附录常用电工电子仪器仪表的使用.docx
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附录常用电工电子仪器仪表的使用
附录常用电工电子仪器仪表的使用
一、直流稳压电源
直流稳压电源是一种为电路提供能源的设备。
输入交流电压，输出可以调整的稳定的直流电压。
当电源电压波动和负载变化时保证输出电压基本不变。
实验实中使用的稳压电源通常是双路稳压电源，可同时输出两路可调的直流稳压电源。
1.直流稳压电源的工作原理
直流稳压电源是一种在电网电压或负载变化时能够自动调整并保证输出电压基本不变的装置。
直流稳压电源的基本构成如附图1所示。
首先由变压器将电网供给的220V，50Hz的交流电压变换为幅度合适的交流电压，然后由整流电路将交流电压变换成直流脉动电压，滤波电路将脉动电压中的纹波分量滤掉，再经过稳压电路输出稳定的直流电压。
稳压电源中常用的整流滤波电路为桥式整流电容滤波,稳压电路通常为串联型晶体管稳压电路和集成稳压电路。
2.直流稳压电源的使用方法
双路直流稳压电源的主要功能是稳压、稳流。
稳压—稳流两种工作状态可随负载的变化自动切换，还可实现主、从两路电源的串联、并联、主从跟踪等功能。
因而它有独立、跟踪、串联和并联四种工作方式。
（1）面板控制键功能
各种品牌和型号的稳压电源面板结构大同小异，主要有：
1）电源开关；
2）两路输出接线端子及各自的调节旋钮；
3）电压/电流表：
指示输出电压/输出电流及表头功能选择键，置“V”时，表头为电压指示，置“I”时为电流指示。
；
4）“跟踪/独立”工作方式选择按钮；置独立时，两路输出各自独立，置跟踪时，两路为串联跟踪工作方式。
（或两路对称输出工作状态）。
5）接地端子；机器外壳接地端；
（2）输出工作方式
1）独立工作方式：
将“跟踪/独立”工作方式选择开关置于独立，即可得到两路输出相互独立的电源，见附图2。
2）串联工作方式：
将跟踪/独立工作方式选择开关置于跟踪，并将主路负接线端子与从路正接线端子用导线连接，连接方式见附图3。
此时两路予置电流应略大于使用电流。
3）跟踪工作方式：
将“跟踪/独立”工作方式选择开关置于跟踪位置时，将主路负接线端子与从路正接线端子连接，连接方式见附图4，即可得到一组电压相同极性相反的电源输出，此时两路予置电流应略大于使用电流。
电压由主路控制。
4）并联工作方式：
将“跟踪/独立”工作方式选择开关置独立位置，两路电压都调至使用电压,分别将两正接线端子两负接线端子连接，连接方式如附图5，便可得到一组电流为两路电流之和的输出。
3.使用直流稳压电源的注意事项
（1）使用前须阅读技术说明书了解使用方法。
（2）仪器通电前，必须保证供电电压置于仪器的规定值，保护导体必须与保护端子连接。
（3）电源插头必须插入接有保护接地点的电源插座中。
（4）更换保险丝时，只能使用规定类型及额定电流的保险丝，不允许使用临时代用保险丝和将保险丝管短接。
（5）仪器出现故障维修时，必须将仪器电源断开。
二、函数信号发生器
函数信号发生器实际上是一种多波形信号源，能产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波以及各种脉冲信号等波形，输出电压的大小和频率都能方便地进行调节。
由于其输出波形均可以用数学函数描述，因而称为函数发生器。
目前，函数信号发生器的输出频率范围达到了0.0005Hz至50MHz，除了作为信号源使用外，一般的函数信号发生器都具有频率计数和显示功能，既能显示自身输出信号的频率也能测量外来信号的频率。
有些函数信号发生器还具备调制和扫频等功能。
1..函数发生器的工作原理
如附图6所示为函数信号发生器的常用电路的原理框图。
虽然图中所示方波由三角波通过方波变换电路变换而成，实际电路中，三角波和方波的产生是难以分开的，方波形成电路通常是三角波发生器的组成部分。
正弦波是三角波通过正弦波形成电路变换而来的。
所需波形经过选取、放大后经衰减器输出。
直流偏置电路提供一个直流补偿调整，使函数信号发生器输出的直流成分可以进行调节，如附图7所示为具有不同直流成分的方波。
附图6是函数信号发生器的主要结构原理图，除了图中示出的部分外，函数信号发生器一般都带有频率计数和显示电路，既可以显示自身输出信号的频率，也可以利用这部分电路测量外来信号的频率，即函数信号发生器可以当作频率计使用。
此外，有些函数信号发生器为了将其输出的方波用作数字电路的时钟而设置了固定的TTL和CMOS输出电路。
2.函数发生器的使用方法
（1）面板控制键功能
各种品牌和型号的函数发生器面板结构大同小异，主要有：
1）电源开关；
2）信号输出接线端子。
函数发生器产生的波形由此端输出，最好通过屏蔽线接至需用信号的电路；
3）输出信号幅度调节旋钮。
分粗调和微调，粗调通常用不同的按键选择衰减倍数实现，微调通过调整电位器实现；
4）输出信号频率调节旋钮；分粗调和微调，粗调通常用不同的按键选择倍率实现，微调通过调整电位器实现；
5）输出波形选择按钮；
6）信号频率显示；选择“内测”，显示输出信号频率，选择“外测”，显示输入信号频率；
7）信号峰—峰值显示；选择“内测”，显示输出信号峰—峰值，选择“外测”，显示输入信号峰—峰值；
8）输入信号接线端子；函数信号发生器当作频率计使用时，待测信号自此端输入，此时，显示部分应选择“外测”。
另外，有些函数发生器还有直流偏移、占空比调节等旋钮，应阅读使用说明书，正确操作。
（2）使用方法
1）检查电源电压是否满足仪器的要求（220V±22V）。
2）将占空比控制开关、电压输出衰减开关、电平控制开关、频率测量内/外开关均置于常态（未按下）；波形选择开关按下某一键；频率范围选择开关按下某一键；输出幅度调节旋钮置于适中位置。
3）将电压输出插座与示波器Y轴输入端相连。
4）开启电源开关，LED屏幕上有数字显示，示波器上可观察到信号的波形，此时说明函数发生器工作正常。
5）按照所需要的信号频率，按下频率范围选择开关适当的按键。
然后调节频率微调旋钮，通过LED屏上显示的频率观察，使频率符合要求为止。
5）调节输出幅度调节旋钮，可改变输出电压的大小，首先选择适当的衰减倍数按键，再通过调整微调旋钮，通过LED屏上显示的输出大小观察，使幅度符合要求为止。
6）若需输出信号具有某一大小的直流分量，则将电平控制开关按下，调节电平调节旋钮即可。
若需调整信号的对称性或占空比，则应按下占空比/对称度选择开关，调节占空比/对称度调节旋钮，可使方波变为占空比可以变化的脉冲波，或者使三角波变为斜波；
7）TTL输出
由TTL输出端可以有方波或脉冲波输出，产生方法同上。
输出信号的频率可以改变，而信号的高电平、低电平固定，分别是3V和0V。
8）外测频率
将需测量频率的外部信号接至外测信号输入插座，按下频率测量内/外开关，指示灯亮，此时LED屏幕上显示的数值即为被测信号的频率。
三、万用表
万用表在电工电子测量仪器仪表中是应用最广泛的一种测量仪表。
可以用它方便地进行交、直流电压、电流，电阻的测量，也可以测量半导体器件及电容元件等。
万用表根据其结构不同有指针式、数字式，也有台式、便携式的区别。
不同类型的万用表的功能及用法基本上都是相同的。
1.面板控制键功能
（1）指针式万用表的面板主要有：
表头、量程转换开关、欧姆调零电位器、机械零位调节，晶体管静态直流放大系数插座和表笔插座等。
表头是一只高灵敏度的磁电式整流系仪表。
表盘上的刻度“”是测量电阻用的，“
”、“
”和“V~”分别是测量直流电压，直流电流和交流电压用的，“hFE”是分别测量锗和硅晶体三极管静态直流放大系数用的：
“C、L、dB”是分别测量电容、电感、及音频电平用的，机械零位调节螺钉是用来调整指针，使其处在零点位置的。
量程转换开关是用来转变各种测量电路，选择测量项目和量程的。
当转换开关置于“”时，可测量电阻的阻值，当转换开关置于“
”时，可测量直流电压，当转换开关置于“
”时，可测量直流电流，当转换开关置于“V~”时，可测量交流电压等。
为保证被测电阻阻值的准确，测量前必须进行欧姆调零工作，即先把两支表笔短路（此时电阻阻值为零），指针应指在“0”欧上。
若偏离“0”，可调节欧姆调零旋钮，使指针指在
“0”欧姆处。
有两组插座：
一是表笔插座，二是晶体管静态放大系数插座，它有NPN“e、b、c”、和PNP“e、b、c”六个插孔，用于测量三极管的参数。
（2）数字万用表面板有：
液晶显示屏、量程开关、输入插孔、hFE插座和电源开关五个部分。
万用表的液晶显示屏最大显示1999或负1999。
当测量直流电压和直流电流时，仪表有自动显示极性功能，若测量值为负，显示的数字前面将带“-”号。
在允许范围内减小量程时，显示屏上小数点的位置左移，小数部分的位数增多，可使测量精度提高。
此外，显示屏还具有超量显示功能，当输入超量时，显示屏的左端将出现“1”或“-1”。
量程开关、输入插孔、hFE插座同指针式外表，但使用数字式表时，要注意电源开关的开与闭。
2．使用方法
（1）在使用万用表之前，要熟悉量程转换开关、旋钮、按钮、插座、插孔的作用及使用方法。
（2）测量前要明确测量什么和测量方法，然后将量程转换开关置于相应的测量项目和量程档位。
若事先无法估计被测量的大小，应先把量程转换开关置于最高档，然后再逐渐减小量程至合适档位。
在测量高电压（220V）或大电流（0.5A以上）时，若需改变量程，一定要将表笔脱离电路，以免损坏万用表。
每一次测量之前，都应核对一下测量目的及量程转换开关是否置于对应位置。
（3）测量电流时，若电源内阻和负载电阻都很小，则应尽量选择较大的电流量程，以降低万用表的内阻，减小对被测电路工作状态的影响，测量电压时，若电源内阻较高，则应尽量选择较大的电压量程，因为量程越大，内阻也越高。
测直流电流时，应特别拄意被测电路的正负极性。
（4）测量电压时，要准确判断被测电路两端电压的极性。
若误用交流电压档测量直流电压，则测量结果可能比实际直流电压要高或为零。
若误用直流电压档去测量交流电压，则表针不动，或微微抖动。
被测电路两端电压大于100伏以上时，应注意人身安全。
要预先把一支表笔固定在被测电路的公共地端，用另一支表笔去碰触测试点；要养成单手操作的习惯。
在测量高压时，必须使用带鳄鱼夹的高绝缘的表笔，以便固定，确保安全。
（5）在测量电阻时，要选择合适的量程档，并一定要进行欧姆调零工作。
要特别注意的是，每更换一次欧姆量程档，都要重新调零一次。
若连续使用R1档时间较长，则应随时重新调零。
若欧姆调零电位器向右旋至最大，表针仍达不到零，即说明电池电压不足，应更换新电池。
切忌带电测量线路内元件的电阻，这样不但测量不出电阻阻值，还将烧坏万用表。
应关掉电源，至少使元件一端与电路断开（对晶体三极管，至少焊开两个电极），再进行测量。
测量电阻、电容时，切忌用两手去捏住表笔两端金属部分和电阻或电容两引线部分，这样会使人体电阻与被测电阻或电容并联引起测量误差，尤其是高阻值电阻和小容量电容。
在测量大容量电解电容之前，应使正、负两极引线短路放电，以防止内存电荷放电打弯表针。
（6）在测量晶体营、电解电容等有极性的元器件等效电阻时，必须注意两表笔的极性。
在电阻档，正表笔接表内电池负极，而负表笔接表内电池正极。
表笔接反，测量结果就不对。
（7）测量有感抗的电路中的电压时，应在关掉电源之前先把万用表断开，以防止由于自感现象产生的高压损坏万用表。
（8）万用表暂时不用，应把量程转换开关置于电压最高档，以防下次使用时不慎损坏万用表。
千万不能置于电阻档，以防止两表笔短路，使表内电池消耗过快。
万用表长期不用应取出电池，以防止电池存放过久变质，泄漏出的电解液腐蚀表内电路板及元器件。
四、交流毫伏表
当被测交流电压信号频率范围很宽，且数值变化很大时，可以用交流毫伏表测量。
交流毫伏表是一种交流电压测量仪器，采用磁电式表头作为指示器，属于指针式仪表。
是模拟式电子电压表，交流毫伏表与普通万用表比较以下优点：
输入阻抗高，一般输入电阻至少为500k，当接入被测电路后，对电路的影响小；频率范围宽，约为几Hz~几GHz；电压测量范围广，量程从1mV~几百伏（V）；灵敏度高，可测量μV级电压信号。
1.交流毫伏表的工作原理
交流毫伏表通常由衰减器、检波电路、放大电路和指示电路四部分组成。
被测电压先经衰减器衰减到适宜交流放大器输入的数值，再经交流电压放大器放大，最后经检波器检波，得到直流电压，由表头指示数值的大小。
需要注意的是，交流毫伏表的面板是按正弦交流电压有效值进行刻度的，因此只能测量正弦交流电压的有效值，当测量非正弦电压时，其读数没有直接的意义。
2.交流毫伏表的使用方法
（1）面板控制键功能
1）电源开关；
2）输入接线端子：
待测信号由此端输入，最好通过屏蔽线接至待测信号；
3）量程选择旋钮：
该旋钮用以选择仪表的满刻度值；
4）机械调零螺丝：
用于机械调零；
5）电源指示灯。
（2）使用方法及注意事项
1）准备工作：
将毫伏表垂直放置在水平工作台上，在未接通电源的情况下，检查一下电表的指针是否在零位，若有偏差，则调节机械调零旋钮使指针指示为零。
2）接通电源，进行电气调零。
将输入线的两个接线端短接，并使量程开关处于合适档位上，再调节电气调零旋钮使表头指针指示为零，然后断开两接线端进行测量。
在使用中，每改变一次量程都应重新进行电气调零。
有的毫伏表具有自校零功能，因此可以不进行电气调零。
3）根据被测信号的大小选择合适的量程，无法预知被测量的大小时先用大量程档，逐渐减小量程至合适档位。
4）凡量程为1×10n的，读数时读从上往下数的第一根刻度线，凡量程为3×10n的读第二根刻度线。
5）毫伏表是不平衡式仪表，测试端的两个夹子是不同的，黑夹子必须接被测电路的公共地，红夹子接被测试点。
接拆电路时注意顺序，测量时先接黑夹子，后接红夹子，测量完毕，先拆红夹子，后拆黑夹子。
5）由于毫伏表的灵敏度很高，输入端感应的信号就能使表针满偏，因此不用时应将量程置于3V以上档；测试过程中需要改换测试点时，应先将量程置于3V以上档，然后移动红夹子，红夹子接好之后再选择合适的量程；使用完毕将量程置于3V以上档后，再断开电源。
五、示波器
示波器是利用示波管内电子射线的偏转，在荧光屏上显示出电信号波形的仪器。
它是一种综合性的电信号测试仪器。
其主要特点是：
不仅能显示电信号的波形，而且还可以测量电信号的幅度、周期、频率和相位等；测量灵敏度高、过载能力强；输入阻抗高。
示波器种类很多，实验室中常用双踪通用示波器。
双踪示波器可以通过两个通道同时输入两个信号进行测量比较。
1.双踪通用示波器面板和主要控制键功能
各种品牌和型号的双踪通用示波器面板结构大同小异，如附图8所示。
主要有以下控制键：
（1）电源开关；
（2）辉度旋钮：
INTENSTTY，调节光迹的亮度；
（3）聚焦旋钮：
FOCUS，用于调节光迹的清晰度；
（4）校正信号：
CAL，仪器内部提供大小为0.5VP-P，频率为1kHZ的方波信号；
（5）输入通道：
CH1（X），CH2（Y）垂直输入端，在X-Y方式时选CH1作为X轴输入端，CH2作为Y轴输入端，待测信号通过探头自此输入；
（6）输入衰减器：
VOLTS/DIV，调整该旋钮，使荧光屏上显示波形幅度合适。
微调顺时针旋至关闭时，垂直偏转灵敏度为面板上的指示值，可根据荧光屏上显示波形测量其幅度；
（7）扫描时间选择开关：
TIME/DIV，调整该时基旋钮，使扫描频率合适，显示波形密度合适且稳定，微调顺时针旋至关闭时，扫描时间为面板上的指示值，可根据荧光屏上显示波形测量其周期和频率；
（8）垂直方式选择开关：
VERTMODE，四个互锁按键开关，可选择五种不同的工作方式：
置CH1和CH2时单踪显示，置ALT时交替显示，置ADD时CH1+CH2显示，置CHOP时断续显示；
（9）触发源选择开关：
SOURCE，置CH1时选CH1作为内触发信号，置CH2时选CH2作为内触发信号；置LINE时选市电作为触发信号；置EXT时选EXTTRIG信号作为外触发信号；
（10）触发信号耦合方式开关：
COUPLING，置AC时，交流耦合，置DC时，直流耦合，置HFRJ时，交流耦合并抑制50kHZ以上的高频信号；
（11）扫描方式选择开关：
SWEEPMODE，置AUTO时，自动扫描，当无触发信号时，扫描电路处于自激状态，形成连续扫描，置NORM时，触发扫描，当无触发信号时，扫描电路处于等待状态，无扫描线，置SINGLE时，单次扫描；
（12）移位旋钮：
POSITION，调节光际在荧光屏上的位置，X移位水平调整，Y移位垂直调整。
2.双踪示波器的使用方法
（1）基本操作要点
1）显示水平扫描基线：
将示波器输入耦合开关置于接地（GND），垂直工作方式开关置于交替（ALT），扫描方式置于自动（AUT），扫描时基开关置于0.5ms/DIV，此时在屏幕上应出现两条水平扫描基线。
如果没有，可能原因是辉度太暗，或是垂直、水平位移不当，应加以适当调节。
2）用本机校准信号检查：
将通道1输入端由探头接至校准信号输出端，按附表1所示调节面板上开关、旋钮，此时在屏幕上应出现一个周期性的方波。
如果波形不稳定，可调节触发电平（LEVEL）旋钮。
若探头采用1：
1，则波形在垂直方向应占5格，波形的一个周期在水平方向应占2格，此时说明示波器的工作基本正常。
3）观察被测信号：
将被测信号接至通道1输入端，（若需同时观察两个被测信号，则分别接至通道1、通道2输入端），面板上开关、旋钮位置参照附表1，且适当调节VOLITS/DIV、SEC/DIV、LEVEL等旋钮，使在屏幕上显示稳定的被测信号波形。
附表1用标准信号检查时，开关按钮的位置
控制键名称
作用位置
控制键名称
作用位置
亮度
中间
输入耦合方式
AC
聚焦
中间
扫描方式
自动
位移（三只）
中间
触发极性
垂直工作方式
CH1
扫描时基
0.5ms
电压灵敏度
0.1V
触发源
CH1
分级调拉×5（三只）
顺时针到底
（2）测量
1）电压测量
在测量时应把垂直微调旋钮顺时针旋至校准位置，这样可以按VOLTS/DIV的指示值计算被测信号的电压大小。
由于被测信号一般含有交流和直流两种分量，因此在测试时应根据下述方法操作：
①交流电压的测量：
当只测量被测信号的交流分量时，应将Y轴输入耦合开关置AC位置，调节VOLTS/DIV开关，使屏幕上显示的波形幅度适中，调节Y轴位移旋钮，使波形显示值便于读取。
根据VOLTS/DIV的指示值和波形在垂直方向的高度H（DIV），被测交流电压的峰峰值可由下式计算出：
如果使用的探头置于10：
1位置，则应将该值乘以10。
②直流电压的测量：
当需要测量被测信号的直流分量和含直流分量的电压时，应先将Y轴输入耦合方式开关置于GND位置，扫描方式开关置于AUTO位置，调节Y轴位移旋钮使扫描基线在某一合适的位置上，此时扫描线即为零电平基准线，再将Y轴输入耦合方式开关转到DC位置。
根据波形偏离零电平基准线的垂直距离H（DIV）及VOLTS/DIV的指示值,可以算出直流电压的数值
2）时间测量
对信号的周期或信号任意两点间的时间参数进行测量时，首先水平微调旋钮必须顺时针旋至校准位置。
然后调节有关旋钮，显示出稳定的波形，再根据信号的周期或需测量的两点间的水平距离D（DIV），以及SEC/DIV开关的指示值，由下式计算出时间：
当需要观察信号的某一细节（如快跳变信号的上升或下降时间）时，可将水平微调旋钮拉出，使显示的距离在水平方向得到5倍的扩展，此时测量的时间按下式计算：
①周期的测量：
如波形完成一个周期，AB两点间的水平距离D为8（DIV），SEC/DIV设置在2ms/DIV，则周期为
②脉冲上升时间的测量：
如波形上升沿的10%处（A点）至90%处（B点）的水平距离D为1.8DIV，SEC/DIV置于1µs/DIV，水平微调拉
5旋钮被拉出，那么可计算出上升时间为：
若测得结果tr与示波器上升时间ts（本机为17.5ns）相接近，则信号的实际上升时间应按下式求得：
③脉冲宽度的测量：
如波形上升沿50%处至下降沿50%处之间的水平距离D为5格，SEC/DIV开关置于0.1ms/DIV。
则脉冲宽度为
④两个相关信号时间差的测量：
将触发源选择开关置于作为测量基准的通道，根据两个相关信号的频率，选择合适的扫描速度（扫描时基因数的倒数），且根据扫描速度的快慢，将垂直工作方式开关置于ALT（交替）或CHOP（断续）位置，双踪示波器显示出信号波形。
如SEC/DIV置于50µs/DIV，两测量水平距离D=3DIV，则时间差为
3）频率测量
对于周期性信号的频率测量，可先测出该信号的周期T，再根据公式
计算出频率的数值。
式中f为频率（Hz），T为周期（s）。
4）测量两个同频信号的相位差
将触发源选择开关置于作为测量基准的通道，采用双踪示波器显示，在屏幕上显示出两个信号的波形。
由于一个周期是360º，因此根据信号一个周期在水平方向上的长度L（DIV），以及两个信号波形上对应点（A、B）间的水平距离D（DIV），由下式可计算出两信号间的相位差：
通常为读数方便起见，可调节水平微调旋钮，使信号的一个周期占9（DIV），那么每格表示的相角为40º，相位差为：
3.双踪示波器使用注意事项
（1）使用前，应检查电网电压是否与仪器要求的电源电压一致。
（2）显示波形时，亮度不宜过亮，以延长示波管的的寿命。
若中途暂时不观察波形，应将亮度调低。
（3）定量观察波形时，应尽量在屏幕的中心区域进行，以减小测量误差。
（4）被测信号电压（直流加交流的峰值）的数值不应超过示波器允许的最大输入电压。
（5）调节各种开关、旋钮时，不要过分用力，以免损坏。
（6）探头和示波器应配套使用，不能互换，否则可能导致误差或波形失真。
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