示波器使用大学物理实验报告.doc

示波器的调节与使用引言 示波器是一种图形显示设备，它描绘电信号的波形曲线。这一简单的波形能 够说明信号的许多特性：信号的时间和电压值、振荡信号的频率、信号所代表电 路中“变化部分”信号的特定部分相对于其它部分的发生频率、 是否存在故障部件 使信号产生失真、信号的 DC 成份和 AC 成份、信号的噪声值和噪声随时间变化 的情况、比较多个波形信号等。示波器的发展初期主要为模拟示波器， 模拟示波器要提高带宽， 需要示波管、 垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的 A/D 转换器的性能，对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用 记忆、存储和处理，以及多种触发和预前触发能力。中期数字示波器首先在取样率上提高，从最初取样率等于两倍带宽，提高至五倍甚至十倍，相应对正弦波取样引入的失真也从 100%降低至3%甚至1%。其次，提高数字示波器的更新率，达到模拟示波器相同水平，最高可达每秒 40 万 个波形，使观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲的能力大为增强。再次，采用多处理器 加快信号处理能力，从多重菜单的烦琐测量参数调节，改进为简单的旋钮调节， 甚至完全自动测量，使用上与模拟示波器同样方便。最后，数字示波器与模拟示 波器一样具有屏幕的余辉方式显示， 赋于波形的三维状态， 即显示出信号的幅值、 时间以及幅值在时间上的分布。 【实验原理】示波器由示波管、扫描同步系统、Y轴和X轴放大系统和电源四部分组成， 1、 示波管如图所示，左端为一电子枪，电子枪加热后发出一束电子，电子经电场加速以高速打在右端的荧光屏上，屏上的荧光物发光形成一亮点。亮点在偏转板电压的作用下，位置也随之改变。在一定范围内，亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。 示波管结构简图 示波管内的偏转板2、 扫描与同步的作用如果在X轴偏转板加上波形为锯齿形的电压，在荧光屏上看到的是一条水平线，如图图扫描的作用及其显示如果在Y轴偏转板上加正弦电压，而X轴偏转板不加任何电压，则电子束的亮点在纵方向随时间作正弦式振荡，在横方向不动。我们看到的将是一条垂直的亮线，如图 如果在Y轴偏转板上加正弦电压，又在X轴偏转板上加锯齿形电压，则荧光屏上的亮点将同时进行方向互相垂直的两种位移，其合成原理如图所示，描出了正弦图形。如果正弦波与锯齿波的周期（频率）相同，这个正弦图形将稳定地停在荧光屏上。但如果正弦波与锯齿波的周期稍有不同，则第二次所描出的曲线将和第一次的曲线位置稍微错开，在荧光屏上将看到不稳定的图形或不断地移动的图形，甚至很复杂的图形。由此可见：（1）要想看到Y轴偏转板电压的图形，必须加上X轴偏转板电压把它展开，这个过程称为扫描。如果要显示的波形不畸变，扫描必须是线性的，即必须加锯齿波。（2）要使显示的波形稳定，Y轴偏转板电压频率与X轴偏转板电压频率的比值必须是整数，即： n=1,2,3, 示波器中的锯齿扫描电压的频率虽然可调，但要准确的满足上式，光靠人工调节还是不够的，待测电压的频率越高，越难满足上述条件。为此，在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置，称为“同步”。在人工调节到接近满足式频率整数倍时的条件下，再加入“同步”的作用，扫描电压的周期就能准确地等于待测电压周期的整数倍，从而获得稳定的波形。（1）如果Y轴加正弦电压，X轴也加正弦扫描电压，得出的图形将是李萨如图形，如表所示。李萨如图形可以用来测量未知频率。令fy、fx分别代表Y轴和X轴电压的频率，nx代表X方向的切线和图形相切的切点数，ny代表Y方向的切线和图形相切的切点数，则有 李萨如图形举例表如果已知fx，则由李萨如图形可求出fy。【实验内容】1 示波器的调整（1）不接外信号，进入非X-Y方式（2）调整扫描信号的位置和清晰度（3）设置示波器工作方式2 正弦波形的显示（1）熟读示波器的使用说明，掌握示波器的性能及使用方法。（2）把信号发生器输出接到示波器的Y轴输入上，接通电源开关，把示波器和信号发生器的各旋钮调到正常使用位置，使在荧光屏上显示便于观测的稳定波形。3示波器的定标和波形电压、周期的测量（1）把Y轴偏转因数和扫描时间偏转因数旋钮都放在“校准”位置（指示灯“VAR”熄灭）。（2）把校准信号输出端接到Y轴输入插座（3）把信号发生器的正弦电压接到Y轴输入端，用示波器测量正弦电压的幅值和周期，并和信号发生器上显示的频率值比较。（4）选择不同幅值和频率的5种正弦波，重复步骤（3），记下测量结果。4李萨如图形的观测(1) 把信号发生器后面50Hz输出信号接到X通道，而Y通道接入可调的正弦信号(2) 分别调节两个通道让他们能够正常显示波形(3) 切换到X-Y模式，调整两个通道的偏转因子，使图形正常显示(4) 调节Y信号的频率，观测不同频率比例下的李萨如图【数据记录】1、频率测量示波器频率计数器的测频精度0.01%示波器测频仪器误差3%函数信号发生器测频仪器误差1%+1字I12 345示波器计数器频率f0(KHz)55.454 21.210 15.328 8.16964.4138 示波器测量频率f1(KHz)57.422.3 15.88.194.38信号发生器频率f2(KHz)55.4521.21 15.338.174.42百分差3.5%5.1%3.1%0.2%-0.8%2、电压测量示波器测量电压仪器误差3%函数信号发生器仪器误差15%+1字I12345示波器测量电压(V)5.684.523.642.961.84信号发生器显示电压(V)5.34.6 3.6 3.0 1.8 百分差7.2%-1.7%1.1%-1.3%2.2%3、李萨如图形观察fy ： fx1：11：21：3李萨如图形nxnyfy(Hz)fX(Hz)115050125010013501504、不确定度的计算(以第一组数据为例)（1） 示波器测量频率f57.4KHz 或（2） 函数信号发生器测频f=55.45 KH 或或（3） 示波器测量电压V15.68V 或或（4） 函数信号发生器测量电压V25.3V 或或注意：一般可写为后面的形式更加科学，因为原始数据的有效数字只有2位，不可能经处理后提高精度变成3个有效数字。5、示波器操作总结表格要求调节按钮标记现象示波器输入接地GND左下角有中间水平一条直线选择输入通道CH1或CH2相应指示灯亮选择信号输入方式AC/DC交流直流根据输入通道选择触发源SOURCE右下角有CH1-CH2-。变化根据信号选择耦合方式COUPLING右下角有AC-HFR。变化纵向调节VOLTS/DIV图形纵向缩放横向调节TIME/DIV图形横向缩放调节图形稳定LEVELTAG亮图形稳定测量物理量的选择COURSORET-V-1/T变化标尺变化选择操作标尺TRK标尺上有 出现位置变化移动操作标尺旋VARIABLE标尺移动切换移动标尺的粗调细调按VARIABLE处于校准状态按TIME/DIVVAR红灯灭【参照文献】普一实验、实验目的1. 了解双踪示波器显示波形的工作原理；2. 学会利用双踪示波器观测电压信号；3. 学会利用双踪示波器观察李萨如图形，并利用其测量正弦信号的频率。二、实验仪器信号发生器、双踪示波器、探头。三、实验原理1. 示波器2. 双踪示波器的原理3. 示波器显示波形原理如果在 YCH1 或 CH2 端口加上正弦波，在示波器的 X 偏转板加上示波器内部的锯齿波，当锯齿波电压的变化周期与正弦电压的周期相等时，则显示完整周期的正弦波形，如图 3 ，若在 YCH1 和 YCH2 同时加上正弦波，在示波器的 X 偏转板加上示波器内部的锯齿波，则在荧光屏上将得到两个正弦波。4. 李萨如图形的基本原理在示波器的 Y 偏转板和 X 偏转板上分别加上正弦波，当信号的频率比值为简单整数比时，得到李萨如图形。 fx 、 fy 为 x,y 偏转板上信号频率， nx 、 ny 为李萨如图形与假想水平线、垂直线的切点数目。四、实验内容1. 做好准备工作，设置好示波器；2. 观察各种波形；3. 测量正弦波的电压峰值、周期和频率，测四组数据。五、数据处理与分析1. 测正弦波的电压峰值次数Vp-p 测量值（ V ）Vp-p 真实值（ V ）误差（ V ）13.6840.3228.56101.44313.3151.7418.8201.22. 测正弦波的周期、频率次数T 真实值（ S ）f 真实值（ HZ ）f 测量值 (HZ)f 误差 (HZ)1110-210010002110-410410010103110-610610604110-71079.9631063.71043. 利用李萨如图形测频率李萨如图形fx(HZ)nynxfy= nx*fx/ ny (HZ)实际测量值 (HZ)90119089.99012180180.190214545.290326060.79023135135.5六、思考题1. 简述示波器显示电压时间图形（即电信号波形）的原理。答：高速电子撞击在荧光屏上会使荧光物质发光，在荧光屏上就能看到一个亮点， Y 偏转板是水平放置的两块电极， X 偏转板是垂直放置的两块电极，在 Y 偏转板和 X 偏转板上分别加电压，可在荧光屏上得到