2024年大學物理實驗示波器實驗報告

示波器的使用【試驗簡介】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，示波器具有如下長處：可以顯示出被測信號的波形；對被測系統(tǒng)的影響?。痪哂休^高的敏捷度；動態(tài)范圍大，過載能力強；輕易構成綜合測試儀器，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。從而把本來非常抽象的、看不見的電變化過程轉換成在屏幕上看得見的真實圖像。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。若配以合適的傳感器，還可以對溫度、壓力、密度、距離、聲、光、沖擊等非電量進行測量。對的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，一種電源和一種簡樸的掃描電路構成。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、智能化示波器等近拾大系列，示波器廣泛應用在工業(yè)、科研、國防等諸多領域中。KarlFerdinandBraun生平簡介19的諾貝爾物理獎得主KarlFerdinandBraun于1897年發(fā)明世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)。圖8-1圖8-1KarlFerdinandBraun【試驗目的】理解示波器的構造和工作原理，熟悉示波器和信號發(fā)生器的基本使用措施。學習用示波器觀測電信號的波形和測量電壓、周期及頻率值。通過觀測李沙如圖形，學會一種測量正弦波信號頻率的措施?！驹囼瀮x器】VD4322B型雙蹤示波器、EM1643型信號發(fā)生器、連接線及小喇叭等17171234568910111213141516圖8-2VD4322型雙蹤示波器板面圖1、電源開關2、電源指示燈3、聚焦旋鈕4、亮度調(diào)整旋鈕5、Y1(X)信號輸入口6、Y2信號輸入口7、8、入耦合開關（AC-GND-DC）9、10、垂直偏轉因數(shù)選擇開關（V/格）11、位移旋鈕12、位移旋鈕13、工作方式選擇開關（、、交替、斷續(xù)）14、掃描速度（時間/格）選擇開關15、掃描微調(diào)控制旋鈕16、水平位移旋鈕17、電平調(diào)整旋鈕【試驗原理】一、示波器的構造及簡樸工作原理示波器一般由5個部分構成，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。下面分別加以簡樸闡明。熒熒光屏內(nèi)＋－外觸發(fā)掃描發(fā)生器放大或衰減觸發(fā)同步放大或衰減X軸輸入Y軸輸入亮度聚焦輔助聚焦電源YXHKGA1A2電子槍圖8-3電路構造圖電源YX示波管圖8-4示波管示意圖示波管重要包括電子槍、偏轉系統(tǒng)和熒光屏三部分，全都密封在玻璃外殼內(nèi)，裏面抽成高真空。如圖8-4所示，下面分別闡明各部分的作用。圖8-4示波管示意圖（1）熒光屏：它是示波器的顯示部分，當加速聚焦後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。當電子停止作用後，熒光劑的發(fā)光需經(jīng)一定期間才會停止，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A2五部分構成。燈絲通電後加熱陰極。陰極是一種表面涂有氧化物的金屬筒，被加熱後發(fā)射電子?？刂茤艠O是一種頂端有小孔的圓筒，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後在陽極加速下奔向熒光屏。示波器面板上的“亮度”調(diào)整就是通過調(diào)整電位以控制射向熒光屏的電子流密度，從而變化了屏上的光斑亮度。陽極電位比陰極電位高諸多，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(diào)整合適時，電子槍內(nèi)的電場對電子射線有聚焦作用，因此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(diào)整，就是調(diào)第一陽極電位，使熒光屏上的光斑成為明亮、清晰的小圓點。有的示波器尚有“輔助聚焦”，實際是調(diào)整第二陽極電位。（3）偏轉系統(tǒng)：它由兩對互相垂直的偏轉板構成，一對垂直偏轉板Y，一對水平偏轉板X。在偏轉板上加以合適電壓，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)生變化。輕易證明，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0tUx圖8-5鋸齒波示波管自身相稱于一種多量程電壓表，這一作用是靠信號放大器和衰減器實現(xiàn)的。由于示波管自身的X及Y軸偏轉板的敏捷度不高（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後再加到偏轉板上。為此設置X軸及0tUx圖8-5鋸齒波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)生一種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軸放大器放大後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構成部分。示波器顯示波形的原理t0Uy圖8-6正弦波假如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，假如電壓頻率較高，則看到的是一條豎直亮線，如圖8-6所示。要能顯示波形，必須同步在水平偏轉板上加一掃描電壓，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長到最大值，最終忽然回到最小，此後再反復地變化。這種掃描電壓即前面所說的t0Uy圖8-6正弦波假如在豎直偏轉板上（簡稱Y軸）加正弦電壓，同步在水平偏轉板上（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，電子的運動就是兩互相垂直的運動的合成。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)同步的概念圖8-7不一樣步時波形TyTx3Uyt1245769101112801692547104,118830UxtTx=－圖8-7不一樣步時波形TyTx3Uyt1245769101112801692547104,118830UxtTx=－Ty７８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(diào)”旋鈕，用來調(diào)整鋸齒波電壓的周期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Y軸的被測信號與示波器內(nèi)部的鋸齒波電壓是互相獨立的。由于環(huán)境或其他原因的影響，它們的周期（或頻率）也許發(fā)生微小的變化。這時，雖然可通過調(diào)整掃描旋鈕將周期調(diào)到整數(shù)倍的關系，但過一會兒又變了，波形又移動起來。在觀測高頻信號時這種問題尤為突出。為此示波器內(nèi)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變化，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)，對應設有“外觸發(fā)”信號輸入端。四、示波器的應用1、示波器觀測電信號波形。將待觀測信號從或端接入加到Y偏轉板，X偏轉板加上掃描電壓信號，調(diào)整輝度旋鈕、匯集旋鈕、x、y位移旋鈕,調(diào)整電壓偏轉因數(shù)旋鈕和掃描時間旋鈕，再調(diào)整同步觸發(fā)電平旋鈕，即看到待觀測信號波形。2、測量電壓運用示波器可以以便測出電壓值，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（8-1）式中，y為電子束沿y軸方向的偏轉量，用格數(shù)（DIV）表達；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根據(jù)的原理是頻率與周期成倒數(shù)關系：(8-2）信號的周期可以用掃描速度值乘以被測信號波形的又一種周期在熒光屏上的水平偏轉距離而求得（T=掃描速度×一種周期水平距離），故信號的頻率便可以算出。（2）李薩如圖形法1:11:21:32:3頻率比相位差角圖8-8李莎如圖設將未知頻率fy的電壓Uy和已知頻率fx的電壓U1:11:21:32:3頻率比相位差角圖8-8李莎如圖圖8列出多種不一樣的頻率比在不一樣相位差時的李薩如圖形，不難得出：因此未知頻率（8-3）【試驗內(nèi)容及規(guī)定】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(diào)整示波器，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。【試驗數(shù)據(jù)記錄與處理】測定正弦波電壓和頻率的表格Hz電壓幅度因子峰值距離電壓峰值有效值頻率掃描因子一周期的水平距離周期值頻率利薩如圖表格1000HzHz1000Hz【思索題】1.示波器為何能顯示被測信號的波形？2.熒光屏上無光點出現(xiàn)，有幾種也許的原因？怎樣調(diào)整才能使光點出現(xiàn)？3.熒光屏上波形移動，也許是什么原因引起的【附EM1643型函數(shù)發(fā)生器簡介】1143256789101112131415圖8-9函數(shù)發(fā)生器圖（1）電源開關(POWER)：按入開。（2）功能開關(FUNCTION)：波形選擇正弦波方波和脈沖波三角波和鋸齒波（3）頻率微調(diào)旋鈕FREQVAR：頻率復蓋范圍10倍。（4）分檔開關(RANGE-HZ)：（10HZ-2MHZ分六檔選擇)。（5）衰減器按鈕(ATT)：開關按入時衰減低30Db。（6）電壓幅度調(diào)整旋鈕(AMPLITUDE)；幅度可調(diào)。（7）直流偏移調(diào)整(DCOFFSET)：當開關拉出時:直流電平為-10~+10V持續(xù)可調(diào)，當開