实验十二电子示波器的使用3100字.docx
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实验十二电子示波器的使用3100字
实验十二电子示波器的使用(3100字)
实验十二电子示波器的使用
示波器用处广泛,它的最大特点是能把看不见的电信号变换成能直接观察的电压波形,并能测定电压信号的幅度、周期和频率等参数。
双踪示波器还可测量两个信号之间的位相差,是工程技术中常用的电子仪器。
【实验目的】
1.了解示波器的主要结构和基本工作原理。
2.学会使用示波器和信号发生器。
3.学会用示波器观察信号波形。
4.学会用示波器观察李萨如图形并测量市电的频率。
【实验器材】
示波器、函数信号发生器、小变压器等。
【实验原理】
示波器的规格和型号很多,但不管哪种示波器都由图4-6-1所示的几个基本组成部分:
示波管、竖直放大器(Y轴放大器)、水平放大器(X轴放大器)、扫描发生器、触发同步和直流电源等部分。
图4-6-1示波器结构框图
一、示波管示波管是呈喇叭形的玻璃泡,抽成高真空,内部装有电子枪和两对相互
垂直的偏转板,喇叭口的球面壁上涂有荧光物质,构成荧光屏。
如图4-6-2所示。
1.电子枪:
由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成,阴极是一个表面涂有氧化层的金属圆筒,灯丝通电加热后发射电子。
控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒,套在阴极外面,它的电位比阴极稍低,对阴极发射出来的电子起控制作用,只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔,然后在阳极加速下奔向荧光屏。
示波器面板上的“亮度”调整旋钮,就是通过调节栅极电位以控制射向荧光屏的电子流密度,从而改变屏上光斑的亮度。
阳极电位比阴极电位高很多,电子被它们之间的电场加速形成射线。
当控制栅极、第一阳极与第二阳极之间电位调节合适时,电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用,所以第一阳极也称聚焦阳极,第二阳极电位更高,又称加速阳极。
面板上的“聚焦”调节旋钮,就是调节第一阳极电位,使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。
有的示波器还有“辅助聚焦”,实际是调节第二阳极电位。
2.偏转系统:
它由两对互相垂直的偏转板组成,一对竖直偏转板,称为Y偏转板;一对水平偏转板,称为X偏转板。
在偏转板上加上适当电压,当电子束通过时运动方向将发生偏转,从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。
3.荧光屏:
屏上涂有荧光粉,电子打上去它就发光,形成光斑。
荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板,供测量光点位置用,在性能较好的示波管中,通常将刻度线直接刻在屏玻璃内表面上,使其与荧光粉紧贴在一起,以消除视差,使光点位置的测量更准确。
二、示波器显示波形的原理
1.扫描作用:
如果只在竖直偏转板上加
一交变的正弦电压,则电子束的亮
点将随电压的变化在竖直方向来
回运动,如果电压频率较高,则看
到的将是一条竖直亮线。
要显示出
波形,必须同时在水平偏转板上加
一个扫描电压,使电子束的亮点同
时沿着水平方向拉开。
这种扫描电
压的特点是电压随时间成线性关
系增加到最大值,然后突然回到最
小,此后再重复地变化。
扫描电压
随时间变化的关系曲线形同“锯图4-6-3示波器显示正弦波形原理图齿”,故称“锯齿波电压”。
在竖直偏转板上加正弦电压,同时在水平偏转板上加锯齿波电压,电子同时
受竖直、水平两个方向的力的作用,则电子的运动为两相互垂直的运动的合成。
当锯齿波电压与正弦电压变化周期相等时,在荧光屏上将能显示出一个完整的正弦电压的波形图(随着时间的推移,X和Y信号同步周期性地出现),如图4-6-3所示。
2.同步作用
要在示波器荧屏上获得稳定的波形,被测信号的频率fY必须为扫描电压(锯齿波)频率fX的整数(N)倍,即有
fY?
NfX(4-6-1)如果被测信号与锯齿波两者频率不满足上述整倍数的关系,每次扫描显示的图形就不能重合,结果荧光屏上呈现向左或向右移动的波形,这样就难以对信号进行观察和测量。
电源电压不稳定或其他原因,都会引起被测信号和扫描信号频率的变化,所以必须设法使两者频率自动保持整数比,为此,可利用被测信号电压或与此有关的电压,去强迫控制锯齿波的频率,使之与被测信号频率保持整数比,这就是同步(或称为整步),用来控制锯齿波频率的信号则称为同步信号。
三、李萨如图形
如果X、Y偏转板上加的电信号都是正弦波,当fX和fY之比为整数比时,图4-6-4李萨如图形
图4-6-5不同频率的李萨如图形
电子束受到它们的合作用,光点将会描绘出特定的图形——李萨如图形,如图4-6-4所示。
图4-6-5给出了几种不同频率的李萨如图形。
可以证明X、Y方向上正弦波的频率与李萨如图形在X、Y方向的切点数nX、nY有如下关系
fXnY?
(4-6-2)fYnX
根据已知频率可以利用李萨如图形求出未知频率。
【实验内容】
1.打开示波器电源开关,预热2-3分钟。
2.将扫描开关逆时针方向旋至X-Y位置,扫描方式置于“自动”。
“CH1”、“CH2”通道“接地”。
此时荧光屏上看到一个亮点,这是由阴极发射出来的一束电子经聚焦、加速到达荧光屏。
调节“辉度”、“聚焦”“?
”、“?
”,使亮点亮度适中且处于居中位置。
3.将扫描开关顺时针方向调节(扫描功能打开)。
荧光屏上的亮点开始移动,调节扫描速率,直至观察到一条水平线。
然后关闭扫描开关,即扫描开关逆时针方向旋至X-Y。
4.打开信号源开关,按下“100”和“~”,调节频率使之在50Hz左右。
将“CH1”的接地弹起,将“方式”的“CH1”按下,荧光屏上出现一条水平线,调节CH1的偏转因子开关,可以改变水平线的长度。
即CH1通道的正弦波是加在水平方向。
将扫描开关顺时针方向旋转时(此时打开扫描功能,水平方向为扫描锯齿波),CH1通道的正弦波加在竖直方向,随即正弦波展开。
5.同上步骤观察“CH2”通道的正弦波形,记录两相邻波峰或波谷间距L,计算“CH2”通道输入正弦波周期及频率。
6.在CH1通道和CH2通道均为正弦波时,将扫描开关逆时针方向旋至X-Y位置,此时荧光屏上出现一个变化的封闭的李萨如图形。
将“CH2”通道的信号为未知,频率fy大约50Hz左右,保持不变。
调整“CH1”输入信号的频率fx,至封闭图形稳定或缓慢变化。
7.记录不同李萨如图形“X”、“Y”方向的切点数、“CH1”通道的输入信号频率fx。
8.根据fy?
fX?
NX/NY计算fy。
9.将“CH1”信号接地,此时荧光屏上为一条竖线。
10.记录“CH2”通道的灵敏度选择开关的读数(此时要求关掉“CH2”通道微调灵敏度选择开关)。
11.从荧光屏上直接读出该竖线的长度M。
计算出交流信号的峰峰值和有效值。
【数据处理】
T?
L格×_s/格;f?
1/T.
表4-6-1用李萨如图形测频率
Vp?
p?
M格×_VOLTS/格;V有效?
Vp?
p/22。
【注意事项】
1.认真阅读有关仪器的介绍,掌握所使用的示波器、信号发生器面板上各旋钮的作用后再进行操作。
2.为了保护荧光屏不被灼伤,使用示波器时,光点亮度不能太强,而且也不能让光点长时间停在荧光屏的一个位置上。
在实验过程中,如果短时间不使用示波器,可将“辉度”旋钮调到最小,不要经常通断示波器的电源,以免缩短示波管的使用寿命。
3.示波器上所有开关与旋钮都有一定强度与调节角度,使用时应轻轻地旋转,不能用力过猛。
【思考题】
1.如果y轴信号的频率fy比x轴信号的频率fx大得多,示波器上看到什么情形?
相反,若fy比fx小很多,又会看到什么情形?
控制件的作用
图4-6-6YB43020/YB43020B前面板控制件位置图
第二篇:
实验三示波器应用一4000字
电子线路实验报告
实验名称:
实验三示波器的使用系别:
电子科学系班号:
电科2班组别:
第23组实验者姓名:
江东华学号:
19720212203337实验日期:
2021年10月28日实验报告完成日期:
2021年10月30日指导老师意见:
一、实验目的:
1、了解示波器的基本工作原理和主要技术指标;
2、掌握示波器的使用方法;
3、应用示波器测量各种信号的波形参数。
二、实验仪器:
双踪示波器、函数信号发生器、“四位半”数字万用表各一台
三、实验原理:
1、数字示波器显示波形原理
示波器是将输入的周期性电信号以图像形式展现在显示屏上的仪器。
示波器显示器是一种电压控制期间,根据电压有无控制屏幕亮灭,并根据电压大小控制光点在屏幕上的位置。
为了显示被测信号随时间变化的规律,控制显示器在屏幕上进行水平方向的扫描,显示屏必须加油幅度随时间线性增长的周期性锯齿波电压,此时屏幕上出现一条水平光线,成为扫描线或时间基线,线性的锯齿波作为水平轴的时间坐标,故称为时基信号。
(即同时需要被测信号和时基信号)
为了在显示屏上观察到稳定的波形,必须使锯齿波的周期Tx和被测信号的周期Ty相等或成整数倍关系。
2、数字存储示波器的原理
主要由信号调理部分、采集存储部分、触发部分、软件处理部分及其他部分组成。
3、双通道数字存储示波器结
构框图
4、示波器的主要技术特性
模拟带宽、采样速率、存储深度、触发能力。
5、功能键及旋钮作用说明(重点)
(1)Back键:
在菜单层次结构中键入,则返回上一层菜单;在菜单顶层键入时,关闭菜单,并显示示波器信息。
(2)WaveGen:
键入时,信号发生器开始工作,可进入菜单,选择波形类型、频率、幅度、偏移等,并将信号从GenOut插孔输出。
(3)AutoScale:
键入时,自动显示被测波形。
(4)Meas:
键入时,进入测量菜单。
(5)Cursors:
键入时,进入光标菜单;另外可通过旋钮调节光标线。
(6)Trigger:
设置显示器何时采集数据和显示波形,键入时,可通过菜单选择触发类型、触发源等,根据需要进行设置,并显示在显示器右上方。
(7)Horizontal:
键入时,进入水平控制菜单,可选择时基模式,根据需要设置。
……
四、实验内容:
1、校验示波器的灵敏度:
对于首次接触的示波器,应对灵敏度进行校验,方法为:
在正常显示下,将探头接示波器本身提供的校准方波信号源(DEMO2端子),采用手动或自动调节,观察校准信号,若测量得到波形幅度、频率与校准信号相同,则说明准确,不同,则记下误差。
测量值:
VP?
P?
2.53V,f?
1.0012KHz
误差:
2.53?
2.5?
100%?
1.2%2.5
1.0012?
1Ef?
?
100%?
0.12%1EV?
误差分析:
1.在工作过程中,示波器内部电压可能不是特别稳定,会影响显示读数。
2.信号发生器的频率可能不稳定,导致峰-峰值发生变化,从而产生测量误差。
2、调整、测量含有直流电平的信号
令频率f=1KHz,占空比为50%,Vp-p?
4V,VH?
3V,VL?
-1V,观察下图三种波形。
3、正弦电压的测量
信号发生器输出正弦信号(频率f=1KHz,占空比为50%,Vp-p?
4V,VH?
3V,VL?
-1V),用数字万用表和示波器按照表一测量,并计算相应的电压方均根值,并与数字表测量值相比较.
表一:
信号幅度的测量
计算过程:
均方根值V1?
?
1.730V
V2?
?
0.4320V
计算的均方根值与数字表测量值误差:
1.7320?
1.730?
100%?
0.12%1.7320
0.4324?
0.4320E2?
?
100%?
0.09%0.4320E1?
误差分析:
1.数字万用表内部电压不稳定,导致示数出现一定波动,且数字万用表测量时显示数值为四位有效数字,有效数字位数明显多于固定电压值,故引起了误差。
2.由于测量信号为交流信号,读数为有效值,存在一定误差
4.正弦信号周期与频率的测量
误差:
E1?
100?
99.964?
100%?
0.036%100
E2?
1?
1.0002?
100%?
0.02%1
10?
9.9996E3?
?
100%?
0.004%10
50?
49.938E4?
?
100%?
0.124%50
误差分析:
1、在示波器的时基电路(X轴扫描),如果X轴扫描的时基不准,当然就直接将它的误差转移到你的被测信号的频率误差中去。
2、X轴扫描电压的线性也会产生测量误差。
X轴扫描电压是一个锯齿波电压,它在上升(扫描)时要求是一根斜的直线,虽然电路上对此做了不少措施,但是总会有一些误差的。
3、人为的误差,这具体表现在示波器的使用调整是否正确,由于面板的坐标格和示波管的图形有一段距离,容易有视觉读数误差。
另外在测量是最好将波形拉开些,观察的周期数少些,这样将有利于减少读数误差,等等。
5.示波器的双踪显示
按如图搭接电流,将信号改为f=50KHz,示波器采用双通道工作,分别调节CH1和CH2的Y灵敏度和上下位移,使波形显示一到两个周期,用光标法测出t?
,
3600?
t?
则Vo滞后于Vi的相位差?
?
,T0
调整电位器,测出t?
最大值,并计算出?
值。
t?
=4.0us,T=20us
?
?
3600?
t?
T03600?
4us?
720=20us
6、示波器的“外扫描”(X-Y)工作模式:
在“外扫描”(X-Y)工作模式(按下“Horizontal”按键,选择X-Y模式),则CH1的输入信号代替示波器内部的锯齿波作X轴扫描信号,此时,水平(X)轴变为CH1的电压轴,X轴上各点的电压值,用CH1的Y灵敏度来测量,垂直(Y)轴仍为CH2的电压轴,Y轴上各点电压值,仍用CH2的Y灵敏度来测量。
用(X-Y)功能,可以观察到Vi、V0波形的
李萨如图形。
五、示波器的使用方法:
1)使用示波器时,打开电源开关(POWER)30秒后,屏幕上应有光迹,否则
检查有关控制旋钮的位置。
2)将示波器探头接到被测信号,确定触发源选择在所接通道位置。
3)键入相应通道开关,启动该通道工作。
4)将垂直和水平灵敏度旋钮调到合适位置。
5)将信号输入端与内置信号发生器的信号输出端Demo2相连,按Autoscale
键进行自动处理信号,比对信号进行误差测量。
6)测量电路时,选择任意通道作为输入端口,将相应探头上的笔帽轻轻下拉,
将露出的铁丝钩钩在待测的电路导线处。
对信号的处理可按动Auto键进行自动处理。
也可手动处理:
旋转Horizontal和CH1、CH2
通道开关上方的
旋钮调节X、Y轴灵敏度,旋转CH1、CH2通道开关下方的旋钮调节信号上下位置。
按CH1、CH2通道开关一下后,显示屏上出现设置菜单,对通道的耦合方式、带宽限制、微调、倒置和探头进行设置,建议打开带宽限制。
若需测量信号各点电平,耦合方式应选DC耦合,若只需观测信号幅度,则选AC耦合。
按CH1、CH2通道开关两下即为关闭通道。
7)对信号进行测量时,按Measure工具栏的Meas键进行信号的电压、频率、
周期、峰峰值等一系列数值的测量。
快照可显示所有测量项目。
其步骤为:
按下Meas健,调出测量菜单,使用屏幕菜单或复用旋钮,选择需要测量的项目。
屏幕右侧可显示最多四项测量值。
也可以按Cursors键进行X1、X2、Y1、Y2的光标法测量等各方式的手动测量。
其步骤为:
按下Horiz键,选择标准(即YT,横轴为时间轴,纵轴为电压轴)或XY(横轴为CH1,纵轴为CH2)
六、实验小结
1.遇到的问题与解决方法:
(1)波形不稳定。
首先检查触发源是否正确(观察哪个信号,哪个信号做触发源),其次检查触发电平(按Trigger键,再调节触发电平大小)。
(2)按Meas键没有测量值。
在信号已经调节稳定的情况下,得调节垂直灵敏度和时基旋钮,保证显示屏上有两至三个周期波形。
(3)实验5两信号无相位差。
测量时确保电路闭合,黑夹子连接接地端。
(4)实验5t?
值较小。
调节电位器使相位差最大(阻值最大时),并且确保信号发生器各参数正确。
2.总结
(1)掌握示波器基本操作,特别注意AutoScale,Horizontal,Trigger,Entry,Cursers,Meas等键的操作和信号调节的方法。
(2)仔细调节信号发生器输出信号的频率,峰峰值等,确保后续试验的继续。
认真调节示波器的各种参数,确保信号显示的稳定与准确。
(3)每按一次AutoScale都需检查触发源是否正确。
信号发生器输出改变导致波形不稳定,要重新调节触发电平。
观察李萨如图形需改变工作模式。
七、思考题
用示波器观察正弦信号时,若荧光屏上出现下列情况,应该如何调节?
(1)屏幕上什么都没有;
答:
调节辉度及水平竖直位置旋钮。
(2)屏幕上只有一点;
答:
查看是否设置了X-Y模式,如果还不行就调节水平位置及竖直位置的旋钮。
(3)屏幕上只有一条水平线;
答:
查看输入耦合是不是DC档。
再看看是不是触发源选错,确定都无误的话可以试着调节垂直刻度。
(4)屏幕上只有一条竖线;
答:
调节水平档位及竖直档位。
(5)如何让波形同步;
答:
按Trigger键调出屏幕菜单,将菜单上源与显示调为一致(内触发情况下),如仍不同步(波形向一个方向流动),用ForceTrigger键或Level旋钮辅助调整。
(6)观察已知信号频率时,应注意示波器时间量程是否与输入信号的周期同数量级。
答:
若两者量程不一致时,可调节时基旋钮,调整时间的灵敏度,数值显示在显示屏的上方中间。