河工大测试技术实验指导

PAGE1PAGE10测试技术实验指导书王桂梅刘杰辉等编河北工程大学机电学院二００五年十月、实验一常用的信号显示与记录设备一、实验目的：了解常用的信号显示与记录设备。二、所需设备：X-Y记录仪、磁带记录机、数字示波器、电流计、数字波形记录仪、信号发生器三、实验步骤：（1）了解常用的信号显示与记录设备的工作原理与使用方法。（2）使用电流计检测电流电压信号，使用示波器观测典型信号。（3）使用X-Y记录仪、磁带记录机、数字波形记录仪记录典型信号。四、注意事项：仪器使用前一定要理解各类仪器的原理，注意其使用时的注意事项。实验二滤波器的特性一、实验目的1、

了解RC无源和有源滤波器的种类、基本结构及特性2、

分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性二、原理说明滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频带范围）的信号通过，而其它频率的信号受到衰减或抑制，这些网络可以由RLC元件或RC元件构成的无源滤波器，也可以由RC元件和有源器件构成的有源滤波器，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BEF）四种1、

低通滤波器低通滤波器是指低频信号能通过而高频信号不能通过的滤波器，图1（a）、（b）即为典型的二阶无源和有源滤波器原理图图1（a）无源低通滤波器(b)有源低通滤波器2、

高通滤波器只要将低通滤波器滤波网络中的电阻、电容互换即可变成高通滤波器，如图2（a）、（b）所示,高通滤波器的性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜像”关系。

图2(a)无源高通滤波器

(b)有源高通滤波器3、

带阻滤波器带阻滤波器是在一定的频率范围内信号不能通过（或受到很大的衰减），而在其它范围内信号都能顺利通过。常用在抗干扰设备中。典型原理图为3（a）、(b)所示图3（a）无源带阻滤波器

(b)有源带阻滤波器4、

带通滤波器这种滤波电路的作用是只允许在一定通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低或比上限频率高的信号都被阻断。典型电路的原理图如4(a)、(b)所示图4(a)无源带通滤波器

(b)有源带通滤波器三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1函数信号发生器1RTXH-2扫频电源或自备2双踪示波器1自备3滤波器电路1RTXH-1或RTXH-2面包箱或RTXH01四、实验内容及步骤（1）二阶低通滤波器①无源低通滤波器首先计算其中心频率。实验电路如图1(a)所示，函数信号发生器输出端接二阶低通滤波器的输入端，调节信号发生器，令其输出为U1=1V的正弦波，改变频率，使其在中心频率左侧和右侧变化,并维持U1=1V不变，测量输出电压U2,记入表1-1(a)中。表1-1（a）f(Hz)U2(V)②、有源低通滤波器实验电路如图1(b)所示重复上面的实验步骤，记入表1-1(b)中表1-1（b）f(Hz)U2(V)（2）二阶高通滤波器实验电路如图2（a）、（b）,重复上面二阶低通滤波器的操作，并记录实验数据，数据表格自拟。（3）二阶带阻滤波器实验电路如图3（a）、（b）,重复上面二阶低通滤波器的操作，并记录实验数据，数据表格自拟。（4）二阶带通滤波器实验电路如图4（a）、（b）,重复上面二阶低通滤波器的操作，并记录实验数据，数据表格自拟。五、预习要求1、为使实验能顺利进行，做到心中有数，课前对教材的相关内容和实验原理、目的与要求、步骤和方法要作充分的预习。2、推导各类无源和有源滤波器的频率特性，并据此分别画出滤波器的幅频特性曲线。3、预期在方波激励下，各类滤波器的响应情况。六、实验报告1、整理实验数据，画出各电路实测的幅频特性。2、根据实验曲线，计算截止频率、中心频率、带宽。3、总结有源滤波电路的特性。4、写出本实验的心得体会及意见。七、思考题1、试比较有源滤波器和无源滤波器各自的优缺点。2、各类滤波器参数的改变，对滤波器特性有何影响。八、注意事项1、在实验过程当中，必须始终保持正弦信号源的输出（即滤波器的输入）电压幅值U1不变，且输入信号幅度不宜过大。2、在进行有源实验时，输出端不可短路，以免损坏运算放大器。实验三调制与解调一、实验目的：1、了解幅度调制解调的原理与方法。2、掌握用集成模拟乘法器构成调幅的方法。3、掌握用开关式原理实现相敏检波的方法。4、了解开关式原理实现相敏检波的主要指标、检波效率及波形失真。二、所需设备：1、RTCLK02测控电路实验箱。2、信号发生器。3、直流电压表。4、双踪示波器。三、实验步骤：在实验箱上找到本次实验的单元电路，对照“幅度调制与解调实验原理图”，熟悉元件位置和实际电路布局—-实验线路上部为乘法器MC1496构成的调幅器，下部为开关式全波相敏检波电路。接通＋12V、-12V电源，以及函数信号发生器单元＋12V、-12V电源。对应发光二极管点亮。1、平衡调幅实验（1）当Uc、Ux=0时，测试mc1496各管脚电压，看是否与“附录一”原理部分讲的相符。（2）产生抑制载波振幅调制在Uc端（TP101处）fo=32kHz的载波（由函数信号发生及波形转换单元提供，参考实验一：函数信号发生及波形转换电路实验），Ucp-p=1.2V；Ux端（TP102处）输入fo=1KHz信号，使UΩp-p为零，调节可调电阻RP（逆时针调节），使TP103处测试的信号uo=0（此时U4=U1）。逐渐增大UΩp-p（最大峰值为2V，太大会失真），直至出现抑制载波的调幅信号出现（用示波器在TP103处测试）。由平衡调幅部分产生的调幅波（Ux=0.3Vp-p，Uc=0.8Vp-p，Uo≈2Vp-p）作为实验相敏检波部分的调幅波输入信号。（3）产生有载波振幅调制信号在步骤（2）的基础上调节RP（顺时针调节），使输出信号中有载波存在，(如波形失真，可适当减小调制信号幅度)，则输出有载波的振幅调制信号。2、开关式全波相敏检波实验――观测解调输出（1）、由平衡调幅部分产生的抑制载波的调幅波（uo）接至相敏检波部分调幅波输入端（us）；将来自“函数信号发生及波形转换”单元的（调节移相电路RW使与调幅波us中的载波成分同相）接至相敏检波部分的载波输入端。（2）、用示波器观测解调器的输出TP107，含有大量的高频成分，接入低通滤波电路C6、C7、R18，观测输出波形，记录其频率和幅度。3、精密整流型相敏检波步骤同2。四、预习思考题1、如果平衡调幅波出现下图所示的波形，是何缘故？实验报告1、根据观察结果绘制相应的波形图，并作详细分析。2、回答预习思考题3、其它体会和意见。实验四电阻式传感器试验一、实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。二、所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。三、旋钮初始位置：直流稳压电源打倒±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。四、实验步骤：(1)了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。（2）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与F／V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F／V表显示为零，关闭主、副电源。（3）根据图4接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F／V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F／V表显示为零，然后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。图4（4）将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F／V表显示最小，再旋动测微头，使F／V表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。（5）往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F／V表显示的值。建议每旋动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入下表：位移（mm）电压（mv）（6）据所得结果计算灵敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX为梁的自由端位移变化，ΔV为相应F／V表显示的电压相应变化）。（7）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。五、注意事项：(1)电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。(2)为确保实验过程中输出指示不溢出，可先将砝码加至最大重量，如指示溢出，适当减小差动放大增益，此时差动放大器不必重调零。(3)做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。(4)电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA。六、问题：1、本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？实验五差动变压器（电感式传感器）一、实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。二、所需单元及部件：音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。三、有关旋钮初始位置：音频振荡器４ＫＨＺ－８ＫＨＺ之间，双线示波器第一通道灵敏度500mv/div,第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。四、实验步骤：（1）根据图5接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，观察差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。图5（2）转动测微头使测微头与振动平台吸合。再向上转动测微头５mm（3）往下旋动测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ为电压变化，ΔＸ为相应振动平台的位移变化），作出Ｖ－Ｘ关系曲线。Ｘ（mm）5mm4.8mm4.6mm…0.2mm0mm-0.2mm…-4.8mm-5mmVo(p-p)五、思考：1、根据实验结果，指出线性范围。2、当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？3、用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？实验六电容式传感器实验目的：了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。所需单元及部件：电容传感器、电压放大器、低通滤波器、Ｆ／V表、激振器、示波器有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，Ｆ／V表置于Ｖ表２Ｖ档，实验步骤：（1）按图6接线。图6（2）F／V表打到20V，调节测微头，使输出为零。（3）转动测微头,每次0.1mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片复盖面积最大为止。X(mm)V(mv)退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下X(mm)及V(mv)值。（4）计算系统灵敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ为电压变化，ΔＸ为相应的梁端位移变化），并作出Ｖ－Ｘ关系曲线。X(mm)V(mv)（5）卸下测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。实验七振动信号检测一、实验目的：振动信号的检测方法二、所需设备：低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽线、压电传感器、双线示波器、激振线圈、磁电传感器、Ｆ／Ｖ表、主、副电源、振动平台。三、实验步骤：(1)低频振荡器的幅度旋钮置于最小，F／V表置Ｆ表２ＫＨＺ档。