实验二_电子仪器的使用

电子电路实验常用仪器的使用（二）信号发生器、示波器信号发生器是一种应用非常广泛的电子设备，可作为各种电子元器件、部件及整机测量、调试、检修时的信号源。信号发生器提供正弦波、方波、三角波等多种信号波形，使用起来很灵活。目前，信号发生器的输出频率范围可达到0.005Hz~50MHz，可输出正弦波、方波、三角波、锯齿波等各种信号。一般信号发生器都具有频率计数和显示功能，当该仪器外接计数输入时，还可作为频率计数器使用。有些函数信号发生器还具备调制和扫频功能。1、信号发生器的电路构成信号发生器的电路构成有多种形式，一般有以下几个环节：(1)基本波形发生电路(2)波形转换电路(3)放大电路(4)可调衰减器电路一、信号源（信号发生器）2、信号发生器的工作原理依据不同的电路结构信号发生器的工作原理不尽相同，目前主要有RC振荡器、集成电路函数信号发生电路和数字直接合成技术合成三种方式来产生低频信号。文氏电桥振荡器放大器输出衰减器电压表信号输出功率放大电路信号输出三角波产生电路正弦波变换电路方波变换电路切换开关集成电路函数信号发生电路构成的函数信号发生器，一般是采用恒流充放电的原理来产生三角波，同时产生方波。改变充放电的电流值，就可得到不同频率的信号。数字直接频率合成技术制成的DDS信号发生器已逐渐普及，它是通过控制电路从存储器单元中输出数据，再进行数/模转换实现的，其输出频率范围宽，信号频率、波形精度高。但价格相对高一些。数字直接合成DDS信号发生器SFG-1013采用了最新的直接数字合成（DDS）技术，产生了稳定的且高分辨率的输出频率。DDS技术中，波形数据存放在存储器中，时钟控制指向数据地址的计数器。存储器输出的数字信号由带有低通滤波器的数字-模拟转换器（DDS）转换成模拟信号。3、SFG-1013DDS函数信号发生器输出波形：正弦波，方波，三角波。振幅控制，−40dB衰减，占空比控制，可变直流偏压控制，信号输出开关控制，输出过载保护。显示器输入键SHIFT键输出控制键电源开关频率调整占空比调整DC偏置调整幅度调整TTL输出信号输出4．使用方法1．按下POWER按钮，打开电源。2．按下OUTPUT输出键，LED亮，打开信号输出。3．选择波形，重复按下“WAVE”键就会在显示器上显示相应的波形符号，直到显示所需的波形。4．设置频率，使用数字键直接输入波形频率。只要直接按相应的数字键+SHIFT+频率单位键就可直接设置所需的频率。5．调整频率：如果仪器当前设置的频率与所需频率相差不大时，可通过频率调节旋钮调整到所需要的频率。按SHIFT键+左（右）光标键，使光标左（右）移至需调整的位，旋转频率旋钮即可调整该位的数值。逆时针旋转频率旋钮减小频率，顺时针旋转频率旋钮增大频率。6．观察幅度：按下SHIFT+V/F键，会显示电压幅度(振幅)，重复此操作，则返回至频率显示。7．调整输出信号幅度：顺时针旋转幅度调节旋钮，增大幅度；逆时针旋转此旋钮，减小幅度。8．-40dB衰减：按下SHIFT按钮,再按3（-40dB），输出将会衰减-40dB，并且显示屏上的-40dB指示灯将会亮。9．设置偏置：能够对正弦波，方波，三角波增加或减少偏移量，从而改变波形的电压偏移量（偏置的设定不适用于TTL输出）。拉出偏移量旋钮打开偏移量的设置，顺时针旋转此按钮增大偏移量，逆时针旋转此按钮减小偏移量。10．调节占空比(方波)：拉出占空比旋钮，顺时针旋转增大占空比，逆时针旋转减小占空比，初始值设置为50%。占空比设定不适用于正弦波与三角波。（一）示波器的应用在电子技术领域中，电信号波形的观察和测量是一项很重要的内容，而示波器就是完成这个任务的一种很好的测试仪器。示波器可以用来研究信号瞬时幅度随时间的变化关系，也可以用来测量脉冲的幅值、上升时间等过渡特性。借助于各种转换器还可以用来观测各种非电量信号，如温度、压力、流量、生物等的变化过程。实际上，示波器不仅是一种时域测量仪器，也是频域测量仪器的重要组成部分。二、示波器（二）示波器显示波形的原理1．示波器的基本组成通用示波器是实际使用中最为广泛的一种示波器，也是其他示波器的基础。它主要由示波管（CRT）、水平通道（X通道）、垂直通道（Y通道）三大部分组成。衰减器Y放大器Y输入触发电路扫描发生器直流电源X放大器外触发信号X输入外内S1S2示波管亦称为阴极射线管（CRT），是示波器的核心部件。它包括三部分：电子枪、偏转系统和荧光屏。这三部分都密封在玻璃壳内，成为一个真空器件。其作用是把电信号变成发光的图形。2．波形显示原理（1）电子束在UY与UX作用下的运动电子束在荧光屏上的位置取决于同时加在垂直和水平偏转板上的电压。①当示波管两对偏转板上不加任何信号（UX=UY=0）时，则光点出现在荧光屏的中心位置，不产生任何偏转。②垂直偏转板上加电压UY=Umsinωt，而水平偏转板上加的电压UX=0，则光点仅在垂直方向随UY变化而偏转。光点的轨迹为一垂直线，其长度正比于UY的峰-峰值（2Um），UX=0，UY=Umsinωt时，电子束在荧光屏上的运动轨迹UYUm③若UY=Umsinωt，而在X轴偏转板上加上一个与UY周期相同（TX=TY）的理想锯齿波电压UX，则在荧光屏上真实地显示UY的波形。当UY=Umsinωt、UX为理想锯齿波电压时，在荧光屏上显示的电子运动轨迹UYTYTXUXt011tUYTYTXUXt011tX轴偏转板上加上理想的锯齿波电压UX，这样荧光屏的X轴就转换成了时间轴。如果UY=0，仅在X轴偏转板加上理想的锯齿波电压，那么将在荧光屏上显示一条水平线，这个过程称为扫描。前面讨论的是TX=TY的情况。如果TX=2TY，则在荧光屏上可以观察到两个周期的信号电压波形。如果波形重复出现，而且完全重叠，就可以看到一个稳定的图像。（2）同步概念TX=2TY时荧光屏上显示的波形UYTYTX=2TYUXt如果TX不是TY的整数倍时，荧光屏显示的波形如何呢？例如在TX=(7/8)TY时UYUXTXTYTX=7/8TYUXt结果：荧光屏上显示的波形如同向右跑动一样显然：这种显示不利于观测由此可见，为了在荧光屏上获得稳定的图像，TX（包括正程与回程）与TY必须成整数倍关系，即TX=nTY（n为正整数），以保证每次扫描的起始点都对应信号电压UY的相同相位点上，这个过程称为“同步”。那么如何来实现同步呢？通常是利用被测信号UY（或用与UY相关的其他信号）去控制扫描电压发生器的振荡周期，以迫使TX=nTY。（3）连续扫描与触发扫描①连续扫描。扫描电压为周期性锯齿波电压。特点：即使没有外加信号，在荧光屏上也能显示一条时基线。前面介绍过的扫描就属于连续扫描。②触发扫描特点：只有在外加输入信号（称为触发信号）的作用下，扫描发生器才工作，荧光屏上才有时基线；无触发信号时，荧光屏上只显示一个亮点。3触发为了能稳定地显示信号波形，X和Y这两个信号必须做到同步。而且每次扫描开始点必须对应于同一相位。那么如何来实现呢？示波器里有一个触发控制电路，控制着扫描的开始点。(a)不适当地触发产生不稳定的显示图形；(b)适当地触发产生稳定的显示波形。不正常触发正常触发(a)(b)(a)有多个周期和多个触发点的正弦波；(b)正确触发后示波器上的波形。触发点触发点触发点触发点触发点第一次扫描第四次扫描…………第……（a）（b）示波器触发控制信号，包括电平和极性。(a)展示正、负极性触发点的例子；(b)使用正极性触发时，示波器上显示的波形；(c)用负极性触发时，示波器上显示的波形。正极性触发负极性触发负极性触发负极性触发正极性触发正极性触发触发电平（a）（b）（c）0.5V1V4触发释抑信号触发释抑信号使得在本次扫描期间及本次扫描结束之后的一段时间内，扫描电路不被重新触发输出扫描电压而开始新的一次扫描。为什么要这样做？触发抑制的例子。触发抑制使示波器的扫描电路在一段时间内不工作触发抑制触发抑制可能的触发点可能的触发点释抑信号的持续时间称释抑时间。HOLDOFF通常把释抑时间调节在略小于信号重复周期。5显示方式双踪（多踪）示波器使用单枪示波管，以交替或断续的方式将多路信号显示在荧光屏上。以双踪示波器为例，通常有“交替（ALT）”、“断续（CHOP）”、“Y1”、“Y2”、“Y1+Y2”五个显示工作方式，而“Y1-Y2”是先将“Y2”反相后再用“Y1+Y2”方式实现的。显示方式的切换靠电子开关控制。Y1输入Y2输入垂直放大器垂直放大器电子开关时基电路垂直信号水平信号显示屏（三）GOS-6021示波器及其使用GOS-6021为一般用途的20MHz双通道的示波器，具有光标读出装置，数字面板设定。垂直灵敏度1mV到20V，共有14个档位，水平偏向系统从0.2us到0.5s。ALT-MAG功能，可使基本扫描波形和局部放大扫描波形一起被显示。放大率为三档×5、×10、×20。垂直控制水平控制显示器控制触发控制GOS-6021前面板显示控制①TEXT/ILLUM按钮这是一个具有双重功能的控制钮，用于选择TEXT字符亮度和刻度亮度调节选择。以“TEXT”或“ILLUM”显示。当按压此按钮时，以“TEXT”―“ILLUM”―“TEXT”次序循环发生变化。TEXT/ILLUM功能和VARIABLE旋钮配合使用，在TEXT状态下，旋转VARIABLE钮可调整屏幕上的字符亮度；在ILLUM状态下，旋转此钮可调整屏幕的照明亮度。按此钮可以打开或关闭TEXT/ILLUM功能。②VARIABLE旋钮在光标模式中，旋转VARIABLE，可移动光标位置。按压VARIABLE旋钮可以在FINE（细调）和COARSE（粗调）之间切换，选择FINE调节，光标移动得慢，选择COARSE，光标移动得快。在TEXT/ILLUM模式，VARIABLE旋钮用于调节TEXT亮度和刻度亮度。按压此旋钮可以打开或关闭TEXT/ILLUM功能。③INTEN旋钮：调整扫描线亮度④FOCUS旋钮：扫描线聚焦⑤CAL：输出0.5V1KHz的基准方波信号⑥CURSORS按钮：光标设定，设定光标为测电压或测时间或频率，一条还是两条。⑦TRACEROTATION：旋转扫描线。垂直控制①CH1、CH2按钮：显示/关闭通道1、通道2的扫描迹线。②POSITION旋钮：调节通道1和2波形的垂直位置。X-Y模式中，CH2的POSITION可用来调节Y轴信号的偏转灵敏度。③ALT/CHOP按钮：这是个多功能按钮，只有两个通道都开启后，才有作用。按压此按钮，屏幕上“ALT”和“CHOP”交替显示，表示示波器工作在交替扫描方式或断续扫描方式。④ADD-INV按钮：具有双重功能的按钮。快按此钮，显示器上显示“+”，表示相加模式，显示的是两个通道的输入信号相加结果。按住此钮一段时间，设定CH2反向功能的开/关，反向状态将会于显示器上显示“↓”号。反向功能会使CH2信号反向180°显示。应用此按钮可实现两个输入信号的相加或相减显示。⑥GNDP×10按钮：双重功能按钮。快按一下此钮﹐使垂直放大器的输入端接地，接地符号“⊥”显示在读出装置上。按下此钮一段时间，取1∶1或10∶1之间的读出装置的通道偏转系数，10∶1的电压的探头以符号表示在通道前（如：“P10”，CH1），在进行光标电压测量时，会自动包括探头的电压因素。⑦AC/DC按钮：输入信号的耦合方式选择。⑤VOLTS/DIV旋钮：CH1/CH2的灵敏度控制钮。有双重功能。旋转此旋钮，以1-2-5方式改变灵敏度。按住此钮一段时间选择VOLTS/DIV为VAR，此时作为衰减器或作为灵敏度微调的功能。开启VAR后，以“”符号显示，旋转此钮可微调仪器的灵敏度。水平控制①POSITION旋钮：此旋钮可将信号以水平方向移动，与MAG功能合并使用，可移动屏幕上任何信号。在X-Y模式中，本旋钮调整X轴偏转灵敏度。②TIME/DIV-VAR控制旋钮：以1-2-5的顺序改变时间偏转系数（扫描速度）。时间偏转系数会显示在读出装置上。在主时基模式时，如果MAG不动作，可在0.5s/DIV~0.2μs/DIV之间选择。按住此钮一段时间