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示波器的原理和使用范文第1篇

按功能來(lái)分，脈沖計(jì)量器具主要包括示波器、脈沖發(fā)生器、脈沖電壓表、示波器校準(zhǔn)儀、電磁兼容用干擾脈沖發(fā)生器等。在脈沖計(jì)量參數(shù)中，最能體現(xiàn)計(jì)量?jī)x器設(shè)備的計(jì)量特性的是脈沖上升時(shí)間參數(shù)。包括階躍脈沖源的源輸出信號(hào)躍變上升時(shí)間和示波器的脈沖上升沿的建立時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，脈沖標(biāo)準(zhǔn)分為源標(biāo)準(zhǔn)和表標(biāo)準(zhǔn)兩種，即：源的上升時(shí)間由表來(lái)驗(yàn)證，而表的上升時(shí)間有源來(lái)溯源，以上兩種溯源的方法中，標(biāo)準(zhǔn)器的上升時(shí)間要比被校準(zhǔn)儀器的上升時(shí)間的1/3要小。但是，在源和表的技術(shù)分別發(fā)展到一定極限時(shí)，就難以找到與之相適應(yīng)的溯源工具了。據(jù)報(bào)道，目前，美國(guó)Agilent公司推出的采用磷化銦技術(shù)的取樣示波器的模擬帶寬已經(jīng)超過(guò)100GHz，如果計(jì)算其相應(yīng)的脈沖波形建立時(shí)間，將會(huì)小于等于3.5ps，按照目前的技術(shù)手段，很難找到與之相適應(yīng)的脈沖源作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器。國(guó)內(nèi)的脈沖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)三臺(tái)取樣示波器對(duì)接，采用基于Nose-to-Nose的校準(zhǔn)技術(shù)來(lái)建立。Nose-to-Nose校準(zhǔn)技術(shù)最早被Hewlett-Packard（Agilent的前身）公司的Rush和比利時(shí)人Verspecht提出。當(dāng)他們把三臺(tái)取樣示波器兩兩對(duì)接，對(duì)直流進(jìn)行采樣時(shí)，會(huì)生成三組kick-out沖擊響應(yīng)脈沖，通過(guò)聯(lián)立方程組求解，并通過(guò)反卷積技術(shù)，可以得出該沖擊響應(yīng)。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)取樣示波器的自我校準(zhǔn)，無(wú)需外加標(biāo)準(zhǔn)脈沖源。如圖2為Nose-to-Nose技術(shù)的原理圖。

2脈沖計(jì)量器具的檢定和校準(zhǔn)

對(duì)脈沖計(jì)量器具進(jìn)行的定期的檢定和校準(zhǔn)的目的是確保其量值溯源性。以下按照脈沖計(jì)量器具的分類分別來(lái)介紹：（1）示波器。示波器（Oscilloscope）是一種能夠顯示電壓信號(hào)動(dòng)態(tài)波形的常用電子測(cè)量?jī)x器。它能夠?qū)r(shí)變的電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換為時(shí)間域上的曲線，原來(lái)不可見(jiàn)的電氣信號(hào)，就此轉(zhuǎn)換為在二維平面上直觀可見(jiàn)光信號(hào)，因此能夠分析電氣信號(hào)的時(shí)域性質(zhì)。如果加入數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，示波器也能夠?qū)斎氲臅r(shí)間信號(hào)，進(jìn)行簡(jiǎn)單FFT頻譜分析，反映輸入信號(hào)的頻域特性。示波器按照原理和功能又可以分為模擬示波器和數(shù)字示波器、取樣示波器和實(shí)時(shí)示波器、時(shí)域示波器和矢量示波器等等。在示波器的檢定和校準(zhǔn)方面，大都使用示波器校準(zhǔn)儀來(lái)進(jìn)行。（2）示波器校準(zhǔn)儀。示波器校準(zhǔn)儀功能多，包含參數(shù)也頗為豐富。在其計(jì)量檢定和校準(zhǔn)中，使用到的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器有高精度數(shù)表、頻率計(jì)數(shù)器、功率計(jì)和取樣示波器。在后續(xù)的章節(jié)中，本文會(huì)重點(diǎn)介紹關(guān)于自動(dòng)檢定和校準(zhǔn)示波器校準(zhǔn)儀的詳細(xì)內(nèi)容。（3）電磁兼容用干擾脈沖發(fā)生器。國(guó)際電工委員會(huì)IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了若干個(gè)干擾脈沖。此類儀器的特點(diǎn)是輸出電壓高，一般為kV級(jí)別、準(zhǔn)確度指標(biāo)在3~10%之間、時(shí)間參數(shù)較大。所以一般帶寬在500MHz～2GHz的數(shù)字示波器即可滿足其檢定和校準(zhǔn)的需要。值得注意的是，由于示波器本身的電壓量程較低，需要選擇適當(dāng)?shù)氖静ㄆ魈筋^來(lái)擴(kuò)充量程，此時(shí)精確計(jì)量的關(guān)鍵就轉(zhuǎn)移到了探頭上。

3結(jié)束語(yǔ)

示波器的原理和使用范文第2篇

關(guān)鍵詞： 倍頻電路 Multisim8 仿真波形

引言

《通信電子線路》課程是通信技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)內(nèi)容理論性較強(qiáng)，概念抽象，學(xué)生感到學(xué)習(xí)過(guò)程枯燥無(wú)味，學(xué)習(xí)內(nèi)容難懂。為幫助職業(yè)學(xué)校學(xué)生克服學(xué)習(xí)困難，提高學(xué)習(xí)信心和樂(lè)趣，筆者借助EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）工具輔助教學(xué)，模擬實(shí)驗(yàn)，使教學(xué)過(guò)程生動(dòng)形象、直觀，提高了學(xué)習(xí)效率。

1.Multisi8的優(yōu)點(diǎn)

Multisi8是繼Multisim2001、Multisim7后，由加拿大的IIT公司于2005年推出的升級(jí)版。Multisim8是一個(gè)能進(jìn)行電路原理設(shè)計(jì)、對(duì)電路功能進(jìn)行測(cè)試分析的仿真軟件。它的元器件庫(kù)提供數(shù)千種電路元器件供仿真選用，提供的虛擬測(cè)試儀器儀表種類齊全，還有較為詳細(xì)的電路分析功能，仿真速度更快。它將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中創(chuàng)建的電路原理圖、使用到的儀器、電路測(cè)試分析后結(jié)果的顯示圖表等全部集成到同一個(gè)電路窗口中，具有直觀、方便、實(shí)用和安全的優(yōu)點(diǎn)。

2.倍頻器的作用、基本原理和分類

倍頻器是《通信電子線路》課程學(xué)習(xí)內(nèi)容中的一個(gè)重要單元電路。倍頻器廣泛應(yīng)用于無(wú)線電通信發(fā)射機(jī)或其它電子設(shè)備的中間級(jí)。倍頻器的作用是將輸入信號(hào)頻率值成整數(shù)倍（2倍、3倍…n倍）增加的電路。若輸入頻率為fi，則輸出頻率為f0=nfi，其中系數(shù)n為任意正整數(shù)，稱倍頻次數(shù)。

倍頻器是非線性電路，按工作原理的不同，晶體管倍頻器分為兩大類：一類是利用丙類放大器電流脈沖中的諧波經(jīng)選頻回路獲得倍頻，稱為丙類倍頻器；另一種是利用晶體管的結(jié)電容隨電壓變化的非線性來(lái)獲得倍頻，叫做參量倍頻器（即變?nèi)荻O管、階躍二極管倍頻）。當(dāng)工作頻率不超過(guò)MHz時(shí)，主要采用丙類倍頻器；當(dāng)工作頻率超過(guò)100MHz時(shí)，主要采用參量倍頻器。

3.丙類倍頻器的工作原理和仿真

丙類倍頻器的工作原理是利用晶體管的非線性電阻效應(yīng)，將正弦波轉(zhuǎn)變?yōu)檎颐}波，正弦脈波含有豐富的諧波分量，然后用選頻回路將它的某次諧波選出，完成倍頻的作用。

晶體管諧振放大器工作在丙類時(shí)，其集電極電流脈沖中含有豐富的諧波分量，若將集電極諧振回路調(diào)諧在二次諧波或三次諧波頻率上，放大器的輸出只有二次諧波電壓或三次諧波電壓。這樣丙類放大器就變成為二倍頻器或三倍頻器。

倍頻器的輸入正弦波電壓瞬時(shí)值可寫(xiě)為ui（t）=Uim sinωt，輸出電壓瞬時(shí)值可寫(xiě)為uo（t）=Uonm sin（nω）t，其中Uonm為輸出電壓的n次諧波電壓振幅。

為教好倍頻器電路部分的教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)職業(yè)學(xué)校學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)需求，筆者嘗試采用Multisim8仿真軟件進(jìn)行教學(xué)。

用Multisim8進(jìn)行仿真分析的一般步驟為：（1）根據(jù)原理電路，創(chuàng)建仿真電路；（2）設(shè)置電路圖中各元器件的參數(shù)和有關(guān)選項(xiàng)；（3）調(diào)用仿真儀器，設(shè)定仿真分析方法（4）打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)Multisim8仿真，仿真結(jié)果將展示在計(jì)算機(jī)的窗口中。

下面是丙類二倍頻器和三倍頻器的仿真教學(xué)過(guò)程。

3.1丙類二倍頻器的仿真

（1）在Multisim8中創(chuàng)建仿真電路如下圖1所示。電路中為使晶體管工作在丙類采用了0.4v小的正偏壓，圖中V1為正弦波信號(hào)，其參數(shù)設(shè)置為電壓振幅為1V，頻率為1MHz；電感L1和電容C1組成諧振回路，具有選頻作用，其調(diào)諧在信號(hào)的二次諧波頻率上，參數(shù)設(shè)置完畢后，保存該電路。另外，圖中示波器XSC1用于觀察輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的波形。

（2）打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，雙擊示波器圖標(biāo)，在示波器Timebase區(qū)設(shè)置X軸合適的時(shí)基掃描時(shí)間，在Channel A和Channel B區(qū)分別設(shè)置A、B通道輸入信號(hào)在Y軸適當(dāng)?shù)娘@示刻度，可得仿真波形如圖2所示。比較兩個(gè)游標(biāo)之間的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的波形可見(jiàn)：輸出信號(hào)周期為輸入信號(hào)的1/2，根據(jù)頻率與周期成反比的關(guān)系，可知輸出頻率為輸入頻率的2倍，即實(shí)現(xiàn)了二倍頻。

3.2丙類三倍頻器的仿真

（1）在Multisim8中創(chuàng)建仿真電路如圖1所示，不同的是諧振回路L1C1的數(shù)值有改變（L1=22nH，C1=0.125μH），使其調(diào)諧在信號(hào)的三次諧波頻率上。

（2）啟動(dòng)仿真開(kāi)關(guān)，雙擊示波器圖標(biāo)，給示波器設(shè)置合適的狀態(tài)，仿真波形如圖3所示。

同樣比較兩個(gè)游標(biāo)之間的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的波形可見(jiàn)：輸出信號(hào)周期為輸入信號(hào)的1/3，即輸出頻率為輸入頻率的3倍，即實(shí)現(xiàn)了三倍頻。

另外從圖2和圖3可見(jiàn)：在同樣的輸入信號(hào)幅度時(shí)，三倍頻器的輸出電壓明顯減小。

為了提高輸出功率和效率，單級(jí)丙類倍頻器一般只作為二倍頻器或三倍頻器使用。若要提高倍頻次數(shù)，可以采用多級(jí)丙類倍頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，要獲得六次倍頻可將一個(gè)二倍頻器和一個(gè)三倍頻器級(jí)聯(lián)起來(lái)使用。

通過(guò)仿真教學(xué)，將倍頻電路原理和波形直觀的展現(xiàn)出來(lái)，使抽象的理論和概念形象化，有助于學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高課堂教學(xué)效果。

結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在職業(yè)學(xué)校的學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差，而現(xiàn)代社會(huì)對(duì)職業(yè)工作者要求卻不斷提高，學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間應(yīng)掌握好專業(yè)理論基本知識(shí)，為將來(lái)踏入工作崗位打下扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法顯然已不適應(yīng)時(shí)代需求了。教師可以嘗試在專業(yè)課程的理論教學(xué)中采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行仿真的教學(xué)方法，將抽象難懂的理論和概念直觀、易懂、清晰明了地展示出來(lái)，讓學(xué)生在課堂上就能感受到實(shí)驗(yàn)才有的測(cè)量效果，克服傳統(tǒng)理論教學(xué)的不足。教學(xué)實(shí)踐表明，在專業(yè)課程的理論教學(xué)中，借助Multisim仿真軟件輔助教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，學(xué)習(xí)效率提高了。教無(wú)定法，學(xué)無(wú)止境。為適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知需求，教師必須采用不同的教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量和效果，達(dá)到教學(xué)目的。

參考文獻(xiàn)：

［1］王冠華等.Multisim8電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

［2］謝沅清等.通信電子線路［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2000.

示波器的原理和使用范文第3篇

【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理 開(kāi)放實(shí)驗(yàn) 素質(zhì)培養(yǎng)

從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)出發(fā)，物理實(shí)驗(yàn)的類型不能僅僅只停留在操作型、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的水平上，而要按學(xué)生能力形成的不同階段，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)行分層次教學(xué)，做到既有基本實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，也有體現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的綜合性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、綜合運(yùn)用知識(shí)、創(chuàng)新等適應(yīng)科研工作能力的實(shí)驗(yàn)，即綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。從人才培養(yǎng)的角度看，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程從多方面培養(yǎng)學(xué)生的思維和能力，在人才科學(xué)素質(zhì)和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)中起到了重要的作用。根據(jù)學(xué)生由淺入深、循序漸進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)之后開(kāi)設(shè)的。學(xué)生已經(jīng)了解了課程特點(diǎn)，學(xué)習(xí)了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基本方法和基本技能，因此，在綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，對(duì)學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。作為教學(xué)的實(shí)施者，首要任務(wù)就是明確本階段中所涉及的素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施，學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)歸納為以下幾個(gè)方面：

1、良好心理素質(zhì)的培養(yǎng)

設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是以學(xué)生為主體，需要每個(gè)學(xué)生充分發(fā)揮其自身的聰明才智和主觀能動(dòng)性去解決問(wèn)題而完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。與傳統(tǒng)的那種從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法到實(shí)驗(yàn)儀器、步驟全都由教師設(shè)計(jì)的物理實(shí)驗(yàn)而言，良好的心理素質(zhì)是取得勝利的重要武器。從學(xué)生的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)階段的表現(xiàn)來(lái)看，部分同學(xué)的受挫折能力還是有待提高的。當(dāng)完成實(shí)驗(yàn)步驟而沒(méi)有得到相應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，部分同學(xué)會(huì)焦慮不安、慌忙地重新開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，而不能冷靜地分析失敗原因。種種現(xiàn)象表現(xiàn)了學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)結(jié)果預(yù)期過(guò)高，過(guò)程的實(shí)施預(yù)期太簡(jiǎn)單，一旦遇到問(wèn)題，便不能沉著應(yīng)對(duì)，情緒不穩(wěn)定，甚至有退縮的心理，嚴(yán)重影響了學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效果。所以，實(shí)驗(yàn)中對(duì)學(xué)生百折不撓精神的培養(yǎng)尤為重要。另外在教學(xué)指導(dǎo)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)， 部分學(xué)生在做光學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，眼高手低，看到實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單就缺乏耐心。比如：在金屬絲楊氏模量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)中，有的學(xué)生在尺子成像不是太清晰的情況下，就開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，缺乏耐心細(xì)致的調(diào)節(jié)，缺乏科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理部分，不能實(shí)事求是地分析存在的原因。因此，在設(shè)計(jì)性開(kāi)放實(shí)驗(yàn)階段，一定要嚴(yán)格要求學(xué)生，使之形成耐心細(xì)致、實(shí)事求是的良好習(xí)慣，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，擺脫心理依賴。

2、探索能力的培養(yǎng)

大學(xué)物理的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分都有相應(yīng)的詳細(xì)講義或教材，里面包括有實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟等，這種實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)，由于實(shí)驗(yàn)的集體過(guò)程較為明確，對(duì)訓(xùn)練學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)操作能力，掌握基本的物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量手段和方法有較好的效果，而設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)則大不相同，在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，僅由教師提出任務(wù)和要求，然后進(jìn)行一系列的提出問(wèn)題、明確問(wèn)題、提出假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)的思維過(guò)程，在教師所提出的任務(wù)與要求下去探索實(shí)驗(yàn)所涉及到的諸多方面，例如，實(shí)驗(yàn)原理的探究，方案的形成，最佳測(cè)量方法的選取，實(shí)驗(yàn)儀器的選擇。實(shí)驗(yàn)條件的選擇以及實(shí)驗(yàn)步驟的逐步修改、形成等，這一整個(gè)過(guò)程是一個(gè)不斷提出問(wèn)題、解決問(wèn)題過(guò)程的邏輯思維活動(dòng)，學(xué)習(xí)者需要不斷地探索和加工記憶中的信息，積極地進(jìn)行嚴(yán)密而有序的推理和判斷。

3、分析能力的培養(yǎng)

對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析是熟練使用儀器，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)。分析能力的訓(xùn)練有助于鍛煉學(xué)生解決問(wèn)題的能力和思維，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)是實(shí)踐性的教學(xué)，實(shí)驗(yàn)原理的理解、實(shí)驗(yàn)儀器結(jié)構(gòu)及使用方法的掌握、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及誤差分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)論、思考題等環(huán)節(jié)都離不開(kāi)分析過(guò)程。例如：在利用阿基米德原理進(jìn)行密度測(cè)量實(shí)驗(yàn)時(shí)，用游標(biāo)卡尺測(cè)量水槽的直徑這一步，如果不能透徹理解實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)，不能做出全面分析的話，有的學(xué)生就不知道應(yīng)該測(cè)量水槽的內(nèi)徑還是外徑。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段應(yīng)在多個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，更加注重分析能力的培養(yǎng)。例如：在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)階段，學(xué)生們學(xué)習(xí)示波器的使用時(shí)，用的是模擬示波器，而為了培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的分析能力，在綜合實(shí)驗(yàn)階段將模擬示波器全部換成數(shù)字示波器供學(xué)生使用。

4、創(chuàng)造能力的培養(yǎng)

創(chuàng)造性是設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的一個(gè)很重要的特征"設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生大膽假設(shè)、多方求異。突破傳統(tǒng)思維束縛，創(chuàng)造性地提出解決問(wèn)題的方法和途徑。無(wú)論是實(shí)驗(yàn)原理、方法的策劃，還是實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟的選擇，都需要學(xué)生有一定的創(chuàng)新的精神。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，比如說(shuō)實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)儀器的選擇、實(shí)驗(yàn)測(cè)量的創(chuàng)新等，這些都要求學(xué)生能沿著不同的方向去選取與重組信息，不墨守成規(guī)，多方尋求變異，從多方面尋求解決設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法與途徑。實(shí)際上，構(gòu)思和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，就是從發(fā)散思維到集中思維，再?gòu)募兴季S到發(fā)散思維的多次循環(huán)，就是一個(gè)創(chuàng)造性活動(dòng)的全過(guò)程。

示波器的原理和使用范文第4篇

[關(guān)鍵詞] 虛擬儀器 LabVIEW 電子電路實(shí)驗(yàn) 示波器

引 言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高職教育中起著相當(dāng)重要的作用，但是長(zhǎng)期以來(lái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的落后在很大程度上制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量?；趥鹘y(tǒng)儀器的電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅在設(shè)備購(gòu)置上成本較高，而且在設(shè)備維護(hù)上工作量也較大[1]。另外，傳統(tǒng)儀器是由專業(yè)廠家生產(chǎn)，功能固定而且單一，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中往往需要多臺(tái)儀器配合使用， 如信號(hào)源、示波器、電壓表等。這不僅增加了設(shè)備的投入和維護(hù)成本，而且傳統(tǒng)儀器較大的體積也增加了對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的需求。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)給現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)及儀器行業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)革命[2]。它充分利用了計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)發(fā)展的成就， 將其與測(cè)試技術(shù)相融合， 實(shí)現(xiàn)了測(cè)量?jī)x器的軟件化、智能化、多樣化和網(wǎng)絡(luò)化， 而且使用維護(hù)方便，開(kāi)放性、可擴(kuò)展性好，綜合成本低，在很多領(lǐng)域大有取代傳統(tǒng)儀器的趨勢(shì)，成為當(dāng)代儀器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

虛擬儀器技術(shù)的特點(diǎn)

虛擬儀器(Virtual Instrument)的概念是美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)于上世紀(jì)80年代中期提出來(lái)的。這一概念的核心是以計(jì)算機(jī)作為儀器的硬件支撐，充分利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、存儲(chǔ)、回放、調(diào)用、顯示以及文件管理等智能式的功能，把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能軟件化，使之與PC 機(jī)結(jié)合起來(lái)融為一體，這樣便構(gòu)成了一臺(tái)從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時(shí)又充分享用了PC 機(jī)智能資源的全新的儀器系統(tǒng)[3]。虛擬儀器技術(shù)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器技術(shù)和通信技術(shù)三者的有機(jī)結(jié)合，利用良好的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和數(shù)據(jù)采集卡，可以在屏幕上虛擬出與傳統(tǒng)儀器相似的顯示面板， 用戶通過(guò)點(diǎn)擊這個(gè)顯示面板， 來(lái)調(diào)控虛擬儀器的性能。與傳統(tǒng)儀器相比，雖然虛擬儀器也需要硬件支持， 但硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出，軟件才是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。也正是由于軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵， 所以當(dāng)基本硬件確定以后， 就可以通過(guò)不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。正是因?yàn)檐浖褪莾x器，所以用戶可以根據(jù)自己的需要，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)， 滿足多種多樣的應(yīng)用要求。另一方面，利用計(jì)算機(jī)豐富的軟、硬件資源，不僅可以大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)的處理、表達(dá)、傳遞、儲(chǔ)存等方面的限制，達(dá)到傳統(tǒng)儀器無(wú)法比擬的效果，而且為數(shù)據(jù)的快速共享提供了可能。

基于聲卡的虛擬示波器的設(shè)計(jì)

示波器是電子實(shí)驗(yàn)室最為廣泛的測(cè)量?jī)x器之一。傳統(tǒng)示波器外型笨重，功能單一，一些高性能的示波器加工工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，價(jià)格昂貴。隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，基于虛擬儀器技術(shù)的示波器也應(yīng)運(yùn)而生[4]。虛擬示波器充分利用計(jì)算機(jī)的信息處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多路輸入信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)，并且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的離線分析和處理。

1.硬件實(shí)現(xiàn)

虛擬示波器的硬件核心是數(shù)據(jù)采集卡。目前市售的數(shù)據(jù)采集卡價(jià)格與性能基本成正比，一般比較昂貴。隨著DSP(數(shù)字信號(hào)處理)技術(shù)走向成熟，PC機(jī)聲卡可以成為一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其數(shù)字信號(hào)處理器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，ADC用于采集音頻信號(hào)，DAC用于重現(xiàn)這些數(shù)字聲音，轉(zhuǎn)換率達(dá)到44.1KHz。 在采樣頻率要求不高的情況下，可以利用計(jì)算機(jī)的聲卡作為數(shù)據(jù)采集的輸入和輸出。目前，聲卡已成為多媒體計(jì)算機(jī)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置，利用聲卡進(jìn)行采樣與輸出，就不需要購(gòu)買專門的采集卡可以降低虛擬儀器的開(kāi)發(fā)成本，且在音頻范圍內(nèi)可以完全滿足實(shí)驗(yàn)要求。由于計(jì)算機(jī)在各個(gè)高校已經(jīng)普及，采用聲卡研制虛擬儀器能以很低的成本、在較短的時(shí)間內(nèi)更新和擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，在全新的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)綜合性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)。

麥克風(fēng)的工作原理是通過(guò)聲音振動(dòng)的強(qiáng)弱來(lái)改變其結(jié)構(gòu)，以輸出強(qiáng)弱不等的連續(xù)電流。在前面的系統(tǒng)中，麥克風(fēng)的作用相當(dāng)于一個(gè)傳感器，它將聲音的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)后，流入聲片的輸入端。連續(xù)電流經(jīng)過(guò)聲片的A/D轉(zhuǎn)換后，被采集到系統(tǒng)中加以動(dòng)態(tài)顯示和分析。

經(jīng)過(guò)以上分析得知：聲波的振動(dòng)信號(hào)是經(jīng)過(guò)麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以后輸入聲片的。這樣就為通過(guò)聲片采集電信號(hào)提供了契機(jī)。為了保護(hù)聲片，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)充分估計(jì)被測(cè)信號(hào)的大小。如果被測(cè)信號(hào)的幅度很小或者很大，就不能直接進(jìn)入聲片，而是先經(jīng)過(guò)一個(gè)信號(hào)調(diào)理電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行“放大或限幅、濾波”等處理，經(jīng)過(guò)處理后，幅度和頻率降到一定范圍內(nèi)的信號(hào)才能輸入聲片。

聲卡一般有Line In和MIC In兩個(gè)信號(hào)輸入插孔，聲音傳感器(本文采用通用的麥克風(fēng))信號(hào)可通過(guò)這兩個(gè)插孔連接到聲卡。若由MIC In輸入，由于有前置放大器，容易引入噪聲且會(huì)導(dǎo)致信號(hào)過(guò)負(fù)荷，實(shí)際中常使用Line In，其噪聲干擾小且動(dòng)態(tài)特性良好。本文使用Line In作為輸入端，引出兩根電纜，分別與信號(hào)發(fā)生器的兩個(gè)輸出端相連接。它可以接收幅值超過(guò)1.5 V的信號(hào)。

2.軟件設(shè)計(jì)

LabVIEW是一種基于G語(yǔ)言的圖形化虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具，主要用于數(shù)據(jù)的采集、分析、處理和表達(dá)，總線接口、VXI儀器以及GPIB與串口儀器的驅(qū)動(dòng)程序編制和虛擬儀器驅(qū)動(dòng)。它與C、Pascal等傳統(tǒng)編程語(yǔ)言有著諸多相似之處，如相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)、程序調(diào)試工具等。與傳統(tǒng)高級(jí)編程語(yǔ)言最大的差別在于編程方式一般高級(jí)語(yǔ)言采用文本編程，而LabVIEW采用圖形化編程語(yǔ)言(即各種圖標(biāo)、圖形符號(hào)、連線等)，以框圖的形式編寫(xiě)程序。采用這種圖形化的編程方式，再加上大量專業(yè)控件(Controls)和函數(shù)(Functions)的提供，使之具有極高的編程效率和優(yōu)秀的編程效果。

(1)虛擬示波器的前面板設(shè)計(jì)

前面板用來(lái)提供用戶與虛擬示波器的接口，通過(guò)一個(gè)友好的圖形界面，模擬傳統(tǒng)儀器操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬示波器的控制，并且顯示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。本文設(shè)計(jì)的虛擬示波器前面板如所示。根據(jù)儀器的功能，在虛擬示波器前面板上設(shè)置實(shí)時(shí)圖形顯示窗口(包括波形圖、頻譜圖)，數(shù)據(jù)采集配置按紐(包括聲卡初始化配置、通道配置、觸發(fā)參數(shù)配置)、波形顯示調(diào)節(jié)按紐(水平調(diào)節(jié)、垂直調(diào)節(jié)、游標(biāo)顯示)、參數(shù)動(dòng)態(tài)顯示按紐(波形平均值、峰峰值、頻率)、錯(cuò)誤信息顯示窗口、幫助窗口、暫停按鈕、保存按鈕、回讀按紐、停止按鈕等。

(2)程序框圖設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)的原理是讓信號(hào)通過(guò)聲卡采集進(jìn)虛擬器中，通過(guò)聲卡的基本設(shè)置，設(shè)置聲卡的一些基本參數(shù)，聲卡的采樣頻率不能太低，如果頻率太低，采集過(guò)程中，不能連續(xù)地采集，示波器的輸出就會(huì)中斷。聲卡采集完信號(hào)數(shù)據(jù)后，聲卡開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取，虛擬示波器把波形顯示出來(lái)；在波形顯示的過(guò)程中，虛擬示波器還能通過(guò)頻譜分析，對(duì)波形的幅頻和相頻分析，顯示虛擬示波器的幅頻特性和相頻特性；最后再把頻率、幅頻、相頻的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)組的分析，也顯示出來(lái)。在讀取過(guò)程中，還能把虛擬示波器的周期平均、峰峰值、負(fù)峰值、正峰值、周期均方根、直流、均方根的數(shù)值也顯示出來(lái)。而聲卡的讀取過(guò)程是通過(guò)一個(gè)While循環(huán)把這所有的過(guò)程連接起來(lái)。讀取過(guò)程完后，經(jīng)過(guò)聲卡的清理后，再進(jìn)行下一次的讀取過(guò)程。在聲卡的讀取過(guò)程中，如果聲卡觸發(fā)有差錯(cuò)的話，聲卡的讀取就會(huì)停止，聲卡直接停止，While循環(huán)也就結(jié)束了。

3.虛擬示波器的測(cè)試

虛擬示波器測(cè)試時(shí)采用了固緯（Good Will）GFG—8250A函數(shù)信號(hào)發(fā)生器作為外部模擬信號(hào)輸入，用設(shè)計(jì)的虛擬示波器顯示正弦波的波形。測(cè)試結(jié)果表明虛擬示波器采集的信號(hào)與傳統(tǒng)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)吻合，參數(shù)測(cè)量精確，波形控制和觸發(fā)控制響應(yīng)迅速，顯示正確，說(shuō)明用LabVIEW開(kāi)發(fā)的虛擬示波器的結(jié)果與傳統(tǒng)示波器結(jié)果相一致。

結(jié) 語(yǔ)

利用虛擬儀器技術(shù)，是高職院校改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)全新發(fā)展方向。虛擬儀器系統(tǒng)的高利用率和低成本，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有傳統(tǒng)儀器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，使用虛擬儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的儀器以很好地解決高校實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)緊缺的現(xiàn)狀，對(duì)節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量意義重大。同時(shí)虛擬儀器的應(yīng)用能更好地培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)電路和創(chuàng)新的能力，鞏固、加強(qiáng)學(xué)生對(duì)測(cè)試技術(shù)基本理論的理解和掌握，同時(shí)還接觸到先進(jìn)的技術(shù)，從一個(gè)更高的起點(diǎn)面對(duì)未來(lái)。

參考文獻(xiàn):

[1]周密.基于聲卡的虛擬儀器在電路實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（9）.

[2]曹才開(kāi).虛擬技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的地位[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24(1).

[3]楊樂(lè)平,李海濤等.LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M].北京:電子工業(yè)出版社，2004.

示波器的原理和使用范文第5篇

1 教學(xué)背景分析

該課采用中等職業(yè)教育課程改革國(guó)家規(guī)劃新教材《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》，該講課內(nèi)容為其中項(xiàng)目六“直流穩(wěn)壓電源的制作”中的第一節(jié)內(nèi)容―整流電路。

該次授課對(duì)象是軌道交通技術(shù)專業(yè)二年級(jí)學(xué)生。在知識(shí)技能方面，具備整流和半波整流電路的知識(shí)；會(huì)用電子實(shí)驗(yàn)箱搭接半波整流電路；對(duì)半波整流電路有一定的分析能力。在學(xué)習(xí)中存在邏輯思維能力較弱，分析能力不強(qiáng)、計(jì)算能力較弱的學(xué)習(xí)障礙。

在行為特征上，他們好奇心強(qiáng)，模仿能力強(qiáng)，善于動(dòng)手實(shí)踐，喜歡交流經(jīng)驗(yàn)，并有很強(qiáng)地展現(xiàn)自我的欲望。

2 教學(xué)目標(biāo)與重難點(diǎn)

結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)情分析，制訂如下三維教學(xué)目標(biāo)：

（1）知識(shí)目標(biāo)：掌握橋式整流電路的組成；理解橋式整流電路的工作原理。

（2）能力目標(biāo)：能使用萬(wàn)用表、示波器完成橋式整流電路輸入電壓、輸出電壓和波形的測(cè)量；會(huì)分析橋式整流電路中常見(jiàn)故障對(duì)電路的影響；會(huì)運(yùn)用橋式整流電路輸入、輸出電壓的公式進(jìn)行計(jì)算。

（3）情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；增強(qiáng)安全意識(shí)和愛(ài)護(hù)設(shè)備意識(shí)。

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)兼顧以工作過(guò)程為導(dǎo)向的課程體系改革職教理念確定教學(xué)重點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生具備的知識(shí)和能力，設(shè)立難點(diǎn)和教學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)。

（1）重點(diǎn)：橋式整流電路的組成；整流電路輸出電壓、電流的計(jì)算。

（2）難點(diǎn)：橋式整流電路的工作原理及故障分析。

3 教學(xué)方法及教學(xué)環(huán)境

采用教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式，借助信息化技術(shù)，讓學(xué)生帶著任務(wù)進(jìn)行合作、探究學(xué)習(xí)，突出“做中學(xué)、做中教”的職業(yè)教育教學(xué)特色。

實(shí)訓(xùn)環(huán)境：理實(shí)一體實(shí)訓(xùn)室。教學(xué)資源：學(xué)習(xí)平臺(tái)、情境視頻、任務(wù)單、電子電路仿真軟件Multisim、PPT、無(wú)線投影、在線練習(xí)題、錄像設(shè)備等。

4 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境 引入項(xiàng)目。

教師展示半波整流電路的波形圖動(dòng)畫(huà)并提出問(wèn)題：半波整流電路的缺點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)觀察課件中示波器的波形，并參閱教材共同討論回答。然后教師展示橋式整流電路的輸出波形圖動(dòng)畫(huà)并提問(wèn)如果現(xiàn)在需要給手機(jī)充電，整流電路部分應(yīng)選擇哪一個(gè)？

學(xué)生觀察分析后，闡述它們的不同點(diǎn)，從而引起學(xué)生興趣，使學(xué)生的思維很快進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)，同時(shí)引入該次課內(nèi)容。

環(huán)節(jié)二：分組操作 實(shí)施任務(wù)。

教師講解該節(jié)課的任務(wù)，確認(rèn)橋式整流電路的實(shí)施方案。學(xué)生小組合作，接受學(xué)習(xí)任務(wù)，確定實(shí)施步驟。利用電子電路仿真軟件Multisim，模擬橋式整流電路的組成，繪制橋式整流電路圖。

步驟一：搭接橋式整流電路，該步驟包含兩個(gè)小活動(dòng)?；顒?dòng)1：認(rèn)識(shí)電路組成。學(xué)生在學(xué)習(xí)材料和動(dòng)畫(huà)中通過(guò)彩色圖片，逐一將元件展示。二人合作，迅速將電路所需元部件在實(shí)驗(yàn)箱面板上找出，在任務(wù)單中記錄操作時(shí)間?；顒?dòng)2：搭接電路。學(xué)生借助平臺(tái)資源“橋式整流電路組成”，搭接電路。此過(guò)程中，教師強(qiáng)調(diào)電路搭接過(guò)程中的注意事項(xiàng)，并即時(shí)錄像學(xué)生操作過(guò)程，以備評(píng)價(jià)。

步驟二：測(cè)量整流電路輸入輸出電壓。小組成員分工合作，完成橋式整流電路輸入、輸出電壓的測(cè)量，填寫(xiě)任務(wù)單。通過(guò)實(shí)際的動(dòng)手操作，強(qiáng)化理論知識(shí)，使學(xué)生熟練使用萬(wàn)用表測(cè)電路輸入電壓和輸出電壓。在此過(guò)程中，教師對(duì)學(xué)生操作情況進(jìn)行實(shí)錄，以備評(píng)價(jià)。

步驟三：用示波器觀察波形。借助平臺(tái)資源中的示波器教學(xué)視頻，學(xué)生組內(nèi)合作，用示波器觀察電路輸入輸出波形并記錄在任務(wù)單上，教師即時(shí)錄像學(xué)生操作過(guò)程。

步驟四：分析電路，該步驟包含三個(gè)小活動(dòng)?；顒?dòng)1：分析電路工作原理。學(xué)生借助學(xué)習(xí)平臺(tái)中的“電路原理”動(dòng)畫(huà)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)分析u2正半周、負(fù)半周時(shí)橋式整流電路的工作過(guò)程，并填寫(xiě)學(xué)習(xí)任務(wù)單?；顒?dòng)2：計(jì)算輸出電壓和電流。學(xué)生觀看學(xué)習(xí)平臺(tái)動(dòng)畫(huà)并結(jié)合步驟二和步驟三的學(xué)習(xí)成果，理解并記住橋式整流電路的輸出電壓、電流計(jì)算公式，通過(guò)做習(xí)題進(jìn)一步強(qiáng)化計(jì)算方法。這樣可以有效地幫助學(xué)生對(duì)該次課重點(diǎn)知識(shí)的掌握?；顒?dòng)3：故障分析。學(xué)生利用電子電路仿真軟件Multisim觀察故障現(xiàn)象，分析故障主要原因。通過(guò)典型電路故障的原因分析，讓學(xué)生進(jìn)一步掌握橋式整流電路的組成，這是該課重點(diǎn)之一。對(duì)典型電路故障進(jìn)行匯總，能有效地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、思考，理解橋式整流電路的工作原理，提高學(xué)生電路分析能力。

環(huán)節(jié)三：展示交流 效果評(píng)價(jià)。

整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程采用過(guò)程評(píng)價(jià)、結(jié)果評(píng)價(jià)、學(xué)生自評(píng)、學(xué)生互評(píng)、教師評(píng)價(jià)等多種評(píng)價(jià)手段，使學(xué)生增強(qiáng)自信心，培養(yǎng)表達(dá)能力和評(píng)價(jià)能力。

環(huán)節(jié)四：鞏固知識(shí) 自測(cè)練習(xí)。

學(xué)生利用平臺(tái)資源的自測(cè)練習(xí)環(huán)節(jié)，獨(dú)立完成自測(cè)練習(xí)，鞏固所學(xué)知識(shí)。通過(guò)這種方式，學(xué)生既能看到自己的進(jìn)步，也看到不足，有利于下一輪教學(xué)的開(kāi)展和課改思路的延續(xù)及深入進(jìn)行。

環(huán)節(jié)五：課后調(diào)查 拓展任務(wù)。