淺談模電實(shí)驗(yàn)第一堂課的教學(xué)

車(chē)沛強(qiáng) 張心侃

[摘要]模電實(shí)驗(yàn)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(xiàng)

[中圖分類號(hào)]G421 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1009-5349（2016）02-0194-02

作為在實(shí)驗(yàn)室工作多年的實(shí)驗(yàn)教輔人員，接觸了不同老師的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)效果也不一樣。本人多年來(lái)也獨(dú)立承擔(dān)了部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)工作。下面就如何達(dá)到更好的教學(xué)效果，結(jié)合自身與其他教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)狀況，以模電實(shí)驗(yàn)第一堂課——常用電子儀器使用為例，談一些觀點(diǎn)。

常用電子儀器的使用是模電實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課程的順利進(jìn)行打下基礎(chǔ)。

本人管理的模電實(shí)驗(yàn)室常用的儀器設(shè)備有：模擬雙蹤示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、指針式交流毫伏表、數(shù)字式萬(wàn)用表、模電實(shí)驗(yàn)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(xiàng)這三個(gè)方面展開(kāi)說(shuō)明。值得注意的是，在本次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，須帶著學(xué)生一起調(diào)節(jié)設(shè)備，一步步動(dòng)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(hào)YB4325為例說(shuō)明）

作用：顯示隨時(shí)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(shí)驗(yàn)課的一個(gè)難點(diǎn)與重點(diǎn)。讓學(xué)生在了解設(shè)備工作原理方面知識(shí)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(huì)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(duì)性地說(shuō)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(diǎn)發(fā)亮。這個(gè)亮點(diǎn)原本是固定不動(dòng)的。同時(shí)，示波器內(nèi)的負(fù)責(zé)水平方向掃描的線圈，加入本機(jī)自身產(chǎn)生的鋸齒波電壓，在電場(chǎng)的作用下，將這個(gè)不會(huì)動(dòng)的亮點(diǎn)變成水平從左向右勻速移動(dòng)并不斷重復(fù)的亮點(diǎn)。當(dāng)這個(gè)重復(fù)移動(dòng)的亮點(diǎn)通過(guò)面板相應(yīng)旋鈕調(diào)節(jié)，使得重復(fù)的頻率達(dá)到一定值時(shí)（約50Hz），人眼分辨不出，就會(huì)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(gè)旋鈕。通過(guò)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(diǎn)的變化情況。當(dāng)Time/Div設(shè)定的數(shù)值比較大時(shí)，屏幕顯示的是慢速移動(dòng)的光點(diǎn)。當(dāng)數(shù)值減小后，亮點(diǎn)移動(dòng)速度變快。數(shù)值更小時(shí)，移動(dòng)的亮點(diǎn)變成一條亮線。被測(cè)信號(hào)通過(guò)CH1/CH2輸入口送入示波器，經(jīng)過(guò)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(diǎn)在垂直方向上移動(dòng)。這樣，在內(nèi)部鋸齒波電壓及外部被測(cè)信號(hào)的作用下，亮點(diǎn)就隨著被測(cè)信號(hào)的波形軌跡從左向右移動(dòng)并不斷重復(fù)，于是屏幕就顯示出被測(cè)信號(hào)的波形了。

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

兩個(gè)輸入通道CH1、CH2附近各有兩個(gè)按鈕。一個(gè)為接地的按鈕，另一個(gè)為輸入耦合方式的AC/DC的選擇按鈕。這兩個(gè)按鈕的作用是：選中接地按鈕后，相應(yīng)通道的輸入信號(hào)會(huì)在示波器內(nèi)部斷開(kāi)，并將此通道的輸入信號(hào)置為GND。此按鈕在示波器用于測(cè)量直流電壓時(shí)，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(cè)信號(hào)的交流分量還是整個(gè)被測(cè)信號(hào)（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(xì)膩程度。四選一的垂直方式選擇開(kāi)關(guān)配合四選一的觸發(fā)源開(kāi)關(guān)，用來(lái)選擇CH1、CH2、雙蹤、疊加及相應(yīng)的觸發(fā)源。電平旋鈕用來(lái)控制何時(shí)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(kāi)內(nèi)部的鋸齒波電壓，負(fù)責(zé)水平與垂直方向掃描的控制信號(hào)，由CH1（控制水平掃描）與CH2（控制垂直掃描）輸入的信號(hào)來(lái)控制，屏幕顯示出李沙育圖形，由此可以測(cè)出兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差及頻率的比值。在進(jìn)行波形參數(shù)測(cè)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(gè)完整周期的信號(hào)，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(hào)的峰值電壓。讀出一個(gè)周期信號(hào)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(hào)的周期。周期的倒數(shù)就是信號(hào)的頻率。

示波器的輸入探頭上有一個(gè)二選一的開(kāi)關(guān)，標(biāo)識(shí)為X1、X10。這是一個(gè)10倍的電壓衰減開(kāi)關(guān)，放置X10這檔時(shí)，輸入電壓衰減為原來(lái)的十分之一，故示波器測(cè)出的電壓值需乘以10，才是輸入電壓的大小。X1這檔是無(wú)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(guò)了解波形顯示的基本原理，才能更深地體會(huì)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(gè)固定不動(dòng)的亮點(diǎn)時(shí)，學(xué)生無(wú)法進(jìn)行正常的信號(hào)參數(shù)測(cè)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(jī)的鋸齒波電壓被斷開(kāi)。同時(shí)，兩個(gè)通道輸入端的GND按鈕被按下，造成輸入信號(hào)被斷開(kāi)，故屏幕僅顯示一個(gè)固定不動(dòng)的亮點(diǎn)。取消這三個(gè)按鈕后，問(wèn)題就解決了。

二、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（以型號(hào)YB1620P為例說(shuō)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(shuō)明及注意事項(xiàng)：

此型號(hào)函數(shù)信號(hào)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(gè)自復(fù)位按鍵選擇其中一種波形，三個(gè)LED燈指示是哪種波形輸出。實(shí)驗(yàn)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(gè)旋鈕，都是用來(lái)調(diào)節(jié)當(dāng)前頻率檔的頻率值的。一個(gè)是粗調(diào)，頻率的改變量大，另一個(gè)是細(xì)調(diào)，頻率的改變量小。這兩個(gè)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(gè)旋鈕下方的一排共有8個(gè)自復(fù)位按鈕，是用來(lái)選擇不同頻率檔的。比如選中2K這個(gè)頻率按鈕，表示此頻率檔通過(guò)上面的兩個(gè)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(gè)標(biāo)有幅度的旋鈕外，另外還有兩個(gè)帶自鎖的衰減按鈕。這兩個(gè)衰減按鈕，一個(gè)是衰減10倍（-20DB），另一個(gè)是衰減100倍（-40DB），都選中的話，衰減1 000倍。這樣，通過(guò)調(diào)節(jié)幅度旋鈕及兩個(gè)衰減按鈕，可以得到毫伏級(jí)至伏特級(jí)的輸出電壓。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，常抱怨輸出電壓無(wú)法調(diào)小或調(diào)大，都是因?yàn)檫z忘了還有兩個(gè)衰減開(kāi)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時(shí)要注意區(qū)分，別把峰值當(dāng)成有效值。使用此類信號(hào)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(hào)YB2172為例說(shuō)明）

▲作用：測(cè)量正弦交流電壓的有效值。

▲使用說(shuō)明及注意事項(xiàng)：

此款儀表適合5Hz—2MHz頻率的正弦波信號(hào)電壓的測(cè)量。表盤(pán)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(wú)需換算。交流毫伏表靈敏度較高，打開(kāi)電源后，在較低量程時(shí)由于干擾信號(hào)（感應(yīng)信號(hào)）的作用，指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，稱為自起現(xiàn)象。所以在不測(cè)試信號(hào)時(shí)應(yīng)將量程旋鈕旋到較高量程檔，以防打彎指針。測(cè)量電壓時(shí)，也是先用大量程測(cè)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(shí)正視儀表，讓指針與鏡中的像重合，減小視覺(jué)誤差。

四、數(shù)字萬(wàn)用表

作用：可以測(cè)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(guò)使用說(shuō)明，說(shuō)說(shuō)使用上的注意事項(xiàng)。

注意事項(xiàng)：

①測(cè)量電流時(shí)，萬(wàn)用筆應(yīng)串接入被測(cè)電路中。不像測(cè)電壓，萬(wàn)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(jìn)行測(cè)量。量程的選擇，應(yīng)從大至小，最終選用接近被測(cè)值的量程，增加讀數(shù)的有效位數(shù)；

③測(cè)量過(guò)程中，若需調(diào)節(jié)檔位，應(yīng)將萬(wàn)用表表筆先脫離電路，選好檔位后，再將表筆接入電路中。測(cè)量過(guò)程中，嚴(yán)禁隨意調(diào)節(jié)檔位；

④?chē)?yán)禁用電流檔、電阻檔等檔位去測(cè)量電壓。因此款萬(wàn)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(cè)電流與電壓時(shí)，除了選擇正確的檔位，還需反復(fù)確認(rèn)紅表筆的接入端口是否正確。防止電流檔去測(cè)電壓，造成萬(wàn)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(xiàng)。老師在講解這些儀器設(shè)備的同時(shí)，需帶著學(xué)生進(jìn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)考查他們對(duì)這些設(shè)備使用的掌握程度，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)鞏固、加深他們對(duì)這些設(shè)備的了解與操作。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，老師需反復(fù)走動(dòng)，主動(dòng)了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，并針對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，不斷完善今后的教學(xué)內(nèi)容與方式。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張保華.模擬電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)（第2版）[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2011.

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

責(zé)任編輯：張麗