动态单元2005

第三单元 动态电路制作：王彬华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心动态单元学习内容n学习示波器、函数发生器的使用n熟练掌握示波器测量法 用途：它是一种显示被测信号波形的电子仪器，具有直观、简便、快速的特点。可用来观察和测量随时间变化的电信号图形，对信号进行定性及定量分析。其本质上是一种电压测试仪。既可测各种电量 也可测各种非电物理量。它是进行电信号特性测试的常用电子仪器。示波器概述 示波器能够直接显示被测信号的波形，测量功能全面，加之具有灵敏度高，输入阻抗大和过载能力强等一系列特点，所以在近代科学技术领域中得到了极其广泛的应用。示波器的种类很多，根据其用途和特点一般分为：（1）通用示波器：包括单踪型和多踪型。（2）取样示波器 将高频信号以取样的方式转换成低频信号，然后再用类似通用示波器的方式进行显示。用于观察高频信号及脉冲信号。（3）记忆与存储示波器 具有记忆、存储信息的功能，一般将利用记忆示波器实现存储功能的称为记忆示波器，利用半导体数字存储器的称为存储示波器。（4）特殊示波器 能满足特殊用途或具有特殊装置的专用示波器，例如高压示波器等。2、电子示波器的结构（以通用示波器为例）普通示波器主要由：示波管、Y轴放大器（垂直放大）、X轴放大器（水平放大）、扫描发生器（锯齿波发生器）及电源等部分组成。其结构图如图3-1所示。图31电子示波器的基本结构 A A、示波管、示波管 核心部件由电子枪、偏转板、荧光屏等三部分组成。B、Y轴放大器 其输入通常是被测信号，输出送至垂直偏转板上。作用：将被测信号电压放大至足够的幅度，然后加在垂直偏转板上，它还带有衰减器用以调节垂直幅度、确保显现图形的垂直幅度适当或进行定量测量，这一部分也叫做Y通道。C、扫描信号发生器 产生一个与时间成线性关系的周期性锯齿波电压（称扫描电压），经过X轴放大器放大以后，加在水平偏转板上（只在Y一t方式时起作用），将Y通道的被测信号展开。它也带有衰减器，这部分也称为X通道或时基。其作用是产生水平扫描信号，能显示以时间为横坐标的波形。D、水平（X轴）放大器 其输入可以是扫描电压或外加电压信号，输出电压施加于X轴偏转板上。若其输入是扫描电压，则用以产生水平扫描信号，此时从屏幕上看到的是从Y轴放大器输入的随时间变化的信号波形；若其输入是X输入端子上的外加电压信号，则观察到的是关系曲线y=f（x）。E、电源 为220V单相交流电源，提供示波器所需的高、低压电源。3、示波器显示被测信号波形的原理 a、示波器显示从Y轴输入的信号Y（t）的波形 （以示显正弦波形y(t)=Umsint为例）被测电压y(t)加至Y轴偏转板上，内部的锯齿波电压加至x轴偏转板上，仅有y(t)时，电子束上下移动，仅有锯齿波电压时，电子束在水平方向上移动（水平扫描线）。两者共同作用时，电子束的运动轨迹便是y(t)的波形。可以想象当一个随时间变化的正弦函数波加在Y偏转板上而不用锯齿波扫描时，在荧光屏上显示出来的只是一根垂直线。为了使每一个周期内uy和ux的合成图形稳定，必须保证uy和ux的频率一致或具有整数倍关系，这样荧光屏上的图形才是稳定不动（重合）的。通常这是由锯齿波信号发生器内的同步电路来完成的。它能够强迫锯齿波的频率与uy的频率（或外来信号频率）保持同步。b、示波器的同步方式 同步 使得频率一致或具有整数倍的关系，以保证荧光屏上的图形保持稳定不动。这一般由锯齿波信号发生器内的同步电路完成。同步方式：共三种 (1)内同步从Y轴放大器中取出被测信号电压来控制锯齿波的扫描频率。当利用被测信号作为触发同步信号时，常采用这种方式。（2）外同步用外接电压控制锯齿波的周期。由同步输入端接入外接电压。此时外接电压周期与被测信号同周期或成整数倍关系。当用单线示波器测量两相关波形的相位时，或当被测电压不适于作触发信号时，采用这种同步方式。（3）电源同步从电源变压器中取出50Hz交流电压来控制锯齿波的频率。常用来测量与电源频率有关的信号。C、示波器的扫描方式（两种）（1）连续扫描指加在X轴偏转板上的电压是一个连续时间函数（如连续的锯齿波），在这个连续函数波形电压的作用下，光点在荧光屏上连续移动。适用于观察正弦波、方波等连续信号，当uy=0时，光点在一条水平线上来回扫描，显示出一条水平亮线，称为时间基线。（2）触发扫描又称为等待扫描。示波器扫描电路只有在触发信号的激励下才开始扫描，当脉冲信号到来时扫描一次，否则扫描电压发生器处于等待状态，直到下一个触发信号到来时才再次激励，进行另一次扫描。只要适当调节“电平”旋钮，就可以观测到连续信号的稳定波形或脉冲波形。5.示波器的基本测量方法示波器有两种工作方式：y-t方式方式 y-x方式方式 可用示波器测量信号的幅值、频率及相位关系（均可采用以上两种工作方式）。图图 测测UrUr波形波形 每个信号线分出两根线：一根为输入信号线，一根为地线，接线如图所示。1）电压幅值的测量（y-t方式下）khUPP,/2cmvK（h格数，kv/cm）则VUPP2.1126.5若2）电流幅值的测量（1）（2）为线性的，则（3）为无感电阻Zro00ruir采用取样电阻串连于回路中（注意“共地”问题）。对取样电阻ro的要求：r03）同频率信号的相位差（角）的测量 相角差实际上仍然是时间量的差值。将被测信号Y1、Y2之间的相角差折算成时间量以后即可测出。1、y-t工作方式下测量相位差图图 相位差的测量方法相位差的测量方法 例：如图测得Y1信号的周期所占的格子数为A，Y1、Y2的相位差为B格。360ABX那么Y1、Y2的相位差角X为：wtAsinx)(sinwtBy2、李萨如图形法（y-x方式下测量）示波器工作在y-x工作方式。设加于x轴和y轴的两正弦量为：baarcsin此法只能测出相差角度，不能判定超前、滞后关系。二端元件的测量方法n二端电阻元件的测量方法n电容元件特性的测量n电感元件特性的测量4 4、TDS210TDS210型数字示波器设备简介型数字示波器设备简介 信号发生器是产生各种波形的信号电源。信号发生器是产生各种波形的信号电源。按按调制方式调制方式分为：分为：调幅、调频、调相、脉冲调制调幅、调频、调相、脉冲调制等信号发生器。等信号发生器。按其按其输出波形输出波形划为：划为：正弦、脉冲、函数发生器正弦、脉冲、函数发生器等。等。正弦信号发生器按其正弦信号发生器按其频率频率分为：分为：超低频、低频、超低频、低频、高频、超高频高频、超高频信号发生器。信号发生器。信号发生器信号发生器 函数信号发生器函数信号发生器是能输出多种波形的信号源，是能输出多种波形的信号源，它能产生它能产生正弦波正弦波、方波方波、三角波三角波、锯齿波锯齿波和和脉冲波脉冲波等多种波形的信号，其频率一般在等多种波形的信号，其频率一般在20MHz以下以下。函数信号发生器函数信号发生器原理原理也多种多样，但多是选用也多种多样，但多是选用触发电路产生方波或矩形波，然后经积分器变换出触发电路产生方波或矩形波，然后经积分器变换出三角波或锯齿波，经变换网络（例如二极管整流网三角波或锯齿波，经变换网络（例如二极管整流网络等）将三角波转换成正弦波，因为波形之间的转络等）将三角波转换成正弦波，因为波形之间的转换是通过函数变换来实现的，所以称为函数信号发换是通过函数变换来实现的，所以称为函数信号发生器。生器。电路实验中用到的信号发生器，其工作频率一般在低频范围之内。信号发生器的核心部分是振荡器，振荡器产生的信号放大后作为电压或功率输出。一般，输出电压的幅值由仪器面板上幅度调节旋钮进行调节。有的信号发生器设衰减开关，以获得小信号电压输出。信号的频率通过面板上的“频率粗调频率粗调”和“频率频率细调细调”两个旋纽进行调节。波形选择用波形选择开关。对于有功率输出的信号发生器，为使负载从信号获得最大功率，信号源的输出阻抗和负载阻抗要相匹配。另外，有的函数发生器调节面板上有“占空比占空比”旋钮，可以使方波成为矩形脉冲波，三角波成为锯齿波。调节“电平偏移电平偏移”旋钮，可以改变输出信号中的直流分量的大小和正负。5、EE1641B型函数信号发生器 “参考附录二”频率粗调频率细调波形选择电压衰减幅值调节电压输出端子占空比调节直流偏移量调节电源