常用電子儀器使用的注意事項

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，如果不遵守這些規(guī)則，并不是一定會導(dǎo)致錯誤，而是只在某些場合或某些情況下才會得到明顯的錯誤結(jié)果。這也往往使得人誤認為這些測量中的規(guī)則或常識似乎不是那么嚴格或那么有用，尤其是對于實踐經(jīng)驗不足的同學更是如此。下面就一般的儀器使用中的應(yīng)該了解的一些常識和注意事項進行解釋和說明。

1. 關(guān)于儀器的阻抗

作為信號源一類的儀器，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發(fā)生器的射頻輸出端）。雖然有的低頻信號發(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超過1KΩ（低頻信號發(fā)生器的功率輸出端子除外）。之所以信號源的輸出阻抗一般都做得很低，是因為信號源是產(chǎn)生信號的。在測量過程中，它是要將自己的信號耦合到被測電路上的，如果信號源的阻抗做得很低，就很容易將信號源產(chǎn)生的信號耦合到輸入阻抗較高的被測電路上。另外，對于高頻測量，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源的輸出阻抗大得多，對信號源而言，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，會造成耦合到被測電路上的信號幅度與饋線的長短有關(guān)，從而會造成耦合到被測電路輸入端的信號幅度與信號源上的指示值不同，這就會造成測量結(jié)果的不正確。當測量頻率上升到幾十兆乃至上百兆時，這種影響就會變得顯著。

例如：對于掃頻儀，當進行“零分貝校正”時，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，掃描線就會變得起伏不平。這尤其對于寬頻帶測量，就會帶來較大的誤差。

另外，信號源耦合到被測電路上的信號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測來確定。如果被測電路的輸入阻抗不是比信號源輸出阻抗大得多，也不與信號源的輸出阻抗相匹配，則不可以通過信號源的面板指示來確定耦合到被測電路上的信號幅度，而要通過實測確定。

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）還標有輸入電容（例如25pF）。之所以它們阻抗要做得較高，是因為這樣可以使得它們對被測電路的影響較小。但是，當被測電路的輸出阻抗大到與它們的輸入阻抗相比擬時，則儀器的輸入阻抗對被測電路的影響就變得顯著了，這時測量結(jié)果往往不準確了（每當遇到這種情況時，這一點往往容易被初學者所忽略）。

對于儀器的輸入電容來說，在低頻情況下對測量沒有什么大的影響。但是在高頻情況下，有時就得小心。例如用示波器直接測量一個沒有經(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，就會對振蕩器的工作有影響，所得到的測量結(jié)果也就不準確。

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儀器的損壞，而且，這種情況的發(fā)生有時似乎是莫名其妙的。 對于信號源一類的儀器，不能隨便將其輸出端短路。盡管對于信號源的電壓輸出端子來說，將其輸出端短路一般并不會損壞儀器，但是也應(yīng)該養(yǎng)成不隨便將輸出端短路的習慣。

對于實驗室里使用的直流穩(wěn)壓電源，一般都具有保護電路，短時間的短路通常并不會損壞儀器。但是，即使沒有損壞，由于短路時，穩(wěn)壓電源內(nèi)部處于一種高功耗狀態(tài)，時間長了也可能受不了，尤其是散熱不良時更是如此。而對于功率輸出的信號源或信號源的功率輸出端子，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因此而損壞，因為它們的輸入端的最大允許值往往較大，很少有耦合到其輸入端的電壓達到超過其輸入端最大允許的情況。但是對于頻率計就不同了，很多頻率計能夠工作在1000MHz的頻率上，而為了達到這么寬的頻率范圍，其前級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)置保護電路（這會導(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導(dǎo)體，而且由于它往往較大，所以它本身就是一個形狀特殊的天線，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，因為當將其輸出電壓作為正電源輸出時，那么其負端應(yīng)該與被測電路的地線相連；而當將其輸出電壓作為負電源輸出時，那么其正端應(yīng)該與被測電路的地線相連，這時，它的外殼就既不宜與輸出端的正極相連，也不與負極相連，所以它往往在儀器面板上設(shè)置一個地線端子，而這個地線端子既不與輸出端的正極相連，也不與負極相連，它只僅僅與外殼相連。在使用時，它應(yīng)該與被測電路的地線相連。

在對整機進行測量時，往往需要同時用到許多儀器，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，也不一定會對測量結(jié)果有顯著的影響。這要看是大信號測量還是小信號測量。因為儀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，當被測電路輸入端的信號幅度較大時（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，這時對測量結(jié)果就沒有什么影響。但是，當被測電路輸入端的信號幅度很小時，則干擾的影響就變得顯著了，此時測量結(jié)果就會不準確。

4. 探頭與饋線

每個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格，但在高頻測量中，探頭或饋線的使用就要嚴格得多。 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。使用時要根據(jù)被測電路輸入阻抗來確定用什么饋線。對任何儀器，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，這是因為高頻測量中不能使得探頭的探針過長，否則會影響測量結(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)阻指標是指低頻內(nèi)阻），為了降低饋線對電源的實際內(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。