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        淺談模電實(shí)驗(yàn)第一堂課的教學(xué)

        2016-06-06 08:58:40車沛強(qiáng)張心侃
        現(xiàn)代交際 2016年2期
        關(guān)鍵詞:注意事項(xiàng)

        車沛強(qiáng) 張心侃

        [摘要]模電實(shí)驗(yàn)設(shè)備較多,部分設(shè)備的使用較難掌握,如模擬示波器;再者,操作面板上的旋鈕、按鈕眾多,需要在了解其工作原理后,才能熟練地掌握使用方法。

        [關(guān)鍵詞]波形顯示原理 使用方法 注意事項(xiàng)

        [中圖分類號(hào)]G421 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1009-5349(2016)02-0194-02

        作為在實(shí)驗(yàn)室工作多年的實(shí)驗(yàn)教輔人員,接觸了不同老師的實(shí)驗(yàn)授課和指導(dǎo)方式。這些老師中,有頻繁更換的,也有多年不變的。不同的老師有著不同的教學(xué)方式,產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)效果也不一樣。本人多年來(lái)也獨(dú)立承擔(dān)了部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)工作。下面就如何達(dá)到更好的教學(xué)效果,結(jié)合自身與其他教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)狀況,以模電實(shí)驗(yàn)第一堂課——常用電子儀器使用為例,談一些觀點(diǎn)。

        常用電子儀器的使用是模電實(shí)驗(yàn)的第一堂課,是最基礎(chǔ)也是非常重要的一堂課。只有上好第一堂課,使學(xué)生掌握了常用電子儀器的使用方法,才能為后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程的順利進(jìn)行打下基礎(chǔ)。

        本人管理的模電實(shí)驗(yàn)室常用的儀器設(shè)備有:模擬雙蹤示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、指針式交流毫伏表、數(shù)字式萬(wàn)用表、模電實(shí)驗(yàn)箱等。下面就前四種儀器設(shè)備的用途、使用方法及注意事項(xiàng)這三個(gè)方面展開說(shuō)明。值得注意的是,在本次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,須帶著學(xué)生一起調(diào)節(jié)設(shè)備,一步步動(dòng)手操作,這樣學(xué)生才能更好地、直觀地了解這些儀器的使用方法。

        一、模擬雙蹤示波器(以型號(hào)YB4325為例說(shuō)明)

        作用:顯示隨時(shí)間變化的電壓波形。

        使用方法:

        模擬示波器,面板上的旋鈕、按鈕數(shù)量眾多,所以能否熟練掌握示波器的使用是此次乃至今后實(shí)驗(yàn)課的一個(gè)難點(diǎn)與重點(diǎn)。讓學(xué)生在了解設(shè)備工作原理方面知識(shí)后,再去學(xué)習(xí)使用示波器,就能做到有側(cè)重性地調(diào)節(jié),使學(xué)生快速學(xué)會(huì)示波器的使用方法,而不是盲目亂調(diào)。

        為了方便理解示波器的調(diào)節(jié)使用,下面針對(duì)性地說(shuō)明模擬示波器,其波形顯示的原理是:示波器內(nèi)的CRT(陰性射線管)產(chǎn)生高速的電子束打向涂有熒光粉的屏幕,使得屏幕被“轟擊”的點(diǎn)發(fā)亮。這個(gè)亮點(diǎn)原本是固定不動(dòng)的。同時(shí),示波器內(nèi)的負(fù)責(zé)水平方向掃描的線圈,加入本機(jī)自身產(chǎn)生的鋸齒波電壓,在電場(chǎng)的作用下,將這個(gè)不會(huì)動(dòng)的亮點(diǎn)變成水平從左向右勻速移動(dòng)并不斷重復(fù)的亮點(diǎn)。當(dāng)這個(gè)重復(fù)移動(dòng)的亮點(diǎn)通過(guò)面板相應(yīng)旋鈕調(diào)節(jié),使得重復(fù)的頻率達(dá)到一定值時(shí)(約50Hz),人眼分辨不出,就會(huì)變成一條亮線,這就是所謂的掃描線。此旋鈕就是面板上的“Time/Div”這個(gè)旋鈕。通過(guò)調(diào)節(jié)此旋鈕,可以改變鋸齒波電壓的周期,也就是改變掃描頻率,這樣就可以直觀地看到屏幕上該亮點(diǎn)的變化情況。當(dāng)Time/Div設(shè)定的數(shù)值比較大時(shí),屏幕顯示的是慢速移動(dòng)的光點(diǎn)。當(dāng)數(shù)值減小后,亮點(diǎn)移動(dòng)速度變快。數(shù)值更小時(shí),移動(dòng)的亮點(diǎn)變成一條亮線。被測(cè)信號(hào)通過(guò)CH1/CH2輸入口送入示波器,經(jīng)過(guò)內(nèi)部衰減/放大后,加到示波器內(nèi)的垂直偏轉(zhuǎn)線圈上,使得亮點(diǎn)在垂直方向上移動(dòng)。這樣,在內(nèi)部鋸齒波電壓及外部被測(cè)信號(hào)的作用下,亮點(diǎn)就隨著被測(cè)信號(hào)的波形軌跡從左向右移動(dòng)并不斷重復(fù),于是屏幕就顯示出被測(cè)信號(hào)的波形了。

        面板上最常使用和調(diào)節(jié)的,也是設(shè)計(jì)外觀最大的三個(gè)旋鈕,除了Time/Div這個(gè)旋鈕,另兩個(gè)旋鈕分別是CH1、CH2的靈敏度旋鈕Volts/Div。通過(guò)調(diào)節(jié)這兩個(gè)旋鈕,可以分別調(diào)節(jié)這兩個(gè)通道顯示波形的大小。

        兩個(gè)輸入通道CH1、CH2附近各有兩個(gè)按鈕。一個(gè)為接地的按鈕,另一個(gè)為輸入耦合方式的AC/DC的選擇按鈕。這兩個(gè)按鈕的作用是:選中接地按鈕后,相應(yīng)通道的輸入信號(hào)會(huì)在示波器內(nèi)部斷開,并將此通道的輸入信號(hào)置為GND。此按鈕在示波器用于測(cè)量直流電壓時(shí),起到定位0V電壓線的作用。另一按鈕,AC/DC按鈕為屏幕顯示被測(cè)信號(hào)的交流分量還是整個(gè)被測(cè)信號(hào)(含直流分量)的選擇按鈕。

        屏幕下方的輝度、聚焦旋鈕用于調(diào)節(jié)屏幕的亮度與線條的細(xì)膩程度。四選一的垂直方式選擇開關(guān)配合四選一的觸發(fā)源開關(guān),用來(lái)選擇CH1、CH2、雙蹤、疊加及相應(yīng)的觸發(fā)源。電平旋鈕用來(lái)控制何時(shí)產(chǎn)生鋸齒波電壓,起到穩(wěn)定波形的作用。選中X-Y按鈕后,示波器斷開內(nèi)部的鋸齒波電壓,負(fù)責(zé)水平與垂直方向掃描的控制信號(hào),由CH1(控制水平掃描)與CH2(控制垂直掃描)輸入的信號(hào)來(lái)控制,屏幕顯示出李沙育圖形,由此可以測(cè)出兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差及頻率的比值。在進(jìn)行波形參數(shù)測(cè)量前,需將當(dāng)前通道及水平掃描的微調(diào)放置至校準(zhǔn)位置。設(shè)置好Time/Div及Volts/Div后,屏幕顯示至少一個(gè)完整周期的信號(hào),讀出波形波峰與波谷之間縱向的格子數(shù),乘以Volts/Div在屏幕上顯示的數(shù)值,即為信號(hào)的峰值電壓。讀出一個(gè)周期信號(hào)在水平方向的格子數(shù),乘以Time/Div在屏幕上顯示的數(shù)值,即為信號(hào)的周期。周期的倒數(shù)就是信號(hào)的頻率。

        示波器的輸入探頭上有一個(gè)二選一的開關(guān),標(biāo)識(shí)為X1、X10。這是一個(gè)10倍的電壓衰減開關(guān),放置X10這檔時(shí),輸入電壓衰減為原來(lái)的十分之一,故示波器測(cè)出的電壓值需乘以10,才是輸入電壓的大小。X1這檔是無(wú)衰減。

        如前所述,示波器操作面板復(fù)雜,是這些設(shè)備中最難掌握的。學(xué)生通過(guò)了解波形顯示的基本原理,才能更深地體會(huì)到調(diào)節(jié)面板上這些旋鈕所起的作用。比如:示波器被設(shè)定成只顯示一個(gè)固定不動(dòng)的亮點(diǎn)時(shí),學(xué)生無(wú)法進(jìn)行正常的信號(hào)參數(shù)測(cè)量。那么在了解波形顯示原理后,知道應(yīng)該是X-Y按鈕被選中,造成示波器本機(jī)的鋸齒波電壓被斷開。同時(shí),兩個(gè)通道輸入端的GND按鈕被按下,造成輸入信號(hào)被斷開,故屏幕僅顯示一個(gè)固定不動(dòng)的亮點(diǎn)。取消這三個(gè)按鈕后,問(wèn)題就解決了。

        二、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器(以型號(hào)YB1620P為例說(shuō)明)

        作用:輸出電壓及頻率可調(diào)的三角波、方波、正弦波。

        使用說(shuō)明及注意事項(xiàng):

        此型號(hào)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器有三種波形輸出,分別是三角波、方波、正弦波。用三個(gè)自復(fù)位按鍵選擇其中一種波形,三個(gè)LED燈指示是哪種波形輸出。實(shí)驗(yàn)中常用的是正弦波。輸出頻率的調(diào)節(jié)是:顯示頻率值的8位數(shù)碼管下面的兩個(gè)旋鈕,都是用來(lái)調(diào)節(jié)當(dāng)前頻率檔的頻率值的。一個(gè)是粗調(diào),頻率的改變量大,另一個(gè)是細(xì)調(diào),頻率的改變量小。這兩個(gè)旋鈕總的頻率調(diào)節(jié)范圍是當(dāng)前頻率檔值的0.1倍至1倍。兩個(gè)旋鈕下方的一排共有8個(gè)自復(fù)位按鈕,是用來(lái)選擇不同頻率檔的。比如選中2K這個(gè)頻率按鈕,表示此頻率檔通過(guò)上面的兩個(gè)頻率調(diào)節(jié)旋鈕,頻率的調(diào)節(jié)范圍是200Hz—2KHz。輸出電壓大小的調(diào)節(jié)除了一個(gè)標(biāo)有幅度的旋鈕外,另外還有兩個(gè)帶自鎖的衰減按鈕。這兩個(gè)衰減按鈕,一個(gè)是衰減10倍(-20DB),另一個(gè)是衰減100倍(-40DB),都選中的話,衰減1 000倍。這樣,通過(guò)調(diào)節(jié)幅度旋鈕及兩個(gè)衰減按鈕,可以得到毫伏級(jí)至伏特級(jí)的輸出電壓。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,常抱怨輸出電壓無(wú)法調(diào)小或調(diào)大,都是因?yàn)檫z忘了還有兩個(gè)衰減開關(guān)。本儀器自帶輸出電壓顯示,但顯示的是輸出電壓的峰值。實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常要求此儀器輸出有效值是多少的電壓,故需告知學(xué)生,實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意區(qū)分,別把峰值當(dāng)成有效值。使用此類信號(hào)源儀器,包括電壓源等,切記輸出不能短路。

        三、指針式交流毫伏表(以型號(hào)YB2172為例說(shuō)明)

        ▲作用:測(cè)量正弦交流電壓的有效值。

        ▲使用說(shuō)明及注意事項(xiàng):

        此款儀表適合5Hz—2MHz頻率的正弦波信號(hào)電壓的測(cè)量。表盤內(nèi)有兩條電壓刻度線,分別為0—1和0—3。量程旋鈕切換量程分為逢一量程(1mV、10mV、100mV……)和逢三量程(3mV、30mV、300mV……)。凡逢一的量程直接在0—1刻度線上讀取數(shù)據(jù),凡逢三的量程直接在0—3刻度線上讀取數(shù)據(jù),單位為該量程的單位,無(wú)需換算。交流毫伏表靈敏度較高,打開電源后,在較低量程時(shí)由于干擾信號(hào)(感應(yīng)信號(hào))的作用,指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),稱為自起現(xiàn)象。所以在不測(cè)試信號(hào)時(shí)應(yīng)將量程旋鈕旋到較高量程檔,以防打彎指針。測(cè)量電壓時(shí),也是先用大量程測(cè)試,再逐漸減小量程至合適位置。合理設(shè)置量程,讓指針偏轉(zhuǎn)角度在滿量程1/3以上,以減小誤差。讀數(shù)時(shí)正視儀表,讓指針與鏡中的像重合,減小視覺誤差。

        四、數(shù)字萬(wàn)用表

        作用:可以測(cè)量交直流的電壓與電流、電阻、電容、三極管的β、二極管極性,判斷線路的通斷等。本文略過(guò)使用說(shuō)明,說(shuō)說(shuō)使用上的注意事項(xiàng)。

        注意事項(xiàng):

        ①測(cè)量電流時(shí),萬(wàn)用筆應(yīng)串接入被測(cè)電路中。不像測(cè)電壓,萬(wàn)用表是并入電路中的;

        ②選好檔位與量程后,才能接入電路中進(jìn)行測(cè)量。量程的選擇,應(yīng)從大至小,最終選用接近被測(cè)值的量程,增加讀數(shù)的有效位數(shù);

        ③測(cè)量過(guò)程中,若需調(diào)節(jié)檔位,應(yīng)將萬(wàn)用表表筆先脫離電路,選好檔位后,再將表筆接入電路中。測(cè)量過(guò)程中,嚴(yán)禁隨意調(diào)節(jié)檔位;

        ④嚴(yán)禁用電流檔、電阻檔等檔位去測(cè)量電壓。因此款萬(wàn)用表,電流檔與電壓檔、紅表筆接入的端口不一樣,當(dāng)反復(fù)測(cè)電流與電壓時(shí),除了選擇正確的檔位,還需反復(fù)確認(rèn)紅表筆的接入端口是否正確。防止電流檔去測(cè)電壓,造成萬(wàn)用表的損壞。

        以上介紹了常用的四種儀器/設(shè)備的作用、使用方法及注意事項(xiàng)。老師在講解這些儀器設(shè)備的同時(shí),需帶著學(xué)生進(jìn)行同步操作,讓學(xué)生立刻就有直觀的感受。然后布置相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)考查他們對(duì)這些設(shè)備使用的掌握程度,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)鞏固、加深他們對(duì)這些設(shè)備的了解與操作。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,老師需反復(fù)走動(dòng),主動(dòng)了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題,并針對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況,不斷完善今后的教學(xué)內(nèi)容與方式。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]張保華.模擬電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)(第2版)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2011.

        [2]李悅.淺談模電實(shí)驗(yàn)“常用儀器的使用”[J].中國(guó)電力教育,2010(02).

        責(zé)任編輯:張麗

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