電工儀表與測量(第五版)

第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)§8-1低頻信號發(fā)生器1.掌握低頻信號發(fā)生器的組成及工作原理。2.掌握低頻信號發(fā)生器的使用方法。3.了解函數(shù)信號發(fā)生器的用途。低頻信號發(fā)生器是用來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)低頻正弦信號的一種電子儀器。作為測試用的信號源，能根據(jù)需要輸出正弦波音頻電壓或功率，供電氣設(shè)備或電子線路的調(diào)試及維修時使用。一、低頻信號發(fā)生器的組成及工作原理XD2型低頻信號發(fā)生器為全晶體管化儀器，可以產(chǎn)生1Hz到1MHz的正弦波信號。輸出信號的幅度大于5V，功率消耗小于20W。缺點：輸出阻抗隨衰減值的不同而改變。

低頻信號發(fā)生器基本組成方框圖

1、振蕩器目前低頻信號發(fā)生器中應(yīng)用最多的是RC文氏橋式振蕩電路。該振蕩器由一個RC選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋電路和兩級阻容耦合放大電路組成。該振蕩器的輸出頻率完全由RC來決定。利用射極輸出器將振蕩器與輸出部分隔離開，防止因負(fù)載的變動而影響振蕩器的穩(wěn)定，起到隔離作用.利用射極輸出器作阻抗變換，以提高其帶負(fù)載的能力。2、射極輸出器3、衰減器作用：將輸出信號幅度調(diào)節(jié)到所需要的數(shù)值。低頻信號發(fā)生器的輸出電壓調(diào)節(jié)一般需要同時采用連續(xù)調(diào)節(jié)和步進(jìn)調(diào)節(jié)，以獲得合適的輸出信號幅度。4、電壓表可以指示出信號電壓的大小。5、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源是供給振蕩器和放大器的電源。二、XD2型低頻信號發(fā)生器面板布置頻率旋鈕輸出端鈕電壓表電源開關(guān)指示燈頻率范圍輸出細(xì)調(diào)輸出衰減保險管阻尼開關(guān)

三、XD2型低頻信號發(fā)生器的使用方法1．儀器通電之前，應(yīng)先檢查電源的進(jìn)線，再將電源線接入220V交流電源。2．開機(jī)前，應(yīng)將“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕旋至最小，輸出信號用電纜從“電壓輸出”插口引出。3．接通電源開關(guān)，將“波段”旋鈕置于所需擋位，調(diào)節(jié)“頻率”旋鈕至所需輸出頻率（由頻率旋鈕上可以觀察輸出頻率）。4．按所需信號電壓的大小，調(diào)節(jié)“輸出細(xì)調(diào)”旋鈕，電壓表即可指示出輸出電壓值。思考與練習(xí)低頻信號發(fā)生器主要有哪些用途？低頻信號發(fā)生器為什么要采用RC文氏電橋振蕩器？其基本組成是什么？低頻信號發(fā)生器中的功率放大器為什么要采用射極輸出器輸出？簡述低頻信號發(fā)生器的使用方法。如果輸出200mV以下小信號時，可再用“輸出衰減”旋鈕進(jìn)行適當(dāng)衰減。這時，實際輸出電壓應(yīng)等于電壓表指示值除以衰減器dB值的“電壓衰減倍數(shù)”，

具體轉(zhuǎn)換關(guān)系見表8—1—1。也可用晶體管毫伏表直接測量。例如，當(dāng)“輸出衰減”旋鈕處在“40dB”位置時(查表8—1—1可知，輸出衰減dB值為40時，對應(yīng)的電壓衰減倍數(shù)為100)，電壓表指針指在滿量程5V，則此時實際輸出電壓值應(yīng)等于5V除以100即0.05V。返回章目錄§8-2通用示波器的組成及原理1.掌握普通示波器的組成及各部分的作用。2.熟悉示波器的示波原理。一、普通示波器的組成普通示波器主要由示波管、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、掃描及整步系統(tǒng)、電源等五部分組成。名稱組成及作用示波管它是示波器的核心。其作用是把所需觀測的電信號變換成發(fā)光的圖形Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由衰減器和Y軸放大器組成，其作用是放大被測信號X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由衰減器和X軸放大器組成，作用是放大鋸齒波掃描信號或外加電壓信號掃描及整步系統(tǒng)掃描發(fā)生器的作用是產(chǎn)生頻率可調(diào)的鋸齒波電壓。整步系統(tǒng)的作用是引入一個幅度可調(diào)的電壓，來控制掃描電壓與被測信號電壓保持同步，使屏幕上顯示出穩(wěn)定的波形電源由變壓器、整流及濾波等電路組成，作用是向整個示波器供電普通示波器的組成及各部分的作用

1、示波管的基本結(jié)構(gòu)二、普通示波器的工作原理名稱組成及用途電子槍燈絲用于加熱陰極陰極表面涂有氧化物的金屬圓筒，在燈絲加熱作用下能夠發(fā)射電子控制柵極頂部開有小孔的金屬圓筒，其上加有比陰極低的負(fù)電壓。調(diào)節(jié)控制柵極的負(fù)電壓高低，可以控制通過小孔的電子束強(qiáng)弱，從而改變熒光屏上光點的亮度第一陽極和第二陽極兩個圓形金屬筒，其上加有對陰極來說為正的電壓。它們的作用有二：一是吸引由陰極發(fā)射來的電子，使之加速；二是使電子束聚焦

電子槍的組成及各部分的作用

Y偏轉(zhuǎn)板加直流電壓后使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)示波原理2、示波原理波形顯示原理波形的穩(wěn)定條件如果鋸齒波掃描電壓周期是被測信號周期的整數(shù)倍，熒光屏上會穩(wěn)定地顯示出若干個被測信號的波形。為達(dá)到上述目的，調(diào)節(jié)掃描電壓的頻率可以通過調(diào)節(jié)示波器面板上的“時間因數(shù)”旋鈕（有的示波器稱“掃描范圍”）和“掃描微調(diào)”旋鈕來實現(xiàn)。思考與練習(xí)普通示波器主要有哪幾部分組成？各部分作用是什么？示波器的核心是什么？它有幾部分組成？熒光屏上出現(xiàn)穩(wěn)定波形的前提是什么？返回章目錄§8-3雙蹤示波器的組成及原理1.熟悉雙蹤示波器的基本原理。2.熟悉雙蹤示波器的探頭和校準(zhǔn)信號發(fā)生器的使用。一、雙蹤示波器的基本原理雙蹤示波器的Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)電子開關(guān)（Y工作方式）的五種工作狀態(tài)：

當(dāng)電子開關(guān)處于“CH1”狀態(tài)時，CH1通道開通，屏幕上只能顯示CH1通道的波形。當(dāng)電子開關(guān)處于“CH2”狀態(tài)時，CH2通道開通，屏幕上只能顯示CH2通道的波形。當(dāng)電子開關(guān)處于“CH1＋CH2”狀態(tài)時，電子開關(guān)不工作。這時，兩路信號同時通過門電路和放大器，屏幕上顯示兩路信號疊加后形成的波形。在“交替”狀態(tài)時，電子開關(guān)產(chǎn)生一個方波信號，當(dāng)方波在“1”電平時，門電路只讓CH1通道的信號通過；當(dāng)方波在“0”電平時，門電路只讓CH2通道的信號通過。這種工作狀態(tài)只適用顯示頻率較高的信號波形。當(dāng)處于“斷續(xù)”狀態(tài)時，電子開關(guān)不受掃描信號的控制，產(chǎn)生固定頻率為250kHz的方波信號。電子開關(guān)即以這個頻率進(jìn)行自動轉(zhuǎn)換，輪流接通兩個通道。適合于顯示頻率較低的信號。注意：上述“交替”和“斷續(xù)”兩種方式都屬于“雙蹤”顯示的范圍。探頭結(jié)構(gòu)探頭等效電路探頭外形二、雙蹤示波器的組成部分1、探頭2、校準(zhǔn)信號發(fā)生器校準(zhǔn)信號發(fā)生器用來產(chǎn)生頻率為1kHz、幅度為0.5Vp-p的標(biāo)準(zhǔn)方波電壓。標(biāo)準(zhǔn)信號的作用是用來測量被測信號電壓的幅度，或者用來校準(zhǔn)掃描速度。思考與練習(xí)雙蹤示波器與普通示波器相比有哪些不同？雙蹤示波器中的電子開關(guān)有哪幾種工作狀態(tài)？適用于什么場合？雙蹤示波器中的探頭有哪些作用？觸發(fā)掃描與連續(xù)掃描有什么不同？返回章目錄§8-4雙蹤示波器的使用方法1.掌握雙蹤示波器的使用方法。2.正確使用雙蹤示波器測量波形及參數(shù)。一、XC4320型雙蹤示波器的面板說明電源開關(guān)示波器主電源開關(guān)。開關(guān)按下時，電源指示燈(CAL)亮，表示電源已接通。輝度旋鈕控制光點和掃描線亮度。聚焦旋鈕調(diào)整掃描線的清晰度。光跡旋轉(zhuǎn)旋鈕用來調(diào)整水平掃描線，使之與水平刻度線平行。1、電源部分XC4320型雙蹤示波器的前面板圖2、垂直系統(tǒng)部分CH1(X)Y1的垂直輸入端。在X-Y工作時作為X軸輸入端。CH2(Y)Y2的垂直輸入端。在X-Y工作時作為Y軸輸入端。耦合選擇開關(guān)(AC—GND—DC)AC:交流耦合。GND:放大器的輸入端接地。DC:直流耦合。V/Div衰減器開關(guān)。從5mV/Div~5V/Div共分10擋，供選擇垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。Div表示分格的意思，如V/Div表示顯示器屏幕上每一格對應(yīng)的電壓值，這樣就能很方便地從屏幕上波形所占的格數(shù)計算出波形的電壓值。微調(diào)旋鈕偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)?？烧{(diào)節(jié)至面板指示值的2.5倍以上，當(dāng)其置于“校準(zhǔn)”位置時，偏轉(zhuǎn)因數(shù)校準(zhǔn)為面板指示值;當(dāng)其拉出時，放大器增益增大5倍。垂直位移調(diào)節(jié)掃描線或光點的垂直位置。Y方式由五個按鍵開關(guān)組成，用于選擇垂直系統(tǒng)的工作方式(CH1:Y1單獨工作。CH2:Y2單獨工作。雙蹤:Y1、Y2以交替或斷續(xù)方式工作。ADD:Y1+Y2同時工作)。3、水平系統(tǒng)部分T/Div掃描時間因數(shù)選擇開關(guān)，用于選擇掃描時間因數(shù)。掃描微調(diào)用于掃描時間因數(shù)的微調(diào)?？烧{(diào)節(jié)至面板指示值的2.5倍以上，當(dāng)其置于“校準(zhǔn)”位置時，掃描偏轉(zhuǎn)因數(shù)校準(zhǔn)為面板指示值。水平位移調(diào)節(jié)掃描線或光點的水平位置。當(dāng)該旋鈕拉出時，處于“×10”擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。4、觸發(fā)部分T/Div掃描時間因數(shù)選擇開關(guān)，用于選擇掃描時間因數(shù)。掃描微調(diào)用于掃描時間因數(shù)的微調(diào)。可調(diào)節(jié)至面板指示值的2.5倍以上，當(dāng)其置于“校準(zhǔn)”位置時，掃描偏轉(zhuǎn)因數(shù)校準(zhǔn)為面板指示值。水平位移調(diào)節(jié)掃描線或光點的水平位置。當(dāng)該旋鈕拉出時，處于“×10”擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。5、0.5VP-P輸出頻率為1kHz的校準(zhǔn)電壓信號(0.5VP-P的方波電壓)，供校準(zhǔn)儀器用。二、雙蹤示波器的使用方法1、測量前的準(zhǔn)備工作：

1.顯示掃描線：將電源線插頭插入電源插座之前，按下表設(shè)置儀器的開關(guān)旋鈕及控制開關(guān)。開關(guān)名稱位置設(shè)置開關(guān)名稱位置設(shè)置電源開關(guān)斷開觸發(fā)源CH1輝度相當(dāng)于時鐘“3”點位置耦合選擇ACY軸工作方式CH1電平鎖定（逆時針旋到底）垂直位移中間位置，推進(jìn)去釋抑常態(tài)（逆時針旋到底）V／Div10mV／DivT／Div0.5ms／Div垂直微調(diào)校準(zhǔn)（順時針旋到底），推入水平微調(diào)校準(zhǔn)（順時針旋到底），推入AC―⊥―DC接地⊥水平位移中間位置

2.打開電源：調(diào)節(jié)輝度和聚焦旋鈕，使掃描基線清晰度較好。3.一般情況下，將垂直微調(diào)和掃描微調(diào)旋鈕處于“校準(zhǔn)”位置。4.調(diào)節(jié)CH1垂直移位：使掃描基線設(shè)定在屏幕的中間，若此光跡在水平方向略微傾斜，調(diào)節(jié)光跡旋轉(zhuǎn)旋鈕可使光跡與水平刻度線相平行。

5.校準(zhǔn)探頭：由探頭輸入方波校準(zhǔn)信號到CH1輸入端，將0.5VP－P校準(zhǔn)信號加到探頭上。將“AC－⊥－DC”開關(guān)置于“AC”位置，校準(zhǔn)波形將顯示在屏幕上。2、測量信號的步驟將被測信號輸入到示波器通道輸入端。注意輸入電壓不可超過400V（DC+ACP-P）。使用探頭測量大信號時，必須將探頭衰減開關(guān)撥到×10位置，此時輸入信號縮小到原值的1／10，實際的V／Div值為顯示值的10倍。如果V／Div置于0.5V／Div，那么實際值應(yīng)等于0.5V／Div×10＝5V／Div。測量低頻小信號時，可將探頭衰減開關(guān)撥到×1位置。探頭的使用

選擇各旋鈕的位置，使信號正常顯示在熒光屏上，記錄測量的讀數(shù)或波形。測量時必須注意將Y軸增益微調(diào)和X軸增益微調(diào)旋鈕旋至“校準(zhǔn)”位置。根據(jù)記下的讀數(shù)進(jìn)行分析、運(yùn)算、處理，得到測量結(jié)果。使用示波器的注意事項1.使用前必須檢查電網(wǎng)電壓是否與示波器要求的電源電壓相一致。2.通電后需要預(yù)熱15min后再調(diào)整各旋鈕。必須注意亮度不可開得過大，且亮點不可長期停留在一個位置上，以免縮短示波管的使用壽命。儀器短時間不用時可將亮度關(guān)小，不必切斷電源。3.通常信號引入線都需使用屏蔽電纜。示波器的探頭有的帶有衰減器，讀數(shù)時需加以注意。各種型號示波器的探頭要專用。三、雙蹤示波器在電氣測量中的應(yīng)用利用示波器所做的任何測量，最終都?xì)w結(jié)為對電壓的測量。直接測量法：直接從屏幕上測量出被測電壓波形的高度，然后換算成電壓值。1、電壓的測量特別注意定量測試電壓時，一般把Y軸靈敏度開關(guān)的微調(diào)旋鈕轉(zhuǎn)至“校準(zhǔn)”位置上，這樣，就可以從“V／Div”的指示值和被測信號占取的縱軸坐標(biāo)值直接計算出被測電壓值，因此直接測量法又稱為標(biāo)尺法。1、交流電壓的測量將Y軸輸入耦合開關(guān)置于“AC”位置，顯示出輸入波形的交流成分。如交流信號的頻率很低時，應(yīng)將Y軸輸入耦合開關(guān)置于“DC”位置。將被測波形移至屏幕的中心位置，用“V／Div”開關(guān)將被測波形控制在屏幕有效工作范圍內(nèi)，按坐標(biāo)分度尺的分度讀取整個波形在Y軸方向的度數(shù)H，則被測電壓的峰-峰值（Vp-p）就等于“V／Div”開關(guān)指示值與H的乘積，如果使用探頭測量時，應(yīng)把探頭的衰減量計算在內(nèi)，即把上述計算數(shù)值乘以10。正弦電壓的測量示波器的Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)置于“1V／Div”擋，被測波形在Y軸的幅度H為6Div，則該信號的峰-峰值為

Vp-p＝6Div×1V／Div＝6V最大值為Um＝3Div×1V／Div＝3V有效值為V

如果測試時Y軸輸入端采用了10：1衰減的探頭，則U＝2.12×10＝21.2V2、直流電壓的測量將Y軸輸入耦合開關(guān)置于“⊥”位置，觸發(fā)方式開關(guān)置“自動”位置，使屏幕顯示一水平掃描線，此掃描線便為零電平線。將Y軸輸入耦合開關(guān)置“DC”位置，加入被測電壓，此時，掃描線在Y軸方向產(chǎn)生跳變位移H，被測電壓即為“V／Div”開關(guān)指示值與H的乘積。2、時間和周期的測量將示波器的掃描時間因數(shù)開關(guān)“T／Div”的“微調(diào)”旋鈕轉(zhuǎn)到“校準(zhǔn)”位置，顯示的波形在水平方向分度所代表的時間按“T／Div”開關(guān)的指示值才能直接計算，從而準(zhǔn)確地求出被測信號的時間參數(shù)。測量時，要先將示波器的“X軸掃描微調(diào)”旋鈕轉(zhuǎn)到“校準(zhǔn)”位置，顯示波形在水平方向分度所代表的時間才能按“T/Div”開關(guān)的指示值直接用于計算，從而準(zhǔn)確地求出被測信號的時間參數(shù)。脈沖參數(shù)的測量測量上升沿時可調(diào)整脈沖幅度，使其占5Div，并使10％和90％電平處于網(wǎng)格上。

測量脈沖幅度時，適當(dāng)調(diào)整“V／Div”，使顯示的波形較大。測量脈沖寬度時，可將脈沖幅度調(diào)整到占6Div，這時50％電平也恰在網(wǎng)格線上。周期的測量若已知掃描偏轉(zhuǎn)因數(shù)為1μs／Div則該正弦波的周期為

T＝4Div×1μs／Div＝4μs由此可計算出該波形的頻率為相位的測量

在CH1、CH2分別輸入兩個正弦波電壓，顯示開關(guān)置于“交替”位置，調(diào)節(jié)“Y移位”，使兩個電壓波形對稱于水平中心軸。若相位差角度為j圖中，Xac＝2DivXab＝8Div則

即電壓A超前B電壓90°。思考與練習(xí)使用雙蹤示波器前應(yīng)做哪些準(zhǔn)備工作？如何用雙蹤示波器測量交流電壓？如何用雙蹤示波器測量脈沖參數(shù)？如何用雙蹤示波器測量交流電的周期和頻率？如何用雙蹤示波器測量兩個同頻交流電的相位差？返回章目錄§8-5晶體管特性圖示儀1.熟悉晶體管特性圖示儀的組成及原理。2.掌握晶體管特性圖示儀的使用方法。一、晶體管特性圖示儀基本知識晶體管特性可用于測量：PNP型和NPN型三極管的輸入特性、輸出特性和電流放大特性；各種反向飽和電流，各種擊穿電壓；各類晶體二極管的正反向特性；場效應(yīng)管的各種參數(shù)。另外，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，能迅速比較兩只晶體管的同類特性。1、晶體管特性圖示儀的組成及原理

集電極掃描電壓發(fā)生器

作用：產(chǎn)生集電極掃描電壓，它是正弦半波波形，幅值可以調(diào)節(jié)，用于形成水平掃描線。

集電極掃描電壓發(fā)生器

對集電極掃描電壓的要求：能夠從小到大，再從大回到小的重復(fù)連續(xù)變化。掃描的重復(fù)頻率要足夠快，以免顯示出來的曲線閃爍不定。掃描電壓的最大值要能根據(jù)被測晶體管的要求在幾百伏范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

基極階梯信號發(fā)生器

作用：產(chǎn)生基極階梯電流信號，階梯的高度可以調(diào)節(jié)，用于形成多條曲線簇。基極階梯電壓由階梯信號發(fā)生器提供。階梯信號發(fā)生器作為基極電源，產(chǎn)生基極源電壓。同步脈沖發(fā)生器

作用：產(chǎn)生同步脈沖，使上述兩信號達(dá)到同步。X軸放大器和Y軸放大器

作用：把從被測元件上取出的電壓信號進(jìn)行放大，然后送至示波管的相應(yīng)偏轉(zhuǎn)板上，以形成掃描曲線。示波管及控制電路

與通用示波器的電路基本相同。

電源為儀器提供各種工作電源，包括低壓電源和示波管所需的高壓電源。實際使用時，根據(jù)需要顯示的特性曲線，將集電極掃描電壓和階梯信號電壓分別加在示波器的X偏轉(zhuǎn)板和Y偏轉(zhuǎn)板上，就能顯示所需要的特性曲線。晶體三極管輸出特性曲線XJ-4810型晶體管特性圖示儀面板布置圖

示波管及控制部分集電極電源Y軸作用X軸作用顯示部分階梯信號測試臺示波管及控制部分輝度調(diào)節(jié)旋鈕用于調(diào)節(jié)曲線的亮度。聚焦調(diào)節(jié)旋鈕用于調(diào)節(jié)曲線的清晰度。輔助聚焦旋鈕用于聚焦的輔助調(diào)節(jié)。X軸作用X軸選擇開關(guān)包括：①集電極電壓從0.05V／Div～50V／Div分為10擋.②基極電壓從0.05V／Div～1V／Div分為5擋.③基極電流或基極源電壓只有1擋。④外接是為了擴(kuò)展測試范圍而設(shè)置的，只有1擋。Y軸增益用于連續(xù)調(diào)節(jié)垂直幅度。Y軸位移用于圖形垂直方向移動。Y軸作用X軸選擇開關(guān)是一個具有22擋，4種作用的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，它包括：集電極電流從10μA／Div～0.5A／Div分為15擋二極管反向漏電流從0.2μA／Div～5μA／Div分為5擋基極電流或基極源電壓只有一擋外接是為了擴(kuò)展測試范圍而設(shè)置的，只有一擋X軸增益用于連續(xù)調(diào)節(jié)水平幅度。X軸位移用于圖形水平方向移動。顯示部分顯示開關(guān)是一個3擋按鍵開關(guān)，用于顯示選擇：轉(zhuǎn)換——使圖像在I，Ⅲ象限內(nèi)相互轉(zhuǎn)換，以簡化NPN管轉(zhuǎn)為測PNP管的操作。