用示波器测量时间文档格式.docx

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第二阳极——电子的加速：

第二阳极（A2）上加有1000V以上的电压.聚焦后的电子经过这个高压电场的加速获得足够的动能,使其成为一束高速的电子流.这些能量很大的电子打在荧光屏上可引起荧光物质发光.能量越大就越亮,但也不能太大,太大会使发光强度过大,以致烧坏荧光屏.一般来说,A2上的电压在1500V左右就可以了.

（4）偏转板：

由两对相互垂直的金属板构成,在两对金属板上分别加以直流电压,以控制电子束的位置,适当调节这个电压值可以把光点或波形移到荧光屏的中间部位.偏转板除了直流电压外,还有待测物理量的信号电压,在信号电压的作用下,光点将随信号电压的变化而变化,形成一个反映信号电压的波形.

（5）荧光屏：

荧光屏（P）上面涂有硅酸锌、钨酸镉、钨酸钙等磷光物质,能在高能电子的轰击下发光.辉光的强度取决于电子的能量和数量.在电子射线停止作用之后,磷光要经过一段时间才熄灭,这个时间称为余辉时间.余辉使我们能在屏上观察到光点的连续轨迹.

自阴极发射的电子束,经过第一栅极（G1）、第二栅极（G2）、第一阳极（A1）、第二阳极（A2）的加速和聚焦后,形成一个细电子束.垂直偏转板（常称y轴）及水平偏转板（常称x轴）所形成的二维电场,使电子束发生位移,位移的大小,与y偏转板及x偏转板上所加的电压有关：

（1）

式

（1）中的Sy和Dy为y轴偏转板的偏转灵敏度和偏转因数,Sx和Dx为x轴偏转板的偏转灵敏度和偏转因数.它们均与偏转板的参数有关,是示波器的主要技术指标之一.

2．示波器显示波形的原理

由式

（1）,y轴或x轴的位移与所加电压有关.如图3.2.2-3,在x轴偏转板上加一个随时间t按一定比例增加的电压Vx,光点从A点向B点移动.如果光点到达B点后,Vx降到零（图中坐标轴上的Tx点）,那么光点就返回到A点.若此后Vx再按上述相同规律变化（Vx及Tx相同）,光点会重新由A移动到B.这样Vx周期性变化（此种变化称为锯齿波）,并且由于发光物质的特殊性使光迹有一定保留时间（由荧光屏的发光物质而定）,于是就得到一条“扫描线”,称为时间基线[图3.2.2-3（a）].

如果在x轴上加有锯齿形扫描电压的同时,在y轴上加一正弦变化的电压[图3.2.2-3（b）],则电子束受到水平电场和垂直电场的共同作用而呈现二维图形.为了得到可观测的图形,必须使电子束的偏转多次重叠出现,即重复扫描.

很显然,为了得到清晰稳定的波形,上述扫描电压的周期Tx（或频率fx）与被测信号的周期Ty（或fy）必须满足

n=1,2,…

（2）

以保证Tx轴的起点始终与y轴周期信号固定一点相对应（称“同步”）,波形才稳定.否则,波形就不稳定而无法观测.

由于扫描电压发生器的扫描频率fx不会很稳定.因此,要保证式

（2）始终成立,示波器需设置扫描电压同步电路,即触发电路,如图3.2.2-1所示,利用它提供一种触发信号来使扫描电压频率与外加信号同步,从而获得稳定的信号图形.图3.2.2-1中设置了三种同步触发方式：

外信号触发、被测信号触发（内触发）、50Hz市电触发.

实际使用的示波器,由于用途不同,它的示波管及放大电路等也不尽相同.因此,示波器有一系列技术特性指标,如输入阻抗、频带宽度、余辉时间、扫描电压线性度、y轴和x轴的范围等.

3．用x轴时基测时间参数

在实验中或工程技术上都经常用示波器来测量信号的时间参数,如信号的周期或频率,信号波形的宽度、上升时间或下降时间,信号的占空比（宽度/周期）等.如雷达通过测量发射脉冲信号与反射（接收）脉冲信号的时间差来实现测距离,其他无线电测距、声纳测潜艇位置等,都属于这一原理.

从式

（2）出发,设待测信号接y轴输入端,则Ty是待测信号的周期,Tx是x轴扫描信号的周期,N是一个扫描周期内所显示的待测信号的波形周期个数.如荧光屏上显示2个信号波形,扫描信号的周期为10ms,则待测信号的周期为5ms.

x轴扫描信号的周期,实际上是以时基单位（时间/cm或时间/度）来标示的,一般的示波管荧光屏直径以10cm的居多,则式

（2）的Tx,由时基（时间/cm）乘上10cm,如时基为0.1ms/cm,则扫描信号的周期为1ms.为此,在实际测量中,将式

（2）改成式（3）的形式

（3）

式中的波形厘米数,可以是信号一个周期的读数（可测待测信号的周期）、正脉冲（或负脉冲）的信号宽度的读数或待测信号波形的其他参数.

4．用李萨如图形测信号的频率

如果将不同的信号分别输入到y轴和x轴的输入端,当两个信号的频率满足一定的关系时,在荧光屏上将显示出李萨如图形,可用测量李萨如图形的相位参数或波形的切点数来测量时间参数.

二个互相垂直的振动（有相同的自变量）的合成李萨如图形.

（1）频率相同而振幅和相位不同时,两正交正弦电压的合成图形.设此两正弦电压分别为：

（4）

消去自变时t,得到的轨迹方程为：

（5）

这是一个椭圆方程.当两个正交电压的相位差φ取0~2π的不同值时,合成的圆形如图3.2.2-4所示.

（2）两正交正弦电压的相位差一定,频率比为一个有理数时,合成的圆形是一条稳定的闭合曲线.图3.2.2-5是几种频率比时的图形,频率比与图形的切点数之间有下列关系：

实验步骤：

1．用x轴的时基测信号的时间参数

（1）测量示波器自备方波输出信号的周期（时基分别为0.1ms/cm,0.2ms/cm,0.5ms/cm）.

（2）选择信号发生器的对称方波接y输入（幅度和y轴量程任选）,信号频率为200Hz~2kHz（每隔200Hz测量一次）,选择示波器合适的时基,测量对应频率的厘米数、周期和频率（注明x轴的时基）.以信号发生器的频率为x轴,示波器测量的频率为y轴,作y-x曲线,求出斜率并讨论.

（3）选择信号发生器的非对称方波接y轴,频率分别为200Hz、500Hz、1kHz、2kHz、5kHz、10kHz、20kHz,测量各频率时的周期和正波的宽度（或占空比）,用内容

（2）的方法作曲线.

（4）选择信号发生器的输出为三角波,频率为500Hz、1kHz、1.5kHz、测量各个频率时的上升时间、下降时间及周期.

2．观察李萨如图形并测频率

用两台信号发生器（一台为本组专用,一台为公用）分别接y轴和x轴（x轴选择外输入）,取

时,测出对应的

画有关图形并求公用信号发生器的频率.

实验数据分析与处理：

1．测自备方波的输出信号周期

次数

1

2

3

时基（ms/cm）

0.1

0.2

0.5

厘米数

10.01

5.02

2.04

周期（ms）

1.001

1.004

1.020

从中可见,用时基为0.1ms/cm测出的周期更为准确.其原因是:

时基越小,波的一个波长显示在屏上的厘米数越大,而人的估读误差是一定的,所以厘米数越大,读数据时的相对误差越小,所以越准确.此处的最小时基为0.1ms/cm,故用此时基测量的相对误差最小.

2.对称方波相关测量数据列表如下:

发生器频率（Hz）

201.9

403.9

600.2

820.0

1014

1193

1430

1611

1808

2020

厘米数（cm）

10.00

5.00

8.40

6.10

7.00

6.20

5.50

0.05

2.50

1.68

1.22

1.00

0.83

0.70

0.62

0.55

0.50

测量频率（Hz）

200.0

400.0

595.2

819.7

1000.0

1204.8

1428.6

1612.9

1818.2

2000.0

以信号发生器的频率为x轴,示波器测量的频率为y轴,作y-x曲线,得

s

可得，图线的斜率为0.998,接近于1.从而说明,示波器测量频率基本等于信号发生器的频率,测量的误差比较小.

2.非对称方波的相关测量值列表如下:

202.5

503.0

1009

2008

5020

10030

20030

周期宽（cm）

正波宽（cm）

6.80

0.02

0.01

0.005

2.00

0.20

0.10

500.0

5000.0

10000.0

20000.0

斜率为:

0.999.可见,示波器测出的频率精确度相当高.

4.信号发出三角波时,频率为500Hz,1kHz,1.5kHz时,各个频率的上升时间,下降时间及周期列表如下:

信号频率（Hz）

502

1008

1505

上升宽度（cm）

4.00

3.30

上升时间（ms）

0.66

下降宽度（cm）

下降时间（ms）

周期宽度（cm）

8.00

6.60

1.32

5.观察李萨如图形并测频率

1）

=1/1时，

=500Hz

=500Hz

图形为：

2）

=2时，

=999Hz

3）

=1/2时，