一種供示波器使用的測(cè)試板研制

馬益平；杜英杰；高愛華；周引穗

(西北大學(xué)物理學(xué)系，陜西西安 710069)

0 前言

示波器是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中最基本的測(cè)量?jī)x器之一，熟練掌握示波器的使用方法是大學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的基本要求。為了讓學(xué)生能夠更方便的學(xué)習(xí)示波器的各種測(cè)量功能，需要提供不同的測(cè)量信號(hào)供學(xué)生在學(xué)習(xí)示波器的使用方法時(shí)做測(cè)量練習(xí)。本文主要設(shè)計(jì)了一種示波器輔助測(cè)量電路（測(cè)試板），它可以為示波器提供多種不同被測(cè)量信號(hào)，以供學(xué)生在學(xué)習(xí)示波器做測(cè)量時(shí)練習(xí)使用，其中包括利用示波器進(jìn)行電壓測(cè)量、周期測(cè)量、頻率測(cè)量、相位差測(cè)量等。該測(cè)試電路已經(jīng)寫進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材[1]電學(xué)部分的示波器使用實(shí)驗(yàn)。

1 測(cè)試板電路和實(shí)物

根據(jù)現(xiàn)大學(xué)生教學(xué)的實(shí)際情況，針對(duì)示波器使用設(shè)計(jì)該測(cè)試版。該測(cè)試版為了達(dá)到以下目的：

（1）包含多種電子元器件，達(dá)到熟悉這些元器件特性的目的

（2）包含多種輸出波形，這些波形的正確顯示需要使用波器每個(gè)旋鈕功能作用的掌握程度設(shè)計(jì)了該電路，產(chǎn)生多種不規(guī)則波形。根據(jù)該測(cè)試板電路如下：

圖1 測(cè)試板電路

圖2 測(cè)試板實(shí)物

該電路由三部分組成，第一部分是橋式整流電路，產(chǎn)生波形由圖2 中①點(diǎn)輸出；第二部分為兩級(jí)電容濾波電路，②點(diǎn)為一級(jí)濾波輸出；第三部分為RC——單結(jié)晶體管[2]振蕩電路，由可變電阻，電容，單結(jié)晶體管組成，見圖2。前兩部分的目的是把市電轉(zhuǎn)化成低壓直流電，作為第三部分的直流電源。第三部分電路是測(cè)試版的核心部分，其中單結(jié)晶體管起開關(guān)作用，當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通，電容放電，相反，當(dāng)開關(guān)斷開，電源持續(xù)給電容充電，③點(diǎn)為充放電輸出波形，波形由電路的時(shí)間常數(shù)決定，可以為上鋸齒波和下鋸齒波（見圖4）?？勺冸娮韬碗娙萁M合形成一個(gè)時(shí)間常數(shù)RC 可變的電路[3]，通過調(diào)節(jié)電阻可以改變信號(hào)的頻率。

圖2.展示了該測(cè)試板實(shí)物，該測(cè)試板除了產(chǎn)生上述信號(hào)外，還提供了兩個(gè)12 伏的交流信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)由移相電路的A、B 點(diǎn)輸出，相差由可變電阻來調(diào)節(jié)，可以通過李薩如圖形[4]來確定這兩個(gè)信號(hào)的相位差。實(shí)驗(yàn)圖形見圖7。

2 測(cè)試板電路的工作原理

當(dāng)橋式整流電路提供的直流電提供給該電路的另一部分時(shí)，單結(jié)晶體管處于斷路狀態(tài)，電源給電容充電，充電時(shí)間是由RC決定的，隨著電容充電，電容兩端電壓不斷升高，單結(jié)晶體管的e 極與b2 極電壓增大，當(dāng)增大到閾值，單結(jié)晶體管e 極與b2 極導(dǎo)通，電容通過此通路放電，電容電壓開始降低，e 極與b2 極兩端電壓則減小，當(dāng)減小到另一閾值時(shí)，開關(guān)斷開。值得注意到是，由于電容的充放電不是同一回路，所以充放電時(shí)間不一樣，因此得到電容兩端的電壓是一個(gè)鋸齒波，通過調(diào)節(jié)可變電阻可以讓鋸齒波變?yōu)槿遣ā?/p>

3 測(cè)試板功能展示

將測(cè)試電極接在不同的端口上，會(huì)出來不同的波形，當(dāng)我們把電極放在電容兩端時(shí)會(huì)得到下面的信號(hào)

圖3 全波整流充放電波形

圖4 不同形狀的鋸齒波

當(dāng)我們把測(cè)試電極接在單結(jié)晶體管兩端時(shí)會(huì)出現(xiàn)矩形波，這里我們展示兩個(gè)正負(fù)脈沖[5]，當(dāng)放在開關(guān)的上端為正脈沖，下端為負(fù)脈沖

圖5 正負(fù)脈沖波形

圖6 RC 振蕩電路觸發(fā)電壓波形的相位關(guān)系

該測(cè)試板還提供了兩個(gè)十二伏交流電，通過移相電阻調(diào)節(jié)兩正弦信號(hào)之間的相位差，本圖是由不同的相位差得到兩個(gè)李薩茹圖形。如下：

圖7 李薩如圖形

4 結(jié)語

本文介紹一種實(shí)用簡(jiǎn)易測(cè)試板，用來提供給大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生學(xué)習(xí)使用，同時(shí)也可以提供給電子線路初學(xué)者。該測(cè)試電路功能豐富，既可以提供鋸齒波三角波，也可以提供矩形波及正負(fù)脈沖。特別之處，該電路可以提供不同相位差的正弦信號(hào)，得到不同形狀的李薩茹圖形。

[1]姚合寶。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)。西安。陜西人民教育出版社。2009

[2]清華大學(xué)自動(dòng)化系編?？煽毓枵餮b置，科學(xué)技術(shù)出版社。

[3]謝嘉奎。電子線路，高等教育出版社。2008

[4]陳秉乾，王稼軍。大學(xué)物理通用教程：電磁學(xué)，北京大學(xué)出版社。2012

[5]賈立新。數(shù)字電路，電子工業(yè)出版社。2011