《电工电子实践初步》实验内容.docx
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《电工电子实践初步》实验内容
实验：
常用电子仪器的使用和常用元器件的测试
1、示波器测量前的调节与准备。
模拟示波器一般在测量之前首先打开电源开关，按照表1所示正确调节和设置各旋钮，使得屏幕上能看到两条亮度适中、清晰的扫描线，然后再将探头接入测试点。
表1测量前示波器各旋钮调节和设置列表
旋钮
设置情况
对测量的主要影响
辉度
居中
辉度太低，显示波形太暗，太高，影响显示管寿命
聚焦
合适
聚焦不好，波形模糊，无法精确观察和读数
触发源
CH1
根据测量信号处于CH1还是CH2通道来选择触发源，触发源必须和待测通道相同才能有助于波形稳定，如果是双踪显示，选择频率较低的那个通道做触发源。
如果选择交替，则无法观察两个通道之间的相位关系
触发极性
＋
选择上/下升沿触发是控制示波器在检测到触发源的第一个上/下升延时开始触发
触发耦合
DC
触发信号的耦合方式，选择DC是要考虑触发信号的直流电平，AC则不考虑
通道选择
双踪
选择屏幕上显示哪个通道的信号，选择双踪显示，则能在屏幕上同时显示两个信号。
扫描方式
自动
如果没选择自动，在没信号输入的时候无法看到扫描线
CH1、CH2垂直位移
居中
上下调节波形到一个合适的位置
CH1、CH2
输入耦合
接地
在测量需要考虑直流分量的信号时必须选择DC耦合，如方波、阶梯波等。
反之如果只是测量输入信号的交流值，则可选择AC耦合，如纯正弦波。
调整基准线的时候选择接地。
CH1、CH2
电压灵敏度
0.1V/div
用于调节信号屏幕Y轴方向的显示大小。
X位移
居中
用于调节信号在屏幕上左右位置。
扫描速率
0.1ms/div
用于调节信号屏幕X轴方向的显示大小。
触发电平LEVER
合适
探头倍率
×1
测量的信号频率不太高时，多置于×1。
数字示波器在测量之前要调出两条扫描线还是比较简单的，只要按一下“AUTOSET”按键即可，关键是如何根据测量要求设置菜单变量，表2是示波器面板上各个菜单设置情况。
表2Tektronix数字示波器面板各按钮、菜单设置
按键
菜单
可选项
备注
AUTOSET
（自动设置）
使用“自动设置”功能可获得稳定的波形显示效果。
可以设置示波器的灵敏度、时基及触发条件以便获得最佳的信号观察效果
TRIGMENU
（触发菜单）
类型
边沿、视频、脉冲
通常选择“边沿”
信源
CH1、CH2、EXT、EXT/5、市电
根据测量信号处于CH1还是CH2通道来选择触发源，触发源必须和待测通道相同才能有助于波形稳定。
斜率
上升、下降
选择上/下升沿触发是控制示波器在检测到触发源的第一个上/下升延时开始触发
触发方式
自动、正常
通常选择“自动”
耦合
交流、直流、噪音抑制、高频抑制、低频抑制
触发耦合仅影响通过触发系统的信号，它不影响显示屏上所显示信号的带宽或耦合。
触发信号的耦合方式，选择DC是要考虑触发信号的直流电平，AC则不考虑
CH1MENU
耦合
直流、交流、接地
在测量需要考虑直流分量的信号时必须选择DC耦合，如方波、阶梯波等。
反之如果只是测量输入信号的交流值，则可选择AC耦合，如纯正弦波。
调整基准线的时候选择接地。
带宽限制
关40MHz、
开20MHz
可以选用带宽40MHz或20MHz
伏/格
粗调、细调
设置电压灵敏度旋钮调节时是粗调还是细调
探头
1x、10x、100x、1000x
实际测量值是读数除以该探头倍率
反相
开启、关闭
开启时，示波器上显示的波形与实际波形反相
DISPLAY
（显示）
类型
矢量、点
“矢量”设置将填充显示中相邻取样点间的空白，“点”设置只显示取样点。
通常，视频信号设置为“点”，FFT谱设置为“矢量”。
持续
关闭、1秒、2秒、5秒、无限
设定保持每个显示的取样点显示的时间长度。
格式
YT、XY
YT格式显示相对于时间（水平刻度）的垂直电压；XY格式显示每次在通道1和通道2采样的点，通道1的电压确定点的X坐标（水平），而通道2的电压确定Y坐标（垂直）。
对比度增加
使显示变暗，能够更容易地从余辉中辨别通道波形
对比度减小
使显示变亮
CURSOR
（光标）
类型
电压、时间、关闭
按下此按钮可使用光标。
当类型选择“电压”时，电压光标在显示屏上以水平线出现，可测量“信源”所设置的通道波形的垂直参数；当类型选择“时间”时，电压光标在显示屏上以垂直线出现，可测量“信源”所设置的通道波形的水平参数。
信源
CH1、关闭
MEASURE
（测量）
平均值
计算整个记录内的算术平均电压
峰峰值
计算整个波形最大和最小峰值间的绝对差值
均方根值
计算波形第一个完整周期的实际均方根值测定
最大值
检查全部2500个点波形记录并显示最大值
最小值
检查全部2500个点波形记录并显示最小值
上升时间
测定波形第一个上升边沿的10%和90%间的时间
下降时间
测定波形第一个下降边沿的90%和10%电平之间的时间。
正脉冲宽
测定波形第一个上升边沿和邻近的下降边沿50%电平之间的时间
负脉冲宽
测定波形第一个下降边沿和邻近的上升边沿50%电平之间的时间
ACQUIRE（采集）
采样
用于采集和精确显示多数波形；这是默认模式
蜂值检测
用于检测毛刺并减少假波现象的可能性
平均值
用于减少信号显示中的随机或不相关的噪声。
平均值的数目是可选的。
平均值次数
4、16、64、128
选择平均值的数目。
DEFAULTSETUP
可以取消上述的预设设置
2、机内标准信号测量
将机内的标准方波信号输入到CH1通道，用示波器测量这个信号，将波形画在坐标纸上，测量数据记录到表3中并分析讨论（峰峰值和周期要按所列格式记录）。
用数字示波器测量电压峰峰值、高电平、低电平、周期时必须用三种方法：
第一种方法是直接使用面板上的“MEASURE”按钮，然后在显示屏上读数；第二种方法是先读出波形垂直所占格数或水平所占格数，然后用“格数×倍率（V/DIV，S/DIV）”方式计算相应电压或时间；第三种方法是用游标来测量。
如果是模拟示波器，只用第二种方法即可。
表3机内标准信号的测量
测量
方法
示波器标注
示波器实测
峰峰值
频率
峰峰值
低电平
电压
高电平
电压
周期
频率
实验技巧：
1）用“格数×倍率（V/DIV，S/DIV）”方式测量信号高、低电平时的步骤：
输入信号从某个通道输入后，首先将该通道的耦合方式拨到GND位置，在屏幕上会显示一条扫描基线，该扫描基线代表0V电压的位置，调节上下位移旋钮使基线固定于某个标尺上，记住该位置。
然后将耦合方式调节到DC耦合，屏幕上显示脉冲信号，参考标尺读出高、低电平等电压值。
注意耦合方式由GND调至DC后，上下位移旋钮不可再调。
2）用数字示波器测量电压时，注意面板上探头设置的倍率，实际测量值是读数除以探头倍率。
3）探头检测
示波器的探头线接入波形以后，一般要将示波器面板上的部分旋钮作相应调整，比如根据被测信号电压大小调节CH1、CH2电压灵敏度旋钮，根据被测信号频率大小调节扫描速率等等。
但如果出现的仍然是扫描线，最常见的是示波器的探头和连接电缆损坏，此时应首先检查探头。
探头故障绝大部分出现在学生使用中操作不当造成地线接触不良或断开。
测量一根探头是否已经损坏可按以下步骤进行：
1示波器按上述方法做好测试前准备，其中输入耦合选择AC或DC，灵敏度旋钮设置到最小档；
2用手指接触探头的尖端，如果有杂波出现则探头的信号线连接正常，如果显示的仍然是一条直线的话，则说明信号线可能开路了；
3如果2正常，再将探头的信号线和地线短接，再用手指接触探头的尖端，如果示波器上显示的是一条水平线，说明探头的地线正常，反之如果有很多杂波出现，说明探头的地线可能开路了
4
实验结果分析讨论要点：
1、在这个实验中我们显然需要选择DC输入耦合方式，那么为什么不能选择AC输入耦合方式呢，如果选择了AC输入耦合方式，测得的波形、峰峰值、低电平电压、高电平电压各会有什么变化呢？
2、以YB4320示波器为例，该示波器提供的标准信号是
的方波。
假设示波器的读数误差为±0.1格，试计算示波器灵敏度分别选择1V、0.5V、0.2V、0.1V时的相对误差分别为多少。
并分析自己在上面的测试中选择的灵敏度是否合适。
3、同样假设示波器的读数误差为±0.1格，试计算示波器扫描速率取2ms、1ms、0.5ms、0.2ms和0.1ms时测量的相对误差是多少，并分析自己在上面的测试中选择的扫描速率是否合适。
4、请总结一下示波器测量标准信号的基本步骤和必须注意的要点。
有时探头和电缆本身是好的，但是电缆和示波器的连接处接触不良，可以试着用手扶着连接处，重复上述测试。
3、TTL脉冲信号测量
1）从函数发生器的TTL输出口接出一个TTL脉冲信号到示波器的输入端，示波器探头的衰减为“×1”。
根据表4的要求完成实验，并在坐标纸上记录每个实验的波形，测量结果记录在表4中；
2）将示波器的探头的衰减变为“×10”，重复1）的实验
表4TTL脉冲信号测量
信号源
示波器
探头
示波器测量结果
频率（Hz）
占空比（%）
衰减
峰峰值
高电平电压
低电平电压
周期
频率
50
“×1”
“×10”
50
“×1”
“×10”
频率
占空比
衰减
正脉宽
负脉宽
占空比（%）
上升时间
下降时间
50
“×1”
“×10”
50
“×1”
“×10”
注意：
1对于无法直接显示占空比值的信号源，可以对照示波器显示的波形来调整输出占空比。
2在这个实验里所用的示波器探头一定是厂家推荐的配套探头。
3如果发现比较明显的阻尼振荡现象，一般是由于电缆总长太长造成的，可以不用信号源输出电缆，而将示波器的探头尖端直接接入信号的输出端口进行测量来减少阻尼振荡。
实验技巧：
脉冲上升时间测量也是一个常用的测量，因此很多示波器除了在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线标尺外，还有标明0％和100％的特别线，如图1（a）所示。
这些特别的线和标明10％和90％的标尺配合使用可以很方便的进行上升时间的测量。
具体方法，使用上下位移旋钮和垂直微调旋钮将被测信号的顶部和底部分别调至和标有0％和100％的线对齐。
然后找出信号和标尺上标有10％和90％的两条线的交点。
这样，上升时间就可以从这两个交点沿X轴方向的时间间隔读出来。
此时我们还可以利用中间一条水平标尺和信号上升沿和下降沿的两个交点来测量正脉宽和负脉宽，如图1（b）所示。
（a）上升时间测量（b）脉宽测量
图1示波器测量脉冲信号
注意：
对于模拟示波器，这里可以调节垂直微调旋钮，主要是由于我们测的是时间参数，如果测的是幅度参数的话，垂直微调旋钮必须打在“校准”的位置；对于数字示波器，垂直微调旋扭不存在“未校准”位置。
由于大部分脉冲信号的上升时间都很小，在实际测量中往往把扫描速率调到最小，整个上升沿在水平方向仍然只占据很少的格数。
但为了提高测量精度，我们又希望待测的上升沿占据尽量多的格数。
此时就可以用到水平扩展×5按钮。
将此按钮按下后，时基放大功能将X轴偏转扫描放大5倍。
这样在屏幕上看到的等效时基扫描速率也变快5倍。
一台未经时基放大的时扫描速度为20ns/格的示波器经时基放大后可以以4ns/格的速度扫描。
和简单的直接选择更快的时基速度相比，这种方法的好处是能够在保持原信号不变的情况下更加详细的观察信号的细节。
但要注意使用扩展功能测的数值要除以5才是真正的结果。
4、正弦波的测试
将函数发生器产生频率为1KHz（由LED屏幕指示），有效值为2V（用交流毫伏表测量）的正弦波。
再用示波器显示该正弦交流电压波形，测出其周期、频率、峰峰值和有效值。
数据填入表5中：
表5
使用仪器
正弦波
周期
频率
峰峰值
有效值
函数发生器
1KHz
交流毫伏表
2V
示波器
实验技巧：
先将函数发生器、交流毫伏表与示波器相连，并将函数发生器的波形输出调为正弦波，频率设置为1KHz；然后调节示波器，显示该正弦波；在波形正确的情况下调节函数发生器的输出电压，使得交流毫伏表的读数为2V；最后再在示波器上读出正弦波的周期、峰峰值，填入表中。
思考：
用示波器观测正弦波形时，已知示波器良好，测试电路正常，当荧光屏上出现如下图所示波形时，试分析每种波形产生的原因，如何调整示波器的相关旋钮，才能正常测量。
5、叠加在直流上的正弦波的测试
调节函数发生器，产生一叠加在直流电压上的正弦波。
由示波器显示该信号波形，并测出其直流分量为1V，交流分量峰峰值为5V，周期为1ms，如图2所示。
再用万用表（直流电压档）交流毫伏表分别测出该信号的直流分量电压值和交流电压有效值，用函数发生器测出（显示）该信号的频率。
数据填入表6中。
图2叠加在直流上的正弦波
表6实验内容5数据表格
使用仪器
直流分量
交流分量
峰峰值
有效值
周期
频率
示波器
1V
5V
1ms
万用表
交流毫伏表
函数发生器
6、几种周期性信号的幅值、有效值及频率的测量
调节函数发生器，使它的输出信号波形分别为正弦波、方波和三角波，信号的频率为2KHz（由函数发生器频率指示），信号的大小由交流毫伏表测量为1V。
用示波器显示波形，且测量其周期和峰值，计算出频率和有效值，数据填入表7中。
表7典型信号的测量
信号波形
函数发生器频率指示（KHz）
交流毫伏表指示（V）
示波器测量值
计算值
周期
峰值
频率
有效值
正弦波
2
1
方波
2
1
三角波
2
1
注意：
更换波形时，需重新调节函数发生器的输出电压，保证交流毫伏表的读数为1V。
7、电阻的测量
表8电阻的测量
标称阻值
色环
测量值
误差
用万用表的欧姆档来直接测量电阻阻值并和色标电阻标称值相比较，结果填入表8中。
实验技巧：
测量时被测电阻不能带电；使用模拟万用表时，倍率的选择要使指针偏转到容易读数的中段，每次测量时都要先调零；与模拟万用表不同，数字万用表的电阻档，其面板上标注的是量程（即最大可测量范围），使用前选择好量程即可，不需要进行调零。
对于大阻值电阻，不能用手捏着电阻引出线来测量；对于小阻值电阻，要将引线刮干净，保证表笔与电阻引出线的良好接触。
思考：
对于模拟万用表，如果红黑表笔短接时，不能调至0，为何原因？
如何解决？
8、检查电容器的极性和质量
用万用表判定电解电容器的极性：
第一次测量时，将万用表拨到欧姆挡（R×1K），然后测量并记录电容器的漏电阻；第二次测量时，交换表笔，再次测量并记录电容器的漏电阻，根据测量结果判断电容器引脚的正负极性。
结果填入表9中
表9电容的测量
标称容量
漏电阻
极性判断
第一次测量
第二次测量
33uF
100uF
实验技巧：
此方法仅适用于模拟万用表，在交换表笔进行第二次测量时，应先将电容短路一下，防止表针打表。
对于刚使用不久的电解电容器进行测量时，先把电容两极短路一下然后再测，防止电容器内积存的电荷经万用表放电，烧坏表头。
9、相位差的测量
按图3接线，函数发生器输出正弦波频率为2KHz，有效值为2V（由交流毫伏表测出）。
利用示波器的工作方式CH1+（-CH2）来测量电阻两端的电压峰峰值VRP-P，用双踪法测量u与uc间的相位差
。
思考：
（1）该题中能否用示波器直接观察电阻两端的电压？
（2）如何用示波器观察CH1+（-CH2）的波形？
此时对CH1、CH2两个通道的电压灵敏度旋钮的位置有什么要求？
图3RC串联电路
10、用示波器测量图4所示的半波整流电路的纹波电压U0。
图4半波整流电路测量纹波电压
思考：
查阅资料，理解纹波的概念。
11、直流分压电路测量
1）利用理论课学习的知识，用万用表欧姆档测量一个标称阻值为1KΩ的电位器的滑动头与两固定端之间的电阻，调节滑动头，检查电位器的质量。
图5直流分压电路
2）将820Ω电阻和1KΩ的电位器连接成如图5所示的直流分压电路，调节电位器的滑动端，使得A端电压为5V（用万用表直流电压档），按表10中的要求用示波器测量这个信号的电压，记录测量结果并分析讨论。
表10直流电压的测量
序号
示波器
万用表
测量值
输入耦合
电压灵敏度
灵敏度微调
电压读数
1
DC
1V/div
校准
2
AC
1V/div
校准
3
DC
5V/div
校准
4
DC
1V/div
未校准
注意：
如果使用的是数字示波器，则表格中4不做。
实验结果分析讨论要点：
1、比较1和2测量结果的差别，判断哪个结果是正确的并分析原因
2、比较1和3在电压灵敏度设置上的差别，计算比较哪个的测量精度更高
3、比较1和4测量结果的差别，判断哪个结果是正确的，并分析原因
4、根据实验总结用示波器测量直流电压的基本步骤和注意点
12、面包板的测量
查阅资料，了解面板的作用及结构。
用万用表的欧姆档测试“电子技术/ISP综合实验箱”的面包板内部的连通情况以及面包板与外部端口的连通情况，并描述面包板的使用方法。
13、正负电源的接法
将稳压电源输出接为如图6所示的正负电源形式，输出直流电压±12V。
图6正负电源接线图
14、直流电路的测试：
1在RC电路板上选择元器件，按图7接线，用万用表测量各电阻两端电压和各支路电流，填入表12中第一行；
图7直流电路的测试
2判断二极管的极性
用模拟万用表判定二极管的极性：
第一次测量时，将万用表拨到欧姆挡（R×100或R×1K），把二极管IN4001的两个管脚分别接到万用表的两根测试笔上，记录二极管的电阻；第二次测量时，交换表笔，再次测量并记录二极管的电阻，填入表11中。
根据测量结果判断二极管的正负极性。
表11二极管的测量
二极管
电阻值
极性判断
第一次测量
第二次测量
IN4001
分析数字万用表，并使用数字万用表对二极管进行测量，总结测量方法
3用二极管IN4001替换图中的1KΩ电阻（二极管正极接至A点），重复内容①，填入表12中第二行；
表12
测量电量
U1
U2
U3
I1
I2
I3
内容①
内容③
实验技巧：
1）用万用表的欧姆档判断电路中电阻的好坏时，必须先将待测电阻从电路中断开，然后再测量。
2）用万用表测量电压之前必须查看万用表的量程是否放置在直流电压挡，表笔插在“V”插孔，选择“DC”，千万不能放置在电流档，否则会损坏万用表。
3）用万用表直流电流档测电流时，必须先将电源关闭，然后把待测支路断开，将万用表串接到待测支路中，最后再打开电源进行实验。
4）用万用表测电压、电流时注意正负极性。
思考：
1、根据②③的测量结果说明二极管的特性。
2、根据①的测量结果，进行分析并得出结论。
5）实验室的万用表测量电阻时用AutoRange。
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