实验一常用电子仪器的使用.docx

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实验一常用电子仪器的使用

实验一常用电子仪器的使用

一、实验目的

1．对本实验室的示波器、稳压电源、函数信号发生器、交流毫伏表、万用表等仪器的使用方法有基本了解，为今后的实验打下基础。

2．学会对有源单口网络等效内阻的测量。

3．利用示波器观察信号波形，测量振幅和周期（频率）。

二、常用电子仪器的介绍

1．直流稳压电源（DCREGULATEDPOWERSUPPLY）

本实验室采用DF1733和DF1731SB2A两种稳压电源。

DF1733是采用三只电源变压器，三路完全独立输出的三路直流稳压电源，三路完全相同，其中一路的原理如图1－1所示。

图1－1DF1733其中一路稳压原理框图

由图1－1可见，直流稳压电源由整流滤波电路、辅助电源基准电压、电压（电流）采样电路、比较放大器、调整电路和保护电路组成。

输入220V的交流电压经过降压变压器分别供给主回路整流器和辅助电源整流器。

主回路变压器的付边有二组抽头，使输出直流电压为0~15V和15~30V两档。

主回路整流滤波电路是由四只二极管构成桥式整流电路，每只二极管的最大电流为3A和一只大电容（2200μF）组成。

辅助电源产生三组电压，一组电压为（+12V）供比较放大器和集成电路的直流电源用。

另两组电压经过温度补偿的基准稳压二极管稳压后，分别提供电压比较放大器的基准电压和过载放大器的基准电压。

电压采样电路将输出电压采样送到电压比较放大器的反相端，基准电压送到电压比较放大器的同相端，经过电压比较放大器（实际上为差动放大器），比较放大去控制调整电路，使输出电压为0~15V和15~30V。

电流采样过载放大器的原理与电压比较放大器相似，区别只在于一旦发生过载，使调整管截止（约为1.5A），输出电流大小变小，保护稳压电源不至因电流过大而烧毁。

这时面板上的发光二极管导通并发光。

调整电路由大功率晶体管和中功率推动管组成。

主要技术参数：

输入电压：

220V±10%

额定输出电压：

DC　0~15V，15~30V二档连续可调

额定输出电流：

0~1A

电源电压调整率：

≤0.1%

负载调整率：

≤0.5%

纹波电压：

≤1mV（rms）

电表精度：

≤±3%

保护方式：

过载或短路，自动保护

使用方法：

DF1733稳压电源使用方法比较简单，先选择好输出电压的范围为0~15V或15~30V，然后开机，调节电压旋钮至需要的值（当需要精度较高时可用数字万用表作监视）。

由于每路电源共用一只电压表和电流表，可以通过电表选择开关，开关打开在U时，电表作电压表指示，打开I时，电表作电流表指示。

当发生输出过载时或短路时，不论是电压或电流，告警指示灯亮（PROECTION），电源自动保护，输出为低电压。

本实验室采用的另一种直流稳压电源为DF1731SB2A。

它与DF1733稳压电源的主要区别是：

（1）二路独立输出0~30V连续可调，最大电流为2A；二路串联输出时，最大电压为60V，最大电流为2A；二路并联输出时，最大电压为30V，最大电流为4A。

另一路为固定输出电压5V，最大电流为2A的直流电源。

（2）主回路变压器的付边无中间抽头，故输出直流电压为0~30V不分档。

（3）独立（INDEP），串联（SERLES），并联（PARALLEL）。

是由一组按

钮开关在不同的组合状态下完成的。

根据两个不同值的电压源不能并联，两个不同值的电流源不能串联的

原则，在电路设计上将两路0~30V直流稳压电源在独立工作时电压（VOLTAGE），电流（CURRENT）独立可调，并由两个电压表和两个电流表分别指示，在用作串联或并联时，两个电源分为主路电源（MASTER）和从路电源（SLAVE）。

使用方法：

（1）双路可调电源独立使用

按钮开关处于INDEP状态（即

位置），将稳流调节旋钮（CURRENT）

顺时针调节到最大，然后打开电源开关，并调节电压调节旋钮（VOLTAGE），使从路和主路输出直流电压至所需要的电压值。

此时稳压状态指示灯（CV）发光。

（2）可调电源作稳流源使用

在打开电源开关后，先将稳压调节旋钮顺时针调节到最大，同时，将

稳流调节旋钮逆时针调节到最小，然后接上所需负载，再顺时针调节稳流调节旋钮，使输出电流至所需要的稳定电流值。

此时稳压状态指示灯（CV）熄灭，稳流状态指示灯（CC）发光。

（3）双路可调电源串联使用

将按钮开关置于SERIES状态（即左

，右

位置）。

调节主路电

源电压调节旋钮，从路的输出电压严格跟踪主路输出电压，使输出电压最高可达两路额定电压之和。

（注意：

在串联联接时，主路和从路的联接片不能与地短路；从路的电流调节旋钮顺时针旋到最大，否则因从路输出电流超过限流保护点，从路输出电压将不再跟踪主路的输出电压。

）

（4）双路可调电源并联使用

将按钮开关置于PARALLEL状态（即左

，右

位置）。

调节主

路电源电压调节旋钮，两路输出电压一样，同时从路稳流指示灯（CC）发光，而从路稳流调节旋钮不起作用。

　　当电源做稳流源使用时，只要调节主路的稳流调节旋钮，此时主、从路的输出电流均受其控制并相同，其输出电流最大可达二路输出电流之和。

2．数字万用表（DIGITALMULTIMETER）

本实验室采用UT56和DT1000两种四位半数字万用表。

可用来测量

直流和交流电压及电流、电阻、电容、二极管、三极管、频率以及电路通断，具有LCD显示，最大显示值为‘19999’，过量程显示‘1’，和读数保持功能。

主要技术参数及使用方法：

（1）电阻测量

量程：

200Ω，2KΩ，20KΩ，200KΩ，2MΩ，20MΩ，200MΩ。

使用时需要注意：

1被测电路不能带电，电容电荷要放尽。

2被测阻值超出量程时或开路时，显示‘1’。

3对于大于1MΩ或更高的电阻，要几秒钟后读数才能稳定，这是正常现象。

4使用200Ω档时，先将表笔短接，显示表笔线的电阻值，实验中应减去这一电阻值，得到的才是实际被测值。

5200MΩ短路时有1000个字，测量时应从读数中减去。

如测量100MΩ电阻时，显示为110.00，1000个字应被减去（即110.00-10.00=100.00MΩ）。

（2）直流电压测量

量程：

200mV，2V，20V，200V，1000V。

输入阻抗：

所有量程为10MΩ。

使用时需要注意：

1测试表笔并接到待测电路上，红表笔所接端子的极性将同时显示。

2如果显示器只显示‘1’，表示过量程。

3输入电压高于1000V时，显示电压值是可能的，但有可能损坏仪表。

（3）交流电压测量

量程：

2V，20V，200V，750V。

输入阻抗：

所有量程为2MΩ。

使用时需要注意：

1测试表笔并接到待测电路上。

2如果显示只显示‘1’，表示过量程。

3输入电压高于750V时，显示电压值是可能的，但有可能损坏仪表。

（4）直流电流测量

量程：

20mA，200mA，20A。

测量电压降：

满量程为200mV。

过载保护：

200mA以下为0.3A/250V保险丝保护，20A无保险丝保护。

（5）交流电流测量

量程：

2mA，20mA，200mA，20A。

测量电压降和过载保护与直流电流测量相同。

因为在实验室中我们不提倡学生使用电流表，但需要测量电流时，我们都是将电流转换为电压，测出电压值后，然后计算出电流，所以直流、交流电流的测量方法不再介绍。

（6）二极管和蜂鸣连续性测量

量程：

置于二极管

时，显示二极管正向电压值，单位为伏，此时，正向直流电流约为1mA，反向直流电压约为3.0V。

量程：

置于蜂鸣

时，电阻≤50Ω时，机内蜂鸣器响，显示电阻近似值，单位为千欧。

（7）频率测量

量程：

20KHz

输入灵敏度：

≤200mVrms

测量范围：

≤30Vrms

使用时需要注意：

1将功能开关置于KHz量程，将测试表笔并接到被测频率源上，可直接从显示屏上读取频率值。

2被测值超过30Vrms时，不能保证测量精度，并应注意安全，因为此时电压已属危险带电范围。

（8）晶体管hFE测量

量程：

可测NPN型或PNP型晶体管hFE。

显示范围：

0~1000β

此时，基极电流约为10μA，Uce约为3.0V

（9）电容测量

量程：

2nF，20nF，200nF，2μF，20μF（1nF=10-3μF）。

测试信号为：

约400Hz，40mVrms

使用时需要注意：

1测量大电容时，要先放电，然后进行测试，以防损坏仪器或引起测量误差。

2将待测电容插入电容测试座中，待稳定后，直接从显示屏上读取读数。

3．交流毫伏表（AVMILIVOLTMETER）

本实验室采用DF2173B毫伏表。

具有测量精度高，输入阻抗高，通频带范围宽的特点，且有监视输出功能，可作放大器使用。

毫伏表的原理框图如图1－2所示。

当输入电压过大时，输入保护电路工作，有效的保护场效应管。

衰减器用来控制各档衰减的开通，使仪器在各量程档均能高精度地工作。

监视输出功能可使本仪器当在放大器使用。

直流电压由集成稳压器产生，供给放大器直流电源。

图1－2毫伏表的原理框图

主要技术参数：

电压测量范围：

100μV~300V

电压刻度：

1，3，10，100，300mV，1，3，10，30，100，300V

dB刻度：

-60~+50dB

频率响应：

100Hz~100KHz±5%

10Hz~1MHz±8%

输入阻抗：

1MΩ//45PF

电源：

　　220V±10%，50±2Hz

使用方法：

（2）机械调零。

在通电前，先调整电表指示的机械零位。

（3）接通电源。

按下电源开关，发光二极管灯亮，仪器立刻工作，为保证性能稳定，可预热10分钟后使用。

（4）将量程开关置于适当量程，再加入测量信号。

若测量电压未知，应将量程开关置于最大档，然后逐渐减小量程。

（5）当输入电压在任何一个量程档指示为满度时，监视输出端的输出电压均为0.1Vrms（rms/root—mean—square/均方根值）。

（6）毫伏表是按正弦电压有效值刻度的，如果被测信号不是正弦波，则会引起很大误差。

（7）毫伏表输入端开路时，由于外界感应信号的影响，指针可能超量程偏转。

为了避免指针碰弯，不测量时，量程应选在较大位量。

4．函数信号发生器（FUNCTIONGENERATOR）

本实验室采用DF1641D和EE1641D函数信号发生器。

能直接产生正

弦波，三角波，方波，锯齿波和脉冲波，且具有VCF输入控制功能。

TTL/CMOS与OUTPUT同步输出。

直流电平可连续调节，频率计可作内部频率显示，也可作外测频率，电压用LED显示。

函数信号发生器工作时，由V/I电压－电流变换器产生

的二个恒流源。

恒流源对时基电容C进行充电和放电，电容的充电和放电使电容上的电压随时间分别呈线性上升和线性下降，因而在电容两端得到三角波电压。

三角波电压经方波形成电路得到方波电压。

三角波电压经正弦波形成电路得到正弦波电压，最后经过功率放大输出。

主要技术参数：

频率范围：

0.1Hz~2MHz分七档

波形：

正弦波，三角波，方波，正向或负向脉冲波，正向或负向锯齿波

TTL输出脉冲波：

低电平≤0.4V，高电平≥3.5V

CMOS输出脉冲波：

低电平≤0.5V，高电平5~14V连续可调

输出阻抗：

　　　　50Ω±10%

输出幅度：

　　　　≥20UP-P（空载）

输出衰减：

　　　　20dB，40dB

直流偏置：

　　　　0~±10V连续可调

VCF输入：

　　　　DC~1KHz，0~5V

频率计：

　　　　1Hz~10MHz，灵敏度100mVrms，

最大15V（AC+DC）

电源：

　　　　　　220±10%，50±2Hz

函数信号发生器的原理框图如图1－3所示。

DF1641D函数信号发生器使用并不复杂，主要问题是面板上的一些符号，初学者不易识别，造成使用困难，为此作如下介绍：

电源开关键/POWER，按下电源接通（ON），弹起关断电源（OFF）

量程选择键/RANGE（Hz），有七个键，即2，20，200，2K，20K，200K，2M

功能键/FUNCTION，有三个键，即方波

（占空比为50%）三角波

（正、负斜率相等）和正弦波

。

频率调节旋钮/FREQUENCY,与量程选择键配合使用，如果量程键按下2KHz，改变频率调节可获得0.2KHz~2KHz范围内的任一频率信号，其余依次类推。

输出/OUTPUT，为被测电路提供信号，输出阻抗约50Ω。

输出幅度调节旋钮/AMPLITUDE，用于调节输出信号的幅度大小，

。

上述一些键和旋钮是经常使用的，为获得一些特殊场合所需要的电信号，还有如下几个旋钮：

拉出输出信号倒相旋钮/PULLTOINV，与输出幅度调节旋钮在一起，拉出时使输出信号倒相（相位差为1800），按下输出信号不倒相。

输出衰减键/ATTENUATOR，按下20dB键，使输出相对衰减10倍，按下40dB键，使输出相对衰减100倍。

拉出可改变斜率/脉冲旋钮/PULLTOVARRAMP/PULSE，其功能是如果按下功能键中的三角波键

，按下斜率/脉冲旋钮，这时输出为正、负斜率相等的三角波，此时若拉出该旋钮并旋转时，则可获得正、负斜率不等的锯齿波。

如果按下功能键的方波键

，按下斜率/脉冲旋钮，这时输出为占空比50%的方波，此时若拉出该旋钮，并旋转，则可获得占空比为5%~95%的脉冲波。

拉出可改变直流偏置旋钮/TULLTOVARDCOFFSET，其功能是不拉出时，由前述方法中获得的正弦波，方波，三角波，脉冲波或锯齿波，其直流分量均为零。

拉出该旋钮并旋转，则可以在输出信号获得-10V~10V的直流分量。

TTL/CMOS输出端口，该端口专门为晶体管逻辑电路（TTL）设置。

TTL/CMOS调节旋钮，其功能是拉出可得TTL脉冲波，按下为CMOS脉冲波，且其幅度可调。

电压控制端口/VCF，因为该函数信号发生器产生的各种波形不是采用RC或LC振荡器的原理，而是采用电压控制振荡频率的原理，因此可以采用外加电压控制来获得所需要频率的各种波形。

计数器作频率计使用键/COUNTEREXT–20dB，在仪器的背后，

将外部测试信号输入，按下EXT健，即将内部信号断开，用于测量外部信号频率。

-20dB按下键，使信号衰减10倍。

5．示波器（OSCILLOSCOPE）

示波器是一种能在示波管屏幕上显示出电信号变化曲线的仪器，它不

但能象电压表，电流表那样读出被测信号的幅度（注意：

电压表，电流表如无特殊说明，读出的数值为有效值），还能象频率计，相位计那样测试信号的周期（频率）和相位，而且还能用来观察信号的失真，脉冲波形的各种参数等。

本实验室采用的示波器有三种型号，即V－252，YB4320G和DF4320。

这三种示波器均为双踪示波器，可同时测试两路从直流（DC）到交流（AC）20MHz的电信号。

灵敏度为1mV/DIV。

由于型号不同，面板结构不同，各种旋钮（或按键）功能有的用中文表示，有的用英文表示，但其基本组成部分都有：

电源系统，垂直系统（Y轴），水平系统（X轴）和触发系统（TRIGGER），这四部分组成。

其结构框图如图1－4所示。

图1－4示波器结构框图

为了有的放矢使用有关的功能开关，并对一些中文或英文述语有所了解，下面结合结构框图1－4简要介绍其工作原理。

（1）示波管

示波管是进行电－光转换的器件，把被测的电信号转换为光信号，在

示波管的荧光屏上显示出来。

示波管由三大部分组成。

电子枪，用于产生纤细而高速的电子束，由辉度（INTEN）和聚焦（FOCUS）旋钮控制；偏转系统，使电子束随X轴或Y轴的信号而偏转，由移位旋钮（POSTTION）和衰减器旋钮（VOLTS/DIV）控制；显示屏，即荧光屏，在高速电子束轰击下发光，显示出图形。

（2）Y轴放大器（垂直系统）/（VERTICAL）

Y轴放大器或垂直通道（简称Y通道）。

被测试信号经过探头（又称探极）

与示波器连接，探头实际上是一个脉冲分压器，具有-20dB（即10∶1）的衰减，保证不失真地把被测信号传输到示波器内部。

（因为探头极易损坏，实验室中不用-20dB的衰减）。

经过探头后的信号由交流AC（电容耦合）－地（GND）－直流DC（直接耦合）健（或按钮）的位置决定进入到示波器内的衰减信号。

衰减器的基本作用是把很大的幅度变化范围（1mV~50V）缩窄，以利于Y通道放大器的正常工作，衰减器在面板上，用VOLT/DIV表示（DIV=0.8cm），调节衰减量，即改变示波器的Y轴偏转灵敏度（或偏转因子）。

测试时，用衰减器开关指示的数值，乘以垂直方向信号所占的格数，即为被测信号的幅度。

（这时，微调旋钮VAR/VARIATION不能打开，应在校正位置）。

经过衰减器后的信号到达Y轴放大器。

Y轴放大器实际上是平衡式直流放大器，要求具有低噪声、宽频带、高增益。

在面板上没有几个旋钮。

一个是Y轴增益微调旋钮，即VAR，是改变放大器的增益，使屏幕上波形幅度得到连续的调节，但这时不能按偏转因子来读数，因为Y轴增益已离开了校正点。

还有一个是Y轴移位（POSITION），调节它能使波形上下移动，以便观察和读数。

再一个是“极性”选择按钮（或拉出、按下旋钮）和稳定调节旋钮（LEVEL）。

“极性”选择容易理解，是将信号反相或不反相。

LEVEL旋钮的功能比较难于理解，这里作简要说明：

因为示波器具有触发扫描功能，即由被测信号（或电源，或外接）来触发X轴扫描。

但X通道从接受触发信号到开始扫描（产生锯齿波），要有一段延迟，即扫描电压的产生要滞后一段时间，使被测信号与扫描信号不易同步，所以在Y通道加入延时电路，即稳定调节旋钮（LEVEL），实质是调节延时，或称调节稳定。

经过延迟的被测信号放大到足够的幅度，以便推动示波管的垂直偏转板，使电子束在垂直方向能满偏转。

下面简要说明双踪显示原理。

为了同时显示两个被测试信号，在Y通道中加入通道转换器，实际上是电子开关，按照时间分隔原理构成双踪示波器。

电子开关在面板上是由方式选择MODE开关（或按钮）控制，共有五种状态，DODE打在CH1时，只让第一路被测信号通过，而CH2被关断，屏幕上只显示第一路信号的波形，相当于单踪功能。

DODE打在CH2时，屏幕上只显示第二路信号的波形，相当于单踪功能。

当DODE打在“交替”（ALT/ALTERNATE），适合于交替显示两路较高频率的信号。

按“交替”方式工作时，第一次扫描电子开关接通第一路信号，第二次扫描接通第二路信号，如此重复，只要扫描频率超过25HZ，尽管每个信号波形是交替显示，但由于人眼的滞留效应，图象也不会闪烁。

为了使每个信号至少有一个完整的周期显示，输入信号的频率不能低于扫描频率，因此交替方式不适用于频率很低的信号。

当DODE打在“断续”（CHOP），适合于同时显示两路较低频率的信号。

按断续工作时，每次扫描过程中，电子开关高速轮流接通两个被测信号，显示的图象实际上是由若干断续的线段组成，当这些线段足够密时，图象就看不出中断点。

显然被测信号的频率必须远低于电子开关的转换频率，因此断续方式不适用于较高频率的信号，而能观测持续时间长于间断时间的单次信号。

当DODE打在ADD（迭加），第一路信号和第二路信号同是时通过电子开关，互相迭加，显示两路信号迭加在一起的波形，即Y1+Y2；与“极性”选择开关（或按键）相配合，即可实现Y1-Y2功能。

（3）X通道（或称水平通道，时基电路）/（HORIZONTAL）

X通道主要作用是产生一个与时间成线性关系的锯齿波扫描电压，加

到示波管的水平偏转板上，使电子束沿水平方向随时间而线性偏转，形成时间基线（简称时基）。

X通道的主要由扫描发生器环，触发脉冲发生器和X放大器组成。

下面简要说明各部分的作用及原理，以便对面板上一些控制旋钮（或按健）的作用，有较深入的理解。

扫描发生器环是由扫描发生器，电压比较器，时基闸口和释放电路组成的一个闭环控制系统，产生与时间成线性关系的锯齿波扫描电压，波形如图1—5所示。

图1—5扫描电压波形

图1—5中，tf称为扫描时间或扫描正程时间，在这段时间里，光点从屏幕的左端均匀地向右端移动。

面板上的扫速开关（TIME/DIV），表示每格所对应的时间。

测试时，将微调开关（VAR）关上，就可以根据波形在水平方向所占的格数来读取时间。

扫描开关的内部实际上就是不同的R、C定时元件。

tb称为扫描回程时间，电子束在这段时间迅速从屏幕的右端回到左端（要求tb越小越好）。

为了在屏幕上不显示回扫光迹，一些较高质量的示波器在tb时间内有一个消隐信号加在示波管上，用于抑制电子束的强度，故在回扫时不显示光迹。

tw为等待时间，此时扫描发生器等待下一次触发。

所以一次扫描的周期T=tf+tb+tw。

触发脉冲发生器：

扫描发生器环是在触发脉冲触发下开始工作的，而触发脉冲是由触发信号经过加工后得到的。

根据触发信号来源的不同，有取Y通道的被测信号CH1或CH2的内触发，有取自“外接”的外部触发信号，还有取自机内50HZ的工频信号等。

触发脉冲发生器的任务是将这些频率、幅度、极性和波形各异的触发信号变成扫描发生器环所能接受的、规范的触发脉冲。

触发脉冲发生器主要包括触发信号选择开关，触发极性选择开关，触发放大器和触发脉冲形成器等几个部分组成。

触发信号选择开关（TRIGGERMODES）在面板上有自动（AUTOMATIC），常态（NORMAL），单次，TV—H或TV-V等不同的开关（或按键）根据触发源（TRIGGERSOURCE）的不同在面板上由内部（INTERNAL）机内50HZ的工频信号（LINE）和外部（EXTERNAL）开关（或按钮）控制。

触发极性选择开关有正极性（+）和负极性（-）两种。

正极性是指触发点位于触发信号的正斜率，负极性则为负斜率，在面板上用触发斜率（TRIGGERSLOPE）表示。

触发斜率旋钮与面板上的延时调节（LEVL）旋钮配合使用能在示波器上显示稳定的波形。

触发放大和触发形成器是为了获得前沿陡峭、宽度、幅度合适的触发脉冲。

X放大器的作用是放大扫描电压，并将其加到X偏转板（水平偏转板），使电子束能在水平方向得到满偏转。

此处还有水平移位旋钮，有的机型还有水平扩展按键等。

图1—6表示UY被测信号电压加在示波管的垂直偏转板上，UX扫描电压加在示波管的水平偏转板上，当电子束进入偏转区，同时受到Y方向和X方向偏转电压的作用，则在荧光屏上显示出被测电压随时间变化的波形图。

图1—6示波器显示正弦波

主要技术参数：

因为示波器的种类很多，我们只将本实验室示波器共同的几个主要技术参数列出，供使用时心中有数。

Y轴频带宽度：

DC~20MHz，AC耦合，频率下限-3dB，10Hz

输入阻抗：

1MΩ±2%∥25pF

偏转系数：

1mV~5V/DIV，1—2—5进制分21档

工作方式：

CH1，CH2，双踪，叠加

X轴频带宽度：

DC~2MHz

偏转系数：

1μS~0.5S/DIV，1—2—5进制分21档

X—Y工作方式：

DC~2MHz

X—Y相位差：

≤30DC~100KHz

触发源：

CH1，CH2，电源，外接

电源：

220V±10%50±2Hz

前面简要介绍了普通双踪示波器的原理，一些部件的功能和主要技术参数。

对于了解一台完整的仪器及要深入研究某些部件的特点定会所有启发，并为将来学习电子技术打下基础。

但对于初学者，无疑因难度过大不易掌握。

为此，下面列出面板上的一些旋钮（或按钮）的中英、文名称及作用，这些都有其通用性，分为四部分：

①电源部分

1）电部开关（POWE