实验二示波器和信号发生器的使用及元件特性的示波器测量.ppt

实验二 示波器和信号发生器的使用和元件特性的示波器测量 一、实验目的 1、了解示波器的基本测量原理，熟悉示波器的主要开关和旋钮的 作用及使用方法，掌握信号发生器的使用。 2、掌握用示波器测量电压幅值、周期的方法 二、实验原理 电子示波器概述 电子示波器结构 示波器显示被测信号波形的原理 示波器测量信号的基本方法 3、掌握元件特性的示波器测量法，加深对元件特性的理解 示波器测量信号的基本方法 示波器的两种工作方式与面板旋钮的 相应调节 伏安特性的示波测量法 幅度的测量 频率的测量 相位差角的测量 示波器的使用注意事项 信号发生器的使用 电子示波器概述 电子示波器（简称示波器）可以用来观察和 测量随时间变化的电信号图形。（即它可以直接 观察和测量随时间变化的电压、电流波形及元件 的动态特性曲线等）。且具有灵敏度高、输入阻 抗大、过载能力强等一系列特点。所以在现代科 学技术领域中得到广泛应用。 示波器的结构 普通示波器主要由示波管、（Y轴）垂直放 大器、扫描锯齿波信号发生器、（X轴）水平放 大器以及电源等部分组成。 X 轴 放大器 Y 轴 放大器 锯齿波 发生器 电源同步输入 Y轴输入 X轴输入 (外同步) (内同步) 扫描 示波管 示波器结构方框图 1.示波管是示波器的核心部件，它主要包括电子 枪、偏转部分和荧光显示屏等几个部分。 1-灯丝 2-阴极 3-控制栅极 4-第一阳极 5-第二阳极6-Y轴偏转板 7-X轴偏转板8-电子束9-荧光屏 2 1 3 4 5 6 7 8 9 电子枪偏转系统 示波管结构图 4.电源部分向示波管和其他电子管（或晶体管）元件 提供所需的各种高低压电源，以保证示波器各部分的 正常工作。 示波器显示被测信号波形的原理 1、Y-t扫描工作方式 1)当示波管垂直偏转板上加有待测信号电压 Uy=Uym(sint)，水平偏转板上加有同频率锯齿波电压 Ux时，电子束的偏转是垂直和水平的两个电场力合成的 结果。 24 t uy 103 t ux 4 1 0 2 3 2）显然，为了使每一个周期内Uy和Ux的合成图 形重合，必须保证Uy和Ux的频率一致或具有整数倍 的关系（TY/TX=整数），这样，荧光屏上的图形才 是稳定不动的。 1）切断X轴锯齿波信号，当 示波管垂直偏转板（Y轴）上加有 被测信号电压Uy=Uymsint，若水 平偏转板（X轴）上电压为零时， 电子束的偏转只是垂直电场力的 作用，光点在荧光屏上形成与Y轴 重合的垂直线。 2、X-Y水平工作方式 2）若此时水平偏转板（X轴）上同样加有被测信号电压 Ux=Uxmsint ，电子束的偏转受垂直和水平两个电场力的 作用，光点在荧光屏上形成被测信号的特性曲线u=f(i) 。 0 0 t t ux uy 电子示波器测量信号的基本方法 1.幅度（电压、电流幅值）的测量 测量电压幅值是示波器最基本的测量功能之一。 1）Y-t扫描工作方式： 对于具有Y轴灵敏度开关的示波 器，Y轴的坐标比例可以通过选择确 定，故只需将被测信号所占坐标的 格数（div）乘以Y轴灵敏度开关所 指的值（V/div）即可测出其幅值。 例 荧光屏上波形如右图所示， 正弦电压峰-峰值占有7个格子， Y轴灵敏度开关指向0.5V/div。 7div 所以： Up-p=7div*0.5V/div=3.5V 2）X-Y水平工作方式 把工作方式选择开关置于水平方式，切断锯齿波信号， 电子束的偏转只受垂直电场力的作用，光点在荧光屏上形成 与Y轴重合的垂直线。 Up-p=7div*0.5V/div=3.5V 如图所示，正弦电压峰-峰 值占有7个格子，Y轴灵敏度开 关指向0.5V/div。 7div 3）取样电阻r的设置 测量电流一般是用电阻取样方法将电流信号转换为 电压信号以后，再进行测量。例如，在下图中，为要测 量Z支路的电流i，先串接一个取样电阻r，则 ur = ri， i = ur / r Z r ur (a) Z r ur (b) 在这里有几个问题要注意： 为减小取样电阻r对原电路的影响，通常取r|Z|。 取样电阻应为无感电阻，同时阻值误差要尽量小。 取样电阻r应靠近地端。如果电源采用信号发生器，那么， 信号发生器和示波器的地线一般要联接在一起，这时，取样 电阻的地线取法常用上图（a）所示。图(b)的接法是错误的。 2.频率（周期）的测量 1）y-t扫描工作方式 对于X通道部分有“扫描速度” 开关的示波器，X轴的时间坐标已 经确定，因此，只须将被测信号 的一个周期所占用的格数乘以“扫 描速度”开关所示的值（s/div）， 即可测出周期。 如图所示，正弦信号一个周期 在水平方向占有8格(div)，“扫描 速度”开关指向5ms/div。 8div T=8div510-3s/div =4010-3s= 40ms f=1/T= 25Hz 相角差实际上仍然是一种时间量，只不过是同时输入两个 信号。例如，若测得信号周期所占的格子数为A，两信号的相 角差所占的格子数为B，则相角差为:=（B/A）360O 3.同频率两信号之间相位差的测量 1）y-t扫描工作方式 B A 图中，u1=bsint，u2= U2msin(t-)，李萨如图形为 一斜椭圆。 2）x-y水平工作方式 用李萨如图形也可以测量相位差。 b a 0x y 0 u1 t 0 u2 t = arcsin(a/b) 即，u2=U2msin(t1-)=0 t1=/ u1(t1)= bsin(/) =bsin=a t1 a t2 t2 b 设t=t1时，u2=0， t1 设t=t2时，u1=b 伏安特性的示波测量法 利用双踪示波器能够将两路信号在XY工作方式直 接合成，形成特性曲线的特点，可以用示波器来测量 端口的伏安特性曲线。这种用示波器来测量端口的伏 安特性曲线的方法称为示波测量法。 u i 0 Y2 Y1 G G r R 信号源 示波器 CH2 CH1 被测 元件 示波器的使用注意事项 （1）示波器接通电源（按下电源开关键，接通电源）后 须预热数分钟后再开始使用。 （2）使用过程中，应避免频繁开关电源，以免损坏示波器。 暂时不用时，只需将荧光屏的亮度调暗即可。 （3）荧光屏上所显示的亮点或波形的亮度要适当，所选择 的对比度不能太高和太低，以免损伤荧光屏。 （4） “共地”问题 Y2 Y1 G G r R C 机壳接地 信号源 示波器 项 目设 置 电源开关弹 出 辉度 顺时针1/3处 聚焦 适中 垂直方式CH1 垂直位移适中 衰减开关5V/div 微调开关效准位置 输入耦合方式 AC-DC-接地 接地(GND) 触发源CH1 触发耦合AC 触发极性 电平锁定按下 触发方式自动 扫描时间1ms/div 水平位移适中 设 置 项 目 三、实验任务 1、熟悉示波器的各主要开关和旋钮的作用 三、实验任务 2、按照表9-1的要求进行操作，弄清各个开关的位置，调节有关 微调旋钮，记录观察示波器上显示的结果，并在坐标纸上画出 各波形。 注意：请标注出坐标轴名称、单位；灵敏度、扫描速度。 三、实验任务 3、测量非线性电阻元件的伏安特性 1）按下左图连接实验线路，其中 为正弦波； 2）调整示波器两个通道的扫描线，使之重合； 3）切换示波器到XY方式，调节 的幅值和频率，直到 出现形似下右图的u-i特性曲线。 5、测量非线性电阻元件的伏安特性 4）切换示波器到YT方式，并记录 和 的波形； 三、实验任务 记录双踪 将 翻转 90o 合成 （记录波形前应先正确考虑坐标布局，可参考下图） 5）根据 和 的波形用作图法合成 特性曲线。 保留作图过程 /u YB4325 垂直 水平触发 辉度聚焦电源 CH1CH2 衰减器开关 垂直