实验五 典型信号的观察与测量
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做
一、 实验目的：
1．加深理解周期性信号的有效值和平均值的概念，学会计算方法；
2．了解几种周期性信号（正弦波、矩形波、三角波）的有效值、平均值和
幅值的关系；
3．掌握信号源和示波器的使用方法。
二、基本原理：
1. 正弦交流信号和方波脉冲信号是常用的电激励信号，可分别由低频信号发生器和脉冲信号发生器提供。正弦信号的波形参数是幅值Um、周期T（或频率f）和初相；脉冲信号的波形参数是幅值Um、周期T及脉宽tk。本实验装置能提供频率范围为20Hz～50KHz的正弦波及方波，并有6位LED数码管显示信号的频率。正弦波的幅度值在0～5V之间连续可调，方波的幅度为1～3.8V可调。 2. 电子示波器是一种信号图形观测仪器， 可测出电信号的波形参数。从荧光屏的Y轴刻度尺并结合其量程分档选择开关（Y轴输入电压灵敏度V/div分档选择开关）读得电信号的幅值；从荧光屏的X 轴刻度尺并结合其量程分档（时间扫描速度t /div分档）选择开关，读得电信号的周期、脉宽、相位差等参数。为了完成对各种不同波形、不同要求的观察和测量，它还有一些其它的调节和控制旋钮，希望在实验中加以摸索和掌握。
一台双踪示波器可以同时观察和测量两个信号的波形和参数。 三、需用器件与单元：
1. 双踪示波器 2. 低频、脉冲信号发生器 3. 交流毫伏表 4.电阻
四、实验步骤：
1. 双踪示波器的自检
将示波器面板部分的“标准信号”插口，通过示波器专用同轴电缆接至双踪示波器的Y轴输入插口YA或YB端，然后开启示波器电源，指示灯亮。稍后，协调地调节示波器面板上的“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”、“X轴位移”、“Y轴位移”等旋钮，使在荧光屏的中心部分显示出线条细而清晰、亮度适中的方波波形；通过选择幅度和扫描速度，并将它们的微调旋钮旋至“校准”位置，从荧光屏上读出该“标准信号”的幅值与频率，并与标称值（1V，1KHz）作比较，如相差较大， 请指导老师给予校准。
2. 正弦波信号的观测
(1) 将示波器的幅度和扫描速度微调旋钮旋至“校准”位置。
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(2) 通过电缆线，将信号发生器的正弦波输出口与示波器的YA插座相连。 (3) 接通信号发生器的电源，选择正弦波输出。通过相应调节，使输出频率分别为50Hz，1.5KHz和20KHz（由频率计读出）；再使输出幅值分别为有效值0.1V，1V， 3V（由交流毫伏表读得）。调节示波器Y轴和X轴的偏转灵敏度至合适的位置，从荧光屏上读得幅值及周期，记入表中。 频率计读数 所测项目 示波器“t/div”旋钮位置 一个周期占有的格数 信号周期（s） 计算所得频率（HZ） 交流毫伏表读数 所测项目 示波器“V/div”位置 峰—峰值波形格数 峰—峰值 计算所得有效值 0.1V 正弦波信号幅值的测定 1V 3V 50HZ 正弦波信号频率的测定 1500HZ 20000HZ 3. 方波脉冲信号的观察和测定 (1) 将电缆插头换接在脉冲信号的输出插口上，选择方波信号输出。 (2) 调节方波的输出幅度为 3. 0VP－P（用示波器测定），分别观测100Hz，
3KHz和30KHz方波信号的波形参数。
(3) 使信号频率保持在3KHz，选择不同的幅度及脉宽，观测波形参数的变化。
五、实验注意事项
1. 示波器的辉度不要过亮。
2. 调节仪器旋钮时，动作不要过快、过猛。
3. 调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使显示的波形稳定。
4. 作定量测定时，“t/div” 和“V/div” 的微调旋钮应旋置“标准”位置。 5. 为防止外界干扰， 信号发生器的接地端与示波器的接地端要相连（称共地）。 6. 不同品牌的示波器,各旋钮、功能的标注不尽相同,实验前请详细阅读所用示波器的说明书。
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7.实验前应认真阅读信号发生器的使用说明书。 六、预习要求
1. 示波器面板上“t/div” 和“V/div”的含义是什么?
2. 观察本机“标准信号”时， 要在荧光屏上得到两个周期的稳定波形， 而幅度要求为五格， 试问Y轴电压灵敏度应置于哪一档位置？“t/div”又应置于哪一档位置？
3. 应用双踪示波器观察到如图5-1所示的两个波形，YA和YB 轴的“V/div”的指示均为0.5V，“t/div” 指示为20μS， 试写出这两个波形信号的波形参数。 七、实验报告
1. 整理实验中显示的各种波形， 绘制有代表性的波形。
2. 总结实验中所用仪器的使用 方法及观测电信号的方法。
3. 如用示波器观察正弦信号时， 荧光屏上出现图5-2所示的几种情 况时， 试说明测试系统中哪些旋钮 的位置不对？应如何调节？
4. 心得体会及其它。 图 5-1
图 5-2
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实验六 RC一阶电路响应的测试
实验学时数：2学时 实验类型：验证性 实验要求：必做
一、 实验目的：
1.测定RC一阶电路的零输入响应，零状态响应及全响应。 2.学习电路时间常数的测定方法。 3.掌握有关微分电路和积分电路的概念 4.进一步学会用示波器测绘图形。
二、 基本原理：
1、动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，对时间常数τ较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关参数，必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。
2、RC一阶电路的零输入响应，零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。 3、时间常数τ的测定
用示波器测得零输入响应的波形如图6-1（a）所示， 根据一阶微分方程的求解得知
tt?? uC?EeRC?Ee?
当t=τ时， u??0.386Ec此时所对应的时间就等于τ。
亦可用零状态响应波形增长到0.632E所对应的时间测得，如图6-1（c）所示。
图 6-1
5、微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。
一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足
T??RC?? 2时（T为方波脉冲的重复周期），且由R端作为响应输出，这就成了一个微分电路，因为此时的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。如图6-2（a）所
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示。
图6-2
若将图6-2（a）中的R和C位置调换一下，即由C端作为响应输出，且电路参数的选择满足 ? ? RC ?? T 条件时，如图6-2(b)所示称为积分电路，因为此时
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的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。
从输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程中仔细观察与记录。
三、 需用器件与单元：
1.信号发生器 2.示波器 3.电阻、电容 4.电阻箱 5.电容箱 四、 实验步骤：
1、实验电路
图6-3 一阶、二阶实验电路板 2、实验步骤
【1】 选择动态电路板上的R、C元件，令 ① R=10KΩ，C=3300Pf
组成如图6-1 （b）所示的充放电电路，E为函数信号发生器输出Um=3V，
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