实验二常用电子仪器使用与测量

1、实验二 常用电子仪器使用与测量1.实验目的(1)学习电子电路实验中常用的电子仪器示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表等的主要性能、各旋钮开关的作用及正确使用方法。(2)初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。2.实验设备与器材1) 双踪示波器 一台2) 函数信号发生器 一台3) 万用表 一台4) 交流毫伏表 一台5) 直流稳压电源 一台3.实验原理与说明在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、交流毫伏表及频率计等。它们和万用表一起，可完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简

2、捷，调节顺手，观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图2-1所示。接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的共公接地端应连接在一起，称共地。信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线。图2-1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图(1)示波器示波器是电子行业广泛应用的重要测量仪器之一，主要用以观测各种周期性或非周期性变化的电信号之波形、电压幅度、周期时间（t）、不同波形的相位关系等要素。示波器的种类大致分为低频（或超低频，即5mhz）示波器、通用（1030mhz）示波器、高频（40 mhz）示波器等；它们的型号虽然很多，但在基本原理和使

3、用方法上均是大同小异的。本实验主要采用df4318型双踪示波器，下面介绍其一般使用方法及操作要点，也可供其它型号的示波器作为一般用法的操作指南。其原理和详尽的使用资料请参阅有关产品说明书。1）开机前预置揿入扫描方式选择（sweep mode）开关的auto（即自动）键。调整亮度控制（inten sitv）旋钮于旋转全行程的中间位置。置“扫描速率”（sec/div）开关（t/div）于0.1ms位置。置输入状态y1（或y2）于gnd（或）位置（键揿入）。调整垂直（）和水平（）移位（position）旋钮均于1/2全行程的位置。将 内触发选择（trigger）y1键揿入。将y轴工作方式选择（mod

4、e）开关 y1键揿入2）测量状态的预置当上述步骤完成后，可开启电源待机预热，若半分钟后屏幕仍无任何显示时，a.可顺时针试调节亮度控制旋钮，直至出现一条水平状扫描线（光栅）为止；b.试调节垂直（）和水平（）移位旋钮，令光栅移位至屏幕的正中央为止，若仍无任何光栅显示的迹象时，可能预示着机内扫描电路有故障，须关机送修；如光栅已出现时，应根据该扫描线的显示状态，反复并交替调节亮度控制旋钮及聚焦控制（focus）旋钮，使光栅既清晰可辨，又不感到刺眼为止。3）测量精度的考证及一般使用方法示波器属精密测量仪器，故而它的准确度(又称精度)就显得尤为重要了，这可以利用每台示波器自我设置的、具有固定频率（f=1k

5、hz）、固定电压输出幅度的机内标准信号源进行校准（又称为自校信号源）；因型号不同，自校信号源的电压输出幅度可能有所不同，应根据信号输出端的标识加以确认；自校信号源所产生的波形为标准方波，在检测时若被测量数据（包括vp与t）与标称数据相吻合，说明该台示波器的准确度合格，否则为不合格。a）精度考证弹（揿）出y1的输入状态（ac、dc）键，弹（揿）出键（两键均为自锁式开关，揿入为dc或状态，再揿则会弹出为ac或非接地状态）；按照频率f=1khz计算出周期时间t（t与f互为倒数，故此t=1/f=1/1000hz=1/1000s=1ms）。由y1输入端口处接入专用探头线，将探头线的热端（用于传输信号的非

6、接地端，通常配以红色标识；否则为冷端，配以黑色标识，意为接地）鳄鱼夹夹在自校信号源的电压输出端口处（此时为本机内 共地，故黑夹可悬空）；顺时针调节扫描微调控制（cal）旋钮到底（处于校准位）；扫描扩展控制键（push×5）须弹出；调整y1通道选择开关（volts/div）所处位置，顺时针调节y轴 微调控制cal钮到底，使之处于校准位，令方波波形幅度占据屏幕垂直方向的80%左右；调节“扫描速率”开关（sec/div），令指针指在0.1ms位置，此时方波波形每周期应占屏幕水平方向的十格（即0.1ms×10格=1ms，此时显示为一个周期时间），若“扫描速率”开关指针指在0.2ms

7、位置时，方波波形每周期应占屏幕水平方向的五格，全屏显示为两个周期时间（每周期时间各占五格，即0.2ms×5格=1ms）。此时均应顺时针调节x轴 微调控制cal钮到底，使之处于校准位。b）测量时应注意的要点当“扫描速率”（sec /div开关所指示数值）为被测周期时间的整数倍率时，波形在屏幕上能够较稳定地显示，否则（例如出现波形向左、右移动，多个叠加或闪烁等不稳定现象时）应调节触发电平控制level旋钮，可使波形的显示状态稳定。重要提示：但凡需要读取周期时间或电压幅值之前，必须先将x或y轴的微调控制cal钮顺时针旋到底（即处于校准位），否则测量无意义。波形每周期占水平方向的格数及幅度占

8、垂直方向的格数愈多，测量愈精确。c）数据的读取方法调节垂直（）或水平（）移位（position）旋钮，将波形的起始点（线）移位并恰好相交（或重叠）于屏幕左方标尺上的垂直与水平轴线的交叉点（线）处；以标尺的此点（或线）作为波形测量时的基点（线），由基点（线）至波形的终点（线）在x轴上所占的格数，的格数，与“扫描速率”（sec/div即t/div）开关所指之时间数值的乘积即是被测波形的周期时间；由基点（线）向上至波形的顶点在y轴上所占的格数，与通道选择开关（volts/div）即v/div)所指之电压值的乘积即是被测波形的电压幅度值（vp或vpp）。注意：示波器只能直接观察及读取到被测信号的周期时

9、间与电压幅值vp或vpp。4）示波器的双踪（双通道）显示功能的使用方法当需要对两簇不同的信号波形进行比对时，可采用从两y轴（即y1或ch1、y2或ch2;以下同）同时输入两个不同信号并显示在屏幕上进行即时比对，方法如下：a）将示波器的y1、y2轴输入端分别（需要输入两路信号时）接入示波器的探头线，探头线的测试端（红色）及接地端（黑色）分别夹在待测点及共地点端。b）置y1及y2的输入耦合开关（ac/dc）于ac位（若测量信号中含有直流成份时，应置于dc位），即y1及y2的输入耦合开关置于非接地位（）。c）选择y轴的工作方式：（由工作方式选择开关mode所处的位置确定）当mode开关置于y1位置时

10、，只有进入y1输入端的信号可显示在屏幕上；当mode开关置于y2位置时，只有进入y2输入端的信号可显示在屏幕上；当mode开关置于alt位置时，进入y1、y2输入端的信号以交替显示的方式显示在屏幕上，此工作模式通常适用于观察信号频率较高的情况；当mode开关置于chop位置时，进入y1、y2输入端的信号受机内产生的250khz自激振荡电路所控制，两信号将同时显示在屏幕上，此工作模式通常适用于观察信号频率较低的情况；当mode开关置于add位置时，进入y1、y2输入端的信号将以代数和的形式显示在屏幕上。(2)函数信号发生器函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出电压最大可达

11、20v通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。操作要点简介如下。1) 接通并开启交流电源，电源指示灯被点亮。2) 选择或设置所需要的信号波形(正弦波、方波、三角波)。3) 选择或设置所需要的信号频率(单位：hz，khz、mhz)，先“粗调”用以确定频率的大致范围，再综合“细调”的调节使所需频率锁定在较准确的位置上。4) 当选择或设置所需要的信号波形为标准(占空比为1:1)的正弦波、方波、三角波时，“占空比”调节钮置于“校准”位(cal位)。5) 以“t

12、tl”输出端子作为信号输出端时，得到的是方波(“占空比”调节钮置于“校准”位)或是脉冲信号(“占空比”调节钮移出“校准”位)，此时信号发生器无法改变波形只能改变频率且信号输出幅度固定(约45vpp)；当以非“ttl”(常规)输出端子作为信号输出端时，其可输出设置范围内的任意一种信号波形，频率、占空比、输出幅度均可调。 6) 当无从获取较小信号或欲获得较小信号但“幅度”调节变化剧烈难以调到预定值时，可键入“衰减”键，使输出信号在被衰减的基础上再行调节即可。(-20 db时为原输出量的1/10，-40 db时为原输出量的1/100，-60 db时为原输出量的1/1000)(3)交流毫伏表交流毫伏表

13、只能在其工作频率范围内，用来测量正弦交流电压的有效值。为了防止过载而损坏，测量前先把量程开关置于量程较大位置处，然后在测量逐挡减少量程。交流毫伏表接通电源后，将输入端短接，进行调零，然后断开短路线，即可进行测量。主要操作如下。1)短接调零：毫仪表的灵敏度较高，外界干扰信号将通过输入线反映到表头，为了减小测量误差，特别是在测量100 mv以下的信号电压时，需将外接线短接调零。每换一次量程都要重新调零。 2)读数：当量程旋钮拨在10mv， 100mv，1v等挡时，指针表示的测量值读表盘上方“0-10”的刻度；当拨在30mv，300mv，3v等挡时，则读表盘下方“0-30”的刻度。(4)直流稳压电源

14、接通电源，指示灯亮，预热 5 分钟后即可使用，如做精密测量需预热半小时。接通稳压电源输出与负载，注意“”、“”极不要接错，此时电流表指出流过负载的电流。4、实验内容及步骤(1)用示波器机内校正信号对示波器进行自检。1）扫描基线调节将示波器的显示方式开关置于“单踪”显示（y1或y2），输入耦合方式开关置“gnd”，触发方式开关置于“自动”。开启电源开关后，调节“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”等旋钮，使荧光屏上显示一条细而且亮度适中的扫描基线。然后调节“x轴位移”（ ）和“y轴位移”（）旋钮，使扫描线位于屏幕中央，并且能上下左右移动自如。2）测试“校正信号”波形的幅度、频率将示波器的“校正信号”通

15、过专用电缆线引入选定的y通道（y1或y2），将y轴输入耦合方式开关置于“ac”或“dc”，触发源选择开关置“内”，内触发源选择开关置“y1”或“y2”。调节x轴“扫描速率”开关（t/div）和y轴“输入灵敏度”开关（v/div），使示波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波形。 a校准“校正信号”幅度 将“y轴灵敏度微调”旋钮置“校准”位置，“y轴灵敏度”开关置适当位置，读取校正信号幅度，记入表2-1。表 2-1标准值实测值幅度up-p（v）频率f（khz）上升沿时间（s）下降沿时间（s）注：不同型号示波器标准值有所不同，请按所使用示波器将标准值填入表格中。b校准“校正信号”频率将“扫速微

16、调”旋钮置“校正”位置，“扫速”开关置适当位置，读取校正信号周期，并换算成频率记入表2-1。 c测量“校正信号”的上升时间和下降时间调节“y轴灵敏度”开关及微调旋钮，并移动波形，使方波波形在垂直方向上正好占据中心轴上，且上、下对称，便于阅读。通过扫速开关逐级提高扫描速度，使波形在x轴方向扩展（必要时可以利用“扫速扩展”开关将波形再扩展10倍），并同时调节触发电平选钮，从显示屏上清楚的读出上升时间和下降时间，记入表2-1。(2)用示波器和交流毫伏表测量信号参数调节函数信号发生器有关旋钮，使输出频率分别为100hz、1khz、10khz、100khz，有效值均为1v（交流毫伏表测量值）的正弦波信号

17、。改变示波器“扫速”开关及“y轴灵敏度”开关等位置，测量信号源输出电压频率及峰峰值，记入表2-2。表 2-2信号电压频率示波器测量值信号电压毫伏表读数（v）示波器测量值周期（ms）频率（hz）峰峰值（v）有效值（v）100hz1khz10khz100khz(3)测量两波形间相位差(选做)1）观察双踪显示波形“交替”与“断续”两种显示方式的特点y1、y2均不加输入信号，输入耦合方式置“gnd”，扫速开关置扫速较低档位（如0.5s/div档）和扫速较高档位（如5s/div档），把显示方式开关分别置“交替”和“断续”位置，观察两条扫描基线的显示特点，记录之。2）用双踪显示测量两波形间相位差按图2-2

18、连接实验电路，将函数信号发生器的输出电压调至频率为1khz，幅值为2v的正弦波，经rc移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号ui或ur，分别加到双踪示波器的y1或y2输入端。 为便于稳定波形，比较两波形相位差，应使内触发信号取自被设定作为测量基准的一路信号。图2-2 两波形间相位差测量电路 把显示方式开关置“交替”档位，将y1和y2输入耦合方式开关置“”档位，调节y1、y2灵敏度开关位置，使在荧屏上显示出易于观察的两个相位不同的正弦波形ui及ur，如图2-3所示。根据两波形在水平方向差距x，及信号周期xt则可求得两波形相位差。图2-3 双踪示波器显示两相位不同的正弦波式中：xt 一周期所占格数x 两波形在x轴方向差距格数记录两波形相位差于表2-3。表2-3一周期格数两波形x轴差距格数相位差实测值计算值xt =x=为读数和计算方便，可适当调节扫速开关及微调旋钮，使波形一周期占整数格。5.实验注意事项1)示波器、信号发生器及毫仪表应保持仪器共地。2)由于人体感应电压很大，在接触毫伏的输入线时，将会有较大的电压输入，所以每次调用输入线时均要将量程旋钮拨到30v以上的挡位，以免打坏指针。测量时，也应先接低电位端（即地线），然后再接高电位端连线。测量结束时，应先取下高电位端连线，再取下地线。3)使用示波