電路理論實驗教案

電路理論實驗

電子科學與技術系電路教研室

目錄

實驗一常用電子儀器的使用.........................(1)

實驗二電路基本定律的研究........................(18)

實驗三受控源特性的研究..........................(22)

實驗四多端網絡特性的研究........................(31)

實驗五負阻抗變換器的研究........................(38)

實驗六回轉器的研究..............................(50)

實驗七相量法的測量..............................(58)

實驗八電路參數(shù)的測定............................(62)

實驗九一階電路的研究............................(69)

實驗十二階電路響應及其狀態(tài)軌跡..................(74)

實驗十一無源濾波器的研究.........................(89)

實驗十二有源濾波器的研究.......................(99)

實驗十三雙口網絡特性的研究......................(107)

實驗十四非線性電阻電路的研究....................(118)

實驗十五三相電路的研究..........................(130)

實驗十六日光燈的按裝和功率因數(shù)的改善............(137)

實驗十七RLC串聯(lián)諧振電路.......................(140)

實驗十八正弦交流電路中RLC的性能...............(144)

實驗一常用電子儀器的使用

一、實驗目的

1.對本實驗室的示波器、穩(wěn)壓電源、函數(shù)信號發(fā)生器、交流毫伏表、萬

用表等儀器的使用方法有基本了解，為今后的實驗打下基礎。

2.學會對有源單口網絡等效內阻的測量。

3.利用示波器觀察信號波形，測量振幅和周期（頻率）。

二、常用電子儀器的介紹

1.直流穩(wěn)壓電源（DCREGULATEDPOWERSUPPLY）

本實驗室采用DF1733和DF1731sB2A兩種穩(wěn)壓電源。DF1733是采

用三只電源變壓器，三路完全獨立輸出的三路直流穩(wěn)壓電源，三路完全相

同，其中一路的原理如圖1—1所示。

交

電

短

流

壓

路

輸

采

保

入

樣

護

一

一

圖1-1DF1733其中一路穩(wěn)壓原理框圖

由圖1—1可見，直流穩(wěn)壓電源由整流濾波電路、輔助電源基準電壓、

電壓（電流）采樣電路、比較放大器、調整電路和保護電路組成。

輸入220V的交流電壓經過降壓變壓器分別供給主回路整流器和輔助

電源整流器。主回路變壓器的付邊有二組抽頭，使輸出直流電壓為075V

和15~30V兩檔。

主回路整流濾波電路是由四只二極管構成橋式整流電路，每只二極管

的最大電流為3A和一只大電容(2200uF)組成。

輔助電源產生三組電壓，一組電壓為(+12V)供比較放大器和集成電路

的直流電源用。另兩組電壓經過溫度補償?shù)幕鶞史€(wěn)壓二極管穩(wěn)壓后，分別

提供電壓比較放大器的基準電壓和過載放大器的基準電壓。

電壓采樣電路將輸出電壓采樣送到電壓比較放大器的反相端，基準電

壓送到電壓比較放大器的同相端，經過電壓比較放大器(實際上為差動放大

器)，比較放大去控制調整電路，使輸出電壓為0~15V和15~30V。

電流采樣過載放大器的原理與電壓比較放大器相似，區(qū)別只在于一旦

發(fā)生過載，使調整管截止(約為L5A),輸出電流大小變小，保護穩(wěn)壓電源

不至因電流過大而燒毀。這時面板上的發(fā)光二極管導通并發(fā)光。

調整電路由大功率晶體管和中功率推動管組成。

主要技術參數(shù)：

輸入電壓：220V±10%

額定輸出電壓：DC0~15V,15~30V二檔連續(xù)可調

額定輸出電流：O~1A

電源電壓調整率：＜0.1%

負載調整率：＜0.5%

紋波電壓：WlmV(rms)

電表精度：W±3%

保護方式：過載或短路，自動保護

使用方法：

DF1733穩(wěn)壓電源使用方法比較簡單，先選擇好輸出電壓的范圍為

0-15V或15~30V,然后開機，調節(jié)電壓旋鈕至需要的值(當需要精度較高

時可用數(shù)字萬用表作監(jiān)視)。由于每路電源共用一只電壓表和電流表，可以

通過電表選擇開關，開關打開在U時，電表作電壓表指示，打開I時，電

表作電流表指示。當發(fā)生輸出過載時或短路時，不論是電壓或電流，告警

指示燈亮(PROECTION),電源自動保護，輸出為低電壓。

本實驗室采用的另一種直流穩(wěn)壓電源為DF1731sB2A。它與DF1733

穩(wěn)壓電源的主要區(qū)別是：

(1)二路獨立輸出0-30V連續(xù)可調，最大電流為2A；二路串聯(lián)輸出時,

最大電壓為60V,最大電流為2A；二路并聯(lián)輸出時，最大電壓為

30V,最大電流為4A。另一路為固定輸出電壓5V,最大電流為

2A的直流電源。

(2)主回路變壓器的付邊無中間抽頭，故輸出直流電壓為0~30V不分

檔。

(3)獨立(INDEP),串聯(lián)(SERLES),并聯(lián)(PARALLEL)。是由一組按

鈕開關在不同的組合狀態(tài)下完成的。

根據兩個不同值的電壓源不能并聯(lián)，兩個不同值的電流源不能串聯(lián)的

原則，在電路設計上將兩路0-30V直流穩(wěn)壓電源在獨立工作時電壓

(VOLTAGE),電流(CURRENT)獨立可調，并由兩個電壓表和兩個電流表

分別指示，在用作串聯(lián)或并聯(lián)時，兩個電源分為主路電源(MASTER)和從

路電源(SLAVE)。

使用方法：

(1)雙路可調電源獨立使用

按鈕開關處于INDEP狀態(tài)(即J-位置)，將穩(wěn)流調節(jié)旋鈕(CURRENT)

順時針調節(jié)到最大，然后打開電源開關，并調節(jié)電壓調節(jié)旋鈕(VOLTAGE),

使從路和主路輸出直流電壓至所需要的電壓值。此時穩(wěn)壓狀態(tài)指示燈(CV)

發(fā)光。

(2)可調電源作穩(wěn)流源使用

在打開電源開關后，先將穩(wěn)壓調節(jié)旋鈕順時針調節(jié)到最大，同時，將

穩(wěn)流調節(jié)旋鈕逆時針調節(jié)到最小，然后接上所需負載，再順時針調節(jié)穩(wěn)流

調節(jié)旋鈕，使輸出電流至所需要的穩(wěn)定電流值。此時穩(wěn)壓狀態(tài)指示燈(CV)

熄滅，穩(wěn)流狀態(tài)指示燈(CC)發(fā)光。

(3)雙路可調電源串聯(lián)使用

將按鈕開關置于SERIES狀態(tài)(即左一■，右-L位置)。調節(jié)主路電

源電壓調節(jié)旋鈕，從路的輸出電壓嚴格跟蹤主路輸出電壓，使輸出電壓最

高可達兩路額定電壓之和。(注意：在串聯(lián)聯(lián)接時，主路和從路的聯(lián)接片不

能與地短路；從路的電流調節(jié)旋鈕順時針旋到最大，否則因從路輸出電流

超過限流保護點，從路輸出電壓將不再跟蹤主路的輸出電壓?)

(4)雙路可調電源并聯(lián)使用

將按鈕開關置于PARALLEL狀態(tài)(即左耳，右二位置)。調節(jié)主

路電源電壓調節(jié)旋鈕，兩路輸出電壓一樣，同時從路穩(wěn)流指示燈(CC)發(fā)光,

而從路穩(wěn)流調節(jié)旋鈕不起作用。

當電源做穩(wěn)流源使用時，只要調節(jié)主路的穩(wěn)流調節(jié)旋鈕，此時主、從

路的輸出電流均受其控制并相同,其輸出電流最大可達二路輸出電流之和。

2.數(shù)字萬用表(DIGITALMULTIMETER)

本實驗室采用UT56和DT1000兩種四位半數(shù)字萬用表。可用來測量

直流和交流電壓及電流、電阻、電容、二極管、三極管、頻率以及電路通

斷，具有LCD顯示，最大顯示值為'19999',過量程顯示'1',和讀數(shù)保

持功能。

主要技術參數(shù)及使用方法：

(1)電阻測量

量程：200Q,2KQ,20KQ,200KQ,2MQ,20MQ,200MQ。

使用時需要注意：

①被測電路不能帶電，電容電荷要放盡。

②被測阻值超出量程時或開路時，顯示‘1'。

③對于大于1MQ或更高的電阻，要幾秒鐘后讀數(shù)才能穩(wěn)定，這

是正?，F(xiàn)象。

④使用200Q檔時:先將表筆短接，顯示表筆線的電阻值，實驗

中應減去這一電阻值，得到的才是實際被測值。

⑤200MQ短路時有1000個字，測量時應從讀數(shù)中減去。如測量

100MQ電阻時，顯示為110.00,1000個字應被減去(即

110.00-10.00=100.00MQ).,

(2)直流電壓測量

量程：200mV,2V,20V,200V,1000Vo

輸入阻抗：所有量程為10MQ。

使用時需要注意：

①測試表筆并接到待測電路上，紅表筆所接端子的極性將同時

顯示。

②如果顯示器只顯示'1',表示過量程.

③輸入電壓高于1000V時，顯示電壓值是可能的，但有可能損

壞儀表。

(3)交流電壓測量

量程：2V,20V,200V,750V。

輸入阻抗：所有量程為2MQ。

使用時需要注意：

①測試表筆并接到待測電路上。

②如果顯示只顯示'1',表示過量程。

③輸入電壓高于750V時，顯示電壓值是可能的，但有可能損壞

儀表。

(4)直流電流測量

量程：20mA,200mA>20Ao

測量電壓降：滿量程為200mV。

過載保護：200mA以下為0.3A/250V保險絲保護，20A無保險絲保護。

(5)交流電流測量

量程：2mA,20mA,200mA,20A。

測量電壓降和過載保護與直流電流測量相同。因為在實驗室中我們不

提倡學生使用電流表，但需要測量電流時，我們都是將電流轉換為電

壓，測出電壓值后，然后計算出電流，所以直流、交流電流的測量方

法不再介紹。

(6)二極管和蜂鳴連續(xù)性測量

量程：置于二極管令卜時，顯示二極管正向電壓值，單位為伏，此

時，正向直流電流約為1mA,反向直流電壓約為3.0V。

量程：置于蜂鳴嚼時;電阻W50。時，機內蜂鳴器響，顯示電阻近

似值，單位為千歐。

(7)頻率測量

量程：20KHz

輸入靈敏度：＜200mVrms

測量范圍：W30Vrms

使用時需要注意：

①將功能開關置于KHz量程,將測試表筆并接到被測頻率源上,

可直接從顯示屏上讀取頻率值。

②被測值超過30Vrms時，不能保證測量精度，并應注意安全，

因為此時電壓已屬危險帶電范圍。

(8)晶體管hFE測量

量程：可測NPN型或PNP型晶體管hFE。

顯示范圍：0-10000

此時，基極電流約為10nA,Uce約為3.0V

(9)電容測量

量程：2nF,20nF,200nF,2uF,20uF(lnF=10-3uF)o

測試信號為：約400Hz,40mVrms

使用時需要注意：

①測量大電容時，要先放電，然后進行測試，以防損壞儀器或

引起測量誤差。

②將待測電容插入電容測試座中，待穩(wěn)定后，直接從顯示屏上

讀取讀數(shù)。

3.交流毫伏表(AVMILIVOLTMETER)

本實驗室采用DF2173B毫伏表。具有測量精度高，輸入阻抗高，通頻

帶范圍寬的特點，且有監(jiān)視輸出功能，可作放大器使用。

毫伏表的原理框圖如圖1—2所示。

當輸入電壓過大時，輸入保護電路工作，有效的保護場效應管。衰減

器用來控制各檔衰減的開通，使儀器在各量程檔均能高精度地工作。監(jiān)視

輸出功能可使本儀器當在放大器使用。直流電壓由集成穩(wěn)壓器產生，供給

放大器直流電源。

放

輸入刖置衰減檢表頭

大

波

保護放大控制指示表頭

器

器

輸幡器器

入

A監(jiān)視輸出川監(jiān)視輸出

放:gI

圖1一2毫伏表的原理框圖

主要技術參數(shù)：

電壓測量范圍：100uV~300V

電壓刻度：1,3,10,100,300mV,1,3,10,30,100,300V

dB亥I」度：-60~+50dB

頻率響應：100Hz~lOOKHz±5%

10Hz-lMHz±8%

輸入阻抗：1MQ//45PF

電源：220V±10%,50±2Hz

使用方法：

(2)機械調零。在通電前，先調整電表指示的機械零位。

(3)接通電源。按下電源開關，發(fā)光二極管燈亮，儀器立刻工作，為

保證性能穩(wěn)定，可預熱10分鐘后使用。

(4)將量程開關置于適當量程，再加入測量信號。若測量電壓未知，

應將量程開關置于最大檔，然后逐漸減小量程。

(5)當輸入電壓在任何一個量程檔指示為滿度時，監(jiān)視輸出端的輸出

電壓均為0」Vrms(rms/root—mean—square/均方根值)。

(6)毫伏表是按正弦電壓有效值刻度的，如果被測信號不是正弦波，

則會引起很大誤差。

(7)毫伏表輸入端開路時，由于外界感應信號的影響，指針可能超量

程偏轉。為了避免指針碰彎，不測量時，量程應選在較大位量。

A

正成

電

弦

路

波

形

頻率

調節(jié)

頻率

計數(shù)器

圖1-3函數(shù)信號發(fā)生器原理框圖

4.函數(shù)信號發(fā)生器(FUNCTIONGENERATOR)

本實驗室采用DF1641D和EE1641D函數(shù)信號發(fā)生器。能直接產生正

弦波，三角波，方波，鋸齒波和脈沖波，且具有VCF輸入控制功能。

TTL/CMOS與OUTPUT同步輸出。直流電平可連續(xù)調節(jié)，頻率計可作內

部頻率顯示，也可作外測頻率，電壓用LED顯示。

函數(shù)信號發(fā)生器工作時，由V/I電壓一電流變換器產生Iup=IJmm的

二個恒流源。恒流源對時基電容C進行充電和放電，電容的充電和放電使

電容上的電壓隨時間分別呈線性上升和線性下降，因而在電容兩端得到三

角波電壓。三角波電壓經方波形成電路得到方波電壓。三角波電壓經正弦

波形成電路得到正弦波電壓，最后經過功率放大輸出。

主要技術參數(shù)：

頻率范圍：0.1Hz~2MHz分七檔

波形：正弦波，三角波，方波，正向或負向脈沖波，正

向或負向鋸齒波

TTL輸出脈沖波：低電平W0.4V,高電平23.5V

CMOS輸出脈沖波：低電平W0.5V,高電平574V連續(xù)可調

輸出阻抗：50Q±10%

輸出幅度：220URP(空載)

輸出衰減：20dB,40dB

直流偏置：0~±10V連續(xù)可調

VCF輸入：DC-1KHz,0~5V

頻率計：lHz~10MHz,靈敏度lOOmVrms,

最大15V(AC+DC)

電源：220±I0%,50±2Hz

函數(shù)信號發(fā)生器的原理框圖如圖1—3所示。

DF1641D函數(shù)信號發(fā)生器使用并不復雜，主要問題是面板上的一些符

號，初學者不易識別，造成使用困難，為此作如下介紹：

電源開關鍵/POWER,按下電源接通(ON),彈起關斷電源(OFF)

量程選擇鍵/RANGE(Hz),有七個鍵，即2,20,200,2K,20K,

200K,2M

功能鍵/FUNCTION,有三個鍵，即方波"LTL(占空比為50%)三角

波八\八(正、負斜率相等)和正弦波AJC。

頻率調節(jié)旋鈕/FREQUENCY,與量程選擇鍵配合使用，如果量程鍵

按下2KHz,改變頻率調節(jié)可獲得0.2KHz~2KHz范圍內的任一頻率信號，

其余依次類推。

輸出/OUTPUT,為被測電路提供信號，輸出阻抗約50Q。

輸出幅度調節(jié)旋鈕/AMPLITUDE,用于調節(jié)輸出信號的幅度大小，

Up_p>20V。

上述一些鍵和旋鈕是經常使用的，為獲得一些特殊場合所需要的電信

號，還有如下幾個旋鈕：

拉出輸出信號倒相旋鈕/PULLTOINV,與輸出幅度調節(jié)旋鈕在一

起，拉出時使輸出信號倒相(相位差為180。)，按下輸出信號不倒相。

輸出衰減鍵/ATTENUATOR,按下20dB鍵，使輸出相對衰減10倍,

按下40dB鍵，使輸出相對衰減100倍。

拉出可改變斜率/脈沖旋鈕/PULLTOVARRAMP/PULSE,其功能是

如果按下功能鍵中的三角波鍵△/、，按下斜率/脈沖旋鈕,這時輸出為正、

負斜率相等的三角波，此時若拉出該旋鈕并旋轉時，則可獲得正、負斜率

不等的鋸齒波。如果按下功能鍵的方波鍵LTL,按下斜率/脈沖旋鈕，這

時輸出為占空比50%的方波，此時若拉出該旋鈕，并旋轉，則可獲得占空

比為5%~95%的脈沖波。

拉出可改變直流偏置旋鈕/TULLTOVARDCOFFSET,其功能是不

拉出時，由前述方法中獲得的正弦波，方波，三角波，脈沖波或鋸齒波，

其直流分量均為零?拉出該旋鈕并旋轉，則可以在輸出信號獲得-10V~10V

的直流分量。

TTL/CMOS輸出端口，該端口專門為晶體管邏輯電路(TTL)設置。

TTL/CMOS調節(jié)旋鈕,其功能是拉出可得TTL脈沖波，按下為CMOS

脈沖波，且其幅度可調。

電壓控制端口/VCF,因為該函數(shù)信號發(fā)生器產生的各種波形不是采

用RC或LC振蕩器的原理，而是采用電壓控制振蕩頻率的原理，因此可

以采用外加電壓控制來獲得所需要頻率的各種波形。

計數(shù)器作頻率計使用鍵/COUNTEREXT-20dB,在儀器的背后，

將外部測試信號輸入，按下EXT健，即將內部信號斷開，用于測量外部信

號頻率。-20dB按下鍵，使信號衰減10倍。

5.示波器(OSCILLOSCOPE)

示波器是一種能在示波管屏幕上顯示出電信號變化曲線的儀器，它不

但能象電壓表，電流表那樣讀出被測信號的幅度(注意：電壓表，電流表如

無特殊說明，讀出的數(shù)值為有效值)，還能象頻率計，相位計那樣測試信號

的周期（頻率）和相位，而且還能用來觀察信號的失真，脈沖波形的各種

參數(shù)等。

本實驗室采用的示波器有三種型號，即V-252,YB4320G和DF4320。

這三種示波器均為雙蹤示波器，可同時測試兩路從直流（DC）到交流（AC）

20MHz的電信號。靈敏度為ImV/DIV。由于型號不同，面板結構不同，

各種旋鈕（或按鍵）功能有的用中文表示，有的用英文表示，但其基本組

成部分都有：電源系統(tǒng)，垂直系統(tǒng)（Y軸），水平系統(tǒng)（X軸）和觸發(fā)系統(tǒng)

（TRIGGER）,這四部分組成。其結構框圖如圖1—4所示。

解，下面結合結構框圖1-4簡要介紹其工作原理。

（1）示波管

示波管是進行電一光轉換的器件，把被測的電信號轉換為光信號，在

示波管的熒光屏上顯示出來。示波管由三大部分組成。電子槍，用于產生

纖細而高速的電子束，由輝度（INTEN）和聚焦（FOCUS）旋鈕控制；偏

轉系統(tǒng)，使電子束隨X軸或Y軸的信號而偏轉，由移位旋鈕（POSITION）

和衰減器旋鈕（VOLTS/DIV）控制；顯示屏，即熒光屏，在高速電子束轟

擊下發(fā)光，顯示出圖形。

（2）Y軸放大器（垂直系統(tǒng)）/（VERTICAL）

Y軸放大器或垂直通道（簡稱Y通道）。被測試信號經過探頭（又稱探極）

與示波器連接，探頭實際上是一個脈沖分壓器，具有-20dB（即10：1）的

衰減，保證不失真地把被測信號傳輸?shù)绞静ㄆ鲀炔?。（因為探頭極易損壞，

實驗室中不用-20dB的衰減）。經過探頭后的信號由交流AC（電容耦合）

—地（GND）一直流DC（直接耦合）?。ɑ虬粹o）的位置決定進入到示

波器內的衰減信號。衰減器的基本作用是把很大的幅度變化范圍

（lmV~50V）縮窄，以利于Y通道放大器的正常工作，衰減器在面板上，

用VOLT/DIV表示（DlV=0.8cm）,調節(jié)衰減量，即改變示波器的Y軸偏

轉靈敏度（或偏轉因子）。測試時，用衰減器開關指示的數(shù)值，乘以垂直方

向信號所占的格數(shù)，即為被測信號的幅度。（這時，微調旋鈕

VAR/VARIATION不能打開，應在校正位置）。經過衰減器后的信號到達Y

軸放大器。Y軸放大器實際上是平衡式直流放大器，要求具有低噪聲、寬

頻帶、高增益。在面板上沒有幾個旋鈕。一個是Y軸增益微調旋鈕，即

VAR,是改變放大器的增益，使屏幕上波形幅度得到連續(xù)的調節(jié)，但這時

不能按偏轉因子來讀數(shù)，因為Y軸增益已離開了校正點。還有一個是Y軸

移位（POSITION）,調節(jié)它能使波形上下移動，以便觀察和讀數(shù)。再一個

是“極性”選擇按鈕（或拉出、按下旋鈕）和穩(wěn)定調節(jié)旋鈕（LEVEL）?！皹O

性”選擇容易理解，是將信號反相或不反相。LEVEL旋鈕的功能比較難于

理解，這里作簡要說明：因為示波器具有觸發(fā)掃描功能，即由被測信號（或

電源，或外接）來觸發(fā)X軸掃描。但X通道從接受觸發(fā)信號到開始掃描（產

生鋸齒波），要有一段延遲，即掃描電壓的產生要滯后一段時間，使被測信

號與掃描信號不易同步，所以在Y通道加入延時電路，即穩(wěn)定調節(jié)旋鈕

（LEVEL）,實質是調節(jié)延時，或稱調節(jié)穩(wěn)定。經過延遲的被測信號放大

到足夠的幅度，以便推動示波管的垂直偏轉板，使電子束在垂直方向能滿

偏轉。

下面簡要說明雙蹤顯示原理。為了同時顯示兩個被測試信號，在Y通

道中加入通道轉換器，實際上是電子開關，按照時間分隔原理構成雙蹤示

波器。電子開關在面板上是由方式選擇MODE開關（或按鈕）控制，共有五

種狀態(tài)，DODE打在CHi時，只讓第一路被測信號通過，而CH2被關斷，

屏幕上只顯示第一路信號的波形，相當于單蹤功能。DODE打在CH2時，

屏幕上只顯示第二路信號的波形，相當于單蹤功能。當DODE打在“交替”

（ALT/ALTERNATE）,適合于交替顯示兩路較高頻率的信號。按“交替”

方式工作時，第一次掃描電子開關接通第一路信號，第二次掃描接通第二

路信號，如此重復，只要掃描頻率超過25HZ,盡管每個信號波形是交替

顯示，但由于人眼的滯留效應，圖象也不會閃爍。為了使每個信號至少有

一個完整的周期顯示，輸入信號的頻率不能低于掃描頻率，因此交替方式

不適用于頻率很低的信號。當DODE打在“斷續(xù)”（CHOP）,適合于同時

顯示兩路較低頻率的信號。按斷續(xù)工作時，每次掃描過程中，電子開關高

速輪流接通兩個被測信號，顯示的圖象實際上是由若干斷續(xù)的線段組成，

當這些線段足夠密時，圖象就看不出中斷點。顯然被測信號的頻率必須遠

低于電子開關的轉換頻率，因此斷續(xù)方式不適用于較高頻率的信號，而能

觀測持續(xù)時間長于間斷時間的單次信號。當DODE打在ADD（迭加），第

一路信號和第二路信號同是時通過電子開關，互相迭加，顯示兩路信號迭

加在一起的波形，即YI+Y2；與“極性”選擇開關（或按鍵）相配合，即

可實現(xiàn)丫「丫2功能。

（3）X通道（或稱水平通道，時基電路）/（HORIZONTAL）

X通道主要作用是產生一個與時間成線性關系的鋸齒波掃描電壓，加

到示波管的水平偏轉板上，使電子束沿水平方向隨時間而線性偏轉，形成

時間基線（簡稱時基）。

X通道的主要由掃描發(fā)生器環(huán)，觸發(fā)脈沖發(fā)生器和X放大器組成。下

面簡要說明各部分的作用及原理，以便對面板上一些控制旋鈕（或按健）的

作用，有較深入的理解。

掃描發(fā)生器環(huán)是由掃描發(fā)生器，電壓比較器，時基閘口和釋放電路組

成的一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，產生與時間成線性關系的鋸齒波掃描電壓，波形

如圖1—5所示。

圖1—5掃描電壓波形

圖1—5中，tf稱為掃描時間或掃描正程時間，在這段時間里，光點從

屏幕的左端均勻地向右端移動。面板上的掃速開關（TIME/DIV）,表示每

格所對應的時間。測試時，將微調開關（VAR）關上，就可以根據波形在

水平方向所占的格數(shù)來讀取時間。掃描開關的內部實際上就是不同的R、

C定時元件。tb稱為掃描回程時間，電子束在這段時間迅速從屏幕的右端

回到左端（要求tb越小越好）。為了在屏幕上不顯示回掃光跡，一些較高

質量的示波器在tb時間內有一個消隱信號加在示波管上，用于抑制電子束

的強度，故在回掃時不顯示光跡。tw為等待時間，此時掃描發(fā)生器等待下

一次觸發(fā)。所以一次掃描的周期T=tf+tb+tw。

觸發(fā)脈沖發(fā)生器：掃描發(fā)生器環(huán)是在觸發(fā)脈沖觸發(fā)下開始工作的，而

觸發(fā)脈沖是由觸發(fā)信號經過加工后得到的。根據觸發(fā)信號來源的不同，有

取Y通道的被測信號CH,或CH2的內觸發(fā)，有取自“外接”的外部觸發(fā)信

號，還有取自機內50Hz的工頻信號等。觸發(fā)脈沖發(fā)生器的任務是將這些

頻率、幅度、極性和波形各異的觸發(fā)信號變成掃描發(fā)生器環(huán)所能接受的、

規(guī)范的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖發(fā)生器主要包括觸發(fā)信號選擇開關，觸發(fā)極性

選擇開關，觸發(fā)放大器和觸發(fā)脈沖形成器等幾個部分組成。觸發(fā)信號選擇

開關（TRIGGERMODES）在面板上有自動（AUTOMATIC）,常態(tài)

（NORMAL）,單次，TV—H或TV-V等不同的開關（或按鍵）根據觸發(fā)

源（TRIGGERSOURCE）的不同在面板上由內部（INTERNAL）機內50HZ

的工頻信號（LINE）和外部（EXTERNAL）開關（或按鈕）控制。觸發(fā)

極性選擇開關有正極性（+）和負極性（-）兩種。正極性是指觸發(fā)點位于

觸發(fā)信號的正斜率，負極性則為負斜率，在面板上用觸發(fā)斜率（TRIGGER

SLOPE）表示。觸發(fā)斜率旋鈕與面板上的延時調節(jié)（LEVL）旋鈕配合

使用能在示波器上顯示穩(wěn)定的波形。觸發(fā)放大和觸發(fā)形成器是為了獲得前

沿陡峭、寬度、幅度合適的觸發(fā)脈沖。

X放大器的作用是放大掃描電壓，并將其加到X偏轉板（水平偏轉板），

使電子束能在水平方向得到滿偏轉。此處還有水平移位旋鈕，有的機型還

有水平擴展按鍵等。

圖1—6表示UY被測信號電壓加在示波管的垂直偏轉板上，Ux掃描

電壓加在示波管的水平偏轉板上，當電子束進入偏轉區(qū)，同時受到Y方向

和X方向偏轉電壓的作用，則在熒光屏上顯示出被測電壓隨時間變化的波

形圖。

圖1—6示波器顯示正弦波

主要技術參數(shù)：

因為示波器的種類很多，我們只將本實驗室示波器共同的幾個主要技

術參數(shù)列出，供使用時心中有數(shù)。

Y軸頻帶寬度：DC~20MHz,AC耦合，頻率下限-3dB,10Hz

輸入阻抗：lMQ±2%〃25pF

偏轉系數(shù)：lmV~5V/DIV,1—2—5進制分21檔

工作方式：CH,,CH2,雙蹤，疊加

X軸頻帶寬度：DC~2MHz

偏轉系數(shù)：1US-0.5S/DIV,1—2—5進制分21檔

X—Y工作方式：DC~2MHz

X—Y相位差：W3。DC~100KHz

觸發(fā)源：CHi,CH2,電源，外接

電源：220V±10%50+2Hz

前面簡要介紹了普通雙蹤示波器的原理，一些部件的功能和主要技術

參數(shù)。對于了解一臺完整的儀器及要深入研究某些部件的特點定會所有啟

發(fā)，并為將來學習電子技術打下基礎。但對于初學者，無疑因難度過大不

易掌握。為此，下面列出面板上的一些旋鈕(或按鈕)的中英、文名稱及作

用，這些都有其通用性，分為四部分：

①電源部分

1)電部開關(POWER)

2)輝度(INTENSITY)

3)聚焦(FOCUS)

4)校正信號(CAL),IKHz非過零方波，0.5VP(或0.3Vp)。

②垂直通道(VERTRICAL)

1)CHi(X)，CH2(Y),輸入(INPUT)

2)AC/GND/DC

AC/信號經過電容耦合至放大器輸入

GND/放大器輸入端接地

DC/信號直接耦合至放大器輸入

3)伏/格(VOLTS/DIV)衰減器開關，1—2—5進制，示波管垂直

方向分為8格。

4)移位(POSITION)

5)垂直工作方式(VERTICALMODE)

CHi屏幕上僅顯示CHi的信號

CH?屏幕上僅顯示CH2的信號

DUAL(ALT,CHOP),屏幕上顯示CH”CH2兩路信號，(ALT

為“交替”，用于較高頻率，CHOP為“斷續(xù)”，用于較低頻率)。

疊加(ADD)顯示CHi和CH2信號的代數(shù)和。

③水平通道(HORIZONTAL)

1)掃描時間選擇開關(TIME/DIV),按1—2—5進制。示波器水平

方向分為10格

2)X—Y，

3）CHi信號作為X軸，CH?信號作為Y軸

④觸發(fā)系統(tǒng)（TRIGGER）

1）觸發(fā)源選擇（SOURCE）

輸入信號觸發(fā)（INT）

電源信號觸發(fā)（LINE）

外部信號觸發(fā)（EXT）

2）輸入信號觸發(fā)（INTTRIG）

CH”CH輸入信號觸發(fā)

CH2,CH2輸入信號觸發(fā)

交替觸發(fā)（VERTMODE）,用于穩(wěn)定顯示二個不同頻率的信號，

故不能用于測信號的相位差。

3）觸發(fā)方式選擇（TRIGEMODE）

自動掃描（AUTO）,無信號輸入時有掃描基線

常態(tài)掃描（NORM）,有觸發(fā)信號才有掃描基線，當輸入信號低

于50Hz時，請用“常態(tài)”觸發(fā)掃描。

（4）示波器使用舉例

①直流電壓測量

1）將觸發(fā)方式置自動（AUTO）,使屏幕上出現(xiàn)掃描基線，Y軸微調

置校正（CAL）

2）CH”或CH2的輸入接地（GND）,此時的基線，即為0V基準線。

3）加入被測信號，輸入置DC,觀察掃描基線在垂直方向平移的格

數(shù)，與VOLTS/DIV開關指示的值相乘，即為信號的直流電壓。

例如，VOETS/DIV置0.5V/DIV,讀得掃描線上移為3.4格，則

被測電壓為：U=0.5/DIVX3.4DIV=1.7V（如果采用10:1的探頭，

則為17V）。

②交流電壓測量

1）將輸入置AC（或DC）

2）利用垂直移位旋鈕，將波形移至屏幕中心位置，按波形所占垂直

方向的格數(shù)，即可測出電壓波形的峰一峰值。例如，VOLTS/DIV

置0.2V/DIV,被測波形占5.2格，則被測電壓為：Up.P=0.2V/DIV

X5.2DIV=1.4V（置DC時，將被測信號中的直流分量也考慮在內，

置AC時，則直流分量無法測出）。

③時間測量

掃描開關的微調置于校正位置（CAL）。

1）測間隔時間（周期）。

例如，TIME/DIV置于0.2ms/DIV,間隔在水平方向占6格，

則其間隔時間為：T=0.2ms/DIVX9DIV=1.2ms。

2）測量脈沖前（后）沿時間

脈沖的前沿（或后沿）時間是指脈沖由幅度的10%上升到90%（由

90%下降到10%）的時間。測量時可調節(jié)掃速開關，將波形的前沿（或

后沿）適當展寬，以便精確讀數(shù)。

3）測脈沖寬度

調節(jié)VOLTS/DIV,TIME/DIV開關，使脈沖在垂直方向占2~4格,

水平方向占4~6格，此時脈沖前沿及后沿中心點之間的距離為脈沖寬

度時間tu。

4）測量頻率

測量周期性信號的頻率，有兩種方法。

第一種測一個周期的時間，例如，波形周期為8格，掃描開關置

Tips,

貝T=lX8=8us,f=l/T=125KHz,

第二種方法，使被測信號在屏幕上顯示較多周期，則可以減小測

量誤差，精度可接近于掃描速度時間的精度（±2%）,此時按X軸方

向10格內占有多少個周期的方法來計算，公式為：

/=--------------

10xTIME/DIV

式中，被測信號的頻率（Hz）

N：10格內占有的周期數(shù)

T1ME/D1V：面板上掃描開關指示的數(shù)值

三、實驗內容

1.直流電壓的測量

用示波器和萬用表的直流電壓檔（DCV）,測量直流穩(wěn)壓電源5V,10V,

15V,20V,25V,30V時的各自讀數(shù)。

穩(wěn)壓源表頭

5V10V15V20V25V30V

指示

萬用表讀數(shù)

示波器讀數(shù)

2.方波信號測量

用CHi(或CH2)觀測示波器本身的校準信號(CAL),測量數(shù)據填入

下表，并用DC和AC檔，分別畫出波形圖，在圖上標出UP和周期T。

校正信號標稱值示波器測得的原始數(shù)據測量值

幅度Up-pVdivv/divV

頻率fHzdivms/divHz

3.交流電壓的測量

信號源選定為正弦波輸出，頻率分別為下表各值時，完成下表。

正弦波頻率示波器Up-p毫伏表(V)萬用表(V)

50Hz3.0V

IKHz3.0V

lOKHz3.0V

4.函數(shù)信號發(fā)生器內阻的測量

圖1-6函數(shù)信號發(fā)生器的等效電路圖

★5.電壓源U—I(伏一安)特性曲線測量

如圖1—6所示，在U—I平面(即X—Y)上可以見到位于I、IV象

限的一條直線。

3

圖中：u.(r)=2V2cos(2^Xiot)V,U=2V,R=1KQ。

圖1—7電壓源U—1特性測量

四、思考題

I.用半電壓法測量函數(shù)信號發(fā)生器內阻的理論依據，能否用來測量穩(wěn)壓電

源的內阻，為什么？

2.從直流穩(wěn)壓電源的U—I（伏一安）特性曲線看，這是什么電阻？

3.設計測量電流源U—1（伏安）特性曲線的原理圖和接線圖？

五、實驗報告

I.實驗報告要按規(guī)定格式書寫，原始數(shù)據有教師簽字。

2.整理實驗數(shù)據并作分析，得出相應結論。

六、實驗儀器

1.F1733直流穩(wěn)壓電源或DF1731SC直流穩(wěn)壓電源一臺

2.DF2173B交流毫伏表一臺

3.UT56或DT1000數(shù)字萬用表一塊

4.DF1641D或EE1641D函數(shù)信號發(fā)生器一臺

5.YB4320G或V—252或DF4320雙蹤示波器一臺

6.可變電阻箱一個

實驗二電路基本定律的研究

一、實驗目的

1.驗證KCL、KVL。

2.驗證特勒根定理之一。

3.加深對線性電路的特性一迭加性和齊性的認識.

4.掌握戴維南等效電路參數(shù)的實驗測定方法。

5.加深對電路基本定律認識。

二、實驗原理

基爾霍夫定律和特勒根定律對集總參數(shù)電路具有普遍的適應性。在集

總參數(shù)電路中，對任一個節(jié)點，在任一時刻，流出或流進此節(jié)點的所有支

路電流的代數(shù)和等于零，即￡1=0,在集總參數(shù)電路中，對任一回路，在任

一時刻，沿該回路的所有支路電壓的代數(shù)和為零，即：EU=0o

KCL、KVL適用于任何集總參數(shù)電路，它與元件的性質無關。只與電

路的拓撲結構有關。

而特勒根定理之一是指出整個電路的功率一定是守衡的，滿足￡5=0

這一約束關系。它們分別基于電流連續(xù)性原理、電位的單值性原理和能量

守衡原理。

迭加定理：在線性網絡中，兒個激勵電源共同作用于該網絡所產生的

響應，可以看成是每個激勵電源單獨作用時所產生的響應的迭加，稱此為

迭加定理。由于網絡是線性的，所以存在響應與電源成正比例關系，稱此

為齊次性。線性電路應同時滿足迭加性和齊次性。功率則不滿足迭加定理。

戴維南一諾頓定理，任何一個線性有源二端網絡，總可以用一個恒壓

源與內阻串聯(lián)的支路或一個恒流源與內阻并聯(lián)的支路來代替。恒壓源的電

壓等于該網絡的開路電壓，恒流源的電流等于該網絡的短路電流，而內阻

等于該網絡中所有獨立源為零(保留內阻及受控源)時的等效電阻。

戴維南一諾頓等效電路的內阻?？捎脺y量方法求得：在開路兩端接一

已知電阻RL,測量RL兩端電壓UL,然后代入計算公式：

4=(0%-1)4

Uoc式中為負載開路時的開路電壓。

也可采用半電壓法求得：在開路兩端接一可變電阻RL,調RL同時測

兩端電壓UL，當UL=U℃/2時，則有RO=RL。

圖2-1電路基本定律實驗線路圖

三、實驗內容

1.驗證基爾霍夫定律和特勒根定理內容之一。

(1)用萬用表電阻檔測出圖2—1電路中的各個電阻值。測量數(shù)據記錄

于表2—1中。

(2)調節(jié)Ei=1.5V,E2=6V,接上電壓源，用萬用表DC檔測量各電阻

電壓，參考方向如圖2—1所示。數(shù)據記錄于表2—2中，就同時能

計算出各支路電流，驗證KVL、KCLo

表2—1

電阻此%%

標稱值(Q)5105103001000510

測量值(Q)

表2—2

EiUI

E2u2u3u4u5

電壓(V)

14

IihhI5

電流(mA)

(3)上述測量數(shù)據和計算結果驗證特勒根定理內容之一：EUI=0

(4)實驗值與理論值比較，計算相對誤差，分析誤差原因。

2.驗證迭加性和齊次性原理。

(1)按圖2—1接線。

(2)使E|=0,E2=6V作用，用萬用表DC檔測量各電阻兩端電壓。

(3)使EI=1.5V,E2=0作用，用萬用表DC檔測量各電阻兩端電壓。

表2-3

UIu2u3u4u5

Ei=0,E2=6V

EI=1.5V,E2=0

迭加結果

Ei=3V,E2=0

（4）使Ei=3V,E2=0作用，測量各電阻兩端電壓，驗證齊次性原理。

（5）測量數(shù)據記錄于表2—3中。

（6）進行誤差計算和分析。

3.戴維南等效定理。

（1）公式法。

I）驗線路如圖2—1所示，其中Ei=1.5V,E2=6VO斷開BC點，從

AC兩端看進去，測出AC兩端的開路電壓Uoco

2）接上BC點，測出AC兩端的電壓UL（即U5）o

3）數(shù)據記錄于表2—4中。運用公式：R0=（。%計

算等效內阻R。與理論計算比較。

（2）半電壓法

測等效內阻Ro,即斷開BC點，在AC兩端接上標準電阻箱，調節(jié)電

阻箱電阻，使AC兩端電壓為UL=U℃/2,則標準電阻箱的讀數(shù)即為Ro（等

效電阻）。

表2—4

兒="%「1）.公

U"%公

公式法

半電壓法

四、思考題

1.簡述你所知道的電路定律及適用的條件？

2.戴維南一諾頓定理的適用條件，電壓源或電流源方向如何確定？有幾

種求等效電阻的方法，應該注意什么？

3.如何設計電路，用實驗驗證特勒根定理的三種表達形式？

4.本實驗中，一路采用直流電壓源，一路采用交流電壓源，KCL,KVL

是否成立？

五、實驗儀器

1.電路基本定律實驗板

2.直流穩(wěn)壓電源

3.數(shù)字萬用表

實驗三受控源特性的研究

一、實驗目的

1.熟悉四種受控源的基本特性。

2.掌握受控源轉移參數(shù)的測試方法。

二、實驗原理

受控源也是一種電源；它對外可提供電壓或電流，但它與獨立源不同:

受控電壓源的電壓受其它支路的電流或電壓的控制；受控電流源電流受其

他支路的電流或電壓控制，故受控源又稱為非獨立電源。當受控源的電壓

和電流（稱為受控量）與控制支路的電壓或電流（稱為控制量）成正比例

變化時，受控源是線性的。根據受控量與控制量的性質，受控源可分為四

類種（如圖3-1所示為四種共地受控源）：

圖3—1

1.電流控制電流源cccs；

2.電壓控制電流源VCCS；

3.電壓控制電壓源VCVS；

4.電流控制電壓源CCVS。

受控源是從電子器件（電子管、晶體管、場效應管和運算放大器等）

中抽象出來的一種模型，用來表征電子器件的電特性。.由于電子器件的出

現(xiàn)和廣泛使用在現(xiàn)代電路理論中，受控源已經和電阻、電容、電感等元件

一樣，成為電路的基本元件。

受控源對外提供的能量，既非取自控制量又非受控源內部產生的，而

是由電子器件所需的直流電源供給。所以受控源實際上是一種能量轉換裝

置，它能夠將直流電能轉換成與控制量性質相同的電能。

圖3-1所示的四種理想受控源中，控制支路中只有一個獨立變量（電

壓或電流），另一個變量為零。換言之，從受控源的入口看，或者是短路（輸

入電阻Ri=O及輸入電壓Ui=O）,或者是開路（輸入電導G=0及輸入電流

1=0）。從受控源的出口看，或是一理想電流源或者是一理想電壓源。

表3—1

稱

CCCSVCCSccvsVCVS

參數(shù)

一0o-

H

a0

-oo-

Y

0o-

Z

0_

■()()■

G

A()_

0O-00O-

A

0a00Wm000

受控源的受控量與控制量之比稱為轉移函數(shù)。四種受控源的轉移函數(shù)

分別用a、gm、氏和rm表示。它們的定義如下：

1.CCCS：a=i2/i|轉移電流比(電流增益)。

2.VCCS：gm=i2/ui轉移電導。

3.VCVS：口=112仙轉移電壓比(電壓增益)。

4.CCVS：rm=u2/ii轉移電阻。

受控源在線性條件下，有關線性定常雙口網絡的各種方程及其等效電

路同樣適用于含受控源的有源網絡。不同種類的受控源也可以象無源雙口

網絡一樣進行各種連結，其合成后等效受控源的參數(shù)也與無源雙口網絡一

樣進行計算，表1給出了四種理想受控源的各種參數(shù)矩陣以供參考。

以上介紹的是理想的受控源，我們實驗室中采用的是由運算放大器組

成的四種受控源.具體電路介紹如下：

1.VCVS

實現(xiàn)VCVS的電路如圖3-2(a)所示,

(b)

圖3—2

根據運放特性有"=。=0，U“=Ub，故4=一。，

Ub=Ub-U?

RiR2

,?yp.rrRl+R2rf.

故得，u2=——ua=^ua

1\\

式中M=(RI+R2)/RI為電壓放大系數(shù)。.根據上式可作出其等效電路如圖

3—2(b)所示，可見此電路為VCVS電路。由于RI=R2，故四=2。又因輸出

端與輸入端有公共的“接地”端，故這種接法稱之為“共地”連接。

2.VCCS

實現(xiàn)VCCS的電路如圖3-3(a)所示，因有「2=。，故有:

一~=g*

K

式中gm=-1/R為轉移電導。

(a)(b)

圖3—3

如圖3-3(b)所示為其等效電路是VCCS電路，即輸出端電流i2只受

輸入端電壓a的控制，而與負載電阻RL無關。因輸出與輸入無公共“接

地”端，故這種電路為“浮地”連接。

3.CCVS

實現(xiàn)CCVS的電路如圖3—4(a)所示。因有力=i2

i旦=乂

1R]R,

故得，?2f?*=%=謁

式中，%=-4

圖3—4

其等效電路如圖3—4(b)所示為CCVS電路，且為“共地”連接。

4.CCCS

實現(xiàn)CCCS的電路如圖3—5(a)所示

iL

~41——0-----

+