实验4示波器的使用.doc

示波器的使用示波器是一种显示各种电压波形的仪器。它利用被测信号产生的电场对示波管中电子运动的影响来反映被测信号电压的瞬变过程。由于电子束的惯性小，荷质比大，因此示波管具有较宽的频率响应，用以观察变化极快的电压瞬变过程，因此它具有较广的应用范围。一切能转换为电压信号的电学量（如电流、电功率、阻抗等）和非电学量（如温度、位移、速度、压力、光强、磁场、频率等），随时间的瞬变过程都可以用示波器进行观察和测量分析。本实验通过用示波器观察各种电信号的波形，测量直流电压；交流信号的电压、周期、频率和位项等参数。了解示波器的基本结构及工作原理，较熟练地掌握示波器的调节和使用。一.实验目的1了解示波器的基本结构和工作原理；2学会用示波器观测交流电的电压波形及李萨如图形等。二.实验设备1、示波器的构造与功能示波器的构造如图51所示。它由示波管、扫描与触发扫描、电压放大器和电源组成。图1 示波器方框图图51 示波器方框图（1）示波管 示波管是示波器的核心部分，它是一个长颈的大型真空玻璃管，其内部由电子枪、偏转板和荧光屏三部分构成，见图52所示。(a)电子枪：包括电子发射和聚焦系统。钨丝加热电极（灯丝）通6.3V交流电，用来加热阴极。由于阴极表面涂一层氧化物（如氧化钡等），受热后使阴极表面逸出大量电子，游离在空间。当第一阳极加几百伏电压时，使得原来分散的电子形成一个会聚的电子束。因此第一阳极称聚焦电极。调节电位器R2可使屏上会聚成一个清晰的光点。第二加速阳极上加高压1000伏以上，使电子束加速。计算表明，当加速电压为1000伏时，电子速度可达5. 9107米/秒图52示波管的基本结构控制栅极是一个围着阴极的圆柱，圆柱前面突的一边盖上一块膜片，片中央有一个圆孔。栅极加负电位，所以调节栅极电压的电位器R1就可以控制栅极的电子数从而改变荧光屏上的“辉度”。 (b)偏转板：X1一X2及与Yl一Y2是互相垂直放置的两对偏转板。两对板上分别加直流电压，以控制电子束的位置。面板上“X轴位移”和“Y轴位移”旋钮是用来调节偏转电压的，适当调节这两个旋钮，就可以把光点（或波形）移到荧光屏的中央。 (c)荧光屏：屏的内表面涂有硅酸锌、钨酸钙等磷光物质。在高能电子的轰击下发光，多为照像时用。磷光 图53正弦波形的合成的强度取决于电子的能量和数量，但在电子停止轰击时，磷光不马上消失，称为“余辉”，利用它可在荧光屏上观测电子束的连续轨迹。(2)扫描与触发扫描如果在垂直偏转板上加上交流电压，即 Uy=Um sin2f t 在这个电压作用下，光点将沿Y轴作简谐振动，由于“余辉”，荧光屏上呈一直线。显然它并不能形象地反映出Uy的变化规律。为此在水平偏转板上必须加上“扫描电压”，即U x = K t 式中K为常数，Ux是一个随时间正比增大的电压，产生扫描电压的装置叫锯齿波发生器。其波形如图5一3所示。UX从t=to开始随时间t成正比增加，当达到某个电压值时突然降至原电压值，接着从t1时刻开始上升，这样往复变化，便形成了锯齿波。若将扫描电压加到水平偏转板上，可看到一条水平亮线。如果将Uy与Ux分别加到Y轴输入和X轴输入，共同作用的结果就是正弦波型，如图5一3所示。如果正弦交流电压周期Ty与锯齿波电压周期TX相等，在荧光屏上将描绘出一个完整的正弦波形。为了在荧光屏上获得稳定不动的信号波形，以利于观察与测量，在示波器中是用被测信号来控制扫描电压的产生时刻，叫做触发扫描。调节触发电平高低，使被测信号达到某一定值时，扫描电路才工作，产生锯齿波，而将被测信号显示出来。由于每次被测信号都达到这一定值时，扫描电路才工作，产生锯齿波，所以每次扫描显示的波形相同。这样，在荧光屏上看到的波形稳定不动，图5一4表示了触发扫描的原理。 图54 触发扫描原理三实验内容利用示波器可以观测各种电压信号的波形、幅值和频率。在进行测量之前，应首先熟悉所使用的示波器，并在示波器屏幕上调节出稳定的电压波形。1、示波器的调节与校准开机前，参照附录中表一1或表一2将示波器各控制部件进行预置。接通电源，顺时针旋转“辉度调节”钮，使辉度适当，再调节“聚焦控制”及“位移旋钮”，此时示波器屏幕上显示一直线。将探头一端接于“通道1(CH1)的输人端，另一端接于“校正信号输出端”。再将“输入耦合开关”(AC一GND一DC)置于AC档，“扫描微调控制”置于校准位置，此时如“垂直偏转因数”选择适当，在示波器上会显示2V,1 KHz的校准信号方波，如图5-5所示。观察校准信号的幅值和频率，学会正确的读数方法。2、正弦交流电压的测量调节示波器的“位移”旋钮，使零电平线居中。调节信号发生器，使之输出一正弦交流信号，将此待测正弦信号输入到示波器的“通道1”，调节“垂直偏转因数”和“时基扫描因数”，并使正弦波形固定。此时通道1的“增益微调”和“时基微调”旋钮应位于校准位置。 具体步骤如下： 图55方波校正信号 图56正弦波校正信号（1）用探头将信号接入到示波器“通道1 (CH1)的输入端，将示波器“工作方式选择开关”置于CH1档，“触发方式”置为AUTO,“触发源”为内触发INT,“内触发”选择开关置为CH1。（2）调节“垂直偏转因数选择”旋钮，使信号波形完整并处于易于观察的范围，读出正弦波的波峰和波谷间占据的格数Ddiv。（3）调节“扫描时间因数”旋钮，使正弦波形在水平方向上有至少一个周期，并且易于观测。（4）调节“触发电平控制”旋钮，使波形稳定，如图5一6所示。根据屏幕纵坐标刻度及垂直偏转因数选择旋钮读数，读出信号电压波形的峰一峰值Ddiv。如示波器“垂直偏转因数选择”旋钮读数为“0.5V/div”档级，则被测电压信号峰值为：VP一P= 0.5 V/div Ddiv=0.5D(V)由此可以计算出正弦交流电压的有效值为： 根据屏幕横坐标刻度和时基扫描因数旋钮的读数，确定交流信号的周期T，再由公式f1/T，求得其频率值。如示波器“时基扫描因数旋钮”读数为“2ms/div”档，正弦波形一个周期跨度为5 div，则被测信号周期为： T2ms/div 5div10 ms3利用已给示波器观察未知信号波形。要求：(1)接线正确。(2）在荧光屏调出一条位置适中的水平扫描线。(3)正确使用其他旋钮调出稳定的波形。测量电压记录数据信号发生输出衰减器0db20db40db示波器Y轴示值“V/DIV”开关位置幅值格数（div） 峰-峰值UAC/V测量频率记录数据正弦信号频率/HZ50 HZ100 HZ1000 HZ10K HZ示波器x轴示值扫描时间开关位置（ms/div)周期格数（DIV）周期值（ms）频率（Hz）4、观察李萨如图形，测量未知频率当两个相互垂直的不同频率、不同相位的振动合成时，如其轨迹为一封闭图形，则称为李萨如图形，如图5一7所示。利用示波器可以观察李萨如图形。观察李萨如图形时，首先将示波器的“时基扫描旋钮”置于“X一Y档。再将已知频率的信号源接入到“通道1输入端”，将未知频率的正弦信号接在示波器“通道2输入端”，同时将两个通道对应的“输入耦合开关”(AC一GND一DC)都置于AC档。示波器“垂直偏转因数”选择开关及其它开关旋钮置于适当位置，微调“触发电平控制”旋钮使图形稳定，利于观察，并注意低频信号发生器接地与示波器接地端相连。当“时基扫描”旋钮置于“X一Y”档，则“通道1”的输入信号被加在示波器X轴方向偏转板上，“通道2”的输入信号被加在示波器的Y轴方向偏转板上。保持“通道2”上的信号频率fy不变，缓慢改变“通道1上信号的频率fx，在示波器上得到一个确定的李萨如图形（使图形变化最慢为止）。由得到的李萨如图形，确定水平方向和垂直方向的切点数比值K，再用公式fy=Kfx计算未知频率fx。式中 改变“通道2”上的信号频率fy，再做如上步骤。 图5一7李萨如图形注意事项1荧光屏上的光点亮度不可太强，以避免电子束固定在一点，损坏荧光屏。2示波器各旋钮都有旋转范围，不能用力过猛地旋转。思考题 1如果示波