示波器的原理及使用

示波器的原理及使用,示波器是利用示波管內(nèi)電子束在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn),顯示隨時(shí)間變化(波形）的電壓信號(hào)的一種觀測(cè)儀器。它不僅可以定性觀察電路(或元件)的動(dòng)態(tài)過程，而且還可以定量測(cè)量各種電學(xué)量，如電壓、周期、波形的寬度及上升、下降時(shí)間等。用雙蹤示波器還可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的時(shí)間差或相位差，顯示兩個(gè)相關(guān)函數(shù)的圖像。示波器還可以用作其他顯示設(shè)備，如晶體管特性曲線、雷達(dá)信號(hào)等。配上各種傳感器，還可用于各種非電量測(cè)量，如壓力、聲光信號(hào)、生物體的物理量(心電、腦電、血壓)等。自1931年美國(guó)研制出第一臺(tái)示波器至今已有70年，它在各個(gè)研究領(lǐng)域都取得了廣泛的應(yīng)用，示波器本身也發(fā)展成為多種類型，如慢掃描示波器、各種頻率范圍的示波器、取樣示波器、記憶示波器等，已成為科學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生、電工電子和儀器儀表等各個(gè)研究領(lǐng)域和行業(yè)最常用的儀器。,示波器,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解通用雙通道示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉示波器面板控制件的作用和使用方法,2、掌握用示波器觀察波形、測(cè)量電壓和頻率的方法,3、掌握觀察李薩如圖形的方法，并能測(cè)量未知信號(hào)的頻率；能用示波器觀察“拍”現(xiàn)象,難點(diǎn)：雙通道示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理,重點(diǎn)：示波器面板控制件的作用和使用方法、測(cè)量原理,4、測(cè)量相位差,二、實(shí)驗(yàn)儀器,通用雙通道示波器（GOS62020MHz）,同軸電纜,函數(shù)信號(hào)發(fā)生器(XJ1630型),三、實(shí)驗(yàn)原理,1、示波器基本結(jié)構(gòu),示波器基本組成框圖,示波器的基本組成,盡管示波器的型號(hào)和規(guī)格很多，但都由四個(gè)基本組成部分:,示波器的基本組成,示波管（CRT）、電子放大系統(tǒng)、掃描觸發(fā)系統(tǒng)、電源,示波管（CRT）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介,A1：第一陽極,G：控制柵極,K：陰極,F：燈絲,G：對(duì)應(yīng)亮度旋鈕,A2：第二陽極,KGA1A2共同完成聚焦,X：水平偏轉(zhuǎn)板,Y：豎直偏轉(zhuǎn)板,熒光屏,電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏,電子放大系統(tǒng),豎直放大器、水平放大器,掃描觸發(fā)系統(tǒng),掃描發(fā)生器、觸發(fā)電路,作用：在偏轉(zhuǎn)板上加足夠的電壓，使電子束獲得明顯偏移；對(duì)較弱的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大,掃描發(fā)生器作用：產(chǎn)生一個(gè)與時(shí)間成正比的電壓作為掃描信號(hào),觸發(fā)電路作用：形成觸發(fā)信號(hào)。示波器工作在自動(dòng)（AUTO)方式時(shí)，掃描發(fā)生器始終有掃描信號(hào)輸出；當(dāng)示波器處于AC/DC觸發(fā)方式工作時(shí)，掃描發(fā)生器必須有觸發(fā)信號(hào)的激勵(lì)才能產(chǎn)生掃描信號(hào)。一般對(duì)應(yīng)：,內(nèi)觸發(fā)方式時(shí)，觸發(fā)信號(hào)由被測(cè)信號(hào)產(chǎn)生，滿足同步要求,外觸發(fā)方式時(shí)，觸發(fā)信號(hào)由外部輸入信號(hào)產(chǎn)生,電源（略）,2、示波原理,（掃描和同步）,掃描原理,只在豎直偏轉(zhuǎn)板上加正弦電壓的情形,只在水平偏轉(zhuǎn)板上加一鋸齒波電壓的情形,示波器顯示正弦波原理圖,X軸方向偏轉(zhuǎn),Y軸方向偏轉(zhuǎn),正弦波合成,同步（整步）原理,掃描時(shí)由于鋸齒波周期性復(fù)原，要求光點(diǎn)所畫的軌跡和第一周期的完全重合，再由視覺殘留，觀察到一個(gè)穩(wěn)定的波形。,紊亂的波形,Tx=nTy,fy=nfx,觸發(fā)同步電路，它從垂直放大電路中取出部分待測(cè)信號(hào)，輸入到掃描發(fā)生器，迫使鋸齒波與待測(cè)信號(hào)同步，此稱為“內(nèi)同步”.操作時(shí)使用“電平”（LEVEL）旋鈕。,3、示波器面板控制件的作用簡(jiǎn)介,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(hào),被測(cè)信號(hào)耦合方式AC：交流輸入,DC：直流輸入,GND：輸入零信號(hào),垂直位移,水平位移,被測(cè)信號(hào)輸入,ALT：兩個(gè)通道交替顯示,通道工作方式選擇,CHOP：兩個(gè)通道斷續(xù)顯示,ADD：顯示兩個(gè)通道信號(hào)幅度的代數(shù)和或差,通道2極性轉(zhuǎn)換,電壓衰減及掃描速率,VOLTS/DIV：調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度，指示垂直方向每格的偏轉(zhuǎn)電壓值,VIRIABLE：連續(xù)調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度,TIME/DIV：調(diào)節(jié)掃描速率，指示水平方向每格的掃描時(shí)間X-Y工作方式：CH1輸入X軸信號(hào),VIRIABLEPLEE5：連續(xù)調(diào)節(jié)掃描速率,掃描方式選擇,自動(dòng)（AUTO)：掃描發(fā)生器自動(dòng)工作,常態(tài)（NORM),單次（SINGLE),被觸發(fā)或準(zhǔn)備指示燈,電平（LEVEL）：調(diào)節(jié)被測(cè)信號(hào)在某一電平觸發(fā)掃描,觸發(fā)方式選擇,選擇觸發(fā)源信號(hào)內(nèi)：CH1CH2外：LINEEXT,觸發(fā)極性選擇：選擇上升或下降沿觸發(fā)掃描,接地,外觸發(fā)輸入,CH1或CH2選擇：“交替”或“斷續(xù)”工作方式時(shí)，選擇頻率低的通道觸發(fā)單蹤顯示時(shí)，任選其一，觸發(fā)信號(hào)均來自于被顯示通道,選擇觸發(fā)信號(hào)耦合方式：AC/DCTV,30：CH1輸出31：電源插座32：電源設(shè)置33：保險(xiǎn)絲座,4、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器簡(jiǎn)介,本實(shí)驗(yàn)所用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可以輸出頻率在0.2Hz-2MHz的正弦波、三角波、方波信號(hào)。,面板主要控制件的作用：,電源開關(guān),波形選擇,頻率范圍選擇,頻率調(diào)節(jié),幅度調(diào)節(jié),函數(shù)信號(hào)輸出,占空比調(diào)節(jié),4、測(cè)量前示波器面板控件的位置,注意：測(cè)量時(shí)對(duì)控件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié),面板主要按鈕,垂直系統(tǒng),水平系統(tǒng),t/DIV：調(diào)節(jié)掃描速率，指示水平方向每格的掃描時(shí)間,V/DIV：調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度,指示垂直方向每格的偏轉(zhuǎn)電壓值,觸發(fā)電路,電平（LEVEL）：調(diào)節(jié)被測(cè)信號(hào)在某一電平觸發(fā)描。舊示波器：順時(shí)針到底，波形中心電平附近新示波器：中央位置，大約在中間值,X-Y工作方式,X-Y：顯示兩個(gè)相關(guān)量的函數(shù)圖形。CH1輸入x軸信號(hào)，同時(shí)設(shè)置為X-Y狀態(tài)。,四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,1、觀察波形,2、測(cè)量正弦信號(hào)電壓與周期,3、測(cè)繪李薩如圖像,4、觀察“拍”現(xiàn)象,5、測(cè)量相位差,1、觀察波形,（1）信號(hào)發(fā)生器輸出接CH1。（2）調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率和電壓及波形。（3）調(diào)節(jié)示波器CH1通道偏轉(zhuǎn)因數(shù)、掃描速率、電平等，使顯示波形穩(wěn)定。,要求：熟練偏轉(zhuǎn)因數(shù)、掃描速率、電平等按鈕操作,2、測(cè)量正弦信號(hào)電壓與周期,測(cè)量原理,偏轉(zhuǎn)因數(shù)V/div,時(shí)基因數(shù)T/div,電壓：Upp=24=8V,假設(shè)：“V/div”檔位置于2V/div,“TIME/div”的檔位在0.5ms/div,周期T=60.5=3mS頻率f=1/T=333HZ,4格,1.6格,T=1.6t/div,UPP=4v/div,將不同信號(hào)源信號(hào)分別輸入CH1和CH2通道，掃描速率旋鈕置X-Y（逆時(shí)針到底）狀態(tài)，調(diào)節(jié)信號(hào)幅度或改變通道偏轉(zhuǎn)因數(shù)，使圖形不超出熒光屏視場(chǎng)，調(diào)節(jié)CH1和CH2頻率比觀察李薩如圖。,3、測(cè)量信號(hào)的頻率,觀察李薩如圖形,兩個(gè)相互垂直的諧振動(dòng)合成時(shí)，若其頻率fx與fy成簡(jiǎn)單的整數(shù)比，合成的軌跡是封閉的穩(wěn)定幾何圖形，稱為李薩如圖。,測(cè)量信號(hào)頻率,測(cè)量原理,調(diào)出=1:1、1:2、2:3、3:4的李薩如圖形，在下表中描下李薩如圖形并記下相應(yīng)CH2通道信號(hào)的頻率fy,4、觀察“拍”現(xiàn)象,兩個(gè)同方向的諧振動(dòng)合成時(shí)，若其頻率f1與f2的差值遠(yuǎn)小于f1、f2，合成振動(dòng)的振幅隨時(shí)間緩慢的呈周期性變化，這種現(xiàn)象稱為“拍”,“拍”頻：,垂直方式選ADD，通道2極性選NORM，掃描速率調(diào)到合適值，調(diào)可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源信號(hào)頻率，使屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的“拍”波形，觀察“拍”現(xiàn)象。,5.利用雙蹤示波器測(cè)量相位差,方法一：將一個(gè)待測(cè)信號(hào)輸入示波器的CH1軸，另一個(gè)待測(cè)信號(hào)輸入示波器的CH2軸，則兩個(gè)待測(cè)信號(hào)間相位差就轉(zhuǎn)化為CH1與CH2間相位差,方法二：將一個(gè)待測(cè)信號(hào)輸入示波器X偏轉(zhuǎn)板，另一個(gè)待測(cè)信號(hào)輸入示波器的YCH2軸，則兩個(gè)待測(cè)信號(hào)間相位差就轉(zhuǎn)化為X軸與YCH2軸間相位差,RC電路,信號(hào)發(fā)生器,CH1,CH2,五、思考題,1、如果打開示波器電源后，看不到掃描線也看不到光點(diǎn)，可有那些原因？,2、當(dāng)Y軸輸入端有信號(hào)，但屏上只有一條水平線