1常用電子儀器的使用.doc

第2章 基礎(chǔ)型實驗實驗一 常用電子儀器的使用一、實驗?zāi)康模?）通過閱讀儀器說明書（使用手冊），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，掌握使用示波器測量電信號的基本參數(shù)：幅度（有效值、峰值或峰峰值）、周期（頻率）和相位的方法。二、實驗設(shè)備及材料函數(shù)信號發(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、萬用表等。三、實驗原理（一）函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器是在電子電路實驗中最常用的電子儀器之一，用來產(chǎn)生各種波形的信號（正弦波、三角波、方波等）。函數(shù)信號發(fā)生器所產(chǎn)生的各種信號的參數(shù)（如電壓幅度、頻率等），一般都可以通過儀器面板上設(shè)置的開關(guān)和旋鈕加以調(diào)節(jié)。本實驗中介紹的DF1641B1型函數(shù)信號發(fā)生器，是一多功能函數(shù)信號發(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。該函數(shù)信號發(fā)生器與其他設(shè)備配合，還可以用作掃頻信號發(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波形選擇開關(guān)；5直流偏置開關(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計數(shù)器輸入；14內(nèi)接/外測選擇；15掃頻寬度；16對稱度調(diào)節(jié)；17輸出信號幅度顯示；18對稱度控制開關(guān)；19頻率微調(diào)；20頻率顯示2、操作步驟（1）打開電源開關(guān)后，按下波形選擇開關(guān)以選擇信號類型，例如，正弦波。 （2）用頻率范圍選擇開關(guān)和微調(diào)旋鈕配合調(diào)節(jié)將輸出信號的頻率確定，此時只要讀出顯示屏上的數(shù)值即可。 （3）調(diào)節(jié)輸出衰減選擇開關(guān)和幅度微調(diào)旋鈕，可以調(diào)節(jié)輸出信號的電壓幅度大小。 注意：信號有效值大小在信號發(fā)生器上不能讀出，而必須用交流電壓表才能測出，信號發(fā)生器上面的讀數(shù)為信號的峰峰值Vp-p。 此外，由于函數(shù)信號發(fā)生器可以輸出正弦波、三角波、方波信號，因此，輸出電壓的幅度通常用有效值、峰峰值Vp-p等來表示。DF1641B1型函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的幾種常用的波形的參數(shù)見下表1-1。 表1-1 DF1641B1型函數(shù)信號發(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)信號發(fā)生器輸出電壓峰峰值最大不小于20Vp-p，在輸出信號幅度顯示窗口可直接讀出輸出電壓的峰峰值。 輸出衰減選擇開關(guān)有4擋：“0 dB”表示輸出信號未經(jīng)過衰減器，不對信號進(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)信號發(fā)生器信號輸出幅度輸出衰減選擇開關(guān)位置輸出信號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）信號發(fā)生器輸出已調(diào)好的信號，輸出探極與外接電路的連接時要注意的是，紅色線是正極，黑色線是負(fù)極（信號地）。（二）雙蹤示波器示波器是一種用途廣泛的電子測量儀器，它可以直觀地顯示各種周期電壓（或電流）波形及各種瞬時參數(shù)，靈敏度高，對被測電路的工作狀態(tài)影響小，因此被廣泛地應(yīng)用于電子測量領(lǐng)域中。雙蹤示波器可以同時觀測兩個電信號。本實驗使用的MOS-620/640型示波器，可以觀測到的最高信號頻率為20MHz/40MHz。1、雙蹤示波器的工作原理雙蹤示波器有兩個獨立的輸入通道和前置放大器，通過垂直方式（或稱為顯示方式）開關(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)此開關(guān)置于交替位置（ALT）時，在機(jī)內(nèi)掃描信號的控制下，交替地對CH1通道（YA）與CH2通道（YB）的信號掃描顯示。即第一次掃描顯示CH1通道的信號，第二次掃描顯示CH2通道的信號，第三次又掃描顯示CH1通道的信號，由于人眼的視覺殘留現(xiàn)象將會在屏幕上同時觀察到兩個通道的信號波形，從而實現(xiàn)雙蹤顯示。這種顯示方式一般在輸入信號頻率比較高時使用。 當(dāng)顯示方式開關(guān)置于斷續(xù)位置（CHOP）時，則在一次掃描的第一個時間間隔顯示CH1通道的信號波形的某一段，第二個時間間隔顯示CH2通道的信號波形的某一段，以后各間隔輪流地顯示兩信號波形的其余段，以實現(xiàn)雙蹤顯示。這種方法通常用在輸入信號較低時使用。 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型示波器則沒有頻率計頻率顯示。3、雙蹤示波器的基本操作（1）打開電源開關(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，此時將出現(xiàn)時基線，再調(diào)節(jié)亮度和聚焦旋鈕，使時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CAL-2Vp-p輸出端，然后調(diào)節(jié)水平掃描速度開關(guān)和垂直靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕，使信號波形能有兩至三個完整的周期穩(wěn)定出現(xiàn)在屏幕上，此時，示波器就算初步調(diào)節(jié)好了。雙蹤示波器有兩個輸入通道可以輸入被測信號，每個通道的輸入探極與被測信號的連接方法是：紅色線是正極，黑色線是負(fù)極。注意：使用示波器時，一般可先將輸入信號耦合方式選擇開關(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，使水平掃描時基線位于屏幕中央。 切忌將光點長時間停留在某一點上，以免燒壞熒光屏。4、用示波器測量電信號參數(shù)的基本方法（1）幅度測量將垂直靈敏度微調(diào)旋鈕置CAL（校準(zhǔn)）位置（即順時針旋到底），這時被測信號的幅度（峰峰值）等于“VOLTS/DIV”垂直衰減（靈敏度）選擇開關(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關(guān)通常置“1”位置，即探極線沒有對輸入信號進(jìn)行衰減時的情形。若探極線上的衰減開關(guān)置“10”位置時，被測信號的幅度（峰峰值）還要再乘以10。（2）周期（頻率）測量將“SWP.VAR.”水平掃描速度微調(diào)旋鈕置CAL（校準(zhǔn)）位置（即順時針旋到底），“10 MAG”掃描擴(kuò)展開關(guān)置釋放位置（未按下），這時被測信號的周期等于“TIME /DIV”水平掃描速度（靈敏度）選擇開關(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)展開關(guān)被按下置于擴(kuò)展“10”位置時，則被測信號的周期要再除以10。測量頻率，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）是用來測量正弦波信號電壓有效值的儀表，儀器輸出也是一個高增益的寬頻帶放大器。本實驗采用的MVT171單針毫伏表，能測量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)用說明圖1-5 MVT171毫伏表前面板1電源指示燈；2電源開關(guān)；3量程選擇開關(guān)；4信號輸入端；5信號輸出端；6相對參考控制（校正）；7工作狀態(tài)指示燈；8表頭；9零點調(diào)節(jié)表盤上提供有兩個分貝刻度，校準(zhǔn)為：0 dB =1 V 0 dBm =0.775 V（1mV，600）（1）dB“Bel”是計量功率比值的對數(shù)單位，一個分貝（“decibel”，縮寫為dB）為一個貝爾（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）對數(shù)也可稱為dB。 例如，一個放大器的輸入電壓為10 mV，輸出電壓為10V，放大等級為10 V/10 mV =1 000倍。因此也可以dB為單位表示為： 放大等級 = 20 lg(10 V/10 mV) = 60 dB （2）dBm “dBm”為dB（mW）的縮寫。表示的是相對于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）功率或電壓的級別由刻度讀值和選擇的擋位來確定。例如：刻度讀數(shù) 檔位 級別（-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 -70 dB（300 V）檔位；表頭第一行刻度指示單位縮小10倍；此外沒有設(shè)置相對參考控制（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，對表頭進(jìn)行機(jī)械零點的校準(zhǔn)。先將量程開關(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，交流電壓表即已完成調(diào)零。u 將被測信號輸入交流電壓表進(jìn)行測量時應(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，在測量時應(yīng)先將量程開關(guān)放在大于10V擋，并應(yīng)先接地線后再接信號線，測量結(jié)束后拆連線時則應(yīng)先拆信號線后再拆接地線。u 估計被測電壓的大小，選出合適的量程；若事先不知道被測電壓大小，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，以提高測量精度。u 使用完畢后，應(yīng)將量程開關(guān)轉(zhuǎn)換到最大量程擋，以免下次使用時損壞儀表。注意：由于電壓表指示值是以正弦電壓有效值為刻度的，若被測電壓波形為非正弦波，測量電壓的讀數(shù)會有一定誤差。（四）常用電子儀器的使用實驗電路圖1-6 常用電子儀器的使用實驗電路本實驗中采用的三種常用電子儀器，即函數(shù)信號發(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、實驗內(nèi)容1、示波器的使用（實驗內(nèi)容中涉及面版旋鈕編號指MOS-620FG型雙蹤示波器）（1）檢驗示波器的靈敏度利用示波器進(jìn)行定量測量前，一般都應(yīng)該對示波器的靈敏度進(jìn)行檢驗。檢驗的方法是：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（即順時針旋到底）；“10 MAG” 掃描擴(kuò)展開關(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（即順時針旋到底）；然后用示波器的探極線（衰減開關(guān)置“1”位置）接上示波器自身的校準(zhǔn)信號CAL-2Vp-p輸出端，此時在熒光屏上出現(xiàn)校準(zhǔn)信號方波波形。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；一個周期剛好占滿2格，如圖1-7所示，否則應(yīng)對示波器的靈敏度重新進(jìn)行校準(zhǔn)。圖1-7 校準(zhǔn)信號波形示波器靈敏度的校準(zhǔn)一般由指導(dǎo)教師或?qū)嶒灱夹g(shù)人員完成，校準(zhǔn)方法可參考儀器使用說明書。（2）用示波器測量信號波形用示波器測量信號發(fā)生器輸出的信號波形，實驗電路如圖1-6，暫時不連接交流電壓表（毫伏表）。要求當(dāng)信號發(fā)生器輸出為最大（信號發(fā)生器輸出衰減選擇置于 0 dB，輸出微調(diào)順時針旋至最大）時，分別觀察輸出頻率為1kHz，100 kHz，1MHz的正弦波、三角波、方波信號。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，根據(jù)信號頻率合理選擇水平掃描速度，使熒光屏上顯示出1至2個完整周期、穩(wěn)定的波形。用繪圖方格紙描繪記錄f =1kHz時觀察到的正弦波、三角波、方波信號波形，并注明波形的幅度（峰峰值）、周期和測量時示波器X軸和Y軸的靈敏度及輸入探頭上衰減開關(guān)的位置。注意：進(jìn)行定量測量時，應(yīng)把示波器上所有靈敏度微調(diào)旋鈕和擴(kuò)展開關(guān)置校準(zhǔn)位置，并用示波器本身的校準(zhǔn)信號對示波器進(jìn)行校準(zhǔn)。表1-3 用示波器測量信號波形記錄 f =1kHz正 弦 波三 角 波方 波X軸： 5 ms /divY軸： 5 V/div探頭衰減開關(guān)： 1峰峰值：周期：X軸： s /div Y軸： V/div探頭衰減開關(guān)： 峰峰值：周期：X軸： s /divY軸： V/div探頭衰減開關(guān)： 峰峰值：周期： 2、交流電壓表（毫伏表）的使用 按圖1-6實驗電路連接信號發(fā)生器和交流毫伏表，不接示波器。先將DF1641B型函數(shù)信號發(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量其輸出信號。調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器輸出幅度調(diào)節(jié)旋鈕，使輸出電壓峰峰值為20Vp-p（信號發(fā)生器輸出信號幅度顯示窗口指示值），用交流毫伏表測量出對應(yīng)的電壓有效值。然后將信號發(fā)生器“輸出衰減選擇”開關(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，用交流毫伏表測量出對應(yīng)的電壓有效值，記入表1-5中。 表1-5 交流毫伏表測量信號電壓記錄 （正弦波）信號發(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：測量時應(yīng)根據(jù)信號發(fā)生器輸出信號的變化，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)信號發(fā)生器的波形選擇開關(guān)置于正弦波擋，根據(jù)表1-6的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)信號頻率和衰減開關(guān)。（2）選擇合適的交流電