实验12示波器的使用Word下载.docx

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1•示波器的聚焦和偏转原理

示波器中用于显示波形的真空玻璃管叫阴极射线管，简称示波管。

如图6-2

所示。

示波管的正面是一个涂有荧光物质的圆形屏，当管中的高速运动电子打上去时，就会发出荧光。

一般的示波器都是热阴极：

阴极由灯丝通电加热后，阴极上的电子由于热运动而脱离出阴极，称为热激发。

由于示波器中的第二阳极电压

比阴极高上千伏特。

因此，电子被加速后轰击到荧光屏上，使该处的荧光物质发光。

（1）辉度

设电子由阴极热激发时的速度为Vo,电子到达第二阳极的速度为V2，阴极和

阳极之间的电压为U2，则有

1212mv2mv0eU2

22

式中m是电子的质量，且vo<

<

v2，所以电子到达第二阳极（也是到达荧光屏）上的速度V2为：

II

高压电源

图6-2示波管结构示意

2eU2

m

为了控制电子束轰击荧光屏上的强度，也就是控制单位时间轰击荧光屏的电

子数目，在阳极前面加一个零到几十伏特的调制极，其形状是一个开有小孔的金

属罩，由于调制极电位比阴极要低，而且调制极的电位越低，穿过金属罩小孔的

电子越少，亮度越弱。

调节调制极的电位，就能够改变荧光屏上光斑的亮度，这就是面板上“辉度”旋钮的作用。

（2）电聚焦

在两个第二阳极A2之间设有一个特殊形状的第一阳极，给第一阳极加上比

第二阳极低的电位（例如第二阳极1200V，第一阳极255V），由于第一阳极和第

二阳极之间有电位差，其特殊形状的电极构成电子透镜，如光学透镜能会聚光一样，电子透镜能会聚射向荧光屏的电子束。

电子透镜聚焦条件由第二阳极A2上

的电位U2和第一阳极Ai上的电位Ui之比决定，调节聚焦Ui和辅助聚焦U2就是调节两电位之比，这就是示波器的电聚焦原理。

（3）电偏转

由阴极热激发的电子经第二阳极加速后，在到达荧光屏之前，还要经过由水

平偏转极板和垂直偏转极板所围成的空间。

在偏转极板上加上几十伏特的偏转电

压。

当电子穿过偏转极中间时，由于受电场力的作用而使电子束偏离直线。

偏转电压越大，电场力越大，荧光屏上的亮点偏离荧光屏中心越远，这就是电偏转原理。

2•示波器的扫描原理

图只在T偏转板上加一正弦波电压的情形

如果只在竖直偏转板（Y轴）上加一正弦波电压，则电子束将随电压的变化只在竖直方向上往复运动，由荧光屏上看

到的是一条竖直亮线。

如图6-3所示。

向拉开。

这种扫描电

，如图6-4所示。

如果只在水平偏转板上（X轴）加则电子束随电压的变化只在水平方向上往复运动，由荧光

条水平亮线。

如图6-4所示为只在水平偏转板上加一锯齿波电压的情形。

如果在竖直偏转板上（Y轴）加正弦波电压，同时在水平偏转板上（X轴）

加锯齿波电压，电子束同时受竖直和水平两个方向电场力的作用，电子的运动是

两互相垂直运动的合成。

当锯齿波电压与正弦电压变化周期相等时，在荧光屏上能显示完整周期的正弦波电压的波形图，如图6-5所示为示波器显示正弦波形的原理图。

（1）连续扫

描

如果正弦波

和锯齿波电压的

周期稍有不同，屏上出现的是移动着的不稳定图形。

这种情况可以用图6-6说明：

设X轴加的锯齿波电压的周期TX比Y偏转板上的正弦波电压周期Ty稍小。

比

如Tx/Ty=78，在第一扫描周期（第一个锯齿波）内，屏上显示正弦信号0-4点之间的曲线段；

在第二周期（第二个锯齿波）内，显示4-8点之间的曲线段；

在第三

周期（第三个锯齿波）内，显示8-11点之间的曲线段。

其中第一个曲线段的结束和第二个曲线段的起点对应相同的Y偏转电压。

第二曲线段的尾部和第三曲线

段的起点对应相同的Y偏转板电压。

这样，在屏上显示的波形不重迭，好象波形在向右移动。

如果Tx和Ty差别稍大一些，一个一个的波形由于荧光屏的余辉和人眼的视觉暂留，看到的是多个波形在屏上的迭加结果。

其原因是扫描电压的周

期Tx与被测信号的周期Ty不相等或不成整数倍关系，以致于每次扫描的起点在Y轴上不相同。

为了获得稳定波形（单一波形），每次扫描在Y轴上应有相同的起点。

在连续扫描中，锯齿波的周期称为扫描周期，扫描周期Tx和Y轴上被测信号周期Ty之

间应满足TxnTY（n是整数）

在示波器上设有扫描范围和扫描微调以及整步调节，用来调节Tx，使之满足

TxnTY。

从而在示波器上得到完全重迭的波形，看到的是单一稳定的波形。

称之为同步扫描。

上面所述的X轴锯齿波是一个紧接一个产生的，称为连续扫描方式。

（2）触发扫描方式

为了获得稳定波形（单一波形），每次扫描在Y轴上应有相同的起点。

在示波器的扫描方

Ux和Y轴所加的待测电压Uy之间的关系如图6-7所示。

在触发扫描中。

锯齿波的起点由被测信号的某一斜率和电平点触发产生，一个锯齿波显示一屏，一个

锯齿波结束后，等候待测信号Uy相同的斜率和电平点再次触发产生下一个锯齿

波。

由于每屏波形起点对应待测信号所以波形自然稳定（各屏重迭）。

3.X-Y方式：

李萨如图形

如果示波器的X轴和Y轴输入是频率相同或成整数比的两个正弦电压，则屏上将呈现特殊形状的光点的轨迹，这种轨迹称为李萨如图形。

频率比不同时，将形成不同的李萨如图形。

图6-8所示的是频率比成简单整数比的几组李萨如图形。

从图形中

Uy相同的斜率和电平（每屏有相同的起点），

可总结出如下规律:

fx：

fynx：

ny，其中nx为水平线与轨迹相切的切点

数，ny为竖直线与轨迹相切的切点数。

利用李萨如图形能方便准确地比较两交变信号的频率。

4•示波器的测量原理

示波器除了能直观地显示之外，其测量内容可归结为两类：

电压和时间的测

量，而电压和时间的测量最后都归结为屏上波形长度的测量。

（1）电压的测量

示波器屏上光点Y轴偏转距离Dy正比于输入电压Uy,比例系数Ky称为电压

偏转因数，有Dy=KyUy,Y轴电压偏转因数Ky的单位为：

V/div。

例如：

测电压峰一峰值时，峰一峰值占了，V/div档用0.1V/div,输入端用

了10：

I衰减探头，则Vp—p=/divxx10=o

（2）时间的测量

在触发扫描方式的示波器中，每个锯齿波的长度是确定的（在连续扫描方式

中锯齿波的长度不确定），也就是说，在触发扫描方式的示波器中，每一屏的时间是确定的。

利用波形在X轴上的长度，可以测量屏上波形两点之间的时间间隔。

在触发扫描方式时，示波器屏上光点X轴偏转距离Dx正比于时间t，比例系数

KS称为时基因数，有Dx=Kst，时基因数Ks的单位为：

s/div。

波形在X轴上的长度是4div,t/div档为2ms/div,则波形的周期：

T=2ms/divx4div=8ms

在触发扫描方式的示波器中，一般在出厂时Y轴的电压偏转因数和X轴扫描

的时基因数都已标定了。

实验步骤

1•熟悉示波器上各开关、旋钮的作用。

接通电源，打开“电源”开关，指示灯亮，等待电子管预热一分钟左右，荧

光屏上出现亮点。

调亮度旋钮“*”，使亮度适中，注意不应使亮度过强，更不能使强亮斑集中

于一点，以免灼毁荧光屏。

调节聚焦“”和辅助聚焦“”旋钮，使亮斑成为小圆点（在X轴和Y

轴均无信号输入的情况下）。

调节Y轴位移“fj”和X轴位移“旋钮，使亮点上下左右适中。

2•观察波形

将“电平”旋钮旋到“自动”位置，亮点展成一条横线。

调节低频信号发生器的输出幅度，用晶体管毫伏表测量它的有效值，使为伏

（或从低频信号发生器面板上的电压表读出）。

然后接到示波器的“Y轴输入”。

将耦合开关指向“AC'

触发信号开关（或整步选择）指向“内+”或“内一”，荧光屏上就出现规则不稳定的波形。

再调节“v/div”旋钮（或Y轴增幅和Y轴衰减），使波形幅度合适；

调节“t/div”旋钮（或扫描范围）,使波形宽度合适（有2至3个宽整波形）。

此时,波形可能走动,调节“电平'

（或整步调节和扫描微调）使波形稳定。

改变几次低频信号发生器的输出幅度和频率,再调出n个稳定波形。

3．测量电压测交流电压,调出待测电压的稳定波形,读出波形的波峰到波谷所占的分度和此时v/div档级的标称值,由此求得波形电压的峰峰值。

换算为有效值。

4．测量频率

（1）先测出周期,然后得到频率。

调出待测周期信号的稳定波形,读出波形一个周期所占的分度和此时t/div档级的标称值,由此求得周期和频率。

并与低频信号发生器输出的频率相比较。

（2）利用李萨如图测量频率。

从X轴输入已知频率信号,从Y轴输入待测频率fy,调节有关旋钮,并逐

渐改变y轴的输入频率fy，使fx:

fy1:

2、1:

32:

3，算出fy，并与低

频信号发生器上的频率示值相比较。

5．测量两个正弦波的相位差

根据李萨如图形可以计算出相位差,如图6－9所示。

令yasint

xbsin（t）

则y与x的相位差为.假定波形在X轴线上的截距为2x0,则对X轴上的P点

主要作用是什么

2•用示波器观察波形的主要步骤是什么

3.怎样用示波器测电压、频率。

复习思考题

1•简要写出示波器面板上各旋钮的作用.

2•示波器能否精确测量电压、周期、频率和相位差为什么示波器的真正功能是什么

附录ST-16型示波器简介

ft二扎冀p二天

$T—16型示波器面板图

开，电源开关：

当此开关指向“开”时，指示灯灯亮，经预热一段时间后，

仪器即可正常工作。

★，辉度调节装置：

它可以改变辉度的亮暗。

o,聚焦调节装置：

用以调节示波管中电子束的焦距，使其焦点恰好会聚在屏幕上，此时显现的光点应成为清晰的圆点。

O,辅助聚焦：

用以控制光点在有效工作面内的任何位置散焦最小，通常与

聚焦调节装置同时配合协调使用。

f垂直位移：

用以调节屏幕上光点或信号波形在竖直方向上的位置。

，水平位移：

用以调节屏幕上光点或信号波形在水平方向上的位置。

Y:

垂直放大系统的输入插座。

垂直微调，用以连续改变垂直放大器增益。

V/div（垂直粗调），垂直输入灵敏度步进式选择开关：

可根据被测信号的电

压幅度，选择适当的档级位置，以利观测。

当“微调”旋钮位于校准位置时，“V/div”档级的标称值即可视为示波器垂直输入的灵敏度。

第一档级的“厂」”为100mv

的方波信号，供垂直输入灵敏度和水平时基扫速校准之用。

扫描微调，用以连续调节时基扫描速度。

t/div，时基扫速步进式选择开关：

可根据被测信号频率的高低，选择适当