2021示波器實驗報告

1、示波器實驗報告 示波器實驗報告 不少朋友都不會寫示波器實驗報告，那么，今天，第一我給大家介紹的是示波器實驗報告，希望對大家有幫助。 示波器實驗報告 【實驗題目】 示波器的原理和使用 【實驗?zāi)康摹?1.了解示波器的基本機構(gòu)和工作原理，掌握使用示波器和信號發(fā)生器的基本方法。 2.學會使用示波器觀測電信號波形和電壓副值以及頻率。 3.學會使用示波器觀察李薩如圖并測頻率。 【實驗原理】 1.示波器都包括幾個基本組成部分： 示波管(陰極射線管)、垂直放大電路(Y放大)、水平放大電路(X放大)、掃描信號電路(鋸齒波發(fā)生器)、同步電路、電源等。 2.李薩如圖形的原理： 如果示波器的X和Y輸入時頻率相同或成簡

2、單整數(shù)比的兩個正弦電壓，則熒光屏上將呈現(xiàn)特殊的光點軌跡，這種軌跡圖稱為李薩如圖形。 如果作一個限制光點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與X輸入的兩正弦信號的頻率之比，即fy:fx=nx:ny。 【實驗儀器】 示波器1，信號發(fā)生器2，信號線2。 【實驗內(nèi)容】 1.基礎(chǔ)操作： 了解示波器工作原理的基礎(chǔ)上閱讀所用機器的說明書，了解每個旋鈕的作用。其中最主要也是經(jīng)常使用的旋鈕為橫向和縱向兩個。橫向旋鈕是控制掃描時間的旋鈕，調(diào)節(jié)時表現(xiàn)為熒光屏上顯示波形發(fā)生橫向的壓縮或展開;縱向旋鈕是調(diào)節(jié)垂直放大電路的旋鈕，調(diào)節(jié)時表現(xiàn)為熒光屏上顯示波形

3、發(fā)生縱向的展開或壓縮，次旋鈕為兩個，分別控制示波器的兩個輸入信號。 明確操作步驟及注意事項后，接通示波器電源開關(guān)。先找到掃描線并調(diào)至清晰。 2.觀測李薩如圖形： 向CH1、CH2分別輸入兩個信號源的正弦波，“掃描時間”的“粗調(diào)”旋鈕置于“X-Y”方式(即使兩路信號進行合成)。調(diào)出不同比值的李薩如圖形來，畫出草圖，并分析圖形的特點與兩個信號頻率之間的關(guān)系。繪出所觀察到的各種頻率比的李薩如圖形。 設(shè)fx=1000Hz為約定真值，依次求出另一信號發(fā)生器的輸出頻率fy，并與該信號發(fā)生器讀數(shù)值fy進行比較，一一求出它們的相對誤差。 【實驗數(shù)據(jù)】 【實驗結(jié)果】 【誤差分析】 1.兩臺信號發(fā)生器不協(xié)調(diào)。 2

4、.桌面振動造成的影響。 3.示波器上顯示的熒光線較粗，取電壓值時的熒光線間寬度不準，使電壓值不準。 4.取正弦周期時肉眼調(diào)節(jié)兩熒光線間寬度不準，導(dǎo)致周期不準。 5.機器系統(tǒng)存在系統(tǒng)誤差。 6.fy選取時上下跳動，可能取值不準。 相關(guān)知識 1 示波器工作原理 示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。它是觀察數(shù)字電路實驗現(xiàn)象、分析實驗中的問題、測量實驗結(jié)果必不可少的重要儀器。示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標準信號源組成。 1.1 示波管 陰極射線管(CRT)簡稱示波管，是示波器的核

5、心。它將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。正如圖1所示，電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內(nèi)，構(gòu)成了一個完整的示波管。 1.熒光屏 現(xiàn)在的示波管屏面通常是矩形平面，內(nèi)表面沉積一層磷光材料構(gòu)成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜。高速電子穿過鋁膜，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點。鋁膜具有內(nèi)反射作用，有利于提高亮點的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。 當電子停止轟擊后，亮點不能立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的10%所經(jīng)過的時間叫做“余輝時間”。余輝時間短于10s為極短余輝，10s1ms為短余輝，1ms0.1s為中余輝，0.1s-1s為長余輝，大于1s為極長余輝。一般的示波器配備中余輝示波

6、管，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長余輝。 由于所用磷光材料不同，熒光屏上能發(fā)出不同顏色的光。一般示波器多采用發(fā)綠光的示波管，以保護人的眼睛。 2.電子槍及聚焦 電子槍由燈絲(F)、陰極(K)、柵極(G1)、前加速極(G2)(或稱第二柵極)、第一陽極(A1)和第二陽極(A2)組成。它的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束。燈絲通電加熱陰極，陰極受熱發(fā)射電子。柵極是一個頂部有小孔的金屬園筒，套在陰極外面。由于柵極電位比陰極低，對陰極發(fā)射的電子起控制作用，一般只有運動初速度大的少量電子，在陽極電壓的作用下能穿過柵極小孔，奔向熒光屏。初速度小的電子仍返回陰極。如果柵極電位過低，則全部電子返回陰

7、極，即管子截止。調(diào)節(jié)電路中的W1電位器，可以改變柵極電位，控制射向熒光屏的電子流密度，從而達到調(diào)節(jié)亮點的輝度。第一陽極、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒。前加速極G2與A2相連，所加電位比A1高。G2的正電位對陰極電子奔向熒光屏起加速作用。 電子束從陰極奔向熒光屏的過程中，經(jīng)過兩次聚焦過程。第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一電子透鏡。第二次聚焦發(fā)生在G2、A1、A2區(qū)域，調(diào)節(jié)第二陽極A2的電位，能使電子束正好會聚于熒光屏上的一點，這是第二次聚焦。A1上的電壓叫做聚焦電壓，A1又被叫做聚焦極。有時調(diào)節(jié)A1電壓仍不能滿足良好聚焦，需微調(diào)第二陽

8、極A2的電壓，A2又叫做輔助聚焦極。 3.偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子射線方向，使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。圖8.1中，Y1、Y2和Xl、X2兩對互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。Y軸偏轉(zhuǎn)板在前，X軸偏轉(zhuǎn)板在后，因此Y軸靈敏度高(被測信號經(jīng)處理后加到Y(jié)軸)。兩對偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓，使兩對偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn)。 4.示波管的電源 為使示波管正常工作，對電源供給有一定要求。規(guī)定第二陽極與偏轉(zhuǎn)板之間電位相近，偏轉(zhuǎn)板的平均電位為零或接近為零。陰極必須工作在負電位上。柵極G1相對陰極為負電位(30V100V)，而且可調(diào)，以實現(xiàn)輝度調(diào)節(jié)。第一陽極

9、為正電位(約+100V+600V)，也應(yīng)可調(diào)，用作聚焦調(diào)節(jié)。第二陽極與前加速極相連，對陰極為正高壓(約+1000V)，相對于地電位的可調(diào)范圍為50V。由于示波管各電極電流很小，可以用公共高壓經(jīng)電阻分壓器供電。 1.2 示波器的基本組成 從上一小節(jié)可以看出，只要控制X軸偏轉(zhuǎn)板和Y軸偏轉(zhuǎn)板上的電壓，就能控制示波管顯示的圖形形狀。我們知道，一個電子信號是時間的函數(shù)f(t)，它隨時間的變化而變化。因此，只要在示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上加一個與時間變量成正比的電壓，在y軸加上被測信號(經(jīng)過比例放大或者縮小)，示波管屏幕上就會顯示出被測信號隨時間變化的圖形。電信號中，在一段時間內(nèi)與時間變量成正比的信號是鋸齒波。

10、 示波器的基本組成框圖如圖2所示。它由示波管、Y軸系統(tǒng)、X軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)和電源等五部分組成。 被測信號接到“Y輸入端，經(jīng)Y軸衰減器適當衰減后送至Y1放大器(前置放大)，推挽輸出信號和。經(jīng)延遲級延遲1時間，到Y(jié)2放大器。放大后產(chǎn)生足夠大的信號和，加到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上。為了在屏幕上顯示出完整的穩(wěn)定波形，將Y軸的被測信號引入X軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路，在引入信號的正(或者負)極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，啟動鋸齒波掃描電路(時基發(fā)生器)，產(chǎn)生掃描電壓。由于從觸發(fā)到啟動掃描有一時間延遲2，為保證Y軸信號到達熒光屏之前X軸開始掃描，Y軸的延遲時間1應(yīng)稍大于X軸的延遲時間2。掃描電壓經(jīng)X軸放大器放大，產(chǎn)生推

11、挽輸出和，加到示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上。z軸系統(tǒng)用于放大掃描電壓正程，并且變成正向矩形波，送到示波管柵極。這使得在掃描正程顯示的波形有某一固定輝度，而在掃描回程進行抹跡。 以上是示波器的基本工作原理。雙蹤顯示則是利用電子開關(guān)將Y軸輸入的兩個不同的被測信號分別 顯示在熒光屏上。由于人眼的視覺暫留作用，當轉(zhuǎn)換頻率高到一定程度后，看到的是兩個穩(wěn)定的、清晰的信號波形。 示波器中往往有一個精確穩(wěn)定的方波信號發(fā)生器，供校驗示波器用。 2 示波器使用 本節(jié)介紹示波器的使用方法。示波器種類、型號很多，功能也不同。數(shù)字電路實驗中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器。這些示波器用法大同小異。本節(jié)不針對某一

12、型號的示波器，只是從概念上介紹示波器在數(shù)字電路實驗中的常用功能。 2.1 熒光屏 熒光屏是示波管的顯示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，指示出信號波形的電壓和時間之間的關(guān)系。水平方向指示時間，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格，垂直方向分為8格，每格又分為5份。垂直方向標有0%，10%，90%，100%等標志，水平方向標有10%，90%標志，供測直流電平、交流信號幅度、延遲時間等參數(shù)使用。根據(jù)被測信號在屏幕上占的格數(shù)乘以適當?shù)谋壤?shù)(V/DIV，TIME/DIV)能得出電壓值與時間值。 2.2 示波管和電源系統(tǒng) 1.電源(Power) 示波器主電源開關(guān)。當此開關(guān)按下時，電源指示燈

13、亮，表示電源接通。 2.輝度(Intensity) 旋轉(zhuǎn)此旋鈕能改變光點和掃描線的亮度。觀察低頻信號時可小些，高頻信號時大些。 一般不應(yīng)太亮，以保護熒光屏。 3.聚焦(Focus) 聚焦旋鈕調(diào)節(jié)電子束截面大小，將掃描線聚焦成最清晰狀態(tài)。 4.標尺亮度(Illuminance) 此旋鈕調(diào)節(jié)熒光屏后面的照明燈亮度。正常室內(nèi)光線下，照明燈暗一些好。室內(nèi)光線不足的環(huán)境中，可適當調(diào)亮照明燈。 2.3 垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)和水平偏轉(zhuǎn)因數(shù) 1.垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇(VOLTS/DIV)和微調(diào) 在單位輸入信號作用下，光點在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度，這一定義對X軸和Y軸都適用。靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直靈敏度的單

14、位是為cm/V，cm/mV或者DIV/mV，DIV/V，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的單位是V/cm，mV/cm或者V/DIV，mV/DIV。實際上因習慣用法和測量電壓讀數(shù)的方便，有時也把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當靈敏度。 蹤示波器中每個通道各有一個垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇波段開關(guān)。一般按1，2，5方式從 5mV/DIV到5V/DIV分為10檔。波段開關(guān)指示的值代表熒光屏上垂直方向一格的電壓值。例如波段開關(guān)置于1V/DIV檔時，如果屏幕上信號光點移動一格，則代表輸入信號電壓變化1V。 每個波段開關(guān)上往往還有一個小旋鈕，微調(diào)每檔垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。將它沿順時針方向旋到底，處于“校準”位置，此時垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值與波段開關(guān)所指示的值一致。逆時針旋

15、轉(zhuǎn)此旋鈕，能夠微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)后，會造成與波段開關(guān)的指示值不一致，這點應(yīng)引起注意。許多示波器具有垂直擴展功能，當微調(diào)旋鈕被拉出時，垂直靈敏度擴大若干倍(偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小若干倍)。例如，如果波段開關(guān)指示的偏轉(zhuǎn)因數(shù)是1V/DIV，采用5擴展狀態(tài)時，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)是0.2V/DIV。 在做數(shù)字電路實驗時，在屏幕上被測信號的垂直移動距離與+5V信號的垂直移動距離之比常被用于判斷被測信號的電壓值。 2.時基選擇(TIME/DIV)和微調(diào) 時基選擇和微調(diào)的使用方法與垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇和微調(diào)類似。時基選擇也通過一個波段開關(guān)實現(xiàn)，按1、2、5方式把時基分為若干檔。波段開關(guān)的指示值代表光點在水平方向移

16、動一個格的時間值。例如在1S/DIV檔，光點在屏上移動一格代表時間值1S。 “微調(diào)”旋鈕用于時基校準和微調(diào)。沿順時針方向旋到底處于校準位置時，屏幕上顯示的時基值與波段開關(guān)所示的標稱值一致。逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，則對時基微調(diào)。旋鈕拔出后處于掃描擴展狀態(tài)。通常為10擴展，即水平靈敏度擴大10倍，時基縮小到1/10。例如在2S/DIV檔，掃描擴展狀態(tài)下熒光屏上水平一格代表的時間值等于2S(1/10)=0.2S 示波器的標準信號源CAL，專門用于校準示波器的時基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。例如COS5041型示波器標準信號源提供一個VP-P=2V,f=1kHz的方波信號。 示波器前面板上的位移(Position)旋鈕調(diào)

17、節(jié)信號波形在熒光屏上的位置。旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕(標有水平雙向箭頭)左右移動信號波形，旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕(標有垂直雙向箭頭)上下移動信號波形。 2.4 輸入通道和輸入耦合選擇 1.輸入通道選擇 輸入通道至少有三種選擇方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)、雙通道(DUAL)。選擇通道1時，示波器僅顯示通道1的信號。選擇通道2時，示波器僅顯示通道2的信號。選擇雙通道時，示波器同時顯示通道1信號和通道2信號。測試信號時，首先要將示波器的地與被測電路的地連接在一起。根據(jù)輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上，示波器探頭上的地與被測電路的地連接在一起，示波器探頭接觸被測點。示波器探頭上有一雙位開關(guān)

18、。此開關(guān)撥到“1”位置時，被測信號無衰減送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值。此開關(guān)撥到“10位置時，被測信號衰減為1/10，然后送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值。 2.輸入耦合方式 輸入耦合方式有三種選擇：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。當選擇“地”時，掃描線顯示出“示波器地”在熒光屏上的位置。直流耦合用于測定信號直流絕對值和觀測極低頻信號。交流耦合用于觀測交流和含有直流成分的交流信號。在數(shù)字電路實驗中，一般選擇“直流”方式，以便觀測信號的絕對電壓值。 2.5 觸發(fā) 第一節(jié)指出，被測信號從Y軸輸入后，一部分送到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上，驅(qū)動

19、光點在熒光屏上按比例沿垂直方向移動;另一部分分流到x軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，觸發(fā)掃描發(fā)生器，產(chǎn)生重復(fù)的鋸齒波電壓加到示波管的X偏轉(zhuǎn)板上，使光點沿水平方向移動，兩者合一，光點在熒光屏上描繪出的圖形就是被測信號圖形。由此可知，正確的觸發(fā)方式直接影響到示波器的有效操作。為了在熒光屏上得到穩(wěn)定的、清晰的信號波形，掌握基本的觸發(fā)功能及其操作方法是十分重要的。 1.觸發(fā)源(Source)選擇 要使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形，則需將被測信號本身或者與被測信號有一定時間關(guān)系的觸發(fā)信號加到觸發(fā)電路。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號由何處供給。通常有三種觸發(fā)源：內(nèi)觸發(fā)(INT)、電源觸發(fā)內(nèi)觸發(fā)使用被測信號作為觸發(fā)信號，是經(jīng)常使用

20、的一種觸發(fā)方式。由于觸發(fā)信號本身是被測信號的一部分，在屏幕上可以顯示出非常穩(wěn)定的波形。雙蹤示波器中通道1或者通道2都可以選作觸發(fā)信號。 電源觸發(fā)使用交流電源頻率信號作為觸發(fā)信號。這種方法在測量與交流電源頻率有關(guān)的信號時是有效的。特別在測量音頻電路、閘流管的低電平交流噪音時更為有效。 外觸發(fā)使用外加信號作為觸發(fā)信號，外加信號從外觸發(fā)輸入端輸入。外觸發(fā)信號與被測信號間應(yīng)具有周期性的關(guān)系。由于被測信號沒有用作觸發(fā)信號，所以何時開始掃描與被測信號無關(guān)。 正確選擇觸發(fā)信號對波形顯示的穩(wěn)定、清晰有很大關(guān)系。例如在數(shù)字電路的測量中，對一個簡單的周期信號而言，選擇內(nèi)觸發(fā)可能好一些，而對于一個具有復(fù)雜周期的信號

21、，且存在一個與它有周期關(guān)系的信號時，選用外觸發(fā)可能更好。 2.觸發(fā)耦合(Coupling)方式選擇 觸發(fā)信號到觸發(fā)電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發(fā)信號的穩(wěn)定、可靠。這里介紹常用的幾種。 AC耦合又稱電容耦合。它只允許用觸發(fā)信號的交流分量觸發(fā)，觸發(fā)信號的直流分量被隔斷。通常在不考慮DC分量時使用這種耦合方式，以形成穩(wěn)定觸發(fā)。但是如果觸發(fā)信號的頻率小于10Hz，會造成觸發(fā)困難。 直流耦合(DC)不隔斷觸發(fā)信號的直流分量。當觸發(fā)信號的頻率較低或者觸發(fā)信號的占空比很大時，使用直流耦合較好。 低頻抑制(LFR)觸發(fā)時觸發(fā)信號經(jīng)過高通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的低頻成分被抑制;高頻抑制(HFR)觸發(fā)時，觸發(fā)信號通過低通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的高頻成分被抑制。此外還有用于電視維修的電視同步(TV)觸發(fā)。這些觸發(fā)耦合方式各有自己的適用范圍，需在使用中去體會。 3.觸發(fā)電平(Level)和觸發(fā)極性(Slope) 觸發(fā)電平調(diào)節(jié)又叫同步調(diào)節(jié)，它使得掃描與被測信號同步。電平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)觸發(fā)信號的觸發(fā)電平。一旦觸發(fā)信號超過由旋鈕設(shè)定的觸發(fā)電平時，掃描即被觸發(fā)。順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平上升;逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電