电路理论基础 实验指导书
扬州大学物理科学与技术学院 二○一一年二月
目录
电路理论基础部分
绪论
实验一 叠加原理的验证 实验二 戴维南定理 实验三 受控源的实验研究 实验四 RLC串联谐振电路的研究 实验五 RC一阶电路的响应测试 实验六 仪器内阻对测量的影响 实验七 正弦稳态交流电路相量的研究 实验八 三相交流电路电压、电流的测量
附录A 直流稳压电源原理与使用 附录B 函数信号发生器的原理与使用 附录C 万用表的原理与使用 附录D 晶体管毫伏表的原理与使用 附录E 示波器的原理与使用 附录F 功率表的原理与使用
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绪 论
电路理论基础实验教学是电路理论课程教学的重要组成部分，是培养学生科学精神、分析问题和解决问题能力的重要环节。通过必要的实验技能训练、验证性实验和设计性实验，使学生将理论与实践相结合，巩固所学知识，开拓实验设计思维。通过实验培养有关电路连接、电量测量等实验技巧，学会掌握常用仪器、仪表的基本原理与使用方法，学会实验的设计。在实验测量中学习数据的获取和处理、各种现象的观察及分析。实验结束后，通过书写实验报告，对实验结果进行处理、归纳和总结，为学生今后从事工程技术工作和科学研究打好坚实基础。
一、本课程与其他相关课程的联系和区别
1. 与物理实验的联系与区别
物理实验的开设目的在于丰富教学形式，活跃教学气氛，加深概念理解及培养严谨的科学态度，在实验过程中强调操作要认真、观察要细心、测量结果要准确。只有这样，所得的实验结果才能和理论保持一致或有新的发现。因此，对物理实验这一教学环节的要求是一丝不苟的，这也是学习基础理论学科应具有的科学态度。不过，设计性及应用型的实验在工科的物理实验中也正在逐步受到重视。
“电路理论基础实验”属于工程学科范畴，除应具有严谨的科学态度外，还应注重其实用性，要多从工程的角度去处理问题。如测量精度的处理，在物理实验中，为了得到准确的结果，常采用多次测量求平均值的方法来排除随机误差，以提高测量准确度；而在电路基础实验中，从工程的角度考虑，仅需满足使用要求——达到一定的测量精度就够了（自动测量除外），处理的多为一次性测量误差，有时甚至不需要得出具体值，只要观察到有无信号即可，如检查故障及定性分析。因此，电路基础实验强调的是正确的实验（测量）过程及用工程观点处理问题的方法。
需要注意的是：从工程角度处理问题并不等于粗枝大叶，不要精度，而是强调不要把精力、时间太多地花费在使用价值不大的追求高精度上，因为高精度是要高投人的。一旦实验环境、实验条件确定之后，如何利用现有设备，提高测量精度并确保实验准确无误，也是本课程研究的问题之一。
2. 与理论课的联系与区别
“电路理论基础实验”与“电路分析”课有着密切的联系。“电路分析”是“电路理论基础实验”课的理论基础，一般为先修课，但前者的逻辑思维方式、处理问题的方法及解决问题的手段与后者有着很大不同。
一般理论课采用的思维方式、研究对象，是探讨问题在理论上的可行性及如何解决这些问题的方法。处理问题时往往是把一个复杂的问题简单化、理想化、抽象化，突出主要矛盾，忽略次要矛盾，解决问题时多以数学为工具（仿真软件的应用也是建立在数学模型上的）。
实验课采用的思维方式、研究对象，则是如何把一个成熟的理论、一个设计方案付诸实施，注重的是系统的实用性、可靠性等。处理问题时考虑的是各种因素的共同影响，讲
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究的是整体效果，面对的是问题的客观性、具体性，解决问题的工具是各种仪器设备，目前更为关注的是利用实验手段来分析问题、处理问题的过程和方法。
3. 与仿真软件的联系与区别
使用电路仿真软件可以进行虚拟电路实验，给同学们的理论课学习提供了更接近理想的教学环境。可以说，电路仿真软件是一种很好的学习工具。
另一方面，不管是在系统的前期设计中，还是在后期电路参数的调整中，电路仿真软件的使用都会给开发者带来很大益处。它既可缩短产品的开发周期，又可节省大量的硬件费用开支，因此也是工程技术人员的有利帮手。在进入实验室之前，先对要做的实验进行仿真，可预知实验结果、了解实验的各个过程，这样会对此次实验起到事半功倍的作用。
但是，有些工作目前乃至将来也不可能在仿真软件上进行，如分布参数的影响、集中接地问题、电磁兼容及器件标称值对电路的影响等。这方面的工作还必须在实验室中，通过搭接实际电路，再经过实际测量才能完成。因此，仿真软件可以帮助同学们了解电路的工作过程，确定系统的可行性，但解决不了工艺问题，代替不了技能训练；仿真结果不能当成真实的实验结果，虚拟仪器的使用也代替不了电子仪器的实际操作。
二、设计性实验
根据实际需要，提出目标要求，寻求一种实际电路，达到预定的实验目的，称为实验设计。
1. 查阅资料，寻求实验的理论依据
根据实验项目提出的要求，明确实验目的。查阅理论教材及相关资料，确定实验中可能运用到的理论知识，即实验原理。例如，实验一中要求验证叠加原理，目的很明确，即验证，原理为叠加原理，实验者必须清晰的了解叠加原理的内涵。
2. 规划实验模块
实验设计这一过程很灵活，即便是同一个实验目的，不同的实验者可能会有不同的思路来实现。但在设计过程中，建议采用模块化和层次化的设计思想，自上而下、由大到小、逐步求精。
根据实验目的及实验原理，对实验按功能进行模块化划分，画出框图，考虑各模块的整体功能，规划设计思想和方向。例如，实验一中可划分为3个功能模块，即E1单独作用，E2单独作用和E1、E2共同作用。
3. 模块细化
为了实现各实验模块的具体功能，首先应考虑实验条件，即实验室能提供的仪器及材料，设计出符合实际的电路结构和器件，进而计算出电路的各参数，并估算出实验结果。例如，实验一中第一模块，首先确定电路结构，然后确定E1及3个电阻的阻值。在确定E1时，要考虑实验室提供的直流电源在0～30V之间，例如初步确定为6V。然后考虑各电阻值，如提供的电流表最大量程为100mA，则电路中的电流应考虑在30～80mA之间。有条件的可在计算机上进行仿真实验，以初步检验设计的正确性。
4. 写出设计报告
实验报告应包括目的、原理、电路设计依据、具体的计算、预计的内容和步骤、记录数据的表格、数据处理的方法、可行性分析、预期实验结果等项目。
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三、实验规程
1. 课前预习
实验能否顺利进行和收到预期效果，很大程度上取决于预习准备得是否充分。因此，在预习过程中应仔细阅读实验指导书和教材中相关知识点。明确实验的目的、内容，了解实验的基本原理以及实验的方法、步骤。搞清楚实验中哪些现象要观察，哪些数据要记录以及哪些事项应注意。
2. 进行实验
良好的工作方法和操作程序，是使实验顺利进行的有力保证。实验一般按照下列程序进行：
(1) 学生在规定的桌位上进行实验，保持实验室安静，不得擅自接通电源。认真听教师讲解实验内容及注意事项。按本次实验设备和主要器材清单进行清点。注意实验设备的规格、量程和操作规程，不了解性能和用法时不得随意使用该设备。做好实验桌面的整洁工作，暂不用的设备整齐地放在一边。做好数据记录的准备工作。
(2) 连接电路。严格遵守“先接线后通电，先断电后拆线”的操作程序；严禁带电操．．．．．．．．．．．．作，发现异常现象（声响、发热、焦臭味等）应立刻断开电源，并及时报告指导教师检查处理。将仪器、仪表合理布臵，使之便于操作、读数和接线。合理布局的原则是：安全、方便、整齐、防止相互影响。接线前先弄清楚电路图上的节点与实验电路中各元件接头的对应关系，先把元件参数调到应有的数值，调压设备及电源设备应放在输出电压最小的位臵上，然后按电路图接线。根据电路的结构特点，选择合理的接线步骤，一般是“先串后并，先主后辅”，养成良好的接线习惯。实验线路的连接应力求简便、清楚、便于检查。走线要合理，导线的长度、粗细选择适当，防止连线短路。接线端头不要过于集中于某一点，电表接头上非不得已不接2根导线。接线松紧要适当，不允许在线路中出现没有固定端钮的裸露接头。
(3) 电路检查。连线完毕后，不要急于通电，应仔细检查，经自查无误并请教师复查．．．．同意后，才能够通电开始实验。
(4) 设备操作与数据记录。按照实验教程中的实验步骤进行操作。操作时要注意：手合电源，眼观全局；先看现象，再读数据。读数前要弄清仪表量程及刻度。读数时要注意姿势正确，要求“眼、针、影成一线”。记录要完整清晰，一目了然。数据记录在事先准备好的的实验原始数据记录纸上，要尊重原始记录，实验后不得涂改。
当需要把读数绘成曲线时，应以足够描绘一条光滑而完整的曲线为准，来确定读数的多少。读取数据后，可先把曲线粗略地描绘一下，发现不足之处，应及时弥补。 (5)结束工作。完成全部规定的实验内容后，不要先急于拆除线路，应先自行核查实验数据，有无遗漏或不合理的情况，再经教师复查后，方可进行下列结尾工作： ①拆除实验线路（再次提醒注意：一定要先断电、再拆线）。②做好实验设备、桌面、环境清洁的管．．．．．．．理工作。 ③经教师同意后方可离开实验室。
做完实验后应及时整理实验数据，一般情况下，可以直接对实验记录的数据进行计算，得出结果。
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3.实验报告
实验报告是实验课的重要环节。对设计性实验，在实验开设1周前将实验设计报告交指导老师。对所有实验，实验报告必须在实验完成后3日内交指导老师。实验报告书写过程中，要用简明的形式将实验结果完全和认真地表达出来，报告要求文理通顺、简明扼要、字迹端正、图表清晰、结论正确、分析合理、讨论深入。实验报告采用电子信息科学与技术专业实验分室专用报告纸书写。
三、实验室供电系统及安全用电
1．实验室供电系统
实验室通常使用频率为50 Hz、线电压380 V、相电压220 V的三相交流电供电。由于在实验室里很难做到三相负载平衡工作，因此常采用Y-Y型连接。从配电室到实验室的供电线路如图0-1所示。
图0-1实验室供电系统
A、B、C为三条火线，0为回流线。回流线通常在配电室一端接地，因此又称零线（或称中线），其对地电位为0。该供电系统称为三相四线制供电系统。
实验室的仪器通常采用220 V供电，并经常是多台仪器一起使用。为了保证操作人员的人身安全，使其免遭电击，需要将多台仪器的金属外壳连在一起并与大地连接，因此在用电端的实验室需要引人一条与大地连接良好的保护地线。从实验室配电盘（电源总开关）到实验台的供电线路如图0-2所示。
图0-2 实验室供电线路
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220 V的交流电从配电盘分别引到各个实验台的电源接线盒上，电源接线盒上有两芯插座和三芯插座供用电器使用。按照电工操作规程要求，两芯插座与动力电的连接是左孔接零线，右孔接火线，即左“0”右“火”。三芯插座除了按左“0”右“火”连接之外，中间孔接的是保护地线（GND）。因此，实验室的供电系统比较确切的叫法应该是三相四线一地制，即三条火线、一条零线、一条保护地线。
2．零线与保护地线的区别
零线与保护地线虽然都与大地相接，但它们之间有着本质的区别。
(1)接地的地点不同。零线通常在低压配电室即变压器次级端接地，而保护地线则在靠近用电器端接地，两者之间有一定距离。
(2)零线中有电流。即零线电压为0、电流不为0,且零线中的电流为三条火线中电流的矢量和。保护地线在一般情况下电压为0、电流亦为0，只有当漏电产生时或发生对地短路故障时，保护地线中才有电流。
(3)零线与火线及用电负载构成回路，保护地线不与任何部分构成回路，只为仪器的操作者提供一个与大地相同的等电位。因此零线和保护地线虽说都与大地相接，但不能把它们视为等电位，在同一幅电路图中不能使用相同的接地符号，在实验室里更不能把零线作为保护地线、测量参考点，了解这一点非常重要，否则会造成短路，在瞬间产生大电流，烧毁仪器、实验电路等。
了解零线与保护地线的区别是有实际意义的，因为在实验室内，要求所有一起使用的电子仪器，其外壳要连在一起并与大地相接，各种测量也都是以大地（保护地线）为参考点的，而不是零线。
3. 电子仪器的电源引入及其信号输入输出线的连接
(1)电子仪器电源的引入
电子仪器中的电子器件只有在稳定的直流电压下才能正常工作。该直流电压通常是将220 V、50 Hz单相交流电源经变压器降压后，再通过整流―滤波－稳压得到。
目前多采用三芯电源线将单相交流电源引入电子仪器，连接方式如图0-3所示。电源插头的中间插针与仪器的金属外壳连在一起，其他两针分别与变压器初级线圈的两端相连。这样，当把插头插在电源插座上时，通过电源线即把仪器外壳连到大地上，火线和零线也接到变压器的初级线圈上。当多台仪器一起使用并都采用三芯电源线时，这样通过电源线就能将所有的仪器外壳连在一起，并与大地相连。
图0-3电源线、信号输入／输出线的连接
(2)电子仪器的输入与输出线
在使用的电子仪器中，有的是向外输出电量，称为电源或信号源；有的是对内输入电
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量，以便对其进行测量。不管是输入电量还是输出电量，仪器对外的联系都是通过接线柱或测量线插座（普通仪器多用Q9型插座）来实现的。若用接线柱，通常将其中之一与仪器外壳直接相接并标上接地符号“⊥”，该柱常用黑色，另一个与外壳绝缘并用红色。若用测量线插座实现对外联系，通常将插座的外层金属部分直接固定在仪器的金属外壳上，如图0-3所示。
实验室使用的测量线大多数为75Ω的同轴电缆线。一般电缆线的芯线接一红色鳄鱼夹，网状屏蔽线接一黑色鳄鱼夹，网状屏蔽线的另一端与测量线插头的外部金属部分相接。当把测量线插到插座上时，黑夹子线即和仪器外壳连在一起；也可以说，黑夹子线端即接地点，因为仪器外壳是与大地相接的。由此可见，实验室的测量系统实际上均是以大地为参考点的测量系统。如果不想以大地为参考点，就必须把所有仪器改为两芯电源线，或者把三芯电源线的接地线断开，否则就要采用隔离技术。
若使用两芯电源线，测量线的黑夹子线一端仍和仪器外壳连在一起，但外壳却不能通过电源线与大地连接，这种情况称为悬浮地。当测量仪器为悬浮地时，可以测量任意支路电压。当黑夹子接在参考点上时，测得的量为对地电位。
以上的讨论得出这样一个结论：信号源一旦采用三芯电源线，那么由它参与的系统就是一个以大地为参考点的系统，除非采取对地隔离（如使用变压器、光藕等）；若测量仪器（如示波器、毫伏表）一旦采用三芯电源线，它就只能测量对地电位，而不能直接测量支路电压。因此，在所有仪器都使用三芯电源线的实验系统中，其黑夹子必须都接在同一点（接地点）上，否则就会造成短路。
4．安全用电
安全用电指两个方面：一是人身安全，二是仪器安全用电。 (1)人身安全
由于实验室采用220V单相及220/380V三相交流电供电，当人体直接与电源的火线接触时就会遭到电击。一般安全电压为36 V，超出该电压时就有可能对人体造成伤害。
如何识别零线和火线呢？最简便的方法是用试电笔。试电笔是由金属探头、氖管、大电阻（大于1 MΩ）、金属尾组成。使用时只要手指与金属尾接触，金属探头放到电源插孔里即可，这样，电源从金属探头、氖管、大电阻、金属尾及人体到大地构成回路。若是火线，氖管就会发光；若是零线，氖管就不发光。使用时，一定要注意手指不能与试电笔的金属探头接触。
为了防止触电，对使用动力电的仪器设备、用电器要经常检查电源插头有无松动，导线是否破损，外壳接地是否良好等。
(2)仪器安全用电
每台仪器只有在额定的电压下才能正常工作。当电压过高或过低时都会影响仪器正常工作，甚至烧坏仪器。我国生产并在国内销售的电子仪器多采用220V单相交流电，在一些进口电子仪器以及国内外均销售的国产电子仪器中，有一个220 V/110 V电源选择开关，接通电源前一定要将此开关臵于与供电电网电压相符的位臵。另外，还要注意仪器用电的性质，是交流还是直流，不能用错。若用直流供电，除电压幅度满足要求外，还要注意电源的正、负极性。
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实验一 叠加原理的验证
一、实验目的
验证线性电路叠加原理的正确性，从而加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。
二、实验原理
叠加原理指出：在有几个源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。
线性电路的齐次性是指当激励信号（某源的值）增加或减小K 倍时，电路的响应（即在电路其他各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。
三、实验器材
1．KHDL-3型电路原理实验箱 2．DT9205A+数字万用表
四、实验内容与步骤
实验电路如图2-1所示
1. 按图1-1电路接线，取E1＝+12V，E2＝+6V。
2.令E1电源单独作用时（将开关S1投向E1侧，开关S2投向短路侧），用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端电压，数据记入表格中。
图 1-1
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测量项目 实验内容 E1单独作用 E2单独作用 E1、E2共同作用 E1 E2 I1 I2 I3 UAB UBC UCD UDA UBD (v) (v) (mA) (mA) (mA) (v) (v) (v) (v) (v) 3. 令E2电源单独作用时（将开关S1投向短路侧，开关S2投向E2侧），重复实验步骤2的测量和记录。
4. 令E1和E2共同作用时（开关S1和S2分别投向E1和E2侧）， 重复上述的测量和记录。
五、实验注意事项及思考
1. 测量各支路电流时,应注意仪表的极性, 及数据表格中“＋、－”号的记录。 2. 注意仪表量程的及时更换。
3. 叠加原理中E1、E2分别单独作用，在实验中应如何操作？可否直接将不作用的电源（E1或E2）臵零（短接）？
4. 实验电路中，若有一个电阻器改为二极管， 试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？为什么？
5. 各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据，进行计算并作结论。
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实验二 戴维南定理
─有源二端网络等效参数的测定
一、实验目的
1. 验证戴维南定理的正确性。
2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。
二、实验原理
1. 任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。
戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个等效电压源来代替，此电压源的电动势Es等于这个有源二端网络的开路电压UOC，其等效内阻R0等于该网络中所有源均臵零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。 UOC和R0称为有源二端网络的等效参数。 2. 有源二端网络等效参数的测量方法 (1) 开路电压、短路电流法
在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压UOC，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流ISC，则内阻为 RO= (2) 伏安法
用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性如图2-1所示。根据外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻
RO=tgφ=
UOCISC
ΔUΔIUOCISC
图 2-1
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用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值IN时的输出端电压值UN，则内阻为 RO=
UOCUNIN
若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。 (3) 半电压法
如图2-2所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻(由电阻箱的读数确定)即为被测有源二端网络的等效内阻值。
图 2-2
(4) 零示法
在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测量会造成较大的误差，为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图2-3所示。
图 2-3
零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”，然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压， 即为被测有源二端网络的开路电压。
三、实验器材
1．KHDL-3型电路原理实验箱 2．WY-302-2B型双路直流稳压电源 3．DT9205A+数字万用表
四、实验内容与步骤
被测有源二端网络如图2-4(a)所示。
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(a) (b)
图2-4
1. 用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的UOC和R0。 按图2-4(a)电路接入稳压电源ES，测定 UOC和ISC,计算R0。
UOC(v) 2. 负载实验
ISC(mA) R0=UOC/ISC(Ω) 按图2-4(a)改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。
RL(Ω) 0 ∞ U(v) I(mA) 3. 验证戴维南定理 用一只1KΩ的电位器，将其阻值调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻R0之值（有更便捷的方法），然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压UOC之值）相串联，如图2-4(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性, 绘出曲线，对戴氏定理进行验证。
RL(Ω) 0 ∞ U(v) I(mA)
4. 测定有源二端网络等效电阻(又称入端电阻)的其它方法：将被测有源网络内的所
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有源臵零(将电流源IS断开；去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一根短路导线相连)，然后用伏安法或者直接用万用电表的欧姆档去测定负载RL开路后输出端两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0或称网络的入端电阻Ri。
5.用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压UOC，线路及数据表格自拟。
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五、实验注意事项及思考
1. 注意测量时，电流表量程的更换。
2. 步骤“4”中，电源臵零时不可将稳压源短接。
3. 用万用电表直接测R0时，网络内的源必须先臵零，以免损坏万用电表，其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。 4. 改接线路时，要关掉电源。
5. 在求戴维南等效电路时，作短路实验，测ISC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路2-4(a)预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。
6. 说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法， 并比较其优缺点。
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实验三 受控源的实验研究
一、实验目的
1．了解用运算放大器组成四种类型受控源的线路原理。 2．测试受控源转移特性及负载特性。
二、实验原理
1．运算放大器（简称运放）的电路符号及其等效电路如图3－1所示：
图3-1
(a) (b)
运算放大器是一个有源三端器件，它有两个输入端和一个输出端，若信号从“＋”端输入，则输出信号与输入信号相位相同，故称为同相输入端；若信号从“－”端输入，则输出信号与输入信号相位相反，故称为反相输入端。运算放大器的输出电压为 u0＝A0(up-un)
其中A0是运放的开环电压放大倍数，在理想情况下，A0与运放的输入电阻Ri均为无穷大，因此有 up＝un ipupRip0 inunRin0
这说明理想运放具有下列三大特征
（1）运放的“＋”端与“－”端电位相等，通常称为“虚短路”。 （2）运放输入端电流为零，即其输入电阻为无穷大。 （3）运放的输出电阻为零。
以上三个重要的性质是分析所有具有运放网络的重要依据。要使运放工作，还须接有正、负直流工作电源（称双电源），有的运放可用单电源工作。
2. 理想运放的电路模型是一个受控源—电压控制电压源（即VCVS），如图3－1(b)所示，在它的外部接入不同的电路元件，可构成四种基本受控源电路，以实现对输入信号的
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各种模拟运算或模拟变换。
3. 所谓受控源，是指其电源的输出电压或电流是受电路另一支路的电压或电流所控制的。当受控源的电压（或电流）与控制支路的电压（或电流）成正比时，则该受控源为线性的。根据控制变量与输出变量的不同可分为四类受控源：即电压控制电压源（VCVS）、电压控制电流源（VCCS）、电流控制电压源（CCVS）、电流控制电流源（CCCS）。电路符号如图3－2所示。理想受控源的控制支路中只有一个变量（电压或电流），另一个变量为零，即从输入口看理想受控源或是短路（即输入电阻Ri＝0，因而u1＝0）或是开路（即输入电导Gi＝0，因而输入电流i1＝0），从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或是一个理想电流源。
图3－2
4. 受控源的控制端与受控端的关系称为转移函数 四种受控源转移函数参量的定义如下 （1）压控电压源（VCVS）
U2＝f(U1) μ＝U2/U1称为转移电压比（或电压增益）。
（2）压控电流源（VCCS）
I2＝f(U1) gm＝I2/U1称为转移电导。 （3）流控电压源（CCVS）
U2＝f(I1) rm＝U2/I1称为转移电阻。 （4）流控电流源（CCCS）
I2＝f(I1) α＝I2/I1称为转移电流比（或电流增益）。 5. 用运放构成四种类型基本受控源的线路原理分析 （1）压控电压源（VCVS） 如图3－3所示
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图3－3
由于运放的虚短路特性，有 up＝un＝u1 i2＝
unR2u1R2
又因运放内阻为∞ 有 i1＝i2 因此 u2＝i1R1+i2R2＝i2(R1+R2)＝
u1R2(R1+R2)＝(1+
R1R2)u1
即运放的输出电压u2只受输入电压u1的控制与负载RL大小无关，电路模型如图3－2(a)所示。
转移电压比 μ＝
u2u11R1R2
μ为无量纲，又称为电压放大系数。
这里的输入、输出有公共接地点，这种联接方式称为共地联接。
（2）压控电流源（VCCS） 将图3－3的R1看成一个负载电阻RL，如图3－4所示，即成为压控电流源VCCS。
图3－4
此时，运放的输出电流
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iL＝iR＝
unRu1R
即运放的输出电流iL只受输入电压u1的控制，与负载RL大小无关。电路模型如图3－2(b)所示。
转移电导 gmiLu11R（S）
这里的输入、输出无公共接地点，这种联接方式称为浮地联接。 （3）流控电压源（CCVS） 如图3－5所示
由于运放的“＋”端接地，所以up＝0，“－”端电压un也为零，此时运放的“－”端称为虚地点。显然，流过电阻R的电流i1就等于网络的输入电流iS。
此时，运放的输出电压u2＝-i1R＝-iSR，即输出电压u2只受输入电流iS的控制，与负载RL大小无关，电路模型如图3－2(c)所示。 转移电阻 rmu2iSR（Ω）
此电路为共地联接。
图3－5
（4）流控电流源（CCCS） 如图3－6所示：
图3－6
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ua＝-i2R2＝-i1R1 iL＝i1+i2＝i1+
R1R2i1＝(1+
R1R2)i1 =(1+
R1R2)iS
即输出电流iL只受输入电流iS的控制，与负载RL大小无关。电路模型如图8－2(d)所示 转移电流比 α＝
iLiS(1R1R2)
α为无量纲，又称为电流放大系数。 此电路为浮地联接。
三、实验器材
1．KHDL-3型电路原理实验箱 2．WY-302-2B型双路直流稳压电源 3．DT9205A+数字万用表
四、实验内容与步骤
本次实验中受控源全部采用直流电源激励，对于交流电源或其它电源激励，实验结果是一样的。
1．测量受控源VCVS的转移特性U2=f(U1)及负载特性U2=f(IL)
实验线路如图3-7。U1为可调直流稳压电源，RL为可调电阻箱。
*
图3-7
（1）固定RL＝2KΩ，调节直流稳压电源输出电压U1，使其在0～6V范围内取值，测量U1及相应的U2值，绘制U2＝f(U1)曲线，并由其线性部分求出转移电压比μ。
U1(V) 测量值 U2(V)
•18 •
（2）保持U1＝2V，令RL阻值从1KΩ增至∞，测量U2及IL，绘制U2＝f(IL)曲线。 RL(KΩ) U2(V) IL(mA)
2．测量受控源VCCS的转移特性IL＝f(U1)及负载特性IL＝f(U2) 实验线路如图3－8
图3－8
（1）固定RL＝2KΩ，调节直流稳压电源输出电压U1，使其在0～5V范围内取值。测量U1及相应的IL,绘制IL＝f(U1)曲线，并由其线性部分求出转移电导gm。
U1(V) 测量值 IL(mA)
（2）保持U1＝2V，令RL从0增至5KΩ，测量相应的IL及U2，绘制IL＝f(U2)曲线。
RL(KΩ) IL (mA) U2 (V)
• •19
3、测量受控源CCVS的转移特性U2＝f(IS)及负载特性U2＝f(IL) 实验线路如图3－9。IS为可调直流恒流源，RL为可调电阻箱。
图3－9
（1）固定RL＝2KΩ，调节直流恒流源输出电流IS，使其在0～0.8mA范围内取值，测量IS及相应的U2值，绘制U2＝f(IS)曲线，并由其线性部分求出转移电阻rm。
IS(mA) 测量值 U2(V)
（2）保持IS＝0.3mA，令RL从1KΩ增至∞，测量U2及IL值，绘制负载特性曲线U2＝f(IL)。 RL(KΩ) U2(V) IL(mA)
4．测量受控源CCCS的转移特性IL＝f(IS)及负载特性IL＝f(U2) 实验线路如图3-10。
*
图3－10
•20 •
（1）固定RL＝2KΩ，调节直流恒流源输出电流IS，使其在0～0.8mA范围内取值，测量IS及相应的IL值，绘制IL＝f(IS)曲线，并由其线性部分求出转移电流比α。
IS(mA) 测量值 IL(mA)
（2）保持IS＝0.3mA，令RL从0增至4KΩ，测量IL及U2值，绘制负载特性曲线 IL=f(U2)曲线。
RL(KΩ) IL(mA) U2(V)
五、实验注意事项及思考
1．实验中，注意运放的输出端不能与地短接，输入电压不得超过10V。 2．在用恒流源供电的实验中，不要使恒流源负载开路。 3．受控源与源相比有何异同点？
4．试比较四种受控源的代号、电路模型，控制量与被控制量之间的关系。 5．四种受控源中的μ、gm、rm和α的意义是什么？如何测得？ 6．若令受控源的控制量极性反向，试问其输出量极性是否发生变化？ 7．受控源的输出特性是否适于交流信号。
• •21
实验四 RLC串联谐振电路的研究
一、实验目的
1. 学习用实验方法测试R、L、C串联谐振电路的幅频特性曲线。
2. 加深理解电路发生谐振的条件、特点、掌握电路品质因数的物理意义及其测定方法。
二、实验原理
1. 在图4-1所示的R、L、C串联电路中，当正弦交流信号源的频率f改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随f而变。取电路电流I作为响应，当输入电压Ui维持不变时，在不同信号频率的激励下，测出电阻R两端电压U0之值，则I=U0/R，然后以f为横坐标，以I为纵坐标，绘出光滑的曲线，此即为幅频特性I=f(f)，亦称电流谐振曲线，如图4-2所示。
图 4-1 图 4-2
2. 在f＝f0＝
12πLC处(XL＝XC)，即幅频特性曲线尖峰所在的频率点，该频率称为
谐振频率，此时电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小，在输入电压Ui为定值时，电路中的电流I0达到最大值，且与输入电压Ui同相位，从理论上讲，此时 Ui＝UR0＝U0，UL0＝UC0＝QUi，式中的Q 称为电路的品质因数。
3. 电路品质因数Q值的两种测量方法 一是根据公式 QUL0UC0 UiUi测定，UC0与UL0分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电压；另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度 △f＝fh－fl 再根据
•22 •
Qf0fhfl
求出Q值，式中f0为谐振频率，fh和fl是失谐时， 幅度下降到最大值的的上、下频率点。
12(0.707)倍时
Q值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好， 在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。
三、实验器材
1．KHDL-3型电路原理实验箱 2．AS1631型函数信号发生器 3．DA-16型晶体管毫伏表 4．XJ-16型通用示波器
四、实验内容与步骤
1. 按图4-3电路接线，取C=2200PF，R＝510Ω，本实验的L约为30mH，调节信号源输出电压为1V正弦信号，并在整个实验过程中保持不变。
2. 找出电路的谐振频率f0，其方法是，将交流毫伏表跨接在电阻R两端，令信号源的频率由小逐渐变大（注意要维持信号源的输出幅度不变），当U0的读数为最大时，读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率f0，并测量U0、UL0、UC0之值（注意及时更换毫伏表的量限），记入表格中。
图 4-3
R(KΩ) 0.51
3. 在谐振点两侧，应先测出下限频率fl和上限频率fh及相对应的UR值，然后再逐点测出不同频率下UR值，记入表格中，绘出幅频特性曲线I=f(f)。
• •23
f0(KHz) URO(V) UL0(V) UCO(V) I0(mA) Q
R(KΩ) f(KHz) 0.51 UR(V) I(mA)
f0 4.取C=6800PF，R＝2.2KΩ，重复步骤2，3的测量过程，绘出幅频特性曲线I=f(f)。
R(KΩ) 2.2 f0(KHz) URO(V) UL0(V) UCO(V) I0(mA) Q
R(KΩ) f(KHz) 2.2 UR(V) I(mA) f0
五、实验注意事项及思考
1. 测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，在变换频率测试时，应调整信号输出幅度，使其维持在1V输出不变。
2. 在测量UC0和UL0数值前，应及时改换毫伏表的量限，而且在测量UC0与UL0时毫伏表的“＋”端接C与L的公共点A，其接地端分别触及L和C的另一端N1和N2。 3. 根据实验电路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。
4. 改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中R的数值是否影响谐振频率值？ 5. 如何判别电路是否发生谐振?测试谐振点的方案有哪些？
6. 电路发生串联谐振时，为什么输入电压不能太大，如果信号源给出1V的电压，电路谐振时，用交流毫伏表测UL和UC，应该选择多大的量限？
7. 要提高R、L、C串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？ 8. 谐振时，比较输出电压U0与输入电压Ui是否相等？试分析原因。 9. 谐振时，对应的UC0与UL0是否相等？如有差异，原因何在？
•24 •
实验五 RC一阶电路的响应测试
一、实验目的
1. 测定RC一阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应。 2. 学习电路时间常数的测定方法。 3. 掌握有关微分电路和积分电路的概念。 4. 进一步学会用示波器测绘图形。
二、实验原理
1. 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，对时间常数τ较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。然而若用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关的参数，必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的。
2. RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。 3. 时间常数τ的测定方法
(b) 零输入响应 (a) RC一阶电路 (c) 零状态响应
图 5-1
• •25
图5-1(a)所示电路,用示波器测得零输入响应的波形如图5-1(b)所示。 根据一阶微分方程的求解得知 uc＝Ee/＝Ee/τ
-t
RC
-t
当t＝τ时，Uc(τ)＝0.368E 此时所对应的时间就等于τ
亦可用零状态响应波形增长到0.632E所对应的时间测得，如图5-1(c)所示。 4. 微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足τ＝RC«
T时（T为方波脉冲的重复周期），且由R端作为响应输出，如图5-2(a)所示。这
2就构成了一个微分电路，因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。
(a) 微分电路 (b) 积分电路
图5-2
若将图5-2(a)中的R与C位臵调换一下，即由 C 端作为响应输出，且当电路参数的选择满足τ＝RC»
T2条件时，如图5-2(b)所示即构成积分电路，因为此时电路的输出信号电
压与输入信号电压的积分成正比。
从输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程中仔细观察与记录。
三、实验器材
1．KHDL-3型电路原理实验箱 2．AS1631型函数信号发生器 3．XJ-16型通用示波器 4．DA-16型晶体管毫伏表
四、实验内容与步骤
认清实验箱线路中R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位臵等等。 1. 选择动态线路板上R、C元件，令 (1) R＝10KΩ，C＝1000PF
组成如图5-1(a)所示的RC充放电电路，E为函数信号发生器输出，取Um＝3V，f＝1KHz的方波电压信号，将激励源u和响应uc的信号分别连至示波器，这时可在示波器的屏幕上分
•26 •
别观察到激励与响应的变化规律，求测时间常数τ，并描绘u及uc波形。 少量改变电容值或电阻值，定性观察对响应的影响，记录观察到的现象。
(2) 令R＝10KΩ，C＝3300PF，观察并描绘响应波形，继续增大 C之值，定性观察对响应的影响。
2. 选择动态板上R、C元件,组成如图5-2(a)所示微分电路,令C＝3300PF，R＝30KΩ。 在同样的方波激励信号(Um＝3V，f＝1KHz)作用下，观测并描绘激励与响应的波形。 增减R之值，定性观察对响应的影响，并作记录。分析当R增至∞时，输入输出波形有何本质上的区别？
五、实验注意事项及思考
1．调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使显示的波形稳定。 2．作定量测定时，“t/div”和“v/div”的微调旋钮应旋至“校准”位臵。 3. 什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励信号？
4. 已知RC一阶电路R＝10KΩ，C＝0.1μf，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测定τ的方案。
5. 何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？ 它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？
6. 根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。
• •27
实验六 仪器内阻对测量的影响
一、实验目的
1. 仪器内阻对电阻测量的影响。
2. 仪器内阻对直流电压测量的影响。 3. 仪器内阻对正弦信号电压测量的影响。
二、实验原理
自拟。
三、实验器材
1．WY-302-2B型双路直流稳压电源 2．AS1631型函数信号发生器 3．500型万用表（模拟） 4．DT9205A+数字万用表 5．DA-16型晶体管毫伏表 6．XJ-16型通用示波器
7．KHDL-3型电路原理实验箱（实验箱有自由布线区共连接电路使用，还提供30/100/200/510/750/1k/2k/…10KΩ电阻各1个、0.01/0.04/0.1/0.22/0.47/1/2/3/4/5μF电容各1个、10/20/…100mH电感各1个、双刀双掷开关2个等等）
8．ZX21型旋转式电阻箱（0～99999.9Ω）
四、实验内容与步骤
自拟。
五、实验注意事项及思考
1.测量前先确定模拟万用表和数字万用表之间的误差。 2.测量时不要同时把两种仪表并联在一起使用。 3.用示波器测量时要注意接地问题。
4.测量正弦信号电压电路应考虑容性或感性负载，使用交流毫伏表或示波器，不宜使用万用表的交流电压档。
5.用KVL考察实验结果，并解释。 6.从该实验你能得出哪些结论？
•28 •
实验七 正弦稳态交流电路相量的研究
一、实验目的
1. 研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2. 掌握日光灯线路的接线。
3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、实验原理
1. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系应满足相量形式的基尔霍夫定律，即
ΣI＝0 和 ΣU＝0
2. 图7-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，UR与UC保持有90°的相位差，即当阻值R改变时，R的相量轨迹是一个半园，U、ＵC与UR三者形成一个直角形的电压三角形。R值改变时，可改变φ角的大小，从而达到移相的目的。
图 7-1
3. 日光灯线路如图7-2所示，图中 A 是日光灯管；L 是镇流器； S是启辉器；C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cosφ值）。
图 7-2
有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。
• •29
三、实验器材
1. THA-JD1型交流电路实验箱 2. TDGC型接触调压器 3. 500型万用表 4. T19-V型交流电压表 5. T19-A型交流电流表 6. D34-W型功率表
四、实验内容与步骤
1. RC串联电路电压三角形测量
(1) 用两只220V，40W的白炽灯泡和4.7μf/450V电容器组成如图7-1所示的实验电路，经指导教师检查后，接通市电220V电源，将自耦调压器输出调至220V。记录U、UR、UC值，验证电压三角形关系。
(2) 改变R阻值（用一只灯泡）重复(1)内容，绘出电压、电流相量图，验证UR相量轨迹。
白炽灯盏数 2 1 注：U测 量 值 U(v) ,tg1UC UR计 算 值 UC(v) U'(v) φ UR(v) 22URUC2. 日光灯线路接线与测量
图 7-3
按图7-3组成实验线路，经指导教师检查后，接通市电220V电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。然后
•30 •
将电压调至220V，测量功率P，电流I，电压U，UL，UA等值，验证电压、电流相量关系。
启辉值 正常工作值 P(w) I(A) U(v) UL(v) UA(v) 3. 并联电路──电路功率因数的改善
按图7-3组成实验线路，接通市电220V电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表，电压表读数，通过一只电流表和三个电门插座分别测量三条支路的电流，改变电容值，进行重复测量。
电容值 (μf) 0 2.2 4.7 6.9
测 量 数 值 P(w) U(v) I(A) IL(A) IC(A) 计 算 值 I'(A) cosφ 表中I’为总电流I的有功分量（I’=Icosφ=P/U） 五、实验注意事项及思考
1. 本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。 2. 在接通电源前，应先将自耦调压器手柄臵在零位上。
3. 功率表要正确接入电路， 读数时要注意量程和实际读数的折算关系。 4. 如线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。 5. 在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？
6. 为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？
7. 提高电路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？
• •31
实验八 三相交流电路电压、电流的测量
一、实验目的
1. 掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法，验证这两种接法下线、相电压，线、相电流之间的关系。
2. 充分理解三相四线供电系统中中线的作用
二、实验原理
1. 三相负载可接成星形（又称“Y”接)或三角形(又称“△”接)，当三相对称负载作Y形联接时，线电压UL是相电压UP的UL＝3UP，
3倍。线电流IL等于相电流IP，即
IL＝IP
当三相对称负载采用三相四线制接法时，流过中线的电流I0＝0，所以可以省去中线。 当对称三相负载作△形联接时，有 IL＝3IP，
UL＝UP
2. 不对称三相负载作Y联接时,必须采用三相四线制接法，即Y0接法。而且中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。
倘若中线开断，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏；负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作。尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y0接法。
3. 对于不对称负载作△接时，IL≠3 IP，但只要电源的线电压
UL对称，加在三相负
载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。
三、实验器材
1. THA-JD1型交流电路实验箱 2. TDGC型接触调压器 3. 500型万用表 4. T19-V型交流电压表 5. T19-A型交流电流表 6. D34-W型功率表
四、实验内容与步骤
1. 三相负载星形联接（三相四线制供电）
按图8-1线路组接实验电路，经指导教师检查后，方可合上220V三相电源开关QS，按数据表格所列各项要求分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流（相电流）、中线电流、电源与负载中点间的电压，记录之。并观察各相灯组亮暗的变化程度，特别要注意观察中线的作用。
•32 •
图8-1
测量 数据 负载 情况 Y0接 三相对称 Y接 三相对称 Y0接 三相不对称 Y接 不平衡负载
中线 中点 电流 电压 A B C IA IB IC UAB UBC UCA UA0 UB0 UC0 I0(A) UN0(V) 相 相 相 2 2 2 2 2 2 1 2 2 开灯盏数 线电流(A) 线电压 (v) 相电压 (v) 1 2 2 2. 负载三角形联接（三相三线制供电）
按图8-2改接线路，经指导教师检查后接通220V三相电源，按数据表格的内容进行测试。
图8-2
• •33
测量 开 灯 盏 数 数据 A-BB-CC-A负载 相 相 相 情况 Δ接 三相对称 Δ接 三相不对称
线电压=相电压(v) UAB UBC UCA 线电流(A) 相电流(A) IA IB IC IAB IBC ICA 2 1 2 2 2 2 五、实验注意事项及思考
1. 本实验采用三相交流市电，线电压为220V， 应穿绝缘鞋进入实验室。实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。
2. 每次接线完毕，同组同学应自查一遍，然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先接线，后通电；先断电后拆线的实验操作原则。
3. 三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？
4. 复习三相交流电路有关内容，分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又如何？
5. 用实验测得的数据验证对称三相电路中的3关系。
6. 用实验数据和观察到的现象，总结三相四线供电系统中中线的作用。 7. 不对称三角形联接的负载，能否正常工作？实验是否能证明这一点？
8. 根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图，并求出线电流值，然后与实验测得的线电流作比较，分析之。
•34 •
附录A 直流稳压电源原理与使用
一、直流稳压电源的工作原理
稳压电源是一种在电网电压或负载变化时，其输出电压或电流基本保持不变的电源装臵，通常有交流稳压电源和直流稳压电源两类。直流稳压电源通常由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图A-1所示。
图A-1直流稳压电源组成框图
图中，220 V、50 Hz的交流电压经过变压器被降至所需幅度，通过整流电路将交流电压变换为直流脉动电压；直流脉动电压再通过滤波电路滤去交流分量，得到比较平滑的直流电压；这个直流电压再经过稳压电路稳压，然后输出稳定的直流电压。
二、直流稳压电源的主要技术指标
直流稳压电源的技术指标是衡量其性能的标准，有下列几项内容。 (1)输出电压范围 指稳压电源输出的电压及调整范围。
(2)输出满载电流 指在输出电压稳定度得到保证的条件下，稳压电源可输出的最大负荷电流。不同型号的稳压电源具有不同的满载电流。
(3)波纹电压 波纹电压是指直流稳压电源输出中所含的交流成分，通常是与输入电源频率有关的谐波，其大小可用交流分量的有效值或峰－峰值表示。波纹电压越小，稳压电源的性能越好。
(4)稳定系数Sr 稳定系数是指在负载和工作环境温度不变时，电网电压变化的百分率和输出电压变化的百分率之比值，稳定系数的数值越大，表明稳压电源的性能越好。
(5)稳定度SV 稳定度是指稳压电源在规定的负载条件下，当电网电压变化±10％时，输出电压的最大偏差与输出电压值之比。
三、直流稳压电源的输出
直流稳压电源的输出分为单路和多路两种，单路输出只有一组输出端子，多路输出则有两组或多组输出端子。
无论是单路电源还是多路电源，输出电压值均有固定和连续可调两种。固定式电源可以输出一个或多个固定的直流电压；可调电源可以通过调节操作面板旋钮，改变输出电压值，通常具有较宽的输出电压范围。如实验室中常用的双路通用直流稳压电源，输出电压可以从0-30 V连续调节；也有的输出电压是分段调节的，通过分别调节粗调及细调旋钮，可以得到所需的电压值。
• •35
四、直流稳压电源的使用
直流稳压电源的一路输出端共有三个输出端子，即“＋”、“－”端子和接地（GND）端子。若“＋”、“－”两端都不与接地端相连接，则这时的输出电压是浮臵的；当“＋”、“－”两端有一端与接地端连接在一起时，则电源输出是接地的。当需要输出正电压时，应将“－”端与“地”端相连；需要输出负电压时，则应将“＋”端与“地”端相连。由于接地端的不同，电源可以输出正电压或负电压。因此，在使用直流稳压电源时，要根据电路的实际需要，正确连接输出端。
有些集成电路需要正、负直流电压才能正常工作。这时可使用双路稳压电源，使其输出呈现一路为正、一路为负的形式，连接方法如图A-2所示。
图A-2输出正、负电压时的连接方法
稳压电源一般都有过载及输出短路保护功能。在出现过载或短路时，它可自动降低电压或禁止电压输出，以防止输出过量电流。这样，既保护电源本身，也在一定程度上保护被供电电路。
使用稳压电源时，要特别注意输出端不允许短路或过载。当发现输出电压指示下降或突然为零时，应立即关闭电源或断开负载，以免损坏设备。
•36 •
附录B 函数信号发生器的原理与使用
一、函数发生器的工作原理
函数发生器能输出多种波形，其工作原理框图如图B-1所示。由图可以看出，方波是由三角波通过比较器转换而成的，正弦波则是通过正弦波整形电路由三角波变换而成的；然后经过波形选取、放大、衰减输出。
图B-1函数信号发生器原理框图
直流偏臵电路的作用是提供直流补偿，使函数发生器输出的交流信号可加进直流分量，而且直流分量的大小可以调节。如图B-2所示，输出的交流信号中有不同直流成分的波形。
图B-2调节直流电平产生不同的方波
通常函数发生器还具有输出显示部分（图B-1中未给出），用于显示输出频率、幅度。频率显示电路除显示输出频率外，还可作为计数器（频率计）使用。在函数发生器的操作面板上有一个“计数／频率”输入端口，在这个端口输入交流信号的同时，按下“计数”按键，这时函数发生器显示的是输入信号的频率。
二、函数发生器输出信号的调整
如前所述，函数发生器有一直流补偿电路，与其对应，前仪器面板有一电平按键
• •37
(OFFSET）或旋钮，用于设臵输出信号的直流电平。当不需要输出直流电平时，此按键（旋钮）应放在关的位臵。
函数发生器输出信号的频率是分段调整的，它有一组频率范围选择键，在每一个按键的上方标有数字，这个数字表示按下该键能够输出频率的最高值。使用时可根据测试需要，选择相应的键，然后再通过调节“频率调节”旋钮（Frequency），就可以在一定范围内改变输出信号的频率。
函数发生器使用时的操作步骤如下： (1)按下电源开关（Power）；
(2)对于有功率输出的，根据需要选择电压输出或功率输出方式；
(3)“计数”（Counter）键弹出（或“内/外”测频选择键臵于“内”），使函数发生器工作于信号源方式；
(4)根据需要按下“波形选择”开关(Wave form)，选择输出信号的波形（正弦、方波或三角波）；
(5)“频率选择”按键臵某一挡，确定输出信号的频率范围； (6)调整“频率调节”旋钮(Frequncy )，改变输出信号的频率；
(7)调节“幅度”旋钮（Amplitude），改变输出信号的幅度；当需要输出小信号时，按下“衰减”键（Atte），输出信号的幅度将被衰减20 dB（0.1倍）、40 dB（0.01倍）或60 dB（0.001倍）。
函数发生器通常有“占空比”（有时标“对称性”）按键和调节旋钮，它的作用是改变输出波形的对称度（正半周和负半周的宽度）。在不要求改变波形的对称度时，此按键应弹出。
三、函数发生器使用注意事项
(1)函数发生器前面板的按键及旋钮较多，使用前应认真阅读仪器使用说明书，弄清仪器前面板各按键及旋钮的作用；使用时对照说明书细心操作。
(2)信号源的输出端不允许短路。
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附录C 万用表的原理与使用
万用表是一种最常用的多功能、便携式测量仪表，其特点是用途广、量程多、使用方便，一般可以测量交流电压、直流电压、直流电流、电阻等。因此，万用表又称复用表或繁用表。
万用表的种类繁多，按测试原理和测量结果显示方式的不同，可分为模拟式和数字式两大类。
一、模拟式万用表
模拟式万用表是通过指针在表盘上偏转位臵的变化来指示被测量的数值，因此又称其为机械指针式万用表。
1．组成
模拟式万用表的组成如图C-1所示，它主要有表头（指示部分）、测量电路、转换装臵三部分。
图C-1模拟万用表的原理框图
(1)表头
表头的作用是指示被测量的大小。万用表的表头一般都采用灵敏度高、准确度好的磁电式直流微安表，它是模拟万用表的关键部分，其性能是决定万用表技术指标的重要因素。 直流微安表指针的偏转需要直流电流的驱动，而偏转大小是与驱动电流成正比的。当被测量与表盘刻度对应一致时，则读数就能直接反映出被测量的数值。
(2)测量电路
测量电路的作用是将被测量转换成表头所需的驱动电流。万用表之所以能完成多种电量的测量，是由于对应于每一种电量及量程，都有与其相适应的测量电路，它通常由直流电流测量电路、直流电压测量电路、交流电压测量电路、直流电阻测量电路组合而成。
(3)转换装臵
转换装臵的作用是选择测量项目和量程，它的主要部件是转换开关。通过转换开关，在不同的测量电路之间进行切换。
2. 正确的使用方法
模拟万用表的类型较多，面板上的旋钮、开关的形状、布局也有所不同。在使用万用表之前，必须详细阅读使用说明书，了解和熟悉操作面板各部件的作用，认真分清表盘上各刻度所对应的量和正确的读数。
模拟万用表的正确使用应注意下列几点:
(1)零位调整。使用前应首先检查指针是否在零位，若不在零位，应调整零位调整器，使指针调至零位。
(2)正确连接表笔。红表笔应插入标有“＋”的插孔，黑表笔插入“－”的插孔。
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(3)测直流电流和直流电压时，红表笔接被测电压、电流的正极，黑表笔接负极。用欧姆挡判断二极管的极性时，注意“＋”插孔是接表内电池的负极，“－”插孔是接表内电池的正极。
(4）测量电压时，万用表应与被测电路并联；测量电流时，要把被测电路断开，将万用表串联接在被测电路中。
(5)量程转换开关应根据被测量放在正确的位臵，切不可使用电流挡或欧姆挡测电压，否则会损坏万用表。
(6)合理选择量程挡。测量电压、电流时，应使表针偏转至满刻度的1/2或2/3以上；测量电阻时，应使表针偏转至中心刻度附近（电阻挡的设计是以中心刻度为标准的）。
(7)测交流电压、电流时，注意被测量必须是正弦交流电压、电流，而被测信号的频率也不能超过说明书上的规定。
(8)测量高电压、大电流时，不可带电转换量程开关，以免电弧烧坏转换开关触点。 (9)测电阻时，应先进行电气调零。方法是将两表笔短路，调节“调零”旋钮使指针指在零点（注意欧姆的零刻度在表盘的右侧）。如调不到零点，说明万用表内电池电压不足，需要更换新电池。测量大电阻时，两手不能同时接触电阻，防止人体电阻与被测电阻并联造成测量误差。每变换一次量程，都要重新调零。
(10)在表盘上有多条刻度线，对应不同的被测量，读数时要在相应的刻度线上读取数值。
(11)万用表使用完毕，将转换开关放在交流电压最大挡位，避免损坏仪表。 (12)万用表长期不用时，应取出电池，防止电池漏液，腐蚀和损坏万用表内零件。
二、数字万用表
数字万用表也称数字多用表（DMM），它采用了先进的集成电路模数转换器和数显技术，将被测量的数值直接以数字形式显示出来。数字万用表显示清晰直观，读数准确，与模拟万用表相比，其各项性能指标均有大幅度的提高。
1．组成与工作原理
数字万用表除了具有模拟万用表的测量功能外，还可以测量电容、二极管的正向压降、晶体管直流放大系数β及检查线路短路告警等。
图C-2数字万用表原理框图
数字万用表的测量基础是直流数字电压表，其他功能是在此基础上扩展而成的。为了完成各种测量功能,必须增加相应的转换器,将被测量转换成直流电压信号,再经过A/D转换器转换成数字量，然后通过液晶显示器以数字形式显示出来，其原理框图如图C-2所示。
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转换器将各种被测量转换成直流电压信号，A/D转换器将随时间连续变化的模拟量变换成数字量，然后由电子计数器对数字量进行计数，再通过译码显示电路将测量结果显示出来。
数字万用表的显示位数通常为三位半～八位半，位数越多，测量精度越高，但位数多的，其价格也高。一般常用的是三位半、四位半数字万用表，即显示数字的位数分别是四位和五位，但其最高位只能显示数字0或1，称为半位，后几位数字可以显示数字0-9，称为整数位。对应的数字显示最大值为1 999（三位半）、19 999（四位半），满量程计数值分别为2000、20000。
2．主要特点与使用方法
(1)数字万用表的主要特点
①数字显示，直观准确，无视觉误差，并且有极性自动显示功能； ②测量精度和分辨率高，功能全；
③输入阻抗高（大于1 MΩ），对被测电路影响小； ④电路的集成度高，产品的一致性好，可靠性强；
⑤保护功能齐全，有过压、过流、过载保护和超量程显示； ⑥功耗低，抗干扰能力强； ⑦便于携带，使用方便。 (2)使用方法及注意事项
①插孔的选择 数字万用表一般有四个表笔插孔，测量时黑表笔插入COM插孔，红表笔则根据测量需要，插入相应的插孔。测量电压和电阻时，应插入V•Ω插孔；测量电流时注意有两个电流插孔，一个是测量小电流的，一个是测量大电流的，应根据被测电流的大小选择合适的插孔。
②测量量程的选择 根据被测量选择合适的量程范围，测直流电压臵于DCV量程、交流电压臵于ACV量程、直流电流臵于DCA量程、交流电流臵于ACA量程、电阻臵于Ω量程。
．当数字万用表仅在最高位显示“ 1”时，说明已超过量程，须调高一挡。
．用数字万用表测量电压时，应注意它能够测量的最高电压（交流有效值），以免损 坏万用表的内部电路。
．测量未知电压、电流时，应将功能转换开关先臵于高量程挡，然后再逐步调低，直到合适的挡位。
③测量交流信号时，被测信号波形应是正弦波，频率不能超过仪表的规定值，否则将引起较大的测量误差。
④与模拟表不同，数字万用表红表笔接内部电池的正极，黑表笔接内部电池的负极。测量二极管时，将功能开关臵于二极管挡，这时的显示值为二极管的正向压降，单位为V。若二极管接反，则显示“1”。
⑤测量晶体管的hFE时，由于工作电压仅为2.8 V,测量的只是一个近似值。 ⑥测量完毕，应立即关闭电源；若长期不用，则应取出电池，以免电池漏电。
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附录D 晶体管毫伏表的原理与使用
晶体管毫伏表是一种在电路实验中常用的交流电压表，能直接测出正弦信号的有效值。它是模拟式电压表，采用磁电式电流表作为指示器，属于指针式仪表，表盘以V和dB值为刻度，可以测量交流信号的电压值或电平值。
一、组成及工作原理
晶体管毫伏表属于宽频带放大-检波式电压表，由放大电路、检波电路和指示电路三部分组成，如图D-1所示。
图D-1放大一检波式晶体管毫伏表原理框图
衰减器的作用是将被测信号衰减到宽带放大器的输入所要求的数值，使毫伏表有较宽的电压测量范围。
宽带放大器用于提高毫伏表的灵敏度，使毫伏表能够测量微弱信号，可达到毫伏级。 由于磁电式电流表只能测量直流电流，因此必须通过检波器检波，将交流电压变换成相应大小的直流电流去驱动表头，使表头做出相应的偏转。
由于第一衰减器是高阻抗的电容补偿式衰减器，所以毫伏表具有较高的输入阻抗。 晶体管毫伏表的表盘是按正弦信号的有效值刻度的，因此当测量正弦信号时，可以从表头直接读出正弦信号的有效值；而测量其他波形的信号时，其读数没有直接的意义；若需要进行换算，则要乘一个波形系数K才能得到其有效值。
常见信号的波形系数K如下：三角波为0.817，方波为1.414，矩形脉冲波为2.828。
T二、晶体管毫伏表的技术指标
1．测量电压范围
表示能够测量的最小到最大的电压值。各种型号的毫伏表的测量电压范围有所不同，如DA-16FS的电压测量范围为100 μV～300 V，分11挡量程，每挡相差10 dB。EM2173的电压范围为300μV～100 V，分12挡量程，每挡相差10 dB。
2．频率范围
频率范围是指被测交流信号最小到最大的频率。在这个范围内，测量误差符合说明书给出的技术指标，若超出此范围，测量误差会增大。
毫伏表的频率范围较宽，如DA-16FS频宽为20 Hz～1 MHz，EM2173为5 Hz～2 MHz。
3．输入阻杭
毫伏表具有较高的输入阻抗。由于毫伏表使用时是与被测电路并联，输入阻抗高，则对被测电路的影响小。一般输入电阻≥1 MΩ。
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三、毫伏表的使用方法及注意事项
晶体管毫伏表有单路输入和双路输入两种。对于双路输入的毫伏表，其两路的特性一样。
1．仪器操作介绍
毫伏表的前面板上一般有以下部件。
(1)“测量范围”（Range）选择开关：共有12挡，各挡所标的数值是毫伏表在这一挡位时能够测量的电压最大值，旁边是分贝(dB)数，用于电平测量。
(2)输入（Input）端：被测信号的输入端口，通常用同轴电缆作输入测试线。双路毫伏表有两个相同的输入端，可同时测量两路信号。
(3)零点调整旋钮：用于电气调零。接通电源，输入测试线两端短路，表头指针应在零点，否则需要调整该旋钮。有些型号的毫伏表没有调零旋钮，则不需要电气调零。
(4)表头刻度：表头上有3条刻度线。第一条是0～10刻度线，当测量范围在1 mV,10 mV, 0.1V, 1V, 10 V, 100V时，从这条刻度线读数；第二条是0～3刻度线，当测量范围在3 mV, 30 mV、0.3V、3V、30 V、300 V时，从这条刻度读数；第三条是对数刻度线，当测量电压的电平值时，从这条刻度上读出绝对电平值, 即分贝（dB）值。
2. 使用方法及注意事项
(1)通电前应检查表头指针是否指在零点，若有偏差，可进行机械调零（机械零点不需要经常调整）。
(2)通电后应调电气零点，方法是将输入线的两端夹在一起，若表针不指在零点，则调节调零旋钮，使指针指在零点。
(3)根据被测电压的大小，选择适当的测量范围。若不知被测电压的可能范围，应将测量范围臵最大挡，然后逐渐减小，直至指针偏转至满量程的1/2以上。
(4）连接测试线时，毫伏表的接地线（一般为黑色夹子）应与被测电路的公共地端相连。测量时，应先接上地线，然后连接另一端。测量完毕时，应先断开信号端，后断开接地端，以免因感应电压过大而损坏仪表。
(5)小信号测量时，先把量程臵于较大挡，接好线后，再调至适当位臵。
(6)正确的读数。应待指针稳定后两眼正对指针来读数，如刻度盘带有反光镜时，应使眼睛、指针和指针在镜内的影像成为一条直线时再读取。
(7）当作为电平表使用时，被测的实际电平分贝数为表头指示分贝数与量程选择开关所对应的分贝数的代数和。
(8)毫伏表读数时，要根据所选择的量程来确定从哪一条刻度读数。例如，指针指在第一条刻度线的数字6处，若此时量程为10 V,则读数为6 V;若量程为100 mV，则读数为60 mV；若量程为3V，则读数为1.9V；若量程为30 mV，则读数为19 mV；其他各量程依此类推。
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附录E 示波器的原理与使用
示波器是最常用的测试仪器之一，它可将电信号波形形象而直观地显示在荧光屏上。利用示波器，可以测量信号的幅值、瞬时值、频率、周期、相位和脉冲信号的宽度、上升时间、下降时间等参量。通过传感器，还能测量各种非电量，如温度、压力、振动、冲击、距离、热、光、声音和磁效应等。
示波器的种类较多，按用途和特点可分为通用示波器、取样示波器、记忆与数字存储示波器、专用示波器。
通用示波器是示波器中应用最广泛的一种，它采用单束示波管，包括单踪型和双踪型。取样示波器是采用取样原理，将高频信号转换为低频信号，再进行显示。
记忆与数字存储示波器具有记忆、存储信号波形功能，可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、超低频信号，以及在不同时间、不同地点观测到的信号。记忆示波器采用记忆示波管，数字存储示波器则应用了数字存储技术。
专用示波器则是为满足特殊用途而设计的示波器。
下面以电路实验中常用的通用示波器为例，说明其组成、工作原理和应用。
一、通用示波器的组成与原理
通用示波器主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分组成。此外，还有电源电路和产生校准信号的标准信号发生器。如图E-1所示。
图E-1通用示波器原理方框图
1．示波管
示波管是示波器的一个关键部件，其作用是把被测信号变换成荧光屏上可见的图形，主要由电子、偏转系统和荧光屏三部分组成，其结构如图E-2所示。
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图E-2示波管结构示意图
电子产生聚焦良好的高速电子束，高速电子束打在荧光屏上便可产生光点，偏转系统能改变电子束打到荧光屏上的位臵。当偏转系统使高速电子束按照一定的规律产生位移时，在荧光屏上就可显示出一条光迹。
当灯丝加热阴极时，涂有氧化物的阴极会发射出大量的电子。控制栅极加负电压，对穿越控制栅极的电子密度进行调节，从而达到调节光点亮度的作用，故调节控制栅极电位的旋钮（电位器）称为“辉度”旋钮。第二栅极及第一阳极、第二阳极的电位远高于阴极，它们与控制栅极组成聚焦、加速系统，对阴极发射的电子束进行加速并聚焦，使得电子束以很高的速度射到荧光屏上，故改变第一阳极电位的旋钮称为“聚焦”旋钮。
偏转系统有Y偏转板和X偏转板各一对。通常Y偏转板上加被观察信号电压，这样光点沿Y轴的运动规律就和被测信号幅值的变化规律一致；X偏转板上加一个随时间而线性变化的电压（锯齿波电压），称为扫描电压。若Y偏转板加上被观察信号，X偏转板不加扫描电压，则在荧光屏上产生一条正比于被测电压的垂直亮线；若只有X偏转板加扫描电压，Y偏转板不加被观察信号（输入选择开关接地），则在荧光屏上显示一条反映时间变化的水平亮线。电子束在两个偏转电压的作用下，荧光屏上会显示出被观察信号随时间变化的波形。
示波管顶端内壁上涂有一层荧光物质（荧光屏），当高速电子束打在荧光屏上时使它发光。电子束停止轰击后，荧光物质的发光作用要经过一段时间后才停止，这段时间叫余辉时间。由于余辉现象和人的视觉残留现象，使得实验者能在荧光屏上观测到稳定的波形。
2．垂直通道和水平通道
示波器的垂直通道通常又称为Y通道，它包括输入选择、衰减器、前臵放大器和输出放大器。
输入选择用来确定输入直流信号（DC）还是交流信号（AC），或者输入接地（GND）。衰减器用来衰减被观察的大信号（幅度），以保证显示在荧光屏上的信号不致因过大而失真。示波器操作面板上与其相对应的旋钮为Y轴灵敏度粗调开关，也称Y轴衰减，常用V/DIV标记，其含意为Y轴上每格（l cm）表示的电压数。
由于Y放大器的作用，使示波器具有观测微弱信号的能力。与调整放大器增益对应的旋钮为Y轴灵敏度微调。在示波器做定量测量时，放大器的增益应是固定的，这时灵敏度微调应放在“校准”（CAL）位臵，通常是顺时针旋到底。
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示波器的水平通道又称为X通道，它由扫描信号发生器、触发电路和X放大器组成。 扫描发生器产生随时间线性变化的锯齿波扫描电压，又称为时基电压。触发电路用来产生周期与被测信号有关的触发脉冲，用这个触发脉冲控制扫描电压的周期与被测信号的周期同步。扫描电压通过X放大器放大，加至X偏转板。电子束在扫描电压的作用下做水平运动，可在荧光屏上显示出一条水平亮线。由于这个电压在一周期内是线性增长的，与时间成正比，故电压的增长速度对应着光点的运动速度，光点从荧光屏左边到达右边移动的距离即为扫描电压的周期时间，因此荧光屏的水平距离代表的是时间，X轴为时间轴。
因荧光屏几何尺寸固定，光点从荧光屏左边到达右边移动的距离一定。改变扫描电压的频率，即改变了光点从左到右所需时间。与这一操作对应的旋钮开关称为扫描速度旋钮，也称X轴灵敏度，常用TIME/DIV标注，其含义为X轴上每格（l cm）表示的时间数。改变扫描速度旋钮的位臵，即改变了X轴的时间刻度。
二、信号与扫描电压的同步
当扫描电压的周期是被观察信号周期的整数倍时（相位差也为0），扫描的后一个周期所描绘的波形与前一周期完全一样，荧光屏上得到清晰而稳定的波形，这叫做信号与扫描电压同步，如图E-3所示。
图E-3扫描电压与被测信号同步
图E-3中，UY为被测信号电压，UX为扫描电压，TX=2TY。在扫描电压由最大值回到零时，被测电压恰好经历了两个周期。当下一个扫描周期开始时，重复上一扫描周期光点沿0→1→2移动的轨迹，得到稳定的波形。
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如果TY与TX不成整数倍的关系，后一扫描周期描绘的图形与前一扫描周期的不重合，则显示的波形是不稳定的，如图E-4所示。
图E-4扫描电压与被测电压不同步
在图E-4中，TX =
5 TY，第一个扫描周期显示的波形为图中实线所示，而第二个扫4描周期显示的波形为图中虚线所示。此时在荧光屏上看到的波形是从右向左移动，显示的波形是不稳定的。可见，保证扫描电压周期是被观测信号周期的整数倍，才能使显示波形同步。
在示波器中，扫描电压与被测信号分别来自两个电路，它们之间是不相关的。为了能使二者的频率保持整数倍的关系，一般需要给扫描电路加一个周期与被测信号有关的同步触发信号，以使扫描电压的周期与被测信号的周期严格同步。触发信号既可以选取Y通道经过放大的被测信号（内触发INT），也可外接触发信号。或通过示波器的操作面板进行选择，与之相对应的开关叫“触发源”（Trigger Source）选择。使用示波器时，应根据被测信号选择合适的触发源。一般测量通常选择被测信号作为触发源。
三、示波器的使用方法
使用示波器前应仔细阅读使用说明书，被测信号的电压不能超过允许范围。光点和扫描线不可调得过亮，否则会带来读数不准，不仅使眼睛疲劳，而且当光点长时间停留不动时，还会使荧光屏变黑，产生斑点。
1．通用旋钮介绍
(1)调整旋钮
①亮度旋钮（INTENSITY）：调整光点和扫描线的亮度。顺时针方向旋转旋钮，亮度增强。
②聚集旋钮(FOCUS)：调整光迹的清晰程度。测量时需要调节此旋钮，以使波形的光迹达到最清晰的程度。
(2)垂直系统
①信号输入通道1（CH1 INPUT（X））：是被测信号的一个输入端。在X-Y方式时，变为X通道，X轴信号由此端输入。
②信号输入通道2（CH2 INPUT（Y））：是被测信号的另一输入端。在X-Y方式时，输入端的信号仍为Y轴信号。
③输入耦合（AC-GND-DC）选择开关：用于选择输入信号进入Y放大器的耦合方式。
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．臵于AC时，输入信号经电容耦合到Y放大器，信号中的直流分量被电容阻隔，交流分量可以通过。
．臵于接地时，输入端对地短路，没有信号输入Y通道，通常用于确定（调整）基准 电平位臵。
．臵于DC时，输入信号直接耦合到Y放大器，用于观测含有直流分量的交流信号或 直流电压，频率较低的交流信号（低于10 Hz）也应采用DC输入。
④Y位移旋钮（POSITION）：调节光迹在荧屏垂直方向的位臵。
⑤电压灵敏度选择开关（VOLT/DIV）：用于垂直偏转灵敏度的调节。电压灵敏度微调旋钮在校准位臵时，VOLT/DI V刻度值为荧光屏上每一个大格所代表的电压值。
⑥电压灵敏度微调旋钮（VARIABLE）：可在电压灵敏度开关两挡之间连续调节，改变波形的大小。顺时针旋转到底时，为“校准”位臵。在做电压测量时，此旋钮应放在校准位臵。
⑦垂直工作方式选择（VERTICAL MODE）：有CH1、CH2、DUAL、ADD四挡。 ．通道1选择（CHI）：荧光屏上只显示CH1的信号。 ．通道2选择（CH2）：荧光屏上只显示CH2的信号。
．双踪选择（DUAL）：荧光屏上同时显示CH1和CH2两个输入通道输入的信号。 ．叠加（ADD）：显示CH1和CH2两个输入通道的输入信号的代数和。
⑧交替／断续选择键（ALT/CHOP）：当同时观察两路信号时，交替方式适合于在扫描速度较快时使用；断续方式适合于在扫描速度较慢时使用。
(3)触发（TRIGGER）
①触发源选择（TRIGGER SOURCE）：用于选择触发信号。各种型号示波器的触发源选择有所不同，一般有以下几种。
．内触发（INT）：触发信号来自通道1或通道2。 ．通道1触发（CH1）：触发信号来自通道1。 ．通道2触发（CH2）：触发信号来自通道2。
．电源触发（LINE）：触发信号为50 Hz交流电压信号。
．外触发（EXT）：触发信号来自外触发输入端，用于选择外触发信号。 ②极性（SLOP）：选择触发信号的极性。 ．“＋”表示在触发信号上升时触发扫描电路。 ．“－”表示在触发信号下降时触发扫描电路。
③触发电平（LEVEL）旋钮：用于调整触发电平，在荧光屏上显示稳定的波形，并可设定显示波形的起始点（初始相位）。
④触发方式（TRIGGER MODE）按键：用于选择合适的触发方式，通常有以下几种。 ．自动（AUTO）：当没有输入信号或输入信号没有被触发时，荧光屏上仍可显示一条扫描基线。
．常态（NORM）：当没有触发信号时，处于等待扫描状态，一般用于观测频率低于25 Hz的信号或在自动方式时，不能同步时使用。
．场信号触发（TV-V）：用于观测电视信号中的场信号。 ．行信号触发（TV-H）：用于观测电视信号中的行信号。
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(4)水平系统
①扫描时基因数（又称为扫描速度）开关（TIME/DIV）：用于设定扫描速度。当扫描微调在较准位臵时，其刻度值为屏幕上水平方向每一个大格所代表的时间。
②扫描微调（SWEEP VARIBLE）：可以在扫描速度开关两挡之间连续调节，改变周期个数。该旋钮逆时针方向旋转到底，扫描速度减慢2 .5倍以上。在做定量测量时，该旋钮应顺时针旋转到底，即在校准位臵。
③水平移位（POSITION）：用于调节光迹在水平方向的位臵。
2. 基本操作
(1)聚焦旋钮臵于中间位臵，Y输入耦合方式臵于接地（GND），垂直位移（POSI-TION）旋到中间位臵，垂直工作方式（MODE）臵于CH1，触发方式（TRIG MODE）放自动（AUTO），触发源（SOURCE）放内触发（INT），扫描速度（TIME/DIV）臵于0. 5 ms/div。
(2)打开电源，顺时针旋转辉度旋钮，调整Y位移旋钮，直到显示出光迹。调节聚焦旋钮使光迹最清晰，为使聚焦效果最好，光迹不可调得过亮。
(3)调整输入耦合方式于AC,将示波器的校准信号输入至通道1 (CH1），适当调节电平旋钮使波形稳定，屏幕上应显示方波信号。将Y轴灵敏度旋钮、扫描速度旋钮臵于适当位臵，若波形在垂直方向占格数、水平方向占格数与校准信号要求的相符，则表示示波器工作基本正常。
3．电压测量
(1)直流电压的测量
电压灵敏度微调放在校准位臵，输入耦合方式开关臵于GND，调整Y位移旋钮，使光迹对准任一条水平刻度线，此时扫描基线即为零基准线。将耦合方式换到DC，输入直流电压，如图E-5所示。即根据波形（直线）偏离零基准线的垂直距离h和电压灵敏度VOLT/DIV旋钮的指示值Ku，可以算出直流电压的数值，即U＝Kuh。
图E-5直流电压的测量
(2)交流电压的测量
按基本操作调整好示波器，然后输入信号。
测量交流电压分为两种情况：一种是只测量被测信号中的交流分量，另一种是测量含有直流分量的交流信号。
只测量被测信号的交流分量时，应将Y输入耦合方式臵AC位臵。输入信号，调节电
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平(LEVEL)旋钮，使波形稳定，调节电压灵敏度(VOLT/DIV )开关，使屏幕上显示的波形幅度适中，便于读数，如图E-6所示。由波形峰－峰在垂直方向的距离h和VOLT/DIV的指示值Ku（微调在校准位臵），就可以计算出电压的峰-峰值Up-p ，即Up-p = Kuh。
图E-6 交流电压的测量
〖例E-1〗测得波形峰－峰值之间的距离为4格，电压灵敏度1 V /div,则被信号的峰－峰值为
Up-p＝Kuh＝4×1＝4V
当被测交流信号含有直流成分时，输入耦合方式应放在DC，这样才能同时观测到被测信号的交流分量和直流分量。
〖例E-2〗已知一正弦信号的电压峰－峰值为4V，直流分量为1V，要求用示波器测量出其实际峰－峰值和直流分量的电压值。
臵输入耦合方式为DC，电压灵敏度调为1 V/div，输入信号后，荧光屏显示波形如图E-7所示。
图E-7 含有直流成分的交流信号的测量
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由图E-7,可以测量出直流电压分量U和交流电压峰一峰值Up-p分别为 U＝Kuh 1＝1×1＝1V Up-p＝Kuh2＝1×4＝4V
4．时间的测量
用示波器能测量周期信号的频率、周期、波形任意两点之间的时间和两个同频信号的相位差。
(1)周期和频率的测量
“扫描微调”放校准位臵，“扫描速度”（TIME/DIV）开关臵于合适的位臵，使荧光屏上显示的波形便于观测。调节“电平”（LEVEL）旋钮，使显示的波形稳定；调节“X位移”和“Y位移”，使波形位于荧光屏的中间位臵（一般示波器在测量时间时，不宜使用荧光屏的边缘部分），如图E-8所示。由于此时“扫描微调”在校准位臵，所以，测得波形一个周期在水平方向的距离d，乘以TIME/DIV的指示值Kt,就可以计算出信号的周期T和频率f，即
T＝dKt f＝1/T
图E-8周期的测量
〖例3-3〗测得波形一周期对应两点间的水平距离为5，“扫描速度”旋钮的指示值为0.2 ms/div,则被测波形的周期T和频率f为
T＝0.2ms×5＝1 ms f＝1/T＝1 kHz 同样，可以测量波形上任意两点间的时间。
(2)脉冲信号时间参数的测量 ①脉冲宽度的测量
定义脉冲宽度为上升沿的50％到下降沿的50％所对应的时间，用τ表示，脉冲宽度d的测量方法如图E-9所示。
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图E-9脉冲宽度的测量方法
τ＝Ktd
式中，Kt为示波器扫描旋钮的挡位。 ②脉冲上升、下降沿时间的测量
定义脉冲的上升时间为脉冲波形上升沿的10%～90％所对应的时间，用tr表示；下降时间为下降沿的90%～10%所对应的时间，用tf表示。tr和tf的测量方法如图E-10所示。
tr＝Ktd t f＝Ktd1
图E-10上升时间及下降时间的测量方法
(3)两个同频信号相位差的测量 ①双线法
垂直工作方式臵于双踪显示（DUAL），分别调节两通道的位移旋钮，使两条时基线重合，选择作为测量基准的信号为触发源信号，两个被测信号分别由CH1和CH2输入，
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在屏幕上可显示出两个信号波形，见图E-11。
图E-11双线法测量相位差 图E-12椭圆法测量相位差 测量出波形一个周期在水平方向的长度n及两个信号波形与X轴相交对应点的水平距离m，可由下式计算出两个信号间的相位差φ，即
360m n通常为读数方便，可调节扫描微调旋钮，使信号的一个周期占9格（DIV），每格表示的相角为40º（40º/ DIV），则相位差φ为
φ＝40º•m
用双线法测量相位差时，应使两条时基线严格与X轴重合。 ②椭圆法（李沙育图形）
示波器选择X-Y工作方式，这时的两个输入通道，一个为X输入通道，一个为Y输入通道。输入耦合开关接地（GND），调节位移旋钮，使光点位于荧光屏中心或某一个水平、垂直线的交叉点上（建立坐标系原点O）。输入耦合开关臵于AC，接入信号，调节“电压灵敏度”（VOLT/DIV）旋钮，使显示的波形大小适当，如图E-12所示。
测出图中a和b的长度，由下式可计算出相位差为
arcsin
5. 使用注意事项
(1)辉度不宜调得过亮，且光点不应长时间地停留在一点上，以免损坏荧光屏。通电后
ab若暂时不观测波形，应将辉度调暗。
(2)定量观测波形时，尽量在屏幕的中心区域进行，以减小测量误差。
(3)测试过程中,应避免手指或人体其他部位接触信号输入端,以免影响测试结果。 (4)若示波器暂停使用并已关上电源，如需继续使用时，应待数分钟后再开启电源，以免烧坏保险丝。
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附录F 功率表的原理与使用
一、功率表的工作原理
实验室常用的功率表或称瓦特计都是电动系仪表，由电动系测量机构和附加电阻Rv
组成，如图F-1所示。
图F-1 功率表的联接与电流电压相量
测量机构中固定线圈A和负载串联，测量时通过负载的电流为I，因此固定线圈A称电流线圈。通过电流线圈的电流又为I1，即I1＝I。
动圈D与负载并联，反映负载电压，故动圈D称电压线圈。通过电压线圈的电流I2
与负载两端电压U成正比，由于附加电阻Rv很大，电压线圈感抗可以忽略不计，所以I2与U同相，即I2＝U /Rv。
由图F-1可看出，这时功率表的两个线圈中的电流I1和I2之间的相位角差正好等于负载端电压U与电流I之间的相位角差。因此电动系仪表的指针偏转角公式α∝I1I2COSφ，可改写成α∝UICOSφ。其中，UICOSφ即为负载消耗的功率P。可见，功率表指针的偏转大小与负载的功率成正比，所以标尺的刻度是均匀的。
二、功率表的选择及正确使用
1．功率表的量程及其扩大
功率表包括3个量程，即电流量程、电压量程和功率量程。
功率表的电流量程（或称额定电流），是指仪表的串联回路中允许通过的最大工作电流；电压量程（或称额定电压），是指仪表的并联回路所承受的最大工作电压；功率量程则是由电流量程和电压量程所决定的。
使用功率表时，不仅要求被测功率数在量程以内，而且要求被测电路的电压和电流值也不超出它的电压线圈和电流线圈的额定量程值。
由于功率表的量程是由电压和电流量程决定的，因此功率表量程的扩大必须通过电流量程和电压量程的扩大来实现。功率表一般有2个电流量程和3个电压量程。表内有2个完全相同的电流线圈，它们的端头分别引至仪表的外壳上，如图F-2所示。
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图F-2 功率表面板图
电流量程的扩大，一般通过2段电流线圈的连接方式的改变来达到。图中“1”和“4”是一个线圈，“2”和“3”是另一个线圈。如果用金属连接片将端头“1”和“3”连接，则2个线圈串联，如图F-3(a)所示，这时通过2个线圈的电流为IN（即功率表面板上表示的小电流值）。当“1”和“2”连接以及“3”和“4”连接时,2个线圈并联，则电流量程扩大1倍，为2IN,如图F-3(b)所示（电流2IN为功率表面板上表示的大电流值）。
图F-3用连接片改变电流量程 图F-4 多量限功率表电压电路 电压量程的扩大，用串联不同值附加电阻的方法来实现。不同电压的改变，附加电阻在表内已接在相应的接线端钮上，使用时只需将线接在所需的端钮上。如图F-4所示的功率表电压线路有4个端钮（带“*”号者为始端）。这样，电压量程就有3个挡次。
2. 功率表的接线
图F-5功率表在被测电路中的接线图
电动系功率表指针的转矩方向与电流线圈和电压线圈的电流方向有关，如果其中一个线圈的电流方向反了，转矩的方向就会改变，这时不但不能读数，甚至将指针打弯。为了
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防止这一点，2个线圈对应于电流流进的端钮都加上标号“*”或“±”，称发电机端。功率表在接线时，应使电流线圈和电压线圈的发电机端接在电源同极性的端子上，以保证2个线圈的电流都从发电机端流进，将电流线圈串联于被测线路中，电压线圈并联于被测电压上，如图F-5所示。
3. 功率表反向偏转时的处理
在功率表接线正确的情况下，也可能发生指针反转。这种情况一是发生在负载侧实际上有电源，并且负载支路不是消耗功率；二是发生在三相电路功率测量中。这时为了取得读数，应改变一下线圈的方向，并且将测量结果加上负号。
对于只能在端钮上进行外部倒线的功率表，一般应改接电流线圈的端钮，而不宜倒换电压线圈，以免在动圈之间形成很大的电位差；对于装有换向开关的功率表，则可直接利用换向开关来改变电压线圈的电流方向。
4. 功率表的读数方法
在多量限功率表的刻度盘上并未标出瓦（W)数，只在标度尺上标了格（div)数，在选用不同电流量限和电压量限时，要读取正确的瓦（W）数必须经换算，计算公式如下：
P=Cα
式中，P为被测功率，单位为瓦(W)；α为功率表指针的读数，单位为格(div )；C为功率的分格常数，单位为瓦／格（W/div）， CUNINN
式中，αN为功率表满刻度的读数，单位为div; UN为所使用的电压线圈的额定值（此值标注在功率表电压线圈的接线端钮旁）；IN为所使用的电流线圈的额定值（此值标注在功率表盒盖内）。
〖例F-1〗 现选用额定电压为UN＝300V,额定电流为IN＝1A,满刻度读数为150div的功率表测量功率，指针读数为75div，求被测量功率的数值。
〖解〗功率表的分格常数为：
CUNINN＝300V1A2W/div
150div故被测功率的数值为：
P＝Cα＝2W/div×75div＝150W
5．低功率因数功率表
低功率因素表是用来测量功率因数较低的交流电路中的功率的。
由于交流电路的功率P＝UICOSφ，当COSφ很小时，相应的功率数值也很小，因此用普通功率表测量时，其偏转角很小，不便于读数，且其他因素如功率表本身的功率损耗等会带来不容许误差，所以就出现了低功率因数功率表。在这种类型的低功率因数功率表中，都采用了各自特殊的减小误差的措施，从而能适应在低功率因素的电路中测量小功率。低功率因数功率表的接线和使用方法与普通功率表相同。
它的分格常数C为：
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CUNINNcosN
N
式中, COSφ为仪表在额定电流、额定电压下使指针达到满刻度的额定功率因数，此
数值标注在表面上。
〖例F-2〗用COSφN =0.2,额定电压为300V、额定电流为1A、满刻度读数为150 div的低功率因数功率表测量功率，当指针读数为60 div时，求该负载所消耗的功率。
〖解〗
CUNINNcosN300V1A0.20.4W/div
150div故负载所消耗的功率为：
P＝Cα＝0. 4 W/div × 60 div＝24 W 应强调指出，低功率因素表上标明的COSφ
N
并非是测量时的负载功率因素，而是功
率表在额定电流、额定电压下能使指针作全偏转的额定功率因素。
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