试验十ST16B通用电子示波器的使用讲义综述

1、实验十 电子示波器的使用目的1、了解通用示波器的结构和工作原理；2、初步掌握通用示波器各个旋钮的作用和使用方法；3、学习利用示波器观察电信号的波形、测量电压、频率和相位差的方法；仪器和器材ST16B 通用示波器、 YB1600 函数信号发生器 主要仪器介绍 1、ST16B示波器 我们这里主要介绍该示波器各旋钮的作用，以及使 用方法。它的面板如图 11-1 所示。(4)(11)(8)(13)(9)(19)(7)(6)(14)(15)(1)(2)(3)(5)(12)(10) (16) (17) (18)图 11-1 ST16B 面板控制件各旋钮作用如下 :电源开关：接通或或关闭电源。电源指示灯：电

2、源接通时灯亮。亮度：调节光迹的高度，顺时针方向旋转光迹增亮。聚焦：调节光迹的清晰度。校准信号： 输出频率为 1KH Z，幅度为 0.5V 的方波信号， 用于校正 10:1探极、以及示波器的垂直和水平偏转因素。 Y 位移：调节光迹在屏幕上的垂直位置。微调：连续调节垂直偏转因素，顺时针旋转到底为校准位置。 Y 衰减开关：调节垂直偏转因素。信号输入端子： Y 信号输入端。ACDC（Y 耦合方式）：选择输入信号的耦合方式。 AC ：输入信 号经电容耦合输入； DC：输入信号直接输入；： Y 放大器输入端 接地。微调、X 增益：当在“自动、常态”方式时，可连续调节扫描时间 因数，顺时针旋转到底为校准位置

3、；当在“外接”时，此旋钮可连续 调节 X 增益，顺时针旋转为灵敏度提高。 X 移位：调节光迹在屏幕上的水平位置。 TIME/DIV （扫描时间）：调节扫描时间因数。电平：调节被测信号在某一电平上触发扫描。锁定：此键按进后，能自动锁定触发电平，无需人工调节，就能稳 定显示被测信号。 +、（触发极性）电视： +：选择信号的上升沿触发；：选择信 号下降沿触发；电视：用于同步电视场信号。内、外、电源（触发源选择开关） ：内：选择内部信号触发；外： 选择外部信号触发；电源：选择电源信号触发；自动、常态、外接（触发方式） ：自动：无信号时，屏幕上显示光 迹；有信号时与“电平”配合稳定地显示波形；无信号时，

4、屏幕上无 光迹；有信号时与“电平”配合稳定地显示波形；外接： X-Y 工作方 式。信号输入端子：当触发方式开关处于“外接”时，为 X 信号输入 端；当触发源选择开关处于“外”时，为外触发输入端； 2、 YB1600 函数信号发生器 我们这里主要介绍该函数信号发生器各 旋钮的作用，以及使用方法。它的面板如图 10-2 所示。（3） （2）（ 4）（16） （17）（10） （5） （11） （6） （12）（1）（7）（8）（9） （ 15） （14） （13）图 11-2 YB1600 函数信号发生器面板控件 电源开关：接通或关闭电源。LED 显示窗口：指示输出信号的频率，当“外测”开关按入，

5、显 示外测信号的频率。如超出测量范围，溢出指示灯亮。频率调节旋钮：调节此旋钮改变输出信号频率，顺时针旋转，频率 增大，逆时针旋转，频率减少，微调旋钮可以微调频率。占空比：占空比开关，占空比调节旋钮，将占空比开关按入，占空 比指示灯亮，调节占空比旋钮，可改变波形的占空比。波形选择开关：按对应波形某一键，可选择需要的波形。 衰减开关：电压输出衰减开关， 二档开关组合为 20Db、40dB、60db。 频率范围选择开关（并兼频率计闸门开关） ：根据所需要的频率， 按其中一键。计数、复位开关：按计数键， LED 显示开始计数，按复位键， LED 显示全为 0。计数 /频率端口：计数、外测频率输入端口。

6、外测频开关： 此开关按入 LED 显示窗显示外测信号频率或计数值。电平调节：按入电平调节开关，电平指示灯亮，此时调节电平调节 旋钮，可改变直流偏置电平。幅度调节旋钮：顺时针调节此旋钮，增大电压输出幅度。逆时针调 节此旋钮可减少电压输出幅度。电压输出端口：电压输出由此端口输出。 TTL/CMOS 输出端口：由此端口输出 TTL/CMOS 信号。VCF：由此端口输入电压控制频率变化。 扫频：按入扫频开关，电压输出端口输出信号为扫频信号，调节速 率旋钮，可改变扫频速率，改变线性 /对数开关可产生线性扫频和对 数扫频。电压输出指示： 3位 LED 显示输出电压值，输出接 50负载时应 将读数 /2。5

7、0HZ正弦波输出端口： 50HZ约 2V P-P正弦波由此端口输出。 （在信 号发生器背板上）实验原理示波器是一种以电压控制电子束线的运动， 并利用电子束线的运 动显示控制电压信息的仪器。 它的特点是反应快速灵敏， 常用于观察 和测量电压以及可转化为电压信号的各种物理量的变化过程， 是一种 用途广泛的通用仪器。1、示波器的结构及工作原理最简单的示波器应包括以下五个部分如图 11-3 所示：示波管； 扫描发生器； 同步电路；水平轴和垂直轴放大器； 电源供给。图 11-3 示波器的方框图 示波管 如图 11-4 所示，示波管由电子枪，两对偏听偏转 板和荧光屏等组成。示波管在工作时，管内电子松发射出

8、电子束线， 在阳极电压作用下加速和聚焦， 通过两对相互垂直的偏转板到达荧光 屏上，激发屏上荧光物质发光，形成一亮点。如果将随待测信号变化 的电压加到偏转板上，就可以从荧光屏上获得待测信号的信息。图 11-4 示波管结构 扫描发生器 为了显示某一待测信号，如图 11-5（a）所示的 正弦波电压 uy Vmsin t波形，仅仅把 uy 加在偏转板上， 荧光屏上 只能看到亮点在作上下方向的正弦运动。 当频率较快时， 看起来是一当 Y 偏转板上不加电压，而给 X 偏转板上加如图 11-7（a）所示的锯齿波电压 uz kt ,（0tT）,T 是周期，则在荧光屏上看到亮点在每个 周期内有一次沿 X 方向的

9、匀速运动（正程） ，再立即返回原来的起点 位置。接着又开始下一周期的重复运动。这样的周期过程叫“扫描” 这时荧光屏上看到一条水平亮线，如图 11-7（b）所示。示波器中的 扫描发生器的设置，就是为了产生可调的稳定的锯齿波电压。 同步电路 由以上分析可以看出，只有在每个扫描周期内， 亮点都重复跟踪同一条正弦曲线， 图形看起来才稳定， 这就要求每次 扫描起点的相位应等于前次扫描终点的相位， 或简单地讲， 要求扫描 电压周期 Tx 为被测电压周期 T y 的 n倍（n=1、2、3、4.），同步 电路就是为了实现以上目的而设计的。 水平轴线与垂直轴放大器 由于电子束线对偏转电压的响 应有一定的灵敏度。

10、偏转电压过大，电子束线会偏到显示屏外；偏转 电压过小，一不能同步，二在荧光屏上显示一条横线， 失去示波功能。 因此，为了观察电压幅度不同的电信号波形， 示波器在 Y 偏转板和 X 偏转板的两个信号输入电路中， 都设置有分压器和放大器。 分压器由 电阻器组成， 技术上常称为衰减器； 放大器是由晶体管或电子管组成 的连续可调的放大电路，技术上常称为增幅（或增益）器。 电源供给系统确保示波器各部件正常工作所需的各种电压。2、示波器的基本使用方法示波器能够正确地显示各种波形的特征， 因而可用来监视各种信 号及跟踪其变化规律。 利用示波器还可将待测的波形与已知的波形进 行比较，粗略地测量波形的幅度、频率

11、、相位等各种参量。 观察波形 将待测信号接到 Y 轴输入，调节各有关旋钮就 能出现完整稳定的波形。 测量电压 包括直流电压、 交流电压的测量， 都是采用比较 的方法。 即用已知电压幅度波形将示波器的垂直方向分度， 然后将信 号电压输入，进行比较，如图 11-8 所示。图中的方波幅度假定为 10V ，占据了四个分度，因此第分度表示 2.5V 即 2.5V div -1。如果待测的正弦波其峰 -峰值 （ UP-P）为 2.0div ，则峰 -峰电压 UP-P= 5.0V，所以其有效值按公式 （U 0.71 2U P P） 就可以计算出来。如果将待测信号衰减至1/10，显然 UP-P值只有 0.5V

12、，测量精度降图 11-8 幅度比较低了；如果放大至 10 倍就不可能量到它的 峰-峰值。如果待测信号较大，衰减至 1/10 后，显示的波形还占了三 个分度，则待测信号的峰 -峰值UP-P=2.5V/div103.0div=75V 测量频率或周期 用示波器测量频率或周期必须知道 X 轴的扫 描速率，即 X 方向每分度相当于多少秒或者微秒。假定图 11-8 所示 的 X 扫描速率为 10msdiv-1,则方波的周期 2.0div 相当于 20ms，而 正弦波的周期为-14.0div 10msdiv =10ms因此频率 f 1 25Hz 就可以计算出来。40ms因为稳定的标准频率容易得到， 示波器判

13、别合成的波形 （利萨如 图形）非常直观、灵敏和准确，所以测频率时都要用到它，在复杂信 号的频谱分析中也要用到它。测量线路如图 11-9 所示，图中待测频 率 fY接在 Y 输入端，已知频率 f x的信号作为标准正弦信号接在 X 轴 输入端，“X 轴衰减”可拨在“ 1”或“ 10”位置，如果出现图 11-10 所示的波形，则 fY nfx， fY fx、 fY 1 fx、 fY 1 fx。从利Y 2 x Y 3 x 萨如图形在 X 轴和 Y 轴上的切点数， 可知比值 fY / fx 一般计算公式为 fY 与 X轴切点数Y（ 11-1）fx 与 Y轴切点数注意：由于两种信号的频率不会非常稳定和严格

14、相等。 因此得到 的利萨如图形不很稳定， 经常会出现上下左右来回的或定向地滚动现 象。fxXYfY图 11-9 利萨如图形的观察/(o) 0 45 90 135 180图 11-10 几种相位和频比的利萨如图形 测量两个正弦信号的相位差 根据利萨如图形可以计算出相位差，如图 11-11 所示的图形。 令 y asin t（11-2）x bsin（ t ）（11-3）则 y 与 x 的相位差为 。假定波形在 X 轴上的 P 点y asin t =0因而 t 0所以x0 bsin（ t ） bsin则arcsin xb0 和 arcsin x0（ 11-4）实验内容与步骤 一、观察电信号波形1、实

15、验内容： 通过示波器观察由函数信号发生器送出的频率为 200HZ、2KH Z、 20KHZ、200KHZ，幅度为 2.0Vp-p 的正弦波、方波及锯齿波。并记录 在 20KHZ 时的正弦波、方波及锯齿波的波形。2、实验步骤：（1）接通电源，开机预热 2 分钟；（2）把辉度旋钮调节到合适的位置后， 旋转聚焦旋钮使光点最清晰； （ 3）把函数信号发生器输出端与示波器 Y 轴通过探头联接在一起； （4）打开函数信号发生器的电源，分别送出不同频率的正弦波、方 波、锯齿波，通过调整示波器的幅度旋钮（ VOLTS/DIV ）和扫描时 间旋钮（ TIME/DIV ），使示波器上出现稳定的波形，进行观察并记录 波形；二、观察利萨如图形 1、实验内容：在示波器 Y 轴中送入 50HZ 正弦波（由函数信号发生器背板上的 输出端提供），在 X 轴中送入 50HZ、 100HZ、150HZ 幅度为 0.7Vp-p 正弦波（由函数信号发生器提供） ，观察此时在示波器上的图形并记 录。2、实验步骤：（ 1）用连线把信号发生器背板上的 0.5V 正弦波与示波器的 Y 轴连 接起来。并在示波器上调出稳定的正弦波图形。（ 2）用连线把信号发生器输出端与示波器的 X 轴连接起来。（3）把示波器的“触发方式”选择开关置“外接”位置。（ 4）在信号发生器中分别调出 0.5Vp-p50HZ