示波器的使用

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上實驗二 示波器的使用一、實驗目的1、了解示波器顯示圖象的原理。2、學習用示波器觀察電信號的波形。3、學習用示波器測定電信號的電壓和頻率。二、實驗器材雙蹤示波器 多用信號發(fā)生器 示波器：陰極射線示波器（簡稱示波器）是一種用途較廣的電子儀器，它可以把原來肉眼看不見的變化電壓變換成可見的圖像，以供人們分析研究。示波器除了可以直接觀測電壓隨時間變化的波形外，還可以測量頻率、相位等。利用換能器還可以將應變、加速度、壓力以及其它非電量轉換成電壓進行測量。由于電子質量非常小，沒有機械示波器所具有的慣性，因而可以在很高的頻率范圍內工作，這是示波器很重要的優(yōu)點。信號發(fā)生器是一種能輸出穩(wěn)

2、定的交流信號，且電壓和頻率可以在某一特定范圍內任選的電源裝置。三、實驗原理示波器包括兩大部分：示波管和控制示波管工作的電路。1、 示波管示波管是呈喇叭形的玻璃泡，抽成高真空，內部裝有電子槍和兩對相互垂直的偏轉板，喇叭口的球面壁上涂有熒光物質，構成熒光屏。示波管的側視圖見圖1。圖1示波管構造圖電子槍由燈絲f，陰極K、柵極G以及一組陽極A所組成。燈絲通電后熾熱，使陰極發(fā)熱而發(fā)射電子。由于陽極電位高于陰極，所以電子被陽極加速。當高速電子撞擊在熒光屏上會使熒光物質發(fā)光，在屏上就能看到一個亮點。改變陽極電位，可以使不同發(fā)射方向的電子恰好會聚在熒光屏某一點上，這種調節(jié)稱為聚焦。柵極G電位較陰極K為低，改變

3、G電位的高低，可以控制電子槍發(fā)射電子流的密度，甚至完全不使電子通過，這稱為輝度調節(jié)，實際上就是調節(jié)熒光屏上亮點的亮暗。Y偏轉板是水平放置的兩塊電極。當Y偏轉板上電壓為零時，電子束正好射在熒光屏正中P點。如果Y偏轉板加上電壓，則電子束受到電場力作用，運動方向發(fā)生偏移，(見圖2)。如果所加的電壓不斷發(fā)生變化，P點的位置也跟著在鉛垂線上移動。在屏上看到的是一條鉛直的亮線。熒光屏上亮點在鉛直方向的位移Y和加在Y偏轉板的電壓UY成正比。圖2 Y偏轉板使電子束作鉛直方向運動X偏轉板是垂直放置的兩塊電極。在X偏轉板加上一個變化的電壓，那么，熒光屏上亮點在水平方向的位移X也與加在X偏轉板的電壓UX成正比，于是

4、在屏上看到的則是一條水平的亮線。2示波器顯示波形的原理如果在Y偏轉板上加上一個隨時間作正弦變化的電壓，UYsint，我們在熒光屏上僅能看到一條鉛直的亮線，而看不到正弦曲線。只有同時在X偏轉板上加上一個與時間成正比的鋸齒形電壓UX=UXm·t(見圖3)，才能在熒光屏上顯示出信號電壓UY和時間t的關系曲線，其原理如圖4所示。圖3鋸齒形電壓設在開始時刻a，電壓UY和UX均為零，熒光屏上亮點在A處。時間由a到b，在只有電壓UY作用時，亮點沿鉛直方向的位移為bBY，屏上亮點在BY處。而在同時加入UX后，電子束既受UY作用向上偏轉，同時又受UX作用向右偏轉(亮點水平位移為bBX)，因而亮點不在B

5、Y處，而在B 處。隨著時間推移，以此類推，便可顯示出正弦波形來。所以，在熒光屏上看到的正弦曲線實際上是兩個相互垂直的運動(UYsint和UX=UXm·t)合成的軌跡。由上可見，要想觀測加在Y偏轉板上電壓UY的變化規(guī)律，必須在X偏轉板上加上鋸齒形電壓，把UY產生的垂直亮線“展開”。這個展開過程稱為“掃描”，鋸齒形電壓又稱為掃描電壓。怎樣才能使熒光屏上顯示的波形穩(wěn)定，這是示波器操作的一個重要問題。如果顯示的波形處于不斷變化的狀態(tài)，那么，測量就無法進行。目前我們所用的示波器只能測量周期性變化的電壓信號。對于周期性電壓信號只要保證每次掃描起始點(如圖4中的A點)位置不變就可以達到顯示波形穩(wěn)定

6、不變的目的(見下面“同步”的敘述)。綜上所述，示波管顯示穩(wěn)定波形的條件是：第一，Y偏轉板上必須加上足夠大的待測信電壓信號，第二X偏轉板上必須加上鋸齒波電壓；第三，保持每次掃描起始點的位置不變。圖4示波器顯示波形的原理3示波器控制電路的功能示波器控制電路主要包括垂直放大電路、水平放大電路、掃描發(fā)生器、同步電路以及電源等部分，其方塊圖如圖5所示。圖5示波器結構方框田圖（1）垂直放大電路。它的功能是為了滿足上述第一個條件的。首先是要不失真地放大待測的電信號。同時保證示波器測量靈敏度的要求。示波器垂直輸入靈敏度的單位為Vdiv或mVdiv，div為熒光屏上1格的長度，1div06cm。例如，STl6型

7、示波器的垂直輸入靈敏度為SY=20mVdiv10Vdiv，即當待測信號為20mV或10V(峰峰值)時，示波器熒光屏垂直方向顯示應為1格。 此外，還要求垂直放大電路有一定的頻率響應范圍。足夠大的增益調整范圍和比較高的輸入阻抗。輸人阻抗是表示示波器對被測系統(tǒng)影響程度大小的指標。輸入阻抗愈高，對被測系統(tǒng)的影響愈小。(2)掃描發(fā)生器與水平放大電路。它們的功能是為了滿足上述第二個條件。掃描發(fā)生器產生線性良好，頻率連續(xù)可調的鋸齒波信號，作為波形顯示的時間基線。水平放大電路將上述鋸齒波信號放大，輸送到X偏轉板，以保證掃描基線有足夠的寬度。另外，水平放大電路也可以直接放大外來信號，這樣示波器可作為XY顯示之用

8、。(3)同步電路。它的功能是為了滿足上述第三個條件。同步電路從垂直放大電路中取出部分待測信號，輸入到掃描發(fā)生器，迫使鋸齒波與待測信號同步，此稱為“內同步”。如果同步電路信號從儀器外部輸入，則稱為“外同步”。如果同步信號從電源變壓器獲得。則稱為“電源同步”。為了有效地使顯示的波形穩(wěn)定，目前多數(shù)的示波器都采用觸發(fā)掃描電路來達到同步的目的。操作時，使用“電平”(LEVEL)旋鈕，改變觸發(fā)電平高度，見圖6中的電壓值Oa。當待測電壓達到觸發(fā)電平時，掃描發(fā)生器便開始掃描，直到一個掃描周期結束。掃描周期長短，由掃描速度選擇開關控制。如圖6所示，鋸齒波電壓在待測信號處于觸發(fā)電平值，且在dUYdt符號相同的A，

9、A1，A2，點處開始掃描。于是，在熒光屏上就能穩(wěn)定地顯示出從A到P(以及從A1到Pl，從A2到P2)那一段波形來。有點需要注意，如果觸發(fā)電位高度超出所顯示波形最高點與最低點的范圍，將導致鋸齒形掃描電壓消失，掃描停止，所以，通常我們把觸發(fā)電平高度調節(jié)在波形的最高點與最低點的當中區(qū)域附近。圖6觸發(fā)掃描原理示意圖(4)電源。它為示波管和示波器各部分電路提供合適的電源，使它們能正常工作。 4用示波器觀察李薩如圖形與測量正弦信號的頻率在示波器X偏轉板上加上鋸齒電壓進行掃描時，在一個掃描周期內，掃描電壓是隨時間成正比地增加，因此鋸齒形電壓掃描的過程又稱為線性掃描。除了線性掃描以外，在X偏轉板(即X軸輸入端

10、)上也可以加上其它波形的掃描電壓，稱為非線性掃描。如果在示波器的X和Y偏轉板上分別輸入兩個正弦信號，且它們頻率的比值為簡單整數(shù)，這時熒光屏上就呈顯出李薩如圖形，它們是兩個互相垂直的簡諧振動合成的結果。若fX和fY分別代表X與Y軸輸入信號的頻率，nX和nY分別為李薩如圖形與假想水平線及假想垂直線的切點數(shù)目，它們與fX與fY的關系是：例如圖7所示，如果fX已知，從熒光屏上的圖形求出nX及nY，由上式可算出fY，因而用李薩如圖形可以測量正弦信號的頻率。圖7李薩如圖5 雙蹤示波器 雙蹤示波器是一種能同時觀察和測定兩個不同信號瞬變過程的脈沖示波器。配以電子開關，利用時間分割法實現(xiàn)多波形顯示。Y軸有兩個信

11、號通道，以同一個掃描作時間基線，接受Y通道中一個信號觸發(fā)同步。 雙蹤示波器除對信號A或B單蹤顯示外，還可使兩個通道同時開通，利用相位選擇開關的正負性選擇，可在輸入信號相位不變的情況下。達到同時疊加（YA+YB），反向抵消（YA+YB）的目的， 這樣就可以對兩個電壓信號的波形進行比較，并可求出二者間的位相差，設兩個正弦波分別為： Y1=A1cos（1t+1） Y2= A2cos（2t+2） 則二者之間位相差為：=1t+1 -2t-2 在兩個正弦波頻率相等時位相差為：=1-2 =t=2t/T其中T為周期 ，t為兩個波之間的時間差，這兩個量都可直接從示波器上讀出。 四、實驗內容1 按下表設置儀器開關

12、及控制旋鈕。2打開電源將0.5Vp-p，1kHz的標準信號輸入示波器，并對示波器定標。（1）打開電源開關，并確認開關上方的電源指示燈亮，約20秒鐘后，示波器屏幕上將出現(xiàn)一掃線，若60秒鐘后還沒有掃線出現(xiàn)，則按上表所示再檢查開關及控制旋鈕定位置。（2）調節(jié)“輝度”和“聚焦”旋鈕，使掃線亮度適當，且最清晰。（3）使掃線與水平刻度線平行。（4）連接探極將0.5V校準信號加到探頭上。（5）將ACDC開關置“AC”。標準波形將顯示在屏幕上。（6）調節(jié)“聚焦”旋鈕，使波形達到最清晰的程度。（7）為便于觀察信號，調節(jié)“v/cm”和“t/cm”開關到適當?shù)奈恢茫癸@示出來的波形幅度適中，周期適中。（8）調節(jié)“

13、位移”和“位移”控制旋鈕于適當?shù)奈恢?，使顯示的波形對準刻度，以便于讀出電壓值（Vp-p）和周期（T）。標準值分度格數(shù)測量值校正系數(shù)電壓（Vp-p）0.5V周期（T）1ms3交流信號的觀察和測量。（1）數(shù)據(jù)記錄。電壓（Vp-p）值周期（T）值信號源輸出電壓值信號源輸出周期值分度值格數(shù)測量值分度值格數(shù)測量值正弦波三角波方波（2）畫出三種交流信號波形各兩個周期。4測量干電池電動勢。5按下圖連接線路，輸入10kHz正弦波，測量Uc、URC的大小及它們的位相差。RC URC UC10kHz 分度值格 數(shù)測量值UcURCtTf=10kHz(或T104s)6 正確方法關閉示波器、信號發(fā)生器，并整理儀器。五、

14、注意事項1、 勿使信號發(fā)生器輸出端短路，以免燒壞儀器。（相當于電源短路）2、 觀察波形時，波形幅度不能超出示波器顯示屏范圍。，3、 實驗過程中，光點強度不能太高，短時間不使用時，應將輝度關掉。4、 關閉示波器前，須將一、二通道接地，將輝度調到最小。5、雙蹤示波器的兩通道地線的接法有等位要求。六、預習與思考1、示波器的核心是示波管。示波管由哪幾部分組成？示波器的輝度調節(jié)、聚焦調節(jié)是分調節(jié)電子槍中的哪些部件的電位？2、什么能把看不見的變化電壓變換成看得見的圖象，簡述其原理。3、器測量信號電壓的峰峰值和周期時事先一定要對示波器作校準，你知道如何校準嗎？簡述其方法和步驟。4、示波器“電平”旋鈕的作用是

15、什么？什么時侯需要調節(jié)它？觀察李薩如圖形時，能否用它把圖形穩(wěn)定下來？5、如果示波器是良好的，但由于某些旋鈕的位置未調好，熒光屏上看不見亮點。問哪幾個旋鈕位置不合適就可能造成這種情況？應該怎樣操作才能找到亮點？6、一正弦電壓信號人從Y軸輸入示波器，熒光屏上僅顯示一條鉛直的直線，試問這是什么原因？應調節(jié)哪些開關和旋鈕，方能使熒光屏顯示出正弦波來？7、為了提高示波器的讀數(shù)準確度，你在實驗室中應注意哪些問題？用示波器測量信號的電壓峰峰值和周期，其測定值能得到幾位有效數(shù)字，為什么？8、 波器能否用來測量直流電壓？如果能測，則應如何進行？附錄1、示波器面板簡介（標注見面板示意圖）1 1示波管電路“電源”(

16、POWER)示波器的主電源開關，當此開關按下時，開關上方的指示燈亮，表示電源已接通?！拜x度”(INTEN)。控制光點和掃線的亮度。“聚焦"(FOCUS)將掃線聚成最清晰?！肮廑E旋轉”(TRACE ROTATION)用來調整水平掃線，使之平行于刻度線。1 2垂直偏轉系統(tǒng)“Y1(X)”Y1的垂直輸入端。在XY工作時作為X軸輸入端。 “Y2(Y)”Y2的垂直輸入端。在X-Y工作時作為Y軸輸入端?！癆CDC”輸入信號與垂直放大器連接方式的選擇開關?！癆C”交流耦合。“”輸入信號與放大器斷開，同時放大器輸入端接地?！癉C'，直流耦合。“Vcm”衰減開關，從5mVcm到5vcm共分1 0

17、檔，選擇垂直偏轉因數(shù)用?！拔⒄{"(VARIABLE)偏轉因數(shù)微調，可調節(jié)至面板指示值的25倍以上，當置“校準”位置時，偏轉因數(shù)校準為面板指示值?！拔灰啤?POSITION)調節(jié)掃線或光點的垂直位置。“Y方式"(VERT MODE)選擇垂直系統(tǒng)的工作方式。“Yl”：Yl單獨工作?！敖惶妗保篩1和Y2交替工作。適用于較高掃速?！皵嗬m(xù)”：以頻率為250kHz的速率輪流顯示Y1和Y2，適用低掃速。“相加”：用來測量代數(shù)和(Y1+Y2)，若Y2旋鈕拉出：則測量兩通道之差。“Y2”：Y 2單獨工作。“內觸發(fā)”(INT TRIG)選擇內部的觸發(fā)信號源。當“觸發(fā)源”開關設置在“內”時，由此

18、開關選擇饋送到觸發(fā)電路的信號。Y1 (X-Y)：以Y1輸入信號作觸發(fā)源信號，在XY工作時，該信號連接到X軸上。Y2：Y2輸入信號作為觸發(fā)信號。Y方式：把顯示在熒光屏上的輸入信號作為觸發(fā)信號。當“Y方式”開關置交替時，觸發(fā)也處在交替方式中，Y1和Y2的信號交替地作為觸發(fā)信號。13觸發(fā)“外觸發(fā)”(EXT TRIG)(EXT HOR)這個輸入端作為外觸發(fā)信號和外水平信號的公用輸入端。用此輸入端時，“觸發(fā)源”開關應置“外”位置。“觸發(fā)源"(SOURCE)選擇觸發(fā)信號?！皟取保簝扔|發(fā)開關選擇的內部信號作為觸發(fā)信號。當置“X-Y”（XY）工作方式時，起連通信號的作用。“電源”：交流電源信號作為觸

19、發(fā)信號。“外”：外觸發(fā)輸入端的輸入信號作為觸發(fā)信號“耦合”(COUPLING)選擇觸發(fā)信號和觸發(fā)電路之間耦合方式，也選擇TV同步觸發(fā)電路的連接方式?！癆C”：通過交流耦合施加觸發(fā)信號?！癏FR”：AC耦合，可抑制高于5OkHz的信號?！癟V”：觸發(fā)信號通過電視同步分離電路連接到觸發(fā)電路，由“tcm”開關選擇TV·H或TV·V同步。 TV·V：05s01mscm TV·H：50us02uscm“DC”：通過直流耦合施加觸發(fā)信號?！皹O性”(SLOPE)選擇觸發(fā)極性?！?”在信號正斜率上觸發(fā)。“-”在信號負斜率上觸發(fā)?！半娖健?LEVEL)觸發(fā)電平調節(jié)?！半娖?/p>

20、”旋鈕用于調節(jié)在信號的任意選定電平進行觸發(fā)。當旋鈕轉向“”時，顯示波形的觸發(fā)電平上升，當此旋鈕轉向“ ”時，觸發(fā)電平下降。14 時基“A tcm”選擇掃描時間因數(shù) (TIMEDIV)“微調”(VARIABLE) “拉×10”掃描時間因數(shù)，微調用。掃描時間因數(shù)可調至面板指示值的25倍以上，此旋鈕置“校準”位置時，掃描時間因數(shù)被校準到面板指示值?？绦o拉出時處于×10擴展狀態(tài)?！拔灰?quot;(POSITION)調節(jié)掃線光點的水平位置。“掃描方式"(SWEEP MODE)“自動”(AVTO)選擇需要的掃描方式。當無觸發(fā)信號加以或觸發(fā)信號頻率低于50Hz時，掃描為自激方式?！俺B(tài)"(NORM)當無觸發(fā)信號加入時，掃描處于準備狀態(tài)，沒有掃描線。主要用于觀察低于50Hz的信號。15 其它“校準信號"CAL(Vp-p)該輸出端供給頻率1kHz校準電壓0.5Vp-p的正方波，輸出阻抗約為500。2、信號發(fā)生器簡介 S