示波器实验报告.docx

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示波器实验报告

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示波器实验报告通用模板

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示波器实验报告通用模板

使用说明：

本报告文档可用在单位或个人的场景里，通过总结和传递经验，让上下级个人或单位等有关人员及时了解相应的情况，掌握相关信息，并从中发现典型特征和推断规律，找出可以借鉴的教训。

为便于学习和使用，请在下载后查阅和修改详细内容。

　　【实验题目】示波器的原理和使用

　　【实验目的】

　　1.了解示波器的基本机构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法。

　　2.学会使用示波器观测电信号波形和电压副值以及频率。

　　3.学会使用示波器观察李萨如图并测频率。

　　【实验原理】

　　1.示波器都包括几个基本组成部分：

　　示波管（阴极射线管）、垂直放大电路（Y放大）、水平放大电路（X放大）、扫描信号电路（锯齿波发生器）、同步电路、电源等。

　　2.李萨如图形的原理：

　　如果示波器的X和Y输入时频率相同或成简单整数比的两个正弦电压，则荧光屏上将呈现特殊的光点轨迹，这种轨迹图称为李萨如图形。

　　如果作一个限制光点x、y方向变化范围的假想方框，则图形与此框相切时，横边上的切点数nx与竖边上的切点数ny之比恰好等于Y与X输入的两正弦信号的频率之比，即fy:

fx=nx:

ny。

　　【实验仪器】

　　示波器×1，信号发生器×2，信号线×2。

　　【实验内容】

　　1.基础操作：

　　了解示波器工作原理的基础上阅读所用机器的说明书，了解每个旋钮的作用。

其中最主要也是经常使用的旋钮为横向和纵向两个。

横向旋钮是控制扫描时间的旋钮，调节时表现为荧光屏上显示波形发生横向的压缩或展开;纵向旋钮是调节垂直放大电路的旋钮，调节时表现为荧光屏上显示波形发生纵向的展开或压缩，次旋钮为两个，分别控制示波器的两个输入信号。

　　明确操作步骤及注意事项后，接通示波器电源开关。

先找到扫描线并调至清晰。

　　2.观测李萨如图形：

　　向CH1、CH2分别输入两个信号源的正弦波，“扫描时间”的“粗调”旋钮置于“X-Y”方式（即使两路信号进行合成）。

调出不同比值的李萨如图形来，画出草图，并分析图形的特点与两个信号频率之间的关系。

绘出所观察到的各种频率比的李萨如图形。

　　设fx=1000Hz为约定真值，依次求出另一信号发生器的输出频率fy，并与该信号发生器读数值f′y进行比较，一一求出它们的相对误差。

　　【实验数据】

　　【实验结果】

　　【误差分析】

　　1.两台信号发生器不协调。

　　2.桌面振动造成的影响。

　　3.示波器上显示的荧光线较粗，取电压值时的荧光线间宽度不准，使电压值不准。

　　4.取正弦周期时肉眼调节两荧光线间宽度不准，导致周期不准。

　　5.机器系统存在系统误差。

　　6.fy选取时上下跳动，可能取值不准。

　　相关知识

　　1示波器工作原理

　　示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。

它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。

示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。

　　1.1示波管

　　阴极射线管（CRT）简称示波管，是示波器的核心。

它将电信号转换为光信号。

正如图1所示，电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内，构成了一个完整的示波管。

　　1.荧光屏

　　现在的示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。

在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。

高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点。

铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度。

铝膜还有散热等其他作用。

　　当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。

亮点辉度下降到原始值的10%所经过的时间叫做“余辉时间”。

余辉时间短于10μs为极短余辉，10μs—1ms为短余辉，1ms—0.1s为中余辉，0.1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉。

一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。

　　由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光。

一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛。

　　2.电子枪及聚焦

　　电子枪由灯丝（F）、阴极（K）、栅极（G1）、前加速极（G2）（或称第二栅极）、第一阳极（A1）和第二阳极（A2）组成。

它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。

灯丝通电加热阴极，阴极受热发射电子。

栅极是一个顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面。

由于栅极电位比阴极低，对阴极发射的电子起控制作用，一般只有运动初速度大的少量电子，在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔，奔向荧光屏。

初速度小的电子仍返回阴极。

如果栅极电位过低，则全部电子返回阴极，即管子截止。

调节电路中的W1电位器，可以改变栅极电位，控制射向荧光屏的电子流密度，从而达到调节亮点的辉度。

第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。

前加速极G2与A2相连，所加电位比A1高。

G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。

　　电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程。

第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。

第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域，调节第二阳极A2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦。

A1上的电压叫做聚焦电压，A1又被叫做聚焦极。

有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦，需微调第二阳极A2的电压，A2又叫做辅助聚焦极。

　　3.偏转系统

　　偏转系统控制电子射线方向，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。

图8.1中，Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。

Y轴偏转板在前，X轴偏转板在后，因此Y轴灵敏度高（被测信号经处理后加到Y轴）。

两对偏转板分别加上电压，使两对偏转板间各自形成电场，分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。

　　4.示波管的电源

　　为使示波管正常工作，对电源供给有一定要求。

规定第二阳极与偏转板之间电位相近，偏转板的平均电位为零或接近为零。

阴极必须工作在负电位上。

栅极G1相对阴极为负电位（—30V~—100V），而且可调，以实现辉度调节。

第一阳极为正电位（约+100V~+600V），也应可调，用作聚焦调节。

第二阳极与前加速极相连，对阴极为正高压（约+1000V），相对于地电位的可调范围为±50V。

由于示波管各电极电流很小，可以用公共高压经电阻分压器供电。

　　1.2示波器的基本组成

　　从上一小节可以看出，只要控制X轴偏转板和Y轴偏转板上的电压，就能控制示波管显示的图形形状。

我们知道，一个电子信号是时间的函数f（t），它随时间的变化而变化。

因此，只要在示波管的X轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压，在y轴加上被测信号（经过比例放大或者缩小），示波管屏幕上就会显示出被测信号随时间变化的图形。

电信号中，在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。

　　示波器的基本组成框图如图2所示。

它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和电源等五部分组成。

　　被测信号①接到“Y"输入端，经Y轴衰减器适当衰减后送至Y1放大器（前置放大），推挽输出信号②和③。

经延迟级延迟Г1时间，到Y2放大器。

放大后产生足够大的信号④和⑤，加到示波管的Y轴偏转板上。

为了在屏幕上显示出完整的稳定波形，将Y轴的被测信号③引入X轴系统的触发电路，在引入信号的正（或者负）极性的某一电平值产生触发脉冲⑥，启动锯齿波扫描电路（时基发生器），产生扫描电压⑦。

由于从触发到启动扫描有一时间延迟Г2，为保证Y轴信号到达荧光屏之前X轴开始扫描，Y轴的延迟时间Г1应稍大于X轴的延迟时间Г2。

扫描电压⑦经X轴放大器放大，产生推挽输出⑨和⑩，加到示波管的X轴偏转板上。

z轴系统用于放大扫描电压正程，并且变成正向矩形波，送到示波管栅极。

这使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度，而在扫描回程进行抹迹。

　　以上是示波器的基本工作原理。

双踪显示则是利用电子开关将Y轴输入的两个不同的被测信号分别

　　显示在荧光屏上。

由于人眼的视觉暂留作用，当转换频率高到一定程度后，看到的是两个稳定的、清晰的信号波形。

　　示波器中往往有一个精确稳定的方波信号发生器，供校验示波器用。

　　2示波器使用

　　本节介绍示波器的使用方法。

示波器种类、型号很多，功能也不同。

数字电路实验中使用较多的是20MHz或者40MHz的双踪示波器。

这些示波器用法大同小异。

本节不针对某一型号的示波器，只是从概念上介绍示波器在数字电路实验中的常用功能。

　　2.1荧光屏

　　荧光屏是示波管的显示部分。

屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的电压和时间之间的关系。

水平方向指示时间，垂直方向指示电压。

水平方向分为10格，垂直方向分为8格，每格又分为5份。

垂直方向标有0%，10%，90%，100%等标志，水平方向标有10%，90%标志，供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。

根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数（V/DIV，TIME/DIV）能得出电压值与时间值。

　　2.2示波管和电源系统

　　1.电源（Power）

　　示波器主电源开关。

当此开关按下时，电源指示灯亮，表示电源接通。

　　2.辉度（Intensity）

　　旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。

观察低频信号时可小些，高频信号时大些。

　　一般不应太亮，以保护荧光屏。

　　3.聚焦（Focus）

　　聚焦旋钮调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态。

　　4.标尺亮度（Illuminance）

　　此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。

正常室内光线下，照明灯暗一些好。

室内光线不足的环境中，可适当调亮照明灯。

　　2.3垂直偏转因数和水平偏转因数

　　1.垂直偏转因数选择（VOLTS/DIV）和微调

　　在单位输入信号作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对X轴和Y轴都适用。

灵敏度的倒数称为偏转因数。

垂直灵敏度的单位是为cm/V，cm/mV或者DIV/mV，DIV/V，垂直偏转因数的单位是V/cm，mV/cm或者V/DIV，mV/DIV。

实际上因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度。

　　踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。

一般按1，2，5方式从5mV/DIV到5V/DIV分为10档。

波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。

例如波段开关置于1V/DIV档时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变化1V。

　　每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数。

将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。

逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数。

垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不一致，这点应引起注意。

许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍（偏转因数缩小若干倍）。

例如，如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采用×5扩展状态时，垂直偏转因数是0.2V/DIV。

　　在做数字电路实验时，在屏幕