模拟示波器实验总结.doc

模拟示波器实验总结 南昌大学物理实验报告 实验名称： 学院：信息工程学院专业班级：通信152 学生姓名：学号： 实验地点：211座位号：42 实验时间：第3周星期一下午16点开始 认识实习常用电子仪器使用专业： 班级： 姓名： 学号： 完成时间：xx年6月 实验：示波器和信号发生器的使用 一、实验目的 1、学习示波器的基本使用方法； 2、学习信号发生器的基本使用方法。 二、实验仪器1、模拟示波器一台；2、模拟电路实验箱一台。 三、实验要求1、小心操作、爱护仪器；2、仔细体会各项操作，理解各项操作的作用。 三、实验原理： 1.函数信号发生器的原理 该仪器采用直接数字合成技术，可以输出函数信号、调频、调幅、FSK、PSK、猝发、频率扫描等信号，还具有测频、计数、任意波形发生器功能。 2.示波器显示波形原理 如果在示波器CH1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波电压相等时，则显示完整的周期的正弦波形，若在示波器CH1和YCH2同时加上正弦波，在示波器的X偏转板上加上示波器的锯齿波，则在荧光屏上将的到两个正弦波（双踪显示）。 四、实验内容 图5-1示波器面板图 1、示波器使用练习（测量校准信号的波形、周期、峰峰值电压）。 1)按下电源开关（POWER键），示波器上电。等待几秒钟，使示波器完成初始化。 2)按自动手动切换键，使“ATO”灯亮。 3)按通道1选择键（CH1键），使“CH1”灯亮。 4)按通道2选择键（CH2键），使“CH2”灯灭。 5)调节亮度旋钮（INTEN旋钮），使扫描线的亮度适当。 6)调节聚焦旋钮（FOCUS旋钮），使扫描线成清晰的细实线。 7)调节水平位置旋钮（HORIZONTAL区的POSITION旋钮），使扫描线左右居中。 8)按通道1的输入接地键（VERTICAL区CH1的GND键），使屏幕左下角显示接地符号“”。9)调节通道1垂直位置旋钮（VERTICAL区CH1的POSITION旋钮），使扫描线上下居中。 10)再按通道1的输入接地键（VERTICAL区CH1的GND键），使屏幕左下角的接地符号“”消失。 11)按通道1的交/直流耦合选择键（VERTICAL区CH1的AC/DC键），使屏幕左下角显示直流耦合符号“。” 12)按触发源选择键（TRIGGER区的SOURCE键），使屏幕右下角显示通道1符号“CH1。”13)按触发耦合选择键（TRIGGER区的COUPLING键）,使屏幕右下角显示交流耦合符号“AC。”14)将输入信号线插如通道1插座。 15)将探头勾在CAL（校准信号）端子上。 16)调节通道1的垂直灵敏度旋钮（VOLTS/DIV旋钮），使显示信号的峰与峰之间为一格（1cm）。 17)调节触发电平旋钮（TRIGGER区的LEVEL旋钮），使波形显示稳定（TRG灯亮）。 18)调节时基旋钮（HORIZONTAL区的TIME/DIV旋钮），使屏幕显示波形的23个周期。19)调节水平位置旋钮（HORIZONTAL区的POSITION旋钮），使波形中一个周期的上升沿对齐屏幕上的一条垂直刻线。 20)读取波形一个周期占据的水平格数（如3.2格），再用格数乘以每格的时间值（在屏幕右下角，如“.2mS”为0.2mS），即得到信号的周期值。 21)读取波形在垂直方向占据的格数（如1.1格），在用格数乘以每格的电压值（在屏幕左下角，如“.5V”为0.5V），即得到信号的峰峰值电压。 2、信号发生器使用练习（产生正弦信号，频率为2000Hz、峰峰值 电压为2Vp-p） 一、正弦波波形观测 1)打开电源。 2)将波形选择开关置于“正弦波”，设置为产生正弦信号。（波形选择完毕） 3)频率选择开关设在900Hz10kHz。 4)将频率调节旋钮“粗调”、“细调”顺时针旋到底。 5)将幅值调节旋钮也顺时针调到底，如果出现切顶或削底失真，则将该旋钮适当回调，使正弦波不失真。 6)将信号发生器输出的信号连接到示波器，用示波器实际测量信号的波形、周期、峰峰值电压。 7）描绘观测到的波形，标示出该波形的周期、峰峰值电压。 二、方波波形观测 1）将波形选择开关置于“方波”，设置为产生方波信号。其余操作步骤参照上述步骤。 2）描绘观测到的波形，标示出该波形的周期、峰峰值电压。 3、观察一阶电路中电压和电流的波形，并了解电路参数对波形的影响。 （1）信号幅值的测量将“VOLTS/DIV”开关的微调装置以顺时针方向旋至满度的校准位置，读取被测信号所占纵坐标格数，再乘以“VOLTS/DIV”开关的指示值，即可求得被测信号的峰峰值（Up-p）。若使用的探头置10的位置，应将该值乘以10。 实验一通用模拟与数字双踪示波器的使用及测量 一、实验目的和要求 1根据已学的示波器理论知识学习正确使用通用双踪示波器，并利用示波器进行各种电信号的测量，熟练掌握模拟示波器的使用。 2学习数字式通用示波器的使用，了解其在测量上的强大功能，并与模拟示波器进行比较，体会各自在测量上的特点。 3认真按实验内容的要求进行实验，记录有关的数据和波形，回答实验内容中提出的 有关问题，并按时提交实验报告。 二、实验原理 在时域信号测量中，电子示波器无疑是最具代表性的典型测量仪器。它可以精确复现作为时间函数的电压波形（横轴为时间轴，纵轴为幅度轴），不仅可以观察相对于时间的连续信号，也可以观察某一时刻的瞬间信号，这是电压表所做不到的。我们不仅可以从示波器上观察电压的波形，也可以读出电压信号的幅度、频率及相位等参数。 电子示波器是利用随电信号的变化而偏转的电子束不断轰击荧光屏而显示波形的，如果在示波管的X偏转板（水平偏转板）上加一随时间作线性变化的时基信号，在Y偏转板（垂直偏转板）加上要观测的电信号，示波器的荧光屏上便能显示出所要观测的电信号的时间波形。 若水平偏转板上无扫描信号，则从荧光屏上什么也看不见或只能看到一条垂直的直线。因此，只有当X偏转板加上锯齿电压后才有可能将波形展开，看到信号的时间波形。一般说来，Y偏转板上所加的待观测信号的周期与X偏转板上所加的扫描锯齿电压的周期是不相同的，也不一定是整数倍，因而每次扫描的起点对待观测信号来说将不固定，则显示波形便会不断向左或向右移动，波形将一片模糊。这就有一个同步问题，即怎样使每次扫描都在待观测信号不同周期的相同相位点开始。近代电子示波器通常是采用等待触发扫描的工作方式来实现同步的。只要选择不同的触发电平和极性，扫描便可稳定在待观测信号的某一相应相位点开始，从而使显示波形稳定、清晰。 在现代电子示波器中，为了便于同时观测两个信号（如比较两个信号的相位关系），采用了双踪显示的办法，即在荧光屏上可以同时有两条光迹出现，这样，两个待测的信号便可同时显示在荧光屏上，双踪显示时，有交替、断续两种工作方式。交替、断续工作时，扫描电压均为一种，只是把显示时间进行了相应的划分而已。 由于双踪显示时两个通道都有信号输入，因此还可以工作于叠加方式，这时是将两个信号逐点相加起来后送到Y偏转板的。这种工作方式可模拟谐波叠加，波形失真等问题。同时，如果改变其中一个的极性，也可以实现相减的显示功能。这相当于两个函数的相加减。示波器除了用于观测信号的时间波形外，还可将两个相同或不同的信号分别加于垂直和水平系统，以观测两信号在XY平面上正交叠加所组成的图形，如李沙育图形。它可用于观测两个信号之间的幅度、相位和频率关系。 三、实验仪器设备 1模拟双踪示波器CS4135A一台 2数字双踪示波器TDS1002B一台 3DDS函数信号发生器DG1022一台 图11CS-4135A示波器前面板示意图 示波器前面板之说明： 1CRT显示屏显示范围为垂直轴8div（80mm），水平轴10div（100mm）。为使显示信号与刻度间不会产生视差，采用了标示于荧幕内侧的刻度。此外在刻度的左端则标示有测定响应时间的%记号。2POWER电源开关按钮。3电源指示灯。 4CAL端子为校正用信号输出端子。使用于校正探头时，可得到1Vp-p正极性，1kHz之方波信号输出。5刻度照明控制CRT格子刻度线的亮度。 6TRACEROTA用于调节水平扫描线的倾斜度。7FOCUS扫描线焦距调节旋钮。 8INTEN辉度旋钮用于调整扫描线的亮度。9GND接地端子。 10&13调节CH1和CH2波形的垂直位置。12BAL用于调整垂直通道的DC平衡。11&14AC-GND-DC垂直通道的输入耦合方式，即选择以何种方式观测输入信号。 15&16偏转灵敏度（垂直轴衰减）旋钮粗调和微调，为获得正确的读数，微调旋钮必需关闭，即顺时针旋至最右端的位置。19MODE用于选择触发方式。AUTO：由触发信号启动扫描，若无输入触发信号则显示扫描时间基线。NORM：若无正确输入触发信号则没有任何显示。FIX：在固定的触发电平位置开始触发扫描。TV-F：将复合射频信号的垂直同步脉冲分离出来实现触发。 TV-L：将复合射频信号的水平同步脉冲分离出来实现触发。 20VERTMODE用于选择垂直通道输入信号的显示模式。CH1：显示CH1的输入信号。CH2：显示CH2的输入信号。ALT：采用交替方式显示CH1和CH2的输入信号（用于高速扫描）。CHOP：以固定的250kHz频率采用断续方式显示CH1和CH2的输入信号（用于低速扫描）。 21CH2INVERT按下此按钮，CH2输入信号极性被反相。 22X-Y按下此按钮，示波器变为X-Y轴图示仪，此时CH1为Y轴，CH2为X轴。 23SOURCE选择触发信号源。VERT：触发源由VERTMODE加以选择（其中CHOP方式触发源由CH1提供）。CH1（CH2）：触发源为CH1（CH2）的输入信号。LINE：触发源为商用电源的电压波形。EXT：外部接入的触发源。24SLOPE用于选择触发信号的极性。25TRIGGERLEVEL用于调整触发电平。26外触发源输入端。27&28扫描速度粗调和微调旋钮，同样读数时微调旋钮必需旋至最右端的位置。 29调节显示波形的水平位置。30X10MAG按下此按钮，信号在水平方向上扩展10倍。 四、预习要求 1、复习好教材电子测量与仪器第六章时域测量的内容，掌握示波器的原理。 2、查找相关资料及参照实验仪器使用说明书，预先了解双踪示波器、函数信号发生器各旋钮、开关的作用。 3、详细阅读实验指导书，作好绘制波形和测试记录的准备。 五、实验内容 （一）、学习并熟练掌握通用模拟示波器的使用 1打开示波器预热后调出扫描线，对照上一页图11的标示，熟悉CS-4135A模拟示 波器各个开关和旋钮的作用。 2从DG1022函数信号发生器的CH1输出一个频率为1kHz，幅值为5Vpp的正弦波，输入到CS-4135A模拟示波器的CH1（垂直通道1）上并稳定显示，示波器的一些初始设置如下：MODE位于AUTO，VERTMODE位于CH1，SOURCE位于VERT，TRIGGERLEVEL约位于中间位置，偏转灵敏度旋钮和扫描速度旋钮处于适当位置，按键按钮都处于弹出状态；接着完成以下操作： （1）把触发源SOURCE的选择杆从VERT的位置拨至CH1和CH2，理解为什么在CH2位置 时波形变得不稳定，然后拨回VERT位置。 （2）旋转水平位移旋钮，把波形的扫描起点右移到显示屏幕的可视位置，然后按下和 弹起SLOPE按键，查看波形的不同触发极性（正极性上升沿触发，负极性下降沿触发）。 （3）旋转TRIGGERLEVEL旋钮，观察波形起点的位置变化，当起点超过波形的正负峰值 时，波形显示会有什么变化？体会触发电平在获取稳定波形显示过程中的重要作用。 （4）把VERTMODE选择杆从CH1拨至CH2，会出现什么情况？此时再把MODE选择杆从 AUTO位置拨至NORM，又会出现什么情况？体会触发和扫描的工作状况。最后把各设置拨回初始位置。 VERTMODE选择杆从CH1拨至CH2:波形消失。 MODE选择杆从AUTO位置拨至NORM：无明显变化。 3熟悉示波器的双通道显示功能。 从DG1022函数信号发生器的CH2输出另一个频率为1.5kHz，幅值为5Vpp的 正弦波(注意CH2的默认波形是三角波)，输入到CS-4135A模拟示波器的CH2（垂直通道2）上，此时示波器显示的仍然是CH1输入的信号，若要显示CH2输入的信号，需把VERTMODE从CH1拨至CH2，则示波器的显示变成CH2输入的信号。若想同时显示两个通道的信号，可以把VERTMODE拨至ALT或CHOP位置，ALT采用交替方式实现双踪显示，此时两个通道的输入信号都能够得到稳定的显示（但是这时两个通道的信号被设置在信号周期的同一位置开始触发，从显示上不能判别出两信号的相位关系）。CHOP采用断续方式实现双踪显示，但是只能稳定显示一个通道的信号，另一个通道的信号不能稳定（如果两个通道的信号频率刚好是整数比关系时，则能同时稳定），稳定与否由触发源决定，当SOURCE位于VERT或CH1位置时，CH1通道稳定显示，当SOURCE位于CH2位置时，CH2通道稳定显示。请同学们结合教材内容进一步理解示波器的双踪显示情况。 4在一台性能良好的示波器上观测一个电压幅度1V，频率1KHz正弦波形，但是在示 波器的屏幕上却出现如图12所示各种非正常的波形显示，请把图中所给出的各种不正常波形在示波器上显示出来，然后把波形调回正常显示状态，试分析每种不正常波形产生的原因（有的现象可能有多种原因），并说明应如何调整示波器的哪些相关开关、旋钮才能观测到正常的波形。 图12非正常显示波形 （注：图（3）的现象可能是一根竖线从左向右缓慢移动，也可能是稳定不动。图（10） 是一种不稳定显示的情况，屏幕上看到的线或多或少。） (1)VOLTS/DIV过小 (2)a.VERTMODECH2 b.CH1GND (3)a.SWEEPTIME/DIV过大 b.X-Y (4)a.POSITION过高或者过低 b.VOLTS/DIV过小，SWEEPTIME/DIV过小，HORIZONTALPOSITION 过高或者过低 (5)FOCUS没有调节到适当位置 (6)SWEEPTIME/DIV过大 (7)SWEEPTIME/DIV过小 (8)CH1&HORIZOMTAL，POSITION没有调节到适当位置 (9)VOLTS/DIV过大 (10)a.SWEEPTIME/DIV&VARIABLE没有调节到适当位置 b.TRIGGERLEVEL没有调节到适当位置 (11)CH2，X-Y 5从DG1022函数信号发生器的CH1输出一个频率为8Hz，幅值为5Vpp的正弦波，输入到模拟示波器的CH1（垂直通道1）上，通过调节示波器的相关旋钮，在示波器显示屏上获得稳定显示的正弦波波形（显示13个周期）。说明你判断波形已经稳定显示的依 据，并解释此时示波器的显示现象及其产生原因；从仪器操作上能不能消除这种显示现 象？你认为从技术上能如何改善显示