通信基础知识训练8.docx
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通信基础知识训练8.docx
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通信基础知识训练8
课程设计说明书NO.1
通信基础知识训练
1.课程设计的目的
通过通信专业基础知识的训练,可以培养我们作实验的主动意识,解决我们在实验过程中的安全意识不够,不能完全按照实验安全规定准备实验,实验时候操作不规范,损坏实验设备等情况,提高我们的动手能力、分析能力和实际工作能力。
为更好的完成后续课程的学习打下一个良好的基础。
2.设计方案论证
2.1数字万用表(DIGITALMULTIMETER)
可用来测量直流和交流电压及电流、电阻、电容、二极管、三极管、频率以及电路通断。
1、直流电压测量
(1)使用方法:
将量程开关置所需电压量程上,黑表笔插入COM插孔,红色表笔插入VΩ插孔,表笔接被测电路,显示电压读数时,同时显示红表笔的极性,主要量程:
200mV,2V,20V,200V,1000V。
输入阻抗:
所有量程为10MΩ。
(2)注意事项:
测试表笔并接到待测电路上,红表笔所接端子的极性将同时显示,如果显示器只显示‘1’,对大于1MΩ或更高的电阻,要几秒钟后读数才能稳定,这是正常现象,再200Ω档时,先将表笔短接,显示表笔线的电阻值,实验中应减去这一电阻值,得到的才是实际被测值,00MΩ短路时有1000个字,测量时应从读数中减去。
如测量100MΩ电阻时,显示为110.00,1000个字应被减去(即110.00-10.00=100.00MΩ)。
2、交流电压测量
(1)使用方法:
将量程开关置所需电压量程上,黑表笔插入COM插孔,红色表笔插入VΩ插孔,表笔接被测电路,显示电压读数时,同时显示红表笔的极性,量程:
2V,20V,200V,750V。
输入阻抗:
量程均为10MΩ
(2)注意事项:
测试表笔并接到待测电路上,如果显示只显示‘1’,表示过量程,输入电压高于750V时,显示电压值是可能的,但有可能损坏仪表。
3、直流电流测量
(1)使用方法:
黑表笔插入COM插孔,被测最大值在200mA时,红表笔接“A”插孔,当被测最大值在20A时,应将红表笔接“20A”插孔,将量程开关置所需电流量程上,表笔接被测电路,显示电压读数时,同时显示红表笔的极性。
(2)注意事项:
在测量之前不知被测电流范围时,应将量程开关置高量程档;逐步调低,当只在最高位显示“1”时,说明已超量程,应调高量程;“A”插孔有0.2A保险丝保护,过载会将保险丝熔断,必须按额定值更换,不得超过;“20A”插孔无保险丝保护,可连续测量的最大电流为10A,20A电流测量应尽快操作,测量时间不大于15S;其主要量程:
20mA,200mA,20A。
测量电压降:
满量程为200mV。
过载保护:
200mA以下为0.3A/250V保险丝保护,20A无保险丝保护。
4、电阻的测量
(1)使用方法:
电阻测量使用时将黑表笔插入COM插孔,红色表笔插入VΩ插孔,把量程开关置所需Ω量程上,再表笔跨接在被测电阻上,读出显示值。
主要量程为:
200Ω,2KΩ,20KΩ,200KΩ,2MΩ,20MΩ,200MΩ。
(2)注意事项:
使用时路不能带电,要将电荷要放尽,测阻值超出量程时或开路时,显示‘1’,对大于1MΩ或更高的电阻,要几秒钟后读数才能稳定,这是正常现象,再200Ω档时,先将表笔短接,显示表笔线的电阻值,实验中应减去这一电阻值,得到的才是实际被测值,00MΩ短路时有1000个字,测量时应从读数中减去。
如测量100MΩ电阻时,显示为110.00,1000个字应被减去(即110.00-10.00=100.00MΩ)。
5、检测电容器
电容器是一种最为常用的电子元件。
电容器的通用文字符号为“C”。
电容器主要由金属电极、介质层和电极引线组成,两电极是相互绝缘的。
因此,它具有“隔直流通交流”的基本性能。
(1)用电容档检测先找一只220pF左右的电容,用数字万用表测出其实际容量C1,然后把待测小电容与之并联测出其总容量C2,则两者之差(C1-C2)即是待测小电容的容量。
用此法测量1~20pF的小容量电容很准确。
(2)用电阻档检测利用数字万用表也可观察电容器的充电过程,这实际上是以离散的数字量反映充电电压的变化情况。
设数字万用表的测量速率为n次/秒,则在观察电容器的充电过程中,每秒钟即可看到n个彼此独立且依次增大的读数。
根据数字万用表的这一显示特点,可以检测电容器的好坏和估测电容量的大小。
6、二极管的测量
二极管是由一个PN结构成的半导体器件,具有单向导电特性。
通过检测其正、反向电阻值,可以判别出二极管的电极,还可估测出二极管是否损坏。
(1)极性的判别将万用表置于R×100档或R×1k档,两表笔分别接二极管的两个电极,测出一个结果后,对调两表笔,再测出一个结果。
两次测量的结果中,有一次测量出的阻值较大(为反向电阻),一次测量出的阻值较小(为正向电阻)。
在阻值较小的一次测量中,黑表笔接的是二极管的正极,红表笔接的是二极管的负极。
二极管
(2)测量方法测二极管时,使用万用表的二极管的档位。
若将红表笔接二极管
阳(正)极,黑表笔接二极管阴(负)极,则二极管处于正偏,万用表有一定数值显示。
若将红表笔接二极管阴极,黑表笔接二极管阳极,二极管处于反偏,万用表高位显示为“1”或很大的数值,此时说明二极管是好的。
在测量时若两次的数值均很小,则二极管内部短路;若两次测得的数值均很大或高位为“1”,则二极管内部开路。
7、三极管的测量
(1)三极管上e-c间电阻测量方法具体方法如下:
万用表电阻的量程一般选用R×100或R×1K挡,对于NPN型三极管,黑表笔接c极,红表笔接e极。
要求测得的电阻越大越好。
e-c间的阻值越大,说明管子的ICEO越小;反之,所测阻值越小。
(2)判别基极和管子的类型万用表的R×100或R×1k挡测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。
当用第一根表笔接某一电极,而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时,则第一根表笔所接的那个电极左右,反向电阻值为300左右,反向电阻值为∞(无穷大)。
正向电阻越小越好,反向电阻越即为基极b。
这时,要注意万用表表笔的极性,如果红表笔接的是基极b。
黑表笔分别接在其他两极时,测得的阻值都较小,则可判定被测三极管为PNP型管;如果黑表笔接的是基极b,红表笔分别接触其他两极时,测得的阻值较小,则被测三极管为NPN型管。
(3)判定集电极c和发射极e。
(以PNP为例)将万用表置于R×100或R×1K挡,红表笔基极b,用黑表笔分别接触另外两个管脚时,所测得的两个电阻值会是一个大一些,一个小一些。
在阻值小的一次测量中,黑表笔所接管脚为集电极;在阻值较大的一次测量中,黑表笔所接管脚为发射极。
最后,数字万用表,其安全标准在国际上是属于IEC61010-1(EN61010-1),在国内的适用的标准则是GB4793.1,大品牌的合格的万用表,都会写上这些标准号和相应的电压分类。
数字万用表如图1所示:
图1常见数字万用表
2.2频率计的使用
1、简要就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。
若在一定时间间隔T内
测得这个周期信号的重复变化次数为N,则其频率可表示为
所谓频率计就是是数字频率计的组成框图。
被测信号
经放大整形电路变成计数器所需要。
图2
2.3示波器(OSCILLOSCOPE)操作
示波器是一种能在示波管屏幕上显示出电信号变化曲线的仪器,它不但能象电压表,电流表那样读出被测信号的幅度有效值,还能象频率计,相位计那样测试信号的周期(频率)和相位,而且还能用来观察信号的失真,脉冲波形的各种参数等。
结构框图如图所示:
图3示波器结构框图
(1)示波管
示波管是进行电-光转换的器件,把被测的电信号转换为光信号,在示波管的荧光屏上显示出来。
示波管由三大部分组成。
电子枪,用于产生纤细而高速的电子束,由辉度(INTEN)和聚焦(FOCUS)旋钮控制;偏转系统,使电子束随X轴或Y轴的信号而偏转,由移位旋钮(POSTTION)和衰减器旋钮(VOLTS/DIV)控制;显示屏,即荧光屏,在高速电子束轰击下发光,显示出图形。
(2)Y轴放大器(垂直系统)/(VERTICAL)
Y轴放大器或垂直通道(简称Y通道)。
被测试信号经过探头(又称探极)与示波器连接,探头实际上是一个脉冲分压器,具有-20dB(即10∶1)的衰减,保证不失真地把被测信号传输到示波器内部。
(因为探头极易损坏,实验室中不用-20dB的衰减)。
经过探头后的信号由交流AC(电容耦合)-地(GND)-直流DC(直接耦合)健(或按钮)的位置决定进入到示波器内的衰减信号。
衰减器的基本作用是把很大的幅度变化范围(1mV~50V)缩窄,以利于Y通道放大器的正常工作,衰减器在面板上,用VOLT/DIV表示(DIV=0.8cm),调节衰减量,即改变示波器的Y轴偏转灵敏度(或偏转因子)。
测试时,用衰减器开关指示的数值,乘以垂直方向信号所占的格数,即为被测信号的幅度。
(这时,微调旋钮VAR/VARIATION不能打开,应在校正位置)。
经过衰减器后的信号到达Y轴放大器。
Y轴放大器实际上是平衡式直流放大器,要求具有低噪声、宽频带、高增益。
在面板上没有几个旋钮。
一个是Y轴增益微调旋钮,即VAR,是改变放大器的增益,使屏幕上波形幅度得到连续的调节,但这时不能按偏转因子来读数,因为Y轴增益已离开了校正点。
还有一个是Y轴移位(POSITION),调节它能使波形上下移动,以便观察和读数。
再一个是“极性”选择按钮(或拉出、按下旋钮)和稳定调节旋钮(LEVEL)。
“极性”选择容易理解,是将信号反相或不反相。
LEVEL旋钮的功能比较难于理解,这里作简要说明:
因为示波器具有触发扫描功能,即由被测信号(或电源,或外接)来触发X轴扫描。
但X通道从接受触发信号到开始扫描(产生锯齿波),要有一段延迟,即扫描电压的产生要滞后一段时间,使被测信号与扫描信号不易同步,所以在Y通道加入延时电路,即稳定调节旋钮(LEVEL),实质是调节延时,或称调节稳定。
经过延迟的被测信号放大到足够的幅度,以便推动示波管的垂直偏转板,使电子束在垂直方向能满偏转。
下面简要说明双踪显示原理。
为了同时显示两个被测试信号,在Y通道中加入通道转换器,实际上是电子开关,按照时间分隔原理构成双踪示波器。
电子开关在面板上是由方式选择MODE开关(或按钮)控制,共有五种状态,DODE打在CH1时,只让第一路被测信号通过,而CH2被关断,屏幕上只显示第一路信号的波形,相当于单踪功能。
DODE打在CH2时,屏幕上只显示第二路信号的波形,相当于单踪功能。
当DODE打在“交替”(ALT/ALTERNATE),适合于交替显示两路较高频率的信号。
按“交替”方式工作时,第一次扫描电子开关接通第一路信号,第二次扫描接通第二路信号,如此重复,只要扫描频率超过25HZ,尽管每个信号波形是交替显示,但由于人眼的滞留效应,图象也不会闪烁。
为了使每个信号至少有一个完整的周期显示,输入信号的频率不能低于扫描频率,因此交替方式不适用于频率很低的信号。
当DODE打在“断续”(CHOP),适合于同时显示两路较低频率的信号。
按断续工作时,每次扫描过程中,电子开关高速轮流接通两个被测信号,显示的图象实际上是由若干断续的线段组成,当这些线段足够密时,图象就看不出中断点。
显然被测信号的频率必须远低于电子开关的转换频率,因此断续方式不适用于较高频率的信号,而能观测持续时间长于间断时间的单次信号。
当DODE打在ADD(迭加),第一路信号和第二路信号同是时通过电子开关,互相迭加,显示两路信号迭加在一起的波形,即Y1+Y2;与“极性”选择开关(或按键)相配合,即可实现Y1-Y2功能。
(3)X通道(或称水平通道,时基电路)/(HORIZONTAL)
X通道主要作用是产生一个与时间成线性关系的锯齿波扫描电压,加
到示波管的水平偏转板上,使电子束沿水平方向随时间而线性偏转,形成时间基线(简称时基)。
X通道的主要由扫描发生器环,触发脉冲发生器和X放大器组成。
下面简要说明各部分的作用及原理,以便对面板上一些控制旋钮(或按健)的作用,有较深入的理解。
扫描发生器环是由扫描发生器,电压比较器,时基闸口和释放电路组成的一个闭环控制系统,产生与时间成线性关系的锯齿波扫描电压,波形如图所示。
图4扫描电压波形
tf称为扫描时间或扫描正程时间,在这段时间里,光点从屏幕的左端均匀地向右端移动。
面板上的扫速开关(TIME/DIV),表示每格所对应的时间。
测试时,将微调开关(VAR)关上,就可以根据波形在水平方向所占的格数来读取时间。
扫描开关的内部实际上就是不同的R、C定时元件。
tb称为扫描回程时间,电子束在这段时间迅速从屏幕的右端回到左端(要求tb越小越好)。
为了在屏幕上不显示回扫光迹,一些较高质量的示波器在tb时间内有一个消隐信号加在示波管上,用于抑制电子束的强度,故在回扫时不显示光迹。
tw为等待时间,此时扫描发生器等待下一次触发。
所以一次扫描的周期T=tf+tb+tw。
触发脉冲发生器:
扫描发生器环是在触发脉冲触发下开始工作的,而触发脉冲是由触发信号经过加工后得到的。
根据触发信号来源的不同,有取Y通道的被测信号CH1或CH2的内触发,有取自“外接”的外部触发信号,还有取自机内50HZ的工频信号等。
触发脉冲发生器的任务是将这些频率、幅度、极性和波形各异的触发信号变成扫描发生器环所能接受的、规范的触发脉冲。
触发脉冲发生器主要包括触发信号选择开关,触发极性选择开关,触发放大器和触发脉冲形成器等几个部分组成。
触发信号选择开关(TRIGGERMODES)在面板上有自动(AUTOMATIC),常态(NORMAL),单次,TV—H或TV-V等不同的开关(或按键)根据触发源(TRIGGERSOURCE)的不同在面板上由内部(INTERNAL)机内50HZ的工频信号(LINE)和外部(EXTERNAL)开关(或按钮)控制。
触发极性选择开关有正极性(+)和负极性(-)两种。
正极性是指触发点位于触发信号的正斜率,负极性则为负斜率,在面板上用触发斜率(TRIGGERSLOPE)表示。
触发斜率旋钮与面板上的延时调节(LEVL)旋钮配合使用能在示波器上显示稳定的波形。
触发放大和触发形成器是为了获得前沿陡峭、宽度、幅度合适的触发脉冲。
X放大器的作用是放大扫描电压,并将其加到X偏转板(水平偏转板),使电子束能在水平方向得到满偏转。
此处还有水平移位旋钮,有的机型还有水平扩展按键等。
下图表示UY被测信号电压加在示波管的垂直偏转板上,UX扫描电压加在示波管的水平偏转板上,当电子束进入偏转区,同时受到Y方向和X方向偏转电压的作用,则在荧光屏上显示出被测电压随时间变化的波形图。
图5示波器显示正弦波
电源部分
(1)电部开关(POWER)
(2)辉度(INTENSITY)
(3)聚焦(FOCUS)
(4)校正信号(CAL),1KHz非过零方波,0.5VP(或0.3VP)。
垂直通道(VERTRICAL)
(1)CH1(X),CH2(Y),输入(INPUT)
(2)AC/GND/DC
AC/信号经过电容耦合至放大器输入
GND/放大器输入端接地
DC/信号直接耦合至放大器输入
(3)伏/格(VOLTS/DIV)衰减器开关,1—2—5进制,示波管垂直方向分为8格。
(4)移位(POSITION)
(5)垂直工作方式(VERTICALMODE)
CH1屏幕上仅显示CH1的信号
CH2屏幕上仅显示CH2的信号
DUAL(ALT,CHOP),屏幕上显示CH1,CH2两路信号,(ALT为“交替”,用于较高频率,CHOP为“断续”,用于较低频率)。
叠加(ADD)显示CH1和CH2信号的代数和。
水平通道(HORIZONTAL)
1)扫描时间选择开关(TIME/DIV),按1—2—5进制。
示波器水平方向分为10格
2)X—Y,
3)CH1信号作为X轴,CH2信号作为Y轴
触发系统(TRIGGER)
1)触发源选择(SOURCE)
输入信号触发(INT)
电源信号触发(LINE)
外部信号触发(EXT)
2)输入信号触发(INTTRIG)
CH1,CH1输入信号触发
CH2,CH2输入信号触发
交替触发(VERTMODE),用于稳定显示二个不同频率的信号,故不能用于测信号的相位差。
3)触发方式选择(TRIGEMODE)
自动扫描(AUTO),无信号输入时有扫描基线
(1)示波器使用举例
①直流电压测量
1)将触发方式置自动(AUTO),使屏幕上出现扫描基线,Y轴微调置校正(CAL)
2)CH1,或CH2的输入接地(GND),此时的基线,即为0V基准线。
3)加入被测信号,输入置DC,观察扫描基线在垂直方向平移的格数,与VOLTS/DIV开关指示的值相乘,即为信号的直流电压。
例如,VOLTS/DIV置0.5V/DIV,读得扫描线上移为3.4格,则被测电压为:
U=0.5/DIV×3.4DIV=1.7V(如果采用10:
1的探头,则为17V)。
②交流电压测量
1)将输入置AC(或DC)
2)利用垂直移位旋钮,将波形移至屏幕中心位置,按波形所占垂直方向的格数,即可测出电压波形的峰—峰值。
例如,VOLTS/DIV置0.2V/DIV,被测波形占5.2格,则被测电压为:
UP-P=0.2V/DIV×5.2DIV=1.4V(置DC时,将被测信号中的直流分量也考虑在内,置AC时,则直流分量无法测出)。
③时间测量
扫描开关的微调置于校正位置(CAL)。
1)测间隔时间(周期)。
例如,TIME/DIV置于0.2ms/DIV,间隔在水平方向占6格,
则其间隔时间为:
T=0.2ms/DIV×9DIV=1.2ms。
2)测量脉冲前(后)沿时间。
脉冲的前沿(或后沿)时间是指脉冲由幅度的10%上升到90%(由90%下降到10%)的时间。
测量时可调节扫速开关,将波形的前沿(或后沿)适当展宽,以便精确读数。
测脉冲宽度。
调节VOLTS/DIV,TIME/DIV开关,使脉冲在垂直方向占2~4格,水平方向占4~6格,此时脉冲前沿及后沿中心点之间的距离为脉冲宽度时间tu。
3)测量频率测量周期性信号的频率,有两种方法。
第一种测一个周期的时间,第二种方法,使被测信号在屏幕上显示较多周期,则可以减小测量误差,精度可接近于扫描速度时间的精度(±2%),此时按X轴方向10格内占有多少个周期的方法来计算。
2.4直流稳压电源(DCREGULATEDPOWERSUPPLY)
图6
直流稳压电源由整流滤波电路、辅助电源基准电压、电压(电流)采样电路、比较放大器、调整电路和保护电路组成。
输入220V的交流电压经过降压变压器分别供给主回路整流器和辅助电源整流器。
主回路变压器的付边有二组抽头,使输出直流电压为0~15V和15~30V两档。
主回路整流滤波电路是由四只二极管构成桥式整流电路,每只二极管的最大电流为3A和一只大电容(2200μF)组成。
辅助电源产生三组电压,一组电压为(+12V)供比较放大器和集成电路的直流电源用。
另两组电压经过温度补偿的基准稳压二极管稳压后,分别提供电压比较放大器的基准电压和过载放大器的基准电压。
电压采样电路将输出电压采样送到电压比较放大器的反相端,基准电压送到电压比较整放大器的同相端,经过电压比较放大器(实际上为差动放大器),比较放大去控制调整电路,使输出电压为0~15V和15~30V。
电流采样过载放大器的原理与电压比较放大器相似,区别只在于一旦发生过载,使调管截止(约为1.5A),输出电流大小变小,保护稳压电源不至因电流过大而烧毁。
这时面板上的发光二极管导通并发光。
调整电路由大功率晶体管和中功率推动管组成。
使用方法
(1)先选择好输出电压的范围为0~15V或15~30V,然后开机,调节电压旋钮至需要的值(当需要精度较高时可用数字万用表作监视)。
由于每路电源共用一只电压表和电流表,可以通过电表选择开关,开关打开在U时,电表作电压表指示,打开I时,电表作电流表指示。
当发生输出过载时或短路时,不论是电压或电流,告警指示灯亮(PROECTION),电源自动保护,输出为低电压。
双路可调电源独立使用
按钮开关处于INDEP状态(即
位置),将稳流调节旋钮(CURRENT)
顺时针调节到最大,然后打开电源开关,并调节电压调节旋钮(VOLTAGE),使从路和主路输出直流电压至所需要的电压值。
此时稳压状态指示灯(CV)发光。
(2)可调电源作稳流源使用
在打开电源开关后,先将稳压调节旋钮顺时针调节到最大,同时,将稳流调节旋钮逆时针调节到最小,然后接上所需负载,再顺时针调节稳流调节旋钮,使输出电流至所需要的稳定电流值。
此时稳压状态指示灯(CV)熄灭,稳流状态指示灯(CC)发光。
(3)双路可调电源串联使用
将按钮开关置于SERIES状态(即左
,右
位置)。
调节主路电源电压调节旋钮,从路的输出电压严格跟踪主路输出电压,使输出电压最高可达两路额定电压之和。
(注意:
在串联联接时,主路和从路的联接片不能与地短路;从路的电流调节旋钮顺时针旋到最大,否则因从路输出电流超过限流保护点,从路输出电压将不再跟踪主路的输出电压。
)
(4)双路可调电源并联使用
将按钮开关置于PARALLEL状态(即左
,右
位置)。
调节主
路电源电压调节旋钮,两路输出电压一样,同时从路稳流指示灯(CC)发光,而从路稳流调节旋钮不起作用。
当电源做稳流源使用时,只要调节主路的稳流调节旋钮,此时主、从路的输出电流均受其控制并相同,其输出电流最大可达二路输出电流之和.
2.5毫伏表的使用
晶体管毫伏表:
是一种常用的电子测量仪器。
主要用来测量正弦交流电压的有效值。
正弦电压有效值和峰值的关系是:
1、毫伏表使用方法:
(1)校准调零
(2)把量程开关置于合适位置。
若不知道被测电压大小,可将量程调到最大处。
(3)插入电源,打开电源开关,指示灯亮。
(指针摆动不定晶体管需要5—10分钟的预热带指针稳定后毫伏表正常工作实验可以开始)
(4)当“输入”端加入测量电压时,表头应有指示。
如果读数小于满到度30%,逆时针方向转动量程旋钮逐渐减小电压量程,使指针大于满刻度30%,又小于满刻度值读出指示值。
(5)交流毫伏表表盘刻度分为0-1和0-3两种刻度,量程旋钮切换量程分为逢一量程(1mv、10mv、0.1v……)和逢三量程(3mv、30mv、0.3v……),凡逢一的量程直接在0-1刻度线上读取数据,凡逢三的量程直接在0-3刻度线上读取数据,单位为该量程的单位,无需换算。
2、由于晶体管毫伏表是十分精密的电子设备使用时要十分注意,注意事项:
(1)测量前应短路调零。
(2)打开电源开关,将测试线的红黑夹子夹在一起,将量程旋钮旋到1mv量程,指针应指在零位(有的毫伏表可通过面板上的调零电位器进行调零,凡面板无调零电位器的,内部设置的调零电位器已调好)。
(3)交流毫伏表灵敏度较高,打开电源后,在较低量程时由于干扰信号(感应信号)的作用,指针会发生偏转在不测试信号时应将量程旋钮旋到较高量程档,以防打弯指针。
交流毫伏表接入被测电路时,其地端应始终接在电路的地上,以防干扰。
(4)使用前应先检查量程旋钮与量程标记是否一致,若错位会产生读数错误。
交流毫伏表只能用来测量正弦交流信号的有效值,若测量非正弦交流信号要经过换算。
(5)注意:
不可以万用表的交流电压档代替交流毫伏表测量交流电压(万用表内阻较低,用于测量50Hz左右的工频电压)。
交流毫伏表(AVMILIVOLTMETER)的使用:
简要:
我们采用的是DF2173B毫伏表。
具有测量精度高,输入
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