常用電子儀器使用的注意事項(xiàng)

常用電子儀器使用的注意事項(xiàng)

要正確地使用儀器，必須要了解儀器中的一般規(guī)則和常識(shí)，如果不遵守這些規(guī)則，并不是一定會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤，而是只在某些場合或某些情況下才會(huì)得到明顯的錯(cuò)誤結(jié)果。這也往往使得人誤認(rèn)為這些測量中的規(guī)則或常識(shí)似乎不是那么嚴(yán)格或那么有用，尤其是對(duì)于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足的同學(xué)更是如此。下面就一般的儀器使用中的應(yīng)該了解的一些常識(shí)和注意事項(xiàng)進(jìn)行解釋和說明。

1. 關(guān)于儀器的阻抗

作為信號(hào)源一類的儀器，其輸出阻抗都是很低的，通信系列的儀器（例如高頻信號(hào)發(fā)生器等）典型值是50Ω，電視系列的儀器典型值是75Ω（例如掃頻儀的掃頻輸出端或電視信號(hào)發(fā)生器的射頻輸出端）。雖然有的低頻信號(hào)發(fā)生器也有幾百歐姆輸出阻抗的輸出端子，但是作為電壓輸出的端子，其輸出阻抗一般不會(huì)超過1KΩ（低頻信號(hào)發(fā)生器的功率輸出端子除外）。之所以信號(hào)源的輸出阻抗一般都做得很低，是因?yàn)樾盘?hào)源是產(chǎn)生信號(hào)的。在測量過程中，它是要將自己的信號(hào)耦合到被測電路上的，如果信號(hào)源的阻抗做得很低，就很容易將信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)耦合到輸入阻抗較高的被測電路上。另外，對(duì)于高頻測量，由于通信設(shè)備和電視設(shè)備一般射頻輸入端的阻抗是50Ω和75Ω，故而將儀器的輸出阻抗設(shè)定在50Ω和75Ω，在測量過程中，就可以滿足所要求的阻抗匹配。

一般，在低頻測量中，并不非要阻抗匹配不可。大多數(shù)情況是被測電路的輸入阻抗比信號(hào)源的輸出阻抗大得多，對(duì)信號(hào)源而言，往往可等效為開路輸出（即空載）。而在高頻情況下，一般是非要阻抗匹配不可，否則由于反射波的影響，會(huì)造成耦合到被測電路上的信號(hào)幅度與饋線的長短有關(guān)，從而會(huì)造成耦合到被測電路輸入端的信號(hào)幅度與信號(hào)源上的指示值不同，這就會(huì)造成測量結(jié)果的不正確。當(dāng)測量頻率上升到幾十兆乃至上百兆時(shí)，這種影響就會(huì)變得顯著。

例如：對(duì)于掃頻儀，當(dāng)進(jìn)行“零分貝校正”時(shí)，如果阻抗不匹配，則在頻率較低的頻段，屏幕上的掃描線是直的（不是指基線），但是在較高頻率的頻段，掃描線就會(huì)變得起伏不平。這尤其對(duì)于寬頻帶測量，就會(huì)帶來較大的誤差。

另外，信號(hào)源耦合到被測電路上的信號(hào)幅度在匹配和非匹配狀態(tài)下是不同的，儀器面板上所指示的輸出幅度一般要么是空載輸出的幅度，要么是匹配輸出的幅度，這可通過儀器使用說明或通過實(shí)測來確定。如果被測電路的輸入阻抗不是比信號(hào)源輸出阻抗大得多，也不與信號(hào)源的輸出阻抗相匹配，則不可以通過信號(hào)源的面板指示來確定耦合到被測電路上的信號(hào)幅度，而要通過實(shí)測確定。

作為電壓表（例如晶體管毫伏表）或示波器一類的從被測電路上取得信號(hào)來測量的儀器，一般的輸入阻抗都較高，典型值為1MΩ，有的（例如示波器）還標(biāo)有輸入電容（例如25pF）。之所以它們阻抗要做得較高，是因?yàn)檫@樣可以使得它們對(duì)被測電路的影響較小。但是，當(dāng)被測電路的輸出阻抗大到與它們的輸入阻抗相比擬時(shí)，則儀器的輸入阻抗對(duì)被測電路的影響就變得顯著了，這時(shí)測量結(jié)果往往不準(zhǔn)確了（每當(dāng)遇到這種情況時(shí)，這一點(diǎn)往往容易被初學(xué)者所忽略）。

對(duì)于儀器的輸入電容來說，在低頻情況下對(duì)測量沒有什么大的影響。但是在高頻情況下，有時(shí)就得小心。例如用示波器直接測量一個(gè)沒有經(jīng)過緩沖的振蕩器，由于示波器輸入端的電容直接并聯(lián)在被測振蕩器上，就會(huì)對(duì)振蕩器的工作有影響，所得到的測量結(jié)果也就不準(zhǔn)確。

2. 避免儀器的損壞

在儀器的使用中，不正確的操作可能造成對(duì)儀器的損壞，而且，這種情況的發(fā)生有時(shí)似乎是莫名其妙的。 對(duì)于信號(hào)源一類的儀器，不能隨便將其輸出端短路。盡管對(duì)于信號(hào)源的電壓輸出端子來說，將其輸出端短路一般并不會(huì)損壞儀器，但是也應(yīng)該養(yǎng)成不隨便將輸出端短路的習(xí)慣。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)室里使用的直流穩(wěn)壓電源，一般都具有保護(hù)電路，短時(shí)間的短路通常并不會(huì)損壞儀器。但是，即使沒有損壞，由于短路時(shí)，穩(wěn)壓電源內(nèi)部處于一種高功耗狀態(tài)，時(shí)間長了也可能受不了，尤其是散熱不良時(shí)更是如此。而對(duì)于功率輸出的信號(hào)源或信號(hào)源的功率輸出端子，更不能將其輸出端短路，否則就意味著儀器的損壞。在使用中，不僅不能將其輸出端短路，而且，也不應(yīng)該過載使用（即被測電路的阻抗過低）。

對(duì)于毫伏表或示波器一類的儀器，要注意耦合到其輸入端上的電壓不可超過其最大允許值。這類儀器一般并不會(huì)因此而損壞，因?yàn)樗鼈兊妮斎攵说淖畲笤试S值往往較大，很少有耦合到其輸入端的電壓達(dá)到超過其輸入端最大允許的情況。但是對(duì)于頻率計(jì)就不同了，很多頻率計(jì)能夠工作在1000MHz的頻率上，而為了達(dá)到這么寬的頻率范圍，其前級(jí)電路放大器中所使用的管子必須是高頻小功率管，它的耐壓值不大，而由于某種原因要工作在如此高的頻率上，故不容易在其輸入端設(shè)置保護(hù)電路（這會(huì)導(dǎo)致其工作頻率下降），因此只要在其輸入端饋入稍大的電壓（例如十來伏甚至更低），就極易導(dǎo)致前級(jí)電路中管子的損壞，從而造成儀器的損壞。

3. 儀器外殼的接地

有許多儀器是金屬外殼，由于金屬外殼本身就是一個(gè)導(dǎo)體，而且由于它往往較大，所以它本身就是一個(gè)形狀特殊的天線，容易接收空間的電磁干擾。通過它所接收的電磁干擾會(huì)通過各種渠道耦合到儀器的電路上，從而造成儀器的輸出不純（即造成與有用信號(hào)混在一起的雜波輸出）。為了避免這種干擾，有金屬外殼的儀器，一般都不得將外殼與儀器內(nèi)部的地線聯(lián)接起來，而儀器內(nèi)部電路的地線又通過與被測電路聯(lián)接的饋線，與被測電路的地線相連，使得干擾被短路到地。但是，有的儀器其外殼并不與其內(nèi)部電路的地線相連，例如直流穩(wěn)壓電源，因?yàn)楫?dāng)將其輸出電壓作為正電源輸出時(shí)，那么其負(fù)端應(yīng)該與被測電路的地線相連；而當(dāng)將其輸出電壓作為負(fù)電源輸出時(shí)，那么其正端應(yīng)該與被測電路的地線相連，這時(shí)，它的外殼就既不宜與輸出端的正極相連，也不與負(fù)極相連，所以它往往在儀器面板上設(shè)置一個(gè)地線端子，而這個(gè)地線端子既不與輸出端的正極相連，也不與負(fù)極相連，它只僅僅與外殼相連。在使用時(shí)，它應(yīng)該與被測電路的地線相連。

在對(duì)整機(jī)進(jìn)行測量時(shí)，往往需要同時(shí)用到許多儀器，工程上往往采用將所有的儀器的外殼都用導(dǎo)線聯(lián)接起來的方法來防止金屬儀器的外殼所引入的干擾。儀器的外殼都聯(lián)接起來以后，通過儀器與被測電路相連的饋線，就將儀器外殼與被測電路的地線聯(lián)接起來了，從而達(dá)到屏蔽的效果。

但是，如果不將儀器的外殼與被測電路的地線相連，也不一定會(huì)對(duì)測量結(jié)果有顯著的影響。這要看是大信號(hào)測量還是小信號(hào)測量。因?yàn)閮x器外殼作為天線所接收到的空間電磁輻射的干擾幅度畢竟很小，當(dāng)被測電路輸入端的信號(hào)幅度較大時(shí)（例如幾十或幾百毫伏或更大），由儀器外殼所引入的干擾就小得可以忽略不計(jì)，這時(shí)對(duì)測量結(jié)果就沒有什么影響。但是，當(dāng)被測電路輸入端的信號(hào)幅度很小時(shí)，則干擾的影響就變得顯著了，此時(shí)測量結(jié)果就會(huì)不準(zhǔn)確。

4. 探頭與饋線

每個(gè)儀器都有自己的探頭或饋線。有的儀器的探頭里含有某種電路（例如衰減器、檢波器等），這種儀器探頭一般不能與別的儀器的探頭互換。在低頻測量中，探頭或饋線的使用不是那么嚴(yán)格，但在高頻測量中，探頭或饋線的使用就要嚴(yán)格得多。 首先是匹配問題。例如掃頻儀的掃頻輸出端的饋線有兩種：一種是沒有匹配電阻的，另一種則是有匹配電阻的。使用時(shí)要根據(jù)被測電路輸入阻抗來確定用什么饋線。對(duì)任何儀器，在高頻測量中都不能用任意的兩根導(dǎo)線來代替匹配電纜的使用。另外，有的饋線或探頭針較短，這是因?yàn)楦哳l測量中不能使得探頭的探針過長，否則會(huì)影響測量結(jié)果，故不可隨意使得探頭加長。但在低頻測量中（例如1MHz以內(nèi)），探頭加長一些對(duì)測量結(jié)果的影響不大。

在穩(wěn)壓電源的使用中，其饋線就是一般的導(dǎo)線。但是，如果用穩(wěn)壓電源給高頻電路供電，由于較長的導(dǎo)線在高頻上呈現(xiàn)出較大的感抗，這就會(huì)導(dǎo)致電源內(nèi)阻增加（穩(wěn)壓電源的高頻內(nèi)阻本來就比低頻內(nèi)阻大得多，其內(nèi)阻指標(biāo)是指低頻內(nèi)阻），為了降低饋線對(duì)電源的實(shí)際內(nèi)阻的影響，往往需要在被測電路的電源端并聯(lián)上去耦的小容量電容。這對(duì)于要求稍高的電路（例如較高頻率穩(wěn)定度的振蕩器）是必需的。