XX年《电工电子实践初步》实验内容.pdf

XX 年电工电子实践初步实验内容 1、示波器测量前的调节与准备。模拟示波器在测量之前首先打开电源开关，按照表 1 所示正确调节与设置各旋钮，使得屏幕上能看到两条亮度适中、清晰的扫描线，然后再将探头接入测试点。表 1 测量前示波器各旋钮调节与设置列表 旋钮 设置情况 对测量的要紧影响 辉度 居中 辉度太低，显示波形太暗，太高，影响显示管寿命 聚焦 合适 聚焦不好，波形模糊，无法精确观察与读数 触发源 CH1 根据测量信号处于 CH1 还是 CH2 通道来选择触发源，触发源务必与待测通道相同才能有助于波形稳固，假如是双踪显示，选择频率较低的那个通道做触发源。假如选择交替，则无法观察两个通道之间的相位关系 触发极性 选择上/下升沿触发是操纵示波器在检测到触发源的第一个上/下升延时开始触发 触发耦合 DC 触发信号的耦合方式，选择 DC 是要考虑触发信号的直流电平，AC 则不考虑 通道选择 双踪 选择屏幕上显示哪个通道的信号，选择双踪显示，则能在屏幕上同时显示两个信号。扫描方式 自动 假如没选择自动，在没信号输入的时候无法看到扫描线 CH1、CH2 垂直位移 居中 上下调节波形到一个合适的位置 CH1、CH2 输入耦合 接地 在测量需要考虑直流分量的信号时务必选择 DC 耦合，如方波、阶梯波等。反之假如只是测量输入信号的交流值，则可选择 AC 耦合，如纯正弦波。调整基准线的时候选择接地。CH1、CH2 电压灵敏度 0.1V/div 用于调节信号屏幕 Y 轴方向的显示大小。X 位移 居中 用于调节信号在屏幕上左右位置。扫描速率 0.1ms/div 用于调节信号屏幕 X 轴方向的显示大小。触发电平LEVER 合适 探头倍率 1 测量的信号频率不太高时，多置于1。数字示波器在测量之前要调出两条扫描线还是比较简单的，只要按一下“AUTOSET”按键即可，关键是如何根据测量要求设置菜单变量，表 2 是示波器面板上各个菜单设置情况。表 2 Tektronix 数字示波器面板各按钮、菜单设置 按键 菜单 可选项 备注 AUTO SET（自动设置）使用“自动设置”功能可获得稳固的波形显示效果。能够设置示波器的灵敏度、时基及触发条件以便获得最佳的信号观察效果 TRIG MENU（触发菜单）类型 边沿、视频、脉冲 通常选择“边沿”信源 CH1、CH2、EXT、EXT/5、市电 根据测量信号处于 CH1 还是 CH2 通道来选择触发源，触发源务必与待测通道相同才能有助于波形稳固。斜率 上升、下降 选择上/下升沿触发是操纵示波器在检测到触发源的第一个上/下升延时开始触发 触发方式 自动、正常 通常选择“自动”耦合 交流、直流、噪音抑制、高频抑制、低频抑制 触发耦合仅影响通过触发系统的信号，它不影响显示屏上所显示信号的带宽或者耦合。触发信号的耦合方式，选择 DC 是要考虑触发信号的直流电平，AC 则不考虑 CH1 MENU 耦合 直流、交流、接地 在测量需要考虑直流分量的信号时务必选择 DC耦合，如方波、阶梯波等。反之假如只是测量输入信号的交流值，则可选择 AC 耦合，如纯正弦波。调整基准线的时候选择接地。带宽限制 关 40MHz、开 20MHz 能够选用带宽 40MHz 或者 20MHz 伏/格 粗调、细调 设置电压灵敏度旋钮调节时是粗调还是细调 探头 1x、10 x、100 x、1000 x 实际测量值是读数除以该探头倍率 反相 开启、关闭 开启时，示波器上显示的波形与实际波形反相 DISPLAY（显示）类型 矢量、点“矢量”设置将填充显示中相邻取样点间的空白，“点”设置只显示取样点。通常，视频信号设置为“点”，FFT 谱设置为“矢量”。持续 关闭、1 秒、2秒、5 秒、无限 设定保持每个显示的取样点显示的时间长度。格式 YT、XY YT 格式显示相关于时间（水平刻度）的垂直电压；XY 格式显示每次在通道 1 与通道 2 采样的点，通道 1 的电压确定点的 X 坐标（水平），而通道 2的电压确定 Y 坐标（垂直）。对比度增加 使显示变暗，能够更容易地从余辉中辨别通道波形 对比度减小 使显示变亮 CURSOR（光标）类型 电压、时间、关闭 按下此按钮可使用光标。当类型选择“电压”时，电压光标在显示屏上以水平线出现，可测量“信源”所设置的通道波形的垂直参数；当类型选择“时间”时，电压光标在显示屏上以垂直线出现，可测量“信源”所设置的通道波形的水平参数。信源 CH1、关闭 MEASURE（测量）平均值 计算整个记录内的算术平均电压 峰峰值 计算整个波形最大与最小峰值间的绝对差值 均方根值 计算波形第一个完整周期的实际均方根值测定 最大值 检查全部 2500 个点波形记录并显示最大值 最小值 检查全部 2500 个点波形记录并显示最小值 上升时间 测定波形第一个上升边沿的 10%与 90%间的时间 下降时间 测定波形第一个下降边沿的 90%与 10%电平之间的时间。正脉冲宽 测定波形第一个上升边沿与邻近的下降边沿 50%电平之间的时间 负脉冲宽 测定波形第一个下降边沿与邻近的上升边沿 50%电平之间的时间 ACQUIRE（采集）采样 用于采集与精确显示多数波形；这是默认模式 峰值检测 用于检测毛刺并减少假波现象的可能性 平均值 用于减少信号显示中的随机或者不有关的噪声。平均值的数目是可选的。平均值次数 4、16、64、128 选择平均值的数目。DEFAULT SETUP 能够取消上述的预设设置 2、机内标准信号测量 将机内的标准方波信号输入到 CH1 通道，用示波器测量这个信号，在坐标纸上记录波形，并标注好参数。测量数据记录到表 3 中并分析讨论（峰峰值与周期要按所列格式记录）。用数字示波器测量电压峰峰值、高电平、低电平、周期时务必用三种方法：第一种方法是直接使用面板上的“MEASURE”按钮，然后在显示屏上读数；第二种方法是先读出波形垂直所占格数或者水平所占格数，然后用“格数倍率（V/DIV，S/DIV）”方式计算相应电压或者时间；第三种方法是用游标来测量。假如是模拟示波器，只用第二种方法即可。表 3 机内标准信号的测量 测量 方法 示波器标注 示波器实测 峰峰值 频率 峰峰值 低电平 电 压 高电平 电 压 周期 频率 1 2 3 实验技巧：1）用“格数倍率（V/DIV，S/DIV）”方式测量信号高、低电平常的步骤：输入信号从某个通道输入后，首先将该通道的耦合方式拨到 GND 位置，在屏幕上会显示一条扫描基线，该扫描基线代表 0V 电压的位置，调节上下位移旋钮使基线固定于某个标尺上，记住该位置。然后将耦合方式调节到 DC 耦合，屏幕上显示脉冲信号，参考标尺读出高、低电平等电压值。注意耦合方式由 GND 调至 DC 后，上下位移旋钮不可再调。2）用数字示波器测量电压时，注意面板上探头设置的倍率，实际测量值是读数除以探头倍率。3）探头检测 示波器的探头线接入波形以后，通常要将示波器面板上的部分旋钮作相应调整，比如根据被测信号电压大小调节 CH1、CH2 电压灵敏度旋钮，根据被测信号频率大小调节扫描速率等等。但假如出现的仍然是扫描线，最常见的是示波器的探头与连接电缆损坏，如今应首先检查探头。探头故障绝大部分出现在学生使用中操作不当造成地线接触不良或者断开。测量一根探头是否已经损坏可按下列步骤进行：示波器按上述方法做好测试前准备，其中输入耦合选择 AC 或者 DC，灵敏度旋钮设置到最小档；用手指接触探头的尖端，假如有杂波出现则探头的信号线连接正常，假如显示的仍然是一条直线的话，则说明信号线可能开路了；假如 2 正常，再将探头的信号线与地线短接，再用手指接触探头的尖端，假如示波器上显示的是一条水平线，说明探头的地线正常，反之假如有很多杂波出现，说明探头的地线可能开路了 有的时候探头与电缆本身是好的，但是电缆与示波器的连接处接触不良，能够试着用手扶着连接处，重复上述测试。3、TTL 脉冲信号测量 1）从函数发生器的 TTL 输出口接出一个 TTL 脉冲信号到示波器的输入端，示波器探头的衰减为“1”。根据表 4 的要求完成实验，并在坐标纸上记录每个实验的波形，测量结果记录在表 4 中；2）将示波器的探头的衰减变为“10”，重复 1）的实验 表 4 TTL 脉冲信号测量 信号源 示波器 探 头 示波器测量结果 频率(Hz)占空比(%)衰 减 峰峰值 高电平电 压 低电平电 压 周期 频率 310 10 50“1”“10”61 10 50“1”“10”频率 占空比 衰 减 正脉宽 负脉宽 占空比(%)上升时间 下降时间 310 10 50“1”“10”61 10 50“1”“10”实验结果分析讨论要点：1、在这个实验中我们显然需要选择 DC 输入耦合方式，那么为什么不能选择AC 输入耦合方式呢，假如选择了 AC 输入耦合方式，测得的波形、峰峰值、低电平电压、高电平电压各会有什么变化呢？2、以YB4320示 波 器 为 例，该 示 波 器 提 供 的 标 准 信 号 是1kHz0.5VP PfU，的方波。假设示波器的读数误差为0.1 格，试计算示波器灵敏度分别选择 1V、0.5V、0.2V、0.1V 时的相对误差分别为多少。并分析自己在上面的测试中选择的灵敏度是否合适。3、同样假设示波器的读数误差为0.1 格，试计算示波器扫描速率取 2ms、1ms、0.5ms、0.2ms 时测量的相对误差是多少，并分析自己在上面的测试中选择的扫描速率是否合适。4、请总结一下示波器测量标准信号的基本步骤与务必注意的要点。注意：关于无法直接显示占空比值的信号源，能够参照示波器显示的波形来调整输出占空比。在这个实验里所用的示波器探头一定是厂家推荐的配套探头。假如发现比较明显的阻尼振荡现象，通常是由于电缆总长太长造成的，能够不用信号源输出电缆，而将示波器的探头尖端直接接入信号的输出端口进行测量来减少阻尼振荡。实验技巧：脉冲上升时间测量也是一个常用的测量，因此很多示波器除了在屏幕的内表面用刻划或者腐蚀的方法作出许多水平与垂直的直线标尺外，还有标明 0与 100的特别线，如图 1(a）所示。这些特别的线与标明 10与 90的标尺配合使用能够很方便的进行上升时间的测量。具体方法，使用上下位移旋钮与垂直微调旋钮将被测信号的顶部与底部分别调至与标有0与100的线对齐。然后找出信号与标尺上标有10与 90的两条线的交点。这样，上升时间就能够从这两个交点沿 X 轴方向的时间间隔读出来。如今我们还能够利用中间一条水平标尺与信号上升沿与下降沿的两个交点来测量正脉宽与负脉宽，如图 1(b)所示。10090100%上升时间10090100%正脉宽负脉宽(a)上升时间测量 (b)脉宽测量 图 1 示波器测量脉冲信号 注意：关于模拟示波器，这里能够调节垂直微调旋钮，要紧是由于我们测的是时间参数，假如测的是幅度参数的话，垂直微调旋钮务必打在“校准”的位置；关于数字示波器，垂直微调旋扭不存在“未校准”位置。由于大部分脉冲信号的上升时间都很小，在实际测量中往往把扫描速率调到最小，整个上升沿在水平方向仍然只占据很少的格数。但为了提高测量精度，我们又希望待测的上升沿占据尽量多的格数。如今就能够用到水平扩展5 按钮。将此按钮按下后，时基放大功能将 X 轴偏转扫描放大 5 倍。这样在屏幕上看到的等效时基扫描速率也变快 5 倍。一台未经时基放大的扫描速度为 20ns/格的示波器经时基放大后能够以4ns/格的速度扫描。与简单的直接选择更快的时基速度相比，这种方法的好处是能够在保持原信号不变的情况下更加全面的观察信号的细节。但要注意使用扩展功能测的数值要除以 5 才是真正的结果。4、正弦波的测试 将函数发生器产生频率为 1KHz，有效值为 2V 的正弦波。用示波器观察该正弦交流电压波形，测出其周期、频率、峰峰值与有效值。数据填入表 5 中：表 5 使用仪器 正弦波 周期 频率 峰峰值 有效值 函数发生器 1KHz 交流毫伏表 2V 示波器 实验技巧：先将函数发生器、交流毫伏表与示波器相连，并将函数发生器的波形输出调为正弦波，频率设置为1KHz；然后调节示波器，显示该正弦波；在波形正确的情况下调节函数发生器的输出电压，使得交流毫伏表的读数为 2V；最后再在示波器上读出正弦波的周期、峰峰值，填入表中。思考：测量 1MHZ TTL 信号的上升时间需要选择“水平扩展5”吗？为什么？通过实验比较分析。5、叠加在直流上的正弦波的测试 调节函数发生器，产生一叠加在直流电压上的正弦波。由示波器显示该信号波形，并测出其直流分量为 1V，交流分量峰峰值为 5V，周期为 1ms，如图 2 所示。再用万用表、交流毫伏表分别测出该信号的各参数，数据填入表 6 中。1V5V01mstV 图 2 叠加在直流上的正弦波 表 6 实验内容 5 数据表格 使用仪器 直流分量 交流分量 峰峰值 有效值 周期 频率 示波器 1V 5V 1ms 万用表 交流毫伏表 函数发生器 6、几种周期性信号的幅值、有效值及频率的测量 调节函数发生器，使它的输出信号波形分别为正弦波、方波与三角波，信号的频率为2KHz（由函数发生器频率指示），信号的大小由交流毫伏表测量为 1V。用示波器观察波形，测量其周期与峰值，计算出频率与有效值，数据填入表 7 中。表 7 典型信号的测量 信号波形 函数发生器频 率 指 示（KHz）交流毫伏表指示（V）示波器测量值 计算值 周期 峰值 频率 有效值 正弦波 2 1 方波 2 1 三角波 2 1 注意：更换波形时，需重新调节函数发生器的输出电压，保证交流毫伏表的读数为 1V。思考：用示波器观测正弦波形时，已知示波器良好，测试电路正常，当荧光屏上出现如下图所示波形时，试分析每种波形产生的原因，如何调整示波器的有关旋钮，才能正常测量。7、正负电源的接法 将稳压电源输出接为如图 3 所示的正负电源形式，输出直流电压12V，用示波器、万用表测量正负电源。图 3 正负电源接线图 8、电阻的测量 用万用表的欧姆档来直接测量电阻阻值并与色标电阻标称值相比较，结果填入表 8 中。表 8 电阻的测量 标称阻值 色环 标注误差 测量值 实测误差 实验技巧：测量时被测电阻不能带电；使用模拟万用表时，倍率的选择要使指针偏转到容易读数的中段，每次测量时都要先调零；与模拟万用表不一致，数字万用表的电阻档，其面板上标注的是量程（即最大可测量范围），使用前选择好量程即可，不需要进行调零。关于大阻值电阻，不能用手捏着电阻引出线来测量；关于小阻值电阻，要将引线刮干净，保证表笔与电阻引出线的良好接触。9、检查电容器的极性与质量 用模拟万用表判定电解电容器的极性：第一次测量时，将万用表拨到欧姆挡（R1K），然后测量并记录电容器的漏电阻；第二次测量时，交换表笔，再次测量并记录电容器的漏电阻，根据测量结果推断电容器引脚的正负极性。结果填入表 9 中。表 9 电容的测量 标称容量 漏电阻 极性推断 第一次测量 第二次测量 33uF 第一次测量时，黑表笔接触的是电容的_极 100uF 第一次测量时，黑表笔接触的是电容的_极 实验技巧：此方法仅适用于模拟万用表，在交换表笔进行第二次测量时，应先将电容短路一下，防止表针打表。关于刚使用不久的电解电容器进行测量时，先把电容两极短路一下然后再测，防止电容器内积存的电荷经万用表放电，烧坏表头。若电容器容量较小时，应选择万用表的 R10K 挡测量。10、相位差的测量 按图 4 接线，函数发生器输出正弦波频率为 2KHz，有效值为 2V（由交流毫伏表测出）。利用示波器的工作方式 CH1+（-CH2）来测量电阻两端的电压峰峰值 VRP-P，用双踪法测量u 与 uc间的相位差。思考：关于模拟万用表，假如红黑表笔短接时，不能调至 0，为何原因？如何解决？函数发生器 示波器CH1CH2R 10kC0.01Fucu 图 4 RC 串联电路 11、测量纹波电压 33FU01k10kIN4001f=100HzUi=5V 图 5 半波整流电路测量纹波电压 1）推断二极管的极性 用模拟万用表判定二极管的极性：将万用表拨到欧姆挡（R100 或者 R1K），把二极管 IN4001 的两个管脚分别接到万用表的两根测试笔上，记录二极管的电阻；交换表笔，再次测量并记录二极管的电阻，填入表 10 中。根据测量结果推断二极管的正负极性。表 10 二极管的测量 二极管 电阻值 极性推断 第一次测量 第二次测量 IN4001 第一次测量时，黑表笔接触的是_极 2）用示波器测量图 5 所示的半波整流电路的纹波电压 Uo，记录 Uo 波形。12、直流电路的测试：1）在 RC 电路板上选择元器件，按图 6 接线，用万用表测量各电阻两端电压与各支路电流，填入表 11 中第一行；思考：（1）该题中能否用示波器直接观察电阻两端的电压？（2）简述用示波器观察 CH1+（-CH2）波形的操作步骤。如今对 CH1、CH2两个通道的电压灵敏度旋钮的位置有什么要求？思考：查阅资料，懂得纹波的概念。测量纹波时示波器的输入耦合方式拨在什么位置？DC 能够吗？思考：分析数字万用表，并使用数字万用表对二极管进行测量，总结测量方法 4.7K+U -1K+U -+U -2KE2AI1213I3I210V6V 图 6 直流电路的测试 2）用二极管 IN4001 替换图中的 1K电阻（二极管正极接至 A 点），重复内容，填入表 11 中第二行；表 11 测量电量 U1 U2 U3 I1 I2 I3 内容 1 内容 2 实验技巧：1）用万用表的欧姆档推断电路中电阻的好坏时，务必先将待测电阻从电路中断开，然后再测量。2）用万用表测量电压之前务必查看万用表的量程是否放置在直流电压挡，表笔插在“V”插孔，选择“DC”，千万不能放置在电流档，否则会损坏万用表。3）用万用表直流电流档测电流时，务必先将电源关闭，然后把待测支路断开，将万用表串接到待测支路中，最后再打开电源进行实验。4）用万用表测电压、电流时注意正负极性。若根据参考方向测量是负值，说明实际电压（电流）与参考方向相反，一定要在数据中表达。5）实验室的万用表测量电阻时用 Auto Range。13、直流分压电路测量 1）利用理论课学习的知识，用万用表欧姆档测量一个标称阻值为 1K的电位器的滑动头与两固定端之间的电阻，调节滑动头，检查电位器的质量。+10V8201KRRWA 图 7 直流分压电路 2）将 820电阻与 1K的电位器连接成如图 7 所示的直流分压电路，调节电位器的滑动端，使得 A 端电压为 5V（用万用表直流电压档），按表 12 中的要求用示波器测量这个信号的电压，记录测量结果并分析讨论。表 12 直流电压的测量 序号 示波器 万用表 测量值 输入耦合 电压灵敏度 灵敏度微调 电压读数 思考：1、根据的测量结果说明二极管的特性。2、根据的测量结果，进行分析并得出结论。1 DC 1V/div 校准 2 AC 1V/div 校准 3 DC 5V/div 校准 4 DC 1V/div 未校准 注意：假如使用的是数字示波器，则表格中 4 不做。14、面包板的测量 查阅资料，熟悉面板的作用及结构。用万用表的欧姆档测试“电子技术/ISP 综合实验箱”的面包板内部的连通情况与面包板与外部端口的连通情况，并描述面包板的使用方法。实验结果分析讨论要点：1、比较 1 与 2 测量结果的差别，推断哪个结果是正确的并分析原因 2、比较 1 与 3 在电压灵敏度设置上的差别，计算比较哪个的测量精度更高 3、比较 1 与 4 测量结果的差别，推断哪个结果是正确的，并分析原因 4、根据实验总结用示波器测量直流电压的基本步骤与注意点