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，这些仪器的功能如表1-3所示。

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。

（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”旋钮置于校准位置（顺时针旋到底）。将扫描速率“微调”旋钮置于校准位置（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1-4中。

3）校准信号频率。将扫速微调旋钮置于校准位置，扫速开关置于适当位置，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1-4中。

（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1-5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1-5中。

（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1-6中。

（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u_i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u_i和u_o，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。

从图1-29中可以看出，T_d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1-7中。

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。

1.4.2 实验2 二极管性能测试与识别

一、实验目的

1）通过实验进一步理解二极管的特性。

2）理解并掌握二极管的选用方法，能够判断出引脚。

3）能够对二极管的性能进行测试并判断其好坏。

二、实验设备

1）不同型号和外形的二极管（若干）。

2）万用表（指针型或数字型）。

三、实验内容与步骤

（1）二极管的选用

选用二极管是根据用途和电路的具体要求来选择二极管的种类、型号及参数，不同类型的二极管如表1-8所示。

（2）二极管的测试及性能判断

1）测量可选用指针式万用表，也可以选用数字式万用表。

如果选用指针式万用表对二极管进行测试，根据不同的二极管选择不同的电阻档，此时，红表笔与万用表的内电源负极相连，黑表笔与万用表的内电源正极相连。

如果选用的是数字式万用表，可以直接用二极管测试档位直接进行测试。用红色表笔与二极管的正极相接，黑色表笔与二极管的负极相接，则万用表上显示的数值是待测二极管的正向直流压降。如果二极管未损坏，锗二极管应为0.2～0.3V，硅二极管应为0.6～0.7V；将表笔对调测量待测二极管的反向压降，万用表显示测试值为“1”。

2）测试二极管性能时，将万用表置于电阻档，其中，当待测二极管是小功率的二极管时，选用R×100档或者R×1k档；当待测二极管是中、大功率二极管时，选用R×1档或R×10档；判别普通稳压二极管是否断路或击穿损坏，可选用R×100档。

3）用指针式万用表测量二极管性能如图1-30所示，当红表笔与待测二极管的负极相接，黑表笔接待测二极管的正极时，测得的阻值是二极管的正向电阻，如图1-30a所示；将测量表笔对调，测得的阻值是待测二极管的反向电阻，如图1-30b所示。待测二极管正、反向阻值会因为电阻档的档位和万用表的灵敏度不同而略有不同。

4）根据测量结果分析二极管的性能情况如表1-9所示。

5）二极管极性的判别。有时需要对二极管的引脚进行判别，此时，万用表的档位置于电阻档R×1k或R×100档，如果测得二极管的阻值较小，则为正向电阻值，此时与黑表笔相接的一端是二极管的正极；如所测得二极管的阻值很大，则为反向电阻值，此时与红表笔相接的一端为二极管的正极。

（3）二极管性能测试操作

由教师准备不同型号的二极管6只，其中有一部分是性能不正常的二极管（如短路、断路或者性能变坏），由学生运用指针式万用表进行测量，判断二极管的工作情况，并将测量结果和判断结果填入表1-10中。

1.4.3 实验3 晶体管性能测试与识别

一、实验目的

1）理解晶体管的工作原理，能够合理地选用晶体管。

2）能够从外观上简单地判断引脚，并能够运用万用表对晶体管的性能进行测试。

3）可以在一定条件下选用合适的晶体管进行替换。

二、实验设备

1）不同型号和外形的晶体管（若干）。

2）万用表（指针式或数字式）。

三、实验内容与步骤

1．晶体管的选择

晶体管的分类方法很多，常用的有按工作频率分为高频管、低频管、开关管；按功率大小分为大功率管、中功率管、小功率管；从封装形式分为金属封装和塑料封装。在选用时，应当根据实际情况来确定晶体管的种类和具体型号，否则将造成晶体管损坏。

2．晶体管的引脚判别

（1）从外观上辨识引脚

晶体管的三个引脚是按一定规定进行封装的，通常可以通过引脚的分布情况直接辨识出晶体管的基极、发射极、集电极，如图1-31所示为金属封装的晶体管三个引脚的分布，其中，图1-31b是超高频小功率晶体管，引脚D与外壳相连，用于消除二次谐波，图1-31d是低频大功率晶体管，外壳就是集电极的引出端。如图1-32所示为塑料封装的晶体管三个引脚的分布。

（2）用万用表判别晶体管的引脚

1）基极及管型的判别。

选用指针式万用表电阻档的R×100档或R×1k档，用红表笔接晶体管的任意一个引脚，黑表笔分别与另外两个引脚相接，可以测出两个电阻值，然后用红表笔换接另一个引脚，重复上述测量步骤，得到另一组电阻值，依次测量三次。观察测得的三组数据，会发现其中有一组数据都很小的，由此可以判断出测量这组电阻值的红表笔所接引脚为基极，且晶体管的类型是PNP型；如果用黑表笔接一个引脚，重复上述测量方法，也可以得到三组测量数据，其中两个阻值都很小的那次测量黑表笔所接的引脚为基极，但是晶体管的类型是NPN型。

2）判别集电极和发射极。

如图1-33a所示为NPN型晶体管集电极和发射极的判别方法，如图1-33b所示为PNP型晶体管集电极和发射极的判别方法。在确定了晶体管基极和管型的基础上，假定另外两个引脚中的一个引脚为集电极，用手将基极和假设的集电极捏住，但注意：两个引脚不能接触；选用万用表的电阻档，测量集电极和发射极间的电阻，如果是NPN型管，先将假设的集电极接黑表笔，发射极接红表笔，观察指针摆动幅度，然后将两极对调，重复测量操作，观察指针摆动，如果两次摆动一大一小，说明假设正确，且摆动幅度大的那次黑表笔所接的电极是集电极；如果是PNP型晶体管，测量方法正好相反，请读者自行分析。

（3）用万用表初步判断晶体管的性能

在生产现场，往往不具备晶体管特性图示仪这样的测试设备，但又需要对晶体管的性能进行简单判断，这时可以用万用表测量晶体管的极间电阻的方法。

量程选择：小功率管应当选用R×1k档或R×100档。注意：不能用R×1档（该档电流较大）或R×10k档（该档电压较高），这两档有可能造成晶体管的损坏；大功率锗管则要用R×1档或R×10档，用其他档容易发生误判。

测量结果说明：性能良好的中、小功率晶体管，基极与集电极、基极与发射极之间的正向电阻一般是几百欧到几千欧，而基极与集电极、基极与发射极之间的反向电阻和集电极与发射极之间的极间正反向电阻都很高，为几百千欧。硅材料晶体管的极间电阻高于锗材料晶体管。

当晶体管内部断路时，测得的正向电阻近似于无穷大；当晶体管已击穿或短路时，测得的反向电阻很小或为零。

3．晶体管测试操作

由教师准备不同管型、不同封装的晶体管若干，其中有一部分是性能不正常的晶体管（如短路、断路或者性能变坏），由学生运用指针式万用表进行测量，判断晶体管的性能情况，并将测量结果和判断结果填入表1-11中。