1、SY-023 SY-024電子測量與儀器實 驗 指 導 書李艷蘋 編黑龍江工程學院電氣與信息工程學院2016年8月·哈爾濱7目 錄實驗一 李薩如圖形的應用1實驗二 虛擬電子計數器6實驗1 李薩如圖形的應用一、實驗目的1、了解示波器顯示波形的基本原理；2、學會應用李薩如圖形測量相位差及頻率；3、能夠熟練使用Multisim和LabVIEW軟件。二、實驗儀器1、雙蹤示波器 DS5022型 1臺2、信號發生器 SG1005型 2臺3、連接線 示波器專用 2根4、裝有Multisim、LabVIEW及數據采集卡的計算機三、實驗原理（一）示波器顯示波形的原理如果只在豎直偏轉板上加一交變的正弦電

2、壓，則電子束的亮點將隨電壓的變化在豎直方向來回運動，如果電壓頻率較高，則看到的是一條豎直亮線，如圖1-1所示。要能顯示波形，必須同時在水平偏轉板上加一掃描電壓，使電子束的亮點沿水平方向拉開。這種掃描電壓的特點是電壓隨時間成線性關系增加到最大值，最后突然回到最小，此后再重復地變化。這種掃描電壓即前面所說的“鋸齒波電壓”，如圖1-2所示。當只有鋸齒波電壓加在水平偏轉板上時，如果頻率足夠高，則熒光屏上只顯示一條水平亮線。0Uy圖 1-10tUx圖 1-2如果在豎直偏轉板上（簡稱Y軸）加正弦電壓，同時在水平偏轉板上（簡稱X軸）加鋸齒波電壓，電子受豎直、水平兩個方向的力的作用，電子的運動就是兩相互垂直的

3、運動的合成。當鋸齒波電壓比正弦電壓變化周期稍大時，在熒光屏上將能顯示出完整周期的所加正弦電壓的波形圖。如圖1-3所示。Uy123405678012345678tUx圖 1-3t876543210（二）利用李薩如圖形測相位差將一個正弦波電壓加到熒光屏垂直偏轉板，把另一個正弦波電壓加到水平偏轉板。這樣，在熒光屏上出現的圖形為一個橢圓，由它能很容易求出兩電壓之間的相位差。其原理如下：設加在垂直偏轉板上的電壓為，加在水平偏轉板上的電壓為，則兩正弦電壓間的相位差為。用偏轉靈敏度（cm/V）乘電壓等式，把其變成屏幕的距離等式。 從兩式中消去時間t，即可得屏幕顯示曲線的函數表達式：這是一個橢圓方程，令式中的

4、y等于0，得橢圓在x軸上的截距a：從而得計算式：從圖1-4可見，兩個交流電壓的相位差，可以由它們形成的李薩如圖形在x軸方向上的截距和最大位移之比求出。圖1-4同頻率的兩個交流電在熒光屏上的圖形，由兩電壓的相位差確定，如圖1-5所示。圖1-5如果兩個交流電的最大值Ux和Uy相同，且示波器的放大器在水平與豎直方向的偏轉靈敏度相同，根據振動的合成規律很容易知道，當兩電壓的相位差0°或180°時，圖形是一條與x軸夾角為45°或135°的直線；當90°或270°時，圖形為一個圓。（三）利用李薩如圖形測量頻率設將未知頻率fy的電壓Uy和已知頻率f

5、x的電壓Ux（均為正弦電壓），分別送到示波器的Y軸和X軸，則由于兩個電壓的頻率、振幅和相位的不同，在熒光屏上將顯示各種不同波形，一般得不到穩定的圖形，但當兩電壓的頻率成簡單整數比時，將出現穩定的封閉曲線，稱為李薩如圖形。根據這個圖形可以確定兩電壓的頻率比，從而確定待測頻率的大小。圖1-6列出各種不同的頻率比在不同相位差時的李薩如圖形，不難得出：所以未知頻率為：但應指出水平、垂直直線不應通過圖形的交叉點。相位差角111213230/4/23/4圖 1-6四、實驗內容及步驟1、利用李薩如圖形測量相位差（1）打開LabVIEW軟件，將一臺信號發生器的輸出端接到XY圖示儀的Y軸輸入端上，并調節信號發生

6、器使其輸出頻率為50Hz的正弦波電壓；把另一信號發生器輸出端的有一定相位差的同頻正弦波接到示波器X軸輸入端。（2）觀察李薩如圖形，微調fx使其圖形穩定。找準橢圓的中心位置，從示波器上測出a和b的值，并將其記錄在表格中。利用測相位差的公式求出此時的相位差，并記錄到表格中。分別把相位相差45°，90°和135°的同頻正弦波接到示波器X軸輸入端，重復以上步驟，將測量結果記錄到表一中，并和給定值比較。表一 給定相位測量值ab測得相位差45°90°135°2、利用李薩如圖形測量頻率（1）打開Multisim軟件，將一臺信號發生器的輸出端接到示波

7、器B通道上，并調節信號發生器輸出電壓的頻率為50Hz，作為待測信號頻率。把另一信號發生器的輸出端接到示波器A通道上作為標準信號頻率。（2）分別調節與A通道相連的信號發生器輸出正弦波的頻率fx約為25Hz、50Hz、100Hz、150Hz、200Hz等。觀察各種李薩如圖形，微調fx使其圖形穩定，記錄fx的確切值，再分別讀出水平線和垂直線與圖形的交點數。由此求出各頻率比及被測頻率fy，記錄于表二中。（3）觀察時圖形大小不適中，可調節信號發生器輸出電壓。表二 標準信號頻率fx（Hz）2550100150200李薩如圖形（穩定時）待測電壓頻率fy的平均值（Hz）五、思考題1） 示波器的主要組成部分是什

8、么？示波管的主要組成部分是什么？2） 示波器的主要用途有哪些？3） 若示波器一切正常，但開機后看不見光跡和光點，可能的原因有哪些？實驗2 虛擬電子計數器一、實驗目的1、掌握電子計數器的原理；2、能夠應用虛擬儀器設計電子計數器；3、使用所設計的電子計數器進行頻率、周期的測量。二、實驗儀器1、信號發生器 一臺2、裝有LabVIEW及數據采集卡的計算機三、實驗原理電子計數器測量頻率和周期的基本原理是如圖2-1所示的門控計數法，即在閘門開啟的時間內有多少個可計數脈沖流過。TTx與門ABTNC圖2-1門控計數法原理Tc放大、整形閘門門控電路計數顯示Afx分頻電路BCDN電子計數法測量頻率的原理框圖如圖2-2所示，其對應點的工作波形如圖2-3所示。圖2-2 電子計數法測量頻率的原理框圖TcTxABCD圖2-3 工作波形圖在閘門開啟時間內，被測信號通過閘門進入計數器計數并顯示。若閘門開啟時間為Tc，輸入信號頻率為fx，則計數值為:電子計數法測量周期的原理框圖如圖2-4所示。被測信號Tx從B輸入端輸入，經脈沖形成電路取出一個周期的方波信號，加到門控電路。若時標信號周期為T0，計數器讀數為N，被測周期的表達式應為： TxN T0 圖2-4 測周期的原理框圖需要注意的是：