1.6　常用电子仪器仪表

函数信号发生器、示波器、万用表和交流毫伏表等是电工电子技术实验中最常使用的电子仪器仪表。本节主要介绍它们的基本组成、主要功能及使用方法。

1.6.1　模拟函数信号发生器/计数器

1.主要功能

模拟函数信号发生器/计数器的输出可以是正弦波、三角波和方波等基本波形，还可以是脉冲波和锯齿波等非对称波形。

模拟函数信号发生器/计数器主要有控制输出信号的波形、控制函数信号产生的频率、测量并显示输出信号或外部输入信号的频率以及测量并显示输出信号的幅度等功能。

2.操作面板简介

模拟函数信号发生器/计数器的前操作面板如图1.13所示。

（1）频率显示窗口：显示外测信号或输出信号的频率，单位由窗口右侧所亮的指示灯确定，Hz或kHz。

（2）幅度显示窗口：显示输出信号的幅度，单位由窗口右侧所亮的指示灯确定，mVpp或Vpp。

（3）扫描宽度调节旋钮：调节扫频输出的频率范围。在外测频时，将旋钮逆时针旋到底（绿灯亮），此时外输入测量信号经过低通开关进入测量系统。

（4）扫描速率调节旋钮：调节内扫描的时间长短。在外测频时，逆时针旋到底（绿灯亮），此时外输入测量信号经过“20dB”衰减进入测量系统。

（5）扫描/计数输入插孔：当“扫描/计数”键功能选择在外扫描或外计数功能时，此插孔输入外扫描控制信号或外测频信号。

（6）点频输出端：输出100Hz、2Vpp的标准正弦波信号。

（7）函数信号输出端：输出多种波形受控的函数信号，输出幅度为20Vpp（1MΩ负载），10Vpp（50Ω负载）。

（8）函数信号输出幅度调节旋钮：调节范围为20dB。

（9）函数信号输出直流电平偏移调节旋钮：调节范围为-5～+5V（50Ω负载），-10～+10V（1MΩ负载）。当电位器关闭（旋钮逆时针旋到底即绿灯亮）时，为0电平。

（10）函数信号输出幅度衰减按键：“20dB”和“40dB”按键均未按下时，信号不经衰减直接从插孔7输出。“20dB”或“40dB”键分别按下时，可衰减20dB或40dB。“20dB”“40dB”键同时按下时，则衰减60dB。

（11）输出波形对称调节旋钮：用来改变输出信号的对称性。当电位器关闭（旋钮逆时针旋到底即绿灯亮）时，输出对称信号。

（12）函数信号输出波形选择按钮：用来选择正弦波、三角波和方波3种波形。

（13）波形指示灯：用来分别指示正弦波、三角波和方波。按下波形选择按钮12，相应的指示灯亮，说明该波形被选定。

（14）“扫描/计数”按钮：用来选择多种扫描方式和外测频方式。

（15）“扫描/计数”指示灯：用来显示所选择的扫描和外测频方式。

（16）倍率选择按钮↓：每按一次此按钮可递减输出频率的1个频段。

（17）频率微调旋钮：用来微调输出信号频率，调节基数为：0.1～1。

（18）倍率选择按钮↑：每按一次此按钮可递增输出频率的1个频段。

（19）频段指示灯：共8个，用来表明当前频段被选定。

（20）整机电源开关：用来接通或关断整机电源。

此外，在后面板上还有：TTL/CMOS电平调节旋钮（调节旋钮“关”为TTL电平，打开则为CMOS电平，输出幅度为5～15V）；TTL/CMOS输出插座和电源插座（交流电220V输入插座，内置容量为0.5A的熔丝）。

3.使用方法

（1）主函数信号输出方法：

①将信号输出线连接到函数信号输出插座“7”。

②通过倍率选择按钮“16”或“18”选定输出函数信号的频段，通过频率微调旋钮“17”来调整输出信号的频率，直到所需的频率值。

③通过波形选择按钮“12”选择输出函数信号的波形，可分别获得正弦波、三角波和方波。

④通过函数信号输出幅度衰减按键“10”和函数信号输出幅度调节旋钮“8”选定和调节输出信号的幅值。

⑤若需要输出信号携带直流电平，可通过转动直流偏移旋钮“9”进行调节，此旋钮若处于关闭状态，则输出信号的直流电平为0，此时输出为纯交流信号。

⑥若输出波形对称调节钮“11”关闭，则输出信号为正弦波、三角波或占空比为50％的方波。转动此旋钮，可改变输出方波信号的占空比或将三角波调变为锯齿波，正弦波调变为正、负半周角频率不同的正弦波形，最多可移相180°。

（2）点频正弦信号输出方法：

①将终端不加50Ω匹配器的信号输出线连接到点频输出端“6”。

②输出频率为100Hz，幅度为2Vpp（中心电平为0）的标准正弦波信号。

（3）内扫描信号输出方法：

①通过“扫描/计数”按钮“14”选定“内扫描”方式。

②通过分别调节扫描宽度调节旋钮“3”和扫描速率调节旋钮“4”来获得所需的扫描信号输出。

③通过主函数信号输出端“7”和TTL/CMOS输出端（位于后面板）均可输出相应的内扫描的扫频信号。

（4）外扫描信号输入方法：

①通过“扫描/计数”按钮“14”选定为“外扫描”方式。

②通过“扫描/计数”输入插孔“5”输入相应的控制信号，即可得到相应的受控扫描信号。

（5）TTL/CMOS电平输出方法：

①通过转动后面板上的TTL/CMOS电平调节旋钮来获得所需的电平。

②将终端不加50Ω匹配器的信号输出线连接到后面板上的TTL/CMOS输出插座即可输出所需的电平。

1.6.2　DDS函数信号发生器

DDS（Direct Digital Synthesis）函数信号发生器，即直接数字频率合成函数信号发生器，是基于稳定度极高的石英晶体振荡器和计算机技术而发展起来的一种信号发生器。它没有振荡器元器件，而是利用直接数字合成技术产生一连串数据流，再经过D/A转换输出一个预先设置的模拟信号。其优点是：输出波形精度高；信号相位和幅度连续无畸变；在输出频率范围内不需要设置频段；频率扫描无间隙地连续覆盖全部频率范围等。本节重点介绍与“电工电子学”课程相关的主要功能和使用方法。

1.主要功能

DDS函数信号发生器具有双路输出、调幅输出、门控输出、触发计数输出、频率扫描和幅度扫描等功能。低电平<0.3V；高电平>4V。

2.操作面板简介

DDS函数信号发生器操作面板示意图如图1.14所示。

DDS函数信号发生器操作面板包含1个调节旋钮、2个输出端口、3个幅度衰减开关和电源开关等20余个按键。按键都是按下释放后才有效，部分按键功能如下：

（1）“频率”键：频率选择键。

（2）“幅度”键：幅度选择键。

（3）“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”键：数字输入键。

（4）“MHz”/“存储”“kHz”/“重现”“Hz”/“项目”/“V”/“s”和“mHz”/“选通”/“mV”/“ms”键：双功能键，在数字输入之后执行单位键的功能，同时作为数字输入的结束键（即确认键），其余时候执行“存储”“项目”“选通”“重现”等功能。

（5）“·/-”/“快键”键：双功能键，输入数字时为小数点输入键，其余时候执行“快键”功能。

（6）“<“/“∧”“>”/“∨”键：双功能键，一般情况下作为光标左右移动键，只有在“扫描”功能时作为加、减步进键和手动扫描键。

（7）“项目”键：子菜单控制键，在每种功能下选择不同的项目，如表1.2所示。

（8）“功能”/“校准”键：主菜单控制键，循环选择5种功能，如表1.2所示。

（9）“选通”键：双功能键，在“常规”功能时可以切换周期和频率，幅度峰峰值和有效值，在“扫描”“触发”“键控”功能时作为启动键使用。

（10）“快键”键：按“快键”后（显示屏上出现“Q”标志），再按“0”/“1”/“2”/“3”键，可以直接选择对应的4种不同波形输出；按“快键”后再按“4”键，可以直接进行A路和B路输出转换。按“快键”后按“5”键，可以调整方波的占空比。

（11）调节旋钮：调节输出的数据。

3.使用方法

接通电源，显示屏初始化后进入默认的“常规”功能输出状态，显示出当前A路输出波形为“正弦”，频率为“1000.00Hz”。

（1）数据输入方式：

①数字键输入：通过0～9十个数字键及小数点键向显示区写入数据。数据写入后应按相应的单位键（“mHz”“Hz”“kHz”或“MHz”）予以确认。此时数据开始生效，信号发生器按照新写入的参数输出信号。例如，设置A路正弦波频率为2.7kHz，其按键顺序是：“2”→“.”→“7”→“kHz”。

数字键输入法可使输入数据一次到位，因而适合于输入已知的数据。

②步进键输入：在实际应用中有时需要得到一组几个或几十个等间隔的幅度值或频率值，如果用数字键输入法，就必须反复使用数字键和单位键。为了简化操作，可以使用步进键输入方法，将“功能”键选择为“扫描”，把频率间隔设置为步长频率值，此后每按一次“∧”键，频率增加一个步长值，每按一次“∨”键，频率减小一个步长值，且数据改变后即刻生效，不需要再按单位键。

如设置间隔为12.84kHz的一系列频率值，其按键顺序是：先按“功能”键选“扫描”，再按“项目”键选“步长频率”，依次按“1”“2”“.”“8”“4”“kHz”，此后连续按“∧”或“∨”键，即可得到一系列间隔为12.84kHz的递增或递减的频率值。

注意：步进键输入法只能在项目选择为“频率”或“幅度”时使用。步进键输入法适合于一系列等间隔数据的输入。

③调节旋钮输入：按位移键“<”或“>”，使三角形光标左移或右移并指向显示屏上的某一数字，左右转动调节旋钮，光标指示位数字连续减1或加1，并能向高位借位或进位。调节旋钮输入时，数字改变后即刻生效。当不需要使用调节旋钮输入时，按位移键“<”或“>”使光标消失，转动调节旋钮就不再生效。

调节旋钮输入法适合于需要输入连续变化的数据进行搜索观测或对已输入数据进行局部修改。

（2）“常规”功能的使用。仪器开机后为“常规”功能，显示A路波形（正弦波或方波），否则可按“功能”键选择“常规”，仪器便进入“常规”状态。

①频率/周期的设置。按“频率”键可设置频率。在“A路频率”时通过数字键或调节旋钮输入频率值，此时在“输出A”端口即可输出该频率的信号。例如，设置的频率值为3.5kHz，按键顺序为：“频率”→“3”→“.”→“5”→“kHz”。

频率也可通过周期值进行输入和显示。若当前显示为频率，按“选通”键，即可显示出当前周期值，用数字键或调节旋钮输入周期值。例如，设置的周期值为25ms，按键顺序是：“频率”→“选通”→“2”→“5”→“ms”。

②幅度的设置。按“幅度”键可设置幅度。在“A路幅度”时用数字键或调节旋钮输入幅度值，此时在“输出A”端口即可输出该幅度的信号。例如，设置的幅度为3.2V，按键顺序是“幅度”→“3”→“.”→“2”→“V”。

可以通过有效值（VRMS）或峰峰值（VPP）来输入和显示幅度，当项目选择为幅度时，按“选通”键可对两种显示格式进行循环转换。

③输出波形选择。若当前选择为A路，按“快键”→“0”，输出为正弦波；按“快键”→“1”，输出为方波。

方波占空比设置：若当前显示为A路方波，可按“快键”→“5”，显示出方波占空比的百分数，用数字键或调节旋钮输入占空比值，“输出A”端口即有该占空比的方波信号输出。

（3）“扫描”功能的使用：

①“频率”扫描。按“功能”键选择“扫描”，如果当前显示为频率，则进入“频率”扫描状态，可设置扫描参数，并进行扫描。

●　设置扫描始点/终点频率：按“项目”键，选择“始点频率”，用数字键或调节旋钮设置始点频率值；按“项目”键，选择“终点频率”，用数字键或调节旋钮设置终点频率值。

注意：终点频率值必须大于始点频率值。

●　设置扫描步长：按“项目”键，选择“步长频率”，用数字键或调节旋钮设置步长频率值。扫描步长小，扫描点多，测量精细，反之则测量粗糙。

●　设置扫描间隔时间：按“项目”键，选择“间隔”，用数字键或调节旋钮设置间隔时间值。

●　设置扫描方式：按“项目”键，选择“方式”，在显示屏中会显示出“正扫描方式”“逆扫描方式”“单次正扫描方式”和“往返扫描方式”4种扫描方式以供选择。其中，按“0”键，选择为“正扫描方式”（扫描从始点频率开始，每步增加一个步长值，到达终点频率后，再返回始点频率重复扫描过程）；按“1”键，选择为“逆扫描方式”（扫描从终点频率开始，每步减小一个步长值，到达始点频率后，再返回终点频率重复扫描过程）；按“2”键，选择为“单次正扫描方式”（扫描从始点频率开始，每步增加一个步长值，到达终点频率后，扫描停止。每按一次“选通”键，扫描过程进行一次）；按“3”键，选择为“往返扫描方式”（扫描从始点频率开始，每步增加一个步长值，到达终点频率后，改为每步减小一个步长值扫描至始点频率，如此往返重复扫描过程）。

●　扫描启动和停止：扫描参数设置后，按“选通”键，显示出“FSWEEP”表示频率扫描功能已启动，按任意键可使扫描停止。扫描停止后，输出信号便保持在停止时的状态不再改变。无论扫描过程是否正在进行，按“选通”键都可使扫描过程重新启动。

●　手动扫描：扫描过程停止后，可用步进键进行手动扫描，每按1次“∧”键，频率增加一个步长值，每按1次“∨”键，频率减小一个步长值，这样可逐点观察扫描过程的细节变化。

②“幅度”扫描。在“扫描”功能下按“幅度”键，显示出当前幅度值。设置幅度扫描参数（如始点幅度、终点幅度、步长幅度、间隔时间，扫描方式等），其方法与频率扫描类同。按“选通”键，显示出“ASWEEP”表示幅度扫描功能已启动。按任意键可使扫描过程停止。

（4）“调幅”功能的使用。按“功能”键，选择“调幅”，“输出A”端口即有幅度调制信号输出。A路为载波信号，B路为调制信号。

①设置调制信号的频率：按“项目”键选择“B路频率”，显示出B路调制信号的频率，用数字键或调节旋钮可设置调制信号的频率。调制信号的频率应与载波信号频率相适应，一般，调制信号的频率应是载波信号频率的1/10。

②设置调制信号的幅度：按“项目”键选择“B路幅度”，显示出B路调制信号的幅度，用数字键或调节旋钮设置调制信号的幅度。调制信号的幅度越大，幅度调制深度就越大。注意：调制深度还与载波信号的幅度有关，载波信号的幅度越大，调制深度就越小，因此，可通过改变载波信号的幅度来调整调制深度。

③外部调制信号的输入：从仪器后面板“调制输入”端口可引入外部调制信号。外部调制信号的幅度应根据调制深度的要求来调整。使用外部调制信号时，应将“B路频率”设置为0，以关闭内部调制信号。

（5）B路输出的使用。B路输出包括4种波形（正弦波、三角波、方波和锯齿波），幅度和频率连续可调，但由于精度不高，也不能显示准确的数值，主要用作幅度调制信号以及定性的观测实验。

①幅度设置：通过“项目”键选择“B路幅度”，显示出一个幅度调整数字（并非实际幅度值），通过数字键或调节旋钮改变此数字即可改变“输出B”信号的幅度。

②频率设置：通过“项目”键选择“B路频率”，显示出一个频率调整数字（并非实际频率值），通过数字键或调节旋钮改变此数字即可改变“输出B”信号的频率。

③波形选择：若当前输出为B路，按“快键”和“0”，B路输出正弦波；按“快键”和“2”，B路输出三角波；按“快键”和“1”，B路输出方波；按“快键”和“3”，B路输出锯齿波。

（6）出错显示功能。仪器由于各种原因不能正常运行时，显示屏将会有出错显示：EOP*或EOU*等。EOP*为操作方法错误显示。EOU*为超限出错显示，即输入的数据超过了仪器所允许的范围。

1.6.3　模拟示波器

示波器是一种综合性的电信号测试仪器，其主要特点是：不但可以直接显示出电信号的波形及其变化过程，测量出信号的幅度、频率、脉宽和相位差等，还能观察信号的非线性失真，测量调制信号的参数等。配合各种传感器，示波器还可以进行各种非电量参数的测量。

模拟示波器主要由垂直系统（Y轴信号通道）、水平系统（X轴信号通道）、示波管及其电路和电源等组成。

1.操作面板简介

各种模拟示波器面板的操作方法基本相同，现以双踪示波器为例进行介绍。

双踪示波器的操作面板如图1.15所示。

（1）示波器校正信号输出端：输出幅度为2Vpp，频率为1kHz的方波信号，用于校正10：1探头的补偿电容器和检测示波器垂直与水平的偏转因数等。

（2）亮度调节钮：调节轨迹或亮光点的亮度。

（3）聚焦调节钮：调节轨迹或亮光点的聚焦。

（4）轨迹旋转：调整水平轨迹与刻度线使之相平行。

（5）电源指示灯：指示电源是否接通。

（6）主电源开关：当按下此开关时，电源指示灯亮，表明电源已接通。

（7）CH1通道垂直衰减钮：调节垂直偏转灵敏度，调节范围为5mV/div～5V/div，共10个挡位。

（8）CH1通道被测信号输入连接器：在X-Y模式下，作为X轴输入端。

（9）CH1通道垂直灵敏度旋钮：微调灵敏度大于或等于1/2.5标示值。在校正（CAL）位置时，灵敏度校正为标示值。

（10）CH1通道垂直系统输入耦合开关：选择被测信号进入垂直通道的耦合方式。其中：AC为交流耦合；DC为直流耦合；GND为接地。

（11）CH1通道垂直位置调节旋钮：调节显示屏上波形的垂直位置。

（12）交替/断续选择按键：双踪显示时，放开ALT按键，通道1与通道2的信号交替显示，适用于观测频率较高的信号波形；按下CHOP按键，通道1与通道2的信号同时断续显示，适用于观测频率较低的信号波形。

（13）CH1通道直流平衡调节旋钮：垂直系统输入耦合开关在GND时，在5mV与10mV区间反复转动垂直衰减开关，调整DCBAL使光迹在零水平线上保持稳定。

（14）垂直系统工作模式开关：CH1——通道1单独显示；CH2——通道2单独显示；DUAL——两个通道同时显示；ADD——当按下通道2的信号反向键CH2INV时，显示通道1与通道2信号的代数和或代数差。

（15）CH2通道直流平衡调节旋钮。

（16）GND：示波器机箱的接地端子。

（17）CH2通道信号反向按键：按下此键，通道2及其触发信号同时反向。

（18）CH2通道垂直位置调节旋钮。

（19）CH2通道垂直系统输入耦合开关。

（20）CH2通道被测信号输入连接器。

（21）CH2通道垂直灵敏度旋钮。

（22）CH2通道垂直衰减钮。

（23）触发源选择开关：CH1——当垂直系统工作模式开关14设置在DUAL或ADD时，选择通道1作为内部触发信号源；CH2——当垂直系统工作模式开关14设置在DUAL或ADD时，选择通道2作为内部触发信号源；LINE——选择交流电源作为触发信号源；EXT——选择TRIGIN端子输入的外部信号作为触发信号源。

（24）外触发输入端子：用于输入外部触发信号。当使用该功能时，SOURCE开关应设置在EXT位置。

（25）触发方式选择开关：AUTO（自动）——当没有触发信号输入时，扫描处于自由模式；NORM（常态）——当没有触发信号输入时，踪迹处于待命状态并不显示。

（26）触发极性选择按键：释放为“+”，上升沿触发；按下为“-”，下降沿触发。

（27）触发电平调节旋钮：显示一个同步的稳定波形，并设置一个波形的起始点。向“+”旋转触发电平向上移，向“-”旋转触发电平向下移。

（28）当垂直系统工作模式开关14设置在DUAL或ADD，且外触发输入端子24选CH1或CH2时，按下此键，示波器会交替选择CH1和CH2作为内部触发信号源。

（29）水平扫描速度旋钮。扫描速度从0.2μs/div到0.5s/div共20挡。当设置到X-Y位置时，示波器可工作在X-Y方式。

（30）水平扫描微调旋钮：微调水平扫描时间，将扫描时间校正到与面板上TIME/DIV指示值一致。顺时针转到底为校正（CAL）位置。

（31）扫描扩展开关：按下时扫描速度扩展10倍。

（32）水平位置调节钮：调节显示波形的水平位置。

（33）显示屏：显示信号的波形。

2.双踪示波器的正确调整与操作

正确调整和操作示波器可以提高测量精度和延长仪器的使用寿命。

（1）聚焦和辉度的调整。调整聚焦旋钮使扫描线尽量细，以提高测量精度。调整扫描线使其亮度（辉度）适当，过亮不仅会缩短示波器的使用寿命，而且也会影响聚焦特性。

（2）正确选择触发源和触发方式：

①触发源的选择：若观测的是单通道信号，则应选择该通道信号作为触发源；若同时观测两个时间相关的信号，则应选择信号周期长的通道作为触发源。

②触发方式的选择：首次观测被测信号时，应设置触发方式为AUTO，待观测到稳定信号后，调好其他设置，最后设置触发方式为NORM，以提高触发的灵敏度。当观测直流信号或小信号时，必须设置触发方式为AUTO。

（3）正确选择输入耦合方式。一般情况下，若被测信号为直流或脉冲信号，应选择DC耦合方式；若被测信号为交流信号，应选择AC耦合方式。因此，要根据被观测信号的性质来选择正确的输入耦合方式。

（4）合理调整扫描速度。调节扫描速度旋钮可以改变荧光屏上显示波形的个数。提高扫描速度可减少显示的波形个数；降低扫描速度可增加显示的波形个数。为保证时间测量的精度，显示的波形不应过多。

（5）波形位置和几何尺寸的调整。为获得较好的测量线性，被观测信号的波形应尽可能处于荧光屏的中心位置。正确调整垂直衰减旋钮，尽可能使波形幅度占一半以上，以提高电压测量的精度。

（6）合理操作双通道。若将垂直工作方式设置为DUAL，则两个通道的波形可以同时显示。为了观察到稳定的波形，可以通过ALT/CHOP（交替/断续）开关控制波形的显示。若观测频率较高的信号，按下ALT/CHOP开关（置于CHOP），则两个通道的信号将断续地显示在荧光屏上；若观测频率较低的信号，释放ALT/CHOP开关（置于ALT），则两个通道的信号交替地显示在荧光屏上。在双通道显示时，还必须正确选择触发源。当CH1、CH2信号同步时，选择任意通道作为触发源，两个波形都能稳定显示，当CH1、CH2信号在时间上不相关时，应按下TRIG.ALT（触发交替）开关，此时每经过一个扫描周期，触发信号交替一次，因而两个通道的波形都能稳定显示。

注意：双通道显示时，不能同时按下CHOP和TRIG ALT开关，因为CHOP信号成为触发信号而不能同步显示。利用双通道进行时间和相位对比测量时，两个通道必须采用同一同步信号触发。

（7）触发电平调整。通过转动触发电平旋钮可以改变扫描电路预置的阀门电平。若向“+”方向旋转，则阀门电平向正方向移动；若向“-”方向旋转，则阀门电平向负方向移动；若处在中间位置，则阀门电平设置在信号的平均值上。触发电平过正或过负，均不会产生扫描信号。因此，触发电平旋钮通常应保持在中间位置。

3.模拟示波器测量实例

（1）周期的测量。

①将水平扫描微调旋钮置于校正位置，并使时间基线处于水平中心刻度线上。

②输入被测信号。调节水平扫描速度和旋钮垂直衰减旋钮等，使荧光屏能够稳定显示1～2个波形。

③选择被测波形一个周期的始点和终点，为方便读数，将始点移动到某一垂直刻度线上。

④确定被测信号的周期。信号波形一个周期在X轴方向始点与终点之间的水平距离与水平扫描速度旋钮对应挡位的时间之积即为被测信号的周期。

用示波器测量信号周期时，可以测量信号1个周期的时间，也可以测量n个周期的时间，再除以周期个数n。后一种方法产生的误差会小一些。

（2）频率的测量。由于信号的频率与周期为倒数关系，即f=1/T。因此，可以先测信号的周期，再求倒数即可得到信号的频率。

（3）相位差的测量。

①将水平扫描微调旋钮和垂直灵敏度旋钮置于校正位置。

②将垂直系统工作模式开关置于DUAL，并使两个通道的时间基线均落在水平中心刻度线上。

③输入两路频率相同而相位不同的交流信号至CH1和CH2，将垂直输入耦合开关置于AC。

④调节相关旋钮，使荧光屏上稳定显示出两个大小适中的波形。

⑤确定两个被测信号的相位差。如图1.16所示，测出信号波形一个周期在X轴方向所占的格数m（5格），再测出两波形上对应点（如过零点）之间的水平格数n（1.6格），则u1超前u2的相位差角为

⑥相位差角Δφ符号的确定。若u2滞后u1，则Δφ为负；若u2超前u1，则Δφ为正。

此外，还可以采用Lissajous图形法测量频率和相位差角，此处不再赘述。

1.6.4　数字示波器

数字示波器是通过数据采集、A/D转换、软件编程等一系列技术制造出来的高性能示波器。数字示波器不仅具有多重波形显示、分析和数学运算功能，自动光标跟踪测量功能，波形、设置、CSV和位图文件存储功能，波形录制和回放功能等，还支持即插即用USB存储设备和打印机，并可通过USB存储设备进行软件升级等。

1.数字示波器前面板结构

数字示波器前面板上各旋钮、按键和通道标志的位置及操作方法与传统示波器类似。数字示波器前面板如图1.17所示。按功能前面板可分为液晶显示区、功能菜单操作区、常用菜单区、执行按键区、垂直控制区、水平控制区、触发控制区和信号输入/输出区共八大区。

2.数字示波器面板操作系统说明

（1）功能菜单操作区。功能菜单操作区包括5个按键，1个按钮和1个多功能旋钮。5个按键用于操作屏幕右侧的功能菜单及子菜单；按钮用于取消屏幕上显示的功能菜单；多功能旋钮用于选择和确认功能菜单中下拉菜单的选项等。

（2）常用菜单区。常用菜单区如图1.18所示。按下任一按键，屏幕右侧会出现相应的功能菜单。通过功能菜单操作区的5个按键可选定相应功能。功能菜单选项中有“◁”符号的，表明该选项有下拉菜单。下拉菜单打开后，可转动多功能旋钮选择相应的项目并按下予以确认。功能菜单上、下有、符号，表明功能菜单一页未显示完，可操作按键上、下翻页。功能菜单中有，表明该项参数可转动多功能旋钮进行设置调整。按下取消功能菜单按钮，显示屏上的功能菜单立即消失。

（3）执行按键区。执行按键区如图1.19所示。执行按键区包括AUTO（自动设置）和RUN/STOP（运行/停止）2个按键。按下AUTO按键，示波器将根据输入的信号，自动设置和调整水平、垂直及触发方式等各项控制值，使波形显示达到最佳适宜观察状态。RUN/STOP为运行/停止波形采样按键。运行（波形采样）状态时，按键为黄色；按一下按键，停止波形采样且按键变为红色，这样有利于绘制波形并可在一定范围内调整波形的垂直衰减和水平时基；再按一下，恢复波形采样状态。

注意：应用自动设置功能时，被测信号的频率应大于或等于50Hz，占空比大于1％。

（4）垂直控制区。垂直控制区如图1.20所示。垂直位置POSITION旋钮可设置所选通道波形的垂直显示位置。转动该旋钮不但显示的波形会上下移动，且所选通道的“地”（GND）标识也会随波形上下移动并显示于屏幕左状态栏，移动值则显示于屏幕左下方；按下垂直POSITION旋钮，垂直显示位置快速恢复到零点（即显示屏水平中心位置）处。垂直衰减SCALE旋钮调整所选通道波形的显示幅度。转动该旋钮改变Volt/div（伏/格）垂直挡位，同时下状态栏对应通道显示的幅值也会发生变化。CH1、CH2、MATH和REF为通道或方式按键，按下某按键屏幕将显示其功能菜单、标志、波形和挡位状态等信息。OFF键用于关闭当前选择的通道。

（5）水平控制区。水平控制区如图1.21所示。水平位置POSITION旋钮用来调整信号波形在显示屏上的水平位置，转动该旋钮不仅可以使波形水平移动，而且触发位移标志T也可以在显示屏上部随之移动，移动值则显示在屏幕左下角；按下此旋钮触发位移恢复到水平零点（即显示屏垂直中心线位置）处。水平衰减SCALE旋钮用来改变水平时基挡位设置，转动该旋钮可以改变s/div（秒/格）水平挡位，显示屏显示出的波形下状态栏Time后显示的主时基值也会发生相应的变化。水平扫描速度为20ns～50s，以1—2—5的形式步进。通过水平SCALE旋钮可快速打开或关闭延迟扫描功能。按水平功能菜单MENU键，显示TIME功能菜单，在此菜单下，可开启/关闭延迟扫描，切换Y（电压）—T（时间）、X（电压）—Y（电压）和ROLL（滚动）模式，设置水平触发位移复位等。

（6）触发控制区。触发控制区如图1.22所示，主要用于触发系统的设置。转动LEVEL触发电平设置旋钮，屏幕上会出现一条上下移动的水平黑色触发线及触发标志，且左下角和上状态栏最右端触发电平的数值也随之发生变化。停止转动LEVEL旋钮，触发线、触发标志及左下角触发电平的数值会在约5s后消失。按下LEVEL旋钮触发电平快速恢复到零点。按MENU键可调出触发功能菜单，改变触发设置。50％按钮用来设置触发电平在触发信号幅值的垂直中点。FORCE键主要用来设置触发方式中的“普通”和“单次”模式。

（7）信号输入/输出区。信号输入/输出区如图1.23所示，CH1和CH2为信号输入通道，EXTTRIG为外触发信号输入端，最右侧为示波器校正信号输出端（输出频率1kHz、幅值3V的方波信号）。

（8）液晶显示区。液晶显示区的功能是在对上述7个功能区进行设置和选择时做出相应的显示。

1.6.5　数字万用表

1.数字万用表的组成和工作原理

数字万用表是采用集成电路的A/D转换器和液晶显示屏，将被测量的数值直接以数字形式显示出来的一种电子测量仪表。数字万用表主要由功能转换器、数字显示屏、模拟（A）/数字（D）转换器、电子计数器和功能/量程转换开关等组成。其测量过程如图1.24所示。

2.数字万用表操作面板说明

数字万用表可用来测量交直流电压和电流、电阻、电容、二极管和晶体管的通断测试等参数，其操作面板示意图如图1.25所示。

（1）数字显示屏：显示数值。

（2）POWER（电源）开关：开启、关闭万用表电源。

（3）B/L（背光）开关：开启、关闭背光灯。

（4）功能/量程转换开关：用于选择测量功能及量程。

（5）Cx（电容）测量插孔：用于放置被测电容。

（6）20A电流测量插孔：当被测电流在200mA～20A范围内时，应将红表笔插入此孔。

（7）小于200mA电流测量插孔：当被测电流小于200mA时，应将红表笔插入此孔。

（8）COM（公共地）：应将黑表笔插入此孔。

（9）V（电压）/Ω（电阻）测量插孔：测量电压/电阻时，应将红表笔插入此孔。

（10）刻度盘：共8个测量功能，分别为：Ω电阻测量功能、DCV直流电压测量功能、ACV交流电压测量功能、DCA直流电流测量功能、ACA交流电流测量功能、F电容测量功能、hFE晶体管hFE值测量功能以及“”二极管及电路通断测试功能。

（11）hFE测试插孔：用于测量晶体管hFE值。

（12）HOLD（保持）开关：用于保持当前所测量数据。

3.数字万用表的使用方法

（1）直流电压的测量：

①将功能/量程转换开关转至DCV（直流电压）量程范围。

②将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/Ω插孔。

③将表笔并接在被测电压的两端，被测电压值及红表笔的极性将显示在显示屏上。

（2）交流电压的测量：

①将功能/量程转换开关转至ACV（交流电压）量程范围。

②将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/Ω插孔。

③将表笔并接在被测电压的两端，被测电压有效值将显示在显示屏上。

（3）直流电流的测量：

①将功能/量程转换开关转至DCA（直流电流）量程范围。

②将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入200mA或20A插孔。

③将测试表笔串接在被测电路中，被测电流值及红表笔点的电流极性将显示在显示屏上。

（4）交流电流的测量：

①将功能/量程转换开关转至ACA（交流电流）量程范围。

②将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入200mA或20A插孔。

③将测试表笔串接在被测电路中，被测电流有效值将显示在显示屏上。

（5）电阻的测量：

①将功能/量程转换开关转至Ω（电阻）量程范围。

②将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V/Ω插孔。

③将测试表笔并接在被测电阻上，被测电阻值将显示在显示屏上。

（6）电容的测量：

①将功能/量程转换开关转至F（电容）量程范围。

②将被测电容插入Cx（电容）插孔，被测电容值将显示在显示屏上。

（7）晶体管hFE的测量：

①将功能/量程转换开关置于hFE挡。

②根据被测晶体管的类型（NPN或PNP），将发射极E、基极B和集电极C分别插入相应的插孔，被测晶体管的hFE值将显示在显示屏上。

（8）二极管及通断测试：

①将功能/量程转换开关置于“”（二极管/蜂鸣）符号挡，红表笔接二极管正极，黑表笔接二极管负极，显示值为二极管正向压降的近似值（0.15～0.30V为锗管；0.55～0.70V为硅管）。

②测量二极管正、反向压降时，若只有最高位并且均显示“1”（超量限），则二极管开路；若正、反向压降均显示“0”，则二极管短路或击穿。

③将表笔连接到被测二极管两端，如果内置蜂鸣器发声，则两点之间电阻值低于70Ω，电路接通，否则电路断开。

4.数字万用表的使用注意事项

（1）测量电流时，输入电流不允许超过20A。

（2）测量电压时，输入直流电压不允许超过1000V，交流电压有效值不允许超过700V。

（3）如果被测直流电压高于36V或交流电压有效值高于25V时，应仔细检查表笔连接是否正确、接触是否可靠以及绝缘是否良好等，以防电击事故的发生。

（4）测量时应选择合适的功能和量程，谨防误操作；切换功能和量程时，表笔应离开测试点；显示值的“单位”与相应量程档的“单位”一致。

（5）若测量前不确定被测量的范围，应先将量程开关置到最高挡，再根据显示值逐步调整到合适的挡位。

（6）测量时若只有最高位显示“1”或“-1”，则表示被测量超过了量程范围，应将量程开关转至较高的挡位。

（7）不允许带电测电阻。即测量电阻时，应先保证被测电路所有电源都已关闭，并且所有电容都已完全放完电，之后才可进行测量。

（8）测电容前，应对被测电容进行充分放电；用大电容挡测漏电或击穿电容时读数将不稳定；测电解电容时，切勿插错正、负极。

（9）显示屏显示符号时，应及时更换9V碱性电池。

1.6.6　数字交流毫伏表

交流毫伏表是用来测量电工、电子实验中交流电压有效值的常用电子测量仪器。其优点是：测量电压范围广、频率宽、灵敏度高和输入阻抗高等。

1.交流毫伏表的结构特点及面板介绍

双通道交流毫伏表前面板示意图如图1.26所示。

（1）POWER：电源开关。

（2）量程切换按键：进行量程的切换。

（3）AUTO/MANU：自动/手动测量切换选择按键。

（4）dB/mdB：dB或mdB切换选择按键。

（5）CH1/CH2：CH1/CH2测量范围切换选择按键。

（6）CH2被测信号输入通道2。

（7）CH1被测信号输入通道1。

（8）显示当前测量通道实测输入信号的电压值，dB或mdB值。

（9）UNDER欠量指示灯：读数低于300时该指示灯闪烁。

（10）OVER过量程指示灯：读数超过3999时该指示灯闪烁。

2.交流毫伏表的使用方法

电源开关打开后，预热交流毫伏表15～30min，然后进入自检状态。自检通过后即进入测量状态。由于测量过程中两个通道均保持各自的测量量程和测量方式，因此选择测量通道时不会更改原通道的设置。

（1）当测量方式为自动测量时，交流毫伏表能根据被测信号的大小自动选择测量量程，同时允许手动方式干预量程选择。这时当量程处于300V挡时，若OVER灯亮，表示过量程，输入信号过大，超过了使用范围。此时，电压显示为HHHHV，dB显示为HHHHdB。

（2）当测量方式为手动测量时，可以根据交流毫伏表的提示设置量程。若OVER灯亮，应该手动切换到上面的量程测量。若UNDER灯亮，表示测量欠量程，应切换到下面的量程测量。

3.数字交流毫伏表的使用注意事项

（1）测量过程中，切勿长时间输入过量程电压。

（2）测量过程中，切勿频繁地开机和关机。

（3）自动测量过程中，进行量程切换时会出现瞬态的过量程现象，此时只要输入电压不超过最大量程，片刻后读数即可稳定下来。

（4）交流毫伏表应放置在通风和干燥的地方，长时间不使用时应罩上塑料套。