示波器的使用.doc

实验23 示波器的使用目的1. 了解示波器的基本工作原理,学习使用示波器和信号发生器.2. 学习用李萨如(Lissajou)图形测量频率的方法.原理示波器是一种常用的电子仪器.用它可以直接观察各种电压的波形,还可以测量频率、相位等,如果利用换能器还可以将各种非电学量转换成电压进行测量.因此示波器是一种用途广泛的重要测量仪器.为了适应各种用途,示波器有多种型号,但各类示波器的基本原理是相同的.（一）示波器的基本结构示波器主要由示波管、衰减系统、放大系统、同步（整步）与扫描系统和电源等部分组成,如图23-1所示.关于示波管参见图21.2-1及说明.（二)示波器显示波形的原理图23-1示波器能把信号电压随时间变化的细节稳定而清晰地显示在荧光屏上,主要是由于扫描和同步(整步)这两个过程的作用.现在把扫描与同步的概念分述如下.如果在Y轴偏转板上加上一个随时间作正弦变化的信号电压Vy=Vymsint,而在X偏转扳上不加电压,则荧光屏上的亮点只作上下方向的振动,频率较高时,只能看到一条垂直的亮线而不是正弦波,如图23-2(a)所示.要在屏上显示出正弦电压的波形,就必须使亮点在Y方向的运动沿X方向展开.为此,必须在X偏转扳上加上一个周期性随时间线性变化的电压Vx=V0t这个电压称为扫描电压.在Vx-t图上,它的图线如同锯齿,又称为锯齿波电压.如果只把扫描电压加在X偏转板上,而Y偏转板上不加电压,则亮点沿X方向匀速运动到某位置后又迅速跳回到原出发点,再重复上述运动.亮点沿X方向匀速运动及反跳的过程称为扫描.频率高时,屏上看到的是一条水平亮线,如图23-2(b)所示.图23-2如果同时把正弦信号电压Vy和扫描电压Vx分别加到Y偏转板和X偏转板上,屏上亮点的运动就是在这两种电压作用下的合成运动.当扫描电压的周期Tx与正弦波电压周期Ty相同时,屏上就会显示出一个完整的正弦波形.为说明这个问题,在图23-2(c)中将Vy按T8分为8个点(1、2、3、4、5、6、7、8),将Vx也按T8分为8个点(1、2、3、4、5、6、7、8),对应的各点在屏上合成的图形,就是亮点在屏上描绘出的正弦信号电压波形图.同理,如果锯齿波电压的周期Tx是正弦信号电压周期Ty的两倍,在屏上就会显示出两个完整的正弦信号电压波形.以此类推,欲在屏上显示出n个完整而稳定的波形,其条件就是锯齿波电压的周期Tx应为信号电压周期Ty的n倍.即Tx=nTy （n=1,2,3,） （23-1）写成相应频率的关系为 （n=1,2,3,） （23-2）由于fy由被测信号电压的频率决定,fx由锯齿波发生器所产生的扫描电压的频率决定,二者来自相互独立的两个系统,要求两者永远自然满足(23-2)式是不可能的.如果fx或fy稍微偏离(23-2)式,波形就会向左或向右移动.为了达到稳定波形的目的,示波器内没有一个迫使fx追踪fy的装置.我们就把调节扫描电压的频率使其与输入的信号电压的频率成整数比的调整过程称为同步或整步.（三)用李萨如图形测定频率的基本原理如果在示波管的X和Y偏转板上分别输入两个正弦电压Vx和Vy,而且它们的频率比为有理数,这时电子束的亮点将在屏上显示出一种特殊的轨迹图,称为李萨如图形.它是两个互相垂直的简谐振动合成的结果.图23-3是Vx(图的右下角)的频率fx为Vy(图的左上角)的频率fy的一半时的李萨如图形.图23-3如果fx与fy的数值较大,比如在10:11以上时,李萨如图形很复杂.当fx:fy为简单整数比时可能出现的李萨如图形比较简单.图形的形状会因Vx和Vy的初相位不同而有变化,但李萨如图形的边缘与X方向切线的切点数Nx、与Y方向切线的切点数Ny及正弦电压频率之间有关系 （23-3）如果已知其中的一个频率,再从观察到的李萨如图形上数出Nx和Ny,便可根据(23-3)式求出另外一个频率.（四）示波器控制电路的功能1. 衰减系统示波器的衰减器就是置于X铀和Y轴输入端上的分压器.它是用来把过大的信号电压减小,以适应放大器的输入要求,否则放大器不能正常工作.2. 放大系统由于示波管的灵敏度不高,当信号电压较小时,电子束不能发生足够大的偏转,屏上的亮点位移过小,不便观察.为此,设置X轴放大器和Y轴放大器,把信号电压放大后再加到偏转板上.3. 扫描与同步系统锯齿波电压发生器产生线性良好的、频率连续可调的锯齿波信号.X轴放大器将上述锯齿波信号放大,输送到X偏转板上,以保证扫描基线有足够的宽度.同步系统的作用是,用待测信号电压的频率去控制锯齿波电压发生器的频率.迫使锯齿电压与待测信号电压的频率始终保持整倍数的关系,这个作用称为同步.使用示波器的关键,就是调节扫描电压的频率,使之与待测信号电压频率之间成整倍数关系,并在同步电路的作用下,迫使这种关系保持稳定.示波器实现扫描同步的方式按信号的来源,分为“内同步”、“外同步”和“电源同步”三种.按扫描信号的特点分为“触发扫描”和“连续扫描”.连续扫描适合于正弦波、对称方波、三角波的显示,但对于窄脉冲信号就很不理想,其脉冲前后沿的细节难以清晰的显示,因此现代通用示波器一般都采用触发扫描.触发扫描过程为:把从外界的输入信号经过衰减等电路处理为触发信号,并被送至触发电路.当触发信号的电压上升(或下降)达到某一被选择的触发电平时,触发电路便发出触发信号,用它去启动扫描电路并开始扫描.当扫描电压以某一预定的速度上升到某一预定的幅度时,扫描结束.而后扫描电压迅速恢复到起始时的电压,等待下一个触发信号而开始再次的扫描.令扫描电压结束的预定速度和预定幅度由扫描电路根据扫描时间选择开关而设定,与触发信号无关.通过对扫描时间选择旋钮的调节,就可以使扫描信号的频率与被测信号的频率成整数比,被测信号的图形就会完全而稳定的在屏幕上显示出来.4. 电源通过变压器的多组次级线圈,及整流、滤波、分压等电路,分别为示波管、锯齿波电压发生器、放大系统等部分供给合适的电压,使它们能正常工作.装置介绍本实验中使用的两种示波器的性能相似,它们都有两套功能完全相同的垂直输入通道.这两个通道可以单独使用,例如对一个输入电压进行测量.也可以同时使用,例如对两个输入信号进行比较,也可以对这两个输入信号进行叠加.两个通道还可以X-Y方式工作。这时一个通道起X轴的作用，另一个通道起Y轴的作用，可以观察李萨如图形.一、 HONGHUA COS5020B型示波器该示波器的面板图如23-4所示,各旋钮、按键、开关及接口按功能分述如下: 图23-4（一）示波管控制部分1.电源按键（POWER）:示波器的电源开关.按下按键指示灯发亮,表示电源接通.2.辉度旋钮（INTEN）:控制扫描线或光点的亮度.一般不应太亮,以保护荧光屏.3.聚焦旋钮（FOCUS）:用于调节电子束截面大小,将扫描线聚焦成最清晰状态.4.标尺亮度旋钮（ILLUM）:调节荧光屏后面的照明灯亮度.正常室内光线下,照明灯暗一些好,在室内光线不足的环境中,可适当调亮照明灯.5.水平轨迹旋转螺钉（TRACE ROTATION）:用来调整水平轨迹与刻度线的平行,补偿地球磁场.（二）垂直轴部分6.垂直通道显示方式选择按键（VERT MODE）:选择垂直系统工作方式.有以下几种选择:CH1: 按下该键,显示屏单独显示CH1通道输入信号.ALT: 按下该键,CH1和CH2两通道的输入信号按扫描周期交替地显示在显示屏上.在扫描频率较高的情况下,显示屏上可以看到两条扫描线.CHOP: 按下该键,CH1和CH2两通道的输入信号以时间分割的方式同时地显示在显示屏上.在扫描频率较低的情况下,显示屏上可以看到两条扫描线.ADD: 按下该键,用来测量CH1和CH2两通道的输入信号的代数和.CH2: 按下该键,显示屏上单独显示CH2通道的输入信号.（三）CH1通道7.输入接口:CH1通道的输入接口,示波器在X-Y方式工作时,为X轴的输入端.8.输入信号与CH1通道放大器连接方式选择开关:有以下几种选择AC:交流耦合,DC:直流耦合,GND:输入信号与放大器断开,同时放大器输入端接地.9.衰减旋钮（VOLTS/DIV）:控制CH1通道输入信号衰减倍率,共有10挡.10.微调旋钮（VARIABLE）:衰减倍率微调,使用时拉出.11.位移旋钮（POSITION）:调节扫描线或光点的垂直位置,在CH1通道工作时起作用.（四）CH2通道12.输入接口:CH2通道的输入接口,示波器在X-Y方式工作时,为Y轴输入端.13.输入信号与CH2通道放大器连接方式选择开关:有以下几种选择AC: 交流耦合,DC: 直流耦合,GND: 输入信号与放大器断开,同时放大器输入端接地.14.衰减旋钮（VOLTS/DIV）:控制CH2通道输入信号的衰减倍率,共有10挡.15.微调旋钮（VARIABLE）:衰减倍率微调,使用时拉出.16.位移旋钮（POSITION）:调节扫描线或光点的垂直位置,在CH2通道工作时起作用.（五）扫描方式与时基17.扫描方式选择键（SWEEP MOOD）:有以下几种方式AUTO: 自动挡,当无触发信号加入或触发信号频率低于50Hz时,扫描发生器自由产生一个没有触发信号的扫描信号.NORM: 常态档,当无触发信号加入时,扫描处于准备状态,没有扫描线.SINGLE READY: 单次档,用于单次扫描启动.18.扫描时间选择旋钮（TIME/DIV）:选择扫描时间,控制光点在荧光屏上的移动速度.有三种时间单位.sce:有三挡,ms:有九挡,s:有八档EXT HOR: 旋钮置于该档时,示波器的工作方式为X-Y方式,或用外信号作为扫描信号.19.扫描微调旋钮（VARIABLE）:扫描时间的微调.20位移旋钮（POSITION）:调节扫描光点的水平位置.（六）触发21.触发极性选择开关（SLOPE）:用来选择触发信号的极性.“+”:在信号正斜率上触发,“-”:在信号负斜率上触发.22.触发信号与触发电路耦合方式选择开关（COUPLING）:有以下几种选择AC: 触发信号通过交流耦合被加到触发电路.HFREJ: 触发信号的高频成份通过滤波器被抑制,低频成份通过交流耦合被加到触发电路.TV: 是观察视频信号用的.触发信号通过电视同步分离电路被加到触发电路.DC: 触发信号:通过直流耦合被加到触发电路.23.触发信号源选择开关（SOURCE）:选择触发信号由何处供给的.有以下几种选择INT X-Y: 内触发开关.以内触发源选择开关的信号作为触发信号.当仪器处于X-Y工作方式时,起连通信号的作用.LINE: 电源触发开关.触发信号来自50Hz的交流电源.EXT: 外触发开关.以外触发输入接口的输入信号作为触发信号.24.外触发信号输入接口（EXT TRIG）:外触发信号的接入端.25.内触发源选择开关（INT TRIG）:选择内部的触发信号源.VZRT MOOD: 内触发信号取自垂直方式按键所选择的信号.CH1: 内触发信号取自CH1的垂直输入接口.CH2: 内触发信号取自CH2的垂直输入接口.26.触发电平调节旋钮（LEVEL）:用来调节触发电平,一旦触发信号超过这个控制旋钮所设定的电平时,扫描立即被触发,并在显示屏上显示稳定的波形.电平锁定:当该旋钮调逆时针旋到底时,会听到咔哒一声,触发电平被锁定在一个固定值.27.释抑时间调节旋钮（HOLDOFF）:当被测信号具有两个过多个重复频率时,采用调节扫描波形的释抑时间(扫描暂停时间)就能使扫描与被测信号波形稳定同步.（七）其他28.校准信号输出端CAL（VP-P）:该端输出频率1kHZ,0.5VP-P的方波.(VP-P表示电压的峰-峰值)29示波器外壳接地端.二、 YPIONEER YX4320型示波器该示波器的面板图如23-5所示,各旋钮、按键、开关及接口按功能分述如下:（一）显示部分1.电源开关:按下按键,电源接通,电源开关指示灯发亮,表示电源接通.2.亮度旋钮（INTEN）:调节轨迹或亮点的亮度.3.聚焦旋钮（FOCUS）:调节最佳的基线宽度.4.水平轨迹旋转螺钉（TRACE ROTATION）:用来调整水平轨迹与刻度线的平行,补偿地磁场.图23-5（二）垂直系统（VERITAL）5.CH1输入接口:在X-Y模式下,作为X轴输入接口.6.CH1输入信号的输入方式选择开关:选择垂直轴输入信号的输入方式:AC:交流耦合,GND:垂直放大器的输入接地,输入端断开,DC:直流耦合.7.垂直衰减旋钮:调节垂直偏转灵敏度,分10挡.8.垂直衰减微调旋钮:与旋钮配合使用.9.垂直位移旋钮:调节光迹在屏幕上的垂直位置.10.垂直微调螺钉:微调光迹在屏幕上的垂直位置.11.CH2输入接口:在X-Y模式下,作为Y轴输入接口.12.CH2输入信号的输入方式选择开关:选择垂直输入信号的输入方式:AC:交流耦合,GND:垂直放大器的输入接地,输入端断开,DC:直流耦合.13.垂直衰减旋钮:调节垂直偏转灵敏度,分10挡.14.垂直衰减微调旋钮:与旋钮配合使用.15.垂直位移旋钮:调节光迹在屏幕上的垂直位置.16.垂直微调螺钉:微调光迹在屏幕上的垂直位置.17.垂直方式选择开关:选择CH2与CH2放大器的工作方式,有以下几种:CH1: 屏幕上单独显示CH1通道的输入信号.CH2: 屏幕上单独显示CH2通道的输入信号.DUAL: 屏幕上同时显示CHI和CH2两个通道的输入信号,即双踪显示.ADD: 屏幕上显示两个通道输入信号的代数和CHI+CH2.若同时按下按键,则显示两个通道输入信号的代数差CH1-CH2.18.交替/断续按键(ALT/CHOP):此按键与垂直方式选择开关的DUAL功能配合使用.此按键释放,执行ALT功能.此时CH1和CH2的信号交替的显示在屏幕上,此设定用于观察时间较短的两路信号.此按键按下,执行CGOP功能,此时CH1和CH2的信号以400kHZ的速度独立的显示在屏幕上,此设定用于扫描时间较长的两路信号.19.CH2 INV按键:按下此键,CH2的信号以及CH2的触发信号同时反向.(三)触发20.外触发输入接口:用于外部信号触发,此时选择开关应设置在EXT位置上.21.触发源选择开关:有以下几种:CH1: 当垂直方式开关设定在DUAL或ADD状态下,选择CH1作为内部触发信号.CH2: 当垂直方式开关设定在DUAL或ADD状态下,选择CH2作为内部触发信号.LING: 选择交流电源作为内触发信号.EXT: 以外触发输入接口的信号为触发信号.22.TRIG ALL按键:当垂直方式开关设定在DUAL或ADD状态下,而且触发源开关选在CH1或CH2上,它会交替选择CH1和CH2作为内触发信号.23极性按键（SLOPE）:触发信号的极性选择.“+”:上升沿触发,“-”:下降沿触发.24.触发电平旋钮（LEVEL）:显示一个同步稳定的波形,并设定一个波形的起点.向“+”旋转触发电平向上移,向“-”旋转触发电平向下移.触发电平峰值自动:将该旋钮逆时针方向转到底时,会听到咔哒一声,此时触发电平被锁定在一个固定水平上,这时改变扫描速度或信号幅度时,不需要调节触发电平,即可获得同步信号.25.触发方式选择开关:触发方式选择.有以下几种:AOTO: 自动.当没有触发信号输入时扫描在自由模式下.NORM: 常态.当没有触发信号时,踪迹在待命状态并不显示.TV-V: 电视场.当想要观察一场电视信号时.TV-H: 电视行.当想要观察一行电视信号时.（四）时基26.水平扫描速度选择旋钮:分为19挡.当设在X-Y的位置时,可用作X-Y示波器.27.水平微调:微调水平扫描时间,使扫描时间被校正到与面板示值一致.28.水平位移:调节光迹在屏幕上的水平位置.29.扫描扩展开关:按下时扫描速度扩展10倍.（五）其他30.校准信号输出端（CAL）:提供幅度为2VP-P频率1kHZ的方波信号.30.示波器外壳接地端.三、SG1646A多功能功率函数信号发生器该仪器是一种多功能、6位数字显示频率、3位数字显示幅度,并具有功率输出的函数信号发生器.它可产生正弦波、三角波、方波、对称可调脉冲波和TTL脉冲波.仪器有独立的50HZ正弦波输出,可方便的做李萨如图形.该仪器的面板图如23-6所示.面板上各按键功能和使用方法如下:图23-61.波形选择按键:输出波形选择.该键与占空比键配合使用,可改变脉冲占空比.2.频率倍率按键:选择输出波的频率.该键与频率调节旋钮和频率微调旋钮配合可连续地选择输出波的频率.3.幅度单位指示灯:指示电压输出幅度的单位.4.电压输出幅度显示屏:由三个LED组成.在不按输出衰减按键时,输出幅度可参考此值.5.频率单位指示灯:指示输出频率的单位.6.频率显示屏:由六个LED组成.显示输出波的频率.7.闸门时基指示灯和频率溢位显示灯:闸门指示灯闪烁,说明频率计正在工作.当频率超过六个LED所显示的范围时溢位指示灯亮.8.电源开关:按下开关电源接通.9.计数按键:左边键:按下为选择外测信号;弹出为选择内部信号.右边键:按下外测信号衰减20dB;弹出为外测信号衰减0dB.10.记数输入接口:外测频率信号由此口输入.11.电压输出接口:电压波形由此输出.12.衰减按键:分别按下两按钮可产生20dB或40dB的电压输出衰减,同时按下两按钮可产生60dB的电压输出.13.同步输出接口:输出波形为TTL脉冲,可作为同步信号.14.频率调节旋钮:与频率倍率按键配合选择工作频率.15.压控输入接口:外接电压控制频率输入端.16.频率微调旋钮:与频率调节旋钮配合微调选择工作频率.17.50HZ输出接口:50HZ正弦波信号独立输出.18.直流偏置旋钮:拉出该旋钮可设定任何波形电压输出的支流工作点；将该旋钮推进则直流电位为0.19.功率输出插口、:正弦波功率输出.当选择正弦波时,有正弦波输出；选择其他波形输出时输出为零；当F200KHZ时,电路会保护而无输出.20.占空比旋钮:可以选择脉冲的占空比.21.幅度调节旋钮:可同时改变电压输出和正弦波功率输出幅度.四、SG1005 5MHZ型数字合成信号发生器该仪器的面板图如23-7所示该仪器具有TTL波、正弦波、方波、三角波、调频、调相、FSK、ASK、PSK、线性频率扫描、对数频率扫描等信号的发生功能.操作界面采用全中文交互式菜单,具有很强的操作性.图23-7该仪器的各按键的功能如下:1.旋转脉冲旋纽:利用脉冲旋纽可以快速地连续地加减光标所对应的量.2.数字键盘区:是为了快速地输入一些数字量而设计的.3.屏幕键区:它们的功能分别对应屏幕的“波形”、“频率”“幅度”“偏置”“返回”功能.当显示屏为主菜单时，屏幕键区各按键可以实现二级子菜单的功能.4.显示屏:为各种功能提供菜单显示.5.电源开关.6.快捷键区.有六个按键:Shift与其它五个键配合使用,以实现功能的转换.7.方向键区:有Up、Down、Left、Right、OK五个键,它们的主要功能是移动设置状态的光标和选择功能.8.外测量输入接口.9.TTL输出接口和.电压输出接口.五、SG1641A宽频带函数信号发生器该仪器的面板图如23-8所示图23-8该仪器与SG1646A多功能功率函数信号发生器是系列产品,它的功能请参照SG1646A多功能功率函数信号发生器的说明.实验内容一、HONGHUA COS5020B型示波器（一）在示波器使用之前,示波器面板上各旋钮和按键应置于下列位置项 目代 号位 置 设 置电 源断开辉 度相当于时钟“3”点位置聚 焦中间位置标尺亮度逆时针旋到底Y方式CH1位移、中间位置衰减旋钮、任意位置衰减微调、顺时针旋到底AC-GND-DC、GND内触发CH1 触发源INT耦 合AC极 性+电 平逆时针旋到底释 抑逆时针旋到底扫描方式AUTO扫描旋钮sec档:0.5扫描微调顺时针旋到底位移中间位置（二）观察扫描1.打开电源开关,确认上方电源指示灯亮.预热20秒后,屏上出现一个扫描亮点.2.调节扫描旋钮,逐渐减小扫描时间,观察亮点扫描速度逐渐加快最后终于成一条水平亮线的扫描线过程,总结规律.（三）观察交流电压波形（正弦波、方波、三角波、脉冲波）1.将信号发生器产生的50Hz、10V的正弦交流信号从CH2通道的输入接口输入.2.将垂直方式选择键置于CH2档.3.将CH2通道的耦合选择开关置于AC档.4.将扫描旋钮置于2ms档.5.调整CH2通道的衰减旋钮,使图象的大小合适.这时在屏上会显示出正弦电压波形.仔细调整扫描微调旋钮,在屏上分别显示出1个、2个