数字示波器的使用复旦大学物理教学实验中心Word格式.docx

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5.（本题可在实验过程中完成）屏幕上，信号电压的零点由显示屏________位置的_______符号来指示。

信号以直流耦合方式输入时的指示符号是________；

信号以交流耦合方式输入时的指示符号是________。

实验目的：

请依照自己的理解画出数字示波器的工作原理框图:

实验内容：

提醒：

实验开始前请按示波器面板上的【默认设置】键，使示波器恢复出厂设置。

第一部分：

认识数字示波器的三个系统：

垂直系统、水平系统、触发系统。

用两端均为BNC端口的导线连接函数信号发生器的CH1（电压输出）和数字示波器通道1，导线连接好后，执行【自动】测量。

（一）垂直系统：

“伏/格”按钮、“位置”按钮的功能观测。

1）调节电压档位调节旋钮“伏/格”（VOLTS/DIV），观测并记录电压档位及波形的变化情况。

注意示波器操作面板中位置13所示电压档位的变化。

请回答下列问题：

a）当顺时针旋转“伏/格”旋钮时，一个格子（Div）表示的电压是变大，还是变小，变化间距有规律吗；

逆时针呢；

“伏/格”旋钮的调节范围是多大？

b）将“伏/格”旋钮按一下，再进行上述的观测，是否有新的发现？

c）当调节“伏/格”旋钮时，信号波峰到波谷在屏幕上所占格子数是否有变化；

在调节过程中信号的峰峰值有变化吗，如果有，请描述你所看到的现象，并思考其原因。

2）调节垂直系统控制区通道1的“位置”旋钮，观测并记录波形的变化情况。

a）当旋转“位置”旋钮时，信号在水平轴上有变化吗？

b）当旋转“位置”旋钮时，信号在竖直轴上有变化吗？

c）当调节“位置”旋钮时，信号的峰峰值会变吗；

信号的平均值会变吗？

d）当调节“位置”旋钮时，屏幕左侧通道标志“

”在屏幕上的位置有变化吗；

在波形上的相对位置有变化吗？

e）按一下该按钮，有什么新的发现。

（二）水平系统：

“秒/格”按钮、“位置”按钮的功能观测

1）调节时基档位调节旋钮“秒/格”（SEC/DIV）,观测并记录时基档位及波形的变化情况。

注意观测示波器操作面板中位置11所示时基档位的变化。

a）当顺时针旋转“秒/格”旋钮时，一个格子（Div）表示的时间是变大，还是变小，变化间距有规律吗；

“秒/格”旋钮的调节范围是多大？

b）当调节“秒/格”旋钮时，信号一个周期在屏幕上所占格子数是否有变化；

在调节过程中信号的频率有变化吗，如果有，请描述你所看到的现象，并思考其原因。

c）按一下该按钮，有什么新的发现。

d）若时间档位和信号频率已知，你能估算出屏幕上信号的周期数吗?

2）调节水平系统控制区的“位置”旋钮，观测并记录波形的变化情况。

a）当旋转“位置”旋钮时，信号在水平方向上有变化吗？

b）当旋转“位置”旋钮时，信号在竖直方向上有变化吗？

c）当调节“位置”旋钮时，信号的周期会变吗；

信号的频率会变吗？

d）当调节“位置”旋钮时，屏幕上方水平触发位置标志“

”在波形上的相对位置有变化吗？

（三）触发系统：

“触发电平”按钮的功能观测

按下【触发菜单】按钮，确认当前的触发设置是：

边沿触发、CH1为触发源、上

升沿触发。

然后调节“触发电平”旋钮，观测并记录波形的变化情况。

a）当旋转“触发电平”旋钮时，信号在水平方向上有变化吗？

b）当旋转“触发电平”旋钮时，信号在竖直方向上有变化吗？

c）示波器操作面板中位置9处所示触发电平如何变化？

d）屏幕左侧“

”所示触发电平标志线（白色虚线）与信号交点的电压值有变化吗？

当此虚线与信号无交点时，你看到的波形还是稳定的吗，如果不是，请描述你看到的现象，并思考其原因。

将信号换为“方波”，你看到的现象与“正弦”波形有区别吗？

第二部分：

学习数字示波器的四种测量方法

待测信号：

示波器自带校正信号（方波、1kHz、3V）

将示波器探头上的衰减开关设定到1X并将探头与示波器的通道1连接。

操作时，将探头连接器上的插槽对准示波器通道1同轴电缆插接件（BNC）上的凸键，按下后向右旋转以拧紧探头。

探头的接地鳄鱼夹与“探头元件”接地端“

”相连，探头信号端连接校正信号“

”。

1.【自动】功能——利用【自动】按钮进行测量

按下【自动】按钮可得到如表1所列各量的自动测量结果，请记录结果。

表1：

自动测量所显示的各个量

参数名称

屏幕显示结果

意义

Vpp

峰峰值。

峰位电压与谷位电压的差。

Mean

平均值。

整个记录内的测得电压的算术平均值。

Prd

周期。

Freq

频率。

电压档位

垂直轴上每大格所代表的电压大小。

时基档位M

水平轴上每大格所代表的时间长度。

2.屏幕估读——利用屏幕刻度进行测量

示波器屏幕读数要求：

估读到最小分度格的下一位，采用五分之一估读，估读精度为

0.04Div。

读取的格数应为0.04的整数倍。

调节“伏/格”、“秒/格”、水平和垂直两个方向的“位置”旋钮，使得一个周期的信号尽量占满屏幕（但不能少于一个周期）。

示意图见图1。

公式：

时间=格数×

时基档位

电压=格数×

1）读取一个高电平段所占时间：

一个高电平段所占格数：

______________；

时基档位“秒/格”的设置：

________________；

（请勿遗漏单位）

高电平段所占时间：

________________。

（请勿遗漏单位，下同。

）

2）读取方波的周期，并计算频率：

一个周期所占格数：

方波信号的周期：

信号的频率：

3）读取信号的峰峰值：

方波信号从低电平到高电平的格数：

电压档位“伏/格”的设置：

信号电压的峰峰值Vpp：

注意上述所得结果的有效位数！

3.【光标】功能——利用【光标】功能菜单对波形上的采样点进行坐标读取

按【光标】按钮，显示光标菜单；

按下【光标模式】选择【手动】；

按下【信源】选择待测通道；

按下【类型】选择【电压】。

选中【CurA】，旋转【万能旋钮】调节光标A至方波波峰所在位置。

选中【CurB】，旋转【万能旋钮】调节光标B至方波波谷所在位置。

CurA：

，CurB：

，∆v：

。

按下【类型】选择【时间】。

选中【CurA】，旋转【万能旋钮】调节光标A至方波一个周期的左边界所在位置。

选中【CurB】，旋转【万能旋钮】调节光标B至方波同一周期的右边界所在位置。

，∆T：

，1/∆T：

信号峰峰值为：

V；

信号频率为：

Hz。

4.【测量】功能——利用【测量】功能菜单进行电压测试、时间测试

1）电压参数测量：

按下示波器【自动】按钮，使信号在屏幕上稳定显示。

按下【测量】进入自动测量功能菜单。

按下显示屏右侧任意按钮，进入全部测量菜单。

在【信源】菜单选择信号输入通道（本实验选择CH1）。

在【电压测试】菜单选择【开启】，

此时如表2所列的电压参数值会同时显示在屏幕上，请在表中记录结果。

表2：

电压测试显示结果

2）时间参数测量：

（选做）

类似上述操作，在【时间测试】菜单选择【开启】，此时所有的时间参数值会同时显示在屏幕上，请在表中记录结果。

表3：

时间测试显示结果

名称

测量结果

物理意义

信号源：

周期

频率

+Wid

正脉宽

-Wid

负脉宽

Rise

上升时间

Fall

下降时间

BWid

脉宽

+Dut

正占空比

-Dut

负占空比

请参阅用户手册P50的内容解释“脉宽”、“占空比”、“上升时间”的物理意义。

5.比较上述四种测量方法的优缺点。

第三部分：

综合练习

1.李萨如图形观测及相位差测量

用两条BNC同轴电缆将函数信号发生器的两个“电压输出端口”分别与示波器的信号输入端“通道1”和“通道2”连接起来。

信号发生器的两路输出信号分别设为：

50Hz、10V、相位“0°

”；

50Hz、10V、相位“90°

”的正弦信号。

1）李萨如图形测绘。

利用前面学过的测量方法分别测出两信号的峰峰值和频率填入表4。

按下【自动】使得信号在屏幕上稳定显示。

按【显示】进入显示系统功能菜单。

按【下一页】进入Page2/3。

按【格式】选择【XY】模式，屏幕上显示两信号合成后形成的李萨如图。

表4：

李萨如图形观测的数据记录表（注意单位）

信源

峰峰值

李萨如图形

CH1

CH2

同学可自行尝试改变两路输出信号的参数（频率、峰峰值、相位），记录不同条件下的李萨如图形。

2）相位差测量。

实验原理：

两个频率相同周期为T的交流信号相位的差叫做相位差，或者叫做相差。

示意图如图3所示。

实验中通过测量两信号达到同一相位（比如图例的峰值点A和B）的时间差ΔT，即可测得两信号的相位差Δθ。

图4：

频率相同的两正弦信号

实验步骤：

按【显示】按钮，在【格式】菜单选择【YT】模式。

按【光标】按钮，显示光标菜单。

（参阅上面的“光标”的具体操作步骤）

将光标A和光标B移动至合适位置，记录测量结果，并计算两路信号的相位差。

，

相位差计算：

2.交直流混合信号测量

选用外接信号：

用两端均为BNC端口的导线连接函数信号发生器的CH1（电压输出）和数字示波器通道1。

设置函数信号发生器的输出信号为：

1kHz、5V、偏置为2V的正弦信号。

按下【自动】波形稳定显示在屏幕上。

按【CH1】选择【耦合】为【直流】。

测量直流耦合状态下信号的“峰峰值”和“平均值”。

选择【耦合】为【交流】或【接地】。

此时需利用“测量”功能测量相应电压参数。

（参阅上面的“测量”的具体操作步骤）

注意示波器操作面板中位置14所示耦合标志的变化。

将测量结果填入表5。

表5：

交直流混合信号测量结果记录表信号频率f=_______kHz

3.周围空间电磁信号测量（选做）

同轴电缆一端连接示波器信号输入端通道1，另一端放置在周围空间中。

按【自动】得到自动测量结果。

1）请描述你看到的现象，记录示波器参数设置（特别是触发相关的设置）、屏幕显示的测量结果。

和同学讨论观察到的信号有什么特点？

可能的来源是什么？

2）交流电源触发：

按【触发菜单】进入触发菜单。

按【信源】选择【ACLine】交流电源线。

描述你看到信号的特点。

并解释信号的来源。

4.数据和图像的存储：

数据保存：

把U盘插入示波器前面板上的USB接口，等待示波器完成对U盘初始化，并提示“USB存储设备连接成功”。

按【存储/调出】进入存储系统功能菜单；

按【类型】选择【CSV】；

按【数据长度】选择【内存】；

按【参数保存】选择【开启】；

按【储存】选择【新建文件】；

输入文件名后，按【确定】。

说明：

CSV格式的文件将数据以文本的方式保存，可用EXCEL或Origin等软件打开并进行后续处理。

图像保存：

类似于上述保存数据的操作，在【类型】选择时选【图像储存】；

可将波形以图片格式保存在U盘中。

快捷键——示波器前面板“PRINT”键。

示波器将整个屏幕上显示的波形和有关设置转换为“.jpg”格式的图形文件保存到U盘或内存（由用户选择决定）。

建议：

同学可尝试用自己的电脑读取保存下来的数据和图像文件，学习用电脑进行数据处理，如画图、函数拟合等。

参考资料：

[1]SDS1000CFL系列数字存储示波器用户手册，深圳市鼎阳科技有限公司。

——实验中心网页

[2]20M系列双路直接数字合成信号发生器操作指南，江苏瑞特电子设备有限公司。