淺談模電實驗第一堂課的教學(xué)

車沛強 張心侃

[摘要]模電實驗設(shè)備較多，部分設(shè)備的使用較難掌握，如模擬示波器；再者，操作面板上的旋鈕、按鈕眾多，需要在了解其工作原理后，才能熟練地掌握使用方法。

[關(guān)鍵詞]波形顯示原理 使用方法 注意事項

[中圖分類號]G421 [文獻標(biāo)識碼]A [文章編號]1009-5349（2016）02-0194-02

作為在實驗室工作多年的實驗教輔人員，接觸了不同老師的實驗授課和指導(dǎo)方式。這些老師中，有頻繁更換的，也有多年不變的。不同的老師有著不同的教學(xué)方式，產(chǎn)生的實驗效果也不一樣。本人多年來也獨立承擔(dān)了部分學(xué)生的實驗課指導(dǎo)工作。下面就如何達到更好的教學(xué)效果，結(jié)合自身與其他教師的實驗教學(xué)狀況，以模電實驗第一堂課——常用電子儀器使用為例，談一些觀點。

常用電子儀器的使用是模電實驗的第一堂課，是最基礎(chǔ)也是非常重要的一堂課。只有上好第一堂課，使學(xué)生掌握了常用電子儀器的使用方法，才能為后續(xù)實驗課程的順利進行打下基礎(chǔ)。

本人管理的模電實驗室常用的儀器設(shè)備有：模擬雙蹤示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、指針式交流毫伏表、數(shù)字式萬用表、模電實驗箱等。下面就前四種儀器設(shè)備的用途、使用方法及注意事項這三個方面展開說明。值得注意的是，在本次的實驗教學(xué)過程中，須帶著學(xué)生一起調(diào)節(jié)設(shè)備，一步步動手操作，這樣學(xué)生才能更好地、直觀地了解這些儀器的使用方法。

一、模擬雙蹤示波器（以型號YB4325為例說明）

作用：顯示隨時間變化的電壓波形。

使用方法：

模擬示波器，面板上的旋鈕、按鈕數(shù)量眾多，所以能否熟練掌握示波器的使用是此次乃至今后實驗課的一個難點與重點。讓學(xué)生在了解設(shè)備工作原理方面知識后，再去學(xué)習(xí)使用示波器，就能做到有側(cè)重性地調(diào)節(jié)，使學(xué)生快速學(xué)會示波器的使用方法，而不是盲目亂調(diào)。

為了方便理解示波器的調(diào)節(jié)使用，下面針對性地說明模擬示波器，其波形顯示的原理是：示波器內(nèi)的CRT（陰性射線管）產(chǎn)生高速的電子束打向涂有熒光粉的屏幕，使得屏幕被“轟擊”的點發(fā)亮。這個亮點原本是固定不動的。同時，示波器內(nèi)的負責(zé)水平方向掃描的線圈，加入本機自身產(chǎn)生的鋸齒波電壓，在電場的作用下，將這個不會動的亮點變成水平從左向右勻速移動并不斷重復(fù)的亮點。當(dāng)這個重復(fù)移動的亮點通過面板相應(yīng)旋鈕調(diào)節(jié)，使得重復(fù)的頻率達到一定值時（約50Hz），人眼分辨不出，就會變成一條亮線，這就是所謂的掃描線。此旋鈕就是面板上的“Time/Div”這個旋鈕。通過調(diào)節(jié)此旋鈕，可以改變鋸齒波電壓的周期，也就是改變掃描頻率，這樣就可以直觀地看到屏幕上該亮點的變化情況。當(dāng)Time/Div設(shè)定的數(shù)值比較大時，屏幕顯示的是慢速移動的光點。當(dāng)數(shù)值減小后，亮點移動速度變快。數(shù)值更小時，移動的亮點變成一條亮線。被測信號通過CH1/CH2輸入口送入示波器，經(jīng)過內(nèi)部衰減/放大后，加到示波器內(nèi)的垂直偏轉(zhuǎn)線圈上，使得亮點在垂直方向上移動。這樣，在內(nèi)部鋸齒波電壓及外部被測信號的作用下，亮點就隨著被測信號的波形軌跡從左向右移動并不斷重復(fù)，于是屏幕就顯示出被測信號的波形了。

面板上最常使用和調(diào)節(jié)的，也是設(shè)計外觀最大的三個旋鈕，除了Time/Div這個旋鈕，另兩個旋鈕分別是CH1、CH2的靈敏度旋鈕Volts/Div。通過調(diào)節(jié)這兩個旋鈕，可以分別調(diào)節(jié)這兩個通道顯示波形的大小。

兩個輸入通道CH1、CH2附近各有兩個按鈕。一個為接地的按鈕，另一個為輸入耦合方式的AC/DC的選擇按鈕。這兩個按鈕的作用是：選中接地按鈕后，相應(yīng)通道的輸入信號會在示波器內(nèi)部斷開，并將此通道的輸入信號置為GND。此按鈕在示波器用于測量直流電壓時，起到定位0V電壓線的作用。另一按鈕，AC/DC按鈕為屏幕顯示被測信號的交流分量還是整個被測信號（含直流分量）的選擇按鈕。

屏幕下方的輝度、聚焦旋鈕用于調(diào)節(jié)屏幕的亮度與線條的細膩程度。四選一的垂直方式選擇開關(guān)配合四選一的觸發(fā)源開關(guān)，用來選擇CH1、CH2、雙蹤、疊加及相應(yīng)的觸發(fā)源。電平旋鈕用來控制何時產(chǎn)生鋸齒波電壓，起到穩(wěn)定波形的作用。選中X-Y按鈕后，示波器斷開內(nèi)部的鋸齒波電壓，負責(zé)水平與垂直方向掃描的控制信號，由CH1（控制水平掃描）與CH2（控制垂直掃描）輸入的信號來控制，屏幕顯示出李沙育圖形，由此可以測出兩個輸入信號的相位差及頻率的比值。在進行波形參數(shù)測量前，需將當(dāng)前通道及水平掃描的微調(diào)放置至校準(zhǔn)位置。設(shè)置好Time/Div及Volts/Div后，屏幕顯示至少一個完整周期的信號，讀出波形波峰與波谷之間縱向的格子數(shù)，乘以Volts/Div在屏幕上顯示的數(shù)值，即為信號的峰值電壓。讀出一個周期信號在水平方向的格子數(shù)，乘以Time/Div在屏幕上顯示的數(shù)值，即為信號的周期。周期的倒數(shù)就是信號的頻率。

示波器的輸入探頭上有一個二選一的開關(guān)，標(biāo)識為X1、X10。這是一個10倍的電壓衰減開關(guān)，放置X10這檔時，輸入電壓衰減為原來的十分之一，故示波器測出的電壓值需乘以10，才是輸入電壓的大小。X1這檔是無衰減。

如前所述，示波器操作面板復(fù)雜，是這些設(shè)備中最難掌握的。學(xué)生通過了解波形顯示的基本原理，才能更深地體會到調(diào)節(jié)面板上這些旋鈕所起的作用。比如：示波器被設(shè)定成只顯示一個固定不動的亮點時，學(xué)生無法進行正常的信號參數(shù)測量。那么在了解波形顯示原理后，知道應(yīng)該是X-Y按鈕被選中，造成示波器本機的鋸齒波電壓被斷開。同時，兩個通道輸入端的GND按鈕被按下，造成輸入信號被斷開，故屏幕僅顯示一個固定不動的亮點。取消這三個按鈕后，問題就解決了。

二、函數(shù)信號發(fā)生器（以型號YB1620P為例說明）

作用：輸出電壓及頻率可調(diào)的三角波、方波、正弦波。

使用說明及注意事項：

此型號函數(shù)信號發(fā)生器有三種波形輸出，分別是三角波、方波、正弦波。用三個自復(fù)位按鍵選擇其中一種波形，三個LED燈指示是哪種波形輸出。實驗中常用的是正弦波。輸出頻率的調(diào)節(jié)是：顯示頻率值的8位數(shù)碼管下面的兩個旋鈕，都是用來調(diào)節(jié)當(dāng)前頻率檔的頻率值的。一個是粗調(diào)，頻率的改變量大，另一個是細調(diào)，頻率的改變量小。這兩個旋鈕總的頻率調(diào)節(jié)范圍是當(dāng)前頻率檔值的0.1倍至1倍。兩個旋鈕下方的一排共有8個自復(fù)位按鈕，是用來選擇不同頻率檔的。比如選中2K這個頻率按鈕，表示此頻率檔通過上面的兩個頻率調(diào)節(jié)旋鈕，頻率的調(diào)節(jié)范圍是200Hz—2KHz。輸出電壓大小的調(diào)節(jié)除了一個標(biāo)有幅度的旋鈕外，另外還有兩個帶自鎖的衰減按鈕。這兩個衰減按鈕，一個是衰減10倍（-20DB），另一個是衰減100倍（-40DB），都選中的話，衰減1 000倍。這樣，通過調(diào)節(jié)幅度旋鈕及兩個衰減按鈕，可以得到毫伏級至伏特級的輸出電壓。學(xué)生在實驗過程中，常抱怨輸出電壓無法調(diào)小或調(diào)大，都是因為遺忘了還有兩個衰減開關(guān)。本儀器自帶輸出電壓顯示，但顯示的是輸出電壓的峰值。實驗中經(jīng)常要求此儀器輸出有效值是多少的電壓，故需告知學(xué)生，實驗時要注意區(qū)分，別把峰值當(dāng)成有效值。使用此類信號源儀器，包括電壓源等，切記輸出不能短路。

三、指針式交流毫伏表（以型號YB2172為例說明）

▲作用：測量正弦交流電壓的有效值。

▲使用說明及注意事項：

此款儀表適合5Hz—2MHz頻率的正弦波信號電壓的測量。表盤內(nèi)有兩條電壓刻度線，分別為0—1和0—3。量程旋鈕切換量程分為逢一量程（1mV、10mV、100mV……）和逢三量程（3mV、30mV、300mV……）。凡逢一的量程直接在0—1刻度線上讀取數(shù)據(jù)，凡逢三的量程直接在0—3刻度線上讀取數(shù)據(jù)，單位為該量程的單位，無需換算。交流毫伏表靈敏度較高，打開電源后，在較低量程時由于干擾信號（感應(yīng)信號）的作用，指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，稱為自起現(xiàn)象。所以在不測試信號時應(yīng)將量程旋鈕旋到較高量程檔，以防打彎指針。測量電壓時，也是先用大量程測試，再逐漸減小量程至合適位置。合理設(shè)置量程，讓指針偏轉(zhuǎn)角度在滿量程1/3以上，以減小誤差。讀數(shù)時正視儀表，讓指針與鏡中的像重合，減小視覺誤差。

四、數(shù)字萬用表

作用：可以測量交直流的電壓與電流、電阻、電容、三極管的β、二極管極性，判斷線路的通斷等。本文略過使用說明，說說使用上的注意事項。

注意事項：

①測量電流時，萬用筆應(yīng)串接入被測電路中。不像測電壓，萬用表是并入電路中的；

②選好檔位與量程后，才能接入電路中進行測量。量程的選擇，應(yīng)從大至小，最終選用接近被測值的量程，增加讀數(shù)的有效位數(shù)；

③測量過程中，若需調(diào)節(jié)檔位，應(yīng)將萬用表表筆先脫離電路，選好檔位后，再將表筆接入電路中。測量過程中，嚴禁隨意調(diào)節(jié)檔位；

④嚴禁用電流檔、電阻檔等檔位去測量電壓。因此款萬用表，電流檔與電壓檔、紅表筆接入的端口不一樣，當(dāng)反復(fù)測電流與電壓時，除了選擇正確的檔位，還需反復(fù)確認紅表筆的接入端口是否正確。防止電流檔去測電壓，造成萬用表的損壞。

以上介紹了常用的四種儀器/設(shè)備的作用、使用方法及注意事項。老師在講解這些儀器設(shè)備的同時，需帶著學(xué)生進行同步操作，讓學(xué)生立刻就有直觀的感受。然后布置相關(guān)的實驗內(nèi)容，讓學(xué)生通過實驗考查他們對這些設(shè)備使用的掌握程度，并通過實驗鞏固、加深他們對這些設(shè)備的了解與操作。在學(xué)生實驗過程中，老師需反復(fù)走動，主動了解學(xué)生的實驗情況，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并針對學(xué)生的實驗情況，不斷完善今后的教學(xué)內(nèi)容與方式。

【參考文獻】

[1]張保華.模擬電路實驗基礎(chǔ)（第2版）[M].上海：同濟大學(xué)出版社，2011.

[2]李悅.淺談模電實驗“常用儀器的使用”[J].中國電力教育，2010（02）.

責(zé)任編輯：張麗