实验十 示波器的使用

PAGEPAGE6实验六示波器的使用[实验目的]1.了解示波器的结构和原理。2.掌握示波器各旋钮的作用和使用方法。3.会对示波器进行校准。3.学会用示波器观察电信号波形和利萨如图形（演示）测量电压、频率和相位（选做）等。[实验仪器]示波器一台、信号发生器一台（演示利萨如图形时需2台）[实验原理]阴极射线示波器简称为示波器，它可显示电信号变化过程的图形，以及两个相关量的函数图形。在现代科学技术领域中，各种电学量、磁学量和非电量转换来的电信号均可用示波器进行观察和测量。一、示波器的构造和工作原理（了解）通用示波器一般由示波管、扫描发生器、XY偏转系统、同步系统以及电源五个部分组成（如图1所示）：图1示波器的组成下面分别简单说明之。1、示波管左端为一电子枪，右端为荧光屏。电子枪加热后发射电子束，电子在阳极电压的作用下经加速，聚焦后打在荧光屏上，屏上的荧光物即发光形成一亮点。在电子枪与荧光屏之间有两对相互垂直的平行极板，称为偏转板。横向一对称为轴偏转板（又称水平偏转板或横偏），在示波器面板上对应时间灵敏度（TIME/DIV）。纵向一对称为轴偏转板（又称垂直偏转板或纵偏），在示波器面板上对应电压灵敏度（V/DIV）。如果偏转板上加上电压，则平行板间建立起电场，当电子束通过偏转板间时，将受电场的作用而发生偏转，从而使电子束在荧光屏上的亮点位置也随着改变。二、扫描发生器（理解）扫描发生器就是锯齿形电压发生器，它能输出一个锯齿形的电压（如图3所示）：VxEt0t1t2t3tt0t0→t1-ETT(a)锯齿波电压(b)水平方向扫描图像图3扫描电压(a)和扫描(b)如果在Y偏转板上不加电压，把扫描发生器输出的锯齿电压加在水平偏转板两端，则平行板间产生一个随锯齿电压变化而变化的电场，此变化电场使电子束在荧光屏上的光点移动，在亮点移动的过程中，当扫描速度加快，超过人眼视觉惰性时，由于荧光屏上的余辉和视觉暂留作用，我们在荧光屏上看到的是一条水平亮线。如果在Y偏转板上加上正弦电压，而X偏转板上不加任何电压，则在纵偏板间产生一个随正弦电压变化而变化的电场，电子束在此电场的作用下在纵方向上下偏转，于是荧光屏上的亮点在纵方向随时间做正弦振荡，我们在屏上看到的是一条竖直亮线.如果在纵偏转板上加上正弦电压，同时在横偏转板上加上锯齿形电压，则电子束同时参与水平和竖直两个方向上的运动，故屏上亮点的位移将是方向相垂直的两种位移的合成位移,此时，我们看到屏上是与纵偏转信号一致的正弦图形（如图4所示）:只在X偏转板上加上锯齿波电压时只在Y偏转板上加上正弦电压时只在X偏转板上加上锯齿波电压时只在Y偏转板上加上正弦电压时图4亮点的合成位移图如果正弦波与锯齿波的周期相同（即频率相同），则屏上出现一个周期的完整稳定波形。当正弦波的频率为锯齿波的n倍时（n为整数），屏上出现n个周期的完整波形.如果两信号频率的比值不是整数，屏上的图形将复杂、零乱而不稳定。三、同步触发系统（了解）要在屏上得到稳定的图形，必须保证信号频率是锯齿波频率的整数倍。这一点，光靠人工调节扫描电压的频率往往不能准确地满足，特别是信号频率较高时尤其困难，同步电路就是为解决这个问题而设置的。同步电路实际上就是自动频率跟踪电路，在人工调节到信号频率接近扫描电压频率整数倍（即图形接近稳定），加入“同步”信号，扫描电压的频率就会自动跟踪信号频率，而使信号频率准确地等于扫描电压的整数倍，从而获得稳定的波形。同步系统包括“整步选择”和“整步放大”两部分。同步选择是一个选择开关，通过它可选择不同的同步信号，同步放大则是将同步信号放大后加到扫描发生器去。放大系统：包括水平轴（即X轴，在示波器面板上为CH2,时间灵敏度，注意水平方向每方格长度代表的时间大小及单位）和垂直轴（即Y轴，在示波器面板上为CH1,电压灵敏度，注意竖直方向每方格长度代表的电压大小及单位）放大两部分。为了观察电压幅度不同的信号波形，示波器内设有衰减器和放大器，对大信号衰减，对小信号放大，从而使荧光屏上显示出适中的图形。电源部分：电源部分供给以上各部分工作的各种电压，以保证示波器能正常工作。[实验内容]1.对示波器校准2.用示波器观察波形并测量电信号的电压和频率认识示波器面板上各个旋钮及其作用将信号发生器作为信号源，由信号源“output”接示波器Y轴，取f=10，20，50KHz，U=2V，衰减挡用零，选择适当的调整范围，调出简单的正弦图观察其稳定的正弦图形，根据示波器波形计算信号源输出信号的频率和电压峰峰值，。改变输出波形，锯齿波，方波等进行观察。3.利用利萨如图形测量频率（了解）如果示波器的X轴和Y轴偏转板上输入的都是正弦电压，荧光屏上亮点的运动将是两个互相垂直振动的合成。当两个正弦电压信号的频率相等或成简单整数比时，荧光屏上亮点的合成轨迹为一稳定的闭合曲线，叫利萨如图形。如果我们在某一李萨如图形的边缘上各作一条水平切线和一条垂直切线，并分别读出它们与图形相切的切点数，则加在y轴上的信号频率与加在x轴上的信号频率之比，等于水平切线的切点数与垂直切线的切点数之比。即（1）如果其中的一个电信号的频率是已知的，即可用此公式测定另一个电信号的频率。利用示波器的试验电压和信号发生器的信号，并适当调整信号发生器信号的频率和电压，即可观察利萨如图形。实际操作时不可能调成准确的简单整数比，因此两个振动的周期差将发生缓慢地改变，图形难以完全稳定，调到变化最缓慢即可。将待测信号源的正弦波由Y轴输入示波器，信号发生器的正弦波作为标准信号，由X轴输入。调整示波器和信号发生器有关旋钮，得到稳定的利萨如图形，由此确定待测信号的频率，描下图形，记下相应的频率。4测量两个正弦波相位差的测量（选学，查阅参考书）【实验内容与步骤】熟悉示波器面板上各旋钮的功能和用法。打开电源，调好示波器的亮度、聚焦、水平位置、垂直位置等各种旋钮，调整聚焦：调整荧屏上的亮线到最细、最清晰；调整辉度：将荧光屏上的亮线调整到适当亮度；（注意：为保护示波器的荧光屏，亮度不可调得太亮，而且要避免荧光屏上出现一个长时间不移动的光点）。2.信号校准（及其相关步骤）(以校准通道1为例，也可对从CH2以同样方式校准)触发耦合开关置“AC”档；触发方式选择开关置“INT”；内触发源开关置“NORM”;垂直方式选择开关置“CH1”.将VOLTS/DIV旋钮置于“0.1V/方格”（垂直方向10格），TIME/DIV旋钮置于“0.1ms/方格”（水平方向10格），（示波器读出数据：V=1v;t=1mS,f=1KHz说明示波器已校准，校准后，方可接着做后面实验；否则，示波器没有校准，后续实验数据不准确）。观察正弦电压波形。电压的测量：峰峰值峰峰值Vp-p=VOLTS/DIV×图像峰顶与峰低间所占的方格数频率周期的测量：T=时间灵敏度×一周期所占水平方向方格数频率频率频率（1）参照示波器的操作和测量方法中的内容，调节好示波器。（2）将信号发生器作为信号源，由信号源“output”接示波器Y轴，以次输入f=10，20，50KHz电信号，并把数据示波器的读取的数据在数据处理表格中，计算输入的正弦波的频率，并把信号源的读数频率与计算值进行比较，以验证示波器测量的正确性。4.利用利萨如图形测量频率（选作）利用两台信号源，分别把信号输入CH1和CH2，按下x-y按钮，适当调整输入频率，满足（1）式，便可得利萨如