实验12示波器的使用

1、大学物理实验教案实验名称：示波器的使用1 实验目的（1）了解示波器的结构和工作原理，初步掌握示波器的使用方法。（2）观察正弦波和李萨如图形，测量电信号频率值。2 实验仪器 阴极射线示波器 （ST16B） 、低频信号发生器（ DF1027B）、电信号源 （频率取 1KHZ 或 1.2KHZ） 。3 实验原理示波器是一种能把随时间变化的电压用图象显示出来的电子测量仪器，利用它可展现交流电压随时间变化的波形，可以测量频率、相位、幅度等。利用换能器，还可以将非电学 量转换成电学量进行测量。示波器主要由示波管、 Y 轴偏转系统、 X轴偏转系统、显示系统、扫描与同步电路、 电源等几大部分组成。 理论和实践

2、证明示波管荧光屏上光点偏离中心的距 离与示波管偏转板上所加电压的大小成正比，如垂直偏转板上加电压U y ，光点偏离中心的距离为 Y ，则：Y AyU y1）AAy 称为垂直偏转板的偏转灵敏度，表示每伏电压所引起光点偏离屏中心的距离。对于一般示波器 Ay =0.1 1.0mm/v（示波器 ST16B输入灵敏度： 0.5Vp-p/div ）。若已知 Ay，从荧光屏上量出光点偏离中心距离值 Y ，即可求得值 U y。1）波形形成原理假如 Y 偏转板加上随时间作正弦变化的电压 电压 , 此时荧光屏上观察到光点只沿 Y轴方向移动Uy U0sin t，X 轴偏转板没有加任何, 移动的距离正比于 U y ,

3、 按正弦变化 , 我们可在荧光屏上看到一条 Y 轴方向的线段。为了观察正弦电压的波形， Y 偏转板上加正弦电压的同时 , 必须在 X 轴偏转板上加与时 间成正比的电压 （ Ux Kt ）, 光点将沿 X 轴方向拉开 , 荧光屏光点的横向偏离大小与时间成 正比,常称此为时间基线 .这样在 Y轴偏转板加上任意时间变化的电压就可在X方向（时基线）展现出其随时间变化的波形。为了重复观察波形，要求“ X”偏转板的电压从零开始随时间成正比增长到一定值后,突然变为零 , 然后再重复前过程 . 在这种锯齿波电压作用下光点在水平轴上由左端移动到右 端的现象称为扫描 , 锯齿波电压称为扫描电压 , 它是由示波器内

4、的扫描发生器产生的, 扫描发TIME/DIV 钮调节。（扫描生器包括扫描闸门、受控恒流源及释抑电路等组成。扫描时间由电压也可以由机外的扫描发生器产生的脉冲电压提供）为了使荧光屏上的图形稳定， 要求周期性反复扫描， 而且每次扫描图形要和上次扫描图 形相吻合，这就要求扫描电压起点始终和被观察信号每周期的某一确定点（时刻）相对应， 这种扫描电压与被观察信号电压的时间关系称为同步。为了实现“同步”，在扫描电压发生 器上加一定的同步触发信号， 迫使其同步。 同步信号源有三种： 直接取被观察信号的一部分 （示波器内部完成） 称为“内同步” ；第二种同步信号是从示波器以外获得， 同步信号从 “ X” 外接端

5、口输入。这种方法称“外同步”；第三种示波器电源获得称电源同步。一般情况采用 内同步，触发方式选“自动 auto ”。2）李萨如图形和电信号频率的测定两个同频的正弦电压分别加在水平（此时，扫描发生器无效）和垂直偏转板上，在屏上word 文档 可自由复制编辑形成的波形形状随两个信号的振幅和相位 不同而异， 如下图所示， 这种图形称为李萨如 图形。如果 X、Y 偏转板上同时加上不同频率的两个正弦信号，其频率之比为整数比时，如2）式所示，则在屏上也会显示出复杂而稳定的李萨如图形。fyfxfyfxfyfxfyfxfx表示加在“ x”偏转板上的信号 Ux的频率， fy 表示加在“ y”偏转板上的信号 Uy

6、的 频率， m、 n为整数。实验上可以通过观察李萨如图形来测量某个信号的频率或两个信号之间的相位之差。 如 用李萨如图形测频率时， 在图形外周引水平和垂直切线， 而水平、 垂直线与图形切点的数目 分别为 m和 n，如果 fy （或 fx ）的值已知，又从图形中得出 m、n 值，那另一信号的未知 fx （或 fy ）就可求得。4 教学内容（ 1 ）观察扫描线（即时基线） 开机后，电源指示灯亮，一般屏上将出现亮点或亮线，若无亮点或亮线出现，先把 “辉度”旋钮旋大一些， “ X轴位移”和“ Y 轴位移”旋钮调在中间， Y 轴耦合方式开关 拨到 “”接地 ,Y 信号对地短接。触发方式开关置“自动”，光

7、屏上应有亮线。把亮 线调在屏上中央，再调“聚焦”旋钮，使屏幕亮线最细。（2）观察和描绘信号源电压波形1）用示波器 10：1 衰减或 BNC（不带衰减器 ） 探极旋入仪器 Y 轴输入插座。2）Y 轴耦合方式开关应置 AC或 DC档。3）根据输入信号的大小，选择“ Y 轴衰减 VOLTS/DIV”和调节“ Y轴增益”使屏幕上 显示的信号图形大小适中。 （以 Y轴方向上下各 3格，共 6格较适宜 ）4）触发方式：选择“自动”档。5）触发源：选择“内触发”。6）探极接到被测电信号源，调节示波器各旋钮，使屏幕显示周期数为3 的稳定正弦波形，设计表格并把波形描绘下来。（3）观察低频信号发生器输出波形1）把

8、信号发生器的输出电压接到示波器的Y输入端，输出电压调到 1 伏。2）选择适当的 Y 衰减数值并调节增益微调选钮使屏幕上波形幅度适中。3）信号发生器输出频率分别调到 60Hz、700Hz、5KHz，选择适当的扫描时间 TIME/DIV 档，调节扫描时间微调使屏幕上出现周期数为3 的稳定波形。设计表格并记录波形图，记下各波形对应扫描时间 TIME/DIV 档。（ 4）观察李萨如图形及测量电信号频率1）“ Y轴输入”接电信号源。2）“ X轴输入”接低频发生器的电压输出（不能接同步输出）。注意探极衰减开关。（可置 20dB 档）3）选择低频信号发生器的“频率倍乘”按键；调节“频率调节”旋钮；调节频率

9、微调电位器； 使荧光屏上能够出现如表 3 中的李萨如图形 （图形要稳定、 清晰）。 并设计表格分别记录低频信号发生器数字显示屏的频率值，作李萨如图形的水 平切线和垂直切线，记录水平切点数m和垂直切点数 n（m、 n 为自然数），求word 文档 可自由复制编辑出其所对应的电信号频率大小。Fy m Fx （Hz）n4）计算 Fy和不确定度 , 写出 Fy结果表达式。5 实验教学组织及教学要求（ 1）教学组织1）检查学生预习实验报告， 同时给学生 5-10 分钟时间熟悉仪器， 对本实验有一定的感性 认识。2）讲解实验要点及注意事项，同时以提问的方式检查学生的预习情况，加深学生对实验原理的理解。3）

10、随时注意学生的实验操作过程，及时指导解决学生实验中出现的突发情况。4）检查每个学生的实验数据，记录实验情况。（2）教学要求1）了解示波器的结构和工作原理，初步掌握示波器的使用方法。2）学会观察正弦波和李萨如图形，并能利用李萨如图形测量电信号频率值。6 实验教学重点及难点1）重点： 示波器的结构和工作原理及使用方法。2）难点： 在示波器屏上调出较稳定的李萨如图形及测量电信号频率值。7 实验中容易出现的问题1） 开机后，示波器屏上无亮点或亮线。2） 荧光屏的亮点不可太强， 并且不可固定在荧光屏上一点过久， 以免烧坏荧光屏。3）示波器使用过程中，信号波形不稳定，图形大小不适中。4）低频信号发生器使用

11、不正确造成的波形不稳定。8 实验参考数据电压信号频率 f （HZ）波形图1000扫描时间 （TIME/DIV） 周期数1）观察和描绘未知信号电源电压波形1/22.0121.0061/33.0171.00612000.1ms 0.2ms3T2） 观察低频信号发生器输出波形低频信号频率 f （ HZ）波形图扫描时间 (TIME/DIV)周期数602ms、 5ms（有些不可）3T7000.2ms3T500020 s、 50s3T0.1ms 0.2ms3T3） 观察李萨如图形及测量电信号频率李萨如图形M/nFx(KHZ)Fy(KHZ)2/10.5031.0061/11.0061.006word 文档

12、可自由复制编辑注： 调李萨如图形以先调出椭圆，确定其频率，再调其它图形为好。4）测量电信号频率的数据处理及有关公式计算 Fy1及 Fy1的不确定度，写出 Fy1的结果表达式： （以 Fx=0.503KHZ为例）m根据公式 F y= n Fx求出 Fy1=1.006KHZm计算 Fy1 的不确定度 UFx1= 3 =0.0029 (m=示值× 1% =Fx1×1% =0.00503 )UFy1= n UFx1=0.0058U Fy 1 相对不确定度 EFy1= F y1 × 100%=0.58%F y1 的结果表达式 F y1 =Fy1 UFy1=（1.006 0.006）KHZ（ P= 0.683 ）EFy1= 0.6% 同理可计算出 Fy2 、 Fy3 、 Fy4 ，并写出结果表达式9 实验结果检查方法根据李萨如图形测量出的 Fy 值误差不超过 5HZ，一般不超过2HZ。10 课堂实验预习检查题目1） 示波器使用过程中，常发现信号波形不稳定，此时应如何调节？2） 观察电信号频率和李萨如图形时 , “触发方式”开关如何放置 ?在什么情况下 , 扫描 时间 TIME/DIV 、触发极性、触发源选择开关才起作用 ?3）随着被测量信号频率的升高，示波器扫描时间如何变化？扫描档级（速度档、单位 档）如何调节？若被测信号频率 f=10KHz，扫描档级应置何