浅谈模电实验第一堂课的教学

车沛强 张心侃

[摘要]模电实验设备较多，部分设备的使用较难掌握，如模拟示波器；再者，操作面板上的旋钮、按钮众多，需要在了解其工作原理后，才能熟练地掌握使用方法。

[关键词]波形显示原理 使用方法 注意事项

[中图分类号]G421 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2016）02-0194-02

作为在实验室工作多年的实验教辅人员，接触了不同老师的实验授课和指导方式。这些老师中，有频繁更换的，也有多年不变的。不同的老师有着不同的教学方式，产生的实验效果也不一样。本人多年来也独立承担了部分学生的实验课指导工作。下面就如何达到更好的教学效果，结合自身与其他教师的实验教学状况，以模电实验第一堂课——常用电子仪器使用为例，谈一些观点。

常用电子仪器的使用是模电实验的第一堂课，是最基础也是非常重要的一堂课。只有上好第一堂课，使学生掌握了常用电子仪器的使用方法，才能为后续实验课程的顺利进行打下基础。

本人管理的模电实验室常用的仪器设备有：模拟双踪示波器、函数信号发生器、指针式交流毫伏表、数字式万用表、模电实验箱等。下面就前四种仪器设备的用途、使用方法及注意事项这三个方面展开说明。值得注意的是，在本次的实验教学过程中，须带着学生一起调节设备，一步步动手操作，这样学生才能更好地、直观地了解这些仪器的使用方法。

一、模拟双踪示波器（以型号YB4325为例说明）

作用：显示随时间变化的电压波形。

使用方法：

模拟示波器，面板上的旋钮、按钮数量众多，所以能否熟练掌握示波器的使用是此次乃至今后实验课的一个难点与重点。让学生在了解设备工作原理方面知识后，再去学习使用示波器，就能做到有侧重性地调节，使学生快速学会示波器的使用方法，而不是盲目乱调。

为了方便理解示波器的调节使用，下面针对性地说明模拟示波器，其波形显示的原理是：示波器内的CRT（阴性射线管）产生高速的电子束打向涂有荧光粉的屏幕，使得屏幕被“轰击”的点发亮。这个亮点原本是固定不动的。同时，示波器内的负责水平方向扫描的线圈，加入本机自身产生的锯齿波电压，在电场的作用下，将这个不会动的亮点变成水平从左向右匀速移动并不断重复的亮点。当这个重复移动的亮点通过面板相应旋钮调节，使得重复的频率达到一定值时（约50Hz），人眼分辨不出，就会变成一条亮线，这就是所谓的扫描线。此旋钮就是面板上的“Time/Div”这个旋钮。通过调节此旋钮，可以改变锯齿波电压的周期，也就是改变扫描频率，这样就可以直观地看到屏幕上该亮点的变化情况。当Time/Div设定的数值比较大时，屏幕显示的是慢速移动的光点。当数值减小后，亮点移动速度变快。数值更小时，移动的亮点变成一条亮线。被测信号通过CH1/CH2输入口送入示波器，经过内部衰减/放大后，加到示波器内的垂直偏转线圈上，使得亮点在垂直方向上移动。这样，在内部锯齿波电压及外部被测信号的作用下，亮点就随着被测信号的波形轨迹从左向右移动并不断重复，于是屏幕就显示出被测信号的波形了。

面板上最常使用和调节的，也是设计外观最大的三个旋钮，除了Time/Div这个旋钮，另两个旋钮分别是CH1、CH2的灵敏度旋钮Volts/Div。通过调节这两个旋钮，可以分别调节这两个通道显示波形的大小。

两个输入通道CH1、CH2附近各有两个按钮。一个为接地的按钮，另一个为输入耦合方式的AC/DC的选择按钮。这两个按钮的作用是：选中接地按钮后，相应通道的输入信号会在示波器内部断开，并将此通道的输入信号置为GND。此按钮在示波器用于测量直流电压时，起到定位0V电压线的作用。另一按钮，AC/DC按钮为屏幕显示被测信号的交流分量还是整个被测信号（含直流分量）的选择按钮。

屏幕下方的辉度、聚焦旋钮用于调节屏幕的亮度与线条的细腻程度。四选一的垂直方式选择开关配合四选一的触发源开关，用来选择CH1、CH2、双踪、叠加及相应的触发源。电平旋钮用来控制何时产生锯齿波电压，起到稳定波形的作用。选中X-Y按钮后，示波器断开内部的锯齿波电压，负责水平与垂直方向扫描的控制信号，由CH1（控制水平扫描）与CH2（控制垂直扫描）输入的信号来控制，屏幕显示出李沙育图形，由此可以测出两个输入信号的相位差及频率的比值。在进行波形参数测量前，需将当前通道及水平扫描的微调放置至校准位置。设置好Time/Div及Volts/Div后，屏幕显示至少一个完整周期的信号，读出波形波峰与波谷之间纵向的格子数，乘以Volts/Div在屏幕上显示的数值，即为信号的峰值电压。读出一个周期信号在水平方向的格子数，乘以Time/Div在屏幕上显示的数值，即为信号的周期。周期的倒数就是信号的频率。

示波器的输入探头上有一个二选一的开关，标识为X1、X10。这是一个10倍的电压衰减开关，放置X10这档时，输入电压衰减为原来的十分之一，故示波器测出的电压值需乘以10，才是输入电压的大小。X1这档是无衰减。

如前所述，示波器操作面板复杂，是这些设备中最难掌握的。学生通过了解波形显示的基本原理，才能更深地体会到调节面板上这些旋钮所起的作用。比如：示波器被设定成只显示一个固定不动的亮点时，学生无法进行正常的信号参数测量。那么在了解波形显示原理后，知道应该是X-Y按钮被选中，造成示波器本机的锯齿波电压被断开。同时，两个通道输入端的GND按钮被按下，造成输入信号被断开，故屏幕仅显示一个固定不动的亮点。取消这三个按钮后，问题就解决了。

二、函数信号发生器（以型号YB1620P为例说明）

作用：输出电压及频率可调的三角波、方波、正弦波。

使用说明及注意事项：

此型号函数信号发生器有三种波形输出，分别是三角波、方波、正弦波。用三个自复位按键选择其中一种波形，三个LED灯指示是哪种波形输出。实验中常用的是正弦波。输出频率的调节是：显示频率值的8位数码管下面的两个旋钮，都是用来调节当前频率档的频率值的。一个是粗调，频率的改变量大，另一个是细调，频率的改变量小。这两个旋钮总的频率调节范围是当前频率档值的0.1倍至1倍。两个旋钮下方的一排共有8个自复位按钮，是用来选择不同频率档的。比如选中2K这个频率按钮，表示此频率档通过上面的两个频率调节旋钮，频率的调节范围是200Hz—2KHz。输出电压大小的调节除了一个标有幅度的旋钮外，另外还有两个带自锁的衰减按钮。这两个衰减按钮，一个是衰减10倍（-20DB），另一个是衰减100倍（-40DB），都选中的话，衰减1 000倍。这样，通过调节幅度旋钮及两个衰减按钮，可以得到毫伏级至伏特级的输出电压。学生在实验过程中，常抱怨输出电压无法调小或调大，都是因为遗忘了还有两个衰减开关。本仪器自带输出电压显示，但显示的是输出电压的峰值。实验中经常要求此仪器输出有效值是多少的电压，故需告知学生，实验时要注意区分，别把峰值当成有效值。使用此类信号源仪器，包括电压源等，切记输出不能短路。

三、指针式交流毫伏表（以型号YB2172为例说明）

▲作用：测量正弦交流电压的有效值。

▲使用说明及注意事项：

此款仪表适合5Hz—2MHz频率的正弦波信号电压的测量。表盘内有两条电压刻度线，分别为0—1和0—3。量程旋钮切换量程分为逢一量程（1mV、10mV、100mV……）和逢三量程（3mV、30mV、300mV……）。凡逢一的量程直接在0—1刻度线上读取数据，凡逢三的量程直接在0—3刻度线上读取数据，单位为该量程的单位，无需换算。交流毫伏表灵敏度较高，打开电源后，在较低量程时由于干扰信号（感应信号）的作用，指针会发生偏转，称为自起现象。所以在不测试信号时应将量程旋钮旋到较高量程档，以防打弯指针。测量电压时，也是先用大量程测试，再逐渐减小量程至合适位置。合理设置量程，让指针偏转角度在满量程1/3以上，以减小误差。读数时正视仪表，让指针与镜中的像重合，减小视觉误差。

四、数字万用表

作用：可以测量交直流的电压与电流、电阻、电容、三极管的β、二极管极性，判断线路的通断等。本文略过使用说明，说说使用上的注意事项。

注意事项：

①测量电流时，万用笔应串接入被测电路中。不像测电压，万用表是并入电路中的；

②选好档位与量程后，才能接入电路中进行测量。量程的选择，应从大至小，最终选用接近被测值的量程，增加读数的有效位数；

③测量过程中，若需调节档位，应将万用表表笔先脱离电路，选好档位后，再将表笔接入电路中。测量过程中，严禁随意调节档位；

④严禁用电流档、电阻档等档位去测量电压。因此款万用表，电流档与电压档、红表笔接入的端口不一样，当反复测电流与电压时，除了选择正确的档位，还需反复确认红表笔的接入端口是否正确。防止电流档去测电压，造成万用表的损坏。

以上介绍了常用的四种仪器/设备的作用、使用方法及注意事项。老师在讲解这些仪器设备的同时，需带着学生进行同步操作，让学生立刻就有直观的感受。然后布置相关的实验内容，让学生通过实验考查他们对这些设备使用的掌握程度，并通过实验巩固、加深他们对这些设备的了解与操作。在学生实验过程中，老师需反复走动，主动了解学生的实验情况，及时发现问题、解决问题，并针对学生的实验情况，不断完善今后的教学内容与方式。

【参考文献】

[1]张保华.模拟电路实验基础（第2版）[M].上海：同济大学出版社，2011.

[2]李悦.浅谈模电实验“常用仪器的使用”[J].中国电力教育，2010（02）.

责任编辑：张丽