实验项目编号：060200212

实验项目名称：PN 结正向压降与温度关系的研究和应用

常用的温度传感器有热电偶、测温电阻器和热敏电阻等，这些温度传感器

均有各自的优点，但也有它的不足之处，如热电偶适用温度范围宽，但灵敏度

低、且需要参考温度；热敏电阻灵敏度高、热响应快、体积小，缺点是非线性，

且一致性较差，这对于仪表的校准和调节均感不便；测温电阻如铂电阻有精度

高、线性好的优点，但灵敏度低且价格较贵；而 PN 结温度传感器则有灵敏度高、

线性较好、热响应快和体小轻巧易集成化等优点，所以其应用势必日益广泛。

但是这类温度传感器的工作温度一般为-50℃-150℃，与其它温度传感器相比，

测温范围的局限性较大，有待于进一步改进和开发。

实验目的

1、了解 PN 结正向压降随温度变化的基本关系式。

2、在恒定正向电流条件下，测绘 PN 结正向压降随温度变化曲线，并由此

确定其灵敏度及被测 PN 结材料的禁带宽度。

3、学习用 PN 结测温的方法。

实验原理

理想的 PN 结的正向电流 IF和正向压降 VF存在如下关系式：

)kT

qVexp(II

FsF （1）

其中 q为电子电荷；k为玻尔兹曼常数；T为绝对温度；IS为反向饱和电流，

它是一个和 PN 结材料的禁带宽度以及温度有关的系数，可以证明

)kT

qVexp(CTI

)0(grF （2）

其中 C是与截面积、掺杂质浓度等有关的常数，r也是常数（见附录）；Vg(0)

为绝对零度时 PN 结材料的导带底和价带顶的电势差。

将（2）式代入（1）式，两边取对数可得

1n1r

F)0(gF VVTln

qkT

T)IC

lnqk

(VV （3）

1

其中 T)IC

lnqk

(VVF

)0(g1

r1n Tlnq

kTV

方程（3）就是 PN 结正向压降作为电流和温度函数的表达式，它是 PN 结温

度传感器的基本方程。令 IF=常数，则正向压降只随温度而变化，但是在方程（3）

中还包含非线性顶 Vn1。下面来分析一下 Vn1项所引起的线性误差。

设温度由 T1变为 T时，正向电压由 VF1变为 VF，由（3）式可得

r

111F)0(g)0(gF )

TT

ln(q

kTTT

)VV(VV （4）

按理想的线性温度响应，VF应取如下形式

)TT(T

VVV 1

1F1F

理想 （5）

TV 1F

等于 T1温度时的T

VF

值

由（3）式可得

rqk

TVV

TV

1

1F)0(g1F

（6）

所以 )TT(rqk

TVV

VV 11

1F)0(g1F

理想

= r)TT(q

kTTT

)VV(V 11

1F)0(g)0(g （7）

由理想线性温度响应（7）式和实际响应（4）式相比较，可得实际响应对

线性的理论偏差为

△=V 理想-VF= r

TT

qkTrTT

qk )ln()(

11 （8）

设 T1=300°K，T=310°K，取 r=3.4,由（8）式可得△=0.048mV，而相应

的 VF的改变量约 20 mV，相比之下误差甚小。不过当温度变化范围增大时，VF

温度响应的非线性误差将有所递增，这主要由于 r因子所致。

综上所述，在恒流供电条件下，PN 结的 VF对 T 的依赖关系取决于线性项

V1，即正向压降几乎随温度升高而线性下降，这就是 PN 结测温的理论依据。必

2

须指出，上述结论仅适用于杂质全部电离，本征激发可以忽略的温度区间（对

于通常的硅二极管来说，温度范围约-50℃-150℃）。如果温度低于或高于上述

范围时，由于杂质电离因子减小或本征载流子迅速增加，VF—T 关系将产生新

的非线性，这一现象说明 VF—T 的特性还随 PN 结的材料而异，对于宽带材料

（如 GaAs，Eg 为 1.43eV）的 PN 结，其高温端的线性区则宽；而材料杂质电

离能小（如 Insb）的 PN 结，则低温端的线性范围宽。对于给定的 PN 结，即使

在杂质导电和非本征激发温度范围内，其线性度亦随温度的高低而有所不同，

这是非线性项 Vn1引起的，由 Vn1对 T的二阶导数T1

dTVd2

2

可知，dT

dV 1n 的变化与 T

成反比，所以 VF—T的线性度在高温端优于低温端，这是 PN 结温度传感器的普

遍规律。此外，由（4）式可知，减小 IF，可以改善线性度，但并不能从根本上

解决问题，目前行之有效的方法大致有两种：

1、利用对管的两个 be 结（将三极管的基极与集电极短路与发射极组成一

个 PN 结），分别在不同电流 IF1、IF2下工作，由此获得两者之差（IF1- IF2）与温

度成线性函数关系，即

VF1-VF2=2F

1F

II

n1q

KT

由于晶体管的参数有一定的离散性，实际值与理论值仍存在差距，但于单

个 PN 结相比其线性度与精度均有所提高，这种电路结构与恒流、放大等电路

集成一体，便构成电路温度传感器。

2、采用电流函数发生器来消除非线性误差。由（3）式可知，非线性误差

来自 Tr项，利用函数发生器，IF比例于绝对温度的 r 次方，则 VF—T 的线性理

论误差为△=0。实验结果与理论值比较一致，其精度可达 0.01℃。

3

实验仪器：DH-PN-1 型 PN 结正向压降温度特性仪

DH-PN-1 型 PN 结正向压降温度特性实验仪

使 用 说 明

一 概 述

PN 结温度传感器相对于其它温度传感器来说，具有灵敏度高、线性好、热

响应快、易于实现集成化等优点。根据半导体理论可知，PN 结的正向压降与其

正向电流和温度有关，当正向电流保持不变时，则正向压降只随温度而变化。

本实验仪是在恒定的正向电流条件下，测量 PN 结正向压降与温度的关系，

从而验证这一原理。本实验也是集电学、热学为一体的综合性实验，适用于大

专院校普通物理实验和有关专业的基础实验。

二 主要技术指标

(1)测试恒流源 IF：

输出电流：0～1000μA，连续可调，细度≤1μA

电流稳定度：10-3+2mA

负载稳定度：10-3

(2)加热电流：0～1.0A，调节细度小于 0.001A，最大负载电压不小于 15V

(3)温度传感器 AD590

温度范围：218.2°k ～423.2°k (即-55℃～150℃)

输出电流：218.2μA ～423.2μA (以 1μA / k 正比于绝对温度)

测温精度：0.5℃

（4）正向电流、正向压降及 U 值通过开关选择由三位半 LED 显示，误差小于

4

±1%；PN 结温度值由三位半 LED 显示摄氏温度；加热电流值用三位半 LED

显示，误差小于±1%。

三 仪器结构及说明

图 1

A 隔离圆筒； B测试圆铜块 C测温元件； D被测 PN 结；

E 加热器； F支撑杆； G加热电源插座； H信号输出插座

（1）加热测试装置

如图 1所示，A为可拆卸的隔离圆筒；B为测试圆铜块，被测 PN 结和温度

传感器 AD590 均置于其上；加热器 E 装于铜块中心柱体内，通过热隔离后与外

壳固定；测量引线通过高温导线连至顶部插座 H，再由顶部插座用专用导线连

至测试仪；G为加热器电源插座，接至测试仪的“12”端子。

（2）测试仪面板图见图 2。

图 2测试面板图

A

BCD

E

F

G

H

5

图中：

1 —“PN 结”温度测量显示； 2—“PN 结”VF、 V 、IF测量显示；

3 — 加热电流值显示； 5— 温度传感器输入端子

6 —“PN”结导通电流 IF调节旋钮 7— 调零旋钮；

8 —“PN”结导通电流 IF输出端子 9—“PN”结电压输入端子；

10— VF、 V 、IF显示选择开关 11— 加热电流调节旋钮；

12— 加热电流输出端子。

（3）测试仪电路原理框图 3：

D

测温元件 温度转换 温度显示

恒流源 加热器

恒流源

基准电压

I 、 、测量显示

F FV V

P1

P2

P3

P4

RF

图 3 测试仪电路原理框图

图 3中恒流源 1产生 0-1A 的加热装置发热电流。测温元件由 AD590 构成，

不同的温度，AD590 输出不同的电流，经电路变换后，直接由表头显示“PN”

处温度值，单位为摄氏度。

恒流 2 产生 PN 结正向导通电流 IF，“PN”正向压降由 VF测量电路测量 VF

大小。VF电压经变换电路中补偿电压作相减运算，其运算值在测量 VF起始点设

置成 0，随着 PN 结温度变化表示为 VF电压相对于 VF起始电压的变化量。当温度

上升时，VF下降，则小于 0，当温度下降时，VF上升，则大于 0。

上述 IF、VF及 V 值可由显示选择开关选择择显示其变化。

6

四、使用步骤

（1）组装好加热测试装置，注意安装牢靠，螺丝要拧紧。

（2）加热装置上共有二组连接线。侧向引出的一组线，共有二根芯线，与测试

仪面板上通“12”两端子相连(可不计极性)。另一组从顶部引出，共有六

根芯线，其中二根自成一组，是测温信号线，其黄线接“5”端子+端，白

线接“5”端子－端。另四根芯线，两红线接“8”“9”端子的+端，两蓝

线接“8”“9”端子的－端。

（3）打开机箱背后的电源开关，三组数显表即有指示，若发现数字乱跳或溢出，

则应检查信号电缆插头是否插好或芯线有无折断、脱焊或检查待测 PN 结、

测温元件连线是否正常。

（4）“测量选择”开关拨到 IF，转动“IF调节”旋钮，IF值可变，开关拨到 VF，

数字表将显示 VF值，开关拨到 IF，数字表将显示 IF值，转动“调零”旋

钮，可使 IF =0。

（5）旋转加热电流调节旋钮 11，对应数字表显示的电流值发生变化。控温电

流调至 0.2A，1～2 分钟后，即可显示出温度上升。至此，仪器运行正常。

如需不同温度，则选择相应大小的控温电流。

五、注意事项

（1）仪器的连接线较多，芯线也较细，所以要注意使用，不可用力过猛。

（2）除加热线没有极性区别，其余连接线都有极性区别，连接时注意不要接反。

（3）加热装置温升不应超过+120℃，长期过热使用，将造成接线老化，甚至脱

焊，造成仪器故障。

（4）使用完毕后，一定要切断电源，避免长时间加温过热造成安全事故。长期

不用时，仪器应存放在干燥、无灰尘、无腐蚀性气体室内。

（5）成套性

实验方法和内容

1、实验系统检查与连接

7

（1）取下隔离圆筒的筒套（左手扶筒盖，右手扶筒套逆时针旋转），查待测

PN 结管和测温元件应分放在铜座的左右两侧圆孔内，其管脚不与容器

接触，然后装上筒套。

（2）控温电流开关置“关”位置，接上加热电源线和信号传输线，两者连接

均为直插式。在连接和拆除信号线时，动作要轻，否则可能拉断引线影

响实验。

2、打开电流开关，预热几分钟，此时测试仪上将显示出室温 TR，记录下起

始温度 TR。

3、VF（0）或 VF（TR）的测量和调零

将“测量选择”开关 K 拨到 IF，由“IF 调节”使 IF=50μA，将 K 拨到

VF，记 VF（TR）值，再将 K 置于△V，由“△V 调零”使△V=0。

本实验的起始温度如需从 0℃开始，则需将加热铜块置于冰水混合物

中，并注意不要让待测 PN 结管和测温元件接触到水。待显示温度至 0

℃时，再进行上述测量。

4、测定△V—T曲线

开启加热电流（指示灯即亮），逐步提高加热电流进行变温实验，并记

录对应的△V和 T，至于△V、T的数据测量，可按△V每改变 10 或 15mV

立即读取一组△V、T，这样可以减小测量误差。应该注意：在整个实验

过程中，升温速率要慢。且温度不宜过高，最好控制在 120℃以内。

5、求被测 PN 结正向压降随温度变化的灵敏度 S（mV/℃)。以 T 为横坐标，

△V为纵坐标，作△V—T曲线，其斜率就是 S。

6、估算被测 PN 结材料的禁带宽度。根据（6）式，略去非线性项，可得

Vg(0)=VF(0)+

TV 0F △T=VF(0)+S·△T

△T=-273.2K，即摄氏温标与凯尔文温标之差。将实验所得的 Eg(0)=eVg(0)

与公认值 Eg(0)=1.21 电子伏比较，求其误差。

7、数据记录

8

实验起始温度：TR= ℃

工作电流： IF= mA

起始温度为 TR时的正向压降：VF（TR）= mV

控温电流： A

8、改变加热电流重复上述步骤进行测量，并比较两组测量结果

9、改变工作电流 IF=100μA 重复上述（1～7）步骤进行测量，并比较两组

测量结果。

思考题

1、测 VF（0）或 VF（TR）的目的何在？为什么实验要求测△V—T 曲线而不是

VF—T 曲线。

2、测△V—T 为何按△V 的变化读取 T，而不是按自变量 T 读取△V。

3、在测量 PN 结正向压降和温度的变化关系时，温度高时△V—T 线性好，

还是温度低好？

4、测量时，为什么温度必须在-50℃-150℃范围内？

【附录】

1、（2）式的证明参阅黄昆，谢德著的半导体物理。

2、r的数值取决于少数载流子迁移率对温度的关系，通常取 r=3.4。

实验项目编号：060200207

实验项目名称：电表改装及校准

实验目的：1、掌握改装电流表、电压表的原理和方法；2、学会校准电流表、电压表的原理及方法；

9

3、学习用半偏法测量微安表的内阻。实验原理：

常用的直流电流表和直流电压表都是由一只磁电式微安表（表头）改装的。根据分流和分压原理，用并联分流电阻或串联分压电阻的方法，把它们改装成不同量程的电流表和电压表。(一)、改装

1、将量程 AIg 100 的表头改为 AmI 10 的电流表（ IIg ）

磁电式电表表头（ A100 ）所能够测量电流的量程非常小，我们采用分流

方式扩大它的量程。根据并联电阻起到分流作用的原理，将表头并联一个电阻(称为分流电阻 )，表头及所并联的电阻二者合一组成一个新的量程较大的

（ AmI 10 ）电流表。如下图：

A B

需并联电阻的大小可根据下列方式计算出。当 AB 间的电流为 I 时，流过微安表的电流为 Ig (这时微安表的指针刚好指

到满刻度)，流过 Rg的电流 gII ，由于并联电路两端电压相等，所以有：

Pggg RIIRI )(

gP Rn

R1

1

（其中gII

n 为扩程倍数）

至此，量程为 I 的新电流表诞生后，表盘标尺要按新量程重新划分。

2、将量程 AIg 100 的表头改装成 VV 1 的电压表 )( VIg

磁电式电表表头（ A100 ）也可用来测量电压，但由于所能承担的电压非

常小（ gg RIV ）造成所能够测量电压的量程非常小，我们采用分压方式扩

大它的量程。根据串联电阻起到分压作用的原理改装，具体做法是：将表头串

I Ig Rg

I-Ig RP

10

Ig Rg RS

V

联一个电阻（分压电阻），表头及所串联的电阻二者合一组成一个新的量程较大的电压表。如下图：

A B

需串联电阻的大小可根据下列方式计算出。当 A、B 两点间的电压为 V 时，流过微安表的电流为 Ig (这时微安表的指针

刚好指到满刻度，所承担的电压为 gg RI )。而 A、B 两点间的电压 V 是由分压

电阻与微安表共同承担，因此，根据欧姆定律可得

)( Sgg RRIV gg

S RIV

R

这样，量程为 V 的新电压表就诞生了，注意表盘标尺要按新电压表量程重新划分。

3、表头内阻 Rg的测定 (半偏法)改装电表需知道微安表头的内阻，因此我们首先要做的事情就是测出表头

内阻。由于微安表能通过的电流很小，一般不能用万用表的电阻档直接进行测量。 测表头内阻有许多种方法：电流半偏法、伏安法、电压半偏法、替代法等等。我们采用电压半偏法测量。

如右图连接线路，

①令 0R ，调 R0，使表头

满偏，记下电压表的读数 Vm则有：

ggm RIV ————⑴

②保持 mV 不变,通过调节 R0 、R 使表头达到半偏（21满偏），此时有

)(21 RRIV ggm ————⑵

③由⑴、⑵知 )(21

RRIRI gggg 故 RRg

另： 替代法测表头内阻：替代法测表头内阻是将被测表 M 和另一微安表 N 串联起来，再在两端加一定的电压 VAC，使 N 的读数等于某一定值 In (In一般为满

Rg R

R0

E K

11

RP

E K R0

度的三分之二为宜)，如图下所示。然后保持 VAC 不变，用电阻箱 R 取代 M，如图 16-3(右图)所示，使 N 的读数仍为 In，此时 R 的阻值就等于微安表 M 的内阻Rg 。(二)、校准：

用改装获得的电压表和标准电压表测同一个电压就可得出改装电压表的校准曲线；扩程后的电流表和标准电流表测同一个电流就能得到扩程电流表的校准曲线。实验仪器：

磁电式电表表头（ A100 ）、标准电流表、标准电压表、电阻箱、滑线变阻器、

直流稳压电源、导线。实验内容及要求：1、测定表头内阻。

如原理第 3 部分进行测量。

2、将量程 AIg 100 的表头改装成 VV 1 的电压表、校准并作出校准曲线。

①据 gS RI

VR 求出 SR 值，用电阻箱代替 SR ，与表头串联。

②按下图电路，调节 R0在改装后的电压表全量程范围内选等间隔的 10 个

点分别读出标准电压表与改装电压表的读数，作校准曲线 标准V — 改V

3、将量程 AIg 100 的表头改为 AmI 10 的电流表并校准，作出校准曲线。

①据 gP Rn

R1

1

求出 RP ,用电阻箱代替 RP 与表头并联即得到量程为 10mA

的电流表②按下图接好电路，调节 R0 在扩程后的电流表全量程范围内选等间隔的 10

个点测量读数并作校准曲线 标准I — 扩I

Rg RS

R0

E K

A

12

思考题1、本实验中的滑线变阻器在连接上和作用上有何不同?2、校正电流表时发现改装表的读数相对于标准表的读数偏高，试问要达到标

准表的数值，改装表的分流电阻应调大还是调小？3、校正电压表时发现改装表的读数相对于标准表的读数偏低，试问要达到标

准表的数值，改装表的分压电阻应调大还是调小？

实验项目编号：060200205

实验项目名称：用电位差计测量干电池的电动势与内阻

实验目的：1、掌握用电位差计测量电动势（电压）的原理2、测量干电池的电动势与内阻

实验仪器：UJ33b 型直流电位差计、干电池、导线、电阻

仪器介绍：UJ33b 型直流电位差计：“测量—输出”开关：实验时置于“测量”，实验完毕，置于“输出”；“倍率”开关：实验时倍率从“断”到所需倍率；“粗—微”旋钮：粗调、微调工作电流；“调零”旋钮：检流计指针初始调零旋钮；“未知”旋钮：接被测电动势（压）；“标准—未知”：扳键开关，在“标准”和“未知”间转换；“ⅠⅡⅢ测量盘”：被测电动势（压）为测量盘读数与倍率乘积。实验原理：右图所示，

1、如图采用补偿法原理，使被测电动势与

标准电动势相比较，从而获得测量结果，即G

En

EX

IG

13

当 IG=0 时，EX=En。

（原则上这种方法可以测出未知电动

势 E x ，但使用可调电源是不切实际的，因此，

电位差计是利用分压的方法，使电动势 E x和一个大小可变的、且能准确知道的

电位差来达到补偿。）

2、电位差计的工作原理：图中 E x 为待测电动势，E 为工作电源，G 为检

流计，E N 为标准电池，它能保持稳定的电动势，但随温度而变化。

测量时，先将转换开关

“K”置于“标准”位置，

调节 Rp 使检流计指“0”，则：

'NIREN （1）

这一步骤的目的是使工作

电流回路中的 R x 流过一个标

准电流。

保持 I不变，然后将“K”转换至“未知”位置，调节Rx 使检流计指“0”，则

'XX IRE （2） 由（1）（2）得：

NX

X ERR

E 'N

'

其中，EN 是标准电动势（已知），若 Rx、RN已知，则可测得待测电池的电动势 Ex。

由于精密电阻 R x 、R N 的准确度很高，标准电池的电动势准确稳定，检流

计很灵敏，所用电源稳定，所以 E x的测量精度很高。此外，当补偿回路达到完

全补偿时，回路中无电流，这表明测量时既不从标准电池中，也不从测量回路

中吸取电流，因此，不改变被测回路的原有状态和电动势的值。亦可避免回路

G

K

RN RX

Rp

I

I

标准

回路待测

回路

E

EXEN

14

中导线电阻、标准电池内阻及被测回路等效内阻对测量准确度的影响。

实验内容及步骤：1、测量干电池的电动势：

1）将倍率开关从“断”旋至“×10”档，“测量-输出”开关置于“测量”， 5 分钟后，调节“调零”旋钮，使检流计指“0”，被测电动势按极性接入“未知”端钮。2）“扳键开关”扳向“标准”，调节“粗”、“微”旋钮直到检流计指“0”。3）“扳键开关”扳向“未知”，调节 I、II、III 测量盘，使检流计指“0”

则被测干电池的电动势为测量盘的读数与倍率的乘积。

4）重复 2）、3）步测电动势，将数据填入表格，并取三次平均值 xE

2、电池内阻的测量按右图连接线路，取 R=1000 欧姆。由欧姆定律：

IrIRIrUEX

所以： RU

UEr X

XE 已测知，只需测得电阻 R 两端的

电压 U，由上式即可得 r 内。

数据记录参考表格：

注意事项：（1）板键开关采用跃接法。（2）接线时，电源的正、负极不能接错。（3）测量过程中，要经常检查工作电流是否标准化。（4）实验完毕，仪器复原。

干电池的电动势 XE （V） XE =

电压 U（V）U =

干电池的内阻（） RU

UEr X =

未知

接电位差计

r 内E x

RU

I

15

[实验项目编号：060200208

实验项目名称：电子束的磁聚焦与磁偏转

实验目的：1、研究带电粒子在磁场中聚焦和偏转的规律；

2、解阴极射线管的构造与作用。

实验原理：

（一）磁聚焦

给示波管套上一同轴螺线管，产生一轴向均匀磁场。电子束出发后其轴向

速度 V 平行取决于加速电压，其速度大小可认为是相等的，而径向速度 V 垂直不同，

电子进入磁场后受洛仑兹力 F 的作用，即： )( BveF

，在垂直于B的平面

内作匀速圆周运动。F 向=F 洛，又由于 V 平行平行于磁场B，轴向不受力。

则： BeVF垂直洛

，R

mVBeVF 垂直

垂直向

eBmV

R 垂直 ， 运动周期：eB

RV

RT

22

垂直

T 与 V 垂直无关，即不同径向速度的电子绕行一周所用时间相同，其运动轨

道为螺旋线，其螺距：平行平行

VeB

mTVh 2 。

即从同一交叉点出发的电子，虽然 V 垂直不同，但它们的 V 平行取决于加速电压，是相同的，它们经过一个周期 T 后，即前进 h 后，又会会聚于一点。这就是磁聚焦的原理。

若电子束交叉点至荧光屏的距离为 L，则当 L=h、2h、3h、…时，电子束刚好会聚在荧光屏上。

(二)磁偏转在垂直于 Z轴加一横向

磁场 B，电子束在磁场中受洛仑兹力的作用作匀速圆周运动，

L

h

R

R S

16

BeVf Z洛

∴ BeVR

Vm Z

Z 2

eBmVR Z (1)

加速电压 AU ，则 2

21

ZA mVeU m

eUV A

Z 22 （2）

通常情况下，偏转角很小，则由几何关系，得：

Rltg sin ， 2

222

2)

2(2

2sin2cos1

Rl （3）

磁场强度： kIB （4）

则电子束的偏转距离： )cos1( RLtghLtgS （5）

将（1）（2）（3）（4）代入（5）中化简，整理得：

A

M

A UIK

Ll

UI

mekLl

RlL

Ll

Rl

RLlS )

21(

2)

21(

2

2

其中：me

LlkLl

KM )2

1(2

，

可见：偏转距离与电流成正比，与加速电压的平方根成反比。

实验仪器：HLD-EB-III 型电子束实验仪

（一）照片：

17

1、加速电压V2：改变电子束的加速电压的大小

2、V2电压表指示:800～1300V。

3、聚焦电压V1：用以调节聚焦极A1上的电压以调节电极附近区域的电场分布，

从而调节电子束的聚焦和散焦。

4、V1电压指示：150～400V。

5、栅极电压VG（辉度）：用以调节加在示波管控制栅极上的电压大小，以控

制阴极发射的电子数量，从而控制荧光屏上光点的辉度。

6、VG电压指示：0～－80V。

7、VdX偏转电压调节：－80V～80V。

8、调零X：用来调节光点水平距离；

9、Vdy偏转电压调节：-80～80V。

10、 调零Y：用来调节光点上下距离。

11、偏转电压指示：用来显示VdX、Vdy数值。

12、VdX、Vdy转换开关：当打到VdX档调节偏转电压VdX，表头即可显示；

当打到VdY档调节偏转电压VdY，表头即可显示。

13、200mA、2A转换开关。

14、200mA、2A励磁电流数值：可显示0～200mA、0～2A。

18

15、200mA电流调节：用来改变励磁电流大小。

16、2A电流调节：用来改变励磁电流大小。

17、电源开关：用来接通电源指示，使仪器工作。

18、点、线转换开关：用来转换点、线显示，打到“线”档即可出现一条横

线。

19、示波管后靠背：用来接通示波管，可将示波管插入使用。

20、8SJ31J示波管。

21、磁偏转线圈：用来做磁偏转实验。

22、螺线管线圈：用来做磁聚焦实验。

23、换向开关：用以改变偏转线圈电流方向来控制磁偏转的方向（向上、向

下）。

24、0～2A输出插座：用来接通标准螺线管励磁电流。

（二）主要性能：

1、EB－III型电子束实验仪是以往同类仪器的改进型，本仪器采用国内领

先技术进行高压处理，数字稳定、安全可靠，采用五个数显表来表示不同的测

量电参数。读数直观，高低压带有保护措施。

2、整个实验仪器安放在一只仪器箱内，各元件成积木式结构，根据不同实

验的需要，将相应元件装配成实验电路。

3、仪器的核心元件是一只电子示波管（型号为 8SJ31J），这种示波管体积较小偏转灵敏度高，示波管在仪器面板上是半固定的，必要时可以去掉刻度板，把管身稍为抬起，以便套上纵向磁场线圈。（示波管的构造如图一所示）

4、仪器面板根据需要划分成几个部分，左面是示波管部分，在管颈两侧可

以插入横向磁偏转线圈，中部的上方是电子束强度控制电路部分，电子枪的供

电及控制电路，它的下面是静电偏转系统的供电及控制电路，右下方为直流电

源。

19

5、仪器箱内装有小型电源，配有交流8.5V电源（供示波管灯丝）直流高

压800～1300V做为加速电压。±80V直流偏转电压等多组电源。整个电路设计以

简单、直观、可靠为原则，高压部分操作安全并且在用通用仪表测量时得到的

实验数据的精度较高。

（三）使用操作规程：磁偏转实验

（1）、在实验(一)基础上进行仪器调整，做磁偏转实验。

（2）、调节加速电压为1000V，调节聚焦电压，使示波管荧屏亮点聚焦。

将VdX、Vdy转换开关打到VdX档，调节Vdx旋钮，看示波管亮点调到坐标板中心，

将磁偏转线圈插入示波管两侧，将2A和200mA转换开关打到200mA档、调节200mA

旋钮以每以大格（5mm）记录一次偏转电流I的数值，做D与I的曲线，并进行分

析。

（四）注意事项：

本仪器为精密仪器，使用前请必须仔细阅读使用说明书的内容。

1) 仪器使用电源220V±10％ 50HZ，请不要超过给定的电源范围。

2) 接通电源打开（开关），如果电源指示不亮，请检查电源连接线是否

有电，是否连接好。如果发现异常请立即断电。

3) 使用请按说明书中要求接线，操作过程须正确。

4) 本仪器使用时，周围应无其他强磁场及铁磁物质，仪器应南北方向

放置以减小地磁场对测量精度的影响。

5) 螺线管不要长时间通以大电流，以免线圈过热。

6) 改变加速电压后，亮点的亮度会改变，应重新调节亮度，勿使亮点

过亮，一则容易损坏荧光屏，同时亮点过亮，聚焦好坏也不易判断，

调节亮度后，加速电压值也可能有了变化，再调到规定的电压值即

可。

7) 实验中有>1000V的高压，必须先正确接线，再接通电源，以免损坏

仪器，并确保人身安全。在仪器插上电源线后，切勿触及印刷板、

示波器管座、励磁线圈的金属部分，以免电击危险。调节高压时，

20

要慢慢升压。在更换测量项目或不用高压，或结束实验前都应先将

高压旋钮旋至电压最低。

8) 应将仪器预热几分钟后再开始实验。

9) 荧光屏上光点亮度不能调得太强，不要让聚焦后的光点长时间停留

在荧光屏上的某一位置而导致荧光粉局部损坏。

10) 测量前务须先对光点进行调零。

实验内容及要求：

1、磁聚焦：

安装螺线管，调节励磁电流，使电子束聚焦二至三次。

2、磁偏转：

（1）安装磁偏转线圈，调节电聚焦旋钮使之聚焦，利用 X、Y 调零，使光

点位于坐标原点。

（2）改变励磁电流的大小，使光点偏移，并记录。

（3）改变励磁电流方向，并使光点偏移，并记录。

( 4 )绘制偏转位移与励磁电流曲线。

数据记录参考表格：

偏 转

位移（格）

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

励 磁

电流（mA）

实验项目编号：

实验项目名称：伏安法测电阻

21

实验目的：

1、掌握伏安法测电阻的原理；

2、学习设计测量电路和选择电路参数；

3、了解由电表内阻引起的接入系统误差及其修正方法。

实验仪器 ：CA1713 双路直流稳压电源，C77N 型直流电压表、C65 型直流电流

表、滑线变阻器、待测电阻、开关、导线。

仪器介绍：

CA1713 双路直流稳压电源：包括正极接线柱，负极接线柱，电压调节旋钮，

电流调节旋钮。

开机：（1）先将电压调节旋钮转到最小位置（一般是逆时针旋转为减小），

再将稳流旋钮旋转到最小位置；

（2）将直流稳压电源的电源线插头接到交流电插座上，打开直流稳压

电源的开关。

调压：（3）旋转稳流旋钮对稳流数值作适当的调节；

（4）旋转电压调节旋钮根据需要调解电压；

关机：（5）实验完毕后先将调压、调流旋钮旋转到最小位置，再关闭稳压

电源开关。

直流电压表：用来测量直流电路中两点间的电压。上有正极接线柱，负极

接线柱，有不同的量程可供选择。电压表是并联在电路中的，接线时应注意电

表正、负极的接法，应将电压表的正极端接在电位高的一端，负极端接在电位

低的一端。

直流电流表：用来测量直流电路中的电流强度。上有正极接线柱，负极接

线柱，有不同的量程可供选择。电流表是串联在电路中的，接线时应注意电流

表正、负极的接法，应是电流从电流表的正极端流入，从负极端流出。

注意：（1）电表使用前先调零；

（2）使用时应注意电表的量程，不要使测量值超过量程，否则容易将电表

22

烧坏。对于多量程电表，使用时应先放在最大量程处进行粗测，根据粗测结果

选择能使电表指针有较大幅度偏转的量程使用，以减小误差。

（3）移动电表时应轻拿轻放。

滑线变阻器：有三个接线柱，两个固定端接线柱和一个滑动头。既可以串

联在电路中控制电流，也可以联成分压电路。

实验原理：

1、什么是伏安法：用电压表测出待测电阻两端的电压 U，同时用电流表测

出通过该电阻的电流 I ，然后根据欧姆定律I

VR ，算出待测电阻阻

值 R，这种方法称为伏安法。

2、电表的连接方法：用伏安法测电阻时，要求同时测出待测电阻两端的电

压和流过它的电流，但在实际电路中不可能做到这一点。因此，电表的

接法有两种，即这两种接法都不可能同时测准电压和电流。图一是电流

表内接，图二是电流表外接。当电流表内接时，电流表测得是流经待测

电阻 xR 的电流 xI ，而电压表测出的是待测电阻和电流表两端的总电压

AX VVV 。

图一 图二

电流表外接时，电压表测的是待测电阻 xR 两端的电压 xV ，而电流表测

的是包括通过电压表的电流 AX VII 。

这两种接法都使测量结果产生误差，称为接入误差。根据待测电阻的大

小，选取适合于该电阻的一种接法，接入误差可以较小，甚至可以忽略

不计。如果要想得到待测电阻的准确值，还可以利用公式对它进行修正。

23

①电流表内接法（内接法）：电流表的内阻为 ,AR ，电压表测出的电压

AX VVV =I（R x +R A ）， 测xR = Axx

Ax

x

RRI

VVIV

=R x （1+

x

A

RR

），可见

测量值测xR 与实际值 xR 值有误差。 如果 xR » AR ，接入误差很小，R A的影响

就可以忽略。要想得到待测电阻的准确值，可对它进行修正，将计算结果减去

电流表的内阻 R A ，即： xR = 测xR - AR = 测xR （1-测x

A

RR

）

②电流表外接：如图二所示，电压表的内阻为 VR ，电流表测出的电流

I = xI + VI =vx R

VRV

，这是由于电压表的内阻不是无穷大，而引起了电流的测量

误差，测出的电流比实际值大，使测得的电阻值比实际值偏小 。

测xR =I

V=

Vx

Vx

RRRR

=)1(

V

x

x

RR

R

，可见只有当 R v→∞或 RV ››R x 时， 测xR ≈ xR ，

要得到待测电阻的准确值，同样可以根据电压表的内阻 VR 对结果进行修正，只

需将 VI 从总电流 I 中减去。其准确值为： ）（ 测测

V

xxx R

RRR 1

所以，当 xR » AR 时，采用电流表的内接电路；当 R x 《R V 时，采用电流

表的外接电路。

实验内容及步骤：

24

① 连接电路：首先按图三、图四所示，把所使用的仪器摆好，将电源以外的仪器连接起来，对照线路检查，若连接正确，方可接通电源进行测量。② 测量阻值为 10的电阻。因待测电阻较小，采用电流表外接法。（图二）③ 测量阻值为 1K 的电阻，因待测电阻较大，采用电流表内接法（图一）④ 根据所测的数据计算电阻，进行修正，算出误差。⑤将测量值与电阻箱示值相比较，总结出测量大电阻与测量小电阻分别用电流表的哪一种连接方法的电阻较准确。

数据参考表格：大电阻 小电阻

量程 量程总格数 总格数测量格数 测量格数

I

电流

I

电流量程 量程总格数 总格数测量格数 测量格数U电压

U

电压

xRI

VxR

IV

）（修

x

Axx R

RRR 1 ）（V

xxx R

RRR 1

注意事项：1、接通电路之前，将滑线变阻器的滑动端移到使电路中电压、电流较小的

位置，接通电路后要缓慢滑动；2、电表的正负极不要接反；3、电表量程的选择要合适。

实验项目编号：060200202

实验项目名称：惠斯登电桥测电阻

实验目的：1、掌握用惠斯登电桥测电阻的原理和方法；2、学会用箱式电桥测电阻的方法。

25

实验仪器：QJ47 型直流单双臂电桥（QJ23 型直流电阻电桥），待测电阻。

仪器介绍：QJ47 型直流单双臂电桥：1、“K”：为内外接开关，把 K指向内接，表明使用箱式电桥内部的电源和

检流计，把 K指向外接，表明使用外部的电源和检流计；2、“检流计”：检测支路中是否有电流。3、“灵敏度”旋纽：将“灵敏度”旋纽逆时针旋转，检流计灵敏度降低，

顺时针旋转，检流计灵敏度增大；3、 “调零”电位器：检流计调零旋钮；

4、 “ xR ”：被测电阻端钮；

5、“ S ”：单双臂电桥选择旋钮；6、“M ” ：比率旋钮；

7、“ R ”：比较臂；

8、“ B ”：电源控制开关；

9、“ G ”：检流计通断开关。

QJ23 型直流电阻电桥：1、“G外接”：外接检流计，“外接、内接”开关；“B外接”：外接直流电源，“外接、内接”开关；

2、“检流计”：检测电路中有无电流通过；3、“灵敏度”旋钮：调节检流计的灵敏程度，逆时针旋转，检流计灵敏度降低，顺时针旋转，检流计灵敏度增大；3、“调零”旋钮：检流计调零；4、“倍率”旋钮：选择合适的比率；

26

5、“电阻 Rs”: 比较臂；6、“B”：电源开关；7、“G”：检流计通断开关；8、“Rx”：被测电阻端钮。

实验原理：电桥是很重要的电磁学基本测量仪器之

一，它主要用来测量电阻、电感、电容等。它的测量原理是基于电位比较的方法。最简单的电桥是单臂电桥，即惠斯登电桥，用来精确测量中等阻值的电阻（几十欧姆～几十万欧姆）。

四个电阻 1R 、 2R 、 xR 、 R 组成电桥

的四个臂。其中 xR 为待测 电阻， R 称为比较臂电阻， 1R 和 2R 称为比率臂电阻。

两对角线上分别接上检流计 G和电源 E，所谓桥就是指 BGD 这一段电路，G的作用就是指示 B、D两点间有无电位差。当 B、D 两点电位相等时，检流计中无电

流通过，这种状态称作电桥平衡。电桥平衡时， gI =0 故：

1I = xI ， 2I = I 且： 11 RI = 21RI xx RI = RI 于是有：2

1

RR

=R

Rx

即： xR =2

1

RR

R = MR

M 称为比例臂，若已知 1R 、 2R 、 R 或 R 和比率 1R / 2R ，则可由上式求出待测

电阻 xR 。

实验内容及步骤：QJ47 型直流单双臂电桥：

1、把 K指向内接，将“灵敏度”旋纽逆时针旋转，使检流计灵敏度降低；

2、调节“调零”电位器，使检流计指零，并预热 5—15 分钟；

3、连接被测电阻至对应“ xR ”端纽；

27

4、将“ S ”置于“单”，M 、 R 比率臂，比较臂标度盘置于估计的位置；

5、接通 B ，再接通 G ，调节比较臂，使检流计指“零”。调节时先高位

后低位， GK 要配合通断。再加大灵敏度，调节比较臂，使检流计指“零”。

然后先关闭 G ，再关闭 B ，K 指向外接。（箱式电桥的电键 B 0、G 0分别相

当于图中的 K b和 K G ）

QJ23 型直流电阻电桥：1、“G外接”开关，“B外接”开关打至内接；2、调节检流计“调零”旋钮，使检流计指零，“灵敏度”旋钮调至适中；3、将被测电阻接入“Rx”端钮，根据被测电阻，适当选择倍率；4、接通电源开关“B”，通断检流计通断开关，依次调节 Rs 调节，使检流

计指零；5、根据 Rs、倍率 K的读数，利用 Rx=KRs 计算被测电阻。

注意事项：1、检流计控制开关要用“跃接法”；2、比率选择要合适；3、测量时，先接通电源开关，再接通检流计开关，测量完毕，先关闭检流

计开关，再关闭电源开关。

实验数据参考表格：

测量量测量次数

比率系数M

比较臂

R)( MRRx )(xR

12

电阻1

312

电阻2

3

实验项目编号：060200210

28

实验项目名称：霍尔效应

实验目的：1、了解产生霍尔效应的机制；2、学习“对称测量法”消除负效应的方法。3、测量霍尔元件的灵敏度。

实验仪器：TH-H 型霍尔效应实验仪、TH-H 型霍尔效应测量仪仪器介绍：TH-H 型霍尔效应实验仪：“Is 输入” ：输入工作电流；“IM 输入” ：输入励磁电流；

“VH V 输出”：输出霍尔电压；

电磁铁：提供磁场；霍尔元件：被测霍尔元件。TH-H 型霍尔效应测试仪：“Is 输出” ：输出工作电流； “Is 调节”：调节工作电流；“IM 输出” ：输出励磁电流； “IM 调节”：调节励磁电流；“Is—IM”：测量选择开关，高为 Is ，低为 IM；

“ V —VH”：功能切换开关，本实验打到 VH；

“ V 、VH 输入”：输入霍尔电压。

实验原理：（一）霍尔效应

Y

d + + P·+ +fE

M v Nb

fB X_ _ _ S·_ _

I LB

Z

当工作电流（额定控制电流）在垂直于外磁场方向通过导电体时，在垂直

于电流和磁场的方向该导电体两侧产生电势差，该现象称霍耳效应。根据霍耳

29

效应制成的器件称霍耳元件。产生的电势差叫做霍尔电压。

设霍尔元件是由均匀的 N(或 P)型半导体材料做成的。若在 M、N 两端按图所示加稳定电压，则有恒定电流沿 x 轴方向通过霍尔元件。假若电流 I 是由沿X 轴方向以速度 v 运动的电子所构成，电子的电荷为- e，自由电子的浓度为 n，则电流 I可表示为：

I=tdQd

=-envbd （1）

若再在 Z 轴方向上加恒定磁场 B，沿 X 轴负方向以速度 v 运动的电子就受到洛伦兹力 fB的作用，

fB=evB （2）fB的方向指向负 Y 轴，则电子在磁场中受磁场力 fB 的作用向下偏移并聚集

在下方平面，随着电子向下偏移，上方平面剩余正电荷，从而建立一个上正下负的电场，上下两个平面间具有电势差 VH，该现象叫霍尔效应。根据霍耳效应

制成的器件称霍耳元件，VH 叫霍尔电压。这样载流子又受到电场力 Ef 的作用，

方向向上。达到平衡时， BE ff 即： evBb

Ve H

再利用（1）式得， KIBendIBbvBVH ，其中：

endK 1 ，

K 称为霍尔元件的灵敏度，它是反映霍尔效应强弱的参数。本实验可验证 HV 正

比于 I ，也正比于 B（IM）。（二）对称测量法—消除各种付效应的影响

在产生霍尔效应的同时，还产生各种付效应（不等位电势、温差电动势—爱廷豪森效应、能斯脱效应、里记—勒杜克效应等）为了消除这些付效应的电势，可采用对称测量法，方法是改变磁场 B 和工作电流 Is 的方向。(用符号示)

B ， Is 时， 1VPSV ； B ， Is 时， 2VPSV ；

B ， Is 时， 3VPSV ； B ， Is 时， 4VPSV 。

然后求 1V 、 2V 、 3V 、 4V 的代数和的平均值，即 )(41

4321 VVVVVH ，

这样基本上可以消除各种付效应的影响。实验内容及步骤：

1、将 TH-H 型霍尔效应实验仪与 TH-H 型霍尔效应测量仪按电路图联接起来；

30

2、按下“测量选择”按钮，调节励磁电流 MI =0.200A，并保持不变；

3、按起“测量选择”按钮，将工作电流 IS 依次取为：2.00mA，4.00mA，6.00mA，8.00mA，10.00mA，构成（ B ， Is ），（ B ， Is ），（ B ， Is ），（ B ， Is ）四种情况，将 PS 间的电压填入自拟的表格中，求取霍尔电压

)(41

4321 VVVVVH ；

4、由公式 K=S

H

BIV

计算霍尔元件的灵敏度，并进行数据与误差处理。

实验数据参考表格：磁感应强度 B=________KGS/A×0.200A， 励磁电流=0.200A

1V

(mV)

2V

(mV)

3V

(mV)

4V

(mV)SI

(mA) BIs

BIs

BIs

BIs

)(41

4321 VVVVVH

(mv)

HK =BIHV

( KGSmAmV

)

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

注意事项：

1、严禁将“ MI 输出”错接到“ SI 输入”或“ HV V 输出”端。（“ SI 输出”、

“ MI 输出”、“ HV V 输入”都分别接到“ SI 输入”、“ MI 输入”、“ HV V

输出”端，并把“ HV V 输入”开关打到 VH 端。）

2、严禁碰触霍尔片支架和各电极。

3、测试通电前，先将“ SI 调节”和“ MI 调节”逆时针旋到底。

实验项目编号：060200211

实验项目名称：示波器的使用

31

实验目的：1、了解示波器的结构和示波器的示波原理；

2、掌握示波器上各个旋钮的作用和使用方法；

3、学会用示波器观察各种信号的波形；

4、学会测量正弦信号的电压、频率及用利萨如方法测频率。

实验原理：示波器是现代科学技术各领域中应用非常广泛的测量工具。其最大

的功能和特点是能将各种复杂多变的电压信号直观地二维显示在示波管的显示

屏上。

示波器能直接观察电压波形并测定电压、频率的大小。一切可转化为电压

的电学量（电流、电功率、阻抗等）、非电学量（温度、位移、速度、压力、光

强、磁场、频率等）以及它们随时间的变化过程都可以用示波器观察、测量。

双踪示波器有两个通道，能同时反映两路信号，并进行比较。本试验通过

对电压波形和利萨如图形的观察，交流电信号的电压幅度、周期或频率的测量，

来学习和掌握示波器的使用。

一、 示波器的基本结构和工作原理

1、示波器的基本结构：

如上图示波器是由示波管、扫描及触发系统、放大部分（包括 X 轴放大、

Y 轴放大两部分）、同步系统、电源供给五部分组成。

32

示波管：示波管是示波器中的显示部件，在一个抽成真空的玻璃泡中装有各种

电极。包括电子枪、偏转系统、及荧光屏几个主要部分。如下图：

其中电子枪用以产生定向运动的高速电子。它包括三个电极：①热阴极 K。

这是一个罩在灯丝外面的小金属圆筒。其端头涂有氧化物，当灯丝中通以电流

而使阴极受热时，阴极就会发射电子，并形成电子流，阴极射线的名称由此而

来。②控制栅极 G。这是一个端头开有小孔的金属圆筒，套于阴极外面，电子

可以从小孔通过，由于工作时栅极的电位比阴极低，故可控制通过小孔的电子

数目。也就是说，调节栅极电位，就可以控制到达荧光屏的电子流强度，使荧

光屏光点的亮度（也称辉度）发生变化，这称为辉度调节。③阳极 A。这也是

由小孔的圆筒所组成，阳极电压（对阴极而言）约 1000~2000V，可使电子流得

到很高的速度，而且阳极区域的电场还能将由栅极过来的散开的电子流聚焦成

一窄细的电子束。通过改变阳极电压的大小来调节电子束聚焦程度，即荧光屏

上光点的大小，这称为聚焦调节。（ 用于调聚焦， 是用于改善因调 对其它参

数带来影响的前置加速极）。

在电子枪和荧光屏间装有两对相互垂直的平行板，称为偏转板，如果板上

加有电压，则电子束通过偏转板时受正电极吸引，受负电极排斥，从而使电子

束在荧光屏上的亮点位置也随之改变。在一定范围内，亮点的位移与偏转板上

所加电压成正比。两对偏转板的符号：水平方向的一对称为 X 轴偏转板，纵方

荧光屏阴极K 栅极G

灯丝 第一阳极 A1

第二阳极 A2

第三阳极 A3

X偏转板 Y 偏转板

电子束

33

向的一对称为 Y轴偏转板。

荧光屏是阴极射线前端的玻璃壁，其内壁涂有发光物质，当它受到具有足

够能量的电子轰击时，会发出可见光。在电子轰击停止后，发光仍能持续一段

时间，这段时间称余辉，余辉的久暂取决于发光物质的成分。一般示波管分为

长余辉、短余辉和中余辉三类，而我们较常使用发绿光的中余辉管。在荧光屏

上，电子束的动能不仅转换成光能，同时还转换成热能。因此，若电子束长时

间地轰击屏幕上某一点或电子流密度过大，就可能把被轰击点的发光物质烧毁，

从而形成暗斑，故在操作时应予注意。

触发与扫描电路的组成及作用是什么？触发与扫描电路包括触发电路和扫

描发生器。它的作用是产生频率可调的锯齿波，并能受 Y 轴输入信号的控制，

以便和输入信号同步，达到稳定显示图形的目的。

示波器的示波原理：

示波器是采用静电偏转的方式工作的。由电偏转的规律可知，荧光屏上光

点的位移方向和大小正比于加在偏转板上的电压的大小。

当示波器的两对偏转板上不加任何电压信号时，荧光屏上只出现一个光点，

若在纵偏转板（以下简称 Y 轴）上加一个交流电压信号，则电子束在通过时就

受到交流电压信号形成的电场的作用，从而使光点沿垂直方向偏转。当信号频

率稍高时，我们在荧光屏上可见一条竖直的亮线，这条亮线的长度与所加信号

电压的峰-峰值相当。

但这条亮线不能确定所加信号的波形，也不能确定所加信号的频率。

为了显示纵偏转板上加的随时间变化的交流电压信号的波形，需要在横偏

Uy

t

34

转板（以下简称 X 轴）上接入一个随时间线性变化的周期性电压—— ktu x 称

为锯齿波电压。电子束在其作用下，就会依时间线性地自左至右移动，信号就

会被展开（称为扫描正程），致电端点以后，又立即返回原位置（称为扫描逆程

或回扫程）。然后又进行下一个周期的扫描。若只在 X轴（横偏）接入锯齿波，

这个锯齿波电压使光点在荧光屏上沿水平方向从左到右做匀速往返运动。如频

率较快，我们在荧光屏上可见一条水平亮线。如下图

运用示波器观波形时，常把被研究信号电压加到 Y 轴输入端。为了使波形

展开，在 X 轴加上"扫描电压"。这样，荧光屏上的光点除了沿 Y 轴方向运动外，

还沿 X 轴方向被扫描，电子束在 X、Y 轴电压的共同作用下偏转运行。调整扫

描周期为信号周期的整数倍。则在显示屏上将看到一个周期的、稳定的信号图

形。

电压信号、锯齿波电压同时输入示波器偏转板，荧光屏上可见如下图形。

Ux

t

35

此处锯齿波电压起到一个把正弦波电信号展开的作用。整个示波原理类似中学

中所讲的沙漏实验，可以通过沙漏实验帮助理解扫描过程。

2、示波器的测试原理

⑴、电压的测量

示波器测量电压的方法，采用比较测量法。先对示波器垂直方向进行电压

分度，即 Y 轴上每格代表多少伏，然后将信号电压输入进行比较，其电压幅度

占几格，两者乘积即为该电压值。

测量待测信号的电压幅度，首先要知道垂直方向的电压分度值 )( divVSV 。

若待测正弦交流信号电压幅度占A 格，得到待测信号的峰-峰值电压 PPU 则有

电压峰-峰值： )(VASU VPP 。电压的有效值U 与电压峰-峰值 PPU 之

间关系为：2

707.0 PPUU

⑵、周期和频率的测量：

用示波器测量待测信号的周期或频率，必须知道 x 轴的扫描时间或扫描速

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率。设 x 轴的扫描速率为 )/( divmst ，这就表示 x轴上一格长度为 )(mst ，如

果这时屏上显示波形如右下图所示的正弦波的波形，一个周期的长度为d 格，

则该正弦波的周期为：

dtT

周期的倒数即为正弦波的频率：

Tf

1

为了保证较高的测量精度，可读取n 个周期的格数再除以n得到 d 来计算T 。

⑶、利萨如图形的观察

若在 y 通道仍输入正弦信号，将 x轴调离扫描挡，由另一信号源提供正弦

信号输入 x 轴，当两信号互相间的频率成整数倍而相位差不同时，会在示波器

屏上显示出一系列不同的利萨如图形，并可由下式计算出两个信号的频率值之

比

轴的切点数与轴的切点数与

xy

ff

y

x

切点数的读法如右图。

实验仪器：CA9020（20MHZ）双通道示波器、函数信号发生器 2 台

（仪器说明见附带使用说明书）

y

X

与

y

轴切点数

与 X 轴切点数

d

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实验内容及要求：

1、示波器的调整和正弦波形的显示

①熟读示波器的使用说明，掌握示波器的性能及使用方法。

②熟读函数信号发生器的使用说明，掌握函数信号发生器的性能及使用方法。

③将示波器的辉度旋钮、聚焦旋钮、位移旋钮调到中间位置，扫描速率旋钮

调到 0.1ms 位置，扫描模式选择自动，接通电源打开示波器开关，使在荧光屏

上显示便于观测的稳定波形。

2、示波器的定标和波形电压、周期、频率的测量

把信号发生器的正弦电压接到 Y轴输入端，在示波器的显示屏上读取电压分

度值 VS 、电压幅度值 A，从而得到正弦电压信号的电压峰峰值；读取扫描速

率 t、一个周期所占的个数 d，从而得到正弦电压信号的周期。依据频率等于周

期的倒数得到正弦电压信号的频率。

3、观察利萨如图形

①将扫描速率旋钮旋到 X-Y位置。

②调节 CH1 和 CH2 中的电压分度值旋钮及其微调，使荧光屏上两路显示的波

形幅度相近。

③调节函数信号发生器的频率，记下各种频率比的利萨如图形及相应的信

号发生器显示的频率值。