泰山医学院 医学影像电子学 《医学影像电子学》实验指导 实验1常用电子仪器的使用 1.1实验目的 (1)掌握示波器、函数信号发生器及交流毫伏表等仪器面板上开关、旋钮的作用。 (2)掌握常用电子仪器的一般测量方法和步骤并能够正确使用仪器。 (3)了解双踪示波器与函数信号信号发生器的基本工作原理。 1.2实验设备与材料 (1)双踪示波器 1台 (2)函数信号发生器 1台 (3)交流毫伏表 1台 (4)模拟电子实验箱 1套 1.3实验准备 仔细阅读双踪示波器、函数信号发生器与交流毫伏表的使用说明书，明确各个仪器面板上开关、旋钮的 作用，掌握各参数的读取规则。 1.4实验原理 1.示波器 示波器是电子测量中一种最常用的仪器。它可以将人们无法直接看到的电信号的变化过程转化成可用肉 眼直接观察的波形，显示在示波器的荧光屏上，供人们观察和分析。示波器具有输入阻抗高、频率响应好、 灵敏度高等优点。利用示波器除了能对电信号进行定性的观察外，还可以用它来进行一些定量的测量。例如， 可以用它进行电压、电流、频率、周期、相位差、脉冲宽度等的测量，若配上传感器，还可以对温度、压力、 声、光、热等非电量进行测量。因此，示波器是一种用途极为广泛的电子测量仪器。其工作原理见附录2。 示波器使用注意事项及技巧： (1)测试前，应首先估算被测信号的幅度大小，若无法估算，应将示波器的V/div选择开关置于最大档， 避免因电压过高而损坏示波器。 (2)大部分示波器都设有扩展档位和旋钮，定量测量时一定要检查这些旋钮所处的状态，否则会引起 读数错误。 (3)在使用示波器直流输入方式时，先将示波器输入端接地，确定好示波器的零基线，才能方便的测 量被测信号的直流电压。 (4)示波器工作时，周围不要放置大功率的变压器，否则，测量的波形会有重影和噪波干扰。 (5)示波器可作为高内阻的电压表使用，当被测电路中有一些高内阻电路时，若用普通万用表测电压， 山于万用表内阻低，测量结果会不准确，同时还可能会影响被测电路的正常工作，而示波器的输入阻抗比万 用表高得多，其测量结果不但较准确而且还不会影响被测电路的正常工作。 2.交流毫伏表 交流毫伏表具有测量交流电压、电平测试、监视输出等三大功能。交流测量的幅值范围是100mV~300V, 共分1、3、10、30、100、300mV,1、3、10、30、100、300V共12档。频率的范围是5Hz~2MHz。 交流毫伏表使用注意事项： (1)交流毫伏表在通电之前，一定要将输入电缆的红黑鳄鱼夹相互短接。防止仪器在通电时因外界干 扰信号通过输入电缆进入电路放大后，再进入表头将表针打弯。 (2)当不知被测电路中电压值大小时，必须首先将毫伏表的量程开关置最高量程，然后根据表针所指 的范围，采用递减法合理选档。 (3)若要测量高电压，输入端黑色鳄鱼夹必须接在地端。 (4)测量前应短路调零。打开电源开关，将测试线（也称开路电缆）的红黑夹子夹在一起，将量程旋 -1-
霜泰山医学院 医学影像巾子学 卸饰到1v最翠，指针应指在零位（有的毫伏表可诵时面板上的调零申位然讲行调零，风面板无增零由位类 的，内部设胃的调零电位器已调好)。若指针不指在零位，应检查测试线是古断路或接触不良，应史换测试 线。 (5)交流毫伏表灵敏度较高，打开电源后，在较低量程时山于干扰信号的作用，指针会发生编转，称 为自起现象。所以在不测试信号时应将量程旋钮旋到较高量程档，以防打弯指针。 (6)交流毫伏表接入被测电路时，其地端（黑夹子）应始终接在电路的地上（成为公共接地），以防干 扰。 (7)使用前应先检查量程旋钮与量程标记是杏一致，若错位会产生读数错误 (8)交流毫伏表只能用来测量正弦交流信号的有效值，若测量非正弦交流信号要经过换算。 (9)不可用力用表的交流电压档代替交流毫伏表测量交流电压（方用表内阻较低，可用于测量50z左 右的工颍电压)。 3丽新信发生 函数信号发生器能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波 三角波、锯齿波和脉冲波等) 信号，须率范围可从几个微赫到儿【兆赫。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有1分广泛的用途。 例如在通信、广搭、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这甲的射频波就足授波，把音频（低频）、视 频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高领的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感 应加热、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。其面板结构见附录3。 函数信号发生器使用注意事项 (1)仪器需预热10分钟后方可使用 (2)把仪器接入电源之前，应检查电源电压值和频率是否符合仪器要求。 (3)不能输出大于10V(DC或AC)的电压. L5 Aultisim仿真实哈内容 仟细阅读附采1，了解MultisimI0仿真软件的操作界面：熟悉Multism0中元器件属性的设凳及虚拟仪 器仪表的作用及参数设咒：能够熟练使用ui10进行电子电路的仿真与设计 1.6实验内容与步骤 1.信号电压的测量 (1)打开函数信号发生器电源开关，选样下弦波，通过选择频率档级及调整知率调节旋钮与输出幅度 调节旋钮，扶得200z,10V的下弦交流信号 (2)打开示波器电源开关 式开关？CHl,CHI耦合方式开关置GND,扫描方式置AUTO,关 闭灵敏度，扫描速率微调旋钮。适当调节亮度、聚焦、垂直和水半位移、扫描速率等控件。使示波器屏幕上 出现一条清晰稳定的水平亮线。 (3)将信号发生器测试夹与示波器CH1测试夹对接，选择示波器CH1揭合方式为AC方式，调节垂直 和水平位移、扫描速率等，使屏幕上出现稳定的正弦波，读取信号电压的峰峰值“，φ'并记录全表1山。 (4)保持信号发生器的状态，分别将衰减开关置20、40、60B,用示波器分别测量读取信号电压的峰 峰值4pp,并记录金表1l。 表11电压幅值参数记录 20 dB 40 dB 60 dB 4:V) 4n-p() 2.用示波器和交流毫伏表测量信号参数 (1)调节函数信号发生器产生100Hz、1V的正弦波信号。将信号输出接入示波器CH1通道，调节示波 -2
然泰山医学院 医学影像电子学 器相关开关和旋钮使波形稳定。适当选择扫描速率开关（关闭微调），使屏幕上显示2~3个周期稳定的正弦波 形。根据扫描速率位置，读取一个正弦周期所占时间即为周期T。 (2)分别选择信号发生器频率为1kH、10kHz、100kH,用示波器和交流毫伏表测量信号参数。并记 求全表1-2中。 表12正弦信号参数记录 示被器测量值 信号电压领率 峰蜂值 交流毫伏表 周期T(ms) Up-p (V) 100Hz IK业 100KHz 3.测量两信号的相位差 测量相位差可用双踪测量法，也可用XY测量法 双踪测量法 双踪测量法的连接线如图1-1所示，将频率为Kz,幅值为2V的正弦信号经过RC移相网络狄得同频 率不同相位的两路信号分别加到示波器的CH和CH2输入端，然后分别调节示波器的CHl和CH2“位移 旋钮，“垂直灵敏度Vdv”旋钮以及“微调”旋钮，就可以在屏幕上显示如1图1-2所示的两个高度相等的正 弦波。为了显示波形稳定，应将“内部触发信号源选择开关”选在CH2处，使内触发信号取自CH2的输入 信号，这样便于比较两信号的相位。 cI输入 函数信号 发生 0 ,示被 图1双踪测最法连接图 图1-2双踪测最法测量相位差坐示的网形 双踪测量法测量信号相位差的方法有两种。 方法一：利用时则量相位差 从图1-2中读出ac和ab的长度（格数） 根据： 3
霜泰山医学院 医学影像巾子学 ac:360°=ab: (式11) 可得： 品3w (式1-2) 将测量结果记入表13。 表13利用时间测量相位差 信号周期长度(ac格) 信号相位差长度(b格数) 相位艺(“) 方法二：利用幅值测量相位差 山图1-2显示图形读出Y和Ym的格数，则两信号的相位差为： (式1-3) 将测量结果记入表14中，并回出波形图，分析测量值与理论值的误差原因 表利用短值演品相位差 波形高度Ym(格数) 两交点间垂距Y(格数) 相位() (2)X-Y测量法 将示波器“扫描速度开关”调企“XY”位置，即可进行测量，这时示波器工作在Xy工作方式，CH 为X信号通道，CH2为Y信号通道。X-Y测量法的连接如图1-1所示 输入信号频率为 正弦信号。经过移相网络， 一路加到示波器CH的输入端，一路加到示波器CH2的输》 “垂直轴电压灵敏度”旋钮，使示波器荧光屏上显示出如图13所示的椭圆图形。山图形直接读出Y和Ym 所占的格数，则两信号的相位差为：=arcsinY 。将测量结果记录于表15中。 图13用种圆被亚法测量相位差显示的图形 表1-5相位差测量 波形高度Y(格数) 在Y轴的截距Y(格) 相位花() 1.7实验报告 (1)整理实验数据
奉山医学院 医学影像电子学 (2)总结示波器、函数信号发生器及交流毫伏表的使用方法。 1.8思考题 (1)使用示波器时，如出现以下情况：①无图像：②以有垂直线：③只有水平线：④图像不稳定，试 说明可能的原因，应调节那些旋钮加以解决？ (2)交流毫伏表在小量程档，输入端开路时，指针偏转很大，甚全出现打针现象，这是什么原因？应 怎样避免？ (3)在实验中，所有仪器与实验电路必须共地（所有的地接在一起），这是为什么？ 实验2单管放大电路 2.1实验目的 ()掌握放大电路静念工作点的测量和调试方法，电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数的 测量方法，常用电子仪器的应用。 (2)熟悉电路元件参数对静念工作点的影响，分析静念工作点的作用，加深对放大电路工作原理的理 解，电子元器件和电路莲接方法。 2】实哈设备与材划 (1)函数信 号发生器 (2)模拟电子实验箱 (3)双踪示波器 1台 (4)交流毫伏表 1台 (5)数宁用表 1台 (6)Multisim虚拟实验半台 1套 4实验准备 (1)复习示波器、信号发生器和交流毫伏表的使用方法。 (2)熟悉二极管结构与工作特性；基本放大电路结构、静念工作分析与动态工作分析。 (3)熟悉放大电路静念和动念特性参数测量方法、共集电极放大电路与共集电极放大电路的原匣及特 点。 -5-
然泰山医学院 医学影像巾子学 3实验原理 放大电路在工程实践中的用途非常广泛，是模拟电子电路中最常用、最基本的一种典型电路。单管放大 电路是构成各种复杂放大电路的基础，根据电路输入信号与输出信号公共端的不同可分为共发射极、共集电 极和共基极二种基本组念。放大电路的定量分析主要包括静态分析和动念分析。静念分析即估算电路静态工 作点：动念分析即估算放大电路的各项动态参数。图21所示电路的工作原理与定量分析下： 5. 601 5.1ko A R. 24k2 18k2 图21分压式共发射极放人电路 1,静念工作点分析与测试 放大电路输入信号为零时，电路中各支路电压和电流的数值、二极管各电极电流和电极间电压是确定的 一点，称为静态工作点Q.描述电路静念工作点的参数10、V0和10可用公式2-1~23估算，实验中可 用方用表直接测量。 UwoRB.ce (式2-1) UE段_Uo-UEe (式2-2) R UcEo=Vc-IcoR.-IenR。≈'cc-leo(R。+R)） (式2-3) (式2-4) 静叁工作点的选择分重要，它对放大电路的放大倍数、波形失真及工作稳定性等放大电路的动参数 都有影响。静态工作点刻果选择不当电路输出信号会产生饱和或截止失真。 2.放大电路的动态特性与测试 放大电路的基本动念参数包括电压放大倍数、颜率啊应、输入电阻、输出电阻。放大电路动态参数的定 量分析通常采用图解法、微变等效电路法、仿真软件和实验法。 (1)动态参数的微变等效电路分析方法： 电压放大倍数A: (式2-5)
稀泰山医学院 医学影像电子学 (其中：=300+0+26mV,R,=R/RL) 输入电阻R计算： R=R,∥R∥ (式2-6) 输出电阻R,计算 R≈R (式2.2-7) (2)动态参数实验分析方法 用毫伏表或示波器测量U,接入R,后测量U。(空载时直接测量R两端电压)，则电压放大倍数A 光 (式2-8) 实验时，断开R,测量U,则输入电阻R (式2-9) 实验时，在电路输入端加信号电压山，在输出电压不失真的情况下测量空羧时(R,=5.1k2不接入电 路)放大器的输出电压U。值和带负载(R=5,1k2接入电路)时放大器的输出电压值U。,则输出电阻R。 计算： (式2-10) 2.5 Multisim仿真实验内容 1.共集电极放大电路仿真 在Multisim10软件平台上构建共集电极放大电路，如图2-2所示。 1
霜泰山医学院 医学影像电子学 图22共集电极放人电蜂仿真电路图 (1)调整静念工作点。接通电源，用示波器观察输出端波形，反复调整R。，使输出幅度在示波器屏幕 上得到一个最大不失真波形。断开输入信号，用力用表测量品体管各电极对地的电位，将所测数据填入表21 表21静态工作点测量数据 UE (V) UB (V) Ue (v) -是w (2)测量电压放大倍数。保持R,值不变，接入负授R=2.22,用示波器测量输入、输出波形的幅 值，计算电压放大倍数。 2.共基极放大电路仿 在Multisim0软件半 上构建共基极放大电路，如图2-3所示。自拟步骤测量共基极放大电路的静念工 作点和电压放大倍数。 Q1 2"222 0 图23共基极放人电路仿真电路网 2.6实验内容与步 1.实验电路连接
霜泰山医学院 医学影像电子学 (1)熟悉图21路，到断由路元件的主要参数是公符合要求 (2)接通电源，调整电源电压为+12V,然后断开电源 (3)将R的阻值调到最大位置，按图21仔细连接电路，确定连线无误后接通电源 2.静念参数测试 调整Rp,使U=1.9V,测量相应参数UE,Ucs和R,并根据式2.2-3计算静态工作点参数，填入表2-2。 注意：测量R大小，应将被测电阻R从电路中断开，以保证测量结果的准确性。 表2.】艳态参勘品 实际测品 计算 Ua (V) (V) Ucee (V) 3.动念参数测试 (1)空载测试。按图2-1连线， 不接入RL,调整Rp,使U-6N.调节信号发生器的输出s为500mV =IkHz信号，经过R,R,衰减，A点扶有小信号山为5mV。观察4与o端波形，并比较相位。 (2)空载电压放大倍数测量。保持信号频率不变，遂渐增大信号源幅度，观察不失真时山的最大值 U,应用式2-5(R,=)估算和式2-8计算4，并填入表2-3 表2-3电压放大倍数调测算(R1=0) 测 实测计算 体算 (mV) U.(V) 5 10 最人输入电压 (3)负载电压放大倍数测量。保持信号频率=1kHz,=5mV不变，按表2-4中给定电阻Rc和R值， 测量与， 应用式25估算和式2-8计算4并填入表24 表24电压放大倍数测算 给定参数 实测 实测计算 估算 (mV) A 5.1k2 51k0 5.1k2 2.2k2 2k0 51k0 2k2 2.2k2 (4)失真观测。U=5mV(Rc-5.Ik2,断开负载R),减小Rp使可观察到o波形饱和失真：将R,山 5.1k2改为5102，增大m使可观察到o波形截止失真，将测量结果填入表2-5中。 表25输出信号波形测量 (V) U.(V) 心，输出波形情况 最小 合适 最人 (5)输入电阻测量。如电路图24所示，在输入端串联接入5.1k2电阻，测量山与U,根据式2-6得 到输入电阻R的估算值，根据式2-9得到输入电阻R的测算值，将结果填入表2-6。 .9
霜泰山医学院 医学影像巾子学 (6)输出电阳量。中路图24所示，在输出端接入可调由阻R。作为负截.选择合活的值使液大由 路输出不失真 测量带负载时的 0和空搜时的。，根据式2-7得到输出电阻R的估算值，根据式2-10得 到输出电阻R的测算值，将结果填入表2-6。 表26输入、输出电阻测算 测量输入电阻 测量输山电阻 实际测量 测算估算 估算 U.(mV) U (mv) R(2)R(2 U。(Roo) U.(R=) R(Q)R(2) R 680k HE 5.1k0A 5.1kn 24k 1.8k 网2-4翰入.物出电阻测试电路 5实验报告 (1)整理实验数据，计算电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻，画出测试波形等： 进行计算并与理论计算值比较，分析产生误差的原因。 (2)讨论放大器输出波形与静态工作点的关系：总结单管共发射极电路的性能和特点，分析实验中出 现的各种现象，得出有关的结论。 2.8思考题 (1)在分压式俏置电路中将NPN型品体管换成PNP型品体管，请画出此时的电路 (2)说明电阻R1、R2、R,和发射极电容在电路中的作用？ (3)将分压式共发射极放大电路的实验数据与仿真实验进行对比并分析， -10