示波器的原理及使用

示波器的原理及使用2021/5/91

示波器是利用示波管內(nèi)電子束在電場或磁場中的偏轉(zhuǎn),顯示隨時間變化(波形）的電壓信號的一種觀測儀器。它不僅可以定性觀察電路(或元件)的動態(tài)過程，而且還可以定量測量各種電學(xué)量，如電壓、周期、波形的寬度及上升、下降時間等。用雙蹤示波器還可以測量兩個信號之間的時間差或相位差，顯示兩個相關(guān)函數(shù)的圖像。示波器還可以用作其他顯示設(shè)備，如晶體管特性曲線、雷達(dá)信號等。配上各種傳感器，還可用于各種非電量測量，如壓力、聲光信號、生物體的物理量(心電、腦電、血壓)等。自1931年美國研制出第一臺示波器至今已有70年，它在各個研究領(lǐng)域都取得了廣泛的應(yīng)用，示波器本身也發(fā)展成為多種類型，如慢掃描示波器、各種頻率范圍的示波器、取樣示波器、記憶示波器等，已成為科學(xué)研究、實驗教學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生、電工電子和儀器儀表等各個研究領(lǐng)域和行業(yè)最常用的儀器。示波器2021/5/92一、實驗?zāi)康?、了解通用雙通道示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉示波器面板控制件的作用和使用方法2、掌握用示波器觀察波形、測量電壓和頻率的方法

3、掌握觀察李薩如圖形的方法，并能測量未知信號的頻率；能用示波器觀察“拍”現(xiàn)象難點：雙通道示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理重點：示波器面板控制件的作用和使用方法、測量原理4、測量相位差2021/5/93二、實驗儀器

通用雙通道示波器（GOS62020MHz）同軸電纜

函數(shù)信號發(fā)生器

(XJ1630型)2021/5/94三、實驗原理1、示波器基本結(jié)構(gòu)

示波器基本組成框圖

2021/5/95示波器的基本組成盡管示波器的型號和規(guī)格很多，但都由四個基本組成部分:電源ACDCGNDY軸系統(tǒng)Y軸放大器Ｙ電子槍Z軸電路Y軸偏轉(zhuǎn)X軸偏轉(zhuǎn)熒光屏加速聚焦示波管X-YX軸放大器鋸齒波發(fā)生器同步觸發(fā)電路ＸEXTsourceINTMODE掃描X軸系統(tǒng)ACDCGNDY軸系統(tǒng)Y軸放大器ＹX-YX軸放大器鋸齒波發(fā)生器同步觸發(fā)電路ＸEXTsourceINTMODE掃描X軸系統(tǒng)電子槍Z軸電路Y軸偏轉(zhuǎn)X軸偏轉(zhuǎn)熒光屏加速聚焦示波管電源示波器的基本組成示波管（CRT）、電子放大系統(tǒng)、掃描觸發(fā)系統(tǒng)、電源2021/5/96

示波管（CRT）結(jié)構(gòu)簡介A1：第一陽極G：控制柵極K：陰極F：燈絲G：對應(yīng)亮度旋鈕A2：第二陽極K

GA1

A2共同完成聚焦X：水平偏轉(zhuǎn)板Y：豎直偏轉(zhuǎn)板熒光屏電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏2021/5/97

電子放大系統(tǒng)

豎直放大器、水平放大器

掃描觸發(fā)系統(tǒng)掃描發(fā)生器、觸發(fā)電路作用：在偏轉(zhuǎn)板上加足夠的電壓，使電子束獲得明顯偏移；對較弱的被測信號進(jìn)行放大掃描發(fā)生器作用：產(chǎn)生一個與時間成正比的電壓作為掃描信號觸發(fā)電路作用：形成觸發(fā)信號。示波器工作在自動（AUTO)方式時，掃描發(fā)生器始終有掃描信號輸出；當(dāng)示波器處于AC/DC觸發(fā)方式工作時，掃描發(fā)生器必須有觸發(fā)信號的激勵才能產(chǎn)生掃描信號。一般對應(yīng)：內(nèi)觸發(fā)方式時，觸發(fā)信號由被測信號產(chǎn)生，滿足同步要求外觸發(fā)方式時，觸發(fā)信號由外部輸入信號產(chǎn)生

電源（略）2021/5/982、示波原理（掃描和同步）2021/5/99

掃描原理只在豎直偏轉(zhuǎn)板上加正弦電壓的情形只在水平偏轉(zhuǎn)板上加一鋸齒波電壓的情形示波器顯示正弦波原理圖2021/5/910X軸方向偏轉(zhuǎn)2021/5/911Y軸方向偏轉(zhuǎn)2021/5/912正弦波合成2021/5/913

同步（整步）原理掃描時由于鋸齒波周期性復(fù)原，要求光點所畫的軌跡和第一周期的完全重合，再由視覺殘留，觀察到一個穩(wěn)定的波形。紊亂的波形Tx=nTy,fy=nfx觸發(fā)同步電路，它從垂直放大電路中取出部分待測信號，輸入到掃描發(fā)生器，迫使鋸齒波與待測信號同步，此稱為“內(nèi)同步”.操作時使用“電平”（LEVEL）旋鈕。2021/5/9143、示波器面板控制件的作用簡介亮度：軌跡亮度調(diào)節(jié)電源開關(guān)電源指示燈聚焦：軌跡清晰度調(diào)節(jié)熒光屏校準(zhǔn)信號2021/5/915CH1或CH2：被測信號輸入端口注意雙通道被測信號耦合方式AC：交流輸入DC：直流輸入GND：輸入零信號垂直位移水平位移被測信號輸入2021/5/916ALT：兩個通道交替顯示通道工作方式選擇CH1或CH2：1或2單獨顯示CHOP：兩個通道斷續(xù)顯示ADD：顯示兩個通道信號幅度的代數(shù)和或差通道2極性轉(zhuǎn)換2021/5/917電壓衰減及掃描速率VOLTS/DIV：調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度，指示垂直方向每格的偏轉(zhuǎn)電壓值VIRIABLE：連續(xù)調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度TIME/DIV：調(diào)節(jié)掃描速率，指示水平方向每格的掃描時間X-Y工作方式：CH1輸入X軸信號VIRIABLEPLEE×5：連續(xù)調(diào)節(jié)掃描速率2021/5/918掃描方式選擇自動（AUTO)：掃描發(fā)生器自動工作常態(tài)（NORM)單次（SINGLE)被觸發(fā)或準(zhǔn)備指示燈電平（LEVEL）：調(diào)節(jié)被測信號在某一電平觸發(fā)掃描2021/5/919觸發(fā)方式選擇選擇觸發(fā)源信號內(nèi)：CH1CH2外：LINEEXT觸發(fā)極性選擇：選擇上升或下降沿觸發(fā)掃描接地外觸發(fā)輸入CH1或CH2選擇：“交替”或“斷續(xù)”工作方式時，選擇頻率低的通道觸發(fā)單蹤顯示時，任選其一，觸發(fā)信號均來自于被顯示通道選擇觸發(fā)信號耦合方式：AC/DCTV2021/5/92030：CH1輸出31：電源插座32：電源設(shè)置33：保險絲座2021/5/9214、函數(shù)信號發(fā)生器簡介本實驗所用函數(shù)信號發(fā)生器可以輸出頻率在0.2Hz-2MHz的正弦波、三角波、方波信號。面板主要控制件的作用：電源開關(guān)波形選擇頻率范圍選擇頻率調(diào)節(jié)幅度調(diào)節(jié)函數(shù)信號輸出占空比調(diào)節(jié)2021/5/922AC常態(tài)觸發(fā)耦合方式（COUPLING）順時針旋足微調(diào)（VIRIABLE）CH1觸發(fā)源（TRIGGERSOURCE）0.1V(X)電壓衰減（VOLTS/DIV）0.5ms掃描速率（SEC/DIV）CH1垂直方式（MODE）觸發(fā)極性（SLOPE）居中位移（三只）（POSITION）自動掃描方式（SWEEPMODE）居中聚焦（FOCUS）DC輸入耦合居中亮度（INTENSITV）作用位置控制件名稱作用位置控制件名稱4、測量前示波器面板控件的位置注意：測量時對控件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)2021/5/923

面板主要按鈕垂直系統(tǒng)水平系統(tǒng)t/DIV：調(diào)節(jié)掃描速率，指示水平方向每格的掃描時間V/DIV：調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度,指示垂直方向每格的偏轉(zhuǎn)電壓值觸發(fā)電路電平（LEVEL）：調(diào)節(jié)被測信號在某一電平觸發(fā)描。舊示波器：順時針到底，波形中心電平附近

新示波器：中央位置，大約在中間值X-Y工作方式X-Y：顯示兩個相關(guān)量的函數(shù)圖形。

CH1輸入x軸信號，同時設(shè)置為X-Y狀態(tài)。2021/5/924四、實驗內(nèi)容1、觀察波形2、測量正弦信號電壓與周期

3、測繪李薩如圖像

4、觀察“拍”現(xiàn)象

5、測量相位差2021/5/9251、觀察波形（1）信號發(fā)生器輸出接CH1。（2）調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出頻率和電壓及波形。（3）調(diào)節(jié)示波器CH1通道偏轉(zhuǎn)因數(shù)、掃描速率、電平等，使顯示波形穩(wěn)定。要求：熟練偏轉(zhuǎn)因數(shù)、掃描速率、電平等按鈕操作2021/5/9262、測量正弦信號電壓與周期測量原理

偏轉(zhuǎn)因數(shù)V/div時基因數(shù)T/div電壓：Upp=2×4=8V假設(shè)：“V/div”檔位置于2V/div“TIME/div”的檔位在0.5ms/div

周期T=6×0.5=3mS頻率f=1/T=333HZ

2021/5/9274格1.6格T=1.6×t/divUPP=4×v/div2021/5/928

將不同信號源信號分別輸入CH1和CH2通道，掃描速率旋鈕置X-Y（逆時針到底）狀態(tài)，調(diào)節(jié)信號幅度或改變通道偏轉(zhuǎn)因數(shù)，使圖形不超出熒光屏視場，調(diào)節(jié)CH1和CH2頻率比觀察李薩如圖。3、測量信號的頻率

觀察李薩如圖形

兩個相互垂直的諧振動合成時，若其頻率fx與fy

成簡單的整數(shù)比，合成的軌跡是封閉的穩(wěn)定幾何圖形，稱為李薩如圖。2021/5/9292021/5/930

測量信號頻率測量原理

調(diào)出=1:1、1:2、2:3、3:4的李薩如圖形，在下表中描下李薩如圖形并記下相應(yīng)CH2通道信號的頻率fy

2021/5/9312021/5/9324、觀察“拍”現(xiàn)象

兩個同方向的諧振動合成時，若其頻率f1與f2的差值遠(yuǎn)小于f1、f2，合成振動的振幅隨時間緩慢的呈周期性變化，這種現(xiàn)象稱為“拍”

“拍”頻：

垂直方式選ADD，通道2極性選NORM，掃描速率調(diào)到合適值，調(diào)可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)信號源信號頻率，使屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的“拍”波形，觀察

“拍”現(xiàn)象。2021/5/9335.利用雙蹤示波器測量相位差方法一：將一個待測信號輸入示波器的CH1軸，另一個待測信號輸入示波器的CH2軸，則兩個待測信號間相位差就轉(zhuǎn)化為CH1與CH2間相位差Ф方法二：將一個待測信號輸入示波器X偏轉(zhuǎn)板，另一個待測信號輸入示波器的YCH2軸，則兩個待測信號間相位差就轉(zhuǎn)化為X軸與YCH2軸間相位差Ф2021/5/934RC電路信號發(fā)生器CH1CH22021/5/935五、思考題1、如果打開