常用电子测量仪器的使用.doc

实验一 常用电子测量仪器的使用一、实验目的1了解电子技术实验系统的基本组成；2了解双踪示波器、函数发生器、晶体管毫伏表的工作原理框图、主要技术指标；3掌握双踪示波器、晶体管毫伏表的正确使用方法。二、常用电子仪器的基本工作原理、主要技术指标和正确使用方法基本电子技术实验系统通常由实图1-1所示，由被测网络、直流稳压电源、信号源、示波器、晶体管毫伏表以及万用表等电子仪器组成基本的正弦信号测试系统。在本系统中，我们选用了FG1617型函数发生器作为信号源，也可以选用其它信号的低频信号发生器。双踪示波器是常用的基本测试仪器。我们选用的双踪示波器是典型的20MHz通用示波器。其他型号的20MHz双踪示波器的基本工作原理、电路、结构和使用方法基本相同。晶体管毫伏表最常用的型号是DA-16。下面我们分别给予介绍。信号源被测网络示波器万用电表直 流稳压电源晶体管毫伏表实图1-1 基本电子技术实验系统（一）双踪示波器1示波器的组成和工作原理示波器是电子测量中最常用的一种电子仪器，可以用它来测试和分析时域信号。示波器通常由信号波形显示部分、垂直信道（Y通道）、水平信道（X通道）三部分组成。如实图1-2所示。（1）信号波形显示电子示波器波形显示的核心是阴极射线示波管（CRT）。它主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，电子枪提供经过聚焦的电子束，可用“辉度”、“聚焦”和“辅助聚焦”旋钮进行调节，电子束经过X偏转板和Y偏转板，使电子束随偏转板上的电压变化而偏转并在荧光屏上产生输入信号变化的光轨迹。根据此原理，如果在Y轴加上被测信号电压，在X轴加上与输入信号同频的扫描锯齿波电压，则在示波管的荧光屏上将显示出被测信号波形。（2）垂直通道被测信号通常加在垂直通道上，经过输入电路、前置放大电路、延迟线和Y输出放大器加在示波管的Y偏转板上，如实图1-2所示。Y通道具有输入阻抗高、增益稳定、放大线性好、频带宽、输出对称等特点。为了测试不同电平的信号，扩展测试范围，在输入电路中要设置衰减器，用偏转灵敏度（Vdiv）旋钮调节。（3）水平通道水平通道的作用通常是为示波管X偏转板提供锯齿波扫描信号，也可以用来放大直接输入的信号。因此示波器的水平通道主要由扫描发生器、触发电路和X放大器组成，如实图l-2所示。为了使扫描信号与被测信号同频、稳定，通常用输入信号或与其同步的信号作为触发信号。实图1-2 通用示波器的基本组成2示波器的使用方法（1）测试准备在接通电源后把有关旋钮及开关置于以下位置： 辉度适当（一般居中），Y位移和X位移居中；Y垂直工作方式开关置Y1或Y2；Y输入方式置“”； 扫描方式选择“自动”并按入；扫描时间因数旋钮置于lmsdiv50sdiv；此时可以在荧光屏上得到一条扫描线，再反复调节有关旋钮和调节聚焦旋钮在荧光屏上得到一条位置适当聚焦良好的基线。将Y输入置于DC位置，适当设置V/div和msdiv，用探头测试机内的校正信号（方波）。如果要进行定量测试，扫描时间微调、垂直偏转微调均应顺时针旋转到校准位置。（2）基本测量方法利用示波器可以进行电压、频率、相位差等物理量的测试电压测量：用示波器可以测量正弦波、脉冲波及各种非正弦波的电压幅度其中：VPP被测电压峰峰值DY偏转灵敏度 Vdiv或VcmHY被测电压波形高度 div或cm时间测量；与电压测量方法相同，被测时间可由下式求得其中：T被测时间。如果被测时间为个周期即表示被测周期，其倒数为被测频率。Dx扫描速度tdivHx被测时间水平长度相位差的测量：用双踪示波器测试相位差的方法称为截距法或双迹法，这种方法用来测量两个频率相同的信号的相位差。以正弦信号为例，其正弦波周期宽度为X，两个信号相位差宽度为X1，则相位差如果设定X=8格，X=9格，测量时要注意：保持两个信号的零线与横轴重合；只能用其中一个波形去触发；适当扩大信号幅度并在横轴与信号的交界处读数。实图1-3 相位差测量（二）FG1617函数发生器的使用方法FG1617函数发生器具有高稳定性、高线性、低失真和直接可显示输出信号频率的特点，它能产生正弦波、三角波、方波、斜波、脉冲波及扫描波。由于用6位数字LED显示输出频率，读数方便且精确。FG1617函数发生器的输出频率范围从0.2Hz2MHz，分为七个频段，每个频段从0.22.0均可连续调节频率。输出信号幅度连续可调（约20dB），并且有20dB和40dB的衰减器，故输出范围从20mVP-P到20VP-P。输出阻抗50。直流偏置连续可调，无负载时，可达10V。如将“SYMMETRY”置于CAL位置，且“OFFSET”按进，则输出为纯交流信号。对称度比可从1：1（CAL）变到40：1。脉冲波和方波均可倒相输出。“TTLCMOS”输出与“OUTPUT”输出同步。TTL电平固定，CMOS电平5V15V可调。扫描波信号输出有线性式和对数式两种。扫描周期从5s25ms连续可调，其调制可达100：1，可覆盖整个音频范围。扫描信号可输出。若需外部电压控制调节频率，则可从“VCFIN”输入。计数式频率计能显示内部信号频率，也可外测，范围从DC10MHz。闸门时间用波段开关改变。灵敏度为30mVrms，最大输出电压150V，分辨力0.1Hz，输入阻抗1M。FGl617函数发生器的面板布局如实图1-4所示。其内部电路的原理方框如实图1-5所示。实图1-4 FGl617型函数发生器面板布局图1FGl617函数发生器的开关功能该仪器开关功能与说明均与面板布局图编号相对应。1POWER（电源开关）：按进开关则接通AC电源，同时计数器有显示。2FUNCTION（工作波形选择）：按进此三只按键之一，则输出相应之波形；如无一按进，则无信号输出，但这时可设置输出直流。311M10s0.01s（频率范围及计数器闸门时间选择）；（a）选择所需之频率范围。当按某一按键时，则计数器显示相应频率数值，即为输出之频率。（b）当外测频率时，按进不同按键则选择不同闸门时间，从而可改变测量的分辨力。4数字LED（7段LED数码管）：所有内部或外部测频均由此6个LED指示。实图1-5 FGl617函数发生器原理框图5Hz（赫）：被显示信号频率的单位，当按进3中的l，10，100三范围之一时，此LED亮。6KHz（千赫）：被显示频率的单位。当按进3中的1K，10K，100K，1M四范围之一时，此LED亮。7OVFL（溢出）：当4中的计数值超过最高位所显示之数时，此LED亮。这时所显示之数无效。8GATE（闸门）：闸门工作指示灯，此灯闪烁代表计数器工作正常。9EXT（外测）：按进此按键，则可测量由12（COUNTER）输入的外部信号之频率。1020dB：当外输入被测信号大于10V时，按进此按键以确保频率计工作之稳定。11SYMMETRY（对称）：旋动此旋钮可以改变输出波形之左右对称性，其输出频率同时改变。当此旋钮旋至CAL时，则以对称波形输出。12COUNTER（计数）：外测频率之信号由此输入，其最大值为150Vpp。输入电阻为1M。“COUNTER”、“EXT、“dB三者要配合使用。13OFFSETPULL ADJ（直流偏置）：拉出此旋钮并旋动时，可设置调定任何波形的直流工作点，顺时针为正工作点，逆时针时为负工作点。此旋钮按进，则直流工作点为零电位。14VCF INSWP OUT（外部压控输入扫描输出）：（a）当输入外部信号以控制仪器输出频率时，控制信号由此输入，但最大输入为15Vmax。（b）当用仪器内部扫描信号控制输出信号的频率时，则该输出端可输出扫描信号。15PUSH TTLPULL CMOS（按进TTL拉出CMOS）：（a）按进该旋钮，由16输出供TTL电路用的脉冲信号，电平固定。（b）该旋钮拉出，由输出CMOS电路所需之脉冲信号，输出信号515V可调。16TTLCMOS（输出端）：TTL、CMOS信号输出接口。当17拉出时，输出信号反相。17AMPLITUDEPULL INV（输出幅度拉出反相）：（a）旋动该旋钮，18输出信号幅度大小变化，且有20dB的变化量。（b）拉出此开关，只有输出脉冲与16输出信号反相（即负脉冲）。18OUTPUT（输出端）；正弦波、方波、三角波等信号由此处输出。19ATTENUATORdB、dB（输出衰减）：输出衰减按键。按进其中一只，有dB或dB的衰减量，若二者同时按进，有dB的衰减量。20FREQ（频率粗调）；旋转此旋钮，可在设定之频率范围内选择所需之输出频率。并由计数器显示屏直接读出其数据。21FINE（频率微调），调整该旋钮输出频率微变。3、20与21配合使用且WIDTH22推进，可得到0.02Hz2MHz中之任一频率输出。当仪器本身处于扫描输出功能时，扫描起始频率由20及21来决定（SWP STR SET）。22WIDTH LOGLNR（扫描宽度对数线性切换）：与23配合使用。（a）旋动此旋钮可以调整扫描之宽度，（b）按进此旋钮，输出扫描信号为对数（LOG）型，拉出此旋钮，输出之扫描信号为线性（LNR）。（c）当拉出此旋钮时且调整可得到扫描的终止频率，并能在计数显示屏上显示。23SWP RATE OFFRUN（扫描速度扫描有无切换）：（a）拉出此旋钮，则处于扫描功能，并从14可输出扫描信号。按进此旋钮，扫描信号结束，无扫描输出。（b）扫描功能时，调整此旋钮可使扫描周期从25ms5s变化。当仪器处于扫描输出功能时，则可从OUTPUT18处输出调频信号。当RATE23按进（即处于OFF），而WIDTH22拉出时且旋动，仍能调节输出信号之频率。2基本使用FGl617型函数发生器能产生多种波形信号，如能了解其基本功能及使用方法，则将发挥更大的效用。 1）准备工作（1）按进“PWR”，计数器显示屏将有数字显示。将SYMMETRY”11旋至CAL。（2）将由“OUTPUT”输出之信号接到示波器的一个输入通道；由TTLCMOS”16输出之信号接到示波器的另一输入通道。（3）按进FUNCTION”中三角波、方波、正弦波中的任一按钮。（4）改变频段开关中的11M的七个按键，并调整FREQ”20及“AMPLITUDE”17，则计数器显示屏上的指示值发生变化，同时示波器上显示波形的频率及幅度也相应发生变化。 （5）以上检查无误，仪器即可使用。2）三角波、方波、正弦波的产生（1）按进“PWR”、“SYMMETRY”旋至“CAL”。（2）按进FUNCTION中正弦波、方波或三角波中某一个键。（3）按进频段开关某一键（例如10K），旋转“FREQ”和“FINE”，使计数显示屏显示频率约10000Hz。 （4）把“OUTPUT”输出的信号接至示波器，则示波器应有正弦波、方波或三角波波形显示。观察其所测频率是否与计数显示屏的数值一致。（5）旋动“FREQ”从最大到最小。频率应有10倍以上的变化。（6）旋动“AMPLITUDE”，示波器波形可从2VP-P变到20VP-P。按下“ATTENUATOR”任一键，输出则应相应衰减。（7）拉出“OFFSET旋钮，顺时针旋转波形上移，逆时针旋转波形下移，波形移动应有10V以上的变化量（示波器输入耦合方式应置于DC）。3）脉冲波、斜波的产生在掌握“2）”的基础上，脉冲波及斜波的产生就容易了。（1）脉冲波：在输出方波的基础上，顺时针旋转“SYMMETRY”，计数显示屏上的频率数将降低，示波器上观察到的脉冲波低电平与高电平的时间比例将发生变化。对称比例可由1：1变到20：1以上。其它控制键的相关影响与上相同。（2）斜波：在三角波的基础上，调“SYMMETRY”与“FREQ”，斜波的上升时间及下降时间发生变化，其比例可由1：1变至20：1。其它控制键的相关影响与上相同。4）扫描输出（1）按进“PWR”，并按进“”，“SYMMETRY”调整至CAL（输出为对称波），拉出“RATE”，这时计数显示屏上可获得由“FREQ”等决定的扫描（调频）起始频率。从输出端“OUTPUT”得到扫描后的基本波形，即为调频波信号。（2）拉出“WIDTH”，计数显示屏上得到扫描终了频率值，转动此旋钮可获得扫频终止频率（即调频波的最高频率）。（3）拉出“RATE”后，调整其旋钮位置，扫描周期发生变动。（4）调整“WIDTH”、“FREQ”旋钮角度，扫描（扫频）宽度发生变化，且可达100：1以上。（5）由“SWP OUT”可取得扫描信号，开关“WIDTH”按进或拉出，由此可得到“对数型”或“线性”的输出信号。5）外测频率（1）“EXT”按进，外来被测信号由插座“COUNTER”输入时，可测外来信号频率，由计数显示屏显示。最大输出幅度可达150V，最高输入频率10MHz，最高分辨力为0.1Hz（GATETIME为10S时）。（2）输入信号大于l0VP-P，应按进dB衰减器。（3）选择“GATE TIME”（10S，1S，0.1S，0.01S）可改变计数器的分辨力，但应不使“OVFL”灯亮为原则。（4）其它旋钮及开关不影响外测频率的工作。（三）DA16晶体管毫伏表的使用DA16型晶体管毫伏表是测量正弦信号有效值的比较理想的仪器，在电子测量领域中得到广泛的应用。晶体管毫伏表属于放大检波式电压表，它具有灵敏度高、工作频率范围宽等优点。它的检波器是平均值检波，称为均值电压表，为了使用的需要，表面用正弦电压有效值刻度，因此只有当测量正弦电压有效值时读数才是正确的。如果用晶体管毫伏表测量三角波、方波等非正弦波，可以用波形因数KF、波峰因数KP等系数进行校正。1DA16型毫伏表主要技术指标：测量电压范围：100V300V测量电平范围：72dB+30dB工作频率范围：20Hz1MHz输入阻抗：1.5M（f=1kHz）2DA16型毫伏表使用注意事项：接通电源后首先予热以保持工作稳定。进行电调零。将输入电缆短路，测量范围调至较灵敏档，调节调零电位器使表的指针位置为零。也有一些DA16型晶体管毫伏表无须进行电调零。测量前应将“测量范围”置于适当档。若测量未知量电压，则应将“测量范围”旋钮置于大量程档，再逐步减小量程至适当位置。表的指针以指示到2/3至满量程范围为宜。3分贝的测量方法功率之比的对数表示分贝（dB）定义为 如果将被测量与基准量比较即为绝对电平若基准是P0=1mW作为零功率电平（0dBm）则任意被测功率Px的功率电平定义为电压比的对数表示 当R1=R2时，若以基准量V0=0.775V（有效值）作为零电压电平（0dB），则任意被测电压Vx的绝对电平予定义为因此，在毫伏表刻度上将0.775V处定义为0dB。若在600电阻上测量，那么功率电平等于电压电平，因为在600电阻上吸取1mW功率，其两端电压刚好为0.775V。被测电平的读数在毫伏表中我们利用衰减器和表头上标志的dB值读数的代数和直接读出绝对电平值。例如毫伏表衰减器置于10mW档，电平标志为40dB，表头读数为3dB，则被测绝对电平为：40dB（衰减器读数）3dB=43dB三、实验内容1示波器校准信号的测试示波器在使用前应进行检查和校准。正确设置示波器各开关及旋钮，用测试电缆将校准信号输出端与双踪示波器垂直通道的一个输入端相连接，适当选择偏转灵敏度和扫描速度，使波形清晰、稳定地显示。记录相关参数，绘出波形图，填于表1-1中。表1-1信 号相