实验二示波器的使用.docx

1、实验二示波器的使用实验二示波器的使用一、 实验目的1、 了解示波器显示图象的原理 .2、 学习用示波器观察电信号的波形 .3、 学习用示波器测定电信号的电圧和频率 .二、 实 验器材 双踪示波器 多用信号发生器 示波器：阴极射线示波器（简称示波器）是一种用途较广的电子仪器，它可以把原 來 肉眼看不见的变化电压变换成可见的图像， 以供人们分析研究。 示波器除了可以直 接观测 电压随时间变化的波形外， 还可以测量频率、 相位等 . 利用换能器还可以将应 变、加速度、 圧力以及其它非电量转换成电压进行测量。由丁 ?电子质量非常小，没有 机械示波器所具有的惯性，因而可以在很高的频率范围内工作，这是示波

2、器很重要的优 点 .信号发生器是一种能输出稳定的交流信号 ,IL 电圧和频率可以在某一特定范围内任 选 的电源装置。三、 实验原理 示波器包括两大部分：示波管和控制示波管工作的电路。1、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 .示波管的侧视图见图 1。图 1 示波管构造图电子枪由灯丝f,阴极K、栅极G以及一组阳极 A所组成。灯丝通电后炽热，使阴 极发 热而发射电子。由丁 -阳极电位高于阴极，所以电子被阳极加速。当高速电子撞击 在荧光屏上会使荧光物质发光，在屏上就能看到一个亮点。改变阳极电位，可以使不 同发

3、射方向的电子恰好会聚在荧光屏某一点上，这种调节称为聚焦。栅极 G 电位较阴 极 K 为低，改变 G 电位的高低，可以控制电子枪发射电子流的密度 , 甚至完全不使电子通 过，这称为辉 度调节，实际上就是调节荧光屏上亮点的亮暗。Y 偏转板是水平放置的两块电极 . 当 Y 偏转板上电压为零时，电子束正好射在荧光 屏正中P点。如果Y偏转板加上电压，则电子束受到电场力作用，运动方向发生偏移 ，（见图2） ?如果所加的电压不断发生变化 ，P点的位置也跟着在铅垂线上移动。在屏 上看到 的是一条铅直的亮线。荧光屏上亮点在铅直方向的位移 Y和加在Y偏转板的电 压Uy成正 比。图 2 Y 偏转板使电子束作铅直方向

4、运动X 偏转板是垂直放置的两块电极 . 在 X 偏转板加上一个变化的电压， 那么，荧光屏上 亮 点在水半方向的位移 X也与加在X偏转板的电压 U成正比，于是在屏上看到的则是 一条 水平的亮线。2。示波器显示波形的原理如果在Y偏转板上加上一个随时间作正弦变化的电压，匕 =s in 3t,我们在荧光 屏上仅能 看到一条铅直的亮线，而看不到正弦曲线 .只有同时在 X 偏转板上加上一个与 时间成正比 的锯齿形电压U ： =Uxm-t （见图3）才能在荧光屏上显示出信号电圧山和 时间t的关系曲线，其原理如图 4 所示。图 3 锯齿形电压设在开始时刻a,电压山和山均为零，荧光屏上亮点在 A处.时间由a到b

5、,在只 有电压 UY作用时，亮点沿铅直方向的位移为施厂屏上亮点在 By处。而在同时加入 U 后，电子 輕受Uy作用向上偏转，同时乂受匕：作用向右偏转（亮点水平位移为 bB,:）,因而亮点不环 Y 处，而在 B 处。随着时间推移，以此类推，便可显示出正弦波形來。所 以，在荧光屏 上看到的正弦曲线实际上是两个相互垂直的运动 （UAsinst和Ux =U : v m- t ）合成的轨迹.由上可见，要想观测加在 Y偏转板上电圧山的变化规律， 必须在X偏转板上加上锯 齿 形电压，把匕产生的垂直亮线“展开” .这个展开过程称为“扫描”，锯齿形电压乂 称为扫描电压 .怎样才能使荧光屏上显示的波形稳定， 这是

6、示波器操作的一个重要问题。 如果显 示的 波形处于不断变化的状态，那么，测量就无法进行。目前我们所用的示波器只能 测量周期性变化的电压信号？对J：周期性电圧信号只耍保证每次扫描起始点（如图 4中的A点）位 置不变就可以达到显示波形稳定不变的目的（见下面“同步 的叙述）。综上所述，示波管显示稳定波形的条件是：第一， Y偏转板上必须加上足够大的待 测 信电压信号，第二 X 偏转板上必须加上锯齿波电圧 ; 第三，保持每次扫描起始点的位 置不 变。图 4 示波器显示波形的原理3.示波器控制电路的功能 示波器控制电路主要包括垂直放大电路、水半放大电路、扫描发生器、同步电路 以及 电源等部分，其方块图如图

7、 3 所示。图 5 示波器结构方框 FT1 图（1） 垂直放大电路。它的功能是为了满足上述第一个条件的。首先是要不失真地放大 待测的电信号。同时保证示波器测量灵敏度的耍求。示波器垂直输入灵敏度的单位为 V/ d iv或mV / div, d i v为荧光屏上1格的长度，ldi v二0. 6cm。例如，ST16型示波 器的垂直输入 灵敏度为Sy二20mV/d i v ? 10V/div,即当待测信号为20mV或10V （峰-峰值）时，示波器 荧光屏垂直方向显示应为 1 格。此外，还要求垂直放大电路有一定的频率响应范围。足够大的增益调整范围和比较 高的输入阻抗。输人阻抗是表示示波器对被测系统影响程

8、度大小的指标。输入阻抗愈 高，对被测系统的影响愈小。（2） 扫描发生器与水平放大电路 . 它们的功能是为了满足上述第二个条件 . 扫描发生器产生线性良好，频率连续可调的锯齿波信号，作为波形显示的时间基线 .水平放大电路将上述锯齿波信号放大，输送到 X 偏转板，以保证扫描基线有足够的宽度。另外，水平放大电路也可以直接放大外来信号，这样示波器可作为 X-Y 显示之用。（3）同步电路。它的功能是为了满足上述第三个条件。同步电路从垂直放大电路中取出部分待测信号， 输入到扫描发生器，迫使锯齿波 与待 测信号同步，此称为“内同步”。如果同步电路信号从仪器外部输入， 则称为“外 同步”。 如果同步信号从电源

9、变压器获得。则称为“电源同步” .为了有效地使显示的 波形稳定， 目前多数的示波器都采用触发扫描电路來达到同步的目的。操作时，使用 “电半”（LEVEL ）旋钮，改变触发电平高度，见图6中的电圧值Oa当待测电圧达到 触发电平时，扫描发生器便开始扫描，直到一个扫描周期结束。扫描周期长短，由扫描 速度选择开关控制。如图6所示，锯齿波电压在待测信号处于触发电半值， XL在dU 丫/dt符号相同的A, A,A?,点处开始扫描。于是，在荧光屏上就能稳定地显示出从 A到P （以及从A,到P 1 ,从A:到P：）那一段波形來.有点需要注意，如果触发电位 高度超出所显示波形最高点与最 低点的范围，将导致锯齿形

10、扫描电圧消失，扫描停止 , 所以，通常我们把触发电平高度调 节在波形的最高点与最低点的当中区域附近 .图 6触发扫描原理示意图（4 ）电源.它为示波管和示波器各部分电路提供合适的电源，使它们能正常工 作。4.用示波器观察李萨如图形与测量正弦信号的频率在示波器 X 偏转板上加上锯齿电压进行扫描时， 在一个扫描周期内，扫描电圧是随 时 间成正比地增加，因此锯齿形电圧扫描的过程乂称为线性扫描。除了线性扫描以外， 在 X偏转板（即 X 轴输入端）上也可以加上其它波形的扫描电压，称为非线性扫描。如果在示波器的 X 和 Y 偏转板上分别输入两个正弦信号， 11它们频率的比值为简 单 整数，这时荧光屏上就呈

11、显出李萨如图形，它们是两个互相垂直的简谐振动合成的结 果。若仁和fv分别代表X与Y轴输入信号的频率，m和n、？分别为李萨如图形与假想水 平线及 假想垂直线的切点数目，它们与 fx与J的关系是：例如图7所示，如果f x己知，从荧光屏上的图形求出 m及nY,由上式可算出fy ,因而用孕萨如图形可以测量正弦信号的频率 .图 7李萨如图5.双踪示波器双踪示波器是一种能同时观察和测定两个不同信号瞬变过程的脉冲示波器。 配以 电子 开关，利用时间分割法实现多波形显示。Y轴有两个信号通道，以同一个扫描作时 间基线，接受 Y 通道中一个信号触发同步 .双踪示波器除对信号 A或B单踪显示外，还可使两个通道同时开

12、通，利用相位选择 开关的正负性选择 , 可在输入信号相位不变的情况下。达到同时叠加 (YA+YB), 反向 抵消 (YA+YB) 的目的，这样就可以对两个电圧信号的波形进行比较，并可求出二者间的位相差，设两个 正弦波分别为：YFAtCos (3it+?bJ Y := A：cos ( 2)则二者之间位相差为： ti)= co1t+h-o2t- : 在两个正弦波频率相等时位相差为：= 1 t)5 = 3 t=2 n A t/T其中 T 为周期， At 为两个波之间的时间差，这两个 1：都可直接从示波器上读出。四、实验内容1.按下表设置仪器开关及控制旋钮。2。打开电源将S 5Vp p, 1kHz的标

13、准信号输入示波器，并对示波器定标 .(1)打开电源开关，并确认开关上方的电源指示灯亮，约 2 0秒钟后，示波器屏幕上将 出现一扫线，若60秒钟后还没有扫线出现，则按上表所示再检查开关及控制旋钮定位 置。 调节：辉度”和“聚焦旋钮，使扫线亮度适当， 九最清晰.(3) 使扫线与水平刻度线平行。(4)连接探极将0。5V校准信号加到探头上.(5)将AC-丄一 DC开关置“ AC”。标准波形将显示在屏幕上。(6)调节“聚焦旋钮，使波形达到最清晰的程度 .(7 )为便于观察信号，调节 S/crrT和t /cm开关到适当的位置，使显示出来的波 形幅度适中，周期适中。(8)调节“位移”和 T立移”控制旋钮于适

14、当的位置，使显示的波形对准刻度， 以便于读出电压值(Vp- p )和周期(T) ?八标准值分度恪狄测量值校正系数电压(Vp p)Oo 5V周期(T)1 ms3交流信号的观察和测量(1)数据记录。电压(Vp-p)值周期(T)值信号源输出 电压值信号源输出 周期值分度值格数测量值分度值格数测量值正弦波三角波方波(2)画出三种交流信号波形各两个周期。4 ?测量干电池电动势.5按下图连接线路，输入 1 0 kHz正弦波，测BUc. Unc的大小及它们的位相差UctTf =10kHz (或 T = 1 0 s)6正确方法关闭示波器、信号发生器，并整理仪器五、 注意事项1、 勿使信号发生器输出端短路，以免

15、烧坏仪器。(相当于电源短路)2、 观察波形时，波形幅度不能超出示波器显示屏范围 .，3、 实验过程中，光点强度不能太高，短时间不使用时，应将辉度关掉。4、 关闭示波器前，须将一、二通道接地，将辉度调到最小5、双踪示波器的两通道地线的接法有等位要求。六、 预习与思考1、示波器的核心是示波管。示波管由哪几部分组成 ？示波器的辉度调节、聚焦调节是 分调节电子枪中的哪些部件的电位？2、什么能把看不见的变化电压变换成看得见的图象，简述其原理。3、器测量信号电压的峰一峰值和周期时事先一定要对示波器作校准，你知道如何校 准吗?简述其方法和步骤。4、 示波器“电平”旋钮的作用是什么？什么时侯需要调节它？观察李

16、萨如图形时，能 否 用它把图形稳定下來？5、 如果示波器是良好的，但由于某些旋钮的位置未调好，荧光屏上看不见亮点 问哪几 个 旋钮位置不合适就可能造成这种情况？应该怎样操作才能找到亮点？6、 一正弦电压信号人从 Y轴输入示波器，荧光屏上仅显示一条铅直的直线，试问这是 什 么原因？应调节哪些开关和旋钮，方能使荧光屏显示出正弦波來？7、为了提高示波器的读数准确度，你在实验室中应注意哪些问题？用示波器测量信号 的电压峰一峰值和周期，其测定值能得到几位有效数字，为什么？8、波器能否用來测量直流电压？如果能测，则应如何进行？附录1、示波器面板简介(标注见面板示意图)1. 1示波管电路“电源” (POWE

17、R)示波器的主电源开关，当此开关按下时，开关上方的指示 灯亮，表示电源己接通。“辉度” (I NTEN)。控制光点和扫线的亮度 .“聚焦(FOCUS)将扫线聚成最清晰.“光迹旋转”仃RACE ROTATION)用來调整水平扫线，使之平行于刻度 线。1. 2垂直偏转系统5(X)” OY,的垂直输入端。在 X-Y工作时作为X轴输入端.Ys(Y) ” 0丫 2的垂直输入端？在X 一 Y工作时作为Y轴输入端.AC-丄一 DC O输入信号与垂直放大器连接方式的选择开关。“ AC交流耦合。丄”输入信号与放大器断开，同时放大器输入端接地。“ DC直流耦合。V/cm 00衰减开关，从5mV / c m到5v/

18、cm共分1 0档，选择垂直偏转因 数用。“微调气VARIABLE)00偏转因数微调，可调节至面板指示值的 2。5倍以上，当置校准”位置时，偏转因数校准为面板指示值。“扯移-(POSITION)O调节扫线或光点的垂直位置 .“Y方式” (VERT MODE)O选择垂直系统的工作方式。 Yl ：”Y1 单独工作 .“交替Z 和乂交替工作。适用于较高扫速。“断续”：以频率为 250kHz的速率轮流显示 Y,和Y适用低扫速。“相加”：用來测量代数和(Yi+YQ ,若Y?旋钮拉出：则测量两通道之差。YJ :Y: 单独工作。“内触发” (INT TRIG)O选择内部的触发信号源。当“触发源”开关 O设 置

19、在“内”时，由此开关选择馈送到触发电路的信号。(X Y):以Yi输入信号作触发源信号，在 X-Y工作时，该信号连接到 X轴上。Yz:Y:输入信号作为触发信号.Y方式:把显示在荧光屏上的输入信号作为触发信号。当纵丫方式”开关 O置交替时， 触发也处在交替方式中，和 Y:的信号交替地作为触发信号。la 3触发“外触发” (EXT TRIG) (EXT H0R)O这个输入端作为外触发信号和外水平 信号的公用输入端？用此输入端时，“触发源开关 O应置“外”位置.“触发源 (SOURCE)O选择触发信号。“内”：内触发开关 O选择的内部信号作为触发信号？当置“XY (X-Y)工作方式 时，起连 通信号的

20、作用 .电源”:交流电源信号作为触发信号。“外”：外触发输入端O的输入信号作为触发信号“耦合” (COUPLING)O选择触发信号和触发电路之间耦合方式 ，也选择TV同 步触发电路的连接方式 .“ AC:通过交流耦合施加触发信号.HFR ： AC 耦合，可抑制高于 50kHz 的信号。TV:触发信号通过电视同步分离电路连接到触发电路，由气 /c开关O选择T V ? H或TV ?V 同步。TV ? V : 0.5s ? 0. lm s / c m TV ? H:50us 0 ? 2 us/cm“DC:通过直流耦合施加触发信号。“极性(SLOPE)O选择触发极性。在信号正斜率上触发 . “一在信号

21、负斜率上触发。“电平(LEVEL) O触发电平调节.“电平”旋钮用于调节在信号的任意选定电平进行触发。当旋钮转向一 +”时，显 示波形的触发电平上升，当此旋钮转向“一”时，触发电平下降1. 4时基“ A t/cm0选择扫描时间因数(TIME/D I V)“微调” (VARIABLE) “拉X100扫描时间因数，微调用。扫描时间因数可 调至面板 指示值的 2。 5倍以上，此旋钮置“校准位置时，扫描时间因数被校准到面 板指示值。刻旋钮拉出时处于 X 10 扩展状态。位移(POSITION)0调节扫线光点的水平位置.“扫描方式(SWEEP MODE)“自动” (AVTO)O选择需要的扫描方式.当无触

22、发信号加以或触发信号频率低于 5 0 Hz 时，扫描为自激方式 .“常态 (NORM) 当无触发信号加入时，扫描处于准备状态，没有扫描线 ?主要用于观察低于5 0Hz的信号。1.5 其它“校准信号” CAL(Vp-p )该输出端供给频率 1kHz校准电压0? 5Vp-p的 正方波，输出阻抗约为 500 Q.2、 信号发生器简介SG1 5 4 5功率信号发生器面板示意图序号面板状态作用1衰减（dB）（1） 按下按钮可产生 20 d B或者 40d B衰减（2） 两个按钮同时按下可产生一 6 0d B衰减.2波形选择（1） 输出波形选择。（2） 波形选择脉冲波时，可与10配合使用可以改变 脉冲 占

23、空比。3频率倍乘（1） 频率倍乘开关与12 . T4配合选择工作频 率。（2） 外测频率时选择闸门时间。4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 -2 OdBo5HZ指示频率单位，灯亮有效。6KHZ指示频率单位，灯亮有效。7闸门此灯闪烁，说明频率计正在工作 .8溢出当频率超过6个LED所显示范围时灯亮。9数字LED,所有内部产生频率或外测时的频率均由此 6个LED显/示。10电源按下开关电源接通，频率计显示。1 1计数输入外测频率时，信号从此输入。1 2频率调节与“ 3配合选择工作频率13压控输入外接电压控制频率输入端。14频率微调与12配合微调工作频率1 5冋步输出输出波形为TTL脉冲，可作同步信号。16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J 1零 O17电压输出电压输出波形由此输出，阻抗为 50欧姆18占空比当“2选择脉冲时，改变此电位器可以改变脉冲的占空比20幅度调节幅度电位器可以同时改变电圧输出和正弦波功率输出 幅度。1921正弦波功率输出（1） 当波形选择为正弦波时，有正弦波输出（2） 当选择其它波形时输出为零（3） 当频率大于2 00KHZ时，电路会保护而无输出