1.4 实验
1.4.1 实验1 常用电子仪器的使用
一、实验目的
1）了解电子电路实验中常用电子仪器的用途、主要技术指标和使用方法。
2）初步掌握示波器显示电压波形、测量电压幅值和周期（频率）的方法和注意事项。
二、实验设备及功能
在模拟电子技术实验中，常用的电子仪器有万用表、示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表等。
如图1-27所示为常用仪器与被测电子电路之间的布局及连接，可以完成相关电路的工作测试和参数的测量。接线时，应当将各仪器的公共接地端连接在一起，以防止外界干扰，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，直流电源使用普通导线接线。其中，直流稳压电源是在电子电路中提供直流电压的装置。万用表可以测量直流（电流、电压）、交流（电压）、电阻和音频电平、电容量、电感量及半导体的一些参数（如β）等多种物理量，具有多量程。
图1-27 仪器的布局
（1）函数信号发生器
函数信号发生器可以输出正弦波、方波、三角波等信号。输出信号电压幅度可由输出幅度调节旋钮进行连续调节。输出电压频率可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。
（2）示波器
示波器属于信号波形测量仪器，能在荧光屏上直接显示被测信号的波形，荧光屏的x轴（横轴）代表时间t，y轴（纵轴）代表信号幅度F（t）。使用示波器能监测电路各点信号的波形及波形的相关参数（如幅度、周期、频率）。
由于示波器型号各异，请读者自行参考相应的示波器使用说明书，了解对应型号的示波器面板上各旋钮、按键的作用和使用方法。在使用示波器的过程中需要注意以下几点。
1）找扫描光迹点。在开机30s后，如仍找不到光点，可调节亮度旋钮，并适当调节垂直位移和水平位移，将光点移至荧光屏的中间位置。
2）主扫描时间系数选择开关（TIME/DIV）应根据被测信号的周期置于合适位置。
3）触发源选择开关，通常选为内触发；触发方式开关，通常置于“自动”位置，以便找到扫描线或波形。
4）示波器有五种显示方法。属单踪显示有“Y1”“Y2”与“Y1+Y2”；属双踪显示有“交替”与“断续”。
5）测量过程中如果需要读取待测波形的数据时，应当注意把Y轴灵敏度“微调”旋钮和扫描速率“微调”旋钮都置于校准位置（顺时针旋到底）。
（3）交流毫伏表
交流毫伏表只能在一定频率范围内，用来测量正弦交流电压的有效值。交流毫伏表在使用过程中容易因为过载而损坏，所以在测量前一般先把量程开关置于量程较大位置处，然后在测量过程中逐渐减小量程。为减小测量误差，读数时，应位于仪表正前方适当位置，并注意当量程开关位于1mV或10～100mV量程档时，应读“0～10”的表盘刻度，当量程开关位于3mV或30～300mV量程档时，应读“0～30”的表盘刻度，且满刻度值即为量程开关指示值。
三、实验内容与步骤
（1）测量示波器内的校准信号
示波器本身有1kHz/0.5V（或1V）的标准方波校正信号，用于检查示波器的工作状态。
1）调出校准信号波形。将示波器校准信号输出端通过专用电缆线与CH1（或CH2）输入接口接通，调节示波器各有关旋钮，将触发开关置“自动”位置，触发源选择开关置“内”，调节扫描速度开关（T/DIV）及y轴灵敏度开关（V/DIV），使荧光屏上可显示1个或数个周期的方波。
2）校准信号幅度。将y轴灵敏度微调旋钮置校准位置，y轴灵敏度置适当位置，读取校准信号幅度。记录于表1-3中。
3）校准信号频率。将扫描微调旋钮置于校准位置，扫描开关置于适当位置，读取校准信号周期，并换算成频率值，用频率计进行校核，记录于表1-3中。
表1-3 校准信号的测量
（2）直流电压的测量
1）调节基准线。将垂直系统的输入耦合开关置于“⊥”，触发方式开关置于“自动”位置，使屏幕上出现一条扫描基线，调节垂直位移，使扫描基线位于零电平基准位置。
2）将输入耦合开关换到“DC”位置，Y轴灵敏度置于适当位置，将示波器CH1通道接至直流稳压电源输出端，电源电压分别为表1-4所示，即可看到高于（或低于）“0V”位的一根扫描线，就是该直流电压信号，测量直流电压值，并将测量的数据填入表1-4中。
表1-4 直流电压的测量（单位：V）
（3）交流电压的测量
将函数信号发生器的输出与示波器的CH1通道输入端及交流毫伏表输入端相连接。调节函数信号发生器令其输出频率分别为100Hz、1kHz、10kHz，幅值为5V的正弦波形。将垂直系统的输入耦合开关置于“AC”位置，将V/DIV和T/DIV根据被测信号的幅值和频率选择适当的档级，调节触发电平使波形稳定，读取相关的数据，记入表1-5中。
表1-5 交流电压的测量
（4）相位差的双踪法测量
如图1-28所示电路可以用双踪法测量相位，函数信号发生器产生的输入信号ui的频率为1kHz、幅值为5V的正弦波，经被测电路后获得频率相同，但相位不同的两个信号ui和uo，分别导入示波器的CH1和CH2通道中，调节波形，使得两波形基准线重合，调节幅值测量比例，使能在示波器上看到完整的两个测量波形，其示意如图1-29所示。
图1-28 相位差测量电路
图1-29 示波器双踪显示两相位不同的正弦波
从图1-29中可以看出，Td为两波形的时间轴上时间差（ms），T为两波形的周期（ms），则两波形的相位差ΔΦ为
为计算方便，可适当调节扫描开关及微调旋钮，使待测波形半周期占两个方格（示波器上，每个方格内分为5个小格），即一个周期占20个小格，测量两个波形之间相位相差的小格数，就可以按照比例公式计算出两个波形之间的相位差。请将相关测量数据填入表1-6中。
表1-6 相位差的测量
四、实验思考题
1）实验中，为什么所有仪器仪表应该共地？如果不共地将会怎样？
2）为了提高示波器测量电压的精度，在测试过程中应该注意哪些问题？
3）示波器Y轴通道输入端的“AC”“⊥”“DC”选择开关有何作用？何时选择“AC”档、“DC”档、“⊥”档？
4）总结示波器在调节波形的幅度、周期，使波形稳定时，应分别调节哪几个主要旋钮，调节时要注意什么。