图3－2 用李沙育图形测相位差
实验内容：从DG1022函数信号发生器的CH1输出一个频率为1kHz，幅值为1Vpp的正弦波，分别加至图（1）和图（2）的Vi端，利用李沙育图形法重新测量图（1）和图（2）的相位差。要求画出李沙育图形，并在李沙育图形上标出测量结果。要求分别用模拟示波器和数字示波器进行测量，比较两种示波器在相位测量上的特点，分析产生误差的因素。
说明：对于模拟示波器，直接按下X－Y按钮就可以获得李沙育图形。对于数字示波器，先按下DISPLAY按钮，显示屏幕右边会出现一行菜单，把“格式”项设置成“XY”。 3．将步骤1和2的测量结果分别与理论计算值进行比较，你认为哪一种测量方法更为准确？
模拟示波器和数字示波器的测量结果哪一种更准确？分析其原因。 对于图（1），其输入与输出关系为：V0?1Vi 则??tg?1?RC
1?j?RC 对于图（2），其输入与输出关系为：V0?11?1j?RCVi 则??tg?11 ?RC
（二）、用双踪示波器观察不同频率比的李沙育图形
实验原理：把示波器设置为X－Y图示仪状态，当两个频率成整数比，而存在一定相位差的正弦信号加到图示仪的X和Y通道时，屏幕会显示一个呈现某一形状的李沙育图形，如图3－3所示。如果这两个正弦信号有相同的主振来源，则能保证信号的频率是真正的整数倍，那么它们之间的相位差就能够保持不变，呈现出来的李沙育图形形状也能保持固定；假如两个正弦信号来源于不同的信号源，则两信号之间存在着必然的频率偏差，极难达到
20
真正的整数倍，频差的存在使到两信号之间的相位差不固定，而是从0??360?循环变化，那么呈现出来的李沙育图形也是不停的循环变化。
图3－3 李沙育图形的观测
实验内容：首先把模拟双踪示波器设置为X-Y图示仪功能状态，接着从AS1033低频信号发生器输出一个频率为1kHz，电压显示为1.00V的正弦波，接到图示仪的X通道；再从DG1022函数信号发生器的CH1输出一个频率为1kHz，幅值为1Vpp的正弦波接到图示仪的Y通道，此时图示仪将显示1:1的李沙育图形。
1．观察屏幕所显示的李沙育图形，如果李沙育图形的变化太快，说明两信号频率之比偏离1:1较大，通过微调两信号发生器的频率输出，尽量使李沙育图形转得最慢，以获得较好的观察效果，从而也使两信号的频率之比接近真正的1:1。（此步骤仅观察不用记录。） 2．改变两个信号源的输出频率，使到X通道和Y通道输入的信号频率之比分别为1:2，1:3，2:3，仔细调节信号发生器的频率调节旋纽，使获得的李沙育图形移动最慢并观察这三种不同频率比的图形。（此步骤仅观察不用记录。） 3．使用DG1022函数信号发生器的双通道输出功能来观察不同频率比、不同相位差的李沙育图形。由于此时信号源的两个通道有相同的主振来源，则能保证两个信号的频率是真正的整数倍，而它们之间的相位差可以由我们来设置，这样呈现出来的李沙育图形形状就能保持固定。
从DG1022函数信号发生器的CH1输出一个频率为1kHz，幅值为1Vpp的正弦波接到图示仪的X通道，再从信号发生器的CH2输出一个频率为1kHz，幅值为1Vpp的正弦波（CH2默认波形是三角波）接到图示仪的Y通道，先按一下“同相位”键，接着设置CH2输出信号的相位差分别为0°、45°、90°、135°和180°，同时观察并记录不同相位差时所得到的不同李沙育图形。
4．改变信号发生器两通道的输出频率比分别为1:2，1:3和2:3，对于每一种频率比同样设置CH2输出信号的相位差分别为0°、45°、90°、135°和180°，同样观察并记录不同相位差时所得到的不同李沙育图形。
注意：改变频率比之后要先按“同相位”键，同步两通道信号的初相位，接着再设置
相位差。
（三）频率计的学习
1．复习有关电子计数器的理论课程，明白电子计数器在时间和频率测量中所产生的测量误差对测量结果的影响；熟悉实验使用的GFC-8010H频率计面板上各个按钮的功能。 2．从DG1022函数信号发生器的CH1输出一个频率为50Hz，幅值为1Vpp的正弦波，接到GFC-8010H频率计的输入端（按下LPF按钮），将频率计的门控时间（闸门时间）分别置为0.1S，1S和10S，观察并记录频率计的测量结果（频率计读数取小的），说明不同门控时间下的频率测量特点。
21
3．DG1022函数信号发生器分别产生50Hz，5kHz和500kHz的正弦信号，用数字示波器直接读出各信号的频率（示波器屏幕右下角的频率显示，取小的），计算相对误差；再用频率计（门控时间置为1S）分别测量这三个信号频率（频率计读数取小的），计算相对误差；比较并分析评论测量结果。（注意：当用频率计测量50Hz信号时，需按下LPF按钮。）
4．熟悉DG1022函数信号发生器的频率计功能。按 Utility功能键 ??频率计 进入频率计测量工作模式（此时CH2成为频率计输入端）。从AS1033低频信号发生器输出一个频率为1kHz，电压显示为1.00V的矩形脉冲波，连接到频率计的输入端，按频率计的 “自动”键进入自动测量模式（该模式下，耦合方式采用AC耦合，并自动调整触发电平和灵敏度，直到读数显示稳定为止），然后按“频率”键读取输入信号的频率（等待5秒钟，读取最大值），按“周期”键读取输入信号的周期（等待5秒钟，读取最小值）。
然后调节矩形脉冲波输出的DUTY旋钮，当DUTY旋钮处于最左边时，读取信号的“占空比”和“正脉宽”、“负脉宽”；再把DUTY旋钮旋到最右边，同样读取信号的“占空比”和“正脉宽”、“负脉宽”。
五、思考题
1．查阅相关资料，回答用李沙育图形法测相位差时，对输入信号有没有特定要求？ 2．如果给定的两个同频信号中一个的信号频率为标准频率，而另一个为待测频率，利用这种李沙育图形法，能否求出待测频率跟标准频率之间的频率偏差是多少？若能，请说明应该如何求；若不能，请说明理由。
3．用频率计进行频率测量时会出现哪些测量误差？我们能否加以消除？
六、实验报告的要求
1．写明实验目的。 2．简单概括实验原理。 3．写明实验所用仪器设备。
4．整理实验数据和波形，回答实验内容中提出的有关问题，分析实验结果。 5．以表格形式列一个信号不同频率比与不同相位差的关系图。 6．完成思考题。
22
实验四 交流电压表的测量及分析
一、实验目的和要求
1． 了解交流电压测量的基本原理。
2． 熟悉实验所用模拟电压表和数字电压表的性能参数，掌握电压表的基本测量方法。 3． 分析几种典型电压波形对不同检波特性电压表的响应，以及它们之间的换算关系。
能对不同检波特性电压表的读数进行解释和修正，并对测量结果做误差分析。
4． 认真按实验内容的要求进行实验，记录有关的数据和波形，回答实验内容中提出的
有关问题，并按时提交实验报告。
二、预习要求
1．复习好教材《电子测量与仪器》第五章电压测量的理论知识，掌握电压测量的基本方法。
2．参照实验仪器使用说明书，预先了解实验仪器的性能指标及熟悉实验仪器各旋钮、开关的作用。
3．详细阅读实验指导书，作好测试记录和绘制波形的准备。
三、实验原理
?，平均值U，有效值U，以及波形因数K，波 一个交流电压的大小，可以用峰值UF
峰因数KP等表征，若被测电压的瞬时值为u(t)，则
全波平均值为
有效值为 波形因数为 波峰因数为
U?1TT?0u(t)dt
U?1T2u(t)dtT?0
KF?KP?UU ?UU
而用来测量电压的指针式电压表中的检波器有多种形式，一般来说，具有不同检波特性的电压表都是以正弦电压的有效值来定度的，但是，除有效值电压表外，电压表的示值本身并不直接代表任意波形被测电压的有效值。因此，如何利用不同检波特性的电压表的示值（即
?，有效值U，这便是一个十分值得注意的问题。读数）来正确求出被测电压的均值U，峰值U
根据理论分析，不同波形的电压加至不同检波特性的电压表时，要由电压表读数确定被?、U、U，一般可根据表4－1的关系计算。 测电压的U从表4－1可知，用具有有效值响应的电压表和平均值响应的电压表分别对各种波形的电?，很多情况下压测量时，就算读数相同，要正确求出被测电压的均值U、有效值U和峰值U还需进一步的换算。更详细的波形参数请参见教材160页表5.1。
23
表4－1 电压表 类型 波形 读数 正弦 A1 平均值检波 锯齿 A2 42有效值检波 方波 A4 22峰值检波 方波 A4 A4 A4 正弦 A1 三角 A2 方波 A3 三角 A3 42正弦 A1 锯齿 A2 三角 A3 ?U 2A1 A1 ?42A2 ?42A3 ?22A4 A4 2A1 A1 3A2 A2 3A3 A3 2A1 A1 2A2 2 A2 32A3 U U ?3A2 ?3A3 ?2A3 2222222222?A1 ?A2 ?A3 ?A4 ?A1 32A2 32A3 A4 22?A1 2A 222A3 四、实验仪器设备
1．数字双踪示波器 TDS－1002B 一台 2．DDS函数信号发生器 DG1022 一台 3．交流模拟毫伏表（平均值检波） WY2174A 一台 4．交流数字毫伏表（有效值检波） TD1914C 一台 5．超高频毫伏表（峰值检波） WY2282 一台 6．数字万用表 VC88E 一台
五、实验步骤
注意：1、由于毫伏表都有量程选择，并且当量程超载时很容易损坏仪器，所以必须确认
量程的选择正确，当你无法确定被测信号电压的大小时，毫伏表应选择相对较大的量程。另外，毫伏表一般要先预热15～30分钟才能获得比较稳定的输出，当你来到实验室之后，先把实验用到的三种毫伏表先通电预热。
2、测量时各种仪器分开单独与信号源连接读数，不要把各种仪器都接在一起之后
再分别读数。
3、为了使到数字示波器的读数比较稳定，把示波器的采样模式设置成16次的平均
采样。 1. 将WY2174A交流毫伏表置于1V档位，并将输入线短接，然后接通电源，让仪器预热，
让指针稳定。
2．从DG1022函数信号发生器的CH1输出一个频率为100kHz，幅值为2Vpp的正弦波信号，
接到WY2174A交流毫伏表的输入端。
3．调节函数信号发生器的幅值输出，使WY2174A交流毫伏表的指针指示到0.7V。
4．用数字示波器读出正弦波信号的峰值（最大值）和有效值（均方根值），填入表4－2。 5．将函数信号发生器的输出分别改为方波和三角波（锯齿波的对称性为50.0％时就是三角波），并调节其幅值使交流毫伏表指示均为0.7V，然后由数字示波器读出方波和三角波信号的峰值（最大值）和有效值（均方根值），填入表4－2。
6．将WY2174A交流毫伏表（平均值检波）换为TD1914C交流数字毫伏表（有效值检波），选择1V档位，并将其输入线短接，然后接通电源，让仪器预热和自动调零。
7．从DG1022函数信号发生器的CH1输出一个频率为100kHz，幅值为2Vpp的正弦波信号，
24