大学物理实验报告--连续信号与瞬态信号的测量

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1、实验报告连续信号与瞬态信号的测量【实验目的】1、学习数字存贮示波器的基本使用方法；2、利用数字存贮示波器观察和测量连续周期电信号；3、利用数字存贮示波器观察和测量闪光灯瞬态信号；【实验原理】1．观察和测量连续信号的参数测量信号发生器输出的交流波形，波形有：正弦波、方波，脉冲波和TTL电平的波形．分别用示波器的交直流输入档测量．粗略描绘波形，记录其峰-峰值、周期或频率．2．相位差的测量按图1连接RC移相电路，利用示波器的光标（CURSOR）旋钮测出输入信号电压和电容两端电压之间的相位差图2所示，寻找3个频率，

2、分别使得相位差接近0度、等于45度和接近90度．画出矢量图（图3所示的任意相位差的矢量图）．   （1） 图1RC移相电路 6 图3Uc、UR矢量图3．瞬态信号的测量   参见图4，闪光灯属气体放电灯，内充有高压氙气，在两端加有高压的情况下，气体迅速电离，形成电弧，此时电阻急剧下降，在灯管中流过很大的电流，储能电容用来维持放电状态初始的电离，由外加的一个高压脉冲引起．由于在放电过程中，储能电容的能量迅速下降，电容两端的电压也迅速下降，当放电过程不能维持时，闪光就终止了．如果储能电容的容量较小时，这个过程非常

3、短，在微秒量级，要观察其放电过程，较好的方法是用存储示波器．对于极短的闪光过程，要选用合适的光电传感器，响应时间要短．这里我们给出了两种光电传感器，一种是较小面积的PIN型硅光电二极管，这种二极管在PN结中间夹了一层本征材料层，在反向偏置使用时有更小的电容更快的响应和更好的线性．它的有光照变化下的伏-安特性曲线见图５．同时我们给出另一种CdS光敏电阻．CdS光敏电阻的响应时间比较长，不适应作快速测量，在这里我们给出是为了作一个比较，在快速测量中取样电阻也要小，以减少高频损失。6   图４中R1为储能电容，C

4、e为放电时的电流取样电阻，R2为光电传感器D的光电流取样电阻，Ce与闪光灯并联用这个电路，我们可以同时测量出闪光信号和储能电容Ce的放电电流如果Ce两端的电压在放电前后分别为V充、V放，那么Ce输出的总能量为  （2）           （3）    以信号峰值的10%　~　90%变化量作为基准，可计算出电流的上升速率di/dt．按图４在插件板上连线，检查无误后接通电源，当闪光发生器上的指示灯亮后，按下触发按钮，此时应有闪光发出．然后调整示波器的触发模式，使其处于单次触发状态，适当调节触发电平和通道灵敏度

5、，就能在荧屏上看到两个取样波形，如图6所示；更换光电传感器，比较两者的差别；用两个储能电容，以串联、单个和并联的方式改变Ce的容量，测量它们的波形，并计算Ec，PR1和di/dt；为了能正确测量Ce放电的剩余电压，在按触发按钮前，应把电源开关K断开．在更换储能电容时不要碰电容的电极，要确保电容已经放电．图6两个取样电阻上信号波形为了保证硅光电二极管D始终保持反向偏置，要适当调整D与闪光灯的位置，使D上的最低电压在3V左右。【实验数据记录、实验结果计算】1．相位差的测量方法一∆φ1=2π∆T×f方法二∆φ2=

6、cos-1(UC/U)方法一方法二频率∆T/μs∆φ1U/VUC/V∆φ2100.5Hz490.00.30913.213.60.30361.003kHz196.01.2411.03.761.2210.02kHz24.401.5411.40.4121.53根据理论∆φ=tan-1(2πfRC)得f=100.5Hz时，∆φ=0.271f=1.003kHz时，∆φ=1.22f=10.02kHz时，∆φ=1.531．瞬态信号的测量电容放电前电压放电后电压电阻R1电阻R2峰值电压数据2.2μF407.1V27.7V0

7、.10Ω50Ω13.4V放出的能量E=12CeU充2-U放2=0.18J峰值功率PR1=U峰2R1=1.8×103W90%左右的数据：电压12.0V时间0.5μs10%左右的数据：电压1.3V时间3.0μsdIdt=U90-U10R1(t90-t10)=4.2×107A/S【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】1.相位差的测量将方法一和方法二的值进行比较，并分别与理论值进行比较：100.5Hz时∆φ2=∆φ1（1-2%）∆φ1=∆φ1+12.3%∆φ2=∆φ1+11.8%1.003kHz时∆φ2=∆φ1

8、（1-1%）∆φ1=∆φ1-1%∆φ2=∆φ1+0%10.02kHz时∆φ2=∆φ1（1-0.6%）∆φ1=∆φ1-0.6%∆φ2=∆φ1+0%分析它们的相对误差可看出：1.100.5Hz时的测量值与理论值误差比较大，而频率越大，误差就越小，这可能是电容的特性使得在频率较高时与理论值很接近，在频率较低时和理论、值偏差较大。2.方法一和方法二相对误差很小，验证了这两种方法的等效性。61.瞬态信号的测量从放出的能量0