1　常用电子仪器

1.1　DF4325型示波器

DF4325型示波器是便携式双通道示波器,不仅可以进行单踪显示,也可以在屏幕上同时显示两个不同电信号的瞬时过程,还可以显示两个信号叠加后的波形。其垂直系统最小垂直偏转因数为1 mV/div,水平系统具有0.2 μs/div～0.2 s/div的扫描速度,并设有扩展×10,可将扫速提高到20 ns/div。本示波器具有以下特点：

(1)便携式稳定可靠。

(2)偏置输出功能。可以方便地观察幅度较大波形的任何部分。

(3)具有电视信号同步功能。

(4)交替触发功能可以观察两个频率不相关的信号波形。

(5)CRT游标测量,数字读出功能等。

基于上述功能、性能特点,该示波器被广泛使用在脉冲数字电路的实验中,用以对单通道或双通道的信号进行各种物理量的测量或对此。

1.1.1　面板上控制键的名称及功能说明

DF4325型双踪示波器前面板和后面板结构示意图如图1.1.1和图1.1.2所示。其上分布着许多按键、旋钮,为了使读者易学易记,将它们归纳于表1.1.1中,并扼要说明它们的功能。

1.1.2　使用说明

1)测定前的检查

为了使本仪器能经常保持良好的状态,请进行测定前的检查。这种检查方法也适用以后的操作方法及应用测量。

使用前请先将各调整旋钮预设置到表1.1.2所示的位置。

在完成了所有上面的准备工作后,打开电源。15秒后,顺指针旋转辉度旋钮,扫描线将出现。并调聚焦旋钮置扫描线最细,接着调整“TRACE ROTATION”以使扫描线与水平刻度保持平行。

如果打开电源而仪器不使用,应逆时针旋转辉度旋钮,降低亮度。

注意:在测量参数过程中,应将待校正功能的旋钮置“校正”位置,为使所测的数值正确预热时间至少应在30分钟以上。若仅为显示波形,则不必进行预热。

2)操作方法

(1)观察一个波形

当不观察两个波形的相位差或除X-Y工作方式以外的其他工作状态,可用CH1和CH2。

①当选用CH1时,控制件位置如下:

垂直工作方式(MODE)　通道1(CH1)

触发方式(TRIG MODE)　自动(AUTO)

触发信号源(TRIG SOURCE)　内(INT)

内触发(INT TRRIG)　通道1(CH1)

在此情况下,可同步所有加到CH1通道上,频率在25 Hz以上的重复信号。调节触发旋钮可获得稳定的波形。因为水平轴的触发方式处在自动位置,当没有信号输入或当输入耦合开关处在的(GND)位置时,亮线仍然显示。这就意味着可以测量直流电压。当观察低频信号(小于25 Hz)时,触发方式(TRIG MODE)必须选择常态(NORM)。

②当用CH2通道时,控制键位置如下:

垂直工作方式(MODE)　通道2(CH2)

触发源(INT SOURCE)　内(INT)

内触发(INT TRIG)　通道2(CH2)

(2)观察两个波形

当垂直工作方式开关置交换(ALT)或断续(CHOP)时就可以很方便地观察两个波形。当两个波形的频率较高时,工作方式用交替(ALT),当两个波形频率较低时,工作方式用断续(CHOP)。

(3)信号馈接

①探头的使用

当高精度测量高频波形时,使用附件中探头。然而应注意到,当输入信号接到示波器输入端被接探头衰减到原来的1/10时,对小信号观察不利,但却扩大了信号的测量范围。

②注意事项:

a. 不要直接加大于400 V(直接加交流峰峰值)的信号;

b. 当测量高速脉冲信号或高频率信号时,探头接地点要靠近被测点,较长接地线能引起振荡和过冲之类波形的畸变。良好的测量必须使用经过选择的接地附件。

c. V/DIV读数的幅值乘10

例如:如果V/DIV的读数在50 mV/div,读出的波形是50 mV/div×10=500 mV/div,为了避免测量误差,在测量前应按下式方法进行校正和检查以消除误差。将探头探针接到校正方波0.5 V(1 kHz)输出端,正确的电容值将产生如图1.1.3(a)所示的平顶波形。如果波形出现图(b)和图(c)样波形,可调整探头上校正孔的电容补偿,直至获得平顶波形。

③直接馈入

当不使用探头AT—10AK1.5(10∶1)而直接将信号接到示波器时,应注意下列几点,以最大限度减少测量误差。

使用无屏蔽层连接导线时,对于低阻抗,高电平电路不会产生干扰。但应注意到,其他电路和电源线的静态寄生耦合可能引起测量误差。即使在低频范围,这种测量误差也是不能忽略的。通常为使用可靠而不采用无屏蔽导线。使用屏蔽线时将屏蔽层的一端与示波器接地连接,另一端接至被测电路的地线。最好是使用具有BNC连接头的同轴电缆线。

当进行宽频带测量时,必须注意下列情况：当测量快速上升波形和高频信号波形时,须使用终端阻抗匹配的电缆。特别在使用长电缆时,当终端不匹配时,将会因振荡现象导致测量误差。有些测量电路还要求端电阻等于测量的电缆特性阻抗。而BNC型电缆的终端电阻(50 Ω)可以满足此目的。

为了对具有一定工作特性的被测电路进行测量,就需要用终端与被测电路阻抗相当的电缆。

使用较长的屏蔽线进行测量时,屏蔽线本身的分布电容要考虑在内。因为通常的屏蔽线具有100 pF/m的分布电容,它对被测电路的影响是不能忽略的。

当所用的屏蔽线或无终端电缆的长度达到被测信号的1/4波长或它的倍数时，即使使用同轴电缆,在5 mV/div(最灵敏档)范围附近也能引起振荡。这是由于外接线高Q值电感和仪器输入电容谐振引起的。避免的方法是降低连接线的Q值。可将100 Ω～1 kΩ的电阻串联到无屏蔽线或电缆中的输入端,或在其他V/div档进行测量。

3)测量

(1)测量前的准备工作

调节亮度和聚焦于适当的位置,最大可能地减少显示波形的读出误差,使用探头时应检查补偿电容。

(2)直流电压的测量

置AC-GND-DC输入开关GND位置,确定零电平的位置。

置V/div开关于适当位置(避免信号过大或过小而观察不出),置AC-GND-DC开关于DC位置。这时扫描亮线随DC电压的大小上下移动(相对于零电平时),信号的直流电压是位移幅值与V/div开关标称值的乘积。当V/div开关指在50 mV/div档时,位移的幅值是4.2 div,则直流电压是50 mV/div×4.2 div=210 mV,如果使用了10∶1探头,则直流电压为上述值的10倍。即50 mV/div×4.2 div×10=2.1 V,如图1.1.4(a)所示。

(3)交流电压测量

与前述“直流电压的测量”相似。但在这里不必再刻度上确定电平。可以按方便观察的目的调节零电平。

如图1.1.4(b)所示,当V/div开关1 V/div,图形显示5 div,则1 V/div×5 div=5 VP-P(当使用10:1的探头测量时是50 VP-P)。当观察叠加在较高直流电平上的小幅度交流信号时,置AC-GND-DC开关于AC,这样就截断了直流电压。能大大提高AC电压的测量的灵敏度。

(4)频率和周期的测量

一个周期的A点和B点在屏幕上的间隔为2 div(水平方向)见图1.1.4(c)。

当扫描时间定为1 ms/div时:

周期是

1 ms/div×2.0 div=2 ms

频率是

1/2 ms=500 Hz

然而,当扩展乘10旋钮被拉出时,TIME/DIV开关的读数必须乘1/10,因为扫描扩展10倍。

(5)时间差的测量

触发信号源“SOURCE”为测量两信号之间的时间差提供选择基准信号源。假如脉冲串如图1.1.5(a)所示,则图(b)是CH1信号作触发信号源的波形图,则图(c)是CH2信号作触发信号源的波形图。

图1.1.5说明当研究CH1信号与滞后它的CH2信号时间间隔时,以CH1信号作触发信号;反之,则以CH2信号作触发信号。换句话说,总是相位超前的信号作为信号源的。否则,被测部分波形有时会超出屏面外,如图(c)所示。

注意:因为脉冲波形包含有许多决定本身脉宽和周期的高频分量(高次谐波),在处理这类信号时要像对待高频信号那样,要使用探头和同轴电缆,并尽量缩短地线。

(6)上升(下升时间的测量)

测量上升时间不仅要遵照上述方法,还要注意测量误差。

被测波形上升时间Trx,示波器上升时间Trs和在荧光屏上显示的上升时间Tro存在下列关系:

T2ro=T2rx+T2rs　即:Tro=

当被测脉冲的上升时间比示波器的上升时间足够长时,示波器本身的上升时间在测量中可以忽略。如果两者相差不多,测量引起的误差将是不可避免的。实际的上升时间应是T2r0=T2rx+T2rs。

通常在一般情况下,在无过冲和下凹类畸形波形的电路里,频宽和上升时间之间有下列关系:fe×tr=0.35,这里fe是频带度(单位Hz),tr时上升时间(单位s)。上升时间和下降时间均有脉冲从10%～90%幅度之间的宽度(时间距离)确定。示波器在内刻度面板上标有0%、10%、90%、100%的位置,便于测量。

1.2　SG1641A型函数信号发生器

SG1641A函数信号发生器,是一种多功能宽频带信号发生器。它能输出方波、TTL电平的方波、正向脉冲波、负向脉冲波、正弦波、三角波、正向锯齿波、负向锯齿波。具有正、负向脉冲波及正、负向锯齿波的占空比连续可调的特点。具有1 000∶1的电压控制频率(VCF)特性和直流偏置能力。其中的频率计可用于测试本机产生信号和外接信号的频率,所有输出波形和外测信号的频率均由六位数字数码管LED直接显示。由于这些功能,使得它在使用上显得方便灵活,在数字电路的教学实验中主要用作信号源和测频。

1.2.1　主要性能

(1)供电系统:电压范围220 V±22 V,频率50 Hz,功率10 V·A。

(2)输出量

①波形:方波、TTL电平的方波、正向脉冲波、负向脉冲波、正弦波、三角波、正向锯齿波、负向锯齿波。其中方波上升时间<100 ns;TTL方波高电平>2.4 V, 低电平<0.4 V, 上升时间<40 ns。

②阻抗:50 Ω±5 Ω。

③幅度:20 VP-P(开路);10 VP-P(50 Ω)。

④衰减:20 dB、40 dB、60 dB(叠加),f<200 kHz±10 kHz。

(3)频率范围

0.02 Hz～2 MHz分七挡,并连续可调,数字LED直接读出。

(4)直流偏置

0～±10 V连续可调(开路)。

(5)频率计

①测量范围:1 Hz～10 MHz。

②输入阻抗:不小于1 MΩ/20 pF。

③灵敏度:50 mV。

④最大输入:150 V(AC+DC)(带衰减)。

(6)VCF特性

①输入电压:0～5 V±0.5 V DC反相。

②最大三控比:1 000∶1。

1.2.2　面板上按键、旋钮的名称及功能说明

SG1641A型函数信号发生器的面板结构示意图如图1.2.1所示。各按键、旋钮功能说明如下:

　电源开关:按下开关则接通交流(AC)电源,同时频率计显示LED亮。

　波形选择按键:根据三个按键上方波形图标志(方波、三角波、正弦波),按下其中任意一个,则输出与之相对应波形,如果三个按键均未按下则无信号输出,此时可精确地设定直流电平。

　频率范围按键:在1 Hz～1 MHz频率范围内设有七个按键,用于选择所须的频率范围,按下其中任意一个按键,频率计显示与其相对应的数值,即为信号发生器的输出频率。

　频率计显示LED:由6位数码管LED组成,用来显示本机产生信号频率和外测信号的频率。

　频率粗调旋钮:旋转该旋钮在标度为0.02～2范围内确定一值,便可以从设定某档的频率范围内,选择所需频率,直接从LED读出。

　频率微调旋钮:旋转该旋钮可精确选择频率。

　Hz赫兹　kHz千赫兹:指示频率单位。当按下1、10、100频率范围内任一档按键时,则Hz灯亮。当按下1 k、10 k、100 k、1 M范围内任一档按键时,则kHz灯亮。

　闸门时基指示灯:当频率计正常工作时,闸门灯闪烁。

　频率溢出显示灯:当频率超过6位LED所显示范围时,溢出灯即亮。

　输出端:波形输出端。

　输出衰减按键:按下20 dB或40 dB键,输出分别衰减20 dB或40 dB,当两键同时按下时输出衰减60 dB。

　幅度调节旋钮及反相/拉出开关:旋转该旋钮可调整输出波形幅度的大小,顺时针转到底输出最大,逆时针转到底输出衰减20 dB。将该开关拉出,则脉冲波、锯齿波反相输出。

　TTL输出端:该端输出与主信号频率同步的TTL固定电平方波。

　锯齿波、脉冲波调节旋钮:将该旋钮按下，输出对称波形。拉出并旋转则可以改变输出波形对称性,产生占空比可调锯齿波、脉冲波。

　直流偏置调节旋钮:拉出该旋钮可设置任何波形的直流电平,旋钮从顺时针到底向逆时针旋转到底直流电平在+10 V～-10 V连续可调,旋钮按下则直流电平为零。

　内、外测频率按键:该按键弹出时当内部频率计使用,按下则可测出外接信号频率。

　外测频率输入端:输入外测信号频率。

　外测频率输入衰减器:该键在外测信号幅度大于20 V时按下,以保证频率计稳定工作。

　压控输入端:外加电压控制频率(VCF)的输入端。

1.2.3　使用说明

(1)将仪器接入交流(AC)电源,按下电源开关。

(2)输出所需频率的方波、正弦波、三角波:按下“波形选择键”中所需的波形键,同时将“频率范围按键”选择在某档,并调节“频率粗调旋钮”和“频率微调旋钮”,输出端便输出相应的波形,LED将显示对应的频率。

(3)输出锯齿波、脉冲波波形:将“锯齿波、脉冲波调节旋钮”拉出的同时,将“波形选择按键”按在某档,输出端则会产生锯齿波或脉冲波,调节此旋钮,可调节波形的占空比。将“幅度调节旋钮”拉出,则输出反相的锯齿波、脉冲波。

(4)外测信号频率:将“内外测频率按键”按下,外测信号接到“外测频率输入端”,此时频率计显示外测信号的频率,当频率超过六位LED指示值时,溢出亮表示有溢出。若输入信号的幅度大于10 VP-P时,按下衰减“1/10”,允许输入信号的最大幅度为150 VP-P。

SG1641信号发生器除了以上的使用外,还可用于幅频特性、电压控制频率(VCF)的测量等,鉴于数字电路实验的应用范围,故不再赘述。

1.3　DT98型数字万用表

DT98型数字万用表是一种性能稳定,结构合理,高灵敏度,高精度的多功能仪表。可进行直流电压和交流电压、直流电流和交流电流、电阻、电容、电感、频率、三极管、二极管通断、温度等参数的测量,是电工、电子应用的常用仪表之一。

DT98型数字万用表面板结构如图1.3.1所示。其中：

——液晶显示器；

——功能按键区(电源开关)；

——功能量程旋钮开关；

——电容测试插孔；

——测试输入插孔；

——晶体管测试插孔。

1.3.1　主要性能

(1)直流电压测量量程分五挡:0～200 mV;0～2 V;0～20 V;0～200 V和0～1 000 V。

(2)交流电压测量量程分五挡:0～200 mV;0～2 V;0～20 V;0～200 V和0～700 V。

(3)直流电流测量量程分五挡:0～20 μA;0～200 μA;0～2 mA;0～20 mA;0～200 mA和0～10 A(20 A)。

(4)交流电流测量量程分五挡:0～20 μA;0～200 μA;0～2 mA;0～20 mA;0～200 mA和0～10 A(20 A)。

(5)电阻测量量程分六挡:0～200 Ω;0～2 kΩ;0～20 kΩ;0～200 kΩ;0～2 MΩ;0～20 MΩ。

(6)最大显示“1999”,自动显示极性。超量程最高显示“1”或“-1”其余比划不显示。

1.3.2　安全事项

使用之前,应仔细阅读安全事项,以确保安全使用。

(1)测量电压时,请勿输入超过直流1 000 V或交流750 V有效值的极限电压。

(2)36 V以下的电压为安全电压,在测量高于36 V直流、25 V交流电压时,要检查表笔是否可靠接地,是否连接正确,是否绝缘良好,以避免电击。

(3)转换挡位时,测试表笔应脱离测试点。

(4)选择正确的功能和量程,谨防误操作。

(5)测量电流时,请勿输入超过仪表面牌上所标识的极限值。

1.3.3　使用说明

将电源开关POWER置于“ON”位置,检查9 V电池,如果电池不足,则显示屏上会出现“”符号,提示电池电量不足,这时需更换电池。

1)交、直流电压(ACV、DCV)的测量

(1)将红表笔插入“VΩ”(或“VΩHz”)插孔,黑表笔插入“COM”插孔。

(2)将功能量程旋钮开关置于所需的ACV或DCV量程范围。并将测试表笔可靠并联在被测负载或信号测试点上,仪表显示值即是被测电压值。

注意:

①在测量之前不知被测电压的范围时,应将量程开关置于最高量程挡,然后根据显示值再逐步调低至相应挡位上。

②当仪表只在最高位显示“1”(或“-1”)时,说明被测电压已超过量程,须调高挡位。

③不要测量高于DCV 1 000 V或ACV 750 V有效值的电压,测量这类电压时虽然有可能获得读数,但可能会损坏仪表内部线路。

④当测量高电压时,人体千万注意避免触及高压部件。

2)交、直流电流(ACA、DCA)的测量

(1)将黑表笔插入“COM”插孔,红表笔插入“mA”插孔或10 A插孔(最大测量电流为10 A)。

(2)将功能量程旋钮开关置于所需的ACA或DCA量程范围。并将测试表笔可靠串联接入被测电路中,仪表显示值即是被测电流值。

注意:

①测量前应切断电路电源,在功能挡位及量程范围选择正确后,进行测量时再打开电源。

②当不知被测电流值大小时,应将量程开关置于最高量程挡,然后根据显示值再逐步调低至最佳量程。

③当仪表只在最高位显示“1”(或“-1”)时,说明被测电流已超过量程,须调高挡位。

④仪表内设有快速熔断保险丝,若有过载损坏,正常测量无显示值时,须予更换。

⑤切勿用测量电流挡位,或当表笔插在电流测量端子时,去测量任何电压。

3)电阻的测量

(1)将红表笔插入“VΩ”(或“VΩHz”)插孔,黑表笔插入“COM”插孔。

(2)将功能量程旋钮开关置于所需的“Ω”量程范围,并将测试表笔可靠跨接在被测电阻两端,仪表显示值即是被测电阻值。

注意:

①当测试输入端开路时,仪表显示超量程状态“1”。

②当被测电阻值超过所选的量程值,仪表显示超量程状态“1”,这时需要将功能量程旋钮开关调高挡位再进行测量。

③当被测电阻值超过1 MΩ时,仪表需要几秒钟后才能稳定读数,对于高阻测量这是正常现象。

④测量小电阻时,由于表笔存在的电阻可能会引起测量误差,为消除此误差,可在测量之前将表笔短接,计下此时仪表的显示值,然后再测量被测电阻,将仪表显示值减去先前表笔短接时仪表显示值所得结果即为被测电阻的实际值。

⑤请勿在电阻量程输入电压。

⑥测量在线电阻时,请先切断电源,并将电容器放电。

1.4　数字电路实验箱

数字电路实验箱是用于数字电子技术实验、数字系统设计及集成电路应用研究的装置。

1.4.1　实验箱的结构

数字电路实验箱通常有连续脉冲信号源,单次脉冲,逻辑开关,LED(数码管)及发光二极管显示,IC集成块空插座、阻容元件插座等基本配置。有的实验箱还配有逻辑测试笔、秒脉冲、8421BCD码拨码开关、数据开关、电位器、直流信号源、电源及常用BCD码译码显示、门电路、触发器、555定时器等配置。

DVCC-DZJH通用数字电子实验箱主要用于数字电路实验和数字系统设计,其面板布置示意图如图1.4.1所示。它具有固定连续脉冲、可调连续脉冲、单次脉冲信号源,LED显示及发光二极管显示、常用8421BCD码的译码/显示电路、IC集成电路空插座、阻容元件空插座、电位器(可变电阻)、蜂鸣器、直流电源等配置。

1.4.2　使用说明

(1)实验箱自备+5 V及±12 V电源。通电后,秒脉冲、连续脉冲、单次脉冲、LED、发光二极管和译码/显示电路灯点亮(带一微型开关)。

(2)按动单次脉冲即产生一个阶跃脉冲输出,并由发光二极管指示其状态,“0”和“1”。

(3)连续脉冲可由灰色旋钮调节,逆时针调节频率减小,顺时针调节频率增加。

(4)固定频率脉冲可分别输出频率为:1 Hz(秒脉冲),10 Hz,100 Hz等八个频率的脉冲。

(5)逻辑开关。K1～K16向上拔输出为高电平,指示灯亮;向下拔输出为低电平,指示灯灭。

(6)发光二极管状态显示有16位,4位一种颜色。微型开关在开的位置时,当输入为高电平时,发光二极管点亮;当输入为低电平时,则发光二极管熄灭。

(7)LED显示为四位,其中已含有译码显示,只需外接一根地线即可点亮。

(8)2位七段共阴极数码管显示器,由abcdefg引入驱动信号,该信号必需为译码器译码后的信号。

(9)译码-驱动-显示电路。它的输入端QDQCQBQA端加8421BCD 码,则数码管显示0～9十个数码。

(10)电位器RW1、RW2 、RW3可分别提供0～10 kΩ、 0～22 kΩ、 0～100 kΩ连续可调的阻值。

(11)IC插座群。IC插座群和自锁插座群是一一对应的，所以使用时,IC芯片插入插座后,就直接用自锁紧插座输入/输出各自引脚信号。

(12)D、R、C插座群。可分别插入二极管、电阻、电容等分立元件。

1.4.3　实验注意事项

用数字实验装置进行实验时,应注意如下事项:

(1)明确实验目的、实验原理和实验所论证电路及逻辑功能。

(2)明确所用元器件或集成块的电源电压范围,以及外引脚排列。

(3)将集成电路芯片及元器件插入实验板时,应细心插入插座且用力要均匀,以防管脚折断。

(4)关断电源,按实验原理图接线,接线的长短应根据线路合理选择和布置。接线检查无误后,方可接通电源。电源电压的输出应和IC及电路要求的电源电压值一致。

(5)实验所用自锁紧接插件,插入时,应加力,以使接触可靠。而拔出时,应向左或向右旋转,然后轻轻向上用力一拔即可拔出,注意不要拉线向上拔。

(6)实验结束后,应整理现场,做好仪器使用记录。

在进行综合性实验时应注意以下几点:

(1)器件的选择应考虑经济性、功能性、可靠性,要讲究性价比。

(2)先将电路分成几部分(或称单元),局部进行调试,并保证各部分逻辑功能的正确。

(3)各部分正确后进行联调时,不要急于观察电路的最终输出是否合乎设计要求,而要先做一些简单的检查,如检查电源线是否连上;实验电路的复位或置数、输入信号(输入数据、时钟脉冲等)能否加到电路上,输出显示有没有反应等。

(4)将实验电路设置在单步工作状态,即可给电路输入信号,观察电路工作情况。待单步正确后,即可进行连续运行调试。