物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-數(shù)字示波器和任意波形信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用

數(shù)字示波器和任意波形信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)原理示波器包括了如圖1所示的幾個(gè)根本組成局部：示波器〔又稱陰極射線管，cathoderaytube，簡(jiǎn)稱CRT〕、垂直放大電路〔Y放大〕、水平放大電路〔X放大〕、掃描信號(hào)發(fā)生電路〔鋸齒波發(fā)生器〕、自檢標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生電路〔自檢信號(hào)〕、觸發(fā)同步電路、電源等。1.示波管的根本結(jié)構(gòu)圖1圖1示波器根本組成框圖圖2示波管結(jié)構(gòu)圖H-燈絲K-陰極G1，圖2示波管結(jié)構(gòu)圖H-燈絲K-陰極G1，G2-控制柵極A1-第一陽極A2-第二陽極Y-豎直偏轉(zhuǎn)板X-水平偏轉(zhuǎn)板〔2〕偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：它由兩對(duì)互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成，一對(duì)豎直偏轉(zhuǎn)板，一對(duì)水平偏轉(zhuǎn)板。在偏轉(zhuǎn)板上加以適當(dāng)電壓，電子束通過時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使電子束在熒光屏上產(chǎn)生的光斑位置也發(fā)生改變?！?〕熒光屏：熒光屏上涂有熒光粉，電子打上去它就發(fā)光，形成光斑。不同材料的熒光粉發(fā)光的顏色不同，發(fā)光過程的延續(xù)時(shí)間〔一般稱為余輝時(shí)間〕也不同。熒光屏前有一塊透明的、帶刻度的坐標(biāo)板，供測(cè)定光點(diǎn)的位置用。在性能較好的示波管中，將刻度線直接刻在熒光屏玻璃內(nèi)外表上，使之與熒光粉緊貼在一起以消除視差，光點(diǎn)位置可測(cè)得更準(zhǔn)。2.波形顯示原理圖3在垂直偏轉(zhuǎn)板加一正弦交變電壓圖4在水平偏轉(zhuǎn)板加一掃描〔鋸齒〕電壓〔1〕僅在垂直偏轉(zhuǎn)板〔Y偏轉(zhuǎn)板〕加一正弦交變電壓：如果僅在Y偏轉(zhuǎn)板加一正弦交變電壓，那么電子束所產(chǎn)生的亮點(diǎn)隨電壓的變化在y圖3在垂直偏轉(zhuǎn)板加一正弦交變電壓圖4在水平偏轉(zhuǎn)板加一掃描〔鋸齒〕電壓〔2〕僅在水平偏轉(zhuǎn)板加一掃描〔鋸齒〕電壓：為了能使y方向所加的隨時(shí)間t變化的信號(hào)電壓Uy(t)在空間展開，需在水平方向形成一時(shí)間軸。這一t軸可通過在水平偏轉(zhuǎn)板加一如圖26-4所示的鋸齒電壓Ux(t)，由于該電壓在0～1時(shí)間內(nèi)電壓隨時(shí)間成線性關(guān)系到達(dá)最大值，使電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點(diǎn)隨時(shí)間線性水平移動(dòng)，最后到達(dá)熒光屏的最右端。在1～2時(shí)間內(nèi)〔最理想情況是該時(shí)間為零〕Ux(t)突然回到起點(diǎn)〔即亮點(diǎn)回到熒光屏的最左端〕。如此重復(fù)變化，假設(shè)頻率足夠高的話，那么在熒光屏上形成了一條如圖4所示的水平亮線，即t軸。常規(guī)顯示波形：如果在Y偏轉(zhuǎn)板加一正電壓〔實(shí)際上任何所想觀察的波形均可〕同時(shí)在X偏轉(zhuǎn)板加一鋸齒電壓，電子束受豎直、水平兩個(gè)方向的力的作用下，電子的運(yùn)動(dòng)是兩相互垂直運(yùn)動(dòng)的合成。當(dāng)兩電壓周期具有適宜的關(guān)系時(shí)，在熒光屏上將能顯示出所加正弦電壓完整周期的波形圖。如圖5所示。圖5波形顯示原理圖3．同步原理圖5波形顯示原理圖UyxUyxTTUyxUyxTT87xTyTt0123456789101112t169205748圖6由此可知同步的一般條件為：Tx=nTy，=1，2，3…其中Tx為鋸齒波周期，Ty為正弦周期。假設(shè)n=3，那么能在熒光屏上顯示出三個(gè)完整周期的波形。如果正弦波和鋸齒波電壓的周期稍微不同，熒光屏上出現(xiàn)的是一移動(dòng)著的不穩(wěn)定圖形。這情形可用圖6說明。設(shè)鋸齒波形電壓的周期Tx比正弦波電壓周期Ty稍小，比方說Tx=nTy，n=7/8。在第一掃描周期內(nèi)，熒光屏上顯示正弦信號(hào)0～4點(diǎn)之間的曲線段；在第二周期內(nèi)，顯示4～8點(diǎn)之間的曲線段，起點(diǎn)在4處；第三周期內(nèi)，顯示8～11點(diǎn)之間曲線段，起點(diǎn)在8處。這樣，熒光屏上顯示的波形每次都不重疊，好似波形在向右移動(dòng)。同理，如果Tx比Ty稍大，那么好似在向左移動(dòng)。以上描述的情況在示波器使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)。其原因是掃描電壓的周期與被測(cè)信號(hào)的周期不相等或不成整數(shù)倍，以致每次掃描開始時(shí)波形曲線上的起點(diǎn)均不一樣所造成的。〔2〕手動(dòng)同步的調(diào)節(jié)：為了獲得一定數(shù)量的穩(wěn)定波形，示波器設(shè)有“掃描周期〞、“掃描微調(diào)〞旋鈕，用來調(diào)節(jié)鋸齒波電壓的周期Tx〔或頻率fx〕，使之與被測(cè)信號(hào)的周期TY〔或頻率fY〕成整數(shù)倍關(guān)系，從而，在示波器熒光屏上得到所需數(shù)目的完整被測(cè)波形。abRLC26-圖7橋式整流電路圖abRLC26-圖7橋式整流電路圖ULiLU25.整流濾波原理整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流。完成這一任務(wù)是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，常見的是半波、全波、橋式整流電路。為?jiǎn)單起見，二極管用理想模型來處理，并以橋式整流電路圖26-9為例分析，交流電壓,是要求支流供電的負(fù)載電阻。在電壓的正、負(fù)半周〔設(shè)a端為正，b端為負(fù)是正半周〕內(nèi)電流通路分別用圖26-10中的實(shí)線和虛線箭頭表示。通過負(fù)載的電流以及電壓的波形如圖26-10所示。顯然，它們是單方向的全波脈動(dòng)波形，單個(gè)二極管的導(dǎo)通角為。加一濾波電容，并聯(lián)的電容在電源供應(yīng)電壓升高時(shí)，能把局部能量存儲(chǔ)起來，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比擬平滑，即具有平波的作用，降低紋波。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)