示波器的使用實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)一 通用模擬與數(shù)字雙蹤示波器的使用及測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵? 根據(jù)已學(xué)的示波器理論知識學(xué)習(xí)正確使用通用雙蹤示波器，并利用示波器進(jìn)行各種電信號的測量，熟練掌握模擬示波器的使用。2 學(xué)習(xí)數(shù)字式通用示波器的使用，了解其在測量上的強(qiáng)大功能，并與模擬示波器進(jìn)行比較，體會各自在測量上的特點(diǎn)。 3認(rèn)真按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄有關(guān)的數(shù)據(jù)和波形，回答實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中提出的有關(guān)問題，并按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。二、實(shí)驗(yàn)原理在時(shí)域信號測量中，電子示波器無疑是最具代表性的典型測量儀器。它可以精確復(fù)現(xiàn)作為時(shí)間函數(shù)的電壓波形（橫軸為時(shí)間軸，縱軸為幅度軸），不僅可以觀察相對于時(shí)間的連續(xù)信號，也可以觀察某一時(shí)刻的瞬間信號，這是電

2、壓表所做不到的。我們不僅可以從示波器上觀察電壓的波形，也可以讀出電壓信號的幅度、頻率及相位等參數(shù)。電子示波器是利用隨電信號的變化而偏轉(zhuǎn)的電子束不斷轟擊熒光屏而顯示波形的，如果在示波管的X偏轉(zhuǎn)板（水平偏轉(zhuǎn)板）上加一隨時(shí)間作線性變化的時(shí)基信號，在Y偏轉(zhuǎn)板（垂直偏轉(zhuǎn)板）加上要觀測的電信號，示波器的熒光屏上便能顯示出所要觀測的電信號的時(shí)間波形。若水平偏轉(zhuǎn)板上無掃描信號，則從熒光屏上什么也看不見或只能看到一條垂直的直線。因此，只有當(dāng)X偏轉(zhuǎn)板加上鋸齒電壓后才有可能將波形展開，看到信號的時(shí)間波形。一般說來，Y偏轉(zhuǎn)板上所加的待觀測信號的周期與X偏轉(zhuǎn)板上所加的掃描鋸齒電壓的周期是不相同的，也不一定是整數(shù)倍，因而

3、每次掃描的起點(diǎn)對待觀測信號來說將不固定，則顯示波形便會不斷向左或向右移動(dòng)，波形將一片模糊。這就有一個(gè)同步問題，即怎樣使每次掃描都在待觀測信號不同周期的相同相位點(diǎn)開始。近代電子示波器通常是采用等待觸發(fā)掃描的工作方式來實(shí)現(xiàn)同步的。只要選擇不同的觸發(fā)電平和極性，掃描便可穩(wěn)定在待觀測信號的某一相應(yīng)相位點(diǎn)開始，從而使顯示波形穩(wěn)定、清晰。在現(xiàn)代電子示波器中，為了便于同時(shí)觀測兩個(gè)信號（如比較兩個(gè)信號的相位關(guān)系），采用了雙蹤顯示的辦法，即在熒光屏上可以同時(shí)有兩條光跡出現(xiàn)，這樣，兩個(gè)待測的信號便可同時(shí)顯示在熒光屏上，雙蹤顯示時(shí)，有交替、斷續(xù)兩種工作方式。交替、斷續(xù)工作時(shí)，掃描電壓均為一種，只是把顯示時(shí)間進(jìn)行了相

4、應(yīng)的劃分而已。由于雙蹤顯示時(shí)兩個(gè)通道都有信號輸入，因此還可以工作于疊加方式，這時(shí)是將兩個(gè)信號逐點(diǎn)相加起來后送到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板的。這種工作方式可模擬諧波疊加，波形失真等問題。同時(shí)，如果改變其中一個(gè)的極性，也可以實(shí)現(xiàn)相減的顯示功能。這相當(dāng)于兩個(gè)函數(shù)的相加減。示波器除了用于觀測信號的時(shí)間波形外，還可將兩個(gè)相同或不同的信號分別加于垂直和水平系統(tǒng)，以觀測兩信號在XY平面上正交疊加所組成的圖形，如李沙育圖形。它可用于觀測兩個(gè)信號之間的幅度、相位和頻率關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1模擬雙蹤示波器 CS4135A 一臺2數(shù)字雙蹤示波器 TDS1002B 一臺3DDS函數(shù)信號發(fā)生器 DG1022 一臺 圖11 CS-413

5、5A示波器前面板示意圖示波器前面板之說明：1CRT顯示屏 顯示范圍為垂直軸8div（80mm），水平軸10div（100mm）。為使顯示信號與刻度間不會產(chǎn)生視差，采用了標(biāo)示于熒幕內(nèi)側(cè)的刻度。此外在刻度的左端則標(biāo)示有測定響應(yīng)時(shí)間的%記號。2POWER 電源開關(guān)按鈕。3電源指示燈。4CAL端子 為校正用信號輸出端子。使用于校正探頭時(shí)，可得到1Vp-p正極性，1kHz之方波信號輸出。5刻度照明 控制CRT格子刻度線的亮度。6TRACE ROTA 用于調(diào)節(jié)水平掃描線的傾斜度。7FOCUS 掃描線焦距調(diào)節(jié)旋鈕。8INTEN輝度旋鈕 用于調(diào)整掃描線的亮度。9GND 接地端子。10&13調(diào)節(jié)CH1和

6、CH2波形的垂直位置。12BAL 用于調(diào)整垂直通道的DC平衡。11&14AC-GND-DC 垂直通道的輸入耦合方式，即選擇以何種方式觀測輸入信號。15&16偏轉(zhuǎn)靈敏度（垂直軸衰減）旋鈕粗調(diào)和微調(diào)，為獲得正確的讀數(shù)，微調(diào)旋鈕必需關(guān)閉，即順時(shí)針旋至最右端的位置。19MODE 用于選擇觸發(fā)方式。AUTO：由觸發(fā)信號啟動(dòng)掃描，若無輸入觸發(fā)信號則顯示掃描時(shí)間基線。NORM：若無正確輸入觸發(fā)信號則沒有任何顯示。FIX：在固定的觸發(fā)電平位置開始觸發(fā)掃描。TV-F：將復(fù)合射頻信號的垂直同步脈沖分離出來實(shí)現(xiàn)觸發(fā)。TV-L：將復(fù)合射頻信號的水平同步脈沖分離出來實(shí)現(xiàn)觸發(fā)。20VERT MODE 用于

7、選擇垂直通道輸入信號的顯示模式。CH1：顯示CH1的輸入信號。CH2：顯示CH2的輸入信號。ALT：采用交替方式顯示CH1和CH2的輸入信號（用于高速掃描）。CHOP：以固定的250kHz頻率采用斷續(xù)方式顯示CH1和CH2的輸入信號（用于低速掃描）。21CH2 INVERT 按下此按鈕，CH2輸入信號極性被反相。22X-Y 按下此按鈕，示波器變?yōu)閄-Y軸圖示儀，此時(shí)CH1為Y軸，CH2為X軸。23SOURCE 選擇觸發(fā)信號源。VERT：觸發(fā)源由VERT MODE加以選擇（其中CHOP方式觸發(fā)源由CH1提供）。CH1（CH2）：觸發(fā)源為CH1（CH2）的輸入信號。LINE：觸發(fā)源為商用電源的電壓

8、波形。EXT：外部接入的觸發(fā)源。24SLOPE 用于選擇觸發(fā)信號的極性。25TRIGGER LEVEL 用于調(diào)整觸發(fā)電平。26外觸發(fā)源輸入端。27&28掃描速度粗調(diào)和微調(diào)旋鈕，同樣讀數(shù)時(shí)微調(diào)旋鈕必需旋至最右端的位置。29調(diào)節(jié)顯示波形的水平位置。30X10MAG 按下此按鈕，信號在水平方向上擴(kuò)展10倍。四、預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)好教材電子測量與儀器第六章時(shí)域測量的內(nèi)容，掌握示波器的原理。2、查找相關(guān)資料及參照實(shí)驗(yàn)儀器使用說明書，預(yù)先了解雙蹤示波器、函數(shù)信號發(fā)生器各旋鈕、開關(guān)的作用。3、詳細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，作好繪制波形和測試記錄的準(zhǔn)備。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）、學(xué)習(xí)并熟練掌握通用模擬示波器的使用 1打

9、開示波器預(yù)熱后調(diào)出掃描線，對照上一頁圖11的標(biāo)示，熟悉CS-4135A模擬示波器各個(gè)開關(guān)和旋鈕的作用。2從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個(gè)頻率為1kHz，幅值為5Vpp的正弦波，輸入到CS-4135A模擬示波器的CH1（垂直通道1）上并穩(wěn)定顯示，示波器的一些初始設(shè)置如下：MODE位于AUTO，VERT MODE位于CH1，SOURCE位于VERT，TRIGGER LEVEL約位于中間位置，偏轉(zhuǎn)靈敏度旋鈕和掃描速度旋鈕處于適當(dāng)位置，按鍵按鈕都處于彈出狀態(tài)；接著完成以下操作：（1）把觸發(fā)源SOURCE的選擇桿從VERT的位置撥至CH1和CH2，理解為什么在CH2位置時(shí)波形變得不穩(wěn)定，然后

10、撥回VERT位置。（2）旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕，把波形的掃描起點(diǎn)右移到顯示屏幕的可視位置，然后按下和彈起SLOPE按鍵，查看波形的不同觸發(fā)極性（正極性上升沿觸發(fā)，負(fù)極性下降沿觸發(fā)）。（3）旋轉(zhuǎn)TRIGGER LEVEL旋鈕，觀察波形起點(diǎn)的位置變化，當(dāng)起點(diǎn)超過波形的正負(fù)峰值時(shí)，波形顯示會有什么變化？體會觸發(fā)電平在獲取穩(wěn)定波形顯示過程中的重要作用。（4）把VERT MODE選擇桿從CH1撥至CH2，會出現(xiàn)什么情況？此時(shí)再把MODE選擇桿從AUTO位置撥至NORM，又會出現(xiàn)什么情況？體會觸發(fā)和掃描的工作狀況。最后把各設(shè)置撥回初始位置。 VERT MODE選擇桿從CH1撥至CH2:波形消失。MODE選擇桿從

11、AUTO位置撥至NORM：無明顯變化。 3熟悉示波器的雙通道顯示功能。 從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH2輸出另一個(gè)頻率為1.5kHz，幅值為5Vpp的正弦波(注意CH2的默認(rèn)波形是三角波)，輸入到CS-4135A模擬示波器的CH2（垂直通道2）上，此時(shí)示波器顯示的仍然是CH1輸入的信號，若要顯示CH2輸入的信號，需把VERT MODE從CH1撥至CH2，則示波器的顯示變成CH2輸入的信號。若想同時(shí)顯示兩個(gè)通道的信號，可以把VERT MODE撥至ALT或CHOP位置，ALT采用交替方式實(shí)現(xiàn)雙蹤顯示，此時(shí)兩個(gè)通道的輸入信號都能夠得到穩(wěn)定的顯示（但是這時(shí)兩個(gè)通道的信號被設(shè)置在信號周期的同一位置開

12、始觸發(fā)，從顯示上不能判別出兩信號的相位關(guān)系）。CHOP采用斷續(xù)方式實(shí)現(xiàn)雙蹤顯示，但是只能穩(wěn)定顯示一個(gè)通道的信號，另一個(gè)通道的信號不能穩(wěn)定（如果兩個(gè)通道的信號頻率剛好是整數(shù)比關(guān)系時(shí)，則能同時(shí)穩(wěn)定），穩(wěn)定與否由觸發(fā)源決定，當(dāng)SOURCE位于VERT或CH1位置時(shí)，CH1通道穩(wěn)定顯示，當(dāng)SOURCE位于CH2位置時(shí)，CH2通道穩(wěn)定顯示。請同學(xué)們結(jié)合教材內(nèi)容進(jìn)一步理解示波器的雙蹤顯示情況。4在一臺性能良好的示波器上觀測一個(gè)電壓幅度1V，頻率1KHz正弦波形，但是在示波器的屏幕上卻出現(xiàn)如圖12所示各種非正常的波形顯示，請把圖中所給出的各種不正常波形在示波器上顯示出來，然后把波形調(diào)回正常顯示狀態(tài)，試分析每

13、種不正常波形產(chǎn)生的原因（有的現(xiàn)象可能有多種原因），并說明應(yīng)如何調(diào)整示波器的哪些相關(guān)開關(guān)、旋鈕才能觀測到正常的波形。 圖 12 非正常顯示波形 （注：圖（3）的現(xiàn)象可能是一根豎線從左向右緩慢移動(dòng)，也可能是穩(wěn)定不動(dòng)。圖（10）是一種不穩(wěn)定顯示的情況，屏幕上看到的線或多或少。）(1) VOLTS/DIV過小(2) a.VERT MODECH2b.CH1GND(3)a.SWEEP TIME/DIV過大 b.X-Y(4)a.POSITION過高或者過低 b.VOLTS/DIV過小，SWEEP TIME/DIV過小，HORIZONTAL POSITION過高或者過低(5)FOCUS沒有調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置(6)

14、SWEEP TIME/DIV過大(7)SWEEP TIME/DIV過小(8)CH1 & HORIZOMTAL，POSITION沒有調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置(9)VOLTS/DIV過大(10)a.SWEEP TIME/DIV & VARIABLE沒有調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置 b.TRIGGER LEVEL沒有調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置(11)CH2，X-Y5從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個(gè)頻率為8Hz，幅值為5Vpp的正弦波，輸入到模擬示波器的CH1（垂直通道1）上，通過調(diào)節(jié)示波器的相關(guān)旋鈕，在示波器顯示屏上獲得穩(wěn)定顯示的正弦波波形（顯示13個(gè)周期）。說明你判斷波形已經(jīng)穩(wěn)定顯示的依據(jù)，并解釋此時(shí)示波

15、器的顯示現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因；從儀器操作上能不能消除這種顯示現(xiàn)象？你認(rèn)為從技術(shù)上能如何改善顯示效果？判斷波形已經(jīng)穩(wěn)定顯示的依據(jù)：波形消失和出現(xiàn)的位置重合，即掃描同步，軌跡相同。示波器顯示現(xiàn)象：波形從左至右在閃爍，產(chǎn)生原因是輸入信號的頻率很小。從儀器操作上不能消除這種顯示現(xiàn)象，它是正常的，由于人眼的視覺暫留和熒光屏的余輝，便可以觀察到信號的波形。技術(shù)上改善顯示效果：使用多級灰度技術(shù)配合示波器的快速刷新或者深存儲，可以達(dá)到更好的波形觀測效果和波形細(xì)節(jié)和異常的檢測效果。6從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個(gè)頻率為10kHz，幅值為5Vpp的正弦波，輸入到模擬示波器的CH1上并讓波形適中穩(wěn)定顯示，

16、通過調(diào)節(jié)水平位移旋鈕把波形的起點(diǎn)右移到顯示屏內(nèi)能夠看得到的位置；接著按下DG1022信號發(fā)生器的Mod鍵，在屏幕菜單上選“深度”參數(shù)項(xiàng)，把參數(shù)改為50.0，其它參數(shù)不動(dòng)；然后把示波器的掃描速度旋鈕調(diào)到2ms/DIV的位置，不論此時(shí)波形是否穩(wěn)定，都左右旋轉(zhuǎn)觸發(fā)電平（TRIGGER LEVEL）旋鈕，并最終讓波形穩(wěn)定下來，判斷觸發(fā)電平處于什么位置（不是TRIGGER LEVEL旋鈕的位置）能夠獲得穩(wěn)定顯示的波形（可以文字表述，也可以直接在波形上標(biāo)注說明）？最后把波形記錄下來，此波形是一個(gè)調(diào)幅AM波。如上圖所示，觸發(fā)電平處在的位置是波形最左上方的端點(diǎn)時(shí)，能夠獲得穩(wěn)定顯示的波形。（二）、學(xué)習(xí)TDS10

17、02B數(shù)字示波器的使用和測量數(shù)字示波器的功能較多，圖12是示波器的前面板，前面板被分成若干個(gè)易于操作的功能區(qū)，下面對屏幕顯示信息以及一些功能區(qū)域做簡要的說明；關(guān)于本示波器的詳細(xì)資料，大家可以通過示波器的“HELP”菜單做進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。 1電壓探頭檢測數(shù)字示波器的探頭是示波器的重要組成部分，探頭的性能好壞將直接關(guān)系到信號測量的準(zhǔn)確性和完整性。可以使用探頭檢查向?qū)眚?yàn)證電壓探頭是否操作正常，該向?qū)椭覀冋{(diào)節(jié)電壓探頭的補(bǔ)償，設(shè)置每個(gè)通道的衰減選項(xiàng)系數(shù)。要使用探頭檢查向?qū)?，請按下PROBE CHECK（探頭檢測） 按鈕。如果電壓探頭連接正確、補(bǔ)償正確，而且示波器“垂直”菜單中的“衰減”選項(xiàng)設(shè)置與探頭

18、相匹配，示波器就會在屏幕的底部顯示一條“合格”信息。否則，示波器會在屏幕上顯示一些指示，指導(dǎo)如何糾正這些問題。 探頭有不同的衰減系數(shù)，它影響信號的垂直刻度；探頭檢查向?qū)?yàn)證示波器的衰減系數(shù)是否與探頭匹配。探頭本身和“衰減”選項(xiàng)的默認(rèn)設(shè)置都為10X。如果更改探頭上的“衰減”開關(guān)，則必須同時(shí)更改示波器“衰減”選項(xiàng)來與之匹配。探頭衰減系數(shù)開關(guān)有1X 和10X。注意：當(dāng)“衰減”開關(guān)設(shè)置為1X 時(shí)，P2220 探頭將示波器的帶寬限制到6MHz。要使用示波器的全帶寬，請確保將開關(guān)設(shè)定到10X。沒有特殊說明，平時(shí)都應(yīng)該設(shè)置在10X的位置。 觸發(fā)控制區(qū)功能選項(xiàng)區(qū)多用途旋鈕 垂直控制區(qū)菜單操作鍵屏幕顯示區(qū)水平控

19、制區(qū)端信號輸入端探頭檢測端探頭補(bǔ)償端 圖13 TDS1002B數(shù)字示波器的前面板 2LCD屏幕顯示區(qū)域 除了顯示波形外，顯示屏上還含有很多關(guān)于波形和示波器控制設(shè)置的詳細(xì)信息，如圖 圖14 數(shù)字示波器液晶屏幕顯示區(qū)信息14所示。其中：1、顯示采樣的獲取方式。2、顯示觸發(fā)狀態(tài)。3、顯示水平觸發(fā)位置，旋轉(zhuǎn)“水平位置”旋鈕可以調(diào)整標(biāo)記位置。4、顯示中心刻度處時(shí)間的讀數(shù)。5、顯示觸發(fā)電平的標(biāo)記。6、屏幕上的標(biāo)記指明所顯示波形的地線基準(zhǔn)點(diǎn)。如沒有標(biāo)記，不會顯示通道信號。7、箭頭圖標(biāo)表示波形是反相的。8、讀數(shù)顯示通道的垂直刻度系數(shù)。9、BW 圖標(biāo)表示通道帶寬受限制。10、讀數(shù)顯示主時(shí)基設(shè)置。11、如使用視窗

20、時(shí)基，讀數(shù)顯示視窗時(shí)基設(shè)置。12、讀數(shù)顯示觸發(fā)使用的觸發(fā)源。13、采用圖標(biāo)顯示觸發(fā)類型。14、讀數(shù)顯示觸發(fā)電平的大小。15、顯示區(qū)顯示有用信息；有些信息僅顯示三秒鐘。16、讀數(shù)顯示日期和時(shí)間。17、讀數(shù)顯示觸發(fā)頻率。 3觸發(fā)控制區(qū)其中，電平：使用邊沿觸發(fā)或脈沖觸發(fā)時(shí)，“電平”旋鈕設(shè)置采集波形時(shí)信號所必須越過的幅值電平。TRIG MENU（觸發(fā)菜單）：顯示觸發(fā)菜單；其中“信源”選項(xiàng)選擇示波器用作觸發(fā)的信號來源，只有選擇正確才能穩(wěn)定顯示信號波形。設(shè)為50%：觸發(fā)電平設(shè)置為觸發(fā)信號峰值的垂直中點(diǎn)。強(qiáng)制觸發(fā)： 不管觸發(fā)信號是否適當(dāng)，都完成采集。如采集集已停止，則該按鈕不產(chǎn)生影響。TRIG VIEW（觸

21、發(fā)視圖）：按下TRIG VIEW（觸發(fā)視圖）按鈕時(shí)，顯示觸發(fā)波形而不是通道波形。可用此按鈕查看諸如觸發(fā)耦合之類的觸發(fā)設(shè)置對觸發(fā)信號的影響。 4多用途旋鈕通過顯示的菜單或選定的菜單選項(xiàng)來確定功能。激活時(shí)，相鄰的LED 變亮。 5功能選項(xiàng)控制按鈕菜單區(qū)（1）ACQUIRE（采集）：顯示采集菜單，有三種獲取方式采樣、峰值檢測和平均值。采樣：在這種獲取方式下，示波器以均勻時(shí)間間隔對信號進(jìn)行采樣以建立波形。此方式多數(shù)情況下可以精確表示信號。然而，此方式不能采集采樣之間可能發(fā)生的快速信號變化，這可能導(dǎo)致假波現(xiàn)象，并可能漏掉窄脈沖；在這些情況下，應(yīng)使用“峰值檢測”方式來采集數(shù)據(jù)。峰值檢測：在這種獲取方式下，

22、示波器在每個(gè)采樣間隔中找到輸入信號的最大值和最小值并使用這些值顯示波形，這樣，示波器就可以獲取并顯示窄脈沖，否則這些窄脈沖在“采樣”方式下可能已被漏掉；在這種方式下，噪聲看起來似乎更大。平均值：在這種獲取方式下，示波器獲取多個(gè)波形，求其平均值，然后顯示最終波形；可以使用此方式來減少隨機(jī)噪聲。 （2）MEASURE（測量）：顯示“自動(dòng)測量”菜單，有十一種測量類型，一次最多可以顯示五種。測量時(shí)對應(yīng)的波形通道必須處于“打開”狀態(tài)。測量類型如下：測量類型定 義頻率通過測定第一個(gè)周期，計(jì)算波形的頻率周期計(jì)算第一個(gè)周期的時(shí)間平均值計(jì)算整個(gè)記錄內(nèi)的算術(shù)平均幅度峰-峰值計(jì)算整個(gè)波形最大和最小峰值間的絕對差值均

23、方根值計(jì)算波形第一個(gè)完整周期的實(shí)際均方根值測定最小值檢查全部2500 個(gè)點(diǎn)波形記錄并顯示最小值最大值檢查全部2500 個(gè)點(diǎn)波形記錄并顯示最大值上升時(shí)間測定波形第一個(gè)上升邊沿的10% 和90% 間的時(shí)間下降時(shí)間測定波形第一個(gè)下降邊沿的90% 和10% 之間的時(shí)間正頻寬測定波形第一個(gè)上升邊沿和鄰近的下降邊沿50% 電平之間的時(shí)間負(fù)頻寬測定波形第一個(gè)下降邊沿和鄰近的上升邊沿50% 電平之間的時(shí)間 （3）自動(dòng)設(shè)置：自動(dòng)設(shè)置示波器控制狀態(tài)，以產(chǎn)生適用于輸出信號的顯示圖形。 （4）CURSOR（光標(biāo)）：按下光標(biāo)按鈕顯示測量光標(biāo)和光標(biāo)菜單，然后使用多用途旋鈕改變光標(biāo)的位置。離開光標(biāo)菜單后，光標(biāo)保持可見（除非

24、“類型”選項(xiàng)設(shè)置為“關(guān)閉”），但不可調(diào)整。 6從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個(gè)頻率為1kHz，幅值為5Vpp的正弦波，輸入到數(shù)字示波器的CH1上，通過操作示波器面板上的旋鈕和按鍵，學(xué)習(xí)并熟悉數(shù)字示波器垂直控制系統(tǒng)、水平控制系統(tǒng)、觸發(fā)控制系統(tǒng)以及菜單和功能按鈕的作用，要求熟練掌握數(shù)字示波器的使用。然后完成以下操作。 （1）按“自動(dòng)設(shè)置”按鍵，讓波形穩(wěn)定顯示，然后旋轉(zhuǎn)“觸發(fā)電平”旋鈕 ，可以看到顯示屏的右側(cè)有一個(gè)小箭頭隨著上下移動(dòng)，小箭頭所指示的位置就是觸發(fā)電平的位置，當(dāng)小箭頭超出信號上下峰值時(shí)，信號顯示將變得不穩(wěn)定，由此我們可以很清楚的了解觸發(fā)電平在波形顯示中的具體作用。 （2）把P

25、2220 探頭上的“衰減”開關(guān)從10X更改為1X，并查看信號峰峰值的大小，接著通過更改示波器CH1菜單中“衰減”選項(xiàng)的參數(shù)與之匹配，再查看信號峰峰值的大小。 探頭上的“衰減”開關(guān)從10X更改為1X：Vpp=51.6V 示波器CH1菜單中“衰減”選項(xiàng)的參數(shù)與之匹配（衰減1X）：Vpp=5.16V（3）接上一步驟，把信號頻率改為1MHz，查看信號峰峰值的大小，然后一邊慢慢提高信號頻率為2MHz、3MHz 、4MHz、 5MHz 、6MHz 、7MHz 、8MHz，一邊查看信號峰峰值的大小變化和信號波形的變化，最后把信號頻率重新調(diào)回1MHz。信號波形變化情況：當(dāng)信號頻率為1-6MHz時(shí)，峰峰值逐漸減

26、小。6-7-8MHz幅值忽然上升，這是由于P2220 探頭將示波器的帶寬限制到了6MHz，若超出范圍的話，測量結(jié)果將會出現(xiàn)異常。另外，整組波形均無無失真情況。（4）接著把信號波形改為方波，查看信號峰峰值的大小和信號波形特征，然后一邊慢慢提高信號頻率為2MHz、3MHz 、4MHz、 5MHz，一邊查看信號峰峰值的大小變化和信號波形的變化，最后把信號頻率重新調(diào)回1MHz。 隨著信號頻率從1MHz上升到5MHz，信號峰峰值逐漸減小。 波形變化情況如下圖所示。1MHz 2MHz3MHz4MHz5MHz （5）把探頭上的“衰減”開關(guān)和CH1菜單中“衰減”選項(xiàng)的參數(shù)都改回10X，再重復(fù)上面的步驟（3）（

27、4）。對比這兩個(gè)測量過程的數(shù)據(jù)與波形，分析說明測量結(jié)果。 正弦波方波1MHz2MHz3MHz4MHz5MHz對比（4）和（5）的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，首先是正弦波的測量：信號頻率超出6MHz時(shí)，（5）比（4）的測量電壓的衰減程度要小的多。然后是方波的測量：（5）比（4）中信號的失真程度小。綜上所述，（5）的測量結(jié)果是更為準(zhǔn)確的。這是因?yàn)樵谑静ㄆ鲗?shí)際測量中的帶寬一般指示波器帶寬和探頭組成的系統(tǒng)的一個(gè)綜合帶寬，而探頭在1X檔時(shí)的帶寬限制到6MHz，測量比6MHz高的信號會有很大的衰減，只有將把探頭上的“衰減”開關(guān)和CH1菜單中“衰減”選項(xiàng)的參數(shù)都改回10X，帶寬達(dá)到全帶寬，此時(shí)的測量結(jié)果才是正確的。對于高頻信

28、號來說，示波器和探頭組合起來的系統(tǒng)帶寬要小于兩者的帶寬，因此選擇合適的探頭對于示波器的測量有很大的意義。 （6）把信號波形改為正弦波，并設(shè)置正弦波的“偏移”量為1VDC（相當(dāng)于給正弦波疊加了一個(gè)1V的直流分量），查看波形在示波器上的顯示。接著按壓垂直CH1的菜單鍵，調(diào)出CH1的設(shè)置菜單，菜單第一項(xiàng)是“耦合”，有交流、直流和接地三個(gè)選項(xiàng)，請分別選擇這三種輸入耦合方式并觀察相對應(yīng)的波形變化，體會輸入耦合功能對波形顯示的影響。隨后把信號接到模擬示波器的CH1輸入，同樣設(shè)置輸入耦合的三種狀態(tài)，觀察波形的顯示情況。順便提醒一下，對于模擬示波器來說，要保證垂直方向電壓讀數(shù)的正確性，必需在讀數(shù)之前先把輸入耦

29、合接地，并把掃描基線調(diào)節(jié)到坐標(biāo)橫軸的位置，此位置是電壓的零點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)。而數(shù)字示波器則有如圖14的第6個(gè)信息標(biāo)識，箭頭1和2所指示的位置就是該通道的零電壓參考位置。最后把正弦波的“偏移”量重新設(shè)為0VDC。 當(dāng)選擇交流輸入耦合方式時(shí)，波形穩(wěn)定顯示。 當(dāng)選擇直流輸入耦合方式時(shí)，波形上移1格（換算成1V）。當(dāng)選擇接地時(shí)，波形為一條水平直線。 （7）按下數(shù)字示波器UTILITY（輔助功能）按鈕顯示UTILITY（輔助功能）菜單，選擇“系統(tǒng)狀態(tài)”查看當(dāng)前顯示波形關(guān)于水平控制、垂直控制和觸發(fā)控制的參數(shù)設(shè)置一覽表。 7利用數(shù)字示波器進(jìn)行時(shí)間的直接測量實(shí)驗(yàn)原理：示波器是測量一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘信號和脈沖時(shí)間參數(shù)的主要工

30、具。一個(gè)典型的實(shí)際時(shí)鐘信號波形如圖15所示。利用示波器可以直接測量波形的時(shí)間參數(shù)。設(shè)被測時(shí)間為， 則 其中 - 示波器掃描速度，單位s/div、ms/div或s/div。 x - 被測時(shí)間所對應(yīng)的光跡在水平方向的距離。 圖15 典型的實(shí)際數(shù)字時(shí)鐘信號波形 如果使用模擬示波器直接測量時(shí)間，上式中X的讀取會產(chǎn)生較大的誤差，特別是象在測量時(shí)鐘信號的上升時(shí)間或下降時(shí)間這樣間隔很短的時(shí)間時(shí)將顯得特別困難，甚至于不能完成測量。而對于數(shù)字示波器來說，則能夠利用其數(shù)字采樣特性所帶來的超強(qiáng)掃描能力以及光標(biāo)測量功能簡單快捷準(zhǔn)確的測量出極短的時(shí)間間隔。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個(gè)頻率為1

31、kHz，幅值為5Vpp的方波信號，輸入到數(shù)字示波器的CH1上，CH1的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度設(shè)為1V/格，掃描速度單位設(shè)為25ns/格，調(diào)節(jié)水平位移旋鈕使波形顯示大約如下圖所示，利用示波器的光標(biāo)功能測量并記錄此方波信號的上升時(shí)間。同樣我們也可以利用光標(biāo)功能很方便的來測量振蕩的頻率、振幅以及脈沖寬度等信號參數(shù)。 更為方便的，我們還可以從Measure（測量）功能菜單的“類型”中選擇“上升時(shí)間”選項(xiàng)來直接讀取方波信號上升時(shí)間的大小。如圖所示，測得方波信號上升時(shí)間大小tx=25.00ns。 8數(shù)學(xué)運(yùn)算功能的使用以及如何降低噪聲對有用信號測量的影響。從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個(gè)頻率為1kHz，

32、幅值為5Vpp的方波信號，輸入到數(shù)字示波器的CH1上并恰當(dāng)顯示；再 從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH2輸出一個(gè)幅值為200mVpp的隨機(jī)噪聲信號，輸入到數(shù)字示波器的CH2上并恰當(dāng)顯示。接著通過MATH（數(shù)學(xué)）菜單把兩通道的信號相加，并把兩通道的顯示關(guān)掉，讓屏幕只顯示相加后的波形，此時(shí)我們看到的是一個(gè)帶噪聲的方波信號。請你通過ACQUIRE（采集）菜單的“平均值”選項(xiàng)來將信號從噪聲中分離，并觀察改變運(yùn)行平均操作的次數(shù)對顯示波形的影響。平均操作可降低隨機(jī)噪聲，并且更容易查看信號的詳細(xì)信息，在實(shí)際測量中要學(xué)會使用。原始信號平均次數(shù)4次平均次數(shù)16次平均次數(shù)64次平均次數(shù)128次 綜上圖示，平均操作

33、次數(shù)越多，隨機(jī)噪聲去除效果越好，噪聲越小，但是波形顯示對波形變化的響應(yīng)也越慢。 9了解數(shù)字示波器的頻譜分析功能（FFT）。 數(shù)字示波器的“數(shù)學(xué)計(jì)算FFT”（快速傅立葉變換）可以使用FFT 數(shù)學(xué)計(jì)算模式將時(shí)域(YT) 信號轉(zhuǎn)換為它的頻率分量（頻譜）。數(shù)學(xué)計(jì)算FFT 模式應(yīng)用于以下類型的分析：分析電源線中的諧波、測量系統(tǒng)中的諧波含量和失真、表征直流電源中的噪聲特性、測試過濾器和系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)、分析振動(dòng)。 要使用“數(shù)學(xué)計(jì)算FFT”模式，需要執(zhí)行以下步驟：設(shè)置信源（時(shí)域）波形 à 顯示FFT 頻譜à選擇某種類型的FFT窗口 à 調(diào)整采樣速率以便在沒有假波現(xiàn)象的條件下顯示基

34、頻和諧波 à 使用縮放控制放大頻譜 à 使用光標(biāo)測量頻譜。 （1）設(shè)置時(shí)域波形。 使用FFT 模式前，需要設(shè)置時(shí)域(YT) 波形。要進(jìn)行此操作，可按如下步驟進(jìn)行： . 按下“自動(dòng)設(shè)置”以顯示YT 波形。 . 旋轉(zhuǎn)“垂直位置”旋鈕將YT 波形垂直移到中心（零分度）。這可確保FFT 顯示真實(shí)的直流值。 . 旋轉(zhuǎn)“水平位置”旋鈕來定位要在屏幕中心的八個(gè)分度中進(jìn)行分析的部分YT 波形。示波器將使用時(shí)域波形中心的2048 個(gè)點(diǎn)來計(jì)算FFT 光譜。 . 旋轉(zhuǎn)“伏/格”旋鈕，確保整個(gè)波形都保留在屏幕上。如果看不到整個(gè)波形，示波器可能會（通過增加高頻分量）顯示錯(cuò)誤的FFT 結(jié)果。 . 旋轉(zhuǎn)

35、“秒/格”旋鈕，提供FFT 譜中所需的分辨率。 . 如果可能，將示波器設(shè)置為可顯示多個(gè)信號周期。（2）顯示FFT頻譜。 按下MATH MENU（數(shù)學(xué)菜單）按鈕顯示數(shù)學(xué)菜單。使用各選項(xiàng)來選擇“FFT操作”、“信源”通道、“窗口”算法和“FFT 縮放”系數(shù)。結(jié)果FFT頻譜如圖16所示： 圖 16 數(shù)學(xué)計(jì)算FFT譜線圖顯示 其中：1. 中心刻度線處的頻率； 4. 以采樣數(shù)/秒為單位的采樣速率； 2. 以db/分度（0 db = 1 VRMS）； 5. FFT 視窗類型。 3. 以頻率/分度為單位的水平刻度； 在進(jìn)行信號的FFT分析之前，需先設(shè)置好合適的被測時(shí)域波形。然后按下MATH MENU按鈕，在

36、“操作”項(xiàng)中選FFT，“信源”選信號的輸入通道，“視窗”選Hanning，要知道某一頻率分量是多少，請將其譜線移到坐標(biāo)縱軸的中心刻度線處對準(zhǔn)，則其頻率值會在屏幕右上方的Pos:位置顯示。為了看清各諧波分量的譜線，可以通過“FFT縮放”進(jìn)行適當(dāng)放大。要返回時(shí)域狀態(tài)，再按一下MATH MENU按鈕即可。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個(gè)頻率為10kHz，幅值為5Vpp的正弦波信號，輸入到數(shù)字示波器的CH1上，數(shù)字示波器CH1的垂直分辨率設(shè)為1V/格，水平掃描速度設(shè)為100s/格，讓波形在屏幕上穩(wěn)定顯示；然后切換到FFT頻譜顯示界面，“視窗”選Hanning，“FFT縮放”選X5

37、，此時(shí)可以看到屏幕只有一根明顯的譜線，通過調(diào)節(jié)示波器“水平位置”旋鈕，把譜線移到中心刻度線處查看其頻率值，同時(shí)查看其它相關(guān)參數(shù)，最后記錄正弦波信號的FFT譜線圖。把正弦波信號分別改為方波和鋸齒波，所有參數(shù)設(shè)置不變，觀察方波和鋸齒波的FFT頻譜情況，記錄方波和鋸齒波的FFT譜線圖，說明方波和鋸齒波各次諧波的頻譜特征。任意改動(dòng)信號參數(shù)設(shè)置，自由觀察 FFT頻譜的變化情況。 六、思考題 1結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)的操作體會，總結(jié)一下：使用模擬示波器，從具體觀測的情況來說，要想獲得一個(gè)正常合適穩(wěn)定顯示的波形需要具備哪些條件？ （1）帶寬 信號帶寬=0.5/信號上升時(shí)間； 示波器帶寬=2*信號帶寬； 示波器實(shí)時(shí)取樣

38、速率=4*示波器帶寬。（2）信道 測量時(shí)選擇合適的信道。（3）采樣率采樣率的高低對波形構(gòu)建的真實(shí)性有直接影響，采樣率低會導(dǎo)致波形失真，混淆和漏失。（4）波形刷新率 更高的波形刷新率可以組織更大數(shù)據(jù)量的波形質(zhì)量信息。（5）示波器的觸發(fā) 只有穩(wěn)定的觸發(fā)才有穩(wěn)定的顯示。（6）耦合交流耦合是只通過信號交流成分阻止直流成分，相當(dāng)于高通濾波，當(dāng)信號包括交流和直接成分，但只需分析交流成分時(shí)，選擇交流耦合；直流耦合則是通過信號的全部成分，當(dāng)觀察直流信號或低頻信號時(shí)，必須選擇直流耦合。（7）調(diào)整好波形的垂直和水平位置，選擇合適的幅度和頻率檔位。 2總結(jié)本實(shí)驗(yàn)中你對觸發(fā)電平的操作體會，說說觸發(fā)電平是如何幫助波形的

39、穩(wěn)定顯示。 當(dāng)示波器輸入一個(gè)信號,這時(shí)如果不對信號的顯示作出相應(yīng)的控制,那么顯示則是雜亂無章的,如圖1所示,每一屏的顯示都不同,當(dāng)示波器快速刷新的時(shí)候,看到的信號是混疊的、不穩(wěn)定的圖像,無法進(jìn)行觀察和測量。 為了解決這種情況,就需要規(guī)定示波器的觸發(fā)條件,以達(dá)到穩(wěn)定同步。正弦波在一個(gè)周期內(nèi)的波形特征,只有一個(gè)唯一的上升和下降沿,那么可以選擇上升沿作為觸發(fā)條件,同時(shí)設(shè)置一個(gè)觸發(fā)電平與上升沿相交,得到一個(gè)觸發(fā)點(diǎn)。在正弦波的不同周期,該觸發(fā)點(diǎn)的位置是相同并唯一的,這時(shí)當(dāng)我們把該觸發(fā)點(diǎn)定義在顯示屏幕的特定位置時(shí),示波器每刷新一屏,把滿足觸發(fā)條件的點(diǎn)都放在屏幕的相同位置,由于該點(diǎn)在波形中是唯一相同的,所有不同屏幕的觸發(fā)點(diǎn)都在同一位置,那么屏幕上的顯示就穩(wěn)定同步了,同時(shí)刷新一屏只有第一個(gè)滿足觸發(fā)條件的點(diǎn)定義為觸發(fā)點(diǎn),其它被忽略。為方便起見,把觸發(fā)點(diǎn)放在屏幕的最左邊位置,當(dāng)每刷新一屏?xí)r,示波器把滿足觸發(fā)條件的點(diǎn)放在同一點(diǎn),波形就