常州工程學院物理實驗課件05示波器的使用

1、實驗五 示波器的使用 示波器是一種顯示各種電壓波形的儀器。它利用被測信號產(chǎn)生的電場對示波管中電子運動的影響來反映被測信號電壓的瞬變過程，由于電子慣性小，荷質(zhì)比大，因此示波器具有較寬的頻率響應(yīng)，用以觀察變化極快的電壓瞬變過程，因而它具有較廣的應(yīng)用范圍。一切能轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕碾妼W量（如電流、電功率、阻抗等）和非電學量（如溫度、位移、速度、壓力、光強、磁場、頻率等），其隨時間的瞬變過程都可以用示波器進行觀察和測量分析。本實驗通過用示波器觀察各種電信號的波形，測量直流電壓，測量交流信號的電壓、周期、頻率和位相等參數(shù)。了解示波器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，較熟悉地掌握示波器的調(diào)節(jié)和使用?！?實 驗 目 的 】

2、 1、了解示波器的結(jié)構(gòu)和原理； 2、掌握示波器的基本操作方法； 3、利用示波器觀察李薩如圖形，學會一種測 量簡諧振動頻率的方法?！?實 驗 原 理 】 示波器的結(jié)構(gòu)與工作原理 圖 5-1 示波管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-1所示。在燈絲HH中通以一定的電流將陰極K加熱時，陰極K就有電子發(fā)射出來，這些電子穿過控制柵極G，在加速區(qū)（A1、A2、A3）聚焦、加速后，飛向熒光屏上的P點，使屏L的熒光物質(zhì)發(fā)光而形成亮點。調(diào)節(jié)陽極A2的電壓，可以改變A2與A1、A3之間的電場，以改變電子束的收縮程度，從而控制熒光屏上光點直徑的大小，這個過程稱為聚焦。為了控制熒光屏上亮點的位置，示波管內(nèi)裝有兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)板，即

3、X軸（X1、X2）偏轉(zhuǎn)板和Y軸（Y1、Y2）偏轉(zhuǎn)板。如果在偏轉(zhuǎn)板上加有電壓，電子束通過偏轉(zhuǎn)板時將受電場力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，熒光屏上亮點的位置也隨之改變?！?實 驗 原 理 】 如下圖5-2所示，如果在X軸偏轉(zhuǎn)板上加一鋸齒波電壓（Y軸偏轉(zhuǎn)板上不加任何電壓），這時熒光屏上的亮點由A勻速地向B移動，到B后又馬上返回A，并不斷重復這一過程。我們把電子射線沿X軸方向從左到右作勻速的移動過程稱為掃描。由于熒光材料具有一定的余輝時間，于是在熒光屏上呈現(xiàn)出一條水平的掃描亮線。圖 5-2 此時再在Y偏轉(zhuǎn)板上加一正弦交流信號電壓，如圖5-2所示，則電子束不僅受到水平電場力的作用，而且還受到豎直方向的電場力的作用。

4、若正弦交流信號電壓與鋸齒波電壓的周期完全相同，或者后者是前者的整數(shù)倍，則熒光屏上可顯示出一個或整數(shù)個完整的正弦波波形。由此可見，在X偏轉(zhuǎn)板上加一鋸齒波電壓的情況下，示波管熒光屏上所顯示的波形就是加在Y偏轉(zhuǎn)板上的待測信號的波形，這就是示波器顯示波形的基本原理。 為了觀測幅度不同的信號，示波器內(nèi)設(shè)有放大和衰減系統(tǒng)。對輸入的小信號進行放大；對輸入的大信號進行衰減，以便在熒光屏上顯示出適中的波形。 【 實 驗 原 理 】 李薩如圖形 如果示波器的X、Y軸同時輸入的都是正弦交流信號電壓，熒光屏上亮點的軌跡將是兩個相互垂直的簡諧振動合成的結(jié)果。特別當兩個正弦交流信號電壓的頻率相等或成簡單整數(shù)比時，亮點的軌

5、跡為一穩(wěn)定的曲線，這種合振動的圖形稱為李薩如圖形，如表5-1 李薩如圖形的形狀與X、Y軸輸入的正弦交流信號的頻率之間有一個簡單的關(guān)系式，即 式中fX、fY分別為X、Y軸輸入的兩個正弦交流信號電壓的頻率；NX、NY分別為 X、Y方向切線對李薩如圖形的切點數(shù)。利用李薩如圖形的這一特征，就可用已知信號電壓的頻率（如fY測量未知信號電壓的頻率（如fX）?！?實 驗 儀 器 】 示波器 功率函數(shù)信號發(fā)生器 ZL-1整流波形儀【 實驗內(nèi)容及步驟 】 （一）檢查示波器的工作情況。（二）觀察信號的波形1、打開功率函數(shù)信號發(fā)生器，將信號發(fā)生器“頻率顯示”開關(guān)向“內(nèi)”，選 取所需頻率，在顯示屏上觀察到相應(yīng)的頻率數(shù)

6、值?！罢也ǚ取敝糜?最大，“方波幅度”置于最大，“正弦波衰減”置于“0dB”。2、用導線將信號發(fā)生器的“正弦波”和“”端鈕分別接至示波器的“Y軸輸 入”和“接地”端鈕。3、調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的“頻率細調(diào)”旋鈕，將信號發(fā)生器的頻率調(diào)至100Hz， 調(diào)節(jié)示波器的“掃描微調(diào)”和“整步增幅”旋鈕，使示波器上出現(xiàn)穩(wěn)定的 圖形。4、用導線將信號發(fā)生器的“方波”和“”端鈕分別接至示波器的“Y軸輸入” 和“接地”端鈕。觀察方波的波形。5、用導線將信號發(fā)生器的“三角波”和“”端鈕分別接至示波器的“Y軸輸 入”和“接地”端鈕，觀察三角波的波形。將上述觀察結(jié)果記入表一?！?實驗內(nèi)容及步驟 】 （三）、觀察李薩如圖形

7、1、將示波器上的“X軸衰減”置于“10”檔；用導線將整流波形儀6V.50Hz的 輸出端接到示波器的“Y軸輸入”；2、用導線將信號發(fā)生器的“正弦波”和“”端鈕分別與示波器的“X軸輸入” 和“接地”端鈕連結(jié)。3、調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出信號頻率，得出不同頻率比的李薩如圖形。讀 出信號頻率的數(shù)值；畫出李薩如圖形，記入表二中。 （四）觀察整流波形 利用ZL-1整流波形儀，在示波器上觀察交流電的正弦波、全波整流 的各種波形?！?注 意 事 項 】 1、為了保護熒光屏不被灼傷，使用示波器時， 光點亮度不能太強，而且也不能讓光點長 時間停在熒光屏的一點上。2、實驗過程中，如果短時間不使用示波器， 可將“輝度”旋

8、鈕逆時針旋至盡頭，使光點 消失。不要經(jīng)常通斷示波器，以免縮短示 波器的使用壽命?！?數(shù) 據(jù) 記 錄 表 】 表 1信號波形圖 正弦波 方 波 三角波表 2記錄整流后的波形： 示 波 器 簡 介示 波 器 簡 介示 波 器 簡 介示 波 器 的 操 作（一）調(diào)節(jié)1、電源電壓的設(shè)置 本示波器具有二種電源電壓設(shè)置，在接通電源前，應(yīng)根據(jù)當?shù)貥藴蕝⒁妰x器后蓋提示將開關(guān)置合適檔位，并選擇合適的保險絲裝入保險絲盒。2、面板一般功能的檢查（l）將有關(guān)控制件位置表52位置（2）接通電源，電源指示燈亮、稍等預熱，屏幕中出現(xiàn)光跡，分別調(diào)節(jié)亮度和聚焦旋鈕，使光跡的亮度適中、清晰。（3）通過連接電纜將本機校準信號輸入至

9、CH1通道。示 波 器 的 操 作（4）調(diào)節(jié)電平旋鈕使波形穩(wěn)定，分別調(diào)節(jié)垂直移位和水平移位，使波形 與圖4-3吻合。（5）將連接電纜換至CH2通道插座，垂直方式置“CH2”，重復（4）操作圖 4-33、亮度控制 調(diào)節(jié)輝度電位器，使屏幕顯示的軌跡、亮度適中。一般觀察不宜太亮，以避免熒光屏過早老化。高亮度的顯示用于觀察一些低重復頻率信號的快速顯示。示 波 器 的 操 作7、信號連接 4、垂直系統(tǒng)的操作5、水平系統(tǒng)的操作 6、觸發(fā)控制 （二）測量1、測量前的檢查和調(diào)整 2、幅值的測量 3、時間測量 功率函數(shù)信號發(fā)生器 面板控制器說明DCY3A型功率函數(shù)信號發(fā)生器面板控制的作用分別敘述如下：l、電源開

10、： 儀器電源開關(guān)，當此開關(guān)向“電源開”位置時，顯示屏顯示出紅光，開關(guān)板向其反方向，表示此時電源關(guān)斷。2、頻率范圍： 儀器輸出信號頻率范圍選擇開關(guān)，其中由 50HZ500KHZ分11檔調(diào)節(jié)頻率粗調(diào)，并從分檔中再設(shè)頻率細調(diào)，F(xiàn)A為第一細調(diào)。它由一只多圈電位器組成，可連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)整10圈來改變頻率，F(xiàn)C為第二細調(diào)，能對輸出信號作0IHZ細調(diào)。3、正弦波幅度： 正弦波信號輸出幅度調(diào)節(jié)器，可改變正弦波的幅度大小，分一4010dB及功率檔，和 09dB細調(diào)。功率函數(shù)信號發(fā)生器 4、輸出：（a）“ ”為方波輸出接口。（b）“/V”為三角波輸出接口。（c）“ ”為正弦波輸出接口。（d）“ ”輸出接地端。5、輸入

11、：當本儀器川作頻率計時，將被測信號接到該端子。6、頻率顯示： 計頻顯示方式選擇開關(guān)。當開關(guān)板向“內(nèi)”時為顯示本機輸出信號的頻率，當開關(guān)極向“外”時為外測頻率，該開關(guān)同時也是“外測信號輸入”選擇開關(guān)。另一只開關(guān)用來作計頻取樣時間選擇的，即其板向“ Is”時取樣時間為 1秒，顯示屏很快便可指示出被測信號的頻率，開關(guān)板向“ 10s”時這樣可以將測量頻率的分辨率提高到0IH要較長時間方可指示讀數(shù)，而且要取樣二至三次，其讀數(shù)方穩(wěn)定。這一點一定要注意，（該檔一般使用在低頻范圍）。7、安全接地點： 該點在儀器的后面，用來接地線的接口，以防儀器漏電起安全保護作用。8、Fuse：儀器的用電保險管座，逆時針旋開，更換保險管時使用，注意換保險管時應(yīng)撥下“電源”插頭。9、電源插頭： 儀器的外接工作電源接口。功率函數(shù)信號發(fā)生器 ZL-1整流波形儀 1、將K1撥到下方交流，其余K2、K3、K4撥到下方斷開，整流輸出接示波器 輸入，可觀察到8V交流波形。2、在觀察交流波形的基礎(chǔ)上，將K1撥到上方半