示波器.docx

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示波器

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蚁实验项目

莂示波器的原理和使用

莈实验性质

蒅综合性实验

肂实验学时

衿4

肇实验目的、教学要求

薅1．  了解示波器的结构和工作原理；

蒃2．  掌握用示波器观察和测量未知信号参数的方法；

薁3．  掌握函数信号发生器的使用方法。

袅实验仪器

薅TDS210数字实时示波器;

袃函数信号发生器

罿待测信号源

袈教学过程的设计

蚅一、     检查学生的预习情况

羀检查学生的预习报告，未按要求写预习报告者不允许做实验。

蚁二、     讲解实验任务

蚇1、学习示波器的基本操作；

螅2、用示波器进行简单测量；

莁3、学习信号发生器的使用和用示波器测量交直流混合信号；

腿4、观察李萨茹图形；

蒆5、观测单次脉冲信号；

袄（备注：

以上实验内容均为必做内容）

螂三、     实验原理

袁1. 示波器的结构和工作原理

葿示波器分为数字式和模拟式两大类。

数字示波器由前置信号处理电路、高速模-数转换电路、中央处理器、存储器和液晶显示器（包括驱动电路）组成。

本实验学习TDS210数字示波器，它的面板如图1所示。

羄前面板上的按钮分为菜单按钮和动作按钮。

对于菜单按钮，每按一次，都会在显示屏的右侧显示相应的菜单，通过每个菜单框边上的选项按钮，可以更换菜单框中的内容或交替选中其中的内容。

对于动作按钮，每按一次，示波器会根据该按钮的功能，在其内部进行一系列的设置。

膃前面板可分为六个功能区，即：

（1）信号连接区；

（2）总体控制功能区 ；（3）垂直控制功能区；（4）水平控制功能区；（5）触发控制功能区；（6）显示区。

荿1.1 信号连接区

芈信号连接区由三个外接信号输入连接器和一个探头补偿器组成，其中“CH1”和“CH2”是显示波形信号的输入连接插座。

 “EXTTRIG’是外部触发信号的输入连接端。

“探头补偿器”是示波器提供的一个内部信号源，常用于使探头与示波器电路相互匹配。

肄

薄图1  TDS210数字实时示波器的面板图

肁

肇图2 信号连接区

膄1.2 总体控制功能区

螁

蒈图3总体控制功能区

螆“自动设置” 按钮：

自动设置示波器控制状态，以产生适于输出信号的显示图形。

膄“运行/停止” 按钮：

连续或停止采集波形。

膂“SAVE/RECALL” 按钮：

显示设置和波形的保存/调出菜单。

芀“UTILITY” 按钮：

显示辅助功能菜单。

袈“MEASURE” 按钮：

按下测量按钮,即可进入“自动测量”工作模式。

芄“DISPLAY” 按钮：

显示功能菜单。

其中，“格式”菜单框可选择波形的显示方式：

即“YT”和“XY”方式。

“YT”方式用来观察随时间变化的电压信号。

此时，垂直轴表示电压， 水平轴代表时间。

 “XY”方式表示通道1（CH1）信号作为Ｘ轴的信号，Ｙ轴上加的是CH2通道的信号。

薂“HARDCOPY” 按钮：

适用于带有扩展模块的示波器。

蚈“CURSOR” 按钮：

 显示“光标菜单”。

使用光标可快速对波形进行时间和电压精确测量。

薇“ACQUIRE” 按钮：

显示“采集菜单”，有“采样”、“峰值检测”、“平均值”三种不同的数据采集方式。

莄例. 对通道1（CH1）上波形的频率、周期和峰—峰值进行测量练习。

羃自动测量：

莀

（1）把待测信号源连接到示波器的通道1上；

莆

（2）按下“自动设置”按钮，显示待测信号波形；

蒄（3）按下“测量”按钮，调出测量菜单。

莄（4）按下第一个菜单按钮，选择“信源”，继而选择“CH1”。

袈（5）再按第一个菜单框按钮，选择“类型”，继而依次选择频率、周期和峰－峰值作为待测信号。

对通道２（CH2）上的信号的测量方法也完全一样。

荿光标测量：

薃

（1）按下光标按钮，查看“光标菜单”。

蒁

（2）按下类型选项按钮，选择时间或电压。

薀（3）按下信源选项按钮，选择CH1。

膈（4）分别旋转光标1和2旋钮，将光标分别置于振荡的第一个和第二个波峰上。

蚃（5）在“光标菜单”中，将显示时间增量和频率增量（测量所得的振荡频率）或电压增量（振荡的峰峰值电压）。

袂

节图4 光标测量法

羇1.3 垂直控制功能区

螃对“CH1”和“CH2”两个通道上的信号波形的垂直分量进行控制。

如图所示，旋转 “位置”旋钮，信号波形及参考电平的箭头将整体上下移动。

旋转“伏/格”旋钮时，波形在垂直方向的标尺系数将跟着发生变化。

CH1菜单按钮，可显示CH1垂直菜单选择项。

芃1.4 水平控制功能区

螀如图，旋转“水平位置”旋钮，将同时调整两个通道波形的水平位置。

旋转“秒/格”旋钮，可调整主时基或窗口时基的水平标尺系数。

蚆

螃图5 垂直控制功能区             图6水平控制功能区            图7  触发控制功能区

蚄1.5 触发控制功能区

蒂仅依靠显示屏上的波形难以对待测信号进行精确测量。

为了解决这一问题，示波器采用了“同步触发”技术，使得示波器的采样时间能够主动地随着待测波形的频率和相位变化，使二者同步，

蝿其工作模式由图中的旋纽和按键来实现。

袃“触发电平”（LEVEL 和HOLDOFF）：

通过旋转该旋钮能使波形达到一个稳定的状态。

袀“触发”（TRIGGER）：

该按钮可引出一个触发功能菜单，选择触发信号来源或类型，例如选择上升沿或下降沿。

衿“设为50%按钮”（SETLEVELTO50%）：

该按钮可将触发电平设定在待测信号的幅值的50%处，使波形稳定。

蒇1.6 显示区

羃显示区除了显示待测信号的波形外，还包括有关波形和测量的各种参数指示。

各参数的意义见图8。

芁图8显示区

蚁

（1）表示示波器当前的采样获取方式。

芆

（2）指示当前触发状态，不同符号和字母表示不同的触发状态。

莇（3）指针所指位置表示触发开始的时间（水平位置旋钮可调整其位置）。

蚂（4）该处的数值表示当前触发水平位置与屏幕中心线之间的时间偏差。

聿（5）指针表示触发电平的大小。

其大小可通过“触发电平”旋钮来改变。

艿（6）使用屏幕标记表明显示波形的接地参考点。

如没有标记，则该通道的波形将不会被显示。

蒇（7）箭头表示波形是反向的。

肃（8）该位置的读数表示通道1和通道2上的波形在垂直方向上每一大格对应多少伏特（v/div）。

螁（9）BW图标表示通道是带宽限制的。

肈（10）该处读数表示主时基的设定值。

蒆（11）该处读数表示扩展视窗的时间设定值。

蒄（12）该处表示当前的触发信（号）源来自通道1（CH1）。

艿（13）该处用各种图形来表示当前触发类型。

袇（14）用读数表示“边沿”脉冲宽度触发电平。

薆（15）显示区显示有用信息。

薁2. 实验内容

羁2.1学习示波器的基本操作

蚆

（1）自检

蚆将测试探头连接到示波器的测量输入通道上。

然后把示波器探头上的鳄鱼夹夹住信号连接区“探头补偿”的下片，把探针钩住它的上片。

开机，直到显示屏显示已通过所有自检。

羂

（2）按下“自动设置”按钮，示波器屏幕上将显示CH1通道上的方波信号。

葿（3）基本操作

虿根据屏幕右边菜单上的提示，可立即读出该波形的频率为1.000kHz,周期为1.000ms和幅值（峰-峰值）为5V左右。

如果没有或不全，则自己调试出来。

螆·旋转垂直控制功能区的CH1通道的“位置”旋钮和“伏∕格”旋钮，观察图形及标尺系数（伏∕格）的变化。

莃·旋转水平控制功能区的 “位置”旋钮和“秒∕格”旋钮，观察图形及标尺系数（伏∕格）的变化。

膁·旋转 “触发电平”旋钮，观察显示区中位置5处的“触发电平指针”的变化及波形的稳定性。

轻按“设为50％”键，可使滚动的波形立即稳定。

蒈2.2 用示波器进行简单测量

袆测量一个幅值和频率未知的信号：

螄

（1）用同轴电缆把待测信号源的输出端（输出1）连接到示波器的CH1插座上，开启待测信号源的电源，并按下标有未知的按钮；

薈

（2）按示波器上“自动设置”按钮，示波器将把CH1上的待测信号波形显示在屏幕上；

膆（3）按下“测量（MEASURE）” 按钮，同时对菜单进行相应的设置，然后把在测量菜单上显示出的待测信号的周期（或频率）和峰-峰值记录在实验表格中。

羆（4）用光标测量方法，对待测信号的周期和峰-峰值进行测量，并和自动测量的结果进行对照。

羀注意：

被测波形在屏幕上要尽量显示得大一些。

芀表1

羅

羆未知信号的峰-峰值VP-P

莁Pk-PkValue:

Vp-p

螈周期

羈Period

肆频率

螂Frequency

蒀“自动测量”法

螇AutoMeasure

膅

膃

羈

薆“光标测量”法

芅CursorMeasure

薄

蚀

蕿

莅2.3 学习信号发生器的使用和用示波器测量交直流混合信号

蚁本实验使用“EE1642B1型函数信号发生器/计数器”。

莂

莈图9EE1642B1函数信号发生器∕计数器面板图

蒅1频率显示窗口；2振幅显示窗口；3 扫描宽度调节；4 比率；5 外部输入；6TTL信号输出；7 函数信号输出；8信号幅度调节；9 信号直流电平调节；10 信号输出幅度衰减开关；11 波形对成称性型调节；12 函数波形选择；13 “扫描/计数”切换按钮；14 频率范围选择；15 频率细调；16 电源开关

肂

（1）用电缆把信号发生器的输出端7（50

）       和示波器的CH2通道插座相连。

衿

（2）使信号发生器输出1.000kHz正弦交直流混合信号。

步骤如下：

肇·按压“函数输出波形选择”按钮12，选择输出波形为正弦波。

把占空比旋钮11逆时针转到OFF位置。

薅·按压“频率范围选择”按钮，使其处于×1k档，同时，用示波器测量该信号的频率。

仔细调节“频率细调”旋钮，使示波器菜单上的频率显示为1.000kHz。

蒃·调节“AMP”旋钮，直到示波器的测量菜单上该信号峰-峰值读数为10.0V。

薁·按压“CH1”菜单按钮，调出菜单，选择“耦合”为“直流”，此时CH1处于“直流耦合”状态。

袅·顺时针旋转信号发生器上的“OFFSET”旋钮。

开始时可听到“嗒”的一声，这表示从这一点开始输出信号中将加入直流分量。

继续顺时针旋转该旋钮，可以看到正弦波波形整体地向斜上方移动。

薅·用“光标法”测量法使上述波形的直流电平为4V。

袃（3） 在示波器的监测下，调节信号发生器，使它输出一个稳定的y=4+5sin（2000

t）交直流混合信号。

记录波形及相应参数。

罿（4）用光标法测量脉冲的宽度。

袈·逆时针旋转“OFFSET”旋钮，去除波形中的直流分量；

蚅·按压“函数波形选择”按钮12，使输出波形为矩形波；

羀·顺时针旋转占空比系数（SYM）旋钮到底，把矩形波变为窄脉冲波；

蚁注意：

调节“秒∕格”旋钮，尽量把锯齿波展宽，以提高测量精度。

蚇·用光标法测量脉冲的宽度，填入到实验表格中。

螅（5）用光标法测量锯齿波的上升沿时间。

莁·保持上述仪器状态不变，按压信号发生器的“波形选择”按钮12，选择输出波形为“三角波”。

腿·调节“秒∕格”旋钮，尽量把锯齿波展宽，以提高测量精度。

蒆·用光标法测量该锯齿波的上升沿，并把结果填入实验表格中。

袄

螂图10 光标法测量脉冲的宽度     图11光标法测量该锯齿波的上升沿

袁 

葿表二

羄项目

测量窄脉冲的宽度

测量锯齿波的上升沿

波形

数据

2.4 观察李萨茹图形

当两个互相垂直的简谐振动其频率成一个简单比例关系时，该质点的合振动轨迹通常称为李萨茹图形。

（1）将两个正弦信号分别接入到示波器的CH1和CH2。

·将未知信号源的输出信号连接到示波器的CH1插座上。

· 将函数信号发生器输出端7连接到示波器的CH2插座上，并调节信号发生器输出振幅约为5V左右正弦波，使该信号的频率与CH1上的未知信号源频率尽量一致。

（2）按压示波器上的“DISPLAY”按钮，调出菜单。

选择显示形式为XY，并观察波形。

调节垂直控制功能的两个“伏∕格”旋钮，使观察的波形约占屏幕的2∕3。

（3）观察李萨茹图形。

·缓缓转动信号发生器上的频率调节旋钮，同时仔细观察屏幕上的波形变化，直到出现一个简单、稳定的1：

1图案。

·由于二信号源的频率和相位不可能同时完全相同，所以为了获得一个比较稳定的李萨茹图形，须仔细调节函数信号发生器的频率。

如果要“抓拍”某一个瞬间的李萨茹图形，可以按压“运行∕停止”按钮，这时可观察到各种位相差时的合振动波形。

（4）分析李萨茹图形。

调节信号发生器的输出频率，使之获得2：

1和2：

3的李萨茹图形，记录波形及X轴（CH1）和Y轴（CH2）的信号频率。

2.5 观测单次脉冲信号

（1） 将待测信号源输出1接到示波器的CH1通道；

（2）将“输出信号类型”组合按钮选择“鼠标器”；

（3）先后按下数字式示波器的“自动设置”和“测量”（MEASURE）按钮，使示波器处于测量状态。

（4）调节示波器使其处于良好测量状态，以捕捉到被测信号的完整波形。

（5）按压“触发”按钮，调出菜单，选择“单次触发”，这时示波器上应没有任何波形。

（6）固定“鼠标器”，单击左键，这时示波器上就会出现这个脉冲信号的整体波形。

使用“秒∕格”旋钮对它进行水平放大，并用光标法对它进行脉冲宽度的精确测量，记录波形及相应参数。

（7）重复对单次脉冲信号采样：

选择“触发方式”为“自动”，1～2s后，屏幕上原采样的单次脉冲信号就会被消除。

然后再进入“单次脉冲”状态即可。

（8）重复上述步骤，对鼠标器的右键输出脉冲信号进行观察和测量。

记录波形及相应参数。

教学重点和难点

实验指导、注意事项

课后思考题

1. 用示波器观察和测量YT格式的信号时，如果图形不稳定，总是不断的向左或向右移动，该如何调节？

2. 为什么示波器上总也得不到完全稳定的李萨茹图形？

参考文献

备注

PPT课件

另附。

大学物理实验教案

以下无正文

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