大學(xué)物理實驗示波器的原理與使用

實驗11示波器的原理與使用

示波器是一種常用的電子測量儀器，它能把眼睛看不見的電信號變換成看得見的圖像顯示在屏幕上，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程，所以示波器被譽(yù)為“電子工程師的眼睛”。

通過示波器可以觀察電壓隨時間變化的波形，并能測量電壓、周期、頻率、相位差等電學(xué)量的數(shù)值。因此示波器在科研、教學(xué)及應(yīng)用技術(shù)等很多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。引言引言在家電維修上的應(yīng)用引言在醫(yī)療上的應(yīng)用

在軍事、氣象、交通上的應(yīng)用一、實驗?zāi)康?/p>

1.了解示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理；2.學(xué)習(xí)使用示波器觀察各種信號波形，并會測量電壓、周期和頻率等電學(xué)量的數(shù)值；3.掌握觀察李薩如圖形，測量未知正弦信號的頻率。二、實驗原理1.示波器的基本結(jié)構(gòu):（1）示波管（CRT）（2）放大與衰減系統(tǒng)（3）掃描同步系統(tǒng)（4）電源系統(tǒng)四個部分二、實驗原理（1）示波管（CRT）UYA1：第一陽極G：控制柵極K：陰極F：燈絲G：對應(yīng)亮度旋鈕A2：第二陽極

GA1

A2共同完成聚焦X：水平偏轉(zhuǎn)板Y：豎直偏轉(zhuǎn)板熒光屏二、實驗原理

（2）放大和衰減系統(tǒng)

為了適應(yīng)被測信號幅值的范圍（從最小幅值到最大幅值），對小信號進(jìn)行放大，對大信號進(jìn)行衰減，用于對不同大小的輸入信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s放，使其幅度適合于觀測。二、實驗原理

（3）掃描系統(tǒng)

掃描系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生鋸齒波掃描電壓(如右圖所示)，即在水平偏轉(zhuǎn)板上加上掃描電壓，使電子束在這個電壓的作用下勻速地在熒光屏上周期性地自左向右運(yùn)動，這一過程稱為掃描。。Uxt二、實驗原理Uxt二、實驗原理

1.示波器的基本結(jié)構(gòu)

(4)電源二、實驗原理

2.示波器顯示波形的原理

如果只在水平偏轉(zhuǎn)板X上加上掃描電壓，而豎直偏轉(zhuǎn)板Y上不加電壓，電子束在水平方向上來回運(yùn)動而形成一條水平亮線，如果只在豎直偏轉(zhuǎn)板Y上加上交變電壓，而X偏轉(zhuǎn)板上不加偏壓，電子束在豎直方向上動而形成一條亮線。二、實驗原理

如果在Y軸偏轉(zhuǎn)板和X軸偏轉(zhuǎn)板上同時分別加上正弦電壓和掃描電壓，電子束同時受豎直和水平兩個方向電場力的作用，電子的運(yùn)動是兩互相垂直運(yùn)動的合成。當(dāng)掃描電壓與正弦電壓變化周期相等時，在熒光屏上能顯示完整周期的正弦波電壓的波形圖二、實驗原理

為了獲得穩(wěn)定波形，X軸上的掃描周期TX和Y軸上被測信號周期TY之間應(yīng)滿足TX=nTY（n是整數(shù)）二、實驗原理

3.同步掃描

為了獲得穩(wěn)定波形(單一波形)，X軸上的掃描周期TX和Y軸上被測信號周期TY之間應(yīng)滿足TX=nTY（n是整數(shù)）

每次掃描在Y軸上應(yīng)有相同的起點。

在示波器上設(shè)有掃描范圍和掃描微調(diào)以及整步調(diào)節(jié)，用來調(diào)節(jié)TX，使之滿足TX=nTY二、實驗原理

3.同步掃描TX=nTY二、實驗原理

在觸發(fā)掃描中，鋸齒波的起點由被測信號的某一斜率和電平點觸發(fā)產(chǎn)生，一個鋸齒波顯示一屏，一個鋸齒波結(jié)束后，等候待測信號UY相同的斜率和電平點再次觸發(fā)產(chǎn)生下一個鋸齒波。由于每屏波形起點對應(yīng)待測信號UY相同的斜率和電平（每屏有相同的起點），所以波形自然穩(wěn)定(各屏重迭)。二、實驗原理

4.利用李薩如圖測正弦電壓的頻率基本原理

如果給示波器的X軸和Y軸都輸入正弦電壓，當(dāng)這兩個正弦電壓的頻率相等或成簡單的整數(shù)比時，則屏上將呈現(xiàn)特殊形狀的圖形，這種圖形稱為李薩如（法國數(shù)學(xué)家）圖形。二、實驗原理1：11：21：32：3二、實驗原理

4.利用李薩如圖測正弦電壓的頻率基本原理

三、實驗儀器1.函數(shù)信號發(fā)生器

(SDG805)

2.雙通道示波器（DOS-620）三、實驗儀器示波器面板控制件的作用簡介鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院大學(xué)物理實驗中心水平控制區(qū)顯示區(qū)豎直控制區(qū)觸發(fā)區(qū)亮度：軌跡亮度調(diào)節(jié)電源開關(guān)電源指示燈聚焦：軌跡清晰度調(diào)節(jié)熒光屏校準(zhǔn)信號（方波）（1）顯示區(qū)（2）水平控制區(qū)水平位移×10MAG：掃描速率擴(kuò)展10倍TIME/DIV：調(diào)節(jié)掃描速率，指示水平方向每格的掃描時間SWP.VAR：掃描速率連續(xù)調(diào)節(jié)（3）豎直控制區(qū)微調(diào)旋鈕，校正位置CALVOLTS/DIV：偏轉(zhuǎn)因數(shù)，指示垂直方向每格的偏轉(zhuǎn)電壓值CH1或CH2：1或2單獨(dú)顯示CH1：被測信號輸入端口CH1垂直位移選擇觸發(fā)信號耦合方式：AC/DCGNDADD：顯示兩個通道信號幅度的代數(shù)和或差（4）觸發(fā)區(qū)電平（LEVEL）：調(diào)節(jié)被測信號在某一電平觸發(fā)掃描，穩(wěn)定信號

觸發(fā)旋鈕，掃面信號與被測信號同步

4.函數(shù)信號發(fā)生器簡介輸出頻率在1μHz-10MHz的正弦波、三角波、方波、脈沖波、噪聲、任意波信號。面板主要控制件的作用：電源開關(guān)彩色液晶顯示屏返回波形選擇觸發(fā)控制：手動觸發(fā)通道控制，波形輸出數(shù)字鍵，輸入?yún)?shù)參數(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)旋鈕參數(shù)數(shù)值位數(shù)切換輔助功能鍵菜單軟鍵，改變波的周期/頻率、峰值/高電平、偏移量/低電平、起始相位、占空比四、實驗內(nèi)容與步驟

1.示波器的預(yù)置

將各個旋鈕、按鈕、切換開關(guān)等調(diào)節(jié)到預(yù)置位置．（1）旋鈕預(yù)置【POSITION】

居中

【SWP.VAR】置于CAL【TIME/DIV】0.2ms【LEVEL】

居中【VOLTS/DIV】居中

【INTEN】

居中【FOCUS】

居中四、實驗內(nèi)容與步驟（2）各按鈕預(yù)置：彈出（3）切換開關(guān)預(yù)置【TRIGGER.MODE】AUTO【SOURCE】/【AC\GND\DC】AC【MODE】/四、實驗內(nèi)容與步驟

2.測量校正信號的電壓頻率四、實驗內(nèi)容與步驟

2.測量校正信號的電壓頻率

（1）校正信號輸入

，調(diào)節(jié)【TIME/DIV】、【VOLTS/DIV】，使波形顯示適中．（豎直方向占2/3，水平方向1~2個完整波形）

（2）測量電壓、頻率，即垂直衰減分度×格數(shù)，即掃描速率分度×格數(shù)四、實驗內(nèi)容與步驟

2.測量校正信號的電壓頻率四、實驗內(nèi)容與步驟

2.測量校正信號的電壓頻率計算：四、實驗內(nèi)容與步驟

2.測量校正信號的電壓頻率計算：數(shù)據(jù)記錄與處理1.測量校正信號的電壓頻率將實驗數(shù)據(jù)記錄下表校正信號標(biāo)準(zhǔn)值偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V/格)格數(shù)(div)掃描速率（T/div）格數(shù)(div)實測值頻率1KHz————電壓VP-P

2VP-P

————四、實驗內(nèi)容與步驟3.測量正弦電壓波信號電壓、頻率

（1）正弦信號輸入

，調(diào)節(jié)【TIME/DIV】、【VOLTS/DIV】，使波形顯示適中．（數(shù)值方向占2/3，水平方向1~2個完整波形）

（2）測量電壓、頻率，即垂直衰減分度*格數(shù)，即掃描速率分度*格數(shù)四、實驗內(nèi)容與步驟3.測量正弦電壓波信號電壓、頻率

（1）正弦信號輸入

，調(diào)節(jié)【TIME/DIV】、【VOLTS/DIV】，使波形顯示適中．（數(shù)值方向占2/3，水平方向1~2個完整波形）

（2）測量電壓、頻率，即垂直衰減分度*格數(shù)，即掃描速率分度*格數(shù)數(shù)據(jù)記錄與處理2.測量正弦電壓波信號電壓、頻率將實驗數(shù)據(jù)記錄下表待測信號偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V/div)格數(shù)(div)信號電壓(VP-P)掃描速率(T/div)格數(shù)(div)信號頻率HZ信號波形電信號1附圖1電信號2附圖2四、實驗內(nèi)容與步驟4.觀察李薩如圖形，測量信號頻率（1）重新預(yù)置，【TIME/DIV】X-Y．

（2）調(diào)節(jié)【VOLTS/DIV】，使圖像顯示適中．（水平、豎直方向各占2/3）．（3）觀察李薩如圖形，計算

數(shù)據(jù)記錄與處理3.觀察李薩如圖形.測量信號頻率將實驗數(shù)據(jù)記錄下表待測信號參考信號頻率nxny信號頻率信號波形電信號1附圖1電信號2附圖2五、數(shù)據(jù)記錄與處理1.測量校正信號的電壓頻率將實驗數(shù)據(jù)記錄下表校正信號標(biāo)準(zhǔn)值偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V/格)格數(shù)(div)掃描速率（T/div）格數(shù)(div)實測值頻率1KHz————電壓VP-P

2VP-P

————五、數(shù)據(jù)記錄與處理2.測量正弦電壓波信號電壓、頻率將實驗數(shù)據(jù)記錄下表待測信號偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V/div)格數(shù)(div)信號電壓(VP-P)掃描速率(T/div)格數(shù)(div)信號頻率HZ信號波形電信號1附圖1電信號2附圖2五、數(shù)據(jù)記錄與處理3.觀察李薩如圖形.測量信號頻率將實驗數(shù)據(jù)記錄下表待測信號參考信號頻率nxny信號頻率信號波形電信號1附圖1電信號2附圖2六、思考題

1.熒光屏上所觀察到的波形實際上是哪兩個電信號的合成？

2.用示波器觀測50Hz和250Hz的正弦波，當(dāng)調(diào)出兩個周期穩(wěn)定的波形時，其掃描電壓的周期是多少？七、注意事項

1.信號發(fā)生器、示波器預(yù)熱3分鐘以后才能正常工作．