應用于教學方案的USB模塊化儀器
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滿足教學實驗室基本需要的USB模塊化儀器
電子和電信行業(yè)在過去幾年間發(fā)生了巨大的變化。持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新更加速了這樣的變化，工程師們的研究成果不斷挑戰(zhàn)并突破技術(shù)壁壘。為實現(xiàn)最佳性能，所有電子及通訊設(shè)備在設(shè)計和制造過程中都必須經(jīng)過嚴格的性能驗證和測試。對致力于技術(shù)創(chuàng)新和改善人類生活的工程師來說，電子儀器，測量和測試知識，以及專業(yè)技能都是重要和必不可少的。
安捷倫科技為全世界的高等院校積極開發(fā)教學解決方案。安捷倫為年輕的工程師們提供電子儀器和測量及測試專業(yè)的相關(guān)技能，幫助他們踏上工程師生涯。USB 模塊化儀器在教育部門的推廣，能在從基礎(chǔ)儀器到全面產(chǎn)品特性研究的教學中幫助學生掌握重要的基本概念。
對基本電氣實驗的經(jīng)驗涉及對儀器的熟悉程度。熟悉的儀器能幫助大學生理解電路運行和測量基本原理。理解有源濾波器工作原理就是一個這樣的例子。濾波是最重要的信號處理方法之一。模擬濾波器用于連續(xù)信號，通常認為這屬于分立元件。另一方面，有源濾波器使用著一個或多個有源器件，如晶體管或運算放大器。與無源濾波器相比，有源濾波器可以有高輸入阻抗、低輸出阻抗和幾乎任意的增益。有源濾波器的設(shè)計比無源濾波器更容易。在設(shè)計一階、二階，甚至五階濾波器時，示波器與函數(shù)發(fā)生器一起成為設(shè)計驗證的良好工具。例如把 Agilent U2761A 20MHz模塊化函數(shù)∕任意波形發(fā)生器設(shè)置為掃描時間 100ms，100Hz 至 100kHz（正弦波）掃描，觸發(fā)源設(shè)置為內(nèi)部。用 Agilent U2702A模塊化200MHz數(shù)字示波器檢查三階有源濾波器的波形。通過已知電容和電阻值，就可根據(jù)相應的傳遞函數(shù)，把所測截止頻率（fc）與 fc 的計算值相比較。通過整個實驗過程，大學生將學會如何進行基本頻率和電壓測量，以及利用數(shù)字示波器的能力進行其它測量，如上升時間和信號統(tǒng)計。
雖然基本測量要求相同，但模塊化儀器的能力已超出電氣工程實驗室的范圍。通用實驗室中的儀器可用于進行科學研究和監(jiān)測材料化學。大學教師建立起互動的儀器系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部的反應會變得很復雜。這反過來又會阻礙精確測量和信號詳細分析的任務(wù)。例如通常用示波器來了解系統(tǒng)中的低頻噪音（通常為 100Hz或更低）狀況。對于這項研究，重要的是監(jiān)視信號的頻域性能。Agilent U2701和U2702A 100MHz/200MHz示波器有兩個通道，可提供高達1GSa/sec采樣率，32Mpts 的深存儲器能完成實時數(shù)據(jù)分析和毛刺檢測。示波器 20種快的自動測量使其適合這些一般性的應用。此外，捆綁的安捷倫測量管理器（AMM）軟件提供直觀和類似臺式儀器的圖形用戶界面，使學生和研究人員能控制示波器和運行更便捷的自動測試。該軟件旨在幫助他們快速完成設(shè)備配置，數(shù)據(jù)記錄和采集，而不需要開發(fā)軟件程序。
圖 1，Agilent U2701A 100MHz 示波器以用戶友好和類似臺式儀器的界面執(zhí)行 FFT 分析 。這是 Agilent USB 模塊化示波器的標志性屏幕 —— 提供無需編程的配置控制。
在物理學和微電子學實驗室中，要向?qū)W生講授各種分立元件，如 BJT 晶體管、二極管、小信號 JFET 和MOSFET晶體管，以及齊納二極管的功能。學生通過這些基本元件測量所獲得的基礎(chǔ)知識，將使學生能進而學會如何設(shè)計、裝配和使用基本電子電路。Agilent U2941A參數(shù)測試夾具是U2722A USB模塊化源∕測量單元的補充，能使學生更多測試和掌握這些元件的特性。
圖 2，Agilent U2941A 參數(shù)測試夾具與 U2722A USB 模塊化源∕測量單元一起測試基本分立元件
在控制實驗室中，Agilent USB DAQ和VEE軟件可用于實現(xiàn)組合的前饋和反饋控制。這種控制通常用于改善可測干擾存在時的控制系統(tǒng)性能。反饋控制的目的是跟蹤參考，前饋控制的目的是在干擾能夠影響過程變化前抑制干擾。前饋控制的長處在于它的預測特性，在干擾進入系統(tǒng)前先改變至系統(tǒng)的系統(tǒng)控制信號，從而抑制對系統(tǒng)的干擾。這是基于對干擾性質(zhì)和系統(tǒng)本身的認識，從而通過采取精確行動消除逼近的不利影響。因此必須有實現(xiàn)前饋控制的干擾和系統(tǒng)模型。模型越精確，前饋控制對干擾的抑制就越有效。在工業(yè)界，實現(xiàn)前饋控制的好處在于干擾剛剛產(chǎn)生時，就能避免部分批次產(chǎn)品的經(jīng)濟損失，因為此時尚未有常規(guī)的反饋控制。工業(yè)中為得到最好效果，總是把前饋控制與反饋控制一起使用。
教育部門一個發(fā)展中的趨勢是通過減小儀器的體積鼓勵學生借出基礎(chǔ)測量儀器。這樣，高年級學生就可為他們的系統(tǒng)測量項目組合使用各種適宜的基礎(chǔ)測量儀器。雖然傳統(tǒng)臺式儀器能進行精確的測量，但當學生要確保項目按計劃進行時，卻只能被禁錮在實驗室中。這是對傳統(tǒng)臺式測試儀器的挑戰(zhàn)。Agilent USB模塊化儀器的便攜性已引起教育工作者的極大興趣，因為它能讓學生方便地攜帶儀器離開實驗室，在項目完成所需的任何地點工作。Agilent 是模塊化儀器的主要制造商，它有 USB 形式模塊化基礎(chǔ)測量儀器的完整產(chǎn)品線。其它品種的模塊化儀器包括數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、源∕測量單元和開關(guān)矩陣。
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