测试方法。四 实验设备与工具数字存储示波器、任意波形发生器、射频信号源五 实验原理与说明1.实验仪器简介函数发生器Agilent Technologies 33220A 是高性能的 20 MHz 任意波形发生器，其具有内置任意波形和脉冲功能。实物如图1。10 个标准波形内置的 14 位 50 MSa/s 任意波形功能具有可调边沿时间的精确脉冲波形功能LCD 显示器可提供数字和图形视图易用的旋钮和数字小键盘仪器状态存储器，用户可自定义名称带有防滑支脚的便携式耐用机箱灵活的系统特性四个可下载的 64K 点任意波形存储器GPIB (IEEE-488)、SB 和 LAN 远程接口为标准配置符合 LXI Class C 标准SCPI（可编程仪器的标准命令）兼容图1 Agilent 33220A 20 MHz 任意波形发生器数字存储示波器Agilent DSO5012AAgilent DSO5012A主要指标：采样率 2 GSa/sec 每通道垂直分辨率8 位模拟带宽：100MHz上升时间（= 0.35/ 带宽） ：3.5 nsec水平范围：5 nsec/div 至 50 sec/div触发系统模式：自动、正常（已触发）、单，释抑时间60 ns 至 10 秒触发类型：边沿、脉冲宽度、码型、TV、持续时间边沿：在任何源的上升沿、下降沿或交变沿触发脉冲宽度：当正向或负向脉冲小于、大于或在任意源通道的特定范围内时触发。最小脉冲宽度设置：5 ns 最大脉冲宽度设置：10 s通道触发：耦合AC (10 Hz)、DC、噪声抑制、高频抑制和低频抑制 (500 kHz)显示系统：分辨率768 垂直 x 1024 水平点（屏幕区）640 垂直 x 1000 水平点（波形区）释抑时间60 ns 至 10 秒网格 8 div x10 div图2 Agilent DSO5012A示波器1. 垂直位置控制使用此旋钮更改通道在显示屏上的垂直位置。每个通道对应一个垂直位置控制。请参见用户手册第 60 页上的“使用通道”。2. 通道打开/ 关闭键使用此键打开或关闭通道，或访问软键中的通道菜单。每个通道对应一个通道打开/ 关闭键。请参见用户手册第 60页上的“使用通道” 。3. 垂直灵敏度使用此旋钮更改通道的垂直灵敏度（增益）。请参见用户手册第 60 页上的“使用通道” 。4. Label 键按此键访问 Label 菜单，可以输入标签以识别示波器显示屏上的每个轨迹。请参见用户手册第 74 页。5. Utility 键按此键访问 Utility 菜单，可以配置示波器的 I/O 设置、打印机配置、文件资源管理器、服务菜单和其他选项。6. 触发控制装置这些控制装置确定示波器如何触发以捕获数据。请参见用户手册第 56 页上的“选择自动触发或正常触发模式” 和第 3章的“触发示波器”（从第 89 页开始）。7. 水平扫描速度控制装置转动此旋钮调节扫描速度。这将更改显示屏上每个水平格的时间。如果在已采集波形和且示波器停止后调节，则将产生水平拉伸或挤压波形的效果。请参见用户手册第 65 页上的“设置水平时基” 。8. Measure 键按 Cursors 键打开可以用于进行测量的游标。按Quick Meas 键访问一组预定义测量。请参见用户手册第 4 章的“进行测量”（从第 125 页开始）。9. 显示屏显示屏对每个通道使用不同的颜色来显示捕获的波形。有关显示模式的详细信息，请参见用户手册第 5 章的“显示数据”（从第 175 页开始）。使用 256 级亮度显示信号细节。有关查看信号细节的详细信息，请参见用户手册第 182 页上的“改变亮度以查看信号细节” 。10. Entry 旋钮Entry 旋钮用于从菜单选择项或更改值。其功能根据所显示的菜单而异。请注意，只要 Entry 旋钮可用于选择值，旋钮上方的弯曲箭头符号 就会点亮。使用 Entry 旋钮在软键上显示的选项中进行选择。11. AutoScale 键按 AutoScale 键时，示波器将快速确定哪个通道有活动，并将打开这些通道且对其进行定标以显示输入信号。请参见用户手册第 195 页上的“自动定标如何工作”12.软键这些键的功能根据显示屏上键正上方显示的菜单而异。图3 解释显示屏射频信号源Agilent N5181A信号发生器功能：N5181A, 模拟型号: 250 kHz 3 GHz电子衰减器步进和列表扫描频率, 功率或频率和功率矢量型号可以包括列表扫描用户平坦度校正自动置平控制 (ALC); 功率校准10 MHz 参考频率振荡器，带有外部输出灵活的参考输入, 1 - 50 MHz (选件1ER)GPIB, SB 2.0 和100Base-T LAN 接口模拟调制: AM, FM 和M (选件UNT)外部AM, FM 和M输入 (选件UNT)脉冲调制 (选件UNU)SCPI 和IVI-COM 驱程兼容8648/ESG 代码满足LXI Class C 标准外部模拟I/Q 输入 (矢量型号)模拟差分I/Q 输出 (矢量型号, 选件1EL)任意I/Q 波形播放，速率高达125 MSa/s (矢量型号, 选件654)通过Signal Studio软件，矢量型号可以生成802.11 WLAN, W-CDMA, cdma2000, 1xEV-DO, GSM, EDGE等信号图4 Agilent N5151A频率和幅度软功能键图5 整个实验平台2.边沿、脉宽等触发类型ü 边沿触发 edge trigger按照边沿控制所定义的上升沿或下降沿触发。边沿（Edge）和触发电平（Level）用于定义边沿触发。边沿确定示波器是在波形的上升沿和/或下降沿查找触发点；触发电平确定波形上发生触发的电压值。ü 脉冲宽度触发 pulse width trigger基于指定脉冲宽度的相关条件来产生触发事件，如大于、小于、等于、不等于等条件。3.触发释抑ü 触发释抑 trigger holdoff在一个预置时间间隔（或事件数）内，抑制触发事件。触发释抑，波形稳定显示,分别表示不同的触发点。 ,分别对应,不同触发点所采集的波形。释抑时间图6 触发释抑4.预触发与延迟触发功能ü 预触发/延迟触发 pre-trigger/delay-trigger指能够以触发点为参考，灵活移动波形存储和显示窗口的一种能力。通常，预触发指能够观测触发点前的波形；延迟触发指能够观测触发点出现后延迟给定条件的（如采样点数、时间、事件）的波形。5.脉冲参数图7 电压类参数图8 时间类参数6.获取模式（普通、峰值、平均）的使用ü 获取模式 acquisition mode示波器对信号进行采样、存储和处理的不同方式。ü 峰值检测模式 peak detection mode在两个相邻水平显示像素所代表的时间间隔内，获取并显示信号的最大值和最小值的一种获取模式。ü 平均模式 average mode采集多幅波形，对其所有相对触发点为同一时刻的采样点计算并显示平均值的一种获取模式。7.触发方式（自动、正常、单次）的使用ü 正常触发 normal trigger当触发事件产生时，示波器进行一次采集、处理与显示，然后等待下一次触发。ü 自动触发 auto trigger在一个预置时间间隔内，如果没有出现触发事件，将自动产生一个触发事件。ü 单次触发 single trigger当触发事件产生时，示波器进行一次采集、处理与显示，然后停止。8.带宽ü 带宽 bandwidth示波器输入不同频率的等幅正弦信号时，显示屏上对应基准频率的显示幅度随频率变化而下降3dB时，其下限到上限频率的范围。六 实验步骤1. 熟悉相关测试仪器的使用数字存储示波器：Agilent DSO5012A任意波形发生器：Agilent 33220A射频信号源：Agilent N5181A2. 边沿、脉宽等触发类型的使用ü 边沿触发：（Agilent DSO5012A）连接Agilent 33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。设置示波器垂直灵敏度和时基于合适档级，按下Edge菜单设置边沿触发，Mode_Coupling按键下设置触发耦合置于交流耦合，旋纽Level旋纽调整触发电平置于零电平；设置任意波形发生器输出频率为1kHz正弦波，输出电压占示波器波形显示区46div。在Edge菜单设置上升沿或下降沿，被测波形应随极性变化而相应变化。设置示波器触发电平，可观察到被测如何波形随触发电平上下移动而变化？表1触发类型实验内容边沿上升沿触发下降沿触发触发电平上移触发电平下移触发电平上移触发电平下移左移右移右移左移ü 脉宽触发：（Agilent DSO5012A）连接Agilent 33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。设置示波器垂直灵敏度和时基于合适档级，在PulseWidth菜单下设置触发类型为正脉宽触发，Mode_Coupling按键下设置触发耦合置于交流耦合，旋纽Level旋纽触发电平置于零电平。设置Agilent 33220A任意波形发生器输出周期为T，占空比为60%的方波信号，输出电压占示波器波形显示区6div。输入200s，占空比为60%的方波信号。设定示波器的触发条件为大于，调节脉宽比较值Tp为多少时，被测波形能稳定触发？先后改变触发条件为小于、不等于，分别观察波形触发的状态。设置触发类型为负脉宽触发，重复上述测试步骤。将实验结果填入下表：表2触发类型实验内容脉宽（正脉宽）输入信号周期TTp的设置值触发条件为大于触发条件为小于触发条件为不等于200vs>120vs<121vs120vs<t<121vs脉宽（负脉宽）输入信号周期TTp的设置值触发条件为大于触发条件为小于触发条件为不等于200vs>79.8vs<79.9vs79.8vs< t <79.9vs3. 触发释抑功能的使用（Agilent 33220A）连接Agilent 33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。设置Agilent 33220A任意波形发生器输出为如图所示的调幅信号，载波信号为10kHz，1.5Vpp，调制信号为正弦，频率400Hz，调制深度60%。图9 调幅波形的设置设置示波器垂直灵敏度置500mV档级，时基置于500s档级，通道1按键下设置输入耦合方式为“AC”，Edge菜单设置触发方式为“上升沿触发”，调节触发电平并置于合适位置。在Mode_Coupling菜单下调节示波器触发释抑时间t变化，使波形能够稳定显示，并记录满足条件的释抑时间。稳定触发时，所设置的释抑时间t为： 500vs 500mv 4. 预触发与延迟触发功能的使用（Agilent DSO5012A）连接Agilent 33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。设置Agilent 33220A任意波形发生器输出频率为1kHz方波，输出电压占示波器波形显示区6div。调节触发电平，使波形稳定显示。调节水平移位旋钮，使波形在屏幕中左右移动。当触发水平光标在屏幕中时，示波器工作在 预触发 模式（预触发 or 延迟触发）；当触发水平光标在屏幕以外时，示波器工作在 延迟触发 模式（预触发 or 延迟触发）。输入信号保持不变，设置时基档位为10s/div，此时若固定触发类型为边沿，极性为上升沿时，如何在屏幕中观察到该信号的下降沿，请操作并记录下操作步骤及最终的设置结果：调节水平移位旋钮，当触发水平光标延时为-500/+500vs, 在屏幕中间观察到该信号的下降沿。5. 脉冲参数的测量（Agilent DSO5012A）使用示波器的Quick_Meas菜单下参数测量功能，记录下输入信号的时间和电压参数值，填入下表：注意：信号源的输出阻抗要和示波器的输入阻抗匹配！表3参数类型及测试项目输入20kHz、120mVpp方波信号输入100Hz、3Vpp正弦信号电压类参数峰峰值127mv3.05v平均值-4.75mv-18.5mv幅度120mv2.97v顶值55mv1.47v底值-65mv-1.50v有效值60.0mv1.056v过冲2.6%1.05%时间类参数周期50.0vs10.0ms频率20.0kHz100.0Hz上升时间8ns2.8ms正脉宽25.1vs5.0ms占空比50.2%50.0%6. 获取模式（标准、峰值、平均、高分辨率）的使用（Agilent DSO5012A）连接Agilent 33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。设置任意波形发生器输出脉冲波形，脉冲波形的频率100Hz，占空比0.0005%，3Vpp，设置示波器时基50ms/div，在Acquire菜单下分别设置标准、峰值、平均和高分辨率获取模式观察该波形，记录下观察到的结果，并分析哪种获取模式适合该类波形的捕获。 峰值 。设置任意波形发生器输出频率为100Hz正弦波，幅度不限，并在此基础上调制一个噪声信号，设置示波器的时基和垂直灵敏度到合适档位，分别用平均和高分辨率模式观察该信号，观察到的现象分别是：（1）平均模式： 平滑度 高 。（2）高分辨率模式： 平滑度低 。分析这两种获取模式的区别是： 。7. 触发方式（自动、标准、单次）的使用（Agilent DSO5012A）连接Agilent 33220A任意波形发生器的输出到示波器的输入通道。设置示波器垂直灵敏度和时基于合适档级，在Mode_Coupling菜单设置触发耦合为交流耦合，旋纽Level触发电平置于零电平。设置任意波形发生器输出频率为1kHz正弦波，输出电压占示波器波形显示区6div。关闭任意波形发生器输出开关，在Mode_Coupling菜单下设置示波器触发方式为“自动”，屏幕中波形显示情况为 一条直线、 ；打开任意波形发生器输出开关，屏幕中显示情况为 正弦波 。关闭任意波形发生器输出开关，在Mode_Coupling菜单下设置示波器触发方式为“标准”，屏幕中显示情况为 一条直线、 ；打开任意波形发生器输出开关，屏幕中显示情况为 正弦波 。关闭任意波形发生器输出开关，按Single键设置示波器触发方式为“单次”，屏幕中显示情况为 没有显示 ；打开任意波形发生器输出开关，屏幕中显示情况为 左半边直线、右半边正弦波 。8. 带宽的测量（Agilent DSO5012A）连接Agilent N5181A射频信号发生器输出到被测的示波器输入通道。设置被测示波器输入阻抗为50；在Acquire菜单设置示波器工作于“实时”采样模式（平均模式时示波器无此项操作），在Mode_Coupling菜单设置触发方式工作于“自动”，垂直灵敏度置于100mV/div档位，然后调节信号源的输出频率为500kHz，再调节信号源的输出幅度为显示有效区域的6div，并保持信号源输出电压值不变，逐渐增大输出信号的频率，直到波形显示幅度等于输出信号幅度的0.707倍时，此时对应的信号源输出频率即为该示波器的实时带宽。测得被测示波器的模拟带宽为 145MHz ，在带宽范围内至少记录10组有代表性的扫频点，填入下表，并绘制出该示波器的幅频曲线图（图10）。表4序号12345频率500kHz2MHz10MHz50MHz70MHz幅度600mv597mv575mv525mv553mv序号678910频率100MHz130MHz140MHz145MHz150MHz幅度463mv447mv434mv422mv390mvV 0 f 图10：示波器的幅频曲线七. 实验要求与实验报告ü 实验34人一组，每人都提交实验报告，实验报告统一模板ü 实验报告提交截止日期：2014年7月10日八. 思考题1用数字示波器进行波形参数测量的误差来源主要有哪些？2如果被测示波器的输入阻抗只有高阻输入，现要用Agilent N5181A射频信号发生器来测试该示波器的带宽，应该如何测试？电子测量原理实验报告书实验名称 班级 学号 姓名 实验时间： 年 月 日 得分： 一、 实验目的二、 实验内容三、 实验步骤四、 实验结果记录与分析五、 实验思考题14