示波器在電磁測量中華工大物實驗

示波器在電磁測量中的應用化學與化工學院化學工程與工藝專業(yè)一班曾卓實驗內容（一）用示波法顯示穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線1.考慮圖形的取向和示波器公共接地，設計出硅穩(wěn)壓二極管正、反向伏—安特性取向的電路圖，并據(jù)此接線，用示波器分別顯示并打印出該穩(wěn)壓二極管正、反向伏安特性曲線；2.分別求出該穩(wěn)壓二極管正向電流為5mA，反向電流為5mA時的動態(tài)電阻；（二）在示波器上觀察“拍”現(xiàn)象3.根據(jù)實驗室的示波器，設計一個觀察“拍”現(xiàn)象的電路，并按圖接線，后用示波器顯示并打印“拍”振動曲線；4.利用“拍”振動曲線測量未知信號源的頻率ν實驗儀器數(shù)字合成函數(shù)信號發(fā)生器、數(shù)字存儲示波器、交流電源（約15V）、滑線變阻器（2個）、硅穩(wěn)壓二極管（2CW型）、電阻箱、低頻信號發(fā)生器，信號源，導線等實驗原理1.穩(wěn)壓二極管的正向電流與電壓、反向電流與電壓之間的關系可用I～V特性曲線表示，如圖給出了穩(wěn)壓管的伏安特性曲線及其符號。從圖中可以看出，給二極管兩端加以正向電壓，二極管表現(xiàn)為一個低阻值的非線性電阻，當正向電壓較小時，正向電流幾乎為零，只有當正向電壓超過死區(qū)電壓（一般硅管約為0.5V，鍺管約為0.1V）時，正向電流才明顯增大，當正向管壓降達到導通時（一般硅管約為0.6～0.7V，鍺管約為0.2～0.3V），管子才處在正向導通狀態(tài)。迅速增大的電流值有一最大限度，這個最大限度稱為二極管的最大正向電流。給二極管兩端加以反向電壓，二極管表現(xiàn)為一個高阻值電阻。當反向電壓較小時，反向電流很小，當反向電壓超過反向擊穿電壓（一般在幾十伏以上）后，反向電流會突然增大，二極管處于擊穿狀態(tài)。如圖，在a、b端接上交流電壓（其最大輸出電壓的有效值一般為6～8V左右，并能隨時調節(jié)）若接上直流電壓，屏幕上只顯示正向特征曲線。在Ａ、Ｂ之間測出的是近似加在待測元件R0的電壓，在Ｃ、Ｂ間的是電阻R2的電壓，這個電壓正比于R0的電流強度。因而將二極管的電壓U加到示波器的“X軸輸入”端，將二極管的電流轉化為電壓后加到示波器的“Y軸輸入”端，從而在示波器屏上得到伏安特性曲線2.令兩個同方向的簡諧振動振幅相同,我們總可以得到兩振動同相的時刻,令該時刻t=0,則兩振動可分別表示為其合振動為當|f1-f2|<<|f1+f2|時即為拍現(xiàn)象,其振動曲線如圖。拍振動曲線可以看出,所謂拍效應即頻率為(f1+f2)/2的簡諧振動2Acosπ(f1-f2)t的調制,簡諧振動的振幅在0到2A之間變化,變化的頻率是cosπ(f1-f2)t的兩倍,稱之為拍頻f,則f=|f1-f2|。由上式,若已知f1和f2中的一個,再測得f便可測得另一個。實驗步驟穩(wěn)壓管的伏安特性曲線①.將線路上圖接好，注意要將示波器接地。并做好檢查。（R1為限流電阻，以防止通過二極管的電流過大造成損失，一般將它先調到1kΩ左右。）②打開信號源和示波器，調節(jié)信號發(fā)生器至正弦交流電壓檔，輸出信號頻率為1kHz左右，調節(jié)（峰峰值為在10～20V）輸出電壓為6～8V左右，示波器打到X－Y檔，調節(jié)CH1通道及CH2通道的增益旋鈕及位移旋鈕，得到穩(wěn)定清晰的伏安特性曲線。③觀察出現(xiàn)的波形，調節(jié)R1、R2和示波器的偏轉因素使曲線大小適中。再確定原點（把CH1和CH2都接地，看亮點是否在示波器的中心點）。④打印特性曲線，并記錄R1、R2的阻值，以及信號發(fā)生器上的輸出頻率和輸出電壓。（二）利用“拍”振動曲線測量未知信號源的頻率①原則上只要觀測到|f1-f2|<<|f1+f2|(即K>>1)時穩(wěn)定的拍振動曲線,讀取f1,f2及K值,就可驗證測頻公式,但若K為非整數(shù)或K值過大則不易在拍振動曲線上讀出K,實驗時不便采用;K值過小又不能稱之為拍現(xiàn)象,因此實驗中我們取K=5,6或7。②將f1和f2分別加在雙通道示波器的兩個通道CH1和CH2上，觀察兩正弦信號，調節(jié)曲線的零位置，令兩信號的零位相同，并調示波器兩通道上的衰減倍率（或信號發(fā)生器的輸出調節(jié)），令兩信號等幅，然后將Y方式置于相加（Add），適當選擇掃描頻率，就可看到f1和f2的合振動即“拍”振動曲線。打印“拍”振動曲線。③將未知信號和已知信號輸入示波器，按上述方法得到“拍”振動曲線，測得K的值，計算未知信號的頻率。如下圖。數(shù)據(jù)記錄與處理（一）正向反向輸出電壓Vp-p（V）輸出頻率f（Hz）R1（Ω）R2（Ω）動態(tài)電阻（Ω）伏安特性曲線（二）振動曲線輸出頻率f1（Hz）輸出頻率f2（Hz）計算公式Kf1（Hz）f2（Hz）分析總結1.為什么穩(wěn)壓二極管在負電壓中起不了穩(wěn)壓的作用？根據(jù)二極管的伏安特性，穩(wěn)壓管是工作在反向擊穿狀態(tài)的，如果電壓為負值，那么二極管就會在正向導通狀態(tài)下工作，也就失去了穩(wěn)壓作用。而且很快會燒壞。2.電阻與二極管串聯(lián)組合體的伏安特性曲線與真正的