35示波器实验讲义参考模板Word格式.docx

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示波管内部结构如图2所示。

阴极被加热发射出大量电子，经过各个电极的聚焦、加速后高速轰击荧光屏，发生荧光。

在靠近阴极处设置控制栅极，调节其电位（相对阴极为负电位）来控制电子束流的强度，使荧光“辉度”改变。

在电子束路径两旁设置两对平行板电极，改变加在其上的电压，可控制电子束的运动。

2.电偏转系统。

在示波管内，有两对平行板电极，垂直方向的一对平行板电极称为水平（或

）偏转板，简称为横偏板。

水平方向的一对平行板电极称为垂直（或

）偏转板，简称为纵偏板。

在

偏转板上加电压时，其电场致使飞速运动的电子束（及其在屏上的光点）沿水平、垂直方向发生偏移，这种现象称为电偏移。

若幅度为

伏特的电压使电子束沿纵向（或横向）偏转

（cm），则定义

为偏转电压灵敏度，简称为灵敏度，记作

，即

（V/cm，读作伏每厘米）

（1）

偏转电压灵敏度（也称‘伏/格’值）表示：

使电子束沿纵向（或横向）偏转1cm（即一格）的电压幅度。

显然，偏转电压灵敏度为

（V/cm）时，使电子束偏转

（cm）的电压幅度为：

（2）

利用

（2）式，从电子束的偏转格数，可测出被测电压值。

3.扫描系统。

若仅在横偏板上加周期性变化的电压

，则电子束（或光点）沿水平方向作周而复始的往返运动，其位移随电压增大而增大（电压达到最大值时它也达到最大），随电压减小而减小。

而当电压恢复到起始值时，电子束（或光点）便回到起始位置。

电子束（或光点）的这种周而复始的往返运动称为扫描。

此时

称为扫描电压。

当扫描较快（频率较高）时，荧光屏上仅显示一条水平亮线，称为扫描线。

若

是如图2中所示的周期为

的线性锯齿波电压，则电子束的水平位移

，即位移与时间成线性关系。

若在横偏板上加的扫描电压，使电子束在

秒内沿水平方向位移

厘米，则

为每厘米扫描时间，简称为厘米扫描时间。

记作

（S/cm，读作秒每厘米）（3）

厘米扫描时间（也称‘时间/格’值）表示电子束沿水平方向扫描1cm（即1格）的时间。

显然，厘米扫描时间为

（S/cm）时，电子束沿水平方向扫描

（cm）所用的时间为：

（4）

用（4）式，从电子束横向扫描距离

，可测定时间间隔。

4.示波器显示波形原理。

在纵偏板上加周期为

的被观测的信号

（如正弦波），而在横偏板上加周期为

的线性锯齿波扫描电压

时，后者使

方向振动沿

方向展开，呈现二维平面图形。

当

，

……（如图3所示）时，每次锯齿波的扫描起始点会准确落到被观测信号的同相位点上，于是周而复始扫出完全相同的波形，从而稳定地显示，即扫描电压和被观测的信号达到同步，称为扫描同步。

但若

（如图4所示）时，则每次扫描起始点会落在非同相位点上，于是每次扫出的波形不重复，其结果屏上波形在不断地在移动（或者向右、或者向左），无法观测到稳定的波形，即扫描不同步。

由此可见，扫描显示稳定波形的条件（即扫描同步条件）是：

扫描电压周期

为被观测信号周期

的整数倍，即

……（5）

实际上，由于被观测信号和锯齿波的周期很难严格地满足（5）式的要求，所以仅通过用手调节示波器的“扫描时间”（即调整锯齿波周期

）旋钮的方法是无法实现扫描同步的。

5.整步。

示波器实现扫描同步的过程称为整步。

常用示波器实现扫描同步可有两种方式：

触发扫描和连续扫描，这里只介绍触发扫描。

GOS-620示波器通过其触发系统实施触发扫描来实现扫描同步。

触发扫描同步原理：

由输入的被观测信号提供触发信号，送至触发电路，当其电平达到某一选择的触发电平（如图4中的A点电平）时，触发电路便输出触发脉冲，用它去启动扫描电路进行扫描。

扫描的时间是事先设定好的，比如由A点自左至右移动，直至A′点。

这个扫描时间就是扫描周期

。

如果扫描周期大于信号的一个周期，在扫描期间，信号电压会多次达到触发值，但是扫描的电路不再受此期间到来的触发脉冲（如图5中虚线所示脉冲）的任何影响，直至本次扫描结束。

扫描结束后，扫描电压迅速恢复为零，之后等到下一个触发脉冲到来时，它又重新启动扫描电路进行下一次扫描。

因每一个触发脉冲产生在相同的信号电压位置，所以每次扫描的起始点会准确地落在同相位点上，于是每次扫出的波形完全重复而稳定地显示被观测信号的波形。

这就是触发扫描实现同步的原理。

四、实验步骤

1.仪器初始化。

示波器面板图见本实验附录图6。

打开电源之前，VERTMODE（14）按扭置于CH1，ALT/CHOP（12）凸起，CH2INV（16）凸起，三个POSITION（11）（19）（32）按扭置于中央位置，VOLTS/DIV（7）（22）按扭置于0.5V/DIV档，VARIABLE（9）（21）按扭顺时针转到底CAL位置，AC-GND-DC（10）（18）置于GND档，SOURCE（23）置于CH1档，SLOPE凸起，TRIG.ALT（27）凸起，TREGGERMODE（25）置于AUTO档，TIME/DIV（29）置于0.5mSec/DIV档，SWP.VAR（30）按扭顺时针到底CAL位置，×

10MAG凸起。

2.观察波形和测量电压。

（1）测量交流信号的峰-峰电压值。

打开函数信号发生器的电源，示波器的VERTMODE（14）按扭置于CH2，用双头线将信号发生器的主输出端和示波器的CH2输入端相连，将右边的AC-GND-DC置于AC位置，调节右边的VOLTS/DIV及TIME/DIV钮，并调节LEVEL钮便可观察到稳定的波形。

读出右边的VOLTS/DIV钮上的电压档位K及示波器荧光屏上波形在竖直方向占据的光屏总格数Y，两者的乘积就是被测波形的峰-峰电压值

，读出TIME/DIV钮上的时间档位

及示波器荧光屏上波形的一个周期所占的水平光屏格数L，两者的乘积就是被测波形的周期

T。

将所得的数据填入表1中。

注意：

测量电压一定要保证VARIABLE（9）（21）按扭顺时针转到底CAL位置；

测量周期一定保证SWP.VAR（30）按扭顺时针到底CAL位置。

表1用示波器测量交流信号的电压和周期

频率=

K=

Y=

L=

T=

（2）用双头线将整流波形仪的输出信号接入到CH1通道。

VERTMODE（14）按扭置于CH1。

首先将左边的AC-GND-DC置于GND的位置，调节POSITION（11）旋钮，使得光点位于显示屏中心。

然后将AC-GND-DC置于DC位置。

改变整流波形仪的输出信号，依次观察半波整流、全波整流、一次滤波、二次滤波的波形。

保持二次滤波波形，调节左边的VOLTS/DIV，读出左边的VOLTS/DIV钮上的电压档位K及荧光屏上波形偏离水平中心线的竖直光屏格数Y，两者的乘积就是二次滤波的波形电压

K=__________，Y=___________，V=___________

3.观察李萨如图形和测量频率。

完成前两步后，各接线不动。

将整流波形仪的输出波形调整至“交流”，将会输出频率为50Hz的正弦交流信号，即

函数信号发生器的信号输入CH2通道。

将示波器TIME/DIV钮旋至左边最底部的X-Y控制键，两个AC-GND-DC开关都置于AC。

此时会出现绕动的曲线，即李萨如图形。

调节信号发生器上的频率按钮，使屏幕上出现表2所示的各个图形，记下频率

，填入表2中。

表2李萨如图形的观测

图形

五、注意事项

1.必须弄清楚所用示波器、信号发生器的型号与面板上各旋钮的作用后再开始实验。

2.荧光屏上的光点亮度不可调得太亮，且不可将光点固定在荧光屏上某点时间过长，以免损坏荧光屏。

3.示波器上所有开关与旋钮都有一定强度与调节角度，使用时应轻轻地缓慢旋转，不能用力过猛或随意乱旋。

六、思考题

1.示波器有那些主要组成部分？

示波器如何将一个正弦波电压展现出来？

2.示波器图形不稳定是什么原因造成？

应该调节哪些部分？

3.怎样用示波器测量正弦信号电压的有效值？

4.怎样用示波器测量正弦信号的周期和频率？

七、附录：

GOS-620示波器前面板介绍：

CRT显示屏区域

（2）INTEN：

轨迹及光点亮度控制钮

（3）FOCUS：

轨迹聚焦调整钮

（4）TRACEROTATION：

使水平轨迹与显示屏的刻线平行的调整钮

（5）电源指示灯

（5）POWER：

电源主开关，压下此按扭可接通电源，开关凸起时，则切断电源

（33）显示屏

VERTICAL垂直偏向区域

（7）（22）VOLTS/DIV：

垂直衰减控制钮，以此钮选择CH1及CH2的输入信号衰减幅度，设定显示屏上一个格子代表的电压大小。

范围为5mV/DIV—5V/DIV，共10档。

（9）（21）VARIABLE：

与垂直衰减旋钮同轴，在中心，是灵敏度微调控制，至少可调到显示值的1/2.5。

在CAL位置时，灵敏度即为档位显示值。

当此旋钮拉出时（×

5MAG状态），垂直放大器灵敏度增加5倍。

（8）（20）CH1（X）-CH2（Y）：

信号输入通道1与通道2；

在X-Y模式中，CH1为X轴的信号输入端，CH2为Y轴信号输入端。

（10）（18）AC-GND-DC：

输入信号偶合选择按键组。

AC表示垂直输入信号通过电容器耦合，可以滤掉直流或极低频率的输入信号。

GND表示屏蔽输入信号，并将垂直衰减器输入端接地，使之产生一个零电压参考信号。

DC表示垂直输入信号直接耦合输入，直流交流信号都会输入示波器。

（11）（19）POSITION：

调整轨迹及光点的在显示屏上的垂直位置。

通常，当输入信号为零时，应当调整此旋钮，使得光点在显示屏的中央。

（12）ALT/CHOP：

当在双轨迹模式下，放开此键，则CH1与CH2的信号以交替方式显示。

（13）（17）DCBAL：

调整垂直直流平衡点。

（14）VERTMODE：

CH1及CH2选择垂直操作模式。

CH1：

示波器仅接收并显示CH1通道的信号。

CH2：

示波器仅接收并显示CH2通道的信号。

DUAL：

示波器接收并同时显示CH1与CH2两个通道的信号。

ADD：

将CH1及CH2的信号相加后显示；

当CH2INV键（16）为按下状态时，即可显示CH1

减去CH2的信号。

（16）CH2INV：

此键按下时，CH2的讯号将会被反向。

TRIGGER触发区域

（26）SLOPE：

触发斜率选择键。

凸起时为正斜率触发，即当信号正向通过触发准位时进行触发。

压下时为负斜率触发，即当信号负向通过触发准位时进行触发。

（24）TRIG.IN：

触发信号输入端子，可输入外部触发信号。

欲用此端子时，须先将SOURCE选择器（23）置于EXT位置。

（23）SOURCE：

触发信号选择开关。

当VERTMODE选择开关（14）选择DUAL或ADD位置时，以CH1输入端的信号作为内部触发源。

当VERTMODE选择开关（14）选择DUAL或ADD位置时，以CH2输入端的信号作为内部触发源。

LINE：

将AC电源线频率作为触发信号。

EXT：

将TRIG.IN端子输入的信号作为外部触发信号源。

（25）TRIGGERMODE：

触发模式选择开关。

AUTO：

当没有触发信号或触发信号的频率小于25Hz时，扫描会自动产生。

NORM：

当没有触发信号时，扫描将处于预备状态，屏幕上不会显

（27）TRIG.ALT：

当VERTMODE设置为ADD或者DUAL模式，且SOURCE设置为CH1或CH2触发时，按下此键，则自动设定CH1与CH2交替做为触发信号源。

示任何轨迹。

本功能主要用于观察≤25Hz的信号。

TV-V：

用于观测电视信号之垂直画面信号。

TV-H：

用于观测电视信号之水平画面信号。

（28）LEVEL：

触发准位调整钮，旋转此钮以同步波形，并设定该波形的起始点。

将旋钮向“”方向移，触发准位会向上移；

将旋钮向“”方向移，触发准位会向下移。

HORIZNTAL水平偏向区域

（29）TIME/DIV：

扫描时间选择钮，用来设定扫描信号的持续时间。

其周边的数字表示显示屏上横向一个格子代表的时间，从0.2µ

s/DIV到0.5s/DIV共20个档位。

注意，只有当旋钮（30）旋转至CAL位置时，则指示值才是准确的。

X-Y：

设定为X-Y模式。

（30）SWP.VAR：

扫描时间的可变控制钮，旋转此按钮，扫描时间可延长至为指示数值的2.5倍；

旋转至CAL位置时，则指示值才是准确的。

（31）×

10MAG：

放大键，按下此键可将扫描图形放大10倍。

（32）POSITION：

调整轨迹及光点在显示屏上的水平位置。

其他功能

（1）CAL（2vp-p）：

此端子会输入一个2Vp-p，1KHz的方波，用以校正测试棒及检查垂直偏向的灵敏度。

（15）GND：

示波器接地端子。

函数信号发生器以及整流波形仪的面板见图7：