探讨数字示波器在电子类专业实践教学中的应用

苏神保

(湖南商务职业技术学院，湖南 长沙 410205)

探讨数字示波器在电子类专业实践教学中的应用

苏神保

(湖南商务职业技术学院，湖南 长沙 410205)

在高职院校电子类专业实践教学中，通常会用到诸如万用表、示波器等测试仪表来检测电子线路的相关性能及参数。随着仪器仪表的不断发展，传统的指针式万用表、模拟示波器已经很难满足日常教学需要，取而代之的则是更为直观、方便的数字万用表和数字示波器。本文以江苏绿扬电子仪器集团有限公司生产的LDS20000系列数字存储示波器为例，引入NE555多谐振荡器电路，详细阐述了该数字示波器在高职院校电子类专业实践教学中的应用。

数字存储示波器；NE555；测量

示波器与万用表一样，是一种用途十分广泛的电子测量仪器，广泛应用于各大专院校、科研院所、电子产品研发及生产企业等场所。它能把我们人的肉眼看不见的电信号转换成看得见的图象信息并通过屏幕显示出来，便于人们观测并研究各种电信号的变化过程[1]。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，并可以通过计算或者测量得出该电信号的相关信息，如电压、幅度、周期、频率、占空比等等。示波器可以分为模拟示波器和数字示波器。

传统的模拟示波器与CRT(阴极射线显像管)电脑显示器成像原理类似，采用的是模拟电子器件电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。由于屏幕的内表面涂有荧光物质,这样被电子束打中的点就会发出光来而呈现图像。而数字示波器则是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。还有一些示波器可以提供存储，实现对波形的保存和处理[2]。

本文以我校购置的江苏绿扬电子仪器集团有限公司生产的LDS20000系列数字存储示波器为例，引入在日常教学中应用较多的由NE555芯片组成的多谐振荡器电路，从理论上简要分析该电路工作原理并通过该数字示波器对理论加以验证，从而阐述数字示波器在高职院校电子类专业实践教学中的应用。

1 关于数字存储示波器

1.1 数字示波器的使用方法

数字示波器面板按钮较多，功能复杂，对于初学者而言，在没有说明书的情况下很难准确掌握该仪器的使用方法及技巧，下面以笔者多年的实践教学经验总结数字示波器的简要使用方法及使用步骤如下：

1) 接通电源，仪器执行所有自检项目，并确认通过自检；

2) 按面板上存储STORAGE按钮，用菜单操作键调出存储类型菜单，并选择出厂设置执行恢复出厂设置；

3) 将示波器探头连接至CH1通道输入端并测试校准信号，按自动AUTOSET按钮，示波器屏幕将显示该校准信号，一般为0.5Vpp，1 kHz的方波；

4) 用同样的方法校准CH2通道；

5) 将待测信号连接至CH1或者CH2通道，按自动AUTOSET按钮，几秒钟后在显示屏上看到待测波形，待波形稳定后按测量MEASURE按钮，执行全部测量，即可看到该待测信号的相关参数如最大值、最小值、峰峰值、顶值、底值、周期、频率等显示在屏幕上，直接读数即可。

1.2 测量及读数

在数字示波器的使用过程中，按上述方法和步骤进行波形测量相对较为简单，但在读数方面，由于目前大部分数字示波器的菜单以及屏幕显示测量结果均为英文，这就给英文基础相对较为薄弱的高职学生来说带来一定的难度。往往很多学生能够测试到待测波形，但对于该信号的相关参数读数就显得捉襟见肘，无法进行下一步的电路原理分析及功能验证。

下面以绿扬LDS20000系列为例，列表列出其测量参数中英文对照表如表1所示，其它品牌示波器大同小异。

表1 绿扬LDS20000测量结果中英文对照表

2 应用举例

2.1 NE555多谐振荡器及Multisim仿真

为了能更好地说明数字示波器在实践教学中的应用，本文选取了在电子类专业教学中经常用到的一个实例——NE555多谐振荡器来验证该电路的相关性能及参数，由NE555组成的多谐振荡器电路及Multisim软件仿真结果如图1所示[3]。

图1 多谐振荡器电路及NI仿真波形图

在该多谐振荡器中，电路通电的一瞬间，由于电容C2两端电压不能突变并通过(R1+R2)充电，在充电电压低于2/3Vcc期间，定时器3脚输出高电平，当充电电压达到2/3Vcc时，NE555的7脚放电端内部三极管导通，C2通过R2开始放电，定时器3脚输出状态翻转为低电平，当C2放电至1/3Vcc时，7脚放电端内部三极管截止，C2又开始通过(R1+R2)充电，充电期间定时器3脚输出端再次翻转为高电平。电容的充放电均呈指数上升或下降，如此循环反复，在输出端就得到了一个周期性的矩形波。

该矩形波的周期及占空比可以用如下公式计算得到：

充电时间：T1=0.693(R1+R2)C2=651.42 us

放电时间：T2=0.693R2C2=325.71 us

周期：T=T1+T2=977.13 us

占空比：Duty=T1/T2=2

2.2 数字示波器波形测试及读数

按上述仿真电路图连接实物电路，通电并连接数字示波器测试NE555阈值电平端和输出端的波形图如图2所示。

图2 数字示波器波形测试图

从数字示波器上观测波形图及测量结果可知，NE555输出端输出波形参数如下：

Vmin=-160 mV，Vmax=5.32 V，Vpp=5.48 V，Perd=888 us，Freq=1.13 kHz，-Width=296 us，+Width=592 us，+Duty=66.67%，-Duty=33.33%。

将示波器测试数据与理论值相比较可知，排除电子元件电气参数影响及测试仪器本身性能差异，测试数据读数基本与理论计算数据相符，达到了该实验目的及要求。

3 结束语

数字示波器作为一种高端的电子仪器测试设备，其应用也越来越广泛，已经成为测试工程师们必备的测试工具之一[4]。把数字示波器引入到高等职业教育电子类专业实践教学，可以提高实践教学效率，丰富课堂内容，使原本枯燥乏味的理论知识变得形象直观，特别是数字示波器提供的强大的数据测量功能更是使得波形测量变得方便、有效[5]。

[1] 王旗，胡广兴，杜安.探讨数字示波器在大学物理实验教学中的应用[J].大学物理实验,2015(4):36-38.

[2] 李维森.当代数字示波器的发展应用[J].制造与测试,2007(1):68-69.

[3] 苏神保，郭迎.Multisim仿真软件在高职电信专业教学中的应用[J].商,2015(5):197.

[4] 晏晓庆.数字示波器在电源测量中的应用[J].硅谷,2010(5)：31.

[5] 苏神保.基于Proteus的测频仪设计与仿真[J].仪器仪表用户,2016(7):24-25.

Application of Digital Oscilloscope in the Practical Teaching of Electronic Specialty

Su Shenbao

(HunanVocationalCollegeofCommerce,ChangshaHunan410205,China)

In the practical teaching of electronic specialty in higher vocational colleges, multimeter, oscilloscope and other test instruments are usually used to test the performance and parameters of electronic circuits. With the continuous development of instruments and apparatuses, the traditional pointer type multimeter and analog oscilloscope are difficult to meet the needs of the daily teaching, and it is replaced by digital multimeter and digital oscilloscope because of intuitive and convenient. In this paper, taking the LDS20000 series digital storage oscilloscope produced by Jiangsu Lvyang Electronic Instrument Co. Ltd and the NE555 multivibrator circuit as an example, expounds the application of digital oscilloscope in the practical teaching of electronic specialty in higher vocational colleges.

digital storage oscilloscope; NE555; measure

2016-12-01

苏神保(1982- )，男，湖北监利人，讲师，硕士，研究方向：电子类专业实践教学。

1674- 4578(2017)01- 0084- 03

G642；TM935.3

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