第2章
基本测量原理及基础仪器的使用

※学习目标

1.学会万用表、直流电源、函数信号发生器、示波器等基本仪器的基本使用。

2.理解万用表、直流电源、函数信号发生器、示波器的主要功能、技术指标。

3.领会万用表、直流电源、函数信号发生器、示波器的参数测量注意事项。

4.学会分析仪器使用过程中的数据错误或误差产生的原因。

※思政导航

如果学习只在模仿，那么我们就不会有科学，也不会有技术。——高尔基

基本电子仪器通常是指用于测量电压、电流、频率、波形等参量的测试仪器及各种信号发生器。在电路实验中常用的电子仪器主要有示波器、信号发生器、频率计数器、晶体管毫伏表、万用表、直流稳压电源等。

2.1 GDM-8341 万用表的使用

2.1.1 功能

可测试电压、电流、电阻、电平、电容值等。

2.1.2 主要技术指标

①电压测量：DCmV，ACmV： 0 ~ 500 mV；DCV，ACV：5 ~ 1 000 V。

②电流测量：DCA，ACA：500 μA ~ 0.5 A；DCA，ACA：12 A。

2.1.3 使用方法

1）GDM-8341 万用表面板

GDM-8341 万用表面板如图 2.1.1 所示。

2）各部分功能名称及作用

①电源。

我创造，所以我生存。——罗曼·罗兰

②功能选择按钮（按下“SHIFT/EXIT”键实现第二功能或退出）。

③④⑤⑥为测试线插座。

⑦测量数据显示（数值及单位）。

3）使用方法

①连接表笔：黑表笔插入④号插座，测量电压、电阻时红表笔插入⑤号插座，测量小于0.5 A电流时红表笔插入⑥号插座，测量大于 0.5 A电流时红表笔插入③号插座。

②根据测量需要选择功能按钮。

③从测量数据显示框中读取数据。

2.2 GPD-3303S直流稳压电源的使用

2.2.1 功能

输出两组可调电压值及一组可选择电压值。

2.2.2 主要技术指标

CH1、CH2 可独立输出 0 ~ 32 V电压；CH3 可输出 2.5 V、3.3 V和 5 V三个电压。

2.2.3 使用

GPD-3303S直流稳压电源面板如图 2.2.1 所示。

使用方法：

①按下电源键启动仪器。

②激活“CH1”（橙色灯亮，下同），旋动“电压旋钮”可调节欲输出的CH1 通道电压值，轻按“电压旋钮”可点亮其左侧“FINE”下指示灯，此时可进行更为精细的调整。

③激活“CH2”，旋动“电压旋钮”可调节欲输出的CH2 通道电压值。

④滑动“CH3 电压选择”滑钮可选择对应电压值，作为CH3 通道的输出电压。

⑤激活“OUTPUT”，即可使各通道输出已设置的电压。

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置的；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。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。

如果试图改变一些东西，首先应该接受许多东西。——萨特

2.3 AFG-2225 函数信号发生器的使用

2.3.1 功能

提供正弦波、方波、三角波等信号。

2.3.2 主要技术指标

①信号频率：1 μHz ~ 25 MHz，1 μHz分辨率。

②输出阻抗：函数输出为 50 Ω、TTL输出大于 1 kΩ。

③输出信号波形：正弦波、方波、斜波、脉冲波、噪声波及任意波。

④输出信号幅度：

函数输出：≤20 MHz：1 mV _p-p ~ 10 V _p-p （接 50 Ω）；2 mV _p-p ~ 20 V _p-p （开路）

≤25 MHz：1 mV _p-p ~ 5 V _p-p （接 50 Ω）；2 mV _p-p ~ 10 V _p-p （开路）

TTL脉冲输出：“0”电平≤0.8 V，“1”电平≥1.8 V。

2.3.3 使用

AFG-2225 函数信号发生器前面板如图 2.3.1 所示。

使用方法：

①按下电源键启动仪器。

任何科学上的雏形，都有它双重的形象：胚胎时的丑恶，萌芽时的美丽。——雨果

②点按“通道切换键”选择欲设置的通道。

③点按“操作键”中的“Waveform”键，再通过“功能键”选择波形类型。

④点按“操作键”中的“FREQ/Rate”键，利用“数字键盘”或“滚轮”设置频率数值，再通过“功能键”选择频率单位。

⑤点按“操作键”中的“AMPL”键，利用“数字键盘”或“滚轮”设置幅值数值，再通过“功能键”选择幅值单位。

⑥激活“OUTPUT”键（蓝色灯亮），即可从“输出端口”将所设置信号输出。

AFG-2225 有三类主要的数字输入：数字键盘、箭头键和滚轮。下面介绍如何使用数字输入编辑参数：

①按（F1—F5）对应功能键选择菜单项。例如，功能键F1 对应软键“Sine”。

②使用箭头键将光标移至需要编辑的数字。

③使用滚轮编辑数字。顺时针增大，逆时针减小。

④数字键盘用于设置高光处的参数值。

2.4 MDO-2102A 100 MHz多功能混合域数字示波器的使用

2.4.1 简介

MDO-2102A是频宽从DC至 100 MHz（-3 dB）的多功能混合域数字示波器，具有 2 组输入通道，灵敏度最高可达 1 mV/div，20 M记录长度不仅支持长时间的波形存储，也为后期分析提供了充足的数据支持。具有示波器、频谱分析仪等多个功能和多款App应用，例如数据记录器、网络存储功能、模板测试功能等。

2.4.2 主要技术指标

①频带宽度：DC耦合时为 0 ~ 100 MHz；AC耦合时为 10 Hz ~ 100 MHz。

人永远是要学习的。死的时候，才是毕业的时候。——萧楚女

②实时采样率：2 GSa/ s。

③记录长度：每通道 20 M/VPO波形显示技术。

④波形更新率：最高 600 000 wfms/ s（分段模式）。

⑤灵敏度：1 mV/ div ~ 10 V/ div。

⑥输入阻抗：1 MΩ；电容：约 16 pF。

⑦上升时间：约 3.5 ns。

⑧最大输入电压：300 Vrms，CAT1。

⑨多款App应用：数据记录器、网络存储功能、模板测试功能等。

⑩接口：USB，LAN，Go / NoGo。

2.4.3 使用

1）MDO-2102A前面板

MDO-2102A前面板如图 2.4.1 所示。

2）各部分名称及功用

①区LCD显示屏：8 寸WVGA TFT彩色LCD，800×480 分辨率，宽视角显示。

②区7 个底部菜单键和1◈1区5 个右侧菜单键用于选择LCD屏上的界面菜单，面板右侧的菜单键用于选择变量或选项。

菜单使用背景：

在每一个菜单项中，激活的参数变亮。如图 2.4.2（a）所示，表示当前为直流耦合。菜单项将呈现所有选项，但仅当前选项变亮。如图 2.4.2（b）所示，斜率可选。

选择菜单项，参数或变量：

从右侧菜单参数中“选择”一个数值时，首先按相应菜单键，使用可调旋钮滚动参数列表或增加/减小变量值。

【例 1】如图 2.4.3 所示。

操作步骤：①按底部菜单键进入右侧菜单。②按右侧菜单键设置参数或进入子菜单。③如果需要进入子菜单或设置变量参数，可以使用可调旋钮调节菜单项或变量。④“Select”键用于确认和退出。⑤再次按此底部菜单键，返回右侧菜单。

人生最宝贵的是生命，人生最需要的是学习，人生最愉快的是工作，人生最重要的是友谊。——斯大林

【例 2】对于一些变量，循环箭头图标表明此变量的菜单键，可用可调旋钮编辑，如图2.4.4 所示。

操作步骤：①按下菜单键，循环箭头变亮。②使用可调旋钮编辑数值。

切换菜单参数：按底部菜单键切换参数，如图 2.4.5 所示。

恢复右侧菜单：按相应底部菜单键还原右侧菜单，如图 2.4.6 所示，例如：按“Source”软键还原Source菜单。

恢复底部菜单：再按相关功能键还原底部菜单，如图 2.4.7 所示。

求学的三个条件是：多观察、多吃苦、多研究。——加菲劳

关闭所有菜单或关闭屏幕信息：按“Menu Off”键关闭右侧菜单，再按一次关闭底部菜单，如图 2.4.8 所示，“Menu Off”键也用于关闭任何屏幕信息。

③区各部分名称及功用见表 2.4.1。

顺天时，量地利，则用力少而成功多。——贾思勰

④区为VERTICAL垂直偏转系统，设置波形的垂直位置，各部分名称及功用见表 2.4.2。

CH1 通道按钮点亮的情况下，再次按CH1，②区 7 个底部菜单栏可进行CH1 通道设置，如图 2.4.9 所示。

千虚不搏一实。——《象山集·语录》

⑤区为TRIGGER触发系统，控制触发准位和选项，各部分名称及功用见表 2.4.3。

⑥区为Horizontal水平偏转系统，用于改变光标位置、设置时基、缩放波形和搜索事件，各部分名称及功用见表 2.4.4。

⑦区各部分名称及功用见表 2.4.5。

惜时专心苦读是做学问的一个好方法。——蔡尚思

⑧区功能键区，按下功能键可通过②区底部菜单键和⑪区右侧菜单键设置示波器的不同功能，各部分名称及功用见表 2.4.6。

⑨号键“Variable Knob and Select Key”，可调旋钮用于增加/减少数值或选择参数，“Select”键确认选择。

⑩号键“Hardcopy Key”，一键保存或打印。

⑪区的 5 个菜单键用于选择变量或选项。

⑫区的“Menu Off Key”，使用菜单关闭键隐藏屏幕菜单系统。“Option Key”用于访问已安装的选项，如逻辑分析仪、信号源。

2.4.4 数字示波器的参数测量及使用注意事项

数字示波器的参数测量有自动测量功能（Measure功能），可以测量和更新电压/电流、时间和延迟类型等主要测量项，也可以采用手动测量。

1）自动测量

（1）增加测量项

操作步骤：①按“Measure”键。②选择底部菜单的“Add Measurement”。③从右侧菜单中选择“V”/“Time”或“Delay”测量；选择期望增加的测量类型。④所有自动测量值都显示在屏幕下方。通道与颜色的对应关系如下：对于模拟输入，黄色=CH1，蓝色=CH2。⑤选择信号来源：通道信号来源必须在测量前或选择测量项目时设置，按下信号来源按钮，在右侧菜单中按Source1 或Source2 设置和选择信号来源。

学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克

（2）删除测量项

操作步骤：①按“Measure”键。②选择底部菜单中“Remove Measurement”。③按“Select Measurement”，从测量列表中选择期望删除的项目。注意，按“Remove All”删除所有测量项。

（3）查看测量结果

操作步骤：①按“Measure”键。②选择底部菜单中的“Display All”。③在右侧菜单中选择信号来源。④屏幕显示电压和时间类型的测量结果。测量结果如图 2.4.10 所示。

（4）相位测量举例

操作步骤：①按“Measure”键。②选择测量变量。③设置Source1 和Source2 对应的信号来源通道CH1 或CH2。④按延迟相位按钮，屏幕下方显示为Source1 相对Source2 的相位差。

2）手动测量

（1）电压测量

通过垂直刻度旋钮所示位置，直接从示波器上测量出被测电压的高度，然后换算成电压值。计算公式为：

式中 H ——被测信号峰-峰值高度（垂直方向格数）；

V/ div——电压垂直刻度示值。

在测量时注意：

①当被测信号是交流电压时，输入耦合方式应选择“AC”，调节V/div旋钮，使波形显示便于读数，如图 2.4.11 所示。

②当被测信号是直流电压时，应先把扫描基线调整到零电平位置（即输入耦合方式选择“GND”，调节 Y 轴位移使扫描基线在一合适的位置，此时扫描基线即为零电平基准线），然后再将输入耦合方式选择到“DC”。根据波形偏离零电平基准线的垂直距离 H （div）及V/div的指示值，可以算出直流电压的数值。如图 2.4.12 所示。

学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子

（2）时间测量（周期或频率）

对信号的周期或信号任意两点间的时间参数进行测量时，首先水平刻度旋钮到合适位置，显示出稳定的波形，再根据信号的周期或需测量的两点间的水平距离 D （ div），以及 t / div旋钮的指示值，由下式计算出时间

如图 2.4.13 所示， A 、 B 两点间的水平距离 D 为 8 div， t / div设置在 2 ms/ div，则周期为 T =2 ms/div×8 div=16 ms；对于周期性信号的频率测量，可先测出该信号的周期 T ，再根据公式 f =1 / T ，计算出频率的数值。

（3）测量两个同频率信号的相位差

将触发源选择开关置于作为测量基准的通道，采用双踪显示，在屏幕上显示出两个信号的波形。根据信号在一个周期水平方向的长度 L （div）以及两个信号波形上对应点（ A 、 B ）间的水平距离 D （div）（参看图 2.4.14），计算出两信号间的相位差：

（4）使用注意事项

为了安全、正确地使用示波器，必须注意以下几点：

①使用前，应检查电网电压是否与仪器要求的电源电压一致。

②定量观测波形时，应尽量在屏幕的中心区域进行，以减小测量误差。

③被测信号电压（直流加交流的峰值）的数值不应超过示波器允许的最大输入电压。

④调节各种开关、旋钮时，不要过分用力，以免损坏。

⑤探头和示波器应配套使用，不能互换，否则可能导致误差或波形失真。

学和行本来是有机联系着的，学了必须要想，想通了就要行，要在行的当中才能看出自己是否真正学到了手。否则读书虽多，只是成为一座死书库。——谢觉哉 T/+633g3tId3k/MUaSxEOV99EV+vnHZHCgjIqM+xedCgFDHmk6jC2eMeUZg4kPzn