实验一   电子测量数据的误差处理

   电子科学系  08电信1班 班  实验日期 20##   年       月       日

姓名　              学号                 指导老师       王定庚    

实验内容:  1对一组同阻值电阻分别用各种方法进行测量

           2 分析测量结果

           3 判断不同方法的测量效果

           4评估电阻的精确度

实验目的：1、学习、掌握伏安法测电阻的原理和方法

          2、学习分析系统误差及其修正方法

          3. 掌握平衡电桥的原理（零示法）

实验仪器：万用表，5个相同阻值的电阻，实验箱，导线若干

实验原理：一、内接法与外接法的选择

伏安法测电阻是电学的基础实验之一。它的原理是欧姆定律。根据欧姆定律的变形公式可知，要测某一电阻的阻值，只要用电压表测出两端的电压，用电流表测出通过的电流，代入公式即可计算出电阻的阻值。

但是，由于所用电压表和电流表都不是理想电表，即电压表的内阻并非趋近无穷大，电流表也在内阻，因此实验测量出的电阻值与真实值不同，存在误差。为了减少测量过程中的系统误差，通常伏安法测电阻的电路有两个基本连接方法：内接法和外接法（如图1所示）。

那么对于这两个基本电路该如何选择呢？下面从误差入手进行分析。

外接法：

在图2的外接法中，考虑电表内阻的存在，则电压表的测量值为两端的电压，电流表的测量值为干路电流，即流过待测电阻的电流与流过电压表的电流之和，此时测得的电阻为与的并联总电阻，即：

＜（电阻的真实值）

此时给测量带来的系统误差方根来源于的分流作用，系统的相对误差为：

　　（1）

内接法：

在图3内接法中，电流表的测量值为流过待测电阻和电流表的电流，电压表的测量值为待测电阻两端的电压与电流表两端的电压之和，即：

＞（电阻的真实值）

此时给测量带来的系统误差主要来源于的分压作用，其相对误差为：

　　（2）

综上所述，当采用电流表内接法时，测量值大于真实验值，即“内大”；当采用电流表外接法时，测量值小于真实值，即“外小”。从（1）式可知，只有当》时，才有0，进而有，否则电表接入误差就不可忽略。同样，从（2）式也可以得到，只有当《时，才有0，进而。

 二  惠斯通电桥

       如图所示，惠斯通电桥由四个电阻和检流计组成，R_N为精密电阻，R_x为待测电阻。接通电路后，调节R₁、R₂和R_N，使检流计中电流为零，电桥达到平衡。易推得电桥平衡条件：

Rx=R1/R2 *Rn

通常称四个电阻为电桥的“臂”，接有检流计的对角线成为“桥”：称为比率或比率臂；R_N为标准电阻，称为比较臂；待测电阻R_x称为测量臂。

       由于电桥平衡须由检流计示零表示，故电桥测量方法为零示法，此方法精度较高。又由于电桥测电阻的过程是D点电位与C点电位进行比较（由示零器显示比较结果），经过调节R_N直到两点电压为零——电桥达到平衡的过程，电桥一旦达到平衡便可由三个已知电阻定出一个未知电阻。测量过程即电压比较过程，故电桥测量又是电压比较测量。

实验步骤：

1.  先直接测量5个电阻的阻值大小，并记录数据。

2.  伏安法测量电阻：按照电路图连接电路，分别用外界法和内接法测量5个电阻的阻值，记录相对应的电流和电压

          注：Rx为被测电阻

3.  电桥法测量电阻：按照图连接好线路，打开电源待系数稳定后，根据待测电阻Rx的标称值调节Rn的大小，知道电桥平衡（此处采用电压表零示法），由公式计算Rx的大小。交换Rx和Rn的位置，调整电桥使之重新平衡。

第二篇：现代电子测量实验报告

现代电子测量

学院：信息与电子学院

                导师:                

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                学号:                

实验一频率扫描信号和功率扫描信号的频谱

一 实验目的

1.学会频谱仪的基本操作。

2.学会使用信号发生器的基本操作。

3.并使用频谱仪观察频率扫描信号和功率扫描信号的频谱。

二 实验仪器

   安捷伦E8267D信号源一台，安捷伦8563EC频谱分析仪一台，同轴线若干。

三 实验原理

 1.频率扫描信号

频率扫描信号是射频接收机里面的概念。比如频谱仪，里面输入信号经过变频后，会有一个中频（扫频）信号对信号继续变频。扫频的意思是中频信号会在某频段内扫一遍。因此它的频谱应该是在某个设定的区间内不断变化的。

 2.功率扫描信号

功率扫描信号与频率扫描信号相对应，指的是信号的频率一定，而功率在某个设定的区间内不断变化。

四 实验过程及结果分析

1.观察频率扫描信号的频谱

  实验步骤：

（1）用同轴线连接信号源和频谱仪，打开安捷伦E8267D信号源，设定信号扫描频率范围为1MHz~10MHz，幅度为0dBm。

（2）打开安捷伦频谱分析仪，设定中频频率为5MHz，带宽为10MHz。观察输入信号的频谱变换。

  实验结果：如图所示。

 

  实验结论：

从图中我们可以观察出，扫频信号的频谱随着时间的变化，从扫频的低频开始，逐渐变化到高频。本实验我们设定的范围为1MHz~10MHz。而其幅度一直保持不变。

2.观察功率扫描信号的频谱

（1）用同轴线连接信号源和频谱仪，打开安捷伦E8267D信号源，设定信号频率10MHz，幅度变换为-10dBm~0dBm。

（2）打开安捷伦频谱分析仪，设定中频频率为10MHz，带宽为1MHz。观察输入信号的变化。

  实验结果：

  实验结论：

功率扫描信号的频率不变，其幅度随着时间逐渐增减。变化范围为设定的范围，在本实验中为-10dBm~0dBm。

实验二测量滤波器的输入阻抗

一 实验目的

1.学会矢量网络分析仪的基本操作。

2.学会使用矢量网络分析仪观察滤波器的输入阻抗。

二 实验仪器

   矢量网络分析仪一台，模拟滤波器一个，同轴线若干。

三 实验原理

 1.矢量网络分析仪

矢量网络分析仪器是一种电磁波能量的测试设备，它的原理与使用力直接取决于系统的动态范围指标。相位波动参数的测试是利用矢量网络分析仪的电子延迟(Electrical Delay)功能来实现的。直接观察插入相移通常不是很有用，这是因为器件的电长度相移相对于频率呈现负斜率(器件越长，斜率越大)。矢量网络分析仪既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位，矢量网络分析仪能用史密斯圆图显示测试数据。

 2.S参数

二端口网络有四个S参数，Sij代表的意思是能量从j口注入，在i口测得的能量，如S11定义为从 Port1口反射的能量与输入能量比值的平方根，也经常被简化为等效反射电压和等效入射电压的比值，各参数的物理含义和特殊网络的特性如下：

S11：端口2匹配时，端口1的反射系数；

S22：端口1匹配时，端口2的反射系数；

S12：端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数；

S21：端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数。

 3.其他参数

  回波损耗：在高频场合,反映行波在保护设备的"过渡点"处被反射的比例. 在这一参数下可直接衡量， 保护器件与系统的涌波阻抗的匹配程度。

  输入阻抗：输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源U，测量输入端的电流I，则输入阻抗Rin就是U/I。你可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值，就是输入阻抗。

  驻波比：驻波比就是一个数值，用来表示天线和电波发射台是否匹配。如果 SWR 的值等于1， 则表示发射传输给天线的电波没有任何反射，全部发射出去，这是最理想的情况。如果SWR 值大于1， 则表示有一部分电波被反射回来，最终变成热量，使得馈线升温。被反射的电波在发射台输出口也可产生相当高的电压，有可能损坏发射台。

  群时延：群时延即系统在某频率处的相位（相移）对于频率的变化率。

四 实验过程及结果分析

  实验步骤：

（1）用同轴线连接矢量网络分析仪和模拟滤波器，打开矢量网络分析仪，根据滤波器的工作频率范围设定扫描频率。

（2）摁下矢量网络分析仪的fromat按钮，选择Smith选项（即输入阻抗）。选择S为S11。观察并记录结果。

  实验结果：如图所示。

 

  实验结果分析：

从图中我们可以看出，滤波器的输入阻抗随着频率的变化而不断变化，在感性和容性之间变化。在滤波器的中心频率时，从图中我们可以看出，滤波器的输入阻抗为容性。

实验三 QAM调制参数的测量（测星座图、EVM）

一 实验目的

1.学会矢量信号分析仪的基本操作。

2.学会使用矢量网络分析仪观察QAM调制参数。

二 实验仪器

   矢量信号分析仪一台，带调制功能的信号源一个，同轴线若干。

三 实验原理

 1.矢量信号分析仪

矢量信号分析仪器有完整的信号分析能力，可完成对信号的频谱，时域和解调分析。全面地分析测试信号的幅度和相位参数。具备时间门，自动触发等功能便于对雷达脉冲调制信号的分析。对信号的捕捉，存储及重建恢复能力，将信号通过频谱仪，示波器或逻辑分析仪采集下来进行存储分析或送入信号源重建。

 2.QAM调制

QAM是一种矢量调制，将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）上，形成复数调制符号，然后将符号的I、Q分量（对应复平面的实部和虚部，也就是水平和垂直方向）采用幅度调制，分别对应调制在相互正交（时域正交）的两个载波（coswt和sinwt）上。这样与幅度调制（AM）相比，其频谱利用率将提高1倍。QAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下可实现更高的频带利用率，QAM最高已达到1024-QAM（1024个样点）。样点数目越多，其传输效率越高，例如具有16个样点的16-QAM信号，每个样点表示一种矢量状态，16-QAM有16态，每4位二进制数规定了16态中的一态，16-QAM中规定了16种载波和相位的组合，16-QAM的每个符号和周期传送4比特。

 

不同QAM调制的星座图

  3.EVM

 误差向量幅度[EVM]：Error Vector Magnitude，误差向量(包括幅度和相位的矢量)是在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，能全面衡量调制信号的幅度误差和相位误差。

四 实验过程及结果分析

  实验步骤：

（1）用同轴线连接矢量信号分析仪和信号源，打开信号源，设定调制方式为16QAM，设定符号速率，设定信号幅度。

（2）打开矢量信号分析仪，通过VSA的软件观察输入信号的星座图和EVM。

  实验结果：如图所示。

  实验结论：

从图中我们可以看出，16QAM的星座图主要集中在16个点上。EVM为1.3229%rms，调制信号的质量比较好。图中显示的只是某一瞬间的EVM值，而实际上，信号的EVM是不断变化的。左下图显示的是调制信号的频谱。