示波器的使用實驗報告思考題

1、示波器的使用實驗報告思考題示波器的使用的評分標準和參考答案注：思考題參考答案見附件思考題參考答案1 、觀察方波波形， 如果掃描頻率是方波的二倍看到什么圖形？如 果掃描頻率是方波的 2/3 看到什么圖形？答：如果掃描頻率是方波的二倍，那么看到的時半個方波，如果 掃描頻率是方波的 2/3 則看到 3/2 個方波。2 、用李薩如圖形測頻率實驗時， 屏幕上圖形在時刻轉動，為什么？答：是 x 和 y 軸的信號不同步造成的，也就是兩個信號的初相位 不一致導致的。3 、如果示波器的掃描頻率遠大于或小于 Y 么波形？（試先從掃描 頻率等于正弦信號頻率的 2（或 1/23 （或1/3 ）倍考慮，然后推廣到n （

2、或1/n答：如果示波器的掃描頻率遠大于 Y2個、3個、4個.nY軸正弦波信號的頻率時，將看到1/2、1/3、1/44、如果示波器是好的，但當Y直亮線，試問，應調哪幾個旋鈕？答：證明 xx 輸入信號，或者是否將掃描置于 x-y 檔。示波器的使用【實驗簡介】示波器是用來顯示被觀測信號的波形的電子測量儀器，與其他測 量儀器相比，示波器具有以下優(yōu)點：能夠顯示出被測信號的波形；對 被測系統(tǒng)的影響小；具有較高的靈敏度；動態(tài)范圍大，過載能力強； 容易組成綜合測試儀器， 從而擴大使用范圍； 可以描繪出任何兩個周 期量的函數(shù)關系曲線。 從而把原來非常抽象的、 看不見的電變化過程 轉換成在屏幕上看得見的真實圖像。

3、 在電子測量與測試儀器中， 示波 器的使用范圍非常廣泛，它可以表征的所有參數(shù)，如電壓、電流、時 間、頻率和相位差等。若配以適當?shù)膫鞲衅?，還可以對溫度、壓力、 密度、距離、聲、光、沖擊等非電量進行測量。正確使用示波器是進 行電子測量的前提。第一臺示波器由一只示波管，一個電源和一個簡單的掃描電路組 成。發(fā)展到今天已經(jīng)由通用示波器到取樣示波器、記憶示波器、數(shù)字 示波器、邏輯示波器、智能化示波器等近十大系列，示波器廣泛應用 在工業(yè)、科研、國防等很多領域中。Karl Ferdinand Braun 生平簡介1909 年的諾貝爾物理獎得主 Karl Ferdinand Braun 于 1897 年發(fā) 明世

4、界上第一臺陰極射線管示波器，至今許多德國人仍稱CRT為布朗管(BraunTube)。【實驗目的】圖 8-1 Karl Ferdinand Braun1 、 了解示波器的結構和工作原理，熟悉示波器和信號發(fā)生器的 基本使用方法。 2 、 學習用示波器觀察電信號的波形和測量電壓、 周期及頻率值。 3 、 通過觀察李沙如圖形，學會一種測量正弦波信 號頻率的方法。【實驗儀器】VD4322B型雙蹤示波器、EM1643型信號發(fā)生器、連接線及小喇叭 等10圖 8-2 VD4322 型雙蹤示波器板面圖61 、電源開關 2 、電源指示燈 3、聚焦旋鈕 4、亮度調節(jié)旋鈕 5、Y1（X）信號輸入口 6、Y2信號輸入口

5、 7、8 入耦合開關（AC-GND-D）9、10、垂直偏轉因數(shù)選擇開關（V/格）11、Y1位移旋鈕12、Y2位 移旋鈕13、工作方式選擇開關（Y1、Y2、交替、斷續(xù)）14、掃描速 度（時間/格）選擇開關 15、掃描微調控制旋鈕 16、水平位移旋鈕 17、電平調節(jié)旋鈕【實驗原理】一、示波器的結構及簡單工作原理示波器一般由 5個部分組成，如圖 8-3 所示：（ 1）示波管； （2） 信號放大器和衰減器（ 3）掃描發(fā)生器；（ 4）觸發(fā)同步電路；（ 5） 電源。下面分別加以簡單說明。1 、 示波管示波管主要包括電子槍、偏轉系統(tǒng)和熒光屏三部分，全都密封在 玻璃外殼內，里面抽成高真空。如圖 8-4 所示，

6、下面分別說明各部分 的作用。1 ）熒光屏：它是示波器的顯示部分，當加速聚焦后的電子打到熒光上時，屏上所涂 的熒光物質就會發(fā)光， 從而顯示出電子束的位置。 當電子停止作用后， 熒光劑的發(fā)光需經(jīng)一定時間才會停止，稱為余輝效應。(2)電子槍：由燈絲H陰極K控制柵極G第一陽極A1、第 二陽極A2五部分組成。燈絲通電后加熱陰極。陰極是一個表面涂有 氧化物的金屬筒， 被加熱后發(fā)射電子。 控制柵極是一個頂端有小孔的 圓筒，套在陰極外面。它的電位比陰極低，對陰極發(fā)射出來的電子起 控制作用，只有初速度較大的電子才能穿過柵極頂端的小孔然后在陽 極加速下奔向熒光屏。示波器面板上的“亮度”調整就是通過調節(jié)電 位以控制

7、射向熒光屏的電子流密度， 從而改變了屏上的光斑亮度。 陽 極電位比陰極電位高很多， 電子被它們之間的電場加速形成射線。 當 控制柵極、第一陽極、第二陽極之間的電位調節(jié)合適時，電子槍內的 電場對電子射線有聚焦作用， 所以第一陽極也稱聚焦陽極。 第二陽極 電位更高，又稱加速陽極。面板上的“聚焦”調節(jié)，就是調第一陽極 電位，使熒光屏上的光斑成為明亮、清晰的小圓點。有的示波器還有 “輔助聚焦”，實際是調節(jié)第二陽極電位。( 3)偏轉系統(tǒng)：它由兩對相互垂直的偏轉板組成，一對垂直偏轉 板Y，一對水平偏轉板X。在偏轉板上加以適當電壓，電子束通過時，其運動方向發(fā)生偏轉， 從而使電子束在熒光屏上的光斑位置也發(fā)生改

8、 變。容易證明，光點在熒光屏上偏移的距離與偏轉板上所加的電壓成正比，因而可將電壓的測量轉化為屏上光點偏移距離的測量， 這就是示波器測量電壓的原理。2 、信號放大器和衰減器示波管本身相當于一個多量程電壓表，這一作用是靠信號放大器和衰減器實現(xiàn)的。由于示波管本身的X及丫軸偏轉板的靈敏度不高（約 0.1 1mm/V，當加在偏轉板的信號過小時，要預先將小的信號電壓 加以放大后再加到偏轉板上。為此設置X軸及丫軸電壓放大器。衰減 器的作用是使過大的輸入信號電壓變小以適應放大器的要求， 否則放 大器不能正常工作，使輸入信號發(fā)生畸變，甚至使儀器受損。對一般 示波器來說，X軸和丫軸都設置有衰減器，以滿足各種測量的

9、需要。3 、掃描系統(tǒng)（掃描發(fā)生器）掃描系統(tǒng)也稱時基電路，用來產(chǎn)生一個隨時間作線性變化的掃描 電壓，這種掃描電壓隨時間變化的關系如同鋸齒，故稱鋸齒波電壓， 如圖8-5所示，這個電壓經(jīng)X軸放大器放大后加到示波管的水平偏轉 板上，使電子束產(chǎn)生水平掃描。 這樣，屏上的水平坐標變成時間坐標，Y軸輸入的被測信號波形就可以在時間軸上展開。掃描系統(tǒng)是示波器顯示被測電壓波形必需的重要組成部分。 一、示波器顯示波形的原理如果只在豎直偏轉板上加一交變的正弦電壓，則電子束的亮點將 隨電壓的變化在豎直方向來回運動， 如果電壓頻率較高， 則看到的是 一條豎直亮線，如圖 8-6 所示。要能顯示波形，必須同時在水平偏轉 板上

10、加一掃描電壓， 使電子束的亮點沿水平方向拉開。 這種掃描電壓 的特點是電壓隨時間成線性關系增加到最大值，最后突然回到最小， 此后再重復地變化。這種掃描電壓即前面所說的“鋸齒波電壓”，如 圖 8-5 所示。當只有鋸齒波電壓加在水平偏轉板上時， 如果頻率足夠 高，則熒光屏上只顯示一條水平亮線。如果在豎直偏轉板上（簡稱 丫軸）加正弦電壓，同時在水平偏轉 板上（簡稱X軸）加鋸齒波電壓，電子受豎直、水平兩個方向的力的作用，電子的運動就是兩相互垂直的運動的合成。當鋸齒波電壓 比正弦電壓變化周期稍大時， 在熒光屏上將能顯示出完整周期的所加 正弦電壓的波形圖。三、觸發(fā)同步的概念如果正弦波和鋸齒波電壓的周期稍微

11、不同，屏上出現(xiàn)的是一移動 著的不穩(wěn)定圖形。這種情形可用圖 8-7 說明。設鋸齒波電壓的周期 Tx比正弦波電壓周期Ty稍小，比方說Tx/Ty=7/8。在第一掃描周期 內，屏上顯示正弦信號 04 點之間的曲線段；在第二周期內，顯示 48 點之間的曲線段，起點在 4 處；第三周期內，顯示 811 點之 間的曲線段，起點在 8 處。這樣，屏上顯示的波形每次都不重疊，好象波形在向右移動。同理，如果 Tx 比 Ty 稍大，則好象在向左移 動。以上描述的情況在示波器使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)。 其原因是掃描 電壓的周期與被測信號的周期不相等或不成整數(shù)倍， 以致每次掃描開 始時波形曲線上的起點均不一樣所造成的。為了

12、使屏上的圖形穩(wěn)定， 必須使Tx/Ty=n （n= 1, 2, 3, ?）, n是屏上顯示完整波形的個數(shù)。為了獲得一定數(shù)量的波形，示波器上設有“掃描時間”（或“掃 描范圍”）、“掃描微調”旋鈕，用來調節(jié)鋸齒波電壓的周期 Tx （或 頻率fx ），使之與被測信號的周期 Ty （或頻率fy ）成合適的關系， 從而在示波器屏上得到所需數(shù)目的完整的被測波形。 輸入丫軸的被測 信號與示波器內部的鋸齒波電壓是互相獨立的。 由于環(huán)境或其它因素 的影響,它們的周期（或頻率）可能發(fā)生微小的改變。這時,雖然可 通過調節(jié)掃描旋鈕將周期調到整數(shù)倍的關系, 但過一會兒又變了, 波 形又移動起來。 在觀察高頻信號時這種問題

13、尤為突出。 為此示波器內 裝有掃描同步裝置， 讓鋸齒波電壓的掃描起點自動跟著被測信號改變， 這就稱為整步（或同步）。有的示波器中，需要讓掃描電壓與外部某 一信號同步，因此設有“觸發(fā)選擇”鍵，可選擇外觸發(fā)工作狀態(tài)，相 應設有“外觸發(fā)”信號輸入端。 四、 示波器的應用1 、示波器觀察電信號波形。將待觀察信號從Y1或丫2端接入加到丫偏轉板，X偏轉板加上掃 描電壓信號，調節(jié)輝度旋鈕、聚集旋鈕、 x 、y 位移旋鈕 , 調節(jié)電壓偏 轉因數(shù)旋鈕和掃描時間旋鈕， 再調節(jié)同步觸發(fā)電平旋鈕， 即看到待觀 察信號波形。2 、測量電壓利用示波器可以方便測出電壓值，實際上示波器所做的任何測量 都歸結為電壓的測量。 其

14、原理基于被測量的電壓使電子束產(chǎn)生與之成 正比的偏轉。計算公式為 U（t）?yky （8-1 ）式中，y為電子束沿y軸方向的偏轉量，用格數(shù)（DIV）表示；ky 為示波器y軸的電壓偏轉因數(shù)（V/DIV）即（伏/格）3 、測量頻率（1）周期換算法周期換算法所依據(jù)的原理是頻率與周期成倒數(shù)關系：f?1（8-2 ） T信號的周期可以用掃描速度值乘以被測信號波形的又一個周期在 熒光屏上的水平偏轉距離而求得 T?t?x （T二掃描速度X個周期水平 距離），故信號的頻率便可以算出。（2）李薩如圖形法 設將頻率fy的電壓Uy和已知頻率fx的電壓 Ux （均為正弦電壓），分別送到示波器的 丫軸和X軸，則由于兩個電

15、壓的頻率、振幅和相位的不同，在熒光屏上將顯示各種不同波形，一 般得不到穩(wěn)定的圖形， 但當兩電壓的頻率成簡單整數(shù)比時， 將出現(xiàn)穩(wěn) 定的封閉曲線， 稱為李薩如圖形。 根據(jù)這個圖形可以確定兩電壓的頻 率比，從而確定待測頻率的大小。圖8 列出各種不同的頻率比在不同相位差時的李薩如圖形，不難 得出：所以頻率fy?Nxfx （8-3 ） Ny圖 8-8 李莎如圖加在 Y 軸電壓的頻率 fy 加在 X軸電壓的頻率 fx水平直線與圖形相交的點數(shù) Nx 垂直直線與圖形相交的點數(shù) Ny【實驗內容及要求】1 、示波器：輝度、聚焦、水平和豎直位移通道選擇、 觸發(fā)、電平、 幅度因子、掃描因子； 2 、信號源：頻率、信號

16、幅度、波形選擇。3 、連接信號源與示波器：信號源輸出正弦波信號、調節(jié)示波器， 出現(xiàn)穩(wěn)定的正弦波， 根據(jù)波形和幅度因子算出電壓有效值， 波形和掃 描因子算出信號頻率。 4 、將示波器置非掃描檔，外接兩個信號源合 成利薩如圖。示波器的調節(jié)與使用史波（楚雄師范學院物理與電子科學系 云南 675000 ）摘要：通過對示波器發(fā)展及應用的了解， 我獲得了許多以前所不 知道的知識。在最初接觸示波器時， 僅僅對李薩如圖形測頻率感興趣， 認為示波器可以得到許多波形。 如今我了解到和模擬示波器相比， 數(shù) 字示波器不僅體積小、重量輕，便于攜帶，屬于液晶顯示器，而且可以長期貯存波形， 并可以對存儲的波形進行放 大等多

17、種操作和分析； 特別適合測量單次和低頻信號，測量低頻信號時沒有模擬 示波器的 閃爍現(xiàn)象；更多的觸發(fā)方式，除了模擬示波器不具備的預觸發(fā)，還有 邏 輯觸發(fā)、脈沖寬度觸發(fā)等；可以通過 GPIB、RS232、 USB 接口同 計算機、打印機、 繪圖儀連接，可以打印、存檔、分析文件；有強 大的波形處理能力，能自動測量頻率、上升時間、脈沖寬度等很多參 數(shù)。 關鍵詞：示波器波形閃爍現(xiàn)象 參數(shù) ：0441： A ：Scope of adjustment and useShi Bo(Department Of Physics And Electronic Science ChuXiongNormal Unive

18、rsity 675000)Abstract ： Through the oscilloscope development and application of the understanding, I received many previously don't know knowledge. In the initial contact oscilloscope, only to lissajous figures measuring frequency interested, think oscilloscope can get many waveform. Now I know

19、and analog oscilloscope, pared to digital oscilloscope is not only small volume, light weight, easy to carry, belongs to the liquid crystal display, but also long-term storage waveform, and can store waveforms were put big and so on many kinds of operation and analysis; Especially suitable for measu

20、ring single and low frequency signal, measuring low frequency signal without analog oscilloscope flickering phenomenon; More trigger mode, in addition to analog oscilloscope don't have the preliminary trigger, and trigger logic album, pulse width trigger, etc.;Can through the GPIB, RS232, USB in

21、terface with meterKey words： The oscilloscope the waveform flicker phenomenon parameters引言示波器是一種圖形顯示設備，它描繪電信號的波形曲線。這一簡 單的波形能 夠說明信號的許多特性：信號的時間和電壓值、振蕩信 號的頻率、信號所代表電 路中“變化部分”信號的特定部分相對于 其它部分的發(fā)生頻率、 是否存在故障部件 使信號產(chǎn)生失真、 信號的DC 成份和 AC 成份、信號的噪聲值和噪聲隨時間變化 的情況、比較 多個波形信號等。示波器的發(fā)展初期主要為模擬示波器， 模擬示波器要提高帶寬， 需要示波管、 垂直放大和水平

22、掃描全面推進。數(shù)字示波器要改善帶 寬只需要提高前端的 A/D 轉換器的性能，對示波管和掃描電路沒有 特殊要求。加上數(shù)字示波管能充分利用 記憶、存儲和處理，以及多 種觸發(fā)和預前觸發(fā)能力。中期數(shù)字示波器首先在取樣率上提高，從最初取樣率等于兩倍帶 寬，提高至五倍甚至十倍，相應對正弦波取樣引入的失真也從 100% 降低至 3%甚至 1%。其次，提高數(shù)字示波器的更新率，達到模擬示波 器相同水平，最高可達每秒 40 萬 個波形，使觀察偶發(fā)信號和捕捉 毛刺脈沖的能力大為增強。 再次，采用多處理器 加快信號處理能力， 從多重菜單的煩瑣測量參數(shù)調節(jié)，改進為簡單的旋鈕調節(jié)， 甚至完 全自動測量，使用上與模擬示波器

23、同樣方便。最后，數(shù)字示波器與模擬示 波器一樣具有屏幕的余輝方式顯示， 賦于波形的三維狀態(tài)， 即顯示出信號的幅值、 時間以及幅值在時間 上的分布。【實驗原理】示波器由示波管、掃描同步系統(tǒng)、丫軸和X軸放大系統(tǒng)和電源四部分組成，1 、 示波管如圖所示，左端為一電子槍，電子槍加熱后發(fā)出一束電子，電子 經(jīng)電場加速以高速打在右端的熒光屏上， 屏上的熒光物發(fā)光形成一亮 點。亮點在偏轉板電壓的作用下，位置也隨之改變。在一定范圍內， 亮點的位移與偏轉板上所加電壓成正比。示波管結構簡圖 示波管內的偏轉板 2 、 掃描與同步的作用如果在 X 軸偏轉板加上波形為鋸齒形的電壓，在熒光屏上看到的 是一條水平線，如圖圖掃描

24、的作用及其顯示如果在丫軸偏轉板上加正弦電壓，而 X軸偏轉板不加任何電壓，則電子束的亮點在縱方向隨時間作正弦式振蕩，在橫方向不動。我們看到的將是一條垂 直的亮線，如圖如果在丫軸偏轉板上加正弦電壓，又在 X軸偏轉板上加鋸齒形電 壓，則熒光屏上的亮點將同時進行方向互相垂直的兩種位移， 其合成 原理如圖所示，描出了正弦圖形。如果正弦波與鋸齒波的周期 （頻率） 相同，這個正弦圖形將穩(wěn)定地停在熒光屏上。 但如果正弦波與鋸齒波 的周期稍有不同， 則第二次所描出的曲線將和第一次的曲線位置稍微 錯開，在熒光屏上將看到不穩(wěn)定的圖形或不斷地移動的圖形， 甚至很 復雜的圖形。由此可見：（1）要想看到丫軸偏轉板電壓的圖

25、形，必須加上X軸偏轉板電壓 把它展開，這個過程稱為掃描。如果要顯示的波形不畸變，掃描必須 是線性的，即必須加鋸齒波。（2）要使顯示的波形穩(wěn)定，Y軸偏轉板電壓頻率與X軸偏轉板電 壓頻率的比值必須是整數(shù)，即：fyfx?nn=1,2,3,示波器中的鋸齒掃描電壓的頻率雖然可調， 但要準確的滿足上式， 光靠人工調節(jié)還是不夠的， 待測電壓的頻率越高， 越難滿足上述條件。 為此，在示波器內部加裝了自動頻率跟蹤的裝置，稱為“同步”。在人工調節(jié)到接近滿足式頻率整數(shù)倍時的條件下，再加入“同步”的作 用，掃描電壓的周期就能準確地等于待測電壓周期的整數(shù)倍， 從而獲 得穩(wěn)定的波形。（1）如果 Y 軸加正弦電壓， X 軸也加正弦掃描電壓，得出的圖形 將是李薩如圖形， 如表所示。李薩如圖形可以用來測量頻率。 令 fy 、 fx分別代表丫軸和X軸電壓的頻率，nx代表X方向的切線和圖形相 切的切點數(shù)，ny代表丫方向的切線和圖形相切的切點數(shù)，則有nx? fxny李薩如圖形舉例表fy如果已知 fx ，則由李薩如圖形可求出 fy?！緦嶒瀮热荨? 示波器的調整（1）不接外信號，進入非 X-Y 方式 （2）調整掃描信號的位置和 清晰度 （3）設置示波器工作方式 2 正弦波形的顯示（1）熟讀示波器的使用說明，掌握示波器的性能及使用方法。（2）把信號發(fā)生器輸出接到示波器的 Y 軸輸入上，接通電源開關， 把示波器和信號