大物試驗(yàn)報(bào)告——示波器的使用

1、 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)儀器 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 2、熟練掌握示波器的基本操作。 3、學(xué)會(huì)用示波器測(cè)量電壓、頻率和相位差的方法。 4、學(xué)會(huì)周期信號(hào)的頻譜分析。 5、觀察李薩如圖形、拍現(xiàn)象，加深對(duì)振動(dòng)合成的理解。 實(shí)驗(yàn)儀器 TBS1102B-EDU型數(shù)字存儲(chǔ)示波器、TFG6920A型函數(shù)/任意波形發(fā)生器。 二、實(shí)驗(yàn)原理 （要求與提示：限400字以內(nèi)，實(shí)驗(yàn)原理圖須用手繪后貼圖的方式） 1、交變信號(hào)參數(shù)測(cè)量 信號(hào)的幅度、周期、頻率、相位是正弦波的主要測(cè)量參數(shù)，如左圖所示，其波形的電壓 可用有效值URMS零-峰值UOR峰-峰值UPR平土值UAVG表示。 方波常用作時(shí)鐘信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確地觸

2、發(fā)同步電路，常關(guān)注對(duì)上升時(shí)間或下降時(shí)間、脈沖寬度、 電壓等參數(shù)測(cè)量，如右圖所示。在一個(gè)頻率周期內(nèi)高電平所占的時(shí)間百分?jǐn)?shù)稱為占空比，即 1個(gè)周期內(nèi)高電平時(shí)間除以周期時(shí)長(zhǎng)。 三角波是鋸齒波的一種特殊形式。鋸齒波的特點(diǎn)是電壓漸漸增大突然降到零，主要用在 CRT作顯示器件的掃描電路中。 這些參數(shù)可以用刻度法測(cè)量： 山I-峰電壓UPP: Upp=Hpp*S1 實(shí)驗(yàn)4.10示波器的使用 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 式中，Hpp是屏上相鄰兩峰在垂直軸方向的距離，以格為單位；S1是垂直標(biāo)度系數(shù)（伏/格）。 信號(hào)的周期T: T=L*S2 式中，L是信號(hào)個(gè)周期在屏上兩點(diǎn)間的距離，以格為單位；S2是水平標(biāo)度系數(shù)（秒/格）。 根據(jù)周期

3、推算信號(hào)的頻率f： f=1/T 除此之外還可以用光標(biāo)法和自動(dòng)測(cè)量法進(jìn)行側(cè)量。 3、相位差測(cè)量 相位（phase）是某一物理量隨時(shí)間（或位置）作余弦（或正弦）變化時(shí)，決定該量在任一時(shí)間（或位置）狀態(tài)的一個(gè)數(shù)值，兩個(gè)頻率相同正弦信號(hào)的相位差等于初相之差，是一個(gè)不隨時(shí)間變化的常數(shù)。采用雙蹤示波法測(cè)量，將欲測(cè)量的兩個(gè)信號(hào)A和B分別接到示波器的 兩個(gè)輸人通道，示波器設(shè)置為YT顯示方式，調(diào)節(jié)有關(guān)旋鈕，利用示波器屏幕上的刻度坐標(biāo)，測(cè)出信號(hào)的一個(gè)周期T在時(shí)間基線（水平方向）上所占的格數(shù)L（T）,兩波形對(duì)應(yīng)點(diǎn)在時(shí)間基線上的間距At對(duì)應(yīng)的格數(shù)L（At）,就可求得兩信號(hào)的相位差： （）=2兀*L（At）/L（T）

4、4、周期信號(hào)的頻譜 一個(gè)時(shí)域周期信號(hào)，只要滿足狄里赫利條件，則可分解為一系列諧波分量（正弦波）之和。為了表征不同信號(hào)的諧波組成情況，時(shí)常畫(huà)出周期信號(hào)各次諧波的分布圖形，這種圖形稱為 信號(hào)的頻譜。使用示波器的FFT（快速傅氏變換）功能可將時(shí)域（YT）信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率分量（頻譜），使用縮放控制和光標(biāo)可放大并測(cè)量FFT譜，進(jìn)行信號(hào)分析。 5、拍現(xiàn)象及拍頻 拍現(xiàn)象是振動(dòng)合成過(guò)程中產(chǎn)生的一種特有現(xiàn)象，頻率較大而頻率之差很小的兩個(gè)同方向 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成結(jié)果不再是一個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其合振動(dòng)的振幅時(shí)而加強(qiáng)時(shí)而減弱，這種現(xiàn)象叫 作拍。振幅變化的周期為 T拍=1/（丫1-丫2） 振幅變化的頻率為 丫拍=1/T拍=丫1-

5、丫2 6、李薩如圖形 在互相垂直的方向上，兩個(gè)頻率成簡(jiǎn)單整數(shù)比的簡(jiǎn)諧振動(dòng)所合成的規(guī)則的、穩(wěn)定的閉合 曲線稱為李薩如圖。根據(jù)已知信號(hào)的頻率（或相位）便可求得被測(cè)信號(hào)的頻率（或相位），李 薩如圖形法既可測(cè)量頻率又可測(cè)量相位。 如圖所示，從示波器屏幕上測(cè)出橢圓在X軸方向上的最大偏 轉(zhuǎn)距離A和在X軸的截距B的值，則信號(hào)的相位差為 ()=arcsin(B/A) 三、實(shí)驗(yàn)步驟 (要求與提示：限400字以內(nèi)) 1、使用“自動(dòng)設(shè)置”，分別在示波器上觀察穩(wěn)定的正弦、方波、三角波信號(hào)波形。 2、調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使A路輸出50Hz正弦信號(hào)，采用刻度法測(cè)量信號(hào)的峰-峰電壓、 周期并記錄數(shù)據(jù)。 3、雙蹤示波法測(cè)量正弦信

6、號(hào)的相位差，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，從示波器屏幕上讀出L(T)和 L(At)的值并記錄數(shù)據(jù)。 4、調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，設(shè)置方波信號(hào)的占空比為50啼口25%光標(biāo)法顯示方波的幅度AV 和脈沖寬度A并記錄數(shù)據(jù)。 5、調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，分別輸出方波信號(hào)和10kHz正弦信號(hào)，在示波器上觀察到穩(wěn)定的 頻譜圖并記錄數(shù)據(jù)；使用“FFT縮放”選項(xiàng)，依次測(cè)量記錄譜線的幅度與頻率并記錄數(shù)據(jù)。 6、調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使A路輸出100Hz三角波信號(hào)，采用自動(dòng)法測(cè)量信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)并記錄數(shù)據(jù)。 7、調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器使A、B路輸出信號(hào)幅度相同的正弦信號(hào)，Y1=150Hz,Y2=130Hz,觀察拍現(xiàn)象，并用刻度法測(cè)量拍的周期。 8、調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生

7、器使A路輸出50HZ正弦信號(hào)，B路分別輸出25HZ、75HZ、100HZ、 200HZ正弦信號(hào)，觀察李薩如圖形并記錄數(shù)據(jù)。調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器使A、B路分別輸出50Hz 正弦信號(hào)，分別調(diào)節(jié)A、B輸出相位為0。、45。，得到李薩如圖形，讀出A和B的值并記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算相位差。令僅和fy,分別代表水平方向和垂直方向上的正弦信號(hào) 的頻率，當(dāng)顯示屏上顯示出穩(wěn)定的李薩如圖形時(shí)，在水平和 垂直方向分別作二組線與圖形相交，如圖所示，數(shù)出此直線 fx/fy=Ny/Nx 與圖形的交點(diǎn)數(shù)N,則 四、數(shù)據(jù)處理 （要求與提示：對(duì)于必要的數(shù)據(jù)處理過(guò)程要貼手算照片） 1、交變信號(hào)參數(shù)測(cè)量 Hpp/格 S1/（V/格） L/（格）

8、 S2/（s/格） 5.2 0.2 2 0.01 Upp=1.04V;T=0.02s;f=50Hz 2、相位差測(cè)量 頻率/Hz L（At）/格 L（T）/（格） 50 1.3 2 4=1.3兀 3、光標(biāo)法測(cè)方波信號(hào)參數(shù)（5kHz） 占空比 AU/V A/s 50% 1.02 0.000104 25% 1.02 0.000052 4、方波頻率觀察與測(cè)量（f=10kHz） 方波譜線 1 2 3 4 5 譜頻率/kHz 9.000 30.00 50.00 70.00 89.00 譜幅度/dB 68.0 58.4 54.0 51.2 48.8 方波頻譜圖形 1U 5、正弦波頻譜觀察與測(cè)量（f=10kH

9、z） 正弦波譜線 1 譜頻率/kHz 9.000 譜幅度/dB 66.0 1 正弦波頻譜圖形 6、三角波信號(hào)參數(shù)（100Hz） Upp/V T/s f/Hz RMS/V 上升時(shí)間/s 下降時(shí)間/s 1.02 0.01 100 0.292 0.039 0.039 7、拍的周期測(cè)量 L/格 S2/（s/格） 8.6 0.005 T拍=0.043s；Y拍=23Hz 8、李薩如圖形 CHB言號(hào)頻率fB/Hz 25 75 100 200 李薩如圖形 c L c J k 彳 R 1 twr X軸交點(diǎn)數(shù)NX 2 6 4 8 Y軸交點(diǎn)數(shù)NY 4 4 2 2 CHB言號(hào)計(jì)算頻率fB/Hz 25 75 100 2

10、00 頻率/Hz A/格 B/格 50 5.2 4.6 4=62 1215 五、分析討論 （提示：分析討論不少于400字） 1、 在顯示屏上數(shù)格數(shù)時(shí)，熒光線粗細(xì)會(huì)導(dǎo)致肉眼觀察誤差。 2、 根據(jù)測(cè)量結(jié)果，相同頻率方波信號(hào)的幅度AV為固定值，脈沖寬度A與占空比成正 比關(guān)系。 3、 根據(jù)10kHz方波頻譜的觀察結(jié)果，5條譜線的頻率隨幅度的減小，以20.00kHz等間隔增大，而譜幅度則以間隔逐漸減小的規(guī)律減小。 4、 對(duì)比正弦波和方波頻譜，正弦波只有一條譜線而方波有頻率幅度不等的多條譜線。 5、 根據(jù)拍現(xiàn)象形成的原理，可得拍的振動(dòng)表達(dá)式為 V-2AC052二T平二n （丫1-丫2）/2為振幅變化的頻率，（丫1+0/2為拍的振動(dòng)頻率，二者比值越越小觀察到振幅變化越明顯，即拍現(xiàn)象越明顯。 6、根據(jù)對(duì)不同頻率比下的李薩如圖形的觀察，交點(diǎn)之比與頻率之比成反比關(guān)系。 7、與模擬示波器相比，數(shù)字示波器可以顯示被測(cè)量的瞬時(shí)值軌跡變化情況，顯示重復(fù)波形和對(duì)低頻信號(hào)做到無(wú)閃爍地清晰顯示，并有捕獲顯示單次信號(hào)的能力；還具有FFT等 數(shù)字運(yùn)算和分析的能力。是一臺(tái)具有波形顯示的電壓表、電流表、FFT頻率計(jì)、功率測(cè)量 和波形參數(shù)分析的綜合性儀表。因此對(duì)于研究有更大的優(yōu)勢(shì)。 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1、對(duì)50Hz的正弦信號(hào)，Upp=1.04V;T