示波器测量时间 - 学号PB07013077 姓名 朱业俊

1、 PAGE 11试验名称 :用示波器测量时间试验目的:本实验的目的是了解示波器的基本原理和结构，学习使用示波器观察波形和测量信号周期及其时间参数。实验原理示波器的基本结构示波器的的结构如如图3.2.22-1所所示，由由示波管管（又称称阴极射射线管）、放大大系统、衰减系系统、扫扫描和同同步系统统及电源源等部分分组成。示波管是是示波器器的基本本构件，它由电电子枪、偏转板板和荧光光屏三部部分组成成.电子子枪是示示波管的的核心部部分，它它由阴极极、栅极极和阳极极构成。阴极阴极的的射线源源：栅极辉度控控制：由由第一栅栅极G11（又称称控制级级）和第第二栅极极G2（又称称前加速速级）构构成，第一阳极极聚焦

2、焦：第二阳极极电子子的加速速：偏转板：由两对对相互垂垂直的金金属板构构成，在在两对金金属板上上分别加加以直流流电压，以控制制电子束束的位置置，适当当调节这这个电压压值可以以把光点点或波形形移到荧荧光屏的的中间部部位。荧光屏：荧光屏屏（P）上面涂涂有硅酸酸锌、钨钨酸镉、钨酸钙钙等磷光光物质，能在高高能电子子的轰击击下发光光。余辉辉使我们们能在屏屏上观察察到光点点的连续续轨迹。自阴极发发射的电电子束，经过第第一栅极极（G11）、第第二栅极极（G22）、第第一阳极极（A11）、第第二阳极极（A22）的加加速和聚聚焦后，形成一一个细电电子束。垂直偏偏转板（常称yy轴）及及水平偏偏转板（常称xx轴）所所

3、形成的的二维电电场，使使电子束束发生位位移，位位移的大大小，与与y偏转转板及xx偏转板板上所加加的电压压有关： ( 1) 式（1）中中的Syy和Dy为y轴轴偏转板板的偏转转灵敏度度和偏转转因数，Sx和Dx为x轴轴偏转板板的偏转转灵敏度度和偏转转因数。它们均均与偏转转板的参参数有关关，是示示波器的的主要技技术指标标之一。示波器显显示波形形的原理理由式（11），yy轴或xx轴的位位移与所所加电压压有关。如图33.2.2-33，在xx轴偏转转板上加加一个随随时间tt按一定定比例增增加的电电压Vxx，光点点从A点点向B点点移动。Vx周期性性变化（此种变变化称为为锯齿波波），并并且由于于发光物物质的特特

4、殊性使使光迹有有一定保保留时间间（由荧荧光屏的的发光物物质而定定），于于是就得得到一条条“扫描线线”，称为为时间基基线。如果在xx轴上加加有锯齿齿形扫描描电压的的同时，在y轴轴上加一一正弦变变化的电电压,则电子子束受到到水平电电场和垂垂直电场场的共同同作用而而呈现二二维图形形。很显显然，为为了得到到清晰稳稳定的波波形，上上述扫描描电压的的周期TTx（或频频率fxx）与被被测信号号的周期期Ty（或ffy）必须须满足，n=1,22, （22）以保证TTx轴的起起点始终终与y轴轴周期信信号固定定一点相相对应（称“同步”），波波形才稳稳定。否否则，波波形就不不稳定而而无法观观测。由于扫描描电压发发生器

5、的的扫描频频率fxx不会很很稳定。因此，要保证证式（22）始终终成立，示波器器需设置置扫描电电压同步步电路，即触发发电路.用x轴时时基测时时间参数数在实验中中或工程程技术上上都经常常用示波波器来测测量信号号的时间间参数，如信号号的周期期或频率率，信号号波形的的宽度、上升时时间或下下降时间间，信号号的占空空比（宽宽度/周周期）等等。x轴扫描描信号的的周期，实际上上是以时时基单位位（时间间/cmm或时间间/度）来标示示的，一一般的示示波管荧荧光屏直直径以110cmm的居多多，则式式（2）的Txx，由时时基（时时间/ccm）乘乘上100cm，如时基基为0.1mss/cmm，则扫扫描信号号的周期期为1

6、mms。为为此，在在实际测测量中，将式（2）改改成式（3）的的形式 （33）用李萨如如图形测测信号的的频率如果将不不同的信信号分别别输入到到y轴和和x轴的的输入端端，当两两个信号号的频率率满足一一定的关关系时，在荧光光屏上将将显示出出李萨如如图形，可用测测量李萨萨如图形形的相位位参数或或波形的的切点数数来测量量时间参参数。二个互相相垂直的的振动（有相同同的自变变量）的的合成李李萨如图图形。频率相同同而振幅幅和相位位不同时时，两正正交正弦弦电压的的合成图图形。设设此两正正弦电压压分别为为： （44）消去自变变时t，得到的的轨迹方方程为： （55）这是一个个椭圆方方程。当当两个正正交电压压的相位位

7、差取02的不同同值时，合成的的圆形如如图3.2.22-4所所示。两正交正正弦电压压的相位位差一定定，频率率比为一一个有理理数时，合成的的圆形是是一条稳稳定的闭闭合曲线线。图33.2.2-55是几种种频率比比时的图图形，频频率比与与图形的的切点数数之间有有下列关关系：试验记录录试验仪器器示波器 函数信信号发生生器用x轴的的时基测测信号的的时间参参数测量示波波器自备备方波输输出信号号的周期期（时基基分别为为0.11ms/cm，0.22ms/cm，0.55ms/cm）。输入频率率v=11KHzz 周期期T=11ms时基 mms/ccm0.10.20.5波形厘米米数 ccm10.005.02.011周

8、期 mms1.01.01.055相对误差差0.0%0.0%5% 结果果分析:用时基基0.11ms/cm测测得更准准确.因因为示波波器校准准用的时时基就是是0.11ms/cm.所以用用0.11ms/cm测测得的周周期更准准确.选择信号号发生器器的对称称方波接接y输入入（幅度度和y轴轴量程任任选），信号频频率为2200HHz22kHzz（每隔隔2000Hz测测量一次次），选选择示波波器合适适的时基基，测量量对应频频率的厘厘米数、周期和和频率（注明xx轴的时时基）。外接方波波频率 Hzz2004006008001K1.2KK1.4KK1.6KK1.8KK2.0KK时基 mms/ccm 0.50.50

9、.20.20.10.10.10.10.150波形厘米米数 ccm 10.115.08.46.310.008.37.26.25.610周期 mss5.0552.5001.6881.2661.0000.8330.7220.6220.5660.5测得频率率 HHz198400595794100001204413899161331786620000相对误差差 %1.0000.0000.8330.5000.0000.3330.7990.8110.7880.000由ORIIGINN软件,拟合直直线,求求得斜率率.显然然可以发发现,误误差的产产生可能能由以下下原因造造成:11信号发发生器产产生的信信号不准准

10、,2示示波器精精度不够够3试验验者读数数不能很很准确.由所求得得的斜率率K相当当接近11,可见见示波器器已经校校准.选择信号号发生器器的非对对称方波波接y轴轴，频率率分别为为2000Hz、5000Hz、1kHHz、22kHzz、5kkHz、10kkHz、20kkHz，测量各各频率时时的周期期和正波波的宽度度（或占占空比），外接非对对称方波波频率HHz2005001k2k5k10K20K时基 mms/ccm0.50.20.15020105周期波形形厘米数数 cmm10.0010.1110.0010.0010.0010.0010.00周期 mss5.02.0221.00.5000.2000.100

11、0.055正波波形形厘米数数cm3.03.23.23.23.23.23.2正波时间间 mms0.1550.6440.3220.1660.06640.03320.0116正波的宽宽度（或或占空比比）0.3000.3220.3220.3220.3220.3220.322测得的频频率 Hzz200495100002000050000100000200000测量频率率相对误误差 %0.0001.0000.0000.0000.0000.0000.000由ORIIGINN软件,拟合直直线,求求得斜率率,可见见.选择信号号发生器器的输出出为三角角波，频频率为5500HHz、11kHzz、1.5kHHz、测测

12、量各个个频率时时的上升升时间、下下降时间间及周期期。三角波频频率 Hz5001k1.5kk时基 mss/cmm 0.20.10.1上升波形形长 cmm4.84.83.4下降波形形长 cmm5.15,13.2总波形长长 ccm9.99.96.6上升时间间 mms0.9660.4880.344下降时间间 mms1.0220.5110.322周期 mss1.9880.9990.666测得的频频率 Hzz5051010015155观察李萨萨如图形形并测频频率用两台信信号发生生器（一一台为本本组专用用，一台台为公用用）分别别接y轴轴和x轴轴（x轴轴选择外外输入），取 时，测测出对应应的，画画有关图图形并

13、求求公用信信号发生生器的频频率。试验一输入信号号测量值得得李萨如图图形示波器显显示图形形 试试验者手手画图形形试验二输入信号号 测量值李萨如图图形 试试验者手手画图形形试验三输入信号号 测量值值 李李萨如图图形 试试验者手手画图形形试验四输入信号号测量值李萨如图图形 试验验者手画画图形试验五输入信号号=测量值李萨如图图形 试试验者手手画图形形思考题用示波器器测频率率有何有有优缺点点？答:优点点:1观观图直观观;2直直接显示示出信号号随时间间的变化化;3可可以将许许多其他他信号转转化为电电信号(如电感感,电容容),从从而在示示波器屏屏幕上显显示出来来,得以以测量. 缺缺点:11图线有有一定宽宽度

14、,导导致读数数不准;2受电电压影响响很大,环境中中”噪音”信号对对结果影影响很大大;3屏屏幕的读读数精确确度不高高.在本实验验中，观观察李萨萨如图形形时，为为什么得得不到稳稳定的图图形？答: 若要得得到稳定定的图形形,则要要求参与与合成的的信号相相位差一一定,.首先,由于信信号发生生器不能能产生频频率稳定定的信号号,另外外,两列列频率不不同的正正交正旋旋波的相相位差不不可能一一直相等等.由于于李萨如如图形的的输入信信号由信信号发生生器产生生,而信信号发生生器制造造的波是是变化,不稳定定的,并并且两台台发生器器的变化化不一定定是同步步的,所所以得不不到稳定定的图形形.若要要观察到到稳定的的李萨如

15、如图形,则还要要要求两两列波的的频率比比为有理理数,这这在试验验室中,也是很很难准确确实现的的.假定在示示波器的的y轴输输入一个个正弦电电压，所所用的水水平扫描描频率为为1200Hz，在荧光光屏上出出现三个个稳定完完整的正正弦波形形，那么么输入信信号的频频率是多多少？这这是否是是测量信信号频率率的好方方法？为为什么？答:有的时候候这是测测量信号号的好方方法，因因为调整整波形的的竖直位位移,使使波的波波峰与一一条水平平线相切切,就可可以很准准确地判判断波峰峰,即可可以较精精确地判判断波的的个数.调整扫扫描频率率,使显显示器上上正好显显示整数数个波形形n,就就可以根根据波的的个数,设此时时扫描频频率为ff,则被被测信号号的频率率为nff.（这这是扫描描频率可可以调整整的情况况）；若若水平扫扫描频率率是固定