大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)示波器實(shí)驗(yàn)的報(bào)告58439

...wd......wd......wd...南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：數(shù)字示波器的使用學(xué)院：信息工程學(xué)院專業(yè)班級：測控技術(shù)儀器152班學(xué)生姓名：王家楨學(xué)號：5801215028實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：B211座位號：14實(shí)驗(yàn)時(shí)間：第四周星期二下午一點(diǎn)開場【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私馐静ㄆ鞯臉?gòu)造和工作原理，熟悉示波器和信號發(fā)生器的基本使用方法。學(xué)習(xí)用示波器觀察電信號的波形和測量電壓、周期及頻率值。通過觀察李沙如圖形，學(xué)會一種測量正弦波信號頻率的方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】VD4322B型雙蹤示波器、EM1643型信號發(fā)生器、連接線及小喇叭等17171234568910111213141516圖8-2VD4322型雙蹤示波器板面圖1、電源開關(guān)2、電源指示燈3、聚焦旋鈕4、亮度調(diào)節(jié)旋鈕5、Y1(X)信號輸入口6、Y2信號輸入口7、8、入耦合開關(guān)〔AC-GND-DC〕9、10、垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇開關(guān)〔V/格〕11、位移旋鈕12、位移旋鈕13、工作方式選擇開關(guān)〔、、交替、斷續(xù)〕14、掃描速度〔時(shí)間/格〕選擇開關(guān)15、掃描微調(diào)控制旋鈕16、水平位移旋鈕17、電平調(diào)節(jié)旋鈕【實(shí)驗(yàn)原理】一、示波器的構(gòu)造及簡單工作原理示波器一般由5個(gè)局部組成，如圖8-3所示：〔1〕示波管；(2)信號放大器和衰減器〔3〕掃描發(fā)生器；〔4〕觸發(fā)同步電路；〔5〕電源。下面分別加以簡單說明。熒熒光屏內(nèi)＋－外觸發(fā)掃描發(fā)生器放大或衰減觸發(fā)同步放大或衰減X軸輸入Y軸輸入亮度聚焦輔助聚焦電源YXHKGA1A2電子槍圖8-3電路構(gòu)造圖電源YX示波管圖8-4示波管示意圖示波管主要包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三局部，全都密封在玻璃外殼內(nèi)，里面抽成高真空。如圖8-4所示，下面分別說明各局部的作用。圖8-4示波管示意圖〔1〕熒光屏：它是示波器的顯示局部，當(dāng)加速聚焦后的電子打到熒光上時(shí)，屏上所涂的熒光物質(zhì)就會發(fā)光，從而顯示出電子束的位置。當(dāng)電子停頓作用后，熒光劑的發(fā)光需經(jīng)一定時(shí)間才會停頓，稱為余輝效應(yīng)。〔2〕電子槍：由燈絲H、陰極K、控制柵極G、第一陽極A1、第二陽極A2五局部組成。燈絲通電后加熱陰極。陰極是一個(gè)外表涂有氧化物的金屬筒，被加熱后發(fā)射電子?？刂茤艠O是一個(gè)頂端有小孔的圓筒，套在陰極外面。它的電位比陰極低，對陰極發(fā)射出來的電子起控制作用，只有初速度較大的電子才能穿過柵極頂端的小孔然后在陽極加速下奔向熒光屏。示波器面板上的“亮度〞調(diào)整就是通過調(diào)節(jié)電位以控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變了屏上的光斑亮度。陽極電位比陰極電位高很多，電子被它們之間的電場加速形成射線。當(dāng)控制柵極、第一陽極、第二陽極之間的電位調(diào)節(jié)適宜時(shí)，電子槍內(nèi)的電場對電子射線有聚焦作用，所以第一陽極也稱聚焦陽極。第二陽極電位更高，又稱加速陽極。面板上的“聚焦〞調(diào)節(jié)，就是調(diào)第一陽極電位，使熒光屏上的光斑成為明亮、清晰的小圓點(diǎn)。有的示波器還有“輔助聚焦〞，實(shí)際是調(diào)節(jié)第二陽極電位。〔3〕偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：它由兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成，一對垂直偏轉(zhuǎn)板Y，一對水平偏轉(zhuǎn)板X。在偏轉(zhuǎn)板上加以適當(dāng)電壓，電子束通過時(shí)，其運(yùn)動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使電子束在熒光屏上的光斑位置也發(fā)生改變。容易證明，光點(diǎn)在熒光屏上偏移的距離與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓成正比，因而可將電壓的測量轉(zhuǎn)化為屏上光點(diǎn)偏移距離的測量，這就是示波器測量電壓的原理。2、信號放大器和衰減器0tUx圖8-5鋸齒波示波管本身相當(dāng)于一個(gè)多量程電壓表，這一作用是靠信號放大器和衰減器實(shí)現(xiàn)的。由于示波管本身的X及Y軸偏轉(zhuǎn)板的靈敏度不高〔約0.1—1mm/V〕，當(dāng)加在偏轉(zhuǎn)板的信號過小時(shí)，要預(yù)先將小的信號電壓加以放大后再加到偏轉(zhuǎn)板上。為此設(shè)置X軸及Y軸電壓放大器。衰減器的作用是使過大的輸入信號電壓變小以適應(yīng)放大器的要求，否那么放大器不能正常工作，使輸入信號發(fā)生畸變，甚至使儀器受損。對一般示波器來說，0tUx圖8-5鋸齒波3、掃描系統(tǒng)〔掃描發(fā)生器〕掃描系統(tǒng)也稱時(shí)基電路，用來產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間作線性變化的掃描電壓，這種掃描電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系如同鋸齒，故稱鋸齒波電壓，如圖8-5所示，這個(gè)電壓經(jīng)X軸放大器放大后加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，使電子束產(chǎn)生水平掃描。這樣，屏上的水平坐標(biāo)變成時(shí)間坐標(biāo)，Y軸輸入的被測信號波形就可以在時(shí)間軸上展開。掃描系統(tǒng)是示波器顯示被測電壓波形必需的重要組成局部。示波器顯示波形的原理t0Uyt0Uy圖8-6正弦波如果在豎直偏轉(zhuǎn)板上〔簡稱Y軸〕加正弦電壓，同時(shí)在水平偏轉(zhuǎn)板上〔簡稱X軸〕加鋸齒波電壓，電子受豎直、水平兩個(gè)方向的力的作用，電子的運(yùn)動就是兩相互垂直的運(yùn)動的合成。當(dāng)鋸齒波電壓比正弦電壓變化周期稍大時(shí)，在熒光屏上將能顯示出完整周期的所加正弦電壓的波形圖。三、觸發(fā)同步的概念圖8-7不同步時(shí)波形TyTx3Uyt1245769101112801692547104,118830UxtTx=－圖8-7不同步時(shí)波形TyTx3Uyt1245769101112801692547104,118830UxtTx=－Ty７８為了獲得一定數(shù)量的波形，示波器上設(shè)有“掃描時(shí)間〞〔或“掃描范圍〞〕、“掃描微調(diào)〞旋鈕，用來調(diào)節(jié)鋸齒波電壓的周期Tx〔或頻率fx〕，使之與被測信號的周期Ty〔或頻率fy〕成適宜的關(guān)系，從而在示波器屏上得到所需數(shù)目的完整的被測波形。輸入Y軸的被測信號與示波器內(nèi)部的鋸齒波電壓是互相獨(dú)立的。由于環(huán)境或其它因素的影響，它們的周期〔或頻率〕可能發(fā)生微小的改變。這時(shí)，雖然可通過調(diào)節(jié)掃描旋鈕將周期調(diào)到整數(shù)倍的關(guān)系，但過一會兒又變了，波形又移動起來。在觀察高頻信號時(shí)這種問題尤為突出。為此示波器內(nèi)裝有掃描同步裝置，讓鋸齒波電壓的掃描起點(diǎn)自動跟著被測信號改變，這就稱為整步〔或同步〕。有的示波器中，需要讓掃描電壓與外部某一信號同步，因此設(shè)有“觸發(fā)選擇〞鍵，可選擇外觸發(fā)工作狀態(tài)，相應(yīng)設(shè)有“外觸發(fā)〞信號輸入端。四、示波器的應(yīng)用1、示波器觀察電信號波形。將待觀察信號從或端接入加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板，X偏轉(zhuǎn)板加上掃描電壓信號，調(diào)節(jié)輝度旋鈕、聚集旋鈕、x、y位移旋鈕,調(diào)節(jié)電壓偏轉(zhuǎn)因數(shù)旋鈕和掃描時(shí)間旋鈕，再調(diào)節(jié)同步觸發(fā)電平旋鈕，即看到待觀察信號波形。2、測量電壓利用示波器可以方便測出電壓值，實(shí)際上示波器所做的任何測量都?xì)w結(jié)為電壓的測量。其原理基于被測量的電壓使電子束產(chǎn)生與之成正比的偏轉(zhuǎn)。計(jì)算公式為〔8-1〕式中，y為電子束沿y軸方向的偏轉(zhuǎn)量，用格數(shù)〔DIV〕表示；為示波器y軸的電壓偏轉(zhuǎn)因數(shù)〔V/DIV〕即〔伏/格〕。3、測量頻率〔1〕周期換算法周期換算法所依據(jù)的原理是頻率與周期成倒數(shù)關(guān)系：(8-2〕信號的周期可以用掃描速度值乘以被測信號波形的又一個(gè)周期在熒光屏上的水平偏轉(zhuǎn)距離而求得〔T=掃描速度×一個(gè)周期水平距離〕，故信號的頻率便可以算出?！?〕李薩如圖形法1:11:21:32:3頻率比相位差角圖8-8李莎如圖設(shè)將未知頻率fy的電壓Uy和頻率fx的電壓U1:11:21:32:3頻率比相位差角圖8-8李莎如圖圖8列出各種不同的頻率比在不同相位差時(shí)的李薩如圖形，不難得出：所以未知頻率〔8-3〕【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求