实验六、示波器的调整和使用

1、实验六、示波器的调整和使用示波器是一种用来检测观察信号的常用仪器，其规格和型号很多，但主要组成部分基本相同。可将信号衰减或放大，可观测信号的波形，测量电压和频率等。预习要点1、示波器的主要结构和显示波形的基本原理2、示波器的校准和测量3、什么是李萨如图形？一、实验目的1了解示波器的主要结构和显示波形的基本原理。2学会使用信号发生器。3学会正确使用示波器观察波形以及测量电压、周期和频率。二、实验原理示波器是一种能观察各种电信号波形并可测量其电压、频率等的电子测量仪器。示波器还能对一些能转化成电信号的非电量进行观测，因而它还是一种应用非常广泛的、通用的电子显示器。1示波器的基本结构示波器的型号很多

2、，但其基本结构类似。示波器主要是由示波管、X轴与Y轴衰减器和放大器、锯齿波发生器、整步电路、和电源等几步分组成。其框图如图1所示。(1) 示波管 示波管由电子枪、偏转板、显示屏组成。 电子枪：由灯丝H、阴极K、控制栅极G、第一阳极A1、第二阳极A2组成。灯丝通电发热，使阴极受热后发射大量电子并经栅极孔出射。这束发散的电子经圆筒状的第一阳极A1和第二阳极A2所产生的电场加速后会聚于荧光屏上一点，称为聚焦。A1与K之间的电压通常为几百伏特，可用电位器W2调节，A1与K之间的电压除有加速电子的作用外，主要是达到聚焦电子的目的，所以A1称为聚焦阳极。W2即为示波器面板上的聚焦旋钮。A2与K之间的电压为

3、1千多伏以上，可通过电位器W3调节，A2与K之间的电压除了有聚焦电子的作用外，主要是达到加速电子的作用，因其对电子的加速作用比A1大得多，故称A2为加速阳极。在有的示波器面板上设有W3，并称其为辅助聚焦旋钮。图1在栅极G与阴极K之间加了一负电压即UKUG ，调节电位器W1可改变它们之间的电势差。如果G、K间的负电压的绝对值越小，通过G的电子就越多，电子束打到荧光屏上的光点就越亮，调节W1可调节光点的亮度。W1在示波器面板上为“辉度”旋钮。偏转板：水平(X轴)偏转板由D1、D2组成，垂直(Y轴)偏转板由D3、D4组成。偏转板加上电压后可改变电子束的运动方向，从而可改变电子束在荧光屏上产生的亮点的

4、位置。电子束偏转的距离与偏转板两极板间的电势差成正比。显示屏（荧光屏）：显示屏是在示波器底部玻璃内涂上一层荧光物质，高速电子打在上面就会发荧光，单位时间打在上面的电子越多，电子的速度越大光点的辉度就越大。荧光屏上的发光能持续的时间称为余辉时间。按余辉的长短，示波器分为长、中、短余辉三种。(2) X轴与Y轴衰减器和放大器示波管偏转板的灵敏度较低(约为0.11mm/V)，当输入信号电压不大时，荧光屏上的光点偏移很小而无法观测。因而要对信号电压放大后再加到偏转板上，为此在示波器中设置了X轴与Y轴放大器。当输入信号电压很大时，放大器无法正常工作，使输入信号发生畸变，甚至使仪器损坏，因此在放大器前级设置

5、有衰减器。X轴与Y轴衰减器和放大器配合使用，以满足对各种信号观测的要求，即是示波器面板上的灵敏度调节旋钮。(3) 锯齿波发生器图2锯齿波发生器能在示波器本机内产生一种随时间变化类似于锯齿状、频率调节范围很宽的电压波形，称为锯齿波，作为X轴偏转板的扫描电压。锯齿波频率的调节可由示波器面板上的扫描时间选择旋钮控制。锯齿波电压较低，必须经X轴放大器放大后，再加到X轴偏转板上，使电子束产生水平扫描，即使显示屏上的水平坐标变成时间坐标，来展开Y轴输入的待测信号。2示波器的示波原理图30示波器能使一个随时间变化的电压波形显示在荧光屏上，是靠两对偏转板对电子束的控制作用来实现的。如图2a 所示，Y轴不加电压

6、时，X轴加一由本机产生的锯齿波电压ux ，ux=0时电子在E的作用下偏至a点，随着ux 线性增大，电子向b偏转，经一周期时间TX ，ux达到最大值uxm， 电子偏至b点。下一周期，电子将重复上述扫描，就会在荧光屏上形成一水平扫描线ab。如图2b所示，Y轴加一正弦信号uy ，X轴不加锯齿波信号，则电子束产生的光点只作上下方向上的振动，电压频率较高时则形成一条竖直的亮线cd。如图3所示，Y轴加一正弦电压uy ，X轴加上锯齿波电压ux ，且fx=fy ， 这时光点的运动轨迹是X轴和Y轴运动的合成。最终在荧光屏上显示出一完整周期的uy波形。 整步从上述分析中可知，要在荧光屏上呈现稳定的电压波形，待测信

7、号的频率f y必须与扫描信号频率fx相等或是其整数倍，即fy=nfx(或Tx= nTy)，只有满足这样的条件时，扫描轨迹才是重合的，故形成稳定的波形。通过改变示波器上的扫描频率旋钮，可以改变扫描频率fX ，使fy=nfx条件满足。但由于fx的频率受到电路噪声的干扰而不稳定，fy=nfx的关系常被破坏，这就要用整步(或称同步)的办法来解决。即从外面引入一频率稳定的信号(外整步)或者把待测信号(内整步)加到锯齿波发生器上，使其受到自动控制来保持fy=nfx的关系，从而使荧光屏上获得稳定的待测信号波形。三、实验仪器双轨迹示波器； 信号发生器；示波器探极前面板说明CRT 显示屏INTEN:轨迹及光点亮

8、度控制钮FOCUS:轨迹聚焦调整钮TRACE ROTATION:使水平轨迹与刻度线成平行的调整钮POWER:电源主开关压下此钮可接通电源电源指示灯会发亮再按一次开关凸起时则切断电源。FILTER:滤光镜片可使波形易于观察。VERTICAL垂直偏向VOLTS/DIV:垂直衰减选择钮以此钮选择CH1及CH2的输入信号衰减幅度范围为5mV/DIV5V/DIV(1 “DIV”为1cm)共10檔。AC-GND-DC:输入信号耦合选择按键组AC:垂直输入信号电容耦合，截止直流或极低频信号输入。GND:按下此键则隔离信号输入，并将垂直衰减器输入端接地，使之产生一个零电压参考信号。DC:垂直输入信号直流耦合，

9、AC与DC信号一齐输入放大器。CH1(X)输入:CH1的垂直输入端在X-Y模式中为X轴的信号输入端。 VARIABLE:灵敏度微调控制至少可调到显示值的1/2.5。在CAL位置时灵敏度即为档位显示值。当此旋钮拉出时(×5 MAG 状态) 垂直放大器灵敏度增加5倍。CH2(Y)输入 :CH2的垂直输入端在X-Y模式中为Y轴的信号输入端。vPOSITION:轨迹及光点的垂直位置调整钮VERT MODE:CH1及CH2选择垂直操作模式CH1:设定本示波器以CH1单一频道方式工作。CH2:设定本示波器以CH2单一频道方式工作。DUAL:设定本示波器以CH1及CH2双频道方式工作此时并可切换A

10、LT/CHOP模式来显示两轨迹。ADD:用以显示CH1及CH2的相加信号当CH2 INV键为压下状态时即可显示CH1及CH2的相减信号。CH1&CH2 DC BAL.:调整垂直直流平衡点详细调整部骤请参照4-11 DC BAL的调整。ALT/CHOP:当在双轨迹模式下放开此键则CH1&CH2以交替方式显示。(一般使用于较快速之水平扫描文件位) 当在双轨迹模式下按下此键则CH1&CH2以切割方式显示。(一般使用于较慢速之水平扫描文件位)CH2 INV:此键按下时CH2的讯号将会被反向。CH2输入讯号于ADD模式时CH2触发截选讯号( Trigger Signal Pick

11、off )亦会被反向。TRIGGER触发SLOPE:触发斜率选择键+: 凸起时为正斜率触发当信号正向通过触发准位时进行触发。-: 压下时为负斜率触发当信号负向通过触发准位时进行触发。EXT TRIG. IN:TRIG. IN输入端子可输入外部触发信号。欲用此端子时须先将SOURCE选择器置于EXT位置。TRIG. ALT:触发源交替设定键当VERT MODE选择器在DUAL或ADD位置且SOURCE选择器置于CH1或CH2位置时按下此键本仪器即会自动设定CH1与CH2的输入信号以交替方式轮流作为内部触发信号源。SOURCE:内部触发源信号及外部EXT TRIG. IN输入信号选择器。CH1:当

12、VERT MODE选择器在DUAL或ADD位置时以CH1输入端的信号作为内部触发源。CH2:当VERT MODE选择器在DUAL或ADD位置时以CH2输入端的信号作为内部触发源。LINE:将AC电源线频率作为触发信号。EXT:将TRIG. IN端子输入的信号作为外部触发信号源。TRIGGER MODE:触发模式选择开关AUTO: 当没有触发信号或触发信号的频率小于25Hz时扫描会自动产生。NORM: 当没有触发信号时扫描将处于预备状态屏幕上不会显示任何轨迹。本功能主要用于观察£25Hz之信号。TV-V: 用于观测电视讯号之垂直画面讯号。TV-H: 用于观测电视讯号之水平画面讯号。LE

13、VEL:触发准位调整钮旋转此钮以同步波形并设定该波形的起始点。将旋钮向 “+”方向旋转触发准位会向上移；将旋钮向 “-” 方向旋转，则触发准位向下移。水平偏向TIME/DIV:扫描时间选择钮扫描范围从0.2µS/DIV到0.5µS/DIV(1 “DIV”为1cm)共20个档位。X-Y:设定为X-Y模式。SWP. VAR:扫描时间的可变控制旋钮若按下SWP. UNCAL键并旋转此控制钮扫描时间可延长至少为指示数值的2.5倍该键若未压下时则指示数值将被校准。´10 MAG:水平放大键按下此键可将扫描放大10倍。3POSITION4:轨迹及光点的水平位置调整钮其它功能

14、CAL(2Vp-p):此端子会输出一个2Vp-p, 1kHz的方波, 用以校正测试棒及检查垂直偏向的灵敏度。GND:本示波器接地端子实验注意事项1、双通道示波器使用说明书和函数信号发生器使用说明书在实验桌上，但不得拿走；2、不要频繁开关机，示波器上光点的亮度不可调得太强，也不能让亮点长时间停在荧光屏的一点上，如果暂时不用，把辉度降到最低即可。3、动旋钮和按键时必是有的放矢，不要将开关和旋钮强行旋转、死拉硬拧，以免损坏按键、旋钮和示波器，电缆与插座的配合方式类似于挂口灯泡与灯座的配合方式，切忌生拉硬拽。4、示波器的标尺刻度盘与荧光屏不在同一平面上，之间有一定距离，读数时要尽量减小视差，即眼睛垂视

15、屏幕。四、实验步骤 (按instek公司生产的GOS-620型20MHz双轨迹示波器进行叙述)(1)测量前的调节接通电源开关，预热。仔细阅读使用说明书的第4页“使用方法”并按照第8页设定示波器各旋钮旋和按钮。调节INTEN “辉度”使扫描线亮度适中，过亮容易缩短示波器的使用寿命; 调节“聚焦”使扫描线清晰; 调节X轴与Y轴位移使扫描线位置居中。遵照说明书在显示屏调出一个方波。然后按说明书练习单一通道和双通道的基本操作方法。(2)对示波器的校正利用“CAL”(校正)和CH1X的“VOLTS/DIV”(垂直衰减选择钮，即灵敏度选择)及“TIME/DIV”(扫描时间旋钮，即“时基”)对示波器的X轴(

16、时间)和Y轴(电压)方向的测量精确度进行校正。 使显示屏上显示一列方波，测量其电压峰-峰值， 即波顶到波底的垂直距离与Y轴灵敏度旋钮档位的乘积; 再测量其频率，即显示屏上一个周期的宽度与扫描时间的乘积的倒数。与“CAL”上给出的标准校正值2V p-p(电压峰-峰值为2V)、1kHz(频率为1kHz)进行比较。如有误差，应进行调整。但校正后应锁定CH1X的“VAR”(灵敏度微调)，在以后的参数测量过程中不再改变，以免影响测量精确性。改变“扫描时间”与CH1X的“VOLTS/DIV”的档位，共测量三组数据，并描下一个完整周期的图形。例如在CH1X的“VOLTS/DIV”档位为0.5V/cm而“TI

17、ME/DIV”的档位为0.5ms/cm的条件下，测出一个方波电压的波顶到波底的垂直距离为4cm，一个周期宽度为2cm，则 峰-峰电压=4cm×0.5V/cm=2V，而周期为 T=2cm×0.5ms/cm=1sm=1×103s，于是频率为 f=1/T=1kHz。(3)测量正弦交流电压利用CH2Y的“VOLTS/DIV”(垂直衰减选择钮，即灵敏度选择)和“TIME/DIV”测量由Y轴输入的正弦交流电的电压。把“SOURCE”(触发源选择)和“MODE”(操作模式选择)拨到CH2; 从函数信号发生器的“电压输出”把一个正弦电压信号引入CH2。调出稳定的正弦波形。测量由信

18、号发生器输入到Y轴的正弦电压信号的电压值，调节“VOLTS/DIV”，使图形尽可能占满屏幕，记录Y轴灵敏度档位及峰-峰高度，算出峰-峰值及其有效值。改变低频信号发生器输出电压，共测三个不同数量级的电压信号（如10V、1V、100mV）。例如，测量某正弦交流电压时，峰-峰垂直距离为A(cm)，Y轴灵敏度旋在B(V/cm)处，则正弦交流电压的峰-峰值Up-p=AB(V)，有效值（V）。(4)测量周期信号的周期与频率利用CH2Y的“VOLTS/DIV”(灵敏度调节旋钮)和“TIME/DIV”测量由Y轴输入的正弦电压的周期和频率。把“SOURCE”(触发源选择)和“MODE”(操作模式选择)拨到CH2

19、; 把 函数信号发生器的“电压输出”的正弦电压信号引入CH2。调节信号发生器的频率分别为1k、10k和100kHz，调出稳定的正弦波形，调节“TIME/DIV”至适当档位（使屏幕上出现的完整的n个波形尽可能的占满全屏）。记下相应的“TIME/DIV”档位，并测出n个波的波长，算出其周期和频率。fx / fy2/1 fx / fy3/1例如n个周期长度为x(cm)，而“TIME/DIV”档位为p(ms/cm)，则周期T=xp/n(ms)，频率 f=1/T。(5)观察李萨如图形当X轴和Y轴分别输入正弦波，若两正弦波的频率比fx / fy为整数比时，这两个波的叠加将是一系列稳定的特殊的封闭曲线图形。该整数比也即是图形Y方向切点数和X方向切点数之比，即：fx / fy=ny /nx, 如图是相位差为/2时，fx / fy分别为2/1和3/1的图形。若fy为未知频率，利用该关系，可测出未知频率。利用SP1641B型函数信号发生器的点频输出(100Hz正弦波)和50欧输出接到示波器的CH1X及CH2Y观察李萨如图形。从SP1641B型函数信号发生器的点频输出端把一个频率为fx=100Hz的正弦电压信号引入X轴(即CH1X)，从它的50欧输出端把另一个正弦电压信号fy引入Y轴(即CH2Y)。将“TIME/DIV”旋至“X-Y”档位。调节fy的频率分别约为50、100、