电路与磁路知识及仪器的使用.doc

第一部分 应知单元第一章 电路与磁路知识及仪器的使用1-1 直流电路的分析与计算一、电阻、电容的串联和并联的特点（见表1-1-1）表1-1-1 电阻、电容的串、并联电阻电容定义式串联1.流过每一个电阻的电流都相等I1=I2=I3= In2.总电压等于各个电阻上电压之和U=U1+U2+ Un3.等效电阻等于各串联电阻之和R=R1+R2+ Rn4.各电阻上分配的电压与各自电阻的阻值成正比，即Un =5两电阻串联的分压公式（R1上分配的电压）（R2上分配的电压）1各串联电容器上所带电量相等，并等于等效电容所带电量 Q=Q1=Q2= Qn2.总电压等于各个电容器上电压的代数和：U=U1+U2+ Un3.等效电容量的倒数等于各串联电容量倒数之和：两个电容器串联等效电容量：4.两个电容器串联的分压公式：（C1上分配的电压）（C2上分配的电压）并联1.并联电路中各电阻两端的电压相等：U=U1=U2= Un2.电路的总电流等于各支路电流之和：I=I1+I2+In3.并联电路等效电阻的倒数等于各并联支路电阻的倒数之和：两电阻并联：4.各并联电阻中的电流及电阻消耗的功率均与各电阻的阻值成反比：I1：I2：I3=P1：P2：P3=5.对于两并联支路的电流分流公式：1并联电路电容器两端的电压相等：U=U1=U2= Un2.并联电路的总电量等于各电容器电量之和：Q=Q1+Q2+ Qn3.并联电路的等效电容量等于各个电容器电量之和：C=C1+C2+ Cn二、基本定理和定律1.欧姆定律（1）无源支路欧姆定律（2）全电路欧姆定律（3）电路的三种状态通路： ；短路： ；断路： ；2.基尔霍夫定律（1）基尔霍夫电流定律（简写KCL） 对电路中的任一节点，在任一瞬间，流出或流入该节点电流的代数和为零。即： 或 （2）基尔霍夫电压定律（简写为KVL） 对电路中的任一回路，在任一瞬间，沿回路绕行一周，回路中各部分电压的代数和恒等于零。即： 或 3.叠加原理在线性电路中，当有多个电源共同作用时，任一支路电流或电压，可看作由各个电源单独作用时在该支路中产生的电流或电压的代数和。当某一电源单独作用时，其他不作用的电源应置为零（电压源电压为零，电流源电流为零），即电压源用短路代替，电流源用开路代替。4.戴维南定理任何一个有源二端线性网络，对于外电路而言，总可以用一理想电压源和内阻r0相串联的电路模型来代替，如图1-1-1所示。其中理想电压源的电压就等于有源二端网络的开路电压UO，即将负载断开后两端之间的电压。内阻r0等于有源二端网络中所有电源均除去（理想电压源短路，即其电压为零；理想电流源开路，即其电流为零）后所得无源二端网络的等效电阻r0。图1-1-1 戴维南定理三、解题方法1支路电流法(如图1-1-2)支路电流法解题的步骤如下(m条支路n个节点)：（1）先假设各支路电流参考方向和回路绕行方向；（2）根据基尔霍夫电流定律列出(n-1)个独立电流方程；（3）根据基尔霍夫电压定律列出m-(n-1)个独立回路电压方程；（4）解方程组，求各支路电流。如果求得的支路电流为正值，说明支路电流的实际方向与参考方向相同；若为负值，则说明支路电流的实际方向与参考方向相反。图1-1-2支路电流法示例 2节点电压法在复杂电路计算中，对支路较多而节点很少的电路，用节点电压法计算较为简便。节点电压法是以节点电压为未知量，先求出节点电压，再根据含源电路欧姆定律求出各支路电流。用节点电压法解题的步骤如下：（1）选定参考点和节点电压的参考方向；（2）求出节点电压如果用电导表示电阻，则上式可为上述两个公式中分母中各项的符号都是正号；分子各项的符号按以下原则确定：凡电动势的方向指向A点时取正号，反之取负号。3戴维南定理法用戴维南定理求某支路电流的步骤如下：（1）把电路分为待求支路和含源二端网络两部分；（2）断开待求支路，求出含源二端网络开路电压U0，即为等效电源的电动势E；（3）将网络内各独立电源置零(即将电压源短路，电流源开路)，仅保留电源内阻，求出网络两端的输入电阻R0，即为等效电源的内阻r；（4）画出有源二端网络的等效电路，接入待求支路，则待求支路的电流为试题讲解：1.如图1-1-2所示电路中，E1=140V，E2=90V，R1=20，R2=5，R3=6，试求各支路电流。解：（1）标出各支路电流的参考方向和回路绕行方向（如图1-1-2所示）；（2）根据基尔霍夫电流定律列节点电流方程I1+I2-I3=0（3）根据基尔霍夫电压定律列回路电压方程R1I1 + R3I3 = E1R2I2 + R3I3 = E2（4）代入已知数解方程组 I1+I2-I3=020I1 +6 I3 = 1405I2 +6I3 = 90解之得： I1=4A I2 =6A I3 =10A2.试用节点电压法求图1-1-2所示电路中各支路电流。解：（1）选定节点电压参考方向；（2）求节点电压UABUAB =V（3）求各支路电流I1=A=4A I2 =A=6A I3 =A=10A3.如图1-1-3a所示的桥式电路中，已知R1= R2= R4= R5=5，R3=10，E=6.5V，求R5所在支路的电流I5。图1-1-3解：（1） 断开R5所在支路，求开路电压U0（图1-1-3b）。 V VU0= V（2）求输入电阻Ri（图1-1-3c）。 Ri=（3）画出等效电路图，如图1-1-3d所示。（4）画好等效电路后接入R5，求出电流I5。A1-2 交流电路的分析与计算一、 正弦交流电的四种表示方法（见表1-1-2）表1-1-2正弦交流电的四种表示方法解析法曲线法矢量法复数法交流电压正弦量与复数量的对应关系：交流电流正弦量与复数量的对应关系：感抗复数形式：；容抗复数形式：（阻、感、容）串联的复阻抗：；并联的复阻抗：二、单一参数正弦交流电路的基本特性（见表1-1-3）表1-1-3 单一参数正弦交流电路的基本特性纯电阻电路纯电感电路纯电容电路电路图阻抗ZR电压与电流数量关系电压与电流相位关系功率（W）电阻消耗功率（有功功率）（Var）电感储存功率（无功功率）（Var）电容储存功率（无功功率）三、单相串联交流电路的相位关系及数量关系（见表1-1-4）表1-1-4 单相串联交流电路的相位关系及数量关系串联RLRCRLC电路图电压三角形总电压相量电压有效值阻抗三角形总阻抗总复阻抗功率三角形视在功率有功功率无功功率阻抗角功率因数电压、电流关系及电路性质电压超前电流一个角，电路呈感性电压滞后电流一个角，电路呈容性当电路呈感性当电路呈容性当电路呈阻性，此时电路的这种状态称为串联谐振，谐振频率为，电路总阻抗最小四、单相并联交流电路的相位关系及数量关系（见表1-1-5）表1-1-5 单相并联交流电路的相位关系及数量关系RL并联RC并联RLC并联RL串后与C并联电路图相量图总电流总复阻抗初相位电压电流相位关系电压超前电流一个角，电路呈感性电压滞后电流一个角，电路呈容性电路呈容性电路呈感性电路呈阻性电路呈感性电路呈容性电路呈阻性称并联谐振五、三相交流电路相位及数量关系（见表1-1-6）表1-1-6 三相交流电路相位及数量关系三相交流电动势表达式 或 星形联结三角形联结三相交流电源且线电压相位超前相应的相电压相位300线电压与相电压相位相同三相负载线电流与相电流相位相同且线电压相位超前相应的相电压相位300且线电流相位滞后相应的相电流相位300对称三相电路负载总功率 对称三相电源欧姆定律及其线值、相值关系 试题讲解：1.把一个电感量为0.35H的线圈，接到的电源上，求线圈中电流瞬时值表达式。 解：由线圈两端电压的解析式可以得到 ，电压u所对应的相量为 线圈的感抗为 因此可得 因此通过线圈的电流瞬时值表达式为 2. 在RLC串联电路中，若电源电压，求电路的电流、电阻电压、电感电压和电容电压的相量。 解：由于 所以 因此3. 一只荧光灯和一只白炽灯并联接在f=50Hz、电压U=220V的电源上，如图1-1-4所示，荧光灯的额定电压UN=220V，取用功率P1=40W，其功率因数cos1=0.5；白炽灯的额定电压UN=220V，取用功率P2=60W。求电流I1、I2和总电流I大小是多少？图1-1-4 图1-1-5 相量图 解：荧光灯支路的电流 由于，所以，即比滞后600。设电压相量为参考相量，令，则电流I1的相量白炽灯支路的电流白炽灯为电阻性负载，与同相位，所以电流I2的相量在并联电路中有 =（0.1815-j0.314）+0.272A=(0.4535-j0.314)A=0.552A因此有 各电流与电压的相量图如图1-1-5所示。 4.一星形联结的电源，相电压为220V，与一三角形联结的对称负载相接，已知负载阻抗，接线如图1-1-6所示，试示电源的相电流及其功率，并作相量图。已知：，V。求：；P；Q；S；电压、电流相量图。图1-1-6 图1-1-7解： A A=132A A 电源端各相电压电源端相电压、相电流相量图如图1-1-7所示。1-3 磁场、磁路与电磁感应知识一、磁场的基本性质具有磁性的物体称为磁体，磁体两端磁性最强的区域称为磁极。任何磁体都具有两极，而且磁极是不可分割的，磁极间存在着相互作用力，即同极性排斥，异极性吸引，的相互作用力，称为磁力。磁体周围存在着磁力作用的空间，称为磁场。磁力是通过磁场这一特殊物质传递的，磁种特殊的物质，它们之所以特殊，是因为它们不是由分子和原子所组成。磁场具有力性质，为了描述磁场，用磁感力线来形象表示磁场，磁感力线具有以下特征：（1)磁感力线是互不交叉的闭合曲线，在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。 (2)磁感力线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向。 (3)磁感力线的疏密程度反映了磁场的强弱，磁感力线越密表示磁场越强，越稀疏表示磁场越弱。 二、磁场和磁路的基本物理量(见表1-1-7)表1-1-7磁场和磁路的基本物理量名称定义式意 义单位及换算磁通磁场中垂直通过某一截面积的磁感线数韦伯（Wb）1麦为克斯韦=10-8韦伯1Mx=10-8 Wb磁感应强度表示磁场中某点磁场的强弱和方向，是磁场的基本物理量特斯拉（T）1高斯=10-4特斯拉1GS=10-4 T磁导率磁导率表示物质对磁场影响程度的一个物理量，也即表明物质的导磁能力，非铁磁物质的是一个常数，而铁磁物质的不是常数亨/米（H/m）亨/米磁场强度与激发磁场的电流直接有关，而在均匀的介质中与介质无关安/米（A/m）1奥斯特=80安/米 磁动势表明磁路中产生磁通的条件与能力安匝（A匝）磁阻反映了磁路对磁通的阻力，它由磁路的材料、形状及尺寸所决定1/亨（1/H）三、电路与磁路的对应关系(见表1-1-8)表1-1-8 电路与磁路的对应关系电路磁路名称符号单位名称符号单位电动势E伏特（V）磁动势Fm（=NI）安匝（A匝）电流I安培（A）磁通韦伯（Wb）电阻率欧姆米（m）磁导率亨/米（H/m）电阻R 欧姆（）磁阻Rm 1/亨（1/H）电路欧姆定律磁路欧姆定律（如图1-1-8） 四、磁路基尔霍夫定律沿着磁路中任意闭合路径的各段磁压降的代数和等于环绕此闭合路径的所有磁通势的代数和，即(HL)=(NI)图1-1-8 具有空气隙的磁路 五、磁路的计算 1)由于各段磁路的截面积不同，而通过的磁通相同，因此应分别计算各段磁路的磁感应强度，即 2)根据各段磁性材料的导磁性不同，找出与上述B1，B2，对应的磁场强度H1，H2，铁磁材料可查磁化曲线B = f(H)图(或表)，空气隙可用公式计算。3)计算各段磁路的磁压降HL的代数和，求出磁通势NI。六、电磁感应1电磁感应基本公式(见表1-1-9)表1-1-9 电磁感应基本公式概念相关公式直导体的电磁感应电动势法拉第电磁感应定律(负号表示e方向总是使感阻碍原的变化)自感应电动势 (eL总是企图阻碍电流的变化)互感电动势2楞次定律感应电流的方向，总是要使感应电流产生的磁场阻碍原磁场的变化。用楞次定律判定感应电流的具体步骤为：（1）明确原磁通的方向。（2）闭合磁路原磁通的变化趋势是增加还是减少。如果是增加，则感应电流产生的附加磁通的方向与原磁通的方向相反；如果是减少，则的方向与的方向相同。（3）利用安培定则，由的方向来确定感应电流的方向。3同名端我们把由于两个或多个线圈的绕向一致而感应电动势的极性一致的端子叫做同名端，反之叫做异名端。4涡流在具有铁心的线圈中通以交变的电流，就有交变磁通穿过铁心，在铁心内部产生感应电动势，在感应电动势作用下又会产生感应电流，其形状如同水中的漩涡，故称为涡流。涡流是一种电磁感应现象。涡流太大时，会使铁心发热，容易造成设备损坏。另外，涡流要消耗电能，造成不必要的损耗(涡流引起的损耗和磁滞引起的损耗称为铁损)。此外，涡流产生的磁通有阻碍原磁通变化的趋势。为了减小涡流，在低频范围内电动机和电器都不用整块铁心，而是用电阻率较大、表面具有绝缘的硅钢片叠装而成的铁心。但涡流也有其有利的一面，如感应系电能表就是利用涡流进行工作的。此外，利用涡流产生的热量可以用来加热金属，如高频感应炉等。试题讲解： 1.磁体周围存在着一种特殊的物质，这种物质具有力和能的特性，该物质称为( )。 (A)磁性 (B)磁场 (C)磁力 (D)磁体解：磁体周围存在着一种特殊物质，就是磁场，它具有力和能的特性，所以正确答案应选B。2.关于相对磁导率下面说法正确的是（ ）。(A)有单位 (B)无单位 (C)单位是H/m (D)单位是特解：相对磁导率等于物质的磁导率与真空中磁导率的比值，故没有单位，所以正确答案应选B。3.在磁路中（ ）。(A)有磁阻就一定有磁通 (B)有磁通就一定有磁动势(C)有磁动势就一定有磁通 (D)磁导率越大，磁阻越大 解：在磁路中，有磁阻不一定有磁通，磁通是由磁源磁动势产生的，所以有磁动势就一定有磁通；由于磁导率与磁阻成反比，而磁导率越大，其磁阻越小，所以正确答案应选C。4设一环形线圈铁芯的长度有一气隙，气隙的宽度为L0=0.1cm,环形线圈截面积A=12cm2,总匝数N=1000，电流为1A，铁芯的相对磁导率，试求气隙中的磁场强度？解：环形线圈内的磁通为因为，磁感应强度所以，磁场强度A/m5.一直导体在磁场中，并与磁感线垂直，当导体运动的方向与磁感线方向成（ ）夹角时，导体中产生的感应电动势最大。(A)900 (B) 300 (C) 450 (D) 00解：根据公式感应电动势当sina=1，即a=900，感应电动势最大，故当导体运动的方向与磁感线方向成900夹角时，导体中产生的感应电动势最大，所以正确答案应选A。6. 线圈自感电动势的大小与( )无关。 (A)线圈中电流的变化率 (B)线圈的匝数 (C)线圈周围的介质 (D)线圈的电阻解：根据公式可知，自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比，与线圈的匝数及周围介质有关，而与线圈的电阻无关，所以正确答案应选D。 7.互感器是根据( )原理制造的。 (A)能量守恒 (B)能量变换 (C)电磁感应 (D)阻抗变换 解：互感器是由两个线圈构成的，它的原理是电磁感应，所以正确答案应选C。1-4 示波器原理与应用一、示波器分类示波器按用途和特点可分为以下几类：（1）通用示波器这类示波器采用单线示波管（即示波管中装有一个电子枪和一套偏转系统），它通常有以下两种：第一种是单踪型的，例如SBT-5型同步示波器，还有在结构上简单一些的，通常称为普通示波器，例如SB-10型普通示波器；第二种是多踪型的，例如SR8型双踪示波器。（2）多线示波器用多线示波管（即示波管中装有几个电子枪和几套偏转系统）构成，能同时观测和比较两个以上的信号。（3）取样示波器 采用取样技术，先将高频信号转换成低频信号，然后进行显示，这种示波器频带较宽。（4）记忆示波器采用记忆示波管，具有存储和记忆信号的功能。（5）特种示波器 能满足特殊用途或具有特殊装置的示波器，如高压示波器、超低频示波器、电视示波器等。二、通用示波器1通用示波器的基本原理SB-10型通用示波器是一种直接显示电压（或电流）变化曲线的电子仪器。它由示波管、Y轴偏转系统、X轴偏转系统、扫描系统及整步系统、电源等部分组成。垂直放大器的作用是提高示波管Y轴的偏转灵敏度，因为通常示波管的偏转灵敏度比较低，当被测信号通过放大器后加到垂直偏转板上，才能在屏幕上显示出一定高度的波形，同时为了保证Y轴放大器不失真放大，加到放大器的信号不宜太大，因而加设了Y轴衰减器，以便观测不同幅度的被测信号。水平放大器的作用是用来提高X轴偏转灵敏度，若示波器用来观测加到Y轴的被测信号的波形，扫描电压应直接加到X轴放大器，然后送到X轴偏转板，控制电子束水平扫描；若示波器用来观测李沙育图形，则X轴不加扫描电压，而加另一被测的正弦波信号。扫描发生器就是锯齿波发生器，其作用是产生频率调节范围宽的锯齿波，作为X轴偏转板的扫描电压。同步电路（同步装置）的作用是引入一个幅度可调的电压来控制扫描电压的周期与信号周期始终保持整数倍关系，这样屏幕上就能显示出稳定，清晰的波形。电源的作用是向整个示波器供电。示波器的核心部件是示波管，它由电子枪、偏转系统，荧光屏三部分组成。为了观察被测信号（如正弦波信号）的波形，可将该信号加在垂直偏转板上，同时在水平偏转板上加上扫描锯齿波电压；在扫描过程中，光点将受到垂直和水平两个偏转电场的作用，依照其合力方向运动，在屏幕上显示出被测信号波形；当锯齿波电压的周期等于被测信号的周期时，屏幕上就可显示一个完整周期的被测信号波形；当锯齿波电压的周期为被测信号周期的两倍时，则在屏幕上可以显示出两个完整周期的被测信号波形，依此类推，如欲在屏幕上看到N个周期的被测信号波形，只要改变锯齿波扫描周期，使其为被测信号周期的整数N倍就可以了，这时将能看到稳定的信号波形，在示波器中保证为整数使波形保持稳定的过程称为同步（整步）。一般来说锯齿波电压的周期不很稳定，示波器中常用被测信号电压来控制扫描电压的周期，这种同步方法称为内同步；也可以用频率比较稳定的外加电压或50Hz电源电压作为同步电压，这种同步方法称为外同步或电源同步。2通用示波器的应用SB-10型通用示波器常用旋钮及作用如下：（1）Y轴衰减 改变Y轴衰减器的衰减倍数，配合“Y轴增幅”调节，使显示波形的垂直幅度大小适中。（2）Y轴增幅 调节显示波形在垂直方向的幅度。（3）Y轴位移 调节显示波形在垂直方向的位置，使波形上下平移。（4）X轴衰减 改变X轴衰减器的衰减倍数，若拨在“扫描”挡，则信号来自扫描发生器。（5）X轴增幅 调节显示波形在水平方向的幅度。（6）X轴位移 调节显示波形在水平方向的位置，使波形左右平移。（7）扫描范围 粗调锯齿波扫描电压的频率，可改变显示波形的个数。（8）扫描微调 微调锯齿波扫描电压的频率，使锯齿波扫描电压周期等于被测信号周期的整数倍。（9）整步选择 分四挡，其中内+”、“内 - ”取自Y轴放大器，分+、- 极性；“电源”，取自机内6.3V交流电压；“外”挡指外加同步信号，由“整步输入”端引入。（10）整步增幅 可以调节整步电压的大小，使显示波形稳定。（11）辉度调节 示波管控制栅极的直流负电位，起到调节光点亮度的作用。（12）聚焦调节 示波管第一阳极的正电压，使电子束聚焦，光点细小。在机壳后面还设有“辅助聚焦”螺丝，它是通过改变示波管第二阳极的电位来调节聚焦的。三、同步示波器1同步示波器的基本原理SBT-5型同步示波器是一种观察与测定各种电信号瞬变过程的电子测量仪器，它的电路主要由Y轴宽频增幅器、X轴增幅器、触发增幅器、扫描发生器、示波管控制电路及电源组成。此外还有0.0550V、1000Hz矩形波比较信号发生器，0.04100s时标信号发生器、Y轴输入信号延迟电路等辅助电路。利用仪器内部触发扫描、时标信号与Y轴输入被测信号三者同步作用，对各种脉冲信号进行定性定量的测量及分析时更加方便、可靠，是研究、设计、制造、调试、维修各种电子脉冲设备时必不可少的仪器之一。 2同步示波器的应用使用同步示波器的步骤如下：（1）开启电源后，需预热5min才能正常使用。（2）当使用仪器所附的探极引入被测信号时，应将Y轴选择置于1M挡，用探极引入能增大输入阻抗，减少对被测信号源的影响和避免外界杂散信号干扰，但其有衰减作用(衰减10倍)。（3）调节聚焦旋钮可使光点聚焦成一小圆点，直径一般不大于1mm，如光点不圆，可同时调节辅助聚焦，务使趋近于小圆点时为止，辅助聚焦一次调整后不必经常调节，辉度与聚焦二者可同时调节。（4）通常在观察被测信号时，X轴选择应置于扫描档，并视被测信号之正负极性分别将触发选择置于“内+或“内 - ” 挡。若采用外界触发信号时，外触发信号应从触发输入端接线柱接入，再视该信号之正负极性将触发选择置于“外+”或“外 - ” 挡。（5）Y轴信号输入时，应根据输入信号之强度，选择适当衰减，当信号最大值电压超过0.1V时，宜采用衰减3倍；超过0.3V时，则采用衰减10倍，其他依此类推(未包括探极衰减)。若不知被测信号的大小，则使用前宜将Y轴衰减置于最大，然后视所显示波形的大小和观测需要再适当调节衰减倍率。（6）扫描时间的选择与扫描微调的调节，视所观察脉冲的持续时间与重复频率的不同、以及观察需要而决定。例如：有宽度为50s、重复频率为5kHz的矩形脉冲，当扫描时间置于10s挡（扫描微调置于校正）时，屏幕上呈现约5cm宽度的单个脉冲；若将扫描时间置于100s挡时，屏幕上就呈现约0.5cm宽度的脉冲56个，两相邻脉冲之距离约为2cm，因此，由波形宽度与扫描时间可获得脉冲宽度与重复频率之近似值，当扫描微调自校正位置逆时针旋至最小，则扫描时间增大约10倍。（7）在一般情况下，扫描扩展应置于校正位置，只有当欲从一系列复杂脉冲波形中选取其中某一单个脉冲作仔细观察与研究时，才可将扫描扩展打开，于是屏幕上波形约被扩展5倍。将扫描扩展顺时针逐渐旋至最大，则屏幕上已被扩展的波形顺序地自右而左移动，直到所需观察的脉冲移至屏幕中心时为止。（8）当接入信号后，先将触发增幅反时针旋至最小，再将“稳定调节”自最左端开始顺向旋转，造成扫描，但因扫描未与信号同步，故不能显示出较清晰的图形；此时如继续顺向旋转稳定调节，然后将触发增幅顺时针旋转加大同步电压，直至屏幕上出现稳定清晰的图形，表示触发扫描已与信号同步。（9）利用时标信号装置，可观察信号变化与时间的关系，特别对于脉冲前沿时间的确定更为简捷可靠，使用时应将时标信号在波形上出现清晰可数的亮点，根据亮点数目乘上相应标志时间，即得该信号与时间的关系。计数亮点时，应以相邻两缺口的起始处来计量，以使误差最小。使用同步示波器时应注意以下几点：（1）由于示波管偏转灵敏度有一定限制，故在使用过程中，要求荧光屏上波形的幅度不大于8cm，更不宜长时间超过规定值，以免过载。（2）使用前应将Y轴衰减置于最大衰减位置，然后视所显示波形的大小和观察的需要适当调节衰减大小。（3）仪器在使用时应注意辉度适中，不宜过亮，且光点不宜长时间停留在一点，以免有损示波管。（4）如仪器因暂停使用而将电源切断后，若需再行使用时，应稍待23min。后再接通电源，以免熔丝烧毁。四、双踪示波器1. 双踪示波器的基本原理双踪示波器作用除了可进行电压、电流的测量外，还能进行时间的测量(包括测量脉冲周期，脉冲宽度)。双踪示波器的基本原理就是将两个被测信号用电子开关控制，不断地交替送入普通示波管中进行轮流显示，由于示波管的余辉和人眼视觉暂留的缘故，当轮换速度很快时，看起来就好像同时显示出两个波形，常用的是SR-8型双踪示波器。触发扫描与连续扫描的不同点在于：连续扫描是有一个直线性变化的扫描电压进行扫描，这个扫描电压由锯齿波发生器产生，它不需要外界信号控制就能产生扫描电压；而触发扫描必须在外界信号触发下才能产生扫描电压，外界信号触发一次，产生一个扫描电压波形；外界信号不断触发，它就产生一系列的扫描电压波形，而且扫描和脉冲信号始终保持同步。通用示波器SBT-5也称为同步示波器，就是这个缘故。普通示波器采用的是连续扫描方式，即在被测信号的一个周期中用连续不断的扫描电压进行扫描，这种扫描方式一般用于观察连续信号的波形，如正弦波、矩形波等；如用来观测持续时间很短的脉冲或非周期性的信号波形就会在屏幕上看到一个很窄的脉冲，而无法观察脉冲的变化过程和细微结构；或者在屏幕上产生一条很亮的水平扫描线，其亮度远远超过显示脉冲的亮度，因此看到的波形很不明显，并且这种扫描还无法与被测脉冲保持同步，故波形也不稳定。如果采用触发扫描，便能解决采用连续扫描所存在的问题。当触发扫描电压的工作周期等于或略大于被测脉冲所需要观测的部位(一个周期、脉宽、前沿等)，所显示的脉冲波形就以适当比例展开在整个屏幕上，能清楚地观察其波形的各个细微部分。采用触发扫描后，在脉冲休止期内扫描也停止，因此就不会出现水平亮线了。采用触发扫描时，在被测脉冲休止期内由于停止扫描，光点长期停留在一点，容易烧毁荧光屏，因此常在扫描电压休止期和回扫期内加大示波管栅阴间电压，使电子束截止；而在扫描期内送一个宽度与扫描期相同的正脉冲至栅极，使电子束射出，这称为增辉。要在一个示波器的屏幕上同时显示两个信号的波形，其方法一般有两种：一种是采用双线示波管，即具有两个电子枪、两套偏转系统的示波管；另一种是将两个被测信号用电子开关控制，不断地交替送入普通示波管中进行轮流显示。由于示波管的余辉和人眼视觉暂留的缘故，当轮换速度很快时，看起来就好像同时显示出两个波形；习惯上将采用这种方法的示波器称为双踪示波器。SR-8型双踪示波器的结构和普通示波器相比，它主要是具有两个Y轴通道和增加了门电路、电子开关等。当两个被测信号由Y轴的两个通道(YA和YB)输入，经探极、衰减器、前置放大器混合后送入门电路，门电路即产生一个内触发信号。这个内触发信号经放大、整形后去触发时基触发器，产生脉冲信号。这个脉冲信号再去触发锯齿波扫描发生器，以产生扫描信号，扫描信号一方面送入X轴偏转板，控制电子束水平扫描，另一方面又送入门电路，从而控制电子开关的工作。SR-8型双踪示波器中的电子开关有五种工作状态，即交替、断续、YA、YB、YA+YB。在“交替”工作状态时，电子开关产生一个在0V和-6V之间跳变的方波信号，当方波为0V时，门电路只能让YA通道的信号通过；当方波在-6V时，门电路只能让YB通道的信号通过。由于电子开关的转换速度受扫描信号的控制，被测信号的频率越高，扫描信号颊率也越高，电子开关的转换速度也就越快，因此，利用荧光屏的余辉作用，就能在屏幕上同时显示出两个信号的波形；当被测信号频率过低时，电子开关转换速度过低，屏幕上就不可能同时显示出两个信号波形，所以这种工作状态只适合显示频率较高的信号波形。当处于“断续”工作状态时，电子开关不受扫描信号的控制，产生频率固定为200kHz的方波信号，电子开关即以这个频率自动转换，轮流接通两个输入电路，这样在一个扫描期内，两个输入信号就反复断续显示多次；如断续次数足够多，则看起来两个波形都好像是连续的，在这种状态下工作时，被测信号的频率不能高于电子开关的转换频率，因而只适合显示频率较低的信号。当电子开关处于“YA”工作状态时，屏幕上只能单独显示“YA”通道的信号波形；当电子开关处于“YB”工作状态时，屏幕上只能单独显示“YB”通道的信号波形；当电子开关处于“YA+YB”工作状态时，电子开关不工作，这时，两路信号均通过门电路和放大器，示波器的屏幕上显示两路信号叠加后形成的波形。探极(又称高频探头)是连接示波器外部的一个输入电路部件，它便于直接在被测源上探测信号。探极的作用是提高垂直通道的输入电阻、减小输入电容，从而减小杂散信号对被测信号的影响；同时由于探头的分压作用，被测信号通过探头有10：1的衰减，这可以扩大量程，测量更高的电压。2. 双踪示波器的应用开机前的应做好下列准备工作：检查电源电压是否在220（110%）V的范围内；检查仪器使用的环境温度是否在-10+40%的范围内；预测输入信号电压，使其不超过说明书规定的最大输入电压，以免损坏示波器。操作步骤如下：（1）预置各旋钮位置先将各控制旋钮置于相应位置，辉度置于适当位置，显示方式置于YA，极性置于常态，DC-AC置于位置，内触发置于常态，触发方式置于自动或高频，Y轴位移置于居中，X轴位移微调置于居中位置。（2）寻找亮点开机后，如果看到亮点，可调整辉度，使亮点或时基线的亮度适当；如果找不到光点，可按下“寻迹”按键，借以区别光点位置。（3）调节聚焦及辅助聚焦调节X轴位移和Y轴位移旋钮，把光点或时基线移至屏幕中心位置，然后调节聚焦及辅助聚焦旋钮，使波形最清晰。（4）接入被测信号接入被测信号时，应使用屏蔽电缆线，并且该电缆线的芯线和屏蔽地线都要直接接在被测信号源附近，否则将造成测量上的误差。示波器输入端的连线应采用较短的导线。（5）按测量项目对被测信号波形进行观察和测量。使用SR-8型双踪示波器时应注意下列问题：（1）使用示波器时应注意辉度适中，不宜过亮，且光点不宜长时间停留在同一点上，以免损坏示波器。（2）示波器应避免在直射阳光下或明亮的环境中使用；如必须在亮处使用时，应加用遮光罩。（3）示波器的探头是经过校准的仪器附件，不得随意调换使用，以免影响测量的准确度。（4）当Y轴输入的被测信号电压较高时，应避免人体，手等触及Y轴输入端或探头，以免发生触电。（5）示波器应避免在强磁场中工作，因为外磁场会引起显示的波形失真，虽然在示波器外装有良好的屏蔽罩，防止磁场干扰及静电干扰，但示波管的显示屏始终是露在外面的，容易受到外界磁场的影响。示波管的屏蔽罩一般采用坡莫合金制成，检修时切勿碰击，以免影响屏蔽性能。试题讲解：1.使用SB-10型普通示波器观察信号波形时，欲使显示波形稳定，可以调节（ ）旋钮。 （A）聚焦 （B）整步增幅 （C）辅助聚焦 （D）辉度 解：屏幕上显示稳定波形的条件是：被测信号的频率是扫描信号频率的整数倍，如果不满足上述条件，波形就不稳定。为使波形稳定，我们一般采用调整扫描信号的频率，使之满足稳定的条件。但扫描信号一般不太稳定，因此需要加入同步信号使之满足稳定条件。在上面四个答案中，只有整步增幅旋钮可以增大同步信号的幅度，通过同步信号保持被测信号的频率是扫描信号频率的整数倍，从而达到使波形稳定的目的，所以正确答案应选B。2. 示波器面板上的“聚焦”就是调节（ ）的电位器旋钮。 （A）控制栅极正电压 （B）控制栅极负电压 （C）第一阳极正电压 （D）第二阳极正电压解：由于示波管的第一阳极加有正电压以吸引阴极射来的电子，而第二阳极加有更高的正电压，于是在第一阳极和第二阳极之间形成一个特殊的电子透镜，以使电子聚焦成束。只要调节第一阳极的电压或调节第二阳极的电压，都能达到调节电子透镜焦距的目的，通常把调节第一阳极正电压的电位器旋钮称为聚焦旋钮，而把调节第二阳极正电压的电位器旋钮称为辅助聚焦旋钮，所以正确答案应选C。 3. 观察持续时问很短的脉冲时，最好用( )示波器。 （A）普通 （B）双踪 （C）同步 （D）双线 解：由于SBT-5型同步示波器是一种观察与测定各种电信号瞬变过程的电子测量仪器，因此，特别适合于观察持续时间很短的脉冲波形，而普通示波器不能仔细观察持续时间很短的脉冲波形，所以正确答案应选C。4.使用SBT-5型同步示波器观察宽度为50s、重复频率为5000Hz的矩形脉冲，当扫描时间置于10s档(扫描微调置于校正)时，屏幕上呈现( )。 (A)约5cm宽度的单个脉冲 (B)约10cm宽度的单个脉冲 (C)约5cm宽度的两个脉冲 (D)约10cm宽度的两个脉冲 解：观察宽度为50s、重复频率为5000Hz的矩形脉冲，当扫描时间置于100s挡(扫描微调置于校正)时，屏幕上呈现约5cm宽度的单个脉冲，故应选答案A。 5. SR-8型双踪示波器中的电子开关处在“交替”状态时，适合于显示( )的信号波形。 (A)两个频率较低 (B)两个频率较高 (C)一个频率较低 (D)一个频率较高解：因为SR-8型双踪示波器中的电子开关的转换速度受扫描信号的控制，被测信号频率越高，扫描信号频率也越高，电子开关转换速度越快，这样利用荧光屏的余辉作用，就能在屏幕上显示两个频率较高的信号波形；如果被测信号频率过低，电子开关转换速度过低，屏幕上就不可能同时显示出两个信号的波形，所以正确答案应选B。 6使用SR-8型双踪示波器时，如果找不到光点，可调整( )，借以区别光点的位置。 (A)“X轴位移” (B)“Y轴位移” (C)“辉度” (D)“寻迹”解：使用SR-8型双踪示波器时，如果找不到光点，可调整“寻迹”按钮，即可迅速找到光点；当然，如果通过调整“X轴位移”和“Y轴位移”也可以找到光点，只不过需要较长的时间，反复调整，才能找到光点，所以正确答案应选D。 1-5 晶体管图示仪的原理与应用一、晶体管特性图示仪的基本原理JT-1型晶体管特性图示仪具有用途广泛、测量简便、直接显示等优点。通过图示仪的标尺刻度可以直接测量晶体管的各项参数，显示有关的特性曲线；尤其是在对晶体管各项极限特性与击穿特性的观察中，采用了瞬时电压和瞬时电流，使被测晶体管不会因过载而损坏。该仪器可以通过各种控制开关的转换，任意测定NPN型和PNP型晶体管共发射极、共基极和共集电极的输入特性、输出特性、转换特性等，而且可以通过阶梯作用开关的“单族”作用，测定晶体管的各种极限、过载特性；另外，它还可以测定二极管、稳压管、晶闸管、场效应晶体管、集成电路等的特性和参数，并比较两个晶体管的同类特性。 JT-1型晶体管特性图示仪主要由示波器、集电极扫描信号、基极阶梯信号三部分组成。其中示波器部分包括水平放大器、垂直放大器和示波管，集电极扫描信号部分主要是扫描信号发生器，基极阶梯信号部分包括阶梯波发生器和阶梯波放大器。 示波器部分位于面板上半部，左边是示波管屏幕，右边是X轴作用和Y轴作用两个单元。和普通示波器一样，它有“辉度”、“聚焦”、“标尺亮度”、“X轴移位”、“Y轴移位”等调节旋钮。为了定量地测量不同管子的特性曲线，X轴和Y轴放大器的增益都用步进式多挡开关来改变，各挡位置旁都标有已校准的标称值。 (1)X轴作用单元的“Vdiv”开关，相当于普通示波器的X轴增益旋钮，它是一个19挡步进式开关，这19挡分为四种不同的转换作用，其中： “集电极电压”占11挡，当被测管的集电极电压作为X轴变量时，将开关旋至该挡位。 “基极电压”占6挡，当被测管的基极电压作为X轴变量时，将开关旋至该挡位。 “基极电流或基极源电压”占1挡，当被测管的基极电流或基极源电压作为X轴变量时，将开关置于该挡位，这时，它的数值应由“阶梯选择”开关刻度“mA级”或“V级”读测。“外接”占1挡。当显示外接信号时，将开关置于该挡位。外接信号从后箱板的X(+)或X(-)处接入，其灵敏度为0.Vdiv。 (2)Y轴作用单元“mA-Vdiv”开关，相当于普通示波器的Y轴增益旋钮，是一个24挡的步进式开关，其中： “集电极电流”占16档，当被测管的集电极电流作为Y轴变量时，将开关旋至该挡位。 “基极电压”占6档，当被测管的基极电压作为Y轴变量时，将开关旋至该挡位。 “基极电流或基极源电压”占1挡。当基极电流或基极源电压作为Y轴变量时，将开关置于该挡位。这时，其数值应由“阶梯选择”开关刻度“mA级”或“V级”读测。 “外接”占1挡。当显示外接信号时，将开关拨至该挡位，外按信号从后箱板上Y(+)或Y(-)处接入，此时，Y轴放大器的灵敏度为0.1Vdiv。 (3)为了保证屏幕标尺刻度能够准确读数，X轴作用单元和Y轴作用单元都配有“放大器校正”开关。在进行定量测量时，应先对放大器进行零位和放大倍数的校正。 (4)为了扩大Y轴作用单元的量程，在该单元设有“mAdiv”倍率开关，共有三挡。 集电极扫描信号部分位于仪器面板的左下部。它所提供的集电极扫描电压，其大小和极性由下列旋钮控制： (1)“峰值电压范围”开关 有020V和0200V两挡。 (2)“峰值电压”旋钮 集电极扫描电压的峰值在020V或0200V之间连续可调。 (3)“极性”开关 转换集电极扫描电压的极性，当测量共发射极特性曲线时，NPN型管用“+”极性，PNP型管用“-”极性。 (4)“功耗限制电阻”开关 用来改变串接在被测管集电极的电阻，其作用是限制集电极功耗，保护被测晶体管。电阻范围为0lOOk，一般根据被测管的额定功率和测量时所加峰值电压的大小来选择电阻值，实际上，它是被测管的集电极负载，因此，测共发射极输出特性曲线族时，各条曲线终端的连线就是负载线。 基极阶梯信号部分位于仪器面板的右下部，它所提供的基极阶梯信号的极性、级数和每级跳变的大小由下列旋钮控制： (1)“阶梯选择”开关 共有22挡。其中基极阶梯电流占17挡，基极阶梯电压占5挡。 (2)“极性”开关 改变阶梯信号正、负极性，根据被测管的不同类型和接法，按以下原则选用：发射极接地时，NPN选(+)，PNP选(-)；基极接地时，NPN选(-)，PNP选(+)。 (3)“级族”旋钮 调节阶梯信号的级数，从412级连续可调。例如，测量共发射极输出特性曲线时，阶梯信号每跳变一级，示波屏幕上就显示出一条曲线，如阶梯信号变化10级(包括ib=0)，则荧光屏上显示一族11条输出特性曲线。 (4)“阶梯作用”开关 分“重复”、“关”、“单族”三挡。 “重复”，即阶梯信号重复地加在被测管的基极上(共发射极接法)，在需要观察被测管的特性曲线族时，开关应置于“重复”位置。 “单族”，即阶梯作用开关向下按一次，只输出一级阶梯信号，相应显示一条曲线，这样便于瞬时测量被测管各项极限参数，避免损坏被测管使用“单族”时，应预先调好其他各旋钮位置。 “关”，即阶梯信号停止输出。 (5)“串联电阻”开关 共24挡，电阻从122k。当阶梯选择开关置于伏级位置时，串联电阻将串接在被测管的输入电路中，其作用是将基极输入的电压变化转变为电流的变化；当阶梯选择开关置于mA级位置时，阶梯信号不通过串联电阻，它就没有控制作用。 (6)“级秒”开关 共分“上100”、“200”、“下100”三挡，用来改变阶梯信号的频率和相位。在测试晶体三极管的输入特性时，一般都用200级秒挡。 (7)“零电流、零电压”按键 占有三挡位置。一般置于中间位置，这时阶梯信号直接加到被测管的基极。当置于“零电流”时，被测管的基极被开路，可测晶体管的ICEO和BVCEO，置于“零电压”时，基极与发射极短接，可测ICES和BVCES等特性。 (8)“阶梯调零”旋钮 用来将阶梯信号起始电位调到零电位。 晶体管特性图示仪还附有晶体管测试台，它位于仪器面板的下部，包括以下的插座和开关： (1)晶体管插座 测试台上设有两种晶体管插座。一种旁边