1常用電子儀器的使用.doc

第2章 基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 常用電子儀器的使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）通過(guò)閱讀儀器說(shuō)明書（使用手冊(cè)），了解儀器的主要技術(shù)性能指標(biāo)，初步掌握常用電子儀器的使用方法。（2）掌握函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和交流電壓表（毫伏表）的使用方法。（3）掌握雙蹤示波器的基本操作方法，掌握使用示波器測(cè)量電信號(hào)的基本參數(shù)：幅度（有效值、峰值或峰峰值）、周期（頻率）和相位的方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（DF1641B1型）、雙蹤示波器（MOS-620/640型）、交流毫伏表（MVT171或D-171型）、直流穩(wěn)壓電源、萬(wàn)用表等。三、實(shí)驗(yàn)原理（一）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是在電子電路實(shí)驗(yàn)中最常用的電子儀器之一，用來(lái)產(chǎn)生各種波形的信號(hào)（正弦波、三角波、方波等）。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的各種信號(hào)的參數(shù)（如電壓幅度、頻率等），一般都可以通過(guò)儀器面板上設(shè)置的開(kāi)關(guān)和旋鈕加以調(diào)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)中介紹的DF1641B1型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，是一多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。它可以輸出正弦波、三角波和方波，頻率范圍為0.3 Hz 3 MHz。其最大輸出電壓幅度20V峰峰值（對(duì)正弦波，最大輸出有效值7 V），可作為一般振蕩器給放大器提供信號(hào)。該函數(shù)信號(hào)發(fā)生器與其他設(shè)備配合，還可以用作掃頻信號(hào)發(fā)生器，這里僅介紹作為振蕩器的使用方法。 1、DF1641B1型函數(shù)發(fā)生器面板中各旋鈕介紹。如圖1-1所示。圖1-1 DF1641B1型函數(shù)發(fā)生器面板圖1電源開(kāi)關(guān)；2頻率范圍選擇（向上）；3頻率范圍選擇（向下）；4波形選擇開(kāi)關(guān)；5直流偏置開(kāi)關(guān)；6直流偏置調(diào)節(jié)；7掃頻方式選擇；8掃描速率；9輸出衰減選擇；10電壓輸出；11TTL輸出；12輸出幅度微調(diào)；13計(jì)數(shù)器輸入；14內(nèi)接/外測(cè)選擇；15掃頻寬度；16對(duì)稱度調(diào)節(jié)；17輸出信號(hào)幅度顯示；18對(duì)稱度控制開(kāi)關(guān)；19頻率微調(diào)；20頻率顯示2、操作步驟（1）打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)后，按下波形選擇開(kāi)關(guān)以選擇信號(hào)類型，例如，正弦波。 （2）用頻率范圍選擇開(kāi)關(guān)和微調(diào)旋鈕配合調(diào)節(jié)將輸出信號(hào)的頻率確定，此時(shí)只要讀出顯示屏上的數(shù)值即可。 （3）調(diào)節(jié)輸出衰減選擇開(kāi)關(guān)和幅度微調(diào)旋鈕，可以調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的電壓幅度大小。 注意：信號(hào)有效值大小在信號(hào)發(fā)生器上不能讀出，而必須用交流電壓表才能測(cè)出，信號(hào)發(fā)生器上面的讀數(shù)為信號(hào)的峰峰值Vp-p。 此外，由于函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可以輸出正弦波、三角波、方波信號(hào)，因此，輸出電壓的幅度通常用有效值、峰峰值Vp-p等來(lái)表示。DF1641B1型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的幾種常用的波形的參數(shù)見(jiàn)下表1-1。 表1-1 DF1641B1型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的幾種常用的輸出電壓波形的參數(shù) DF1641B1型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出電壓峰峰值最大不小于20Vp-p，在輸出信號(hào)幅度顯示窗口可直接讀出輸出電壓的峰峰值。 輸出衰減選擇開(kāi)關(guān)有4擋：“0 dB”表示輸出信號(hào)未經(jīng)過(guò)衰減器，不對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減；“-20dB”表示輸出電壓衰減10倍；“-40dB”表示輸出電壓衰減100倍；“-60dB”表示輸出電壓衰減1000倍；輸出幅度微調(diào)旋鈕可以對(duì)輸出電壓的大小作均勻的調(diào)節(jié)。輸出情況如表1-2所示。表1-2 DF1641B1型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器信號(hào)輸出幅度輸出衰減選擇開(kāi)關(guān)位置輸出信號(hào)的峰峰值正弦波輸出最大有效值0 dB（20 Vp-p） 20 Vp-p 7 V-20 dB（2 Vp-p） 2 Vp-p 700 mV-40 dB（20 mVp-p） 200 mVp-p 70 mV-60 dB（2 mVp-p） 20 mVp-p 7 mV（4）信號(hào)發(fā)生器輸出已調(diào)好的信號(hào)，輸出探極與外接電路的連接時(shí)要注意的是，紅色線是正極，黑色線是負(fù)極（信號(hào)地）。（二）雙蹤示波器示波器是一種用途廣泛的電子測(cè)量?jī)x器，它可以直觀地顯示各種周期電壓（或電流）波形及各種瞬時(shí)參數(shù)，靈敏度高，對(duì)被測(cè)電路的工作狀態(tài)影響小，因此被廣泛地應(yīng)用于電子測(cè)量領(lǐng)域中。雙蹤示波器可以同時(shí)觀測(cè)兩個(gè)電信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)使用的MOS-620/640型示波器，可以觀測(cè)到的最高信號(hào)頻率為20MHz/40MHz。1、雙蹤示波器的工作原理雙蹤示波器有兩個(gè)獨(dú)立的輸入通道和前置放大器，通過(guò)垂直方式（或稱為顯示方式）開(kāi)關(guān)切換，共用垂直（Y軸）輸出放大器，由轉(zhuǎn)換邏輯電路控制。當(dāng)此開(kāi)關(guān)置于交替位置（ALT）時(shí)，在機(jī)內(nèi)掃描信號(hào)的控制下，交替地對(duì)CH1通道（YA）與CH2通道（YB）的信號(hào)掃描顯示。即第一次掃描顯示CH1通道的信號(hào)，第二次掃描顯示CH2通道的信號(hào)，第三次又掃描顯示CH1通道的信號(hào)，由于人眼的視覺(jué)殘留現(xiàn)象將會(huì)在屏幕上同時(shí)觀察到兩個(gè)通道的信號(hào)波形，從而實(shí)現(xiàn)雙蹤顯示。這種顯示方式一般在輸入信號(hào)頻率比較高時(shí)使用。 當(dāng)顯示方式開(kāi)關(guān)置于斷續(xù)位置（CHOP）時(shí)，則在一次掃描的第一個(gè)時(shí)間間隔顯示CH1通道的信號(hào)波形的某一段，第二個(gè)時(shí)間間隔顯示CH2通道的信號(hào)波形的某一段，以后各間隔輪流地顯示兩信號(hào)波形的其余段，以實(shí)現(xiàn)雙蹤顯示。這種方法通常用在輸入信號(hào)較低時(shí)使用。 2、MOS-620/640FG型雙蹤示波器的面板旋鈕介紹圖1-2 MOS-620FG型雙蹤示波器的面板圖 1校準(zhǔn)信號(hào)輸出端；2亮度控制鈕；3聚焦調(diào)整鈕；4軌跡旋轉(zhuǎn)調(diào)整鈕；5電源指示燈；6電源開(kāi)關(guān)；7，22垂直衰減（靈敏度）調(diào)節(jié)；8CH1(X)輸入；9，21垂直靈敏度微調(diào)；10，18輸入信號(hào)耦合方式選擇；11，19垂直位置調(diào)整；12ALTCHOP(交替/斷續(xù)方式選擇按鈕)；13，17垂直直流平衡調(diào)整；14垂直（顯示）模式選擇；15機(jī)箱接地端；16CH2 INV按鍵； 20CH2(Y)輸入；23觸發(fā)源選擇；24外觸發(fā)輸入； 25觸發(fā)模式選擇開(kāi)關(guān)；26觸發(fā)極性選擇；27觸發(fā)源交替設(shè)定鍵；28觸發(fā)電平調(diào)節(jié)；29水平掃描速度（靈敏度）調(diào)節(jié)；30水平掃描速度微調(diào)；31掃描擴(kuò)展開(kāi)關(guān)；32水平位置調(diào)整；33濾光鏡片；39觸發(fā)電平鎖定 40頻率顯示MOS-620FG型雙蹤示波器的面板圖如圖1-2所示。640FG型示波器的面板與620FG型完全相同，只是640FG型Y軸通道頻帶寬度為40 MHz。而MOS-620/640型示波器則沒(méi)有頻率計(jì)頻率顯示。3、雙蹤示波器的基本操作（1）打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，預(yù)熱1min，參照附錄1.2中關(guān)于示波器基本操作（單通道操作）和雙通道操作時(shí)有關(guān)控制旋鈕的設(shè)置，將各旋鈕調(diào)節(jié)到合適的位置，此時(shí)將出現(xiàn)時(shí)基線，再調(diào)節(jié)亮度和聚焦旋鈕，使時(shí)基線的光跡清晰明亮。 （2）用示波器的探極線接上示波器自身的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)CAL-2Vp-p輸出端，然后調(diào)節(jié)水平掃描速度開(kāi)關(guān)和垂直靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕，使信號(hào)波形能有兩至三個(gè)完整的周期穩(wěn)定出現(xiàn)在屏幕上，此時(shí)，示波器就算初步調(diào)節(jié)好了。雙蹤示波器有兩個(gè)輸入通道可以輸入被測(cè)信號(hào)，每個(gè)通道的輸入探極與被測(cè)信號(hào)的連接方法是：紅色線是正極，黑色線是負(fù)極。注意：使用示波器時(shí)，一般可先將輸入信號(hào)耦合方式選擇開(kāi)關(guān)置GND（地），將示波器水平位置調(diào)整（X軸位移）和垂直位置調(diào)整（Y軸位移）旋鈕放在中間位置。接通電源預(yù)熱1min，屏幕上顯示出光跡后，將水平掃描速度（X軸靈敏度）調(diào)節(jié)旋鈕置于0.1/div，使屏幕上顯示出一條細(xì)的水平掃描線。微調(diào)水平位置調(diào)整和垂直位置調(diào)整旋鈕，使水平掃描時(shí)基線位于屏幕中央。 切忌將光點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間停留在某一點(diǎn)上，以免燒壞熒光屏。4、用示波器測(cè)量電信號(hào)參數(shù)的基本方法（1）幅度測(cè)量將垂直靈敏度微調(diào)旋鈕置CAL（校準(zhǔn)）位置（即順時(shí)針旋到底），這時(shí)被測(cè)信號(hào)的幅度（峰峰值）等于“VOLTS/DIV”垂直衰減（靈敏度）選擇開(kāi)關(guān)（或）所在檔位的刻度值（ V/div）乘以示波器顯示波形高度在Y軸上所占的格數(shù)。注意：這里是指示波器探極線上的衰減開(kāi)關(guān)通常置“1”位置，即探極線沒(méi)有對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減時(shí)的情形。若探極線上的衰減開(kāi)關(guān)置“10”位置時(shí)，被測(cè)信號(hào)的幅度（峰峰值）還要再乘以10。（2）周期（頻率）測(cè)量將“SWP.VAR.”水平掃描速度微調(diào)旋鈕置CAL（校準(zhǔn)）位置（即順時(shí)針旋到底），“10 MAG”掃描擴(kuò)展開(kāi)關(guān)置釋放位置（未按下），這時(shí)被測(cè)信號(hào)的周期等于“TIME /DIV”水平掃描速度（靈敏度）選擇開(kāi)關(guān)所在檔位的刻度值（ s/div）乘以示波器顯示波形寬度在X軸上所占的格數(shù)。若掃描擴(kuò)展開(kāi)關(guān)被按下置于擴(kuò)展“10”位置時(shí)，則被測(cè)信號(hào)的周期要再除以10。測(cè)量頻率，則為周期的倒數(shù)：f =1/T。（三）交流電壓表（毫伏表）交流電壓表（毫伏表）是用來(lái)測(cè)量正弦波信號(hào)電壓有效值的儀表，儀器輸出也是一個(gè)高增益的寬頻帶放大器。本實(shí)驗(yàn)采用的MVT171單針毫伏表，能測(cè)量AC電壓范圍為：1mV到300V（有效值），頻率范圍為：5 Hz到1 MHz。而D-171單針毫伏表，它的測(cè)量頻率范圍同樣為 5 Hz1MHz，而幅度有效值為300 V300 V的正弦信號(hào)電壓。MVT171型交流毫伏表的儀器面板圖如圖1-5所示。1、分貝擋位的應(yīng)用說(shuō)明圖1-5 MVT171毫伏表前面板1電源指示燈；2電源開(kāi)關(guān)；3量程選擇開(kāi)關(guān)；4信號(hào)輸入端；5信號(hào)輸出端；6相對(duì)參考控制（校正）；7工作狀態(tài)指示燈；8表頭；9零點(diǎn)調(diào)節(jié)表盤上提供有兩個(gè)分貝刻度，校準(zhǔn)為：0 dB =1 V 0 dBm =0.775 V（1mV，600）（1）dB“Bel”是計(jì)量功率比值的對(duì)數(shù)單位，一個(gè)分貝（“decibel”，縮寫為dB）為一個(gè)貝爾（Bel）的1/10。dB的定義為： dB=10 lg(P2/P1)，若R1=R2，功率比值為1dB=20 lg(U2/U1)=20 lg(I2/I1)。 dB的定義最初用以表示功率的比值，但在應(yīng)用中，其他值的比率（電壓比或電流比）對(duì)數(shù)也可稱為dB。 例如，一個(gè)放大器的輸入電壓為10 mV，輸出電壓為10V，放大等級(jí)為10 V/10 mV =1 000倍。因此也可以dB為單位表示為： 放大等級(jí) = 20 lg(10 V/10 mV) = 60 dB （2）dBm “dBm”為dB（mW）的縮寫。表示的是相對(duì)于1mW的功率比值，通常指的是600阻抗下的功率。因此，“0 dBm”定義為： 0 dBm =1 mW 或0.775 V 或1.291 mA（3）功率或電壓的級(jí)別由刻度讀值和選擇的擋位來(lái)確定。例如：刻度讀數(shù) 檔位 級(jí)別（-1 dB） + （+ 20 dB） = + 19 dB（+ 2dB） + （+ 10 dB） = + 12 dBD-171型交流毫伏表面板與MVT171型基本相同，不同的有：D-171型表的量程選擇范圍多一個(gè) -70 dB（300 V）檔位；表頭第一行刻度指示單位縮小10倍；此外沒(méi)有設(shè)置相對(duì)參考控制（校正）和工作狀態(tài)指示燈。2、交流電壓表的使用方法及一般操作步驟 u 調(diào)零：在接通電源前，對(duì)表頭進(jìn)行機(jī)械零點(diǎn)的校準(zhǔn)。先將量程開(kāi)關(guān)放在量程最大擋，接通電源預(yù)熱1 min。將連接線的輸入端的紅、黑端子相互短接后，把量程開(kāi)關(guān)放在最小擋，調(diào)節(jié)“調(diào)零旋鈕”，使表針指在零位。此時(shí)，交流電壓表即已完成調(diào)零。u 將被測(cè)信號(hào)輸入交流電壓表進(jìn)行測(cè)量時(shí)應(yīng)注意：由于交流電壓表靈敏度較高，為避免因50Hz交流電的感應(yīng)將表頭指針打彎，在測(cè)量時(shí)應(yīng)先將量程開(kāi)關(guān)放在大于10V擋，并應(yīng)先接地線后再接信號(hào)線，測(cè)量結(jié)束后拆連線時(shí)則應(yīng)先拆信號(hào)線后再拆接地線。u 估計(jì)被測(cè)電壓的大小，選出合適的量程；若事先不知道被測(cè)電壓大小，應(yīng)將量程置最大擋，然后逐次減小，使表針偏轉(zhuǎn)大于滿刻度的1/3以上區(qū)域，以提高測(cè)量精度。u 使用完畢后，應(yīng)將量程開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換到最大量程擋，以免下次使用時(shí)損壞儀表。注意：由于電壓表指示值是以正弦電壓有效值為刻度的，若被測(cè)電壓波形為非正弦波，測(cè)量電壓的讀數(shù)會(huì)有一定誤差。（四）常用電子儀器的使用實(shí)驗(yàn)電路圖1-6 常用電子儀器的使用實(shí)驗(yàn)電路本實(shí)驗(yàn)中采用的三種常用電子儀器，即函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，交流電壓表（毫伏表）和雙蹤示波器，它們之間的連接方式如圖1-6所示。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、示波器的使用（實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中涉及面版旋鈕編號(hào)指MOS-620FG型雙蹤示波器）（1）檢驗(yàn)示波器的靈敏度利用示波器進(jìn)行定量測(cè)量前，一般都應(yīng)該對(duì)示波器的靈敏度進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的方法是：把示波器下列控制旋鈕進(jìn)行如下設(shè)置：“TIME/DIV”水平掃描速度開(kāi)關(guān)：0.5mS/div檔；“SWP.VAR.”水平掃描速度微調(diào)旋鈕：CAL（校準(zhǔn)）位置（即順時(shí)針旋到底）；“10 MAG” 掃描擴(kuò)展開(kāi)關(guān)：釋放位置（未按下）；“VOLTS/DIV”垂直靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕：0.5V/div檔；垂直靈敏度微調(diào)旋鈕：CAL（校準(zhǔn)）位置（即順時(shí)針旋到底）；然后用示波器的探極線（衰減開(kāi)關(guān)置“1”位置）接上示波器自身的校準(zhǔn)信號(hào)CAL-2Vp-p輸出端，此時(shí)在熒光屏上出現(xiàn)校準(zhǔn)信號(hào)方波波形。仔細(xì)調(diào)節(jié)水平和垂直方向的“POSITION”位移旋鈕，觀察顯示的方波，波形幅度（峰峰值）應(yīng)剛好占滿4格；一個(gè)周期剛好占滿2格，如圖1-7所示，否則應(yīng)對(duì)示波器的靈敏度重新進(jìn)行校準(zhǔn)。圖1-7 校準(zhǔn)信號(hào)波形示波器靈敏度的校準(zhǔn)一般由指導(dǎo)教師或?qū)嶒?yàn)技術(shù)人員完成，校準(zhǔn)方法可參考儀器使用說(shuō)明書。（2）用示波器測(cè)量信號(hào)波形用示波器測(cè)量信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)波形，實(shí)驗(yàn)電路如圖1-6，暫時(shí)不連接交流電壓表（毫伏表）。要求當(dāng)信號(hào)發(fā)生器輸出為最大（信號(hào)發(fā)生器輸出衰減選擇置于 0 dB，輸出微調(diào)順時(shí)針旋至最大）時(shí)，分別觀察輸出頻率為1kHz，100 kHz，1MHz的正弦波、三角波、方波信號(hào)。調(diào)節(jié)示波器垂直靈敏度旋鈕，盡量使屏幕上顯示高度為4 6格左右，同時(shí)，根據(jù)信號(hào)頻率合理選擇水平掃描速度，使熒光屏上顯示出1至2個(gè)完整周期、穩(wěn)定的波形。用繪圖方格紙描繪記錄f =1kHz時(shí)觀察到的正弦波、三角波、方波信號(hào)波形，并注明波形的幅度（峰峰值）、周期和測(cè)量時(shí)示波器X軸和Y軸的靈敏度及輸入探頭上衰減開(kāi)關(guān)的位置。注意：進(jìn)行定量測(cè)量時(shí)，應(yīng)把示波器上所有靈敏度微調(diào)旋鈕和擴(kuò)展開(kāi)關(guān)置校準(zhǔn)位置，并用示波器本身的校準(zhǔn)信號(hào)對(duì)示波器進(jìn)行校準(zhǔn)。表1-3 用示波器測(cè)量信號(hào)波形記錄 f =1kHz正 弦 波三 角 波方 波X軸： 5 ms /divY軸： 5 V/div探頭衰減開(kāi)關(guān)： 1峰峰值：周期：X軸： s /div Y軸： V/div探頭衰減開(kāi)關(guān)： 峰峰值：周期：X軸： s /divY軸： V/div探頭衰減開(kāi)關(guān)： 峰峰值：周期： 2、交流電壓表（毫伏表）的使用 按圖1-6實(shí)驗(yàn)電路連接信號(hào)發(fā)生器和交流毫伏表，不接示波器。先將DF1641B型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器置于正弦波擋，頻率調(diào)至1 kHz，衰減置于0 dB（20Vp-p），用MVT171或D-171型交流毫伏表直接測(cè)量其輸出信號(hào)。調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出幅度調(diào)節(jié)旋鈕，使輸出電壓峰峰值為20Vp-p（信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)幅度顯示窗口指示值），用交流毫伏表測(cè)量出對(duì)應(yīng)的電壓有效值。然后將信號(hào)發(fā)生器“輸出衰減選擇”開(kāi)關(guān)分別設(shè)置為-20dB（2Vp-p）、-40dB（0.2Vp-p）和-60dB（20 mVp-p）擋上，調(diào)節(jié)輸出幅度調(diào)節(jié)旋鈕使輸出電壓指示值分別為2Vp-p、0.2Vp-p和20 mVp-p，用交流毫伏表測(cè)量出對(duì)應(yīng)的電壓有效值，記入表1-5中。 表1-5 交流毫伏表測(cè)量信號(hào)電壓記錄 （正弦波）信號(hào)發(fā)生器輸出衰減擋0 dB (20Vp-p)-20 dB(2Vp-p)-40 dB(0.2Vp-p)-60 dB(20mVp-p)信號(hào)發(fā)生器輸出指示值20Vp-p2Vp-p0.2Vp-p20 mVp-p毫伏表讀數(shù)V注意：測(cè)量時(shí)應(yīng)根據(jù)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的變化，合適選擇交流毫伏表的量程。3、三種儀器的配合使用（1）將三種儀器按圖1-6連接好，然后將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的波形選擇開(kāi)關(guān)置于正弦波擋，根據(jù)表1-6的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)信號(hào)頻率和衰減開(kāi)關(guān)。（2）選擇合適的交流電