电路与模拟电子技术实验指导书.docx

电路与模拟电子技术实验指导书.docx

《电路与模拟电子技术实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路与模拟电子技术实验指导书.docx（47页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电路与模拟电子技术实验指导书

电路与模拟电子技术实验指导书（三）

（计科1093、1094班使用）

三、常用电子仪器的使用

一、实验目的

（1）、了解双踪示波器，低频信号发生器，稳压电源，晶体管毫伏表的原理和主要技术指标。

（2）、掌握用双踪示波器测量信号幅度，频率，相位和脉冲信号的有关参数。

（3）、掌握晶体管毫伏表的正确使用方法。

二、实验器材

双踪示波器　　　　　　　1台

函数信号发生器　　　　　　　1台

双路稳压电源1台

晶体管毫伏表　　　　　　　　1只

数字式万用表　　　　　1只

三、实验器材介绍

1、直流稳压电源：

（1）、KX3053C电源介绍：

KX3053C电源取消了稳压电源传统使用的工频电源变压器，改用性能优越，价格昂贵的开关电源，KX3053C电源具有以下的显著优点：

1）、宽电压，低功耗：

首先采用150W／36V的开关电源实现高效率的AC-DC转换，然后使用大功率DC-DC转换模块对后级稳压器输出电压进行跟踪，使末级线性电子稳压器始终工作在低压差状态，有效的降低了整机功耗。

在交流电源电压AC160—240V范围内，可绝对保证额定电压，电流的足额输出。

2）、优秀的稳压电路：

[1]、内阻：

电源动态内阻＜20mΩ（输出5V以下时动态内阻不大于2mΩ），在电源完全短路的情况下，也可做到0V额定电流输出。

在额定电压范围内完全加载，完全卸载，输出电压的变化绝对小于0.02V。

[2]、0V起调：

由于采用辅助电源，可确保电源电压调整至0V。

[3]、输出调整：

采用粗调，细调各两只电位器对输出电压，恒流电流进行精细调整。

[4]、波纹系数：

空载／额定负载≤2mV。

3）、恒流输出及短路保护：

输出电流可在0.1A至3A范围内利用电位器，LED显示进行数字化设定，直观，方便，实用。

[1]、恒流输出：

使娇贵的电子产品，手机维修变得更加便捷，安全，可靠。

在维修开始前，只需要将恒流源设定在需要控制的数值之内，既竖起了一堵安全的防火墙。

[2]、短路保护：

在使用中，不小心造成电源短路的情况时常发生。

本电源可确保在去除短路故障原因后，电源可立即恢复正常工作，无需重启电源。

即便短路多次，长时间发生，电源也可立即恢复正常工作。

[3]、电池充电：

可对锂电池进行高质量的恒流，恒压充电，在充电的初期，电源以恒流的方式大电流对电池快速充电，在充电即将完成的时候，转入恒压涓流充电，电池充满自停，安全可靠。

[4]、高精度显示：

由单片机，A／D转换电路控制的电压／电流各三位LED红色数字显示，数值准确，显示清晰，直观可靠。

（2）、直流稳压电源性能参数：

1）、输出电压U0和输出电压调节范围；

2）、最大负载电流I0m

　　3）、输出电阻R0

　　输出电阻R0定义为：

当输入电压UI（指稳压电路输入电压）保持不变，由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比，即

　4）、稳压系数S（电压调整率）

稳压系数定义为：

当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比，即

由于工程上常把电网电压波动±10％做为极限条件，因此也有将此时输出电压的相对变化△U0／U0做为衡量指标，称为电压调整率。

　5）、纹波电压

输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值（或峰值）。

（3）、晶体管直流稳压电源的使用

1）、了解直流稳压电源面板上各旋钮开关的作用，并将其置于正常位置。

2）、将220V工作电源接至仪器，合上面板上的电源开关。

3）、调节电压输出，用直流电压表进行测量，检查晶体管直流稳压电源输出电压是否正常。

4）、使用完毕，将其面板上各旋钮、开关的位置复原，最后切断电源开关。

（4）、注意事项：

1）、避免输出端出现短路

2）、确保输出电压和极性与要求一致。

2、函数信号发生器

（1）、FG200/FG300系列函数信号发生器的介绍：

生成频率：

1μHz至15MHz（正弦波和方波）

1μHz至200kHz（三角波,脉冲波和任意波）

2个独立通道（FG220/FG320）

多道扫描功能和调制功能

带大开面液晶显示和触摸屏幕的直观操作

FG200/FG300技术规格

信号输出数：

1个（FG210或FG310）

2个（FG220或FG320）

输出波形：

正弦波,矩形波（占空比固定为50%）,三角波（对称性可变）,

脉冲波（占空比可变）,任意波（FG310/FG320）

工作方式：

连续的，触发或门脉冲选通振荡，DC输出

振荡频率范围

正弦波和矩形波：

1μHz-15MHz

三角波和脉冲波：

1μHz-200kHz

任意波：

1μHz-200kHz

频率分辨率：

1μHz或最好9数位

最高输出电压：

±10V

输出阻抗：

50Ω±1%

扫描类型：

线性，对数，线性阶跃，对数阶跃和任意型式（FG310/FG320）

待扫描项目：

频率，振幅，偏移相位，占空比，频率和幅度

调制功能：

调幅AM，双边带调幅DSB-AM,调频FM，调相，偏移调制，或脉宽调制PWM

外型尺寸：

约213（宽）×132（高）×350（深）mm　　

重量:

约5公斤

（2）、使用方法：

1）、将函数信号发生器接入交流220V，50Hz电源，按下电源开关，指示灯亮。

2）、按下所需波形的选择功能开关。

3）、在需要输出脉冲波时，拉出占空比调节开关，调节占空比可获得稳定清晰波形。

此时频率为原来的1/10，正弦和三角波状态时按入占空比开关旋钮。

4）、当需要小信号输出时，按入衰减器。

5）、调节幅度旋钮至需要的输出幅度。

6）、当需要直流电平时拉出直流偏移调节旋钮，调节直流电平偏移至需要设置的电平值，其它状态时按入直流偏移调节旋钮，直流电平将为零。

（3）、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）、不得将>10V（DC或AC）的电压加至输出端。

3、晶体管毫伏表

交流毫伏表用来测量正弦交流电压，电表指针指示的为正弦电压有效值。

注意：

毫伏表接于被测信号时，应先接“接地”端，然后再接“非接地”端，测量结束时，应按相反顺序取下。

不测时，应将两输入短接或置于1V以上的量程。

（1）、技术特性介绍

1）、测量电压范围：

100μV～300V。

2）、测量为：

1、3、10、30、100、300mV、1、3、10、30、300V共十一档。

3）、测量电平范围：

－72dB～＋32dB（阻抗600Ω）

4）、被测电压频率范围：

20Hz～1MHz

5）、固有误差：

＜±3％（基准频率1kHz）

6）、频率影响误差：

100Hz～100kHz＜±3％；20Hz～1MHz＜±5％

7）、工作误差极限：

＜±8％

8）、输入阻抗：

1kHz时，输入电阻大于1MΩ；输入电容在1mV～0.3V各档约为70PF，1V～300V各档约为50PF。

（2）、面板及操作说明

1）、表盘及指针

指示所测交流电压有效值

2）、电源开关

3）、电源指示灯

拨动电源开关2，电源指示灯亮。

4）、量程档位开关

用于选择不同的测量量程。

5）、输入端

输入待测信号

6）、校正调零

用于交流毫伏表的调零

（3）、使用方法

1）、准备

将交流毫伏表垂直放置（面板与台面垂直），接通电源，输入线短接，指针摆动数次至稳定后，调节校正调零旋钮，使指针停在“0”位置，即可进行测量。

2）、根据信号幅度大小转动量程开关，选择合适的测量量程。

然后输入被测信号，从表盘读数。

（4）、注意事项

1）、尽量避免输入过载，否则容易损坏毫伏表。

2）、所测交流电压中所含的直流分量不得大于300V。

3.

3）、由于仪表灵敏度较高，使用时必须正确选择地点，以免造成测试错误。

3、示波器的使用

（1）、示波器介绍：

通过示波器可以直观地观察被测电路的波形，包括形状、幅度、频率（周期）、相位，还可以对两个波形进行比较，从而迅速、准确地找到故障原因。

要求正确、熟练地使用示波器。

　　虽然示波器的牌号、型号、品种繁多，但其基本组成和功能却大同小异，本文介绍通用示波器的使用方法。

1）、面板装置

　　SR-8型双踪示波器的面板图如图5-12所示。

其面板装置按其位置和功能通常可划分为3大部分：

显示、垂直（Y轴）、水平（X轴）。

现分别介绍这3个部分控制装置的作用。

[1]、显示部分主要控制件为：

　　1]、电源开关。

　　2]、电源指示灯。

　　3]、辉度调整光点亮度。

　　4]、聚焦调整光点或波形清楚度。

　　5]、辅助聚焦配合“聚焦”旋钮调节清楚度。

　　6]、标尺亮度调节坐标片上刻度线亮度。

　　7]、寻迹当按键向下按时，使偏离荧光屏的光点回到显示区域，而寻到光点位置。

　　8]、标准信号输出1kHz、1V方波校准信号由此引出。

加到Y轴输入端，用以校准Y轴输入灵敏度和X轴扫描速度。

[2]、Y轴插件部分

　　1]、显示方式选择开关用以转换两个Y轴前置放大器YA与YB工作状态的控制件，具有五种不同作用的显示方式：

　　“交替”：

当显示方式开关置于“交替”时，电子开关受扫描信号控制转换，每次扫描都轮流接通YA或YB信号。

当被测信号的频率越高，扫描信号频率也越高。

电

　　子开关转换速率也越快，不会有闪烁现象。

这种工作状态适用于观察两个工作频率较高的信号。

　　“断续”：

当显示方式开关置于“断续”时，电子开关不受扫描信号控制，产生频率固定为200kHz方波信号，使电子开关快速交替接通YA和YB。

由于开关动作频率高于被测信号频率，因此屏幕上显示的两个通道信号波形是断续的。

当被测信号频率较高时，断续现象十分明显，甚至无法观测;当被测信号频率较低时，断续现象被掩盖。

因此，这种工作状态适合于观察两个工作频率较低的信号。

　　“YA”、“YB”：

显示方式开关置于“YA”或者“YB”时，表示示波器处于单通道工作，此时示波器的工作方式相当于单踪示波器，即只能单独显示“YA”或“YB”通道的信号波形。

　　“YAYB”：

显示方式开关置于“YAYB”时，电子开关不工作，YA与YB两路信号均通过放大器和门电路，示波器将显示出两路信号叠加的波形。

　　2]、“DC-⊥-AC”Y轴输入选择开关，用以选择被测信号接至输入端的耦合方式。

置于“DC”是直接耦合，能输入含有直流分量的交流信号;置于“AC”位置，实现交流耦合，只能输入交流分量;置于“⊥”位置时，Y轴输入端接地，这时显示的时基线一般用来作为测试直流电压零电平的参考基准线。

　　3]、“微调V/div”灵敏度选择开关及微调装置。

灵敏度选择开关系套轴结构，黑色旋钮是Y轴灵敏度粗调装置，自10mv/div～20v/div分11档。

红色旋钮为细调装置，顺时针方向增加到满度时为校准位置，可按粗调旋钮所指示的数值，读取被测信号的幅度。

当此旋钮反时针转到满度时，其变化范围应大于2.5倍，连续调节“微调”电位器，可实现各档级之间的灵敏度覆盖，在作定量测量时，此旋钮应置于顺时针满度的“校准”位置。

　　4]、“平衡”当Y轴放大器输入电路出现不平衡时，显示的光点或波形就会随“V/div”开关的“微调”旋转而出现Y轴方向的位移，调节“平衡”电位器能将这种位移减至最小。

　　5]、“↑↓”Y轴位移电位器，用以调节波形的垂直位置。

　　6]、“极性、拉YA”YA通道的极性转换按拉式开关。

拉出时YA通道信号倒相显示，即显示方式（YAYB）时，显示图像为YB-YA。

　　7]、“内触发、拉YB”触发源选择开关。

在按的位置上（常态）扫描触发信号分别取自YA及YB通道的输入信号，适应于单踪或双踪显示，但不能够对双踪波形作时间比较。

当把开关拉出时，扫描的触发信号只取自于YB通道的输入信号，因而它适合于双踪显示时对比两个波形的时间和相位差。

　　8]、Y轴输入插座采用BNC型插座，被测信号由此直接或经探头输入。

[3]、X轴插件部分

　　1]、“t/div”扫描速度选择开关及微调旋钮。

X轴的光点移动速度由其决定，从0.2μs～1s共分21档级。

当该开关“微调”电位器顺时针方向旋转到底并接上开关后，即为“校准”位置，此时“t/div”的指示值，即为扫描速度的实际值。

　　2]、“扩展、拉×10”扫描速度扩展装置。

是按拉式开关，在按的状态作正常使用，拉的位置扫描速度增加10倍。

“t/div”的指示值，也应相应计取。

采用“扩展拉×10”适于观察波形细节。

　　3]、“→←”X轴位置调节旋钮。

系X轴光迹的水平位置调节电位器，是套轴结构。

外圈旋钮为粗调装置，顺时针方向旋转基线右移，反时针方向旋转则基线左移。

置于套轴上的小旋钮为细调装置，适用于经扩展后信号的调节。

　　4]、“外触发、X外接”插座采用BNC型插座。

在使用外触发时，作为连接外触发信号的插座。

也可以作为X轴放大器外接时信号输入插座。

其输入阻抗约为1MΩ。

外接使用时，输入信号的峰值应小于12V。

　　5]、“触发电平”旋钮触发电平调节电位器旋钮。

用于选择输入信号波形的触发点。

具体地说，就是调节开始扫描的时间，决定扫描在触发信号波形的哪一点上被触发。

顺时针方向旋动时，触发点趋向信号波形的正向部分，逆时针方向旋动时，触发点趋向信号波形的负向部分。

　　6]、“稳定性”触发稳定性微调旋钮。

用以改变扫描电路的工作状态，一般应处于待触发状态。

调整方法是将Y轴输入耦合方式选择（AC-地-DC）开关置于地档，将V/div开关置于最高灵敏度的档级，在电平旋钮调离自激状态的情况下，用小螺丝刀将稳定度电位器顺时针方向旋到底，则扫描电路产生自激扫描，此时屏幕上出现扫描线;然后逆时针方向慢慢旋动，使扫描线刚消失。

此时扫描电路即处于待触发状态。

在这种状态下，用示波器进行测量时，只要调节电平旋钮，即能在屏幕上获得稳定的波形，并能随意调节选择屏幕上波形的起始点位置。

少数示波器，当稳定度电位器逆时针方向旋到底时，屏幕上出现扫描线;然后顺时针方向慢慢旋动，使屏幕上扫描线刚消失，此时扫描电路即处于待触发状态。

　　7]、“内、外”触发源选择开关。

置于“内”位置时，扫描触发信号取自Y轴通道的被测信号;置于“外”位置时，触发信号取自“外触发X外接”输入端引入的外触发信号。

　　8]、“AC”“AC（H）”“DC”触发耦合方式开关。

“DC”档，是直流藕合状态，适合于变化缓慢或频率甚低（如低于100Hz）的触发信号。

“AC”档，是交流藕合状态，由于隔断了触发中的直流分量，因此触发性能不受直流分量影响。

“AC（H）”档，是低频抑制的交流耦合状态，在观察包含低频分量的高频复合波时，触发信号通过高通滤波器进行耦合，抑制了低频噪声和低频触发信号（2MHz以下的低频分量），免除因误触发而造成的波形幌动。

　9]、“高频、常态、自动”触发方式开关。

用以选择不同的触发方式，以适应不同的被测信号与测试目的。

“高频”档，频率甚高时（如高于5MHz），且无足够的幅度使触发稳定时，选该档。

此时扫描处于高频触发状态，由示波器自身产生的高频信号（200kHz信号），对被测信号进行同步。

不必经常调整电平旋钮，屏幕上即能显示稳定的波形，操作方便，有利于观察高频信号波形。

“常态”档，采用来自Y轴或外接触发源的输入信号进行触发扫描，是常用的触发扫描方式。

“自动”挡，扫描处于自动状态（与高频触发方式相仿），但不必调整电平旋钮，也能观察到稳定的波形，操作方便，有利于观察较低频率的信号。

　　10]、“、-”触发极性开关。

在“”位置时选用触发信号的上升部分，在“-”位置时选用触发信号的下降部分对扫描电路进行触发。

（2）、示波器使用注意事项

1）、为了仪器操作人员的安全和仪器安全，仪器在安全范围内正常工作，保证测量波形准确、数据可靠、降低外界噪声干扰；通用示波器通过调节亮度和聚焦旋钮使光点直径最小以使波形清晰，减小测试误差;不要使光点停留在一点不动，否则电子束轰击一点宜在荧光屏上形成暗斑，损坏荧光屏。

2）、测量系统-例如示波器、信号源；打印机、计算机等设备等。

被测电子设备-例如仪器、电子部件、电路板、被测设备供电电源等设备接地线必须与公共地（大地）相连。

3）、TDS200/TDS1000/TDS2000系列数字示波器配合探头使用时，只能测量（被测信号-信号地就是大地，信号端输出幅度小于300VCATII）信号的波形。

绝对不能测量市电AC220V或与市电AC220V不能隔离的电子设备的浮地信号。

（热地是不能接大地的，否则造成仪器损坏，如测试电磁炉。

）

4）、通用示波器的外壳，信号输入端BNC插座金属外圈，探头接地线，AC220V电源插座接地线端都是相通的。

如仪器使用时不接大地线，直接用探头对浮地信号测量，则仪器相对大地会产生电位差；电压值等于探头接地线接触被测设备点与大地之间的电位差。

这将对仪器操作人员、示波器、被测电子设备带来严重安全危险。

5）、用户如须要测量开关电源（开关电源初级,控制电路）、UPS（不间断电源）、电子整流器、节能灯、变频器等类型产品或其它与市电AC220V不能隔离的电子设备进行浮地信号测试时，必使用DP100高压隔离差分探头。

6）、热电子仪器一般要避免频繁开机、关机，示波器也是这样.

7）、如果发现波形受外界干扰，可将示波器外壳接地.

8）、“Y输入”的电压不可太高，以免损坏仪器，在最大衰减时也不能超过400V.“Y输入”导线悬空时，受外界电磁干扰出现干扰波形，应避免出现这种现象.

9）、关机前先将辉度调节旋钮沿逆时针方向转到底，使亮度减到最小，然后再断开电源开关.

（3）、数字示波器使用必须注意问题

　　数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点，其使用日益普及。

由于数字示波器与模拟示波器之间存在较大的性能差异，如果使用不当，会产生较大的测量误差，从而影响测试任务。

1）、区分模拟带宽和数字实时带宽

　　带宽是示波器最重要的指标之一。

模拟示波器的带宽是一个固定的值，而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。

数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽，数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关（数字实时带宽=最高数字化速率/K），一般并不作为一项指标直接给出。

从两种带宽的定义可以看出，模拟带宽只适合重复周期信号的测量，而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。

厂家声称示波器的带宽能达到多少兆，实际上指的是模拟带宽，数字实时带宽是要低于这个值的。

例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz，实际上是指其模拟带宽为500MHz，而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。

所以在测量单次信号时，一定要参考数字示波器的数字实时带宽，否则会给测量带来意想不到的误差。

2）、有关采样速率

采样速率也称为数字化速率，是指单位时间内，对模拟输入信号的采样次数，常以MS/s表示。

采样速率是数字示波器的一项重要指标。

[1]、如果采样速率不够，容易出现混迭现象

如果示波器的输人信号为一个100KHz的正弦信号，示波器显示的信号频率却是50KHz，这是怎么回事呢？

这是因为示波器的采样速率太慢，产生了混迭现象。

混迭就是屏幕上显示的波形频率低于信号的实际频率，或者即使示波器上的触发指示灯已经亮了，而显示的波形仍不稳定。

那么，对于一个未知频率的波形，如何判断所显示的波形是否已经产生混迭呢？

可以通过慢慢改变扫速t/div到较快的时基档，看波形的频率参数是否急剧改变，如果是，说明波形混迭已经发生；或者晃动的波形在某个较快的时基档稳定下来，也说明波形混迭已经发生。

根据奈奎斯特定理，采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不会发生混迭，如一个500MHz的信号，至少需要1GS/s的采样速率。

有如下几种方法可以简单地防止混迭发生：

•调整扫速；　　

•采用自动设置（Autoset）；

　　•试着将收集方式切换到包络方式或峰值检测方式，因为包络方式是在多个收集记录中寻找极值，而峰值检测方式则是在单个收集记录中寻找最大最小值，这两种方法都能检测到较快的信号变化。

　　•如果示波器有InstaVu采集方式，可以选用，因为这种方式采集波形速度快，用这种方法显示的波形类似于用模拟示波器显示的波形。

[2]、采样速率与t/div的关系

　　　每台数字示波器的最大采样速率是一个定值。

但是，在任意一个扫描时间t/div，采样速率fs由下式给出：

　　fs=N/（t/div）　N为每格采样点

　　当采样点数N为一定值时，fs与t/div成反比，扫速越大，采样速率越低。

下面是TDS520B的一组扫速与采样速率的数据：

　　表1扫速与采样速率

　　t/div（ns）1252550100200fs（GS/s）502510210.50.25

在模拟示波器中，上升时间是示波器的一项极其重要的指标。

而在数字示波器中，上升时间甚至都不作为指标明确给出。

由于数字示波器测量方法的原因，以致于自动测量出的上升时间不仅与采样点的位置相关，若上升沿恰好落在两采样点中间，这时上升时间为数字化间隔的0.8倍。

若上升沿的中部有一采样点，则同样的波形，上升时间为数字化间隔的1.6倍。

另外，上升时间还与扫速有关，

波形的上升时间是一个定值，而用数字示波器测量出来的结果却因为扫速不同而相差甚远。

模拟示波器的上升时间与扫速无关，而数字示波器的上升时间不仅与扫速有关，还与采样点的位置有关，使用数字示波器时，我们不能象用模拟示波器那样，根据测出的时间来反推出信号的上升时间。

四、常用电子仪器实验内容及步骤

（1）、示波器使用前的检查与校准

　　先将示波器面板上各键置于如下位置：

“显示方式”置“X—Y”；“极性”选择位于“+”；“触发方式”位于“内触发”；“DC，GND，AC”置于“AC”；“高频，常态，自动”开关位于“自动”位置；“微调，V/div”置“校准”和“0.2V/div”档。

然后用同轴电缆将校准信号输出端与CH1通道的输入端相连，开启电源后，示波器屏幕上应显示幅度为1V、周期为1ms的方波。

调节“辉度”“聚焦”和“辅助聚焦”各旋钮使观察到的波形细而清晰，调节亮度旋钮于适中位置。

（2）、交流信号电压幅值的测量

　　使低频信号发生器信号频率为1KHz、信号有效值为5V，适当选择示波器灵敏度选择开关“V/div”的位置（微调置“校准”），使示波器上能观察到完整、稳定的正弦波，则此时表示纵向坐标每格代表的电压伏特数，根据被测波形在纵向高度所占格数便可读出电压的数值，将信号发生器的分贝衰减器置于表3.1中要求的位置，并测出其结果记入下表3.1中。

输出衰减

（db）

0

-20

-40

-60

示波器

v/div位置

峰-峰波形

高度（格）

峰-峰电压（伏）

电压有效值（伏）

（3）、交流信号频率的测量

将示波器的“t/div微调”旋钮置于“校准”，此时，扫描速率开关“t/div”所置刻度值表示屏幕横向坐标每格所表示的时间值。

根据被测信号波形在横向所占的格数直接读出信号的周期，若要测量频率只需将被测的周期求倒数即为频率值。

按表3.2所示频率，由信号发生器输出信