实验二常用电子仪器使用与测量

1 实验二实验二 常用电子仪器使用与测量常用电子仪器使用与测量 1 实验目的 1 学习电子电路实验中常用的电子仪器 示波器 函数信号发生器 直流稳压电源 交流 毫伏表等的主要性能 各旋钮开关的作用及正确使用方法 2 初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法 2 实验设备与器材 1 双踪示波器 一台 2 函数信号发生器 一台 3 万用表 一台 4 交流毫伏表 一台 5 直流稳压电源 一台 3 实验原理与说明 在模拟电子电路实验中 经常使用的电子仪器有示波器 函数信号发生器 交流毫伏表 及频率计等 它们和万用表一起 可完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试 实验中要对各种电子仪器进行综合使用 可按照信号流向 以连线简捷 调节顺手 观 察与读数方便等原则进行合理布局 各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图 2 1 所示 接线时应注意 为防止外界干扰 各仪器的共公接地端应连接在一起 称共地 信号源和交 流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线 示波器接线使用专用电缆线 图 2 1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图 1 示波器 示波器是电子行业广泛应用的重要测量仪器之一 主要用以观测各种周期性或非周期性 变化的电信号之波形 电压幅度 周期时间 T 不同波形的相位关系等要素 示波器的 种类大致分为低频 或超低频 即 5MHZ 示波器 通用 10 30MHZ 示波器 高频 40 MHZ 示波器等 它们的型号虽然很多 但在基本原理和使用方法上均是大同小异的 本实验主要采用 DF4318 型双踪示波器 下面介绍其一般使用方法及操作要点 也可供其它 型号的示波器作为一般用法的 操作指南 其原理和详尽的使用资料请参阅有关 产品说明 书 1 开机前预置 揿入 扫描方式选择 SWEEP MODE 开关的 AUTO 即自动 键 调整 亮度控制 INTEN SITV 旋钮于旋转全行程的中间位置 置 扫描速率 SEC DIV 开关 t div 于 0 1mS 位置 置 输入状态 Y1 或 Y2 于 GND 或 位置 键揿入 调整垂直 和水平 移位 POSITION 旋钮均于 1 2 全行程的位置 将 内触发选择 TRIGGER Y1 键揿入 将 Y 轴 工作方式选择 MODE 开关 Y1 键揿入 2 测量状态的预置 当上述步骤完成后 可开启电源待机预热 若半分钟后屏幕仍无任何显示时 a 可顺时 针试调节亮度控制旋钮 直至出现一条水平状扫描线 光栅 为止 b 试调节垂直 和 水平 移位 旋钮 令光栅移位至屏幕的正中央为止 若仍无任何光栅显示的迹象时 可能预示着机内扫描电路有故障 须关机送修 如光栅已出现时 应根据该扫描线的显示状 态 反复并交替调节 亮度控制 旋钮及 聚焦控制 FOCUS 旋钮 使光栅既清晰可辨 又 2 不感到刺眼为止 3 测量精度的考证及一般使用方法 示波器属精密测量仪器 故而它的准确度 又称精度 就显得尤为重要了 这可以利用每 台示波器自我设置的 具有固定频率 f 1KHZ 固定电压输出幅度的 机内标准信号源 进 行校准 又称为 自校信号源 因型号不同 自校信号源 的电压输出幅度可能有所不同 应 根据信号输出端的标识加以确认 自校信号源 所产生的波形为标准方波 在检测时若被测 量数据 包括 Vp 与 T 与标称数据相吻合 说明该台示波器的准确度合格 否则为不合格 a 精度考证 弹 揿 出 Y1 的 输入状态 AC DC 键 弹 揿 出 键 两键均为 自锁 式开 关 揿入为 DC 或 状态 再揿则会弹出为 AC 或非接地状态 按照频率 f 1KHZ 计算出周 期时间 T T 与 f 互为倒数 故此 T 1 f 1 1000HZ 1 1000S 1mS 由 Y1 输入端口处接入专用 探头线 将探头线的 热端 用于传输信号的非 用于传输信号的非 接地接地 端 端 通常配以红色标识 否则为通常配以红色标识 否则为 冷端冷端 配以黑色标识 意为 配以黑色标识 意为 接地接地 鳄鱼夹 夹在 自校信号源 的 电压输出端口处 此时为本机内 此时为本机内 共地共地 故 故 黑夹黑夹 可悬空 可悬空 顺时针调节 扫描微调控制 CAL 旋钮到底 处于 校准 位 扫描扩展控制键 PUSH 5 须弹出 调整 Y1 通道选 择开关 VOLTS DIV 所处位置 顺时针调节顺时针调节 Y 轴轴 微调控制微调控制 CAL 钮到底 使之处于钮到底 使之处于 校校 准准 位 位 令方波波形幅度占据屏幕垂直方向的 80 左右 调节 扫描速率 开关 SEC DIV 令指针指在 0 1mS 位置 此时方波波形每周期应占屏幕水平方向的十格 即 0 1mS 10 格 1mS 此时显示为一个周期时间 若 扫描速率 开关指针指在 0 2mS 位置时 方波波形每 周期应占屏幕水平方向的五格 全屏显示为两个周期时间 每周期时间各占五格 即 每周期时间各占五格 即 0 2mS 5 格格 1mS 此时均应顺时针调节 此时均应顺时针调节 X 轴轴 微调控制微调控制 CAL 钮到底 使之处于钮到底 使之处于 校准校准 位 位 b 测量时应注意的要点 当 扫描速率 SEC DIV 开关所指示数值 为被测周期时间的整数倍率时 波形在屏 幕上能够较稳定地显示 否则 例如出现波形向左 右移动 多个叠加或闪烁等不稳定现象 例如出现波形向左 右移动 多个叠加或闪烁等不稳定现象 时 应调节时 应调节 触发电平控制触发电平控制 LEVEL 旋钮旋钮 可使波形的显示状态稳定 重要提示 但凡需要读取周期时间或电压幅值之前 必须先将重要提示 但凡需要读取周期时间或电压幅值之前 必须先将 X 或或 Y 轴的轴的 微调控制微调控制 CAL 钮顺时针旋到底 即处于钮顺时针旋到底 即处于 校准校准 位 位 否则测量无意义 波形每周期占水平方向的格数 否则测量无意义 波形每周期占水平方向的格数 及幅度占垂直方向的格数愈多 测量愈精确 及幅度占垂直方向的格数愈多 测量愈精确 c 数据的读取方法 数据的读取方法 调节垂直 或水平 移位 POSITION 旋钮 将波形的起始点 线 移位并 恰好相交 或重叠 于屏幕左方标尺上的垂直与水平轴线的交叉点 线 处 以标尺的此点 或线 作为波形测量时的基点 线 由基点 线 至波形的终点 线 在 X 轴上所占的 格数 的格数 与 扫描速率 SEC DIV 即 t DIV 开关所指之时间数值的乘积即是被测波 形的周期时间 由基点 线 向上至波形的顶点在 Y 轴上所占的格数 与通道选择开关 VOLTS DIV 即 V DIV 所指之电压值的乘积即是被测波形的电压幅度值 VP 或 VPP 注意 示波器只能直接观察及读取到被测信号的周期时间与电压幅值注意 示波器只能直接观察及读取到被测信号的周期时间与电压幅值 VP 或或 VPP 4 示波器的双踪 双通道 显示功能的使用方法 当需要对两簇不同的信号波形进行比对时 可采用从两 Y 轴 即 Y1 或 CH1 Y2 或 CH2 以下同 同时输入两个不同信号并显示在屏幕上进行即时比对 方法如下 a 将示波器的 Y1 Y2 轴输入端分别 需要输入两路信号时 需要输入两路信号时 接入示波器的 探头线 探头线的 测试端 红色 及 接地端 黑色 分别夹在 待测点 及 共地点 端 b 置 Y1 及 Y2 的 输入耦合开关 AC DC 于 AC 位 若测量信号中含有直流成份时 若测量信号中含有直流成份时 应置于应置于 DC 位 位 即 Y1 及 Y2 的 输入耦合开关 置于非接地位 c 选择 Y 轴的工作方式 由工作方式选择开关 由工作方式选择开关 MODE 所处的位置确定 所处的位置确定 当 MODE 开关置于 Y1 位置时 只有进入 Y1 输入端的信号可显示在屏幕上 当 MODE 开关置于 Y2 位置时 只有进入 Y2 输入端的信号可显示在屏幕上 当 MODE 开关置于 ALT 位置时 进入 Y1 Y2 输入端的信号以交替显示的方式显示在屏幕上 此工作模式通常适用 于观察信号频率较高的情况 当 MODE 开关置于 CHOP 位置时 进入 Y1 Y2 输入端的信 号受机内产生的 250KHZ 自激振荡电路所控制 两信号将同时显示在屏幕上 此工作模式通 常适用于观察信号频率较低的情况 当 MODE 开关置于 ADD 位置时 进入 Y1 Y2 输入端 的信号将以代数和的形式显示在屏幕上 2 函数信号发生器 3 函数信号发生器按需要输出正弦波 方波 三角波三种信号波形 输出电压最大可达 20V 通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮 可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节 函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节 函数信号发生器作为信号 源 它的输出端不允许短路 操作要点简介如下 1 接通并开启交流电源 电源指示灯被点亮 2 选择或设置所需要的信号波形 正弦波 方波 三角波 3 选择或设置所需要的信号频率 单位 Hz kHz MHz 先 粗调 用以确定频率 的 大致范围 再综合 细调 的调节使所需频率锁定在较准确的位置上 4 当选择或设置所需要的信号波形为标准 占空比为 1 1 的正弦波 方波 三角波时 占 空比 调节钮置于 校准 位 CAL 位 5 以 TTL 输出端子作为信号输出端时 得到的是方波 占空比 调节钮置于 校 准 位 或是脉冲信号 占空比 调节钮移出 校准 位 此时信号发生器无法改变波形只 能改变频率且信号输出幅度固定 约 4 5Vpp 当以非 TTL 常规 输出端子作为信号输出 端时 其可输出设置范围内的任意一种信号波形 频率 占空比 输出幅度均可调 6 当无从获取较小信号或欲获得较小信号但 幅度 调节变化剧烈难以调到预定值时 可键入 衰减 键 使输出信号在被衰减的基础上再行调节即可 20 dB 时为原输出量的 1 10 40 dB 时为原输出量的 1 100 60 dB 时为原输出量的 1 1000 3 交流毫伏表 交流毫伏表只能在其工作频率范围内 用来测量正弦交流电压的有效值正弦交流电压的有效值 为了防止过载为了防止过载 而损坏 测量前先把量程开关置于量程较大位置处 然后在测量逐挡减少量程 而损坏 测量前先把量程开关置于量程较大位置处 然后在测量逐挡减少量程 交流毫伏表 接通电源后 将输入端短接 进行调零 然后断开短路线 即可进行测量 主要操作如下 1 短接调零 毫仪表的灵敏度较高 外界干扰信号将通过输入线反映到表头 为了减小 测 量误差 特别是在测量 100 mv 以下的信号电压时 需将外接线短接调零 每换一次量程都 要重新调零 2 读数 当量程旋钮拨在 10mv 100mv 1v 等挡时 指针表示的测量值读表盘上方 0 10 的刻度 当拨在 30mv 300mv 3v 等挡时 则读表盘下方 0 30 的刻度 4 直流稳压电源 接通电源 指示灯亮 预热 5 分钟后即可使用 如做精密测量需预热半小时 接通稳 压电源输出与负载 注意 极不要接错 此时电流表指出流过负载的电流 4 实验内容及步骤 1 用示波器机内校正信号对示波器进行自检 1 扫描基线调节 将示波器的显示方式开关置于 单踪 显示 Y1或 Y2 输入耦合方式开关置 GND 触发方式开关置于 自动 开启电源开关后 调节 辉度 聚焦 辅助聚焦 等旋钮 使荧光屏上显示一条细而且亮度适中的扫描基线 然后调节 X 轴位移 和 Y 轴 位移 旋钮 使扫描线位于屏幕中央 并且能上下左右移动自如 2 测试 校正信号 波形的幅度 频率 将示波器的 校正信号 通过专用电缆线引入选定的 Y 通道 Y1或 Y2 将 Y 轴输入 耦合方式开关置于 AC 或 DC 触发源选择开关置 内 内触发源选择开关置 Y1 或 Y2 调节 X 轴 扫描速率 开关 t div 和 Y 轴 输入灵敏度 开关 V div 使示 波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波形 a 校准 校正信号 幅度 将 Y 轴灵敏度微调 旋钮置 校准 位置 Y 轴灵敏度 开关置适当位置 读取校 正信号幅度 记入表 2 1 表 2 1 标准值实测值 幅度 Up p V 频率 f KHz 4 上升沿时间 S 下降沿时间 S 注 不同型号示波器标准值有所不同 请按所使用示波器将标准值填入表格中 b 校准 校正信号 频率 将 扫速微调 旋钮置 校正 位置 扫速 开关置适当位置 读取校正信号周期 并换算成频率记入表 2 1 c 测量 校正信号 的上升时间和下降时间 调节 Y 轴灵敏度 开关及微调旋钮 并移动波形 使方波波形在垂直方向上正好占据 中心轴上 且上 下对称 便于阅读 通过扫速开关逐级提高扫描速度 使波形在 X 轴方向 扩展 必要时可以利用 扫速扩展 开关将波形再扩展 10 倍 并同时调节触发电平选钮 从显示屏上清楚的读出上升时间和下降时间 记入表 2 1 2 用示波器和交流毫伏表测量信号参数 调节函数信号发生器有关旋钮 使输出频率分别为 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 有效值均为 1V 交流毫伏表测量值 的正弦波信号 改变示波器 扫速 开关及 Y 轴灵敏度 开关等位置 测量信号源输出电压频率及峰 峰值 记入表 2 2 表 2 2 示波器测量值示波器测量值 信号电压频率 周期 ms 频率 Hz 信号电压毫 伏表读数 V 峰峰值 V 有效值 V 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 3 测量两波形间相位差 选做 1 观察双踪显示波形 交替 与 断续 两种显示方式的特点 Y1 Y2均不加输入信号 输入耦合方式置 GND 扫速开关置扫速较低档位 如 0 5s div 档 和扫速较高档位 如 5 S div 档 把显示方式开关分别置 交替 和 断续 位置 观察两条扫描基线的显示特点 记录之 2 用双踪显示测量两波形间相位差 按图 2 2 连接实验电路 将函数信号发生器的输出电压调至频率为 1KHz 幅值为 2V 的正弦波 经 RC 移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号 Ui或 UR 分别加到双踪示 波器的 Y1或 Y2输入端 为便于稳定波形 比较两波形相位差 应使内触发信号取自被设定作为测量基准的一路 信号 图 2 2 两波形间相位差测量电路 5 把显示方式开关置 交替 档位 将 Y1和 Y2输入耦合方式开关置 档位 调 节 Y1 Y2灵敏度开关位置 使在荧屏