示波器實驗報告

示波器的原理和使用及聲速測量一、示波器的原理和使用試驗目的（1）理解示波器的基本構(gòu)造及其工作原理，學習使用示波器。（2）學習電信號有關(guān)參數(shù)的基本概念及其測量。試驗原理示波器原理示波器按顯示方式可分為陰極射線示波管和液晶顯示兩種。陰極射線示波器一般包括示波管、豎直放大器、水平放大器、掃描發(fā)生器、觸發(fā)同步和直流電源等。示波管為示波器的重要部分，包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分，所有密封在真空玻璃外殼內(nèi)。電子槍由燈絲、陰極、控制柵極、第一陽極及第二陽極構(gòu)成。燈絲加熱表面涂有氧化物的陰極，使其發(fā)射電子。因控制柵極電位比陰極低，初速度較大的電子才能通過控制柵極，示波器上的亮度就是通過調(diào)整柵極電位來控制的。陽極電位比陰極電位高諸多，電子被陰陽極間的電場加速而形成陰極射線。當控制柵極、第一陽極及第二陽極的電位調(diào)整合適時，射線收到聚焦。因此第一陽極也稱聚焦陽極，而第二陽極電位更高，稱為加速陽極。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由互相垂直的偏轉(zhuǎn)板構(gòu)成。假如在豎直偏轉(zhuǎn)板上加待測電壓，在水平偏轉(zhuǎn)板上加上與待測電壓同周期或周期為整數(shù)倍的掃描電壓，則在熒光屏上將能顯示出完整周期的所加待測電壓的波形圖。熒光屏上涂有熒光粉，電子打上去能發(fā)出熒光，形成光斑。性能很好的示波管中，熒光屏玻璃內(nèi)表面直接刻有坐標刻度，熒光粉緊貼坐標刻度以消除視差。李薩如圖形的基本原理假如示波器的X和Y輸入是頻率相似或成簡樸整數(shù)比的兩個正弦電壓，則屏上的光點將展現(xiàn)特殊形狀的軌跡，這種軌跡圖稱為李薩如圖形。假如做一種限制光點x、y方向變化范圍的假想方框，則圖形與此框相切時，橫邊上的切點數(shù)nx與豎邊上的切點數(shù)ny之比恰好等于Y和X輸入的兩正弦信號的頻率之比。即：fy:fx=nx:ny，若有端點與假想邊框相接時，應把一種端點記為1/2個切點。運用李薩如圖形能以便得比較出兩個正弦信號的頻率。試驗儀器（1)SS-7802雙蹤示波器試驗用SS-7802雙蹤示波器可以同步測量頻率在20MHz范圍內(nèi)的兩個電壓信號。借助于電子開關(guān)可將兩個信號交替加到示波管的Y偏轉(zhuǎn)板上，當電子開關(guān)的頻率足夠高時，在屏上可以同步得到兩個信號。其基本使用方式如下。1.X方式選擇按鍵(HORIZDISPLAY)：一般選“A”方式，需要顯示李薩如圖時選擇“X-Y”，此時CH-1為X輸入，CH-2為Y輸入。2.觸發(fā)方式選擇按鍵(SWEEPMODE)：一般選“AUTO”方式。3.打開信號通道，假如信號線插在CH1通道，按下“CH1”鍵，使屏幕左下方顯示“1：”，假如信號線插在CH2通道，按下“CH2”鍵，使屏幕左下方顯示“2：”，注意，“2：”前不能出現(xiàn)“+”號，假如出現(xiàn)“+”，請看第10步。4.假如屏幕正上方有“TV”字符顯示，按下“TV”鍵，將該功能取消。5.按下藕合方式開關(guān)鍵(COUPLING)，也許要多次，一般設置為“AC”方式（在屏幕正上方顯示字符“AC”）。6.觸發(fā)源選擇按鍵“SOURCE”：一般設置為與信號輸入相似的通道（假如信號線插在CH1通道，就設置為“CH1”方式，屏幕正上方顯示“CH1”字符，假如信號線插在CH2通道，就設置為“CH2”方式，屏幕正上方顯示“CH2”字符）。7.按下觸發(fā)極性按鍵“SLOPE”：一般選上邊緣觸發(fā)方式“+”(屏幕正上方)。8.若有“MAG”字符顯示于屏幕的右下角。按“MAG×10”鍵將該功能取消。9.CH1、CH2通道不能接地（即屏幕下方無“⊥”顯示）,若出現(xiàn)“⊥”則按對應通道的“GND”鍵取消。10.若有“+”顯示于屏幕的左下角，在“2：”前，按“ADD”鍵將其取消。11.若有“↓”顯示于屏幕的左下角，在“2：”后，按“INV”鍵將其取消。12.若有“〉”顯示于屏幕的左上角，在“A”后，按壓時間調(diào)整旋紐（TIME/DIV）將其取消。13.若有“〉”顯示于屏幕的左下角，按壓對應通道的幅度調(diào)整旋紐（VOLTS/DIV）將其取消。14.調(diào)整旋鈕“TRIGLEVEL”，時它左邊第二行的燈“TRIG’D”變亮，至于第一行的燈“READY”亮不亮都沒關(guān)系。15.旋轉(zhuǎn)輸入信號所在通道的幅度調(diào)整旋鈕“VOLTS/DIV”，把信號波形調(diào)整到適合觀測的大小。16.旋轉(zhuǎn)時間掃描速率旋鈕“TIME/DIV”,把信號波形調(diào)整到適合觀測的疏密程度。（2）函數(shù)信號發(fā)生器TFG1005型函數(shù)信號發(fā)生器，可以輸出正弦波、方波、三角波等，其頻率持續(xù)可調(diào)，范圍為10Hz-2MHz，信號幅度持續(xù)可調(diào)，最大可達20V。詳細操作參見試驗室資料。試驗環(huán)節(jié)1．觀測波形從自制多波形信號發(fā)生器輸出正弦波、方波、三角波和尖脈沖四種波形。分別用示波器測出其正弦波輸出幅度的有效值，方波幅度的峰峰值，三角波的周期，尖脈沖的頻率。2.觀測李薩如圖形將頻率耦合信號發(fā)生器的兩個正弦信號輸入到示波器上，調(diào)出fx：fy=1：1和2：1的穩(wěn)定的李薩如圖形。觀測并記錄相位差為0，π/4，π/2，3π/4，π時的圖形形狀。將自制信號源和函數(shù)信號發(fā)生器的正弦信號分別輸入到示波器的兩輸入端，調(diào)出頻率比為1：1的李薩如圖，并由此定出自制信號源正弦波信號的頻率。3.根據(jù)電容充放電原理，研究方波與三角波之間的關(guān)系從電容器的充放電波形到三角波。用函數(shù)信號發(fā)生器輸出方波u，加在由RC構(gòu)成的電路上。用示波器同步觀測u和uc。然后變化R或f,觀測并記錄變化規(guī)律及其變化前后的頻率、電阻及電容等參數(shù)。二、聲速的測量試驗目的（1）理解聲波在空氣中傳播速度與氣體狀態(tài)參量的關(guān)系。（2）理解超聲波產(chǎn)生和接受的原理，學習用相位法測量空氣中聲速。試驗原理（1）理論計算理想氣體中聲波的傳播速度為其中，γ為比熱容比，Ｍ是氣體的摩爾質(zhì)量，Ｔ是絕對溫度，Ｒ＝8.31441J/(mol·K)。在室溫t下，干燥空氣中的聲速為其中，，。但實際中空氣并不是干燥的，因此修正的成果為其中，r為相對濕度，ps為飽和蒸汽壓，。（2）試驗措施由于，故只要測出頻率和波長，就可以求出聲速。其中，聲波頻率由聲源振動頻率得到，再用相位法測得波長即可。波可以當作是相位的傳播。沿傳播方向上的任意兩點，只要他們的振動狀態(tài)相似，即同相或者相位差為２π的整數(shù)倍，這時兩點間的距離應等于波長λ的整數(shù)倍，即。當在發(fā)射器的聲波中沿傳播方向移動接受器時，總可以找到一種位置，使得接受器接受到的電信號和發(fā)射器的鼓勵電信號同相。繼續(xù)移動接受器，懂得接受的信號再一次和鼓勵電信號同相的時候，移過的距離必然等于聲波的波長。運用利薩如圖形在兩個電信號同相或反相時橢圓退化為友斜或左斜直線即可判斷。試驗環(huán)節(jié)（1）連接電路，將函數(shù)信號發(fā)生器的輸出與超聲波發(fā)射器的輸入端及示波器的通道1連接；將超聲波接受器的輸出端與示波器的通道2連接。函數(shù)型號發(fā)生器置于正弦波輸出，其頻率范圍置于100kHz左右，輸出幅度調(diào)到10V左右。（2）用示波器觀測加在聲波發(fā)射器上的電信號與超聲波接受器輸出的電信號，先將函數(shù)信號發(fā)生器的頻率調(diào)整到40kHz左右，然后細條頻率，使接受器輸出信號最大。記錄下此頻率，即為超聲波頻率。試驗過程中信號頻率若有變化，記下最大值、最小值，最終取平均值。（3）用相位法測波長。運用李薩如圖形找出同相點來求波長。為了提高精度，可采用逐差法處理數(shù)據(jù)。（4）把理論值與試驗值進行比較。在測量開始和結(jié)束時，要先后記錄室溫，以及相對濕度，并查出平均室溫對應的飽和蒸氣壓。若溫度不是整數(shù)，按線性內(nèi)插法求出精確地飽和蒸氣壓。然后計算理論值，與試驗測得的聲速值比較。數(shù)據(jù)處理光標法Upp/V分度法Upp/V計算Ueff/V測量T/ms計算f/kHz正弦波2.5352.5400.8970.6781.474方波12.3013.004.470.6761.479三角波3.873.901.370.6741.483尖峰波12.1512.204.300.6761.479Ueff=(Upp光+Upp分)/(4*sqrt(2))f=1/T聲速的測量T0=273.15Kp=1.013*105Paps=0.0424*105Pat1=29.9℃t2=30.1℃r1=27.0%r2=27.0%f=40.16kHz349.8m/s單位：mmx10.00x1188.12x11-x188.12x29.21x1296.55x12-x287.34x317.46x13104.25x13-x386.79x426.33x14112.67x14-x486.34x535.25x15121.37x15-x586.12x644.20x16129.95x16-x685.75x752.67x17138.73x17-x786.06x861.24x18147.56x18-x886.32x970.11x19156.63x19-x986.52x1079.21x20165.86x20-x1086.6510λ=86.60mmS10λ=0.6907mmλ=（x11-x1+x12-x2+x13-x3+x14-x4+x15-x5+x16-x6+x17-x7