虚拟万用表与采样实验

实验目标与命题

使用两套确定性演示验证：

1. 串联支路各处电流相同；
2. 电压表极性改变只改变读数符号，不改变原电路；
3. 增大串联电阻会降低电流，但功率变化必须结合约束判断；
4. ADC 位数改变量化网格，采样点数改变时间观察，两者不是同一件事。

环境与固定输入

项目	值
环境	支持 JavaScript 和 SVG 的现代浏览器
外部硬件	不需要
电路基线	3.3 V、330 Ω、LED 压降 2.0 V
采样基线	Vin 1.27 V、Vref 3.3 V、10 bit
验证日期	2026-09-05

这是假设理想导线、理想电源和固定 LED 压降的教学模型，不能代替真实器件测试。

实验一：先预测，再测量

开始前写下基线电流和电阻功率，然后操作：

步骤：

1. 保持基线，选择“测电阻压降”，确认约为 1.30 V；
2. 切换为“测 LED 压降”，确认约为 2.00 V；
3. 切换为“测支路电流”，确认约为 3.94 mA；
4. 把电阻改为 660 Ω，记录电流和功率；
5. 交换电压表表笔，确认只有符号改变；
6. 断开回路，确认电流归零而电源两端仍可存在电压。

判断条件

基线理论值：

VR = 3.3 - 2.0 = 1.3 V
I  = 1.3 / 330 = 3.94 mA
PR = 1.3 × 3.94 mA = 5.12 mW

电阻加倍后电流和电阻功率在该固定电压模型下约减半。若结果不符，先检查单位、回路开关、LED 压降是否小于电源，以及当前仪表模式。

实验二：把“电平”和“数值”分开

步骤：

1. 将 Vin 设为 0.4 V、1.4 V、2.8 V，分别记录逻辑分类；
2. 在 Vin=1.27 V、Vref=3.3 V 时比较 8、10、12 位 ADC 码；
3. 保持 10 位，将 Vref 改为 2.5 V，先预测再观察；
4. 分别使用 5、9、17 个采样点，观察采样是否击中连续波形的峰值；
5. 说明为什么增加 ADC 位数不能补回两次采样之间遗漏的变化。

判断条件

1.4 V 落在基线阈值的未定义区；1.27 V 在 10 位、3.3 V 参考下应得到约 394。若输入超出 0–Vref，演示会钳位输出码并显示越界提示，而不是假装 ADC 可以表示更高电压。

实际观察与解释

基线已在 Chrome 兼容浏览器中复核：回路给出 3.94 mA / 5.12 mW，ADC 给出码值 394。修改参数后所有派生值同步重算，重置会恢复上述基线。

这些结果证明组件的理想模型内部一致；没有证明真实 LED 压降、ADC 精度或探头接法正确。

常见失败与排查

现象	首先检查	原因
电流始终为 0	回路是否断开；Vs > Vf	没有正向压差或闭合路径
电压读数为负	表笔极性	参考方向相反
ADC 一直满量程	Vin 是否超过 Vref	输入越界后被钳位
采样点看不出峰值	采样数量与相位	离散时刻没有击中峰值
修改后自动播放停止	这是预期行为	原位编辑优先保留当前因果状态

复现、清理与下一步

点击组件内“恢复基线”即可清理全部修改；实验不上传或持久化参数。记录至少包含修改前预测、修改后读数和一句因果解释。

完成后查阅电路与测量速查，再做第 0 章验收。