常用调试、测试仪器仪表的使用.doc

12.5 常用调试、测试仪器仪表的使用 一、数字万用表 数字万用表的特点数字万用表的显示位数通常为3 位8 位。具体讲，有 3位、32/3位、3位 、4位 、4 位、5位、6位、7位、8位共九种。数字万用表虽然种类繁多、功能各不相同且型号各异，但归结起来有以下特点： 数字显示直观准确，无视觉误差，并具有极性自动显示功能。 测量精度和分辨率部很高。 输入阻抗高，对被测电路影响小 电路集成度高，便于组装和维修 测量功能齐全，测量速率快。 保护功能齐全，有过压、过流保护电路， 功耗低，抗干扰能力强。 便于携带，使用方便。 数字万用表的基本组成数字万用表是在直流数字电压表的基础上扩展而来的。通过不同功能的转换器，把被测电量如交流电压、电流、电阻、电容、二极管正向压降、晶体管放大系数等电量，转换成直流电压信号，再由A/D转换器转换成数字量，并以数字显示出来。数字万用表的基本结构如下图12- 所示。它由功能转换器、A/D转换器、LED或LCD显示器、电源和功能/量程转换开关等组成。图12- 数字万用表的基本结构 数字万用表的使用方法操作时首先将ON-OFF开关置于ON位置。检查9V电池，如果电压不足，需更换电池。直流电压（DVC）测量。将量程转换开关置于DCV范围，并选择量程，其量程分为五档：200mV、2V、20V、200V、1000V。测量时，将黑表笔插入(COM插孔，红表笔插入V插孔，测量时若显示器上显示“1”。表示过量程应重新选择量程。 交流电压（ACV）测量 将量程转换开关置于ACV范围，并选择量程，其量程分为五档：200mV、2V、20V、200V、750V。测量时，将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/插孔：测量时不允许超过额定值，以免损坏内部电路。显示值为交流电压的有效值。直流电流DCA测量 将量程转换开关转到CA位置，并选择量程，其量程分为四档：2mA、20mA、200mA、10A。测量时，将黑表笔插入COM插孔，当测量最大值为200mA时，红表笔插入mA插孔；当测量最大值为20A时，红表笔插入A插孔。注意：测量电流时，应将万用表串人被测电路。 交流电流(ACA)测量 将量程转换开关转到ACA位置、选择量程，其量程分为四档：2mA、20mA、200mA、10A。测量时将测试表笔串人被测电路，黑表笔插入COM插孔，当测量最大值为200mA时，红表笔插入mA插孔；当测量最大值为20A时，红表笔插入A插孔。显示值为交流电压的有效值。电阻测量 电阻挡量程分为七档：200、2k、20k、200k、2M、20M、。测量时，将量程转换开关置于量程将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/插孔。注意：在电路中测量电阻时，应切断电源。电容测量 电容挡量程分为五档：2000PF、20nF、200nF、2F、20F。测量时，将量程转换开关置于F处，将被测电容插入电容插座中，注意：不能利用表笔测量。测量容量较大的电容时，稳定读数需要一定的时间。二极管测试及带蜂鸣器的连续性测试 测试二极管时，只得将量程转换开关转换到二极管的测试端（蜂鸣器端），显示器显示二极管的正向压降近似值。晶体三极管hFE测量量程开关置于hFE档位。确认三极管是PNP型还是NPN型，将三极管分别插入测试插座对应的E、B、C插孔中。显示读数为晶体三极管hFE的近似值。三、示波器 示波器的特点 示波器是利用示波管内电子射线的偏转，在荧光屏上显示出电信号波形的仪器，它是一种综合性的电信号测试仪器，其主要特点是：测量灵敏度高、量程大、过载能力强。输入阻抗高、频带宽、响应快、显示直观。不仅能显示电信号的波形，而且还可以测量电信号的幅度、周期、频率和相位等。通过传感器可以完成各种电量的测量，扩大示波器的功能。 示波器的主要参数示波器的主要参数是正确使用示波器的依据，由于篇幅有限，仅介绍以下主要几项。 频率响应(带宽) 这是示波器频率特性的稳态表示法。示波器的带宽就是其Y系统工作频率范围、也就是Y放大器带宽，通常以-3dB定义，即相对放大量下降到0.707时的频率范围。频带越宽，表明示波器的频率特性越好。宽带示波器的频率响应低端常常从零开始。 瞬态响应 这是示波器频率特性的瞬态表示法。它指输入理想矩形波后，示波器显示波形的脉冲参数。 输入阻抗 指Y放大器的输入阻抗，示波器的输入阻抗越大则对被测电路的影响就越小。通用示波器的输入电阻规定为lM，输入电容般为2250pF。偏转因数 偏转因数是指示波器输入电压与亮点在Y方向偏移量的比值，单位为mV/DIV。偏转因数值可表示灵敏度，数值越小灵敏度越高，每一种示波器有一个最高灵敏度。一般示波器最高灵敏度对应于5mV/DIV或10mV/DIV。偏转因数表征示波器观察信号的幅度范围，其下限表征示波器观察微弱信号的能力，上限决定了示波器所能观察到信号的最大峰峰值。度(DIV)是指荧光屏刻度1大格，l度等于1cm。扫描速度 单位时间内光点在X方向的偏移量称为扫描速度。反之，光点在X方向偏移1cm或1DIV所经过的时间称为扫描时基因数，单位s/DIV或s/DIV。通常用扫描时基因数表示扫描速度。时基因数越小扫描速度越高。表明示波器展宽波形或窄脉冲的能力越强。 延时时间 从扫描线开始出现到波形上升或下降到基本幅度的10所经过的时间。延时时间的存在有利于观察脉冲沿。 GOS-X型双踪示波器介绍。见下图基准信号输出端（CAL），输出1000Hz峰值为2V的脉冲信号，示波器自校使用。电源指示灯电源开关（POWER ON/OFF），示波器总电源。辉度钮（INTEN），调节显示波形的辉度。触发方式（TRIGGER）。聚焦钮（FOCUS），调节显示的聚焦状态。旋转调整钮（TRACE ROTATION），调整扫描线的水平度，如果扫描的波形倾斜可以用平头螺丝刀调整此处。刻度盘照明度调节钮（ILLUM），旋转调节钮可调整方格刻度盘的亮度。垂直位置调节钮（POSITION），调整扫描图像的垂置位置。交流-接地-直流（AC-GND-DC）切换开关，是输入信号与垂直放大器之间的信号耦合方式选择开关。AC是交流耦合方式，用隔直流电容耦合；DC是直流耦合方式，可显示信号的直流分量和交流分量之和；GND是将输入信号的接地。为被测信号的输入插座CH1和CH2，两个输入信号的输入接口。输入信号的衰减开关，从每格5mV（5mV/DIV）到每格5V（5V/DIV）有10挡，又称垂直灵敏度开关，可根据输入信号的电压幅度调整，使显示的波形适中。垂直灵敏度微调钮，与同轴，调整范围为刻度值的1/2.5。当此钮拔出后为放大5倍的值。垂直显示方式（VERT）选择开关。用来选择CH1、CH2信道放大器的工作模式和内触发信号。CH1：只显示CH1的输入信号，并用CH1的信号做触发信号。CH2：只显示CH2的输入信号，并用CH2的信号做触发信号。DUAL：显示CH1、CH2两个信道的信号。触发信号由号开关和号交替开关（ALT）选择。ADD：显示两个信号的代数和或差（CH1+CH2或CH1CH2），内触发信号由键选择。同步微调（HOLD OFF）钮。触发电平调整（LEVEL）微调同步钮，设置波形的同步起点。向调整在显示波形的上的位置上移。向调整在显示波形的上的位置下移。LOCK自动锁定同步电平。HOLD OFF当信号波形比较复杂时，仅靠电平调整钮不能调到同步时，使用该钮。为外触发信号输入端。倾斜调整（SLOPE）开关。耦合方式（COUPLING）调整开关。准备（READY）。触发模式（TRIGGER MODE）选择键。AUTO：当设有触发信号时或是触发信号的频率低于50Hz时，扫描处于自由状态。 NORM：当无触发信号作用时，扫描处于准备状态，轨迹取消，主要用于观察50Hz以下的信号。TVH：用于观察电视信号中行信号波形。TVV：用于观察电视信号中场信号波形。PUSH TO RESET：复位开关，当上述三个键都不按下时，电路处于单信号触发模式，当电路重新启动时，READY指示灯亮，单扫描结束时，指示灯灭。 显示方式（DISPLAY MODE）选择键。按键选择A、B显示方式。A：用于总波形的主扫描方式。B：只显示B的延迟扫描。B TRJG D在连续延迟和触发延迟之间选择。接合（engaged）：用于触发延时，由A扫描的延迟时间（DELAY TIME）和时间轴（TIME/DIV）开关设定后，当触发脉冲作用时，B扫描开始。（触发信号对A扫描和B扫描都起作用。）不接合（Disengaged）：用于连续扫描，A扫描的延迟设定后立即开始B扫描。延迟时间开关为 （DELA TIME），延迟时间位置键为（DELAY TIME POSITION）。 基本操作方法显示水平扫描基线打开电源开关前先检查输入的电压，将电源线插入后面板上的交流插孔，按以下示波器控制键及开关位置设定各控制键。所有控制键如下设定后，打开电源。顺时针调节亮度旋钮，水平扫描基线就会在大约15s后出现。调节聚焦旋钮直到扫描基线最清晰。改变CHl位移旋钮。将扫描基线调到屏幕的中间。如果没有扫描基线，可能原因是辉度太暗，或是垂直、水平位置不当，应加以适当调节。 用本机校准信号检查:使用探头连接线将通道CHl输入端接至校准信号输出端，在设置面板上开关、旋钮，此时在屏幕上出现一个周期性的方波。若探头采用1:1，则波形在垂直方向应占5格,周期在水平方向占2格，此时说明示波器的工作基本正常。如果波形不稳定，可调节触发电平(TRIG LEVEL)旋钮。观察被测信号：将被测信号接至通道CHl输入端，(若需同时观察两个被测信号，则分别接至通道CH1、通道CH2输入端)，面板上开关、放钮位置参照表 适当调节V0LTS/DIV、TIMEDIV LEVEL等旋钮，使在屏幕上显示稳定的被测信号波形。信号测量电压测量在测量时应把垂直微调旋钮顺时针旋至校淮位置，这样可以按VOLTS/DIV的指不值计算被测信号的电压大小。由于被测信号一般含有交流和直流两种分量，因此在测试时应根据下述方法操作。控制键名称位置亮度(INTENSITY)中间聚焦(FOCUS)中间耦合选择开关(AC-GND-DC)接地(GND)垂直位移(POSITION)中间(*5扩展键弹出)垂直工作方式(MODE)CH1触发方式(TRIG MODE)自动(AUTO)触发源(SOURCE)内(INT)触发电平(TRIG LEVEL)中间扫描时基因数(TIME/DIV)0.5ms/div衰减器开关(VOLTS/DIV)0.1V水平位置*1(*5MAG和ALT扩展键弹出)垂直微调旋钮(VARIABLE)校准扫描微调控制键(VARIABLE)校准 a.直流电压的测量设定耦合选择开关(AC-GND-DC)至GND，将零电平基准线定位到屏幕上最佳位置。将衰减器开关(VOLTS/div)设定到合适的位置，然后将耦合选择开关（ACGNDDC)拨至DC。直流信号将会产生偏移，根据波形偏离零电平基准线的垂直距离H(div)及VOLTS/div的指示值，可以算出直流电压的数值，即 U=V/divH例如，在图12-中，如果VOLTS/div是50mV/div，偏移量H为2.6div，则直流电压为 UV/divH50 mV/div 2.6div130mV如使用探头置l0：1位置测量，实际的信号电压值是 U50mV/div 2.6div 101.3V。b.交流电压的测量与测量直流电压一样，将零电平基准线定位到最佳位置。如果交流信号被重叠在一个高直流电压上，可将耦合选择开关(ACGNDDC)拨至AC，隔离信号中的直流部分。调节衰 减器开关(VOLTS/DIV)，使屏幕上显示的波形幅度适中，调节Y轴位移旋钮，使波形显示值便于读取。根据衰减器开关(VOLTS/div)的指示值和波形在垂直方向的高度H(DIV)，被测交流电压的峰峰值可由下式计算出：UP-P= V/divH例如，在图12-中，如果VOLTS/div是1V/div，偏移量H为5div，则交流电压的峰峰值为 UP-PV/div H1Vdiv 5div5V时间测量对信号的周期或信号任意两点间的时间参数进行测量时，首先扫描微调控制键(VARIABLE)必须顺时针旋至校准位置。然后，调节有关旋钮，显示出稳定的波形，再根据信号的周期或需测量的两点间的水平距离D(div)，以及扫描时基因数(TIME/div)开关的指示值，由下式计算出时间：TSEC/divD当需要观察信号的某一细节(如快跳变信号的上升或下降时间)时，可将扩展控制镀（MAG5)按下去，使显示的距离在水平方向得到5倍的扩展，此时测量的时间应按下式计算： TSECdiv D/5周期的测量见图12-，如果波形完成一个周期，A，B两点的水平距离D为4div，扫描时基因数为2ms/div则周期为 T2ms/div 4div8ms 脉冲上升时间的测量参看图12-，如果波形上升沿的10处(A点)至90处(B点)的水平距离D为1.6div，扫描时基因数(TIME/div)置于1s/div，扩展按键(MAG5)按下去那么可计算出上升时间为 Tr=1s/div1.6div/5=0.32s如果被测波形的上升时间明比示波器给出的上升时间大许多，在测量上升时间时可将示波器的上升时间忽略不计，可按测量的指示值计算求得，否则要加以修正。一般来说，示波器的上升时间和频率带宽之间存在下列关系：TrWB=350式中：Tr为上升时间(s)； BW为带宽(MHz)。 本机示波器的上升时间Ts为175ns脉冲宽度的测量参看图12-如波形上升沿50处(A点)至下降沿50处(B点)间的水平距离D为4.5格，扫描时基因数（TIME/div）为0.1ms/div，则脉冲宽度为D=0.1ms/div4.5/div=4.5 ms两个相关信号时间差的测量 将两个信号分别输入通道CHl和CH2，触发源为内触发(INT)，将垂直工作方式设定为双踪，利用交替触发显示方式，双踪显示出信号波形。选择合适的扫描速度，可以测出两个传导的时间差。 参看图12-，如扫描时基因数(TIME/div)置于50s /div，两测量点间的水平距离D1.5div，则时间差为 t=50s /div1.5div=75s使用注意事项为了安全、正确地使用示波器，必须注意以下几点；使用前应检查电网电压是否与仪器要求的电源电压一致。显示波形时，不宜过亮，以延长示波管的寿命。若中途暂时不观测波形，应将亮度调低。定量观测波形时，应尽量在屏幕的中心区域进行以减小测量误差。被测信号电压(直流加交流的峰值)的数值不应超过示波器允许的最大值。调节各种开关、旋钮时，不要过分用力，以免损坏。探头和示波器应配套使用，不能互换否则可能导致误差或波形失真。四、函数信号发生器函数发生器是一种能够产生多种波形的信号发生器。它的输出可以是正弦波、方波或三角波，输出电压的大小和频率都可以方便地调节，所以它是一种用途广泛的通用仪器。函数发生器常用电路的组成方框图如下图12-所示。它主要由正负电流源、电流开关、电容器、方波形成电路、正弦波形成电路、放大电路等部分组成。它的工作原理简要说明如下：正电流源和负电流源的工作由电流开关控制，对时基电容C进行恒流充电和恒流放电。当电容恒流充电时，电容上电压随时间线性增长，当电容恒流放电时，其上电压随时间线性下降因此、在电容端得到三角波电压。三角波电压经方波形成电路得到方波，三角波经正弦波形成电路转变为正弦波，最后经放大电路放大后输出。 EE1641B函数信号发生器/计数器主要技术参数该仪器是采用大规模单片集成精密函数发生器电路和单片微机电路组成的一种精密的测量仪器，具有连续信号、扫频传导、函数信号、脉冲信号等多种输出信号和外部测试功能，具有过流、过压、过热保护，操作方便、性能可靠等优点。EE1641B函数信号发生器/计数器主要技术参数项 目技术参数输出频率0.3Hz3MHz按十进制分类共七挡输出阻抗50（函数）、600（TTL同步输出）输出信号波形正弦波、三角波、脉冲波输出信号幅度不衰减（1V10V）10%连续可调衰减20dB（0.1V1V）10%连续可调衰减40dB（10mV100mV）10%连续可调TTL电平 低电平0.8V 高电平1.8VCMOS电平 3V15V波形特性正弦波失真度2%三角波线性度大于90%方波上升时间100ns输出信号类型单频信号、扫描信号、调频信号信号衰减0dB/20dB/40dB频率测量范围0.2Hz20MHz输入电压范围100mV2V显示位数3位 面板操作键及功能说明EEl64lB型函数发生器/计数器前面板如下图12-所示频率显示窗口。显示输出信号的频率或外测频率信号的频率。幅频显示窗口。显示函数输出信号的幅度。扫描速率调节旋钮。调节此电位器可以改变内扫描的时间长短。在外频时，逆时针旋到底绿灯亮，为外输入测量信号经过低通开关进入测量系统。 宽度调节旋钮。调节此电位器可调节扫频输出的扫频范围。在外测频时，逆时针旋到绿灯亮，为外输入测量信号经过衰减“20dB”进入测量系统。外部输入插座。当扫描/计数键功能选择在外扫描状态或外测频功能时，外扫描控制信号或外测频信号由此输入。TTL/CMOS信号输出端。标准的TTL电平和幅度为3V(峰峰值)15V(峰峰值)的CMOS电平输出阻抗为600。函数信号输出端。输出多种波形受控的函数信号，输出幅度20V(峰峰值)(1M负载)，10V(岭峰值)(50负载)。 函数信号输出幅度调节旋钮。调节范围20dB。函数信号输出信号直流电平预置调节旋钮。调节范围：-5V+5V(50负载)，当电位器处在中心位置时，则为0电平。输出波形对称性调节旋钮。调节此旋钮可改变输出信号的对称性。当电位器处右置或“OFF”位置时，则输出对称信号。函数信号输出幅度衰减开关。“20dB”、“40dB”键均不按下，输出信号不经衰减，直接输出到插口。“20dB”、“40dB键均按下，则可选择20dB或40dB衰减。函数输出波形选择按钮。可选择正弦波、三角波、脉冲波输出。“扫描/计数”按钮。可选择多种扫描方式和外测频方式。上频段选择按钮。锋按次此按钮，输出频率向上调整1个颇段。下频段选择按钮。每按一次此按钮，输出频率向下调整1个频段。频率调节旋钮。调节此旋钮可以改变输出频率的一个频程。整机电源开关。此键按下时，机内电源接通，整机工作。此键弹起关掉整机电源。CMOS电平调节旋钮。“关”位置时，信号输出端输出标准TTL电平，“开”位置时，COMS电平调节范围3V（峰峰值）15V（峰峰值）。3使用方法测量前准备工作检查电源电压是否满足要求(220V士20V)。自校检查，通电后，分别按动或调节频段选择按钮、输出幅度旋钮、函数输出波形选择按钮、扫描方式选“内”。检查显示频率、输出幅度、输出波形、扫描输出是否有变化，若有说明仪器工作正常。函数信号输出50主函数信号输出。a.以终端连接50匹配器的测试电缆，由前面板插座输出函数信号；b.由频率选择按钮选定输出函数信号的频段，由频率调节旋钮调整输出信号频率，直到所需的工作频率值。c.由波形选择按钮选定输出函数的波形分别获得正弦波、三角波、脉冲波。d.由信号幅度选择器和选定和调节输出信号的幅度。e.由信号电平设定器选定输出信号所携带的直流电平。f.输出波形对称调节器可改变输出脉冲信号占空度比，与此类似，输出波形为三角或正弦时可使三角波调变为锯齿被，正弦波调变为正与负半周分别为不同角频率的正弦波形，且可移相180。TTL/CMOS信号输出。a.输出信号电平：TTL标准电平，CMOS电平为3V（峰峰值）15V（峰峰值），其重复频率、调控操作均与50函数输出信号一致。 b.以测试电缆(终端不加50匹配器)由输出插座输出TTL/CMOS脉冲信号，CMOS电平调节旋钮调节CMOS电平输出幅度。内扫描扫频信号输出。a“扫描/计数”按钮选定为“内扫描方式”。 b分别调节扫描速率调节器和扫描宽度调节器获得所需的扫描信号输出。c函数输出插座、TTL/CMOS输出插座均输出相应的内扫描的扫频信号。外扫描/扫频信号输出。 a“扫描/计数”按钮选定为“外扫描方式”。b由外部输人插座输人相应的控制信号，即可得到相应的受控扫描信号。(3)外测频功能检查 a“扫描/计数”按钮选定为“外计数方式”。b 用本机提供的测试电缆，将函数信号引入外部输人插座，观察显示频率应与“内”测量时相同。五、直流稳压电源直流稳压电源是将交流电转变为稳定的输比功率符合要求的直流电的设备。各种电子电路都需要直流电源供电，所以直流稳压电源是各种电子电路不可缺少的组成部分。 直流稳压电源的组成及工作原理直流稳压电源通常由电源变压器、整流电路、滤波器和稳压电路四部分组成，其组成方框图如图12-所示。各部分作用及工作原理如下：电源变压器将交流电电压(220V)变换为符合整流需要的数值。整流电路将交流电压变换为单向脉动直流电压。整流是利用二极管的单向导电特性来实现的。滤波将脉动直流电压中交流分量滤去，形成平滑电压。滤波可利用电容或电阻电容来实现。功率整流滤波电路通常采用桥式整流，电容滤波，其输出直流电压可由式Ur1.2U2来估算，中U2为变压器二次侧交流电压的有效值。稳压电路其作用是当交流电网电压波动或负载变化时，保证输出直流电压稳定。简中的稳压电路可采用稳压管来实现，在稳压性能要求高的场合，可采用串联反馈式稳压电路(它包括基准电压，取样电路，放大电路和调整管等组成)。 直流稳压电源的主要技术特性稳压电源的技术指标可以分为两大类；类是特性指标如输出电压、输出电流及电压调节范围；另一类是质量指标，反映个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、纹波电压及温度系数等。直流稳压电源的技术特性用来衡量直流稳压电源性能的标准，通常有下列几项内容：输出电压U0 指稳压电源输出符合要求的电压值以及它的调整范围。输出电流I0通常是指稳压电源允许输出的最大电流以及输出电流的变化范围。 绝对稳压系数Ku表示负载不变时，稳压电源输出直流变化量U0与输入电压变化量Ui之比。Ku=U0/UiKu越小，表示稳压电源的稳定性能越好。 输出电阻R0（也称等效内阻或内阻） 在额定电网电压下，由于负载电流变化IL引起输出电压变化U0，则输出电阻为： R0=U0/IL内阻R0越小的数值，稳压电源的带负载能力就越强，稳定性能也就越好。 温度系数KT 交流电源和稳定电源输出电流都不变时，环境温度变化T导致输出电压U0变化U0的情况。 KT=U0/T由上式可知，KT越小，说明稳压电源的输出电压受环境温度的影响越小。纹波电压U0L 纹波电压是指直流稳压电源输出中交流分量，其大小可用交流有效值或峰峰值表示。纹波电压越小，稳压电源的性能越好。 型直流稳压电源介绍型直流稳压、稳流电源，是一种有两路输出的高精度直流稳定电源。两路均为可调、稳压与稳流可手动转换的稳定电源。可调电压范围30V，串联时最高输出电压可达60V，并联输出最大电流为6A。并联使用或串联使用时只需主路电源的输出进行调节，从路电源的输出严格跟踪主路。外型如图12-面板各元件名称及功能说明主路电压表。指示主路输出电压值。主路电流表。指示主路输出电流值。从路电压表。指示从路输出电压值。从路电流表。指示从路输出电流值。从路稳压输出调节旋钮。调节从路