第第11章章电电测测与与计计量量1.1电测与计量实验基础知识1.1.1电测与计量实验要求①认真预习实验，保证在进实验室前，要掌握实验基础知识，尤其是示波器的应用，要有一份详细的预习报告。②开放实验室，实验室教师和任课老师可以随时答疑，在实验室的开放时间里自己设计实验电路完成实验。③实验过程中要认真记录数据和实验中出现的问题，可以讨论，但不能大声喧哗。④实验报告要手写，要写出调试过程的问题和如何解决问题，不得抄袭。1.1.2示波器基本原理示波器是一种常用的电子测量仪器，其显示的核心部件是示波管，利用它能够直接观察电压、电流的波形，并可以测量电压值。示波器的型号很多，基本操作方法和原理相同。示波器是现代电子技术，特别是数字电子技术必不可少的测量仪器。1.示波器的示波管工作原理热阴极发射的电子在灯丝附近做无规则热运动，如果在阴极的金属板间加上电压U2，如图1-1所示，并使金属板的电势高于热阴极板，从热阴极发出的电子在电场力的作用下被加速，从金属板上的小孔穿出。整个装置固定于真空玻璃管中，就成了能射出电子的电子枪。U1U2v金属板金属丝图1-1电子枪结构示意图被电子枪加速了的电子，在真空中做匀速直线运动（重力影响不计）。若在前进中水平放置一对金属板YY`（板长为l，相距为d），并加上电压U3，即建立了垂直方向的匀强电场（略去边缘效应），则场强E=U3/d,电子受到电场力作用儿发生偏转（类平抛运动），偏转距离为如下所示：3202312UmdvleUy∝=电气信息类实验指导书–2–偏转角如下所示：32030UmdvelUvvtg∝==⊥?加水平金属板后的效果就像从极板中点沿直线飞出，如图1-2所示。在图1-2基础上再增加一对竖直放置地平行金属板，即建立水平方向地匀强电场，则电子在前进过程中还受到水平方向地电场力地作用而发生水平方向地偏转，这样就是示波管，如图1-3所示，这样电子束就同时受到水平和竖直方向地偏转控制。图1-2电子在水平极板中飞行图1-3示波管示意图高速运动地电子束打在荧光粉上，荧光粉就会发光。利用这一原理，将电子枪、偏转电极封装在一个密封地真空玻璃罩内，并在电子枪正对地平面玻璃板上均匀地涂上一个示波管，如图5所示。这样电子束地运动和偏转就能在荧光屏上观察到。如果在偏转电极X、X`及Y、Y`上都不加偏转电压，电子从金属板小孔射出后将沿直线运动，打在荧光屏上，在屏地中心产生一个亮斑，如图1-3所示。如果只在偏转电极Y、Y`上加上电压，电子在Y、Y`地电场中发生偏转，离开偏转电极Y、Y`后沿直线前进，打在荧光屏上地亮斑发生竖直方向偏移y，如图1-4所示。电气信息类实验指导书–3–图1-4竖向偏转位移示意图则竖向偏移距离如下所示：203)2/(mdvelUlLy+=改变加在Y、Y`电极上的电压，y也随之改变，如在Y、Y`电极两端加上一正弦信号，亮斑也在竖直方向做简谐运动。当电压变化很快时，由于荧光物质的残光特性和视觉暂留效应，亮斑看起来就成为一条竖直亮线。同理，若只在X、X`电极上加上电压，亮斑就在水平方向上发生偏转。加上随时间变化地电压，亮斑地位置就在水平方向上随时间而改变。例如加上锯齿波形电压，亮斑就从左侧均匀地运动到右侧，然后迅速地回到左侧原处，再均匀地移向右侧，如此反复，这个过程叫做扫描。如果扫描电压变化很快，亮斑就成为一条水平亮线。如果在X、X`电极上加上电压同时，在Y、Y`上也加上电压，此时电子束受到竖直方向和水平方向地电场力作用，电子同时参与两个相互垂直方向地运动。如图9所示，如果在Y、Y`电极上加上正弦信号与X、X`电极上地扫描信号同步，即A和a对应打在屏幕的第1点，B与b对应打在屏上第2点，……，如此周而复始，得到稳定的正弦波。2.示波器的基本组成从上面可知，只要控制X轴偏转板和Y轴偏转板上的电压，就能控制示波管显示的图形形状。我们知道，一个电子信号是时间的函数f(t)，它随时间的变化而变化。因此，只要在示波管的X轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压，在Y轴加上被测信号（经过比例放大或者缩小），示波管屏幕上就会显示出被测信号随时间变化的图形。电信号中，在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。示波器的基本组成框图如图1-5所示。它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和电源等五部分组成。Y轴衰减Y1放大延迟