实验十二-电子示波器的使用 - 副本

PAGE华南农业大学实验报告专业班次11农学班题目电子示波器的使用姓名梁志雄【实验目的】1．了解示波器的主要结构和基本工作原理。2．学会使用示波器和信号发生器。3．学会用示波器观察信号波形。4．学会用示波器观察李萨如图形并测量市电的频率。【实验器材】示波器、函数信号发生器、小变压器等。【实验原理】示波器的规格和型号很多，但不管哪种示波器都由图4-6-1所示的几个基本组成部分：示波管、竖直放大器（Y轴放大器）、水平放大器（X轴放大器）、扫描发生器、触发同步和直流电源等部分。图4-6-1示波器结构框图图4-6-1示波器结构框图图4-6-2图4-6-2示波管1．电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成，阴极是一个表面涂有氧化层的金属圆筒，灯丝通电加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面，它的电位比阴极稍低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔，然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“亮度”调整旋钮，就是通过调节栅极电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变屏上光斑的亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，所以第一阳极也称聚焦阳极，第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚焦”调节旋钮，就是调节第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚焦”，实际是调节第二阳极电位。2．偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，称为Y偏转板；一对水平偏转板，称为X偏转板。在偏转板上加上适当电压，当电子束通过时运动方向将发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。图4-6-3示波器显示正弦波形原理图3．荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测量光点位置用，在性能较好的示波管中，通常将刻度线直接刻在屏玻璃内表面上，使其与荧光粉紧贴在一起，以消除视差，使光点位置的测量更准确。图4-6-3示波器显示正弦波形原理图二、示波器显示波形的原理1．扫描作用:如果只在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，则电子束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运动，如果电压频率较高，则看到的将是一条竖直亮线。要显示出波形，必须同时在水平偏转板上加一个扫描电压，使电子束的亮点同时沿着水平方向拉开。这种扫描电压的特点是电压随时间成线性关系增加到最大值，然后突然回到最小，此后再重复地变化。扫描电压随时间变化的关系曲线形同“锯齿”，故称“锯齿波电压”。在竖直偏转板上加正弦电压，同时在水平偏转板上加锯齿波电压，电子同时受竖直、水平两个方向的力的作用，则电子的运动为两相互垂直的运动的合成。当锯齿波电压与正弦电压变化周期相等时，在荧光屏上将能显示出一个完整的正弦电压的波形图（随着时间的推移,X和Y信号同步周期性地出现），如图4-6-3所示。2．同步作用要在示波器荧屏上获得稳定的波形，被测信号的频率必须为扫描电压（锯齿波）频率的整数（）倍，即有（4-6-1）如果被测信号与锯齿波两者频率不满足上述整倍数的关系，每次扫描显示的图形就不能重合，结果荧光屏上呈现向左或向右移动的波形，这样就难以对信号进行观察和测量。电源电压不稳定或其他原因，都会引起被测信号和扫描信号频率的变化，所以必须设法使两者频率自动保持整数比，为此，可利用被测信号电压或与此有关的电压，去强迫控制锯齿波的频率，使之与被测信号频率保持整数比，这就是同步（或称为整步），用来控制锯齿波频率的信号则称为同步信号。三、李萨如图形如果X、Y偏转板上加的电信号都是正弦波，当和之比为整数比时，电子束受到它们的合作用，光点将会描绘出特定的图形——李萨如图形,如图4-6-4所示。图4-6-5不同频率的李萨如图形图4-6-4李萨如图形图4-6-5不同频率的李萨如图形图4-6-4李萨如图形图4-6-5给出了几种不同频率的李萨如图形。可以证明X、Y方向上正弦波的频率与李萨如图形在X、Y方向的切点数、有如下关系（4-6-2）根据已知频率可以利用李萨如图形求出未知频率。【实验内容】1.打开示波器电源开关，预热2－3分钟。2.将扫描开关逆时针方向旋至X-Y位置，扫描方式置于“自动”。“CH1”、“CH2”通道“接地”。此时荧光屏上看到一个亮点，这是由阴极发射出来的一束电子经聚焦、加速到达荧光屏。调节“辉度”、“聚焦”“”、“”，使亮点亮度适中且处于居中位置。3.将扫描开关顺时针方向调节（扫描功能打开）。荧光屏上的亮点开始移动，调节扫描速率，直至观察到一条水平线。然后关闭扫描开关，即扫描开关逆时针方向旋至X-Y。4.打开信号源开关，按下“100”和“～”，调节频率使之在50Hz左右。将“CH1”的接地弹起，将“方式”的“CH5.同上步骤观察“CH2”通道的正弦波形，记录两相邻波峰或波谷间距，计算“CH2”通道输入正弦波周期及频率6.在CH1通道和CH2通道均为正弦波时，将扫描开关逆时针方向旋至X-Y位置，此时荧光屏上出现一个变化的封闭的李萨如图形。将“CH2”通道的信号为未知，频率大约50Hz左右，保持不变。调整“CH1”输入信号的频率fx，至封闭图形稳定或缓慢变化。7.记录不同李萨如图形“X”、“Y”方向的切点数、“CH1”通道的输入信号频率fx8.根据计算。9.将“CH1”10.记录“CH2”通道的灵敏度选择开关的读数（此时要求关掉“CH211.从荧光屏上直接读出该竖线的长度M。计算出交流信号的峰峰值和有效值。【数据处理】格×＿s/格；表4-6-1用李萨如图形测频率nx∶ny2∶11∶12∶31∶21∶3/Hz李萨如图形/Hz/Hz格×＿VOLTS/格；。图4-6-6图4-6-6YB43020/YB43020B前面板控制件位置图1．认真阅读有关仪器的介绍，掌握所使用的示波器、信号发生器面板上各旋钮的作用后再进行操作。2．为了保护荧光屏不被灼伤，使用示波器时，光点亮度不能太强，而且也不能让光点长时间停在荧光屏的一个位置上。在实验过程中，如果短时间不使用示波器，可将“辉度”旋钮调到最小，不要经常通断示波器的电源，以免缩短示波管的使用寿命。3．示波器上所有开关与旋钮都有一定强度与调节角度，使用时应轻轻地旋转，不能用力过猛。【思考题】1．如果轴信号的频率比轴信号的频率大得多，示波器上看到什么情形？相反，若比小很多，又会看到什么情形？控制件的作用序号控制件名称控制件作用12345678910111213141516171819202122232425262728293031电源开关（POWER）亮度（INTENSITY）聚焦（FOCUS）光迹旋转(TRACEROTATION)探极校准信号（PROBEADJUST）耦合方式（ACGNDDC）通道1输入插座CH1(X)通道1灵敏度选择开关（VOLTS/DIV）微调（VARIABLE）垂直位移（POSITION）垂直方式（MODE）耦合方式（ACGNDDC）通道2输入插座垂直位移（POSITION）通道2灵敏度选择开关微调水平位移（POSITION）极性（SLOPE）电平（LEVEL）扫描方式（SWEEPMODE）触发指示(TRIG’DREADY)扫描扩展指示×5扩展交替扩展扫描光迹分离扫描速率选择开关微调（VARIABLE）慢扫描开关触发源（TRIGGERSOURCE）AC/DC外触发输入插座按入此开关，仪器电源接通，指示灯亮。光迹亮度调节，顺时针旋转光迹增亮。用以调节示波管电子束的焦点，使显示的光点成为细而清晰的圆点。调节光迹与水平线平行。此端口输出幅度为0.5V频率为1kHz的方波信号，用以校准Y轴偏转系数和扫描时间系数。垂直通道1的输入耦合方式选择，AC：信号中的直流分量被隔开，用以观察信号的交流成份；DC：信号与仪器通道直接耦合，当需要观察信号的直流分量或被测信号的频率较低时应选用此方式，GND输入端处于接地状态，用以确定输入端为零电位时光迹所在位置。双功能端口，在常规使用时，此端口作为垂直通道1的输入口，当仪器工作在X-Y方式时此端口作为水平轴信号输入口。选择垂直轴的偏转系数，从2mV/div～10V/div分12个档级调整，可根据被测信号的电压幅度选择合适的档级。用以连续调节垂直轴的CH1偏转系数，调节范围≥2.5倍，该旋钮逆时针旋足时为校准位置，此时可根据“VOLTS／DIV”开关度盘位置和屏幕显示幅度读取该信号的电压值。用以调节光迹在CH1垂直方向的位置。选择垂直系统的工作方式。CH1：只显示CH1通道的信号。CH2：只显示CH2通道的信号。交替：用于同时观察两路信号，此时两路信号交替显示，该方式适合于在扫描速率较快时使用。断续：两路信号断续工作，适合于在扫描速率较慢时同时观察两路信号。叠加：用于显示两路信号相加的结果，当CH2极性开关被按入时，则两信号相减。CH2反相：此按键未按入时，CH2的信号为常态显示，按入此键时，CH2的信号被反相。作用于CH2，功能同控制件(6)垂直通道2的输入端口，在X-Y方式时，作为Y轴输入口。用以调节光迹在垂直方向的位置。功能同（8）功能同（9）用以调节光迹在水平方向的位置。用以选择被测信号在上升沿或下降沿触发扫描。用以调节被测信号在变化至某一电平时触发扫描。选择产生扫描的方式。自动(AUTO)：当无触发信号输入时，屏幕上显示扫描光迹，一旦有触发信号输入，电路自动转换为触发扫描状态，调节电平可使波形稳定的显示在屏幕上，此方式适合观察频率在50Hz以上的信号。常态(NORM)：无信号输入时，屏幕上无光迹显示，有信号输入时，且触发电平旋钮在合适位置上，电路被触发扫描，当被测信号频率低于50Hz时，必须选择该方式。锁定：仪器工作在锁定状态后，无需调节电平即可使波形稳定的显示在屏幕上。单次：用于产生单次扫描，进入单次状态后，按动复位键，电路工作在单次扫描方式，扫描电路处于等待状态，当触发信号输入时，扫描只产生一次，下次扫描需再次按动复位按键。该指示灯具有两种功能指示，当仪器工作在非单次扫描方式时，该灯亮表示扫描电路工作在被触发状态，当仪器工作在单次扫描方式时，该灯亮表示扫描电路在准备状态，此时若有信号输入将产生一次扫描，指示灯随之熄灭。在按入“×5扩展”或“交替扩展”后指示灯亮。按入后扫描速度扩展5倍。按入后，可同时显示原扫描时