一種供示波器使用的測試板研制

馬益平；杜英杰；高愛華；周引穗

(西北大學物理學系，陜西西安 710069)

0 前言

示波器是大學物理實驗中最基本的測量儀器之一，熟練掌握示波器的使用方法是大學生學習大學物理實驗課程的基本要求。為了讓學生能夠更方便的學習示波器的各種測量功能，需要提供不同的測量信號供學生在學習示波器的使用方法時做測量練習。本文主要設計了一種示波器輔助測量電路（測試板），它可以為示波器提供多種不同被測量信號，以供學生在學習示波器做測量時練習使用，其中包括利用示波器進行電壓測量、周期測量、頻率測量、相位差測量等。該測試電路已經寫進大學物理實驗教材[1]電學部分的示波器使用實驗。

1 測試板電路和實物

根據現大學生教學的實際情況，針對示波器使用設計該測試版。該測試版為了達到以下目的：

（1）包含多種電子元器件，達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旋鈕功能作用的掌握程度設計了該電路，產生多種不規則波形。根據該測試板電路如下：

圖1 測試板電路

圖2 測試板實物

該電路由三部分組成，第一部分是橋式整流電路，產生波形由圖2 中①點輸出；第二部分為兩級電容濾波電路，②點為一級濾波輸出；第三部分為RC——單結晶體管[2]振蕩電路，由可變電阻，電容，單結晶體管組成，見圖2。前兩部分的目的是把市電轉化成低壓直流電，作為第三部分的直流電源。第三部分電路是測試版的核心部分，其中單結晶體管起開關作用，當開關導通，電容放電，相反，當開關斷開，電源持續給電容充電，③點為充放電輸出波形，波形由電路的時間常數決定，可以為上鋸齒波和下鋸齒波（見圖4）。可變電阻和電容組合形成一個時間常數RC 可變的電路[3]，通過調節電阻可以改變信號的頻率。

圖2.展示了該測試板實物，該測試板除了產生上述信號外，還提供了兩個12 伏的交流信號，兩個信號由移相電路的A、B 點輸出，相差由可變電阻來調節，可以通過李薩如圖形[4]來確定這兩個信號的相位差。實驗圖形見圖7。

2 測試板電路的工作原理

當橋式整流電路提供的直流電提供給該電路的另一部分時，單結晶體管處于斷路狀態，電源給電容充電，充電時間是由RC決定的，隨著電容充電，電容兩端電壓不斷升高，單結晶體管的e 極與b2 極電壓增大，當增大到閾值，單結晶體管e 極與b2 極導通，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，當減小到另一閾值時，開關斷開。值得注意到是，由于電容的充放電不是同一回路，所以充放電時間不一樣，因此得到電容兩端的電壓是一個鋸齒波，通過調節可變電阻可以讓鋸齒波變為三角波。

3 測試板功能展示

將測試電極接在不同的端口上，會出來不同的波形，當我們把電極放在電容兩端時會得到下面的信號

圖3 全波整流充放電波形

圖4 不同形狀的鋸齒波

當我們把測試電極接在單結晶體管兩端時會出現矩形波，這里我們展示兩個正負脈沖[5]，當放在開關的上端為正脈沖，下端為負脈沖

圖5 正負脈沖波形

圖6 RC 振蕩電路觸發電壓波形的相位關系

該測試板還提供了兩個十二伏交流電，通過移相電阻調節兩正弦信號之間的相位差，本圖是由不同的相位差得到兩個李薩茹圖形。如下：

圖7 李薩如圖形

4 結語

本文介紹一種實用簡易測試板，用來提供給大學物理實驗的學生學習使用，同時也可以提供給電子線路初學者。該測試電路功能豐富，既可以提供鋸齒波三角波，也可以提供矩形波及正負脈沖。特別之處，該電路可以提供不同相位差的正弦信號，得到不同形狀的李薩茹圖形。

[1]姚合寶。大學物理實驗。西安。陜西人民教育出版社。2009

[2]清華大學自動化系編。可控硅整流裝置，科學技術出版社。

[3]謝嘉奎。電子線路，高等教育出版社。2008

[4]陳秉乾，王稼軍。大學物理通用教程：電磁學，北京大學出版社。2012

[5]賈立新。數字電路，電子工業出版社。2011