示波器在电磁测量中的应用华工大物实验

示波器在电磁测量中的应用

化学与化工学院化学工程与工艺专业一班曾卓

实验内容

（一）用示波法显示稳压二极管伏安特性曲线

1.考虑图形的取向和示波器公共接地，设计出硅稳压二极管正、反向伏一安特性取向

的电路图，并据此接线，用示波器分别显示并打印出该稳压二极管正、反向伏安特性曲线；

2.分别求出该稳压二极管正向电流为5mA，反向电流为5mA时的动

态电阻；

（二）在示波器上观察“拍”现象

3.根据实验室的示波器，设计一个观察“拍”现象的电路，并按图接线，后用示波器

显示并打印“拍”振动曲线；

4.利用“拍”振动曲线测量未知信号源的频率v

实验仪器

数字合成函数信号发生器、数字存储示波器、交流电源（约15V ）、滑线

变阻器（2个）、硅稳压二极管（2CW型）、电阻箱、低频信号发生器，信号源，导线等实验原理

1.稳压二极管的正向电流与电压、反向电流与电压之间的关系可用I〜V

特性曲线表示，如图给出了稳压管的伏安特性曲线及其符号。

从图中可以看出，给二极管两端加以正向电压，二极管表现为一个低阻值的非线性电阻，

当正向电压较小时，正向电流几乎为零，只有当正向电压超过死区电压（一般硅管约为

0.5V，锗管约为0.1V ）时，正向电流才明

显增大，当正向管压降达到导通时（一般硅管约为0.6〜0.7V，锗管约为

0.2〜0.3V ），管子才处在正向导通状态。迅速增大的电流值有一最大限度，

这个最大限度称为二极管的最大正向电流。给二极管两端加以反向电压，二极管表现为一个高阻值电阻。当反向电压较小时，反向电流很小，当反向电压超过反向击穿电压（一般在几十伏以上）后，反向电流会突然增大，

二极管处于击穿状态。

如图，在a、b端接上交流电压（其最大输出电压的有效值一般为6〜8V

左右，并能随时调节）若接上直流电压，屏幕上只显示正向特征曲线。在

A、E之间测出的是近似加在待测元件R0的电压，在C、E间的是电阻

R2的电压，这个电压正比于R0的电流强度。因而将二极管的电压U加到示波器的“ X 轴输入”端，将二极管的电流转化为电压后加到示波器的“Y

轴输入”端，从而在示波器屏上得到伏安特性曲线

2.令两个同方向的简谐振动振幅相同，我们总可以得到两振动同相的时

刻，令该时刻t=0,则两振动可分别表示为

yi ( r) = A呼L /+

> > (r) =吟){+射

其合振动为帅"可山丿+M ” =加沪仆川瀏刚M叶01

当|f l-f 2|<< |f 1+f 2|时即为拍现象，其振动曲线如图

拍振动曲线

可以看出,所谓拍效应即频率为(f i+f 2)/2的简谐振动2ACOS n (f i-f 2)t的调制，简谐振动的振幅在0到2A之间变化，变化的频率是COS Tt(f 1 -f 2)t的两倍，称之为拍频f,则f=|f 1-f 2 |。由上式，若已知f l和f2中的一个，再测得f 便可测得另一个。

实验步骤

(一)稳压管的伏安特性曲线

①•将线路上图接好，注意要将示波器接地。并做好检查。(R1为限流电阻，以

防止通过二极管的电流过大造成损失，一般将它先调到1k Q左右。)

②打开信号源和示波器，调节信号发生器至正弦交流电压档，输出信号频率为

1kHz左右，调节(峰峰值为在10〜20V)输出电压为6〜8V左右，示波器打到X -丫档，调节CH1通道及CH2通道的增益旋钮及位移旋钮，得到稳定清晰的伏安特性曲线。

③观察出现的波形，调节R1、R2和示波器的偏转因素使曲线大小适中。再确定原点（把CH1和CH2都接地，看亮点是否在示波器的中心点）。

④打印特性曲线，并记录R1、R2的阻值，以及信号发生器上的输出频率和输出电压。

（二）利用“拍”振动曲线测量未知信号源的频率

①原则上只要观测到|f1-f 2|>1）时稳定的拍振动曲线1

1

读取f1, f2及K值,就可验证测频公式K T f―1 f

1

f

2

1 1 f

1 ◎,但若

T'

1

2|f1 f2|

I f1 f2 I

2

K为非整数或K值过大则不易在拍振动曲线上读出K,实验时不便采用;K 值过小又不能称之为拍现象,因此实验中我们取K=5,6或7。

②将f1和f2分别加在双通道示波器的两个通道CH1和CH2上，观察两正弦信号，调节曲线的零位置，令两信号的零位相同，并调示波器两通道上的衰减倍率（或信号发生器的输出调节），令两信号等幅，然后将丫方

式置于相加（Add ），适当选择扫描频率，就可看到f1和f2的合振动即“拍” 振动曲线。打印“拍”振动曲线。

③将未知信号和已知信号输入示波器，按上述方法得到“拍”振动曲线, 测得K的值，计算未知信号的频率。

丄1

如下图。K— f 1 fl f2 1EL

T'

1

2|f i f2|

f l f2 |

2

g

■T

数据记录与处理

伏安特性曲线t 【仙

振动输出频率f i ( Hz) 输出频率f2 ( Hz)

分析总结

1•为什么稳压二极管在负电压中起不了稳压的作用？

根据二极管的伏安特性，稳压管是工作在反向击穿状态的，如果电压为负值，那么二极管就会在正向导通状态下工作，也就失去了稳压作用。而且很快会烧坏。

2.电阻与二极管串联组合体的伏安特性曲线与真正的二极管的伏安特性曲线的关系如何，电阻的阻值对曲线的影响如何。

二极管虽不是线性元件，但对不同的电压，电流,仍有对应的阻值RD=UD/ID根据串联分压，我们可求出直接加在二极管两端的电压，再描点作图。