示波器的认识及应用Word格式.docx
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如果锯齿波的频率较大，由于荧光材料具有一定的余辉时间，在荧光屏上能看到一条水平亮线。
本实验中所用到的V-222型示波器上的“扫速选择开关”可以改变锯齿波信号的频率或周期。
（2）扫描原理
将一正弦电压信号加到Y轴偏转板上，即Uy≠0，若X轴偏转板上为零电压信号，则荧光屏上的光点将随着正弦电压信号作正弦振荡。
若Y轴上的电压信号频率较快，则屏上只出现一条亮线。
要直观地看到正弦波信号随时间的变化波形，必须将屏上光点在X方向（即时间方向）上“拉开”，这就要借助与锯齿波信号的作用。
将锯齿波信号加到X偏转板上（本实验中只要将“扫速选择开关”不要置于“x-y”档位即可），此时示波器内的电子束将既要在y方向按正弦电压信号的规律作正弦振荡，又要在x方向作匀速直线运动，y方向的正弦振荡被“展开”，屏上光点留下的轨迹是一正弦曲线。
锯齿波信号完成一个周期变化后，屏上光点又回到屏幕的左侧，又准备重复以前的运动。
这一过程称为扫描过程，图5-35是这一过程的图解原理。
图中假设加在Y偏转板上的电压信号为待测正弦电压信号，其频率与加在X偏转板上的锯齿波信号的频率相同，并将一个周期分为相同的四个时间间隔，Uy和Ux的值分别对应光点在y轴和x轴偏离的位置。
将Uy和Ux各自对应的投影交汇点连接起来，即得被测电压波形。
完成一个波形后的瞬间，屏上光点立刻反跳回原点，并在荧光屏上留下一条“反跳线”，称为回归线。
因这段时间很短，线条比较暗，有的示波器采用措施将其消除。
图5-35扫描过程的图解
上面所讨论的波形因Uy和Ux的周期相等，荧光屏上出现一个正弦波。
当fy=nfx，n=1,2,3,…时，荧光屏上将出现1个、2个、3个、…稳定的波形。
（3）示波器的整步（或同步）
若待测正弦信号的频率与锯齿波信号的频率不成整数比，则每当扫描一个周期后，荧光屏上的光点回到左侧起点时，Uy不能回到一个扫描周期以前的值，即每扫描一个周期，荧光屏上的光点回到起点时的位置将不一样，以致于整个波形在屏幕上“走动”，或者说，波形不稳定。
虽然锯齿波信号的频率是可调的，但fy和fx是来自于两个不同系统的频率，在实验中总是有不可避免的变化，因此很难长时间地维持两者成整数比的关系。
为了得到稳定的波形，示波器采用整步的方法，即把y轴输入的信号电压接至锯齿波信号发生器电路中，强迫fx跟随y轴信号频率fy变化而变化，以保证fy=nfx成立。
（4）李萨如图形
若同时分别在X、Y偏转极板上加载两个正弦电压信号，结果又怎样呢？
其实，此时荧光屏上运动的光点同时参与两个相互垂直方向的运动，荧光屏上的“光迹”就是两个相互垂直方向上的简谐振动合成的结果。
可以证明，当这两个垂直方向上信号频率的比值为简单整数比时，光点的轨迹为一稳定的封闭图形，称为李萨如图形。
表5-16是几个常见的李萨如图形。
利用李萨如图形可以测量待测信号的频率。
令Nx、Ny分别代表x、y方向切线和李萨如图形的切点数，则
（5-79）
实验中，若加载在x偏转板信号的频率fx已知，则待测信号频率fy可由（5-79）式求出。
表5-16.几种常见的李萨如图形
fx:
fy=1:
1
fy=2:
2
3
fy=3:
4．实验内容与步骤
（1）观测波形
了解V-222型示波器和SG1648功率函数信号发生器的面板布置，熟悉各旋钮的功能和用法（见附录）。
注意：
1．必须弄清楚所使用的示波器、信号发生器的型号与面板上各个旋钮的作用
后再使用。
2．荧光屏上的光点不可调得太强（调辉度控制旋钮使之适中），且不可长时间
将光点停在荧光屏上某点，以免损坏荧光屏。
3．实验时，示波器和信号发生器上所有旋钮应被轻轻地缓慢地旋转，不可猛
转乱旋！
按示波器的操作方法调节各个旋钮，使其处于准备状态。
打开电源开关，荧光屏上显示一条扫描线，调节聚焦旋钮③和辉度旋钮⑥等使扫描线清晰、亮度适中。
按示波器的操作方法调节各个旋钮，使其处于测量状态。
将信号发生器待测正弦信号“电压输出”端接入到CH1通道，将信号发生器“1kHz输出”端接入到CH2通道。
图5-36待测信号Dx及Dy的测量
观测待测正弦信号：
“MODE”（工作方式）和“INTTRIG”（内触发源选择开关）都应置于“CH1”位置，此时可观测输入到CH1通道的信号；
“AC-GND-DC”（输入耦合开关）置于“AC”档，改变信号发生器的输出频率（如200Hz，2kHz，20kHz等），调节扫速开关（面板上标记为TIME/DIV），使荧光屏上每次分别出现1~5各完整的波形。
（2）测量正弦信号
测电压：
正弦信号有三种电压值，即有效值u、峰值up和峰峰值up-p。
三者的关系如下：
（5-80）
一般的交流电表读出的只是电压的有效值，正弦信号的峰峰值可通过示波器直接测出。
测量时，应将待测正弦信号接入CH1通道（即接入X偏转极板），“输入耦合开关”置于“AC”档，Y轴灵敏度微调旋钮置于“校正”，并置其合适的档位以保证屏幕上的正弦波形的幅度在刻度尺范围内，但也不要过小。
量出波峰与波谷之间在y方向的所占的格数Dy，如2.3Div、5.2Div等（Div代表刻度面板上一个单元格在y方向上的宽度），则待测信号的电压峰峰值up-p=Dy×
[Y轴灵敏度档位值]。
待测波形Dy的测量见图5-36所示。
本实验中，我们所选的待测信号频率为f0=1000Hz，并调节低频信号发生器的输出电压为3V。
按表5-17要求，改变信号发生器上的衰减旋钮的档位值，用上述方法测出四组不同的数据，并填入表5-17。
表5-17.测量正弦信号电压值（f0=1000Hz，信号发生器输出电压为3V）
测量值
次数
衰减值
Y轴灵敏度旋钮档位值
Dy（cm）
up-p（V）
up（V）
u（V）
0dB
-20dB
-40dB
4
-60dB
测周期：
调节示波器的“扫速开关”至适当的档位，使观测屏上显示的波形为1~2个周期，调节X轴和Y轴“移位”旋钮使波形置于观测屏上适当的位置（如图5-36所示），测出一个周期在x方向所占的格数Dx，由T=Dx×
[扫速开关的档位值]可计算出该信号的周期。
改变信号频率，测出四个不同信号的周期，并填入表5-18。
表5-18.测量正弦信号周期
待测信号频率f（Hz）
扫速开关档位值（TIME/DIV）
Dx（cm）
T（ms）
400
2000
8000
15000
（3）用李萨如图形测信号频率
将SG1648功率函数信号发生器的“电压输出”端的输出信号作为已知信号（频率可从面板上读出）接入示波器的CH1通道，将信号源“1kHz输出”端输出信号作为待测信号（其频率约为1000Hz，具体值fy待测）接入示波器CH2通道。
按下SG1648功率函数信号发生器“波形选择”按钮组中的“正弦波”按钮，将“扫速开关”置于“x-y”档位，则此时CH1通道和CH2通道的信号被分别接入X和Y偏转极板，观测屏上将出现一个动态图形。
仔细调节信号源的输出频率，即改变fx，使得屏上的图形为稳定图形（李萨如图形），在表5-19中记下两方向上切点数之比分别为Nx:
Ny=1:
1、2:
1、3:
3和4:
3时的李萨如图形，并由式（5-79）计算CH2通道信号的频率fy。
表5-19.用李萨如图形测量正弦信号频率
李萨如图形
Nx
Ny
fy
信号源面板读数fx（Hz）
fy（Hz）
[预习思考题]
1．示波器显示电压信号波形的原理是什么？
具体怎样描述？
2．试证：
在X偏转极板上锯齿波电压作用下，电子束通过后打在荧光屏上的光点在x方向上的运动是匀速运动。
3．当fy≠nfx时，若X极板上加的是锯齿波信号，则荧光屏上显示的波形是“走动”的；
若X极板上加的是正弦波信号，则荧光屏上显示的图形不稳定。
试说明原因。
[讨论题]
1．在实验中，可采用哪些方法使荧光屏上的波形或图形稳定下来？
2．示波器上的“扫速选择”开关有什么作用？
3．示波器能否用来测量直流电压？
如果能测，则应如何进行？
[附录1]
1.V-222型示波器面板介绍（图5-37）
图5－37V-222型示波器面板图
表5-20.V-222型双踪示波器各个旋钮作用
标号
面板标记
旋钮名称
作用
POWER
电源开关
电源开关是自锁按键开关，按进去为电源打开
POWERLAMF
电源指示灯
指示灯在电源接通后亮
FOCUS
聚焦控制
控制示波管第一、二阳极A1,A2电位，调节扫描线最细时为佳
SCALEILLUM
刻度照明控制
用于黑暗的环境中或需照明时调节此旋钮，照明刻度线
5
TRACEROTAION
基线旋钮
用于调节扫描线和水平刻度线平行，用螺丝刀调节
6
INTENSITY
辉度控制
控制示波管控制极电位，调节光迹亮度
37
CAL0.5V
校正0.5v方波输出
输出0.5V,1kHz的方波信号，用作校正信号
9
CH1INPUT
通道1输入
输入被测信号，当示波器工作在X一Y方式时，输入到此端的信号变成X轴信号
10
CH2INPUT
通道2输入
输入被测信号，当示波器工作在X一Y方式时，输入到此端的信号为y轴信号
11
12
AC-GND-DC
输入藕合开关
AC:
藕合交流分量，GND:
放大器输入端接地;
DC:
藕合交直流分量
13
14
15
16
VAR
PULL5GAIN
VOLTS/DIV
微调拉5倍
扩展控制开关
电压灵敏度
"
微调"
调节放大器放大倍数，使波形幅度变化，"
顺时针至满度时处于校准状态，此时VOLTS/DIV与荧光屏上刻度对应，可读出被测信号电压幅度值，当旋钮被拉出时，增益扩展X5倍。
VOLTS/DTV灵敏度，控制衰减值
17
18
UNCALL
不校准灯
灯亮表示微调旋钮没有处在校准位置
19
POSITION
FULL-DCOFFSET
位移
拉-直流偏置
调节垂直方向位移，拉出此旋钮可获得适用的输入波形（通常这个旋钮是按进去的）
20
POSITIONPULL-INVERT
位移拉-直流偏置
位移功能同上，但当旋钮被拉出时，输入到Y的信号极性被倒相
21
MODE
工作方式
开关
这个开关用于选择垂直偏转系统的工作方式;
CH1，显示X通道的号;
CH2显示Y通道的信号ALT，加到X和Y通道的信号能交替显示在荧光上;
CHOP，断续;
加到X和Y的信号受约250kHz自激振荡电子开关的控制，同时显示在荧光屏上;
ADD，加到X和Y上信号的代数和在荧光屏上显示。
23
DCOFFSET
VOLTOUT
直流电压偏置输出插口
当仪器处于直流偏置（DCOFFSET）方式时，这个插口可配接数字万用表，读出被测量的电压值（除x5扩展不校正外）
24
25
DCBAL
直流平衡调节控制
用于直流平衡调节控制
26
TIME/DIV
扫速选择开关
扫描时间范围从0.2us/DIV分19挡，X-Y位置用于示波器工作在X-Y状态
27
SWPVAR
扫描微调控制
在TIME/DIV确定的范围内调节扫速，它可使波形在X轴方向伸缩，当它颇时针旋到底时是校正位置，此时扫描时间由TIME/DIV开关准确读出
28
SWAPUNCALL
扫描不校正灯
灯亮表示扫描因数不校正
29
FULLX10MAG
X轴扩展
本旋钮控制水平移动扫描线，顺时针旋转，扫描线向右移，逆时针旋转，扫描线左移。
在旋钮被拉出时，扫描扩展10倍，即TIME/DIV开关指出的是实际扫描时间的十分之一
30
CH1
ALTMAG
交替扩展开关
通道X的输入信号能以X1（常态）和X10（扩展）的两种扫描形式交替显示
31
SOURCE
触发源选择开关
位于内（INT）:
扫描信号取自X或y通道的被测信号
位于电源（LINE）:
扫描信号取自电源信号
位于外（EXT）:
取自外触发输入瑞（TRIGINPUT）插座引人的信号
32
INTTRIG
内触发源
选择开关
本开关用于选择不同的内触发信号源:
CH1，取X通道的输入信号为触发信号;
CH2，取y通道的输入信号为触发信号;
VERT、MODE，组合方式，用于同时观察两个波形，同步触发信号交替取自CH1和CH2
33
TRIGIN
外触发输入插座
用于外触发信号的输入
34
TRIGLEVEL
触发电平控制旋钮
用于调节迸人触发电路的触发信号电平，保证波形稳定。
亦能控制触发开关的极性，按进去（常用）是正极性，拉出来是负极性。
35
TRIGMODE
触发方式
位于自动（AUTO）时，为连续扫描方式，用于一般信号的测量，位于常态（NORM）时，只有当触发信号产生时，才获得触发扫描，在没有信号和非同步状态情况下，没有扫描线。
位于电视场（TV一V）时，能观察电视信号中的全场信号波形，位于电视行（V一H）时，能观察电视信号中的行信号波形
图5－38SG1648功率函数信号发生器面板图
2.SG1648功率函数信号发生器面板介绍（图4－38）
表5-21.SG1648功率函数信号发生器各个旋钮作用
序号
面板标志
波形选择
1.输出波形选择。
2.波形选择脉冲波时，可与“13”配合使用可以改变脉冲的占空比。
频率倍乘
1.频率倍乘开关与“14”、“16”配合选择工作频率。
2.外测频率时选择闸门时间。
Hz
指示频率单位，灯亮有效。
KHz
数字LED，所有内部产生频率或外测频率时由此6个LED显示。
表头
分四档来指示正弦波功率输出电压有效值。
7
电源
按下开关电源接通，频率计显示．
8
计数输入
外测频率时，信号从此输入。
同步输出
输出波形为TTL脉冲．可作同步信号．
计数
1.频率计内测和外测频率信号（按下）选择。
2.外测频率信号衰减选择按下时信号衰减-20dB
电压输出
电压输出波形由此输出，阻抗为50Ω。
衰减（dB）
1.按下按钮可产生-2OdB或-4OdB衰减。
2.二只按钮同时按下可产生-6OdB衰减。
占空比
当"
2"
选择脉冲波时，改变此电位器可以改变脉冲的占空比。
频率调节
与“2”配合选择工作频率。
直流偏置
拉出此旋钮可设定任何波形电压输出的直流工作点，顺时针方向为正:
逆时针方向为负，将此旋钮推进则直流电位为零
频率微调
与“14”配合微调工作频率。
幅度
调节幅度电位器可以同时改变电压输出和正弦波功率输出幅度。
内负载
按下此开关，本机自带的内负载接通，为了保证足够好的频响，当外负载为高阻时，应将此开关接通。
0．5Ω档
本档为直接从功率放大器接地输出，输出功率最
大可达10w。
匹配选择
50Ω、75Ω、15OΩ、600Ω、5KΩ五档是经过变压器输出的信号，若欲得到最大输出功率，应使负载选择上述五种值之一，以求匹配。
若做不到，一般也应使实际使用的负载值大于所选用的数值，否则，失真将变坏。
22
正弦波功率输出
1）当波形选择为正弦波，有正弦波输出。
2）当选择其它波形时输出为零。
3）当F>
200KHz时，电路会保护而无输出。
4）0.5Ω档，黑端子接地，其它档平衡输出（黑端子与地无关）
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