一种供示波器使用的测试板研制

马益平；杜英杰；高爱华；周引穗

(西北大学物理学系，陕西西安 710069)

0 前言

示波器是大学物理实验中最基本的测量仪器之一，熟练掌握示波器的使用方法是大学生学习大学物理实验课程的基本要求。为了让学生能够更方便的学习示波器的各种测量功能，需要提供不同的测量信号供学生在学习示波器的使用方法时做测量练习。本文主要设计了一种示波器辅助测量电路（测试板），它可以为示波器提供多种不同被测量信号，以供学生在学习示波器做测量时练习使用，其中包括利用示波器进行电压测量、周期测量、频率测量、相位差测量等。该测试电路已经写进大学物理实验教材[1]电学部分的示波器使用实验。

1 测试板电路和实物

根据现大学生教学的实际情况，针对示波器使用设计该测试版。该测试版为了达到以下目的：

（1）包含多种电子元器件，达到熟悉这些元器件特性的目的

（2）包含多种输出波形，这些波形的正确显示需要使用波器每个旋钮功能作用的掌握程度设计了该电路，产生多种不规则波形。根据该测试板电路如下：

图1 测试板电路

图2 测试板实物

该电路由三部分组成，第一部分是桥式整流电路，产生波形由图2 中①点输出；第二部分为两级电容滤波电路，②点为一级滤波输出；第三部分为RC——单结晶体管[2]振荡电路，由可变电阻，电容，单结晶体管组成，见图2。前两部分的目的是把市电转化成低压直流电，作为第三部分的直流电源。第三部分电路是测试版的核心部分，其中单结晶体管起开关作用，当开关导通，电容放电，相反，当开关断开，电源持续给电容充电，③点为充放电输出波形，波形由电路的时间常数决定，可以为上锯齿波和下锯齿波（见图4）。可变电阻和电容组合形成一个时间常数RC 可变的电路[3]，通过调节电阻可以改变信号的频率。

图2.展示了该测试板实物，该测试板除了产生上述信号外，还提供了两个12 伏的交流信号，两个信号由移相电路的A、B 点输出，相差由可变电阻来调节，可以通过李萨如图形[4]来确定这两个信号的相位差。实验图形见图7。

2 测试板电路的工作原理

当桥式整流电路提供的直流电提供给该电路的另一部分时，单结晶体管处于断路状态，电源给电容充电，充电时间是由RC决定的，随着电容充电，电容两端电压不断升高，单结晶体管的e 极与b2 极电压增大，当增大到阈值，单结晶体管e 极与b2 极导通，电容通过此通路放电，电容电压开始降低，e 极与b2 极两端电压则减小，当减小到另一阈值时，开关断开。值得注意到是，由于电容的充放电不是同一回路，所以充放电时间不一样，因此得到电容两端的电压是一个锯齿波，通过调节可变电阻可以让锯齿波变为三角波。

3 测试板功能展示

将测试电极接在不同的端口上，会出来不同的波形，当我们把电极放在电容两端时会得到下面的信号

图3 全波整流充放电波形

图4 不同形状的锯齿波

当我们把测试电极接在单结晶体管两端时会出现矩形波，这里我们展示两个正负脉冲[5]，当放在开关的上端为正脉冲，下端为负脉冲

图5 正负脉冲波形

图6 RC 振荡电路触发电压波形的相位关系

该测试板还提供了两个十二伏交流电，通过移相电阻调节两正弦信号之间的相位差，本图是由不同的相位差得到两个李萨茹图形。如下：

图7 李萨如图形

4 结语

本文介绍一种实用简易测试板，用来提供给大学物理实验的学生学习使用，同时也可以提供给电子线路初学者。该测试电路功能丰富，既可以提供锯齿波三角波，也可以提供矩形波及正负脉冲。特别之处，该电路可以提供不同相位差的正弦信号，得到不同形状的李萨茹图形。

[1]姚合宝。大学物理实验。西安。陕西人民教育出版社。2009

[2]清华大学自动化系编。可控硅整流装置，科学技术出版社。

[3]谢嘉奎。电子线路，高等教育出版社。2008

[4]陈秉乾，王稼军。大学物理通用教程：电磁学，北京大学出版社。2012

[5]贾立新。数字电路，电子工业出版社。2011