用示波器测时间

1、实验题目：用示波器测量时间实验目的：1. 了解示波器的基本原理和结构；2.学习使用示波器观察波形和测量信号周期及其时间参数。实验原理1. 示波器的基本结构示波器由示波管、放大系统、衰减系统、扫描和同步系统及电源等部分组成。示波管是 示波器的基本构件，它由电子枪、偏转板和荧光屏三部分组成， 被封装在高真空的玻璃管内。电子枪是示波管的核心部分。(1)阴极：实现电子发射。栅极：由第一栅极和第二栅极构成，只有少量电子通过第一栅极，第二栅极对阴极 发射的电子奔向荧光屏起加速作用。第一阳极：第一阳极上加有几百伏的电压，形成一个聚焦的电场，当电子束通过此 聚焦电场时，调节加在上的电压可以达到聚焦的目的。第二

2、阳极：第二阳极上加有 1000V以上的电压。聚焦后的电子经过这个高压电场的加速获得足够的动能，使其成为一束高速的电子流。这些能量很大的电子打在荧光 屏上可引起荧光物质发光。偏转板：由两对相互垂直的金属板构成，在两对金属板上分别加以直流电压，以控 制电子束的位置，适当调节这个电压值可以把光点或波形移到荧光屏的中间部位。荧光屏：荧光屏能在高能电子的轰击下发光。辉光的强度取决于电子的能量和数量。在电子射线停止作用之后，余辉使我们能在屏上观察到光点的连续轨迹。垂直偏转板（y轴）及水平偏转板（x轴）所形成的二维电场，使电子束发生位移:Vy ySyVyDDyxSxVxVxDx(1)其中，S和D分别为偏转板

3、的偏转灵敏度和偏转因数示波器显示波形的原理Vx，Vx周期性变化，并且由于在x轴偏转板上加一个随时间t按一定比例增加的电压，称为时间基线。发光物质的特殊性使光迹有一定保留时间，于是就得到一条“扫描线”如果在x轴上加有电压的同时， 在y轴上加电压，则电子束受到水平电场和垂直电场的 共同作用而呈现二维图形。为了得到可观测的图形，必须使电子束的偏转多次重叠出现, 重复扫描。Tx （或频率fx）与被测信号Ty, fxnfx,n=1,2,n(2)很显然，为了得到清晰稳定的波形，上述扫描电压的周期 的周期Ty （或fy）必须满足以保证Tx轴的起点始终与y轴周期信号固定一点相对应（同步），波形才稳定。否则,

4、波形就不稳定而无法观测。2. 用x轴时基测时间参数x轴扫描信号的周期，是以时基单位（ms/cm）来标示的，示波管荧光屏直径为10cm,则式（2）的Tx,由时基（ms/cm）乘上10cm，在实际测量中，将式（2）有式（3）的形式Tx时基单位波形厘米数、正脉冲（或式中的波形厘米数，可以是信号一个周期的读数（可测待测信号的周期） 负脉冲）的信号宽度的读数或待测信号波形的其他参数。3. 用李萨如图形测信号的频率如果将不同的信号分别输入到 y轴和x轴的输入端，当两个信号的频率满足一定的关系时，在荧光屏上将显示出李萨如图形，可用测量李萨如图形的相位参数或波形的切点数来测量时间参数。两正交正弦电压的相位差定

5、，频率比为一个有理数时，合成的圆形是一条稳定的闭合曲线。F图是几种频率比时的图形，频率比与图形的切点数之间有下列关系:fy 水平切线上的切点数 垂直切线上的切点数实验内容和数据处理:1.用x轴的时基测信号的时间参数(1)测量示波器自备方波输出信号的周期(时基分别为 0.1ms/cm, 0.2ms/cm, 0.5ms/cm)。哪种时基测出的数据更准确？为什么?0.25.002时基（ms/cn）周期长度（cm）周期（ms第一种测出的数据更准确。因为屏幕上只显示了一个周期，而屏幕只有10cm,相当0.110.0010.52.005于放大了周期长度，缩小了误差，置信度较大（相对于0.2 ms/cm的时

6、基缩小了 2倍读数误差，相对于0.5 ms/cm的时基缩小了 5倍读数误差）。选择信号发生器的对称方波接y输入（幅度和 y轴量程任选），信号频率为200Hz2kHz （每隔200Hz测量一次），选择示波器合适的时基，测量对应频率的厘X轴，示波器测量米数、周期和频率（注明 X轴的时基）。以信号发生器的频率为作信号发生器频率（X轴）与实测频率（y轴）的散点图并线性拟合如下:2500率频测实信号发生器的频率与实测频率的关系1000500信号发生器的频率（Hz）y = 0.9935X - 3.1174 於=0.99975001000150020002500)2000(1500实测频率（Hz） 线性（实

7、测频率（Hz）(Hz)21160018002000ms/cm)1.00.50.50.20.20.20.10.10.10.1(cm5.005.003.406.405.004.207.206.405.605.00(Hz)200400588.24781.2510001190.51388.90的频率为曲线，求出斜率并讨论。y轴，作y-x输出频率 所选时基（周期长度实测频率斜率为0.9935，而理论上斜率应该是 1.0000，因此,绝对误差为：1.0000 0.9935 0.0065相对误差为：(1.0000 0.9935)/1.0000* 100%0.65%由斜率和图像的方差可得，实测频率和信号发生器

8、的频率比较接近，说明用用X轴时基测时间参数这种方法测对称方波频率比较准确。但由于在荧光屏上读数时， 很难读准小 数点第二位的数字，人为读数造成了一定误差。（3）选择信号发生器的非对称方波接y轴，频率分别为200Hz、500Hz、1kHz、2kHz、5kHz、 10kHz、20kHz，测量各频率时的周期和正波的宽度（或占空比），用内容的方法作曲线。输出频率（Hz）220000所选时基（ms/cm）0.500.200.100.050.020.010.005周期长度（cm）10.0510.0010.0010.0610.0010.0010.03正波宽度（cm3.053.003.003.053.003.

9、003.00预设占空比（%实测频率（Hz）实测占空比（%作信号发生器频率（X轴）19950030. 35303010001988.3030. 323099403029. 91与实测频率（y轴）的散点图并线性拟合如下:信号发生器的频率与实测频率的关系+实测频率（Hz） 线性（实测频率（Hz）y = 0.9974X + 3.9094R2 = 1斜率为0.9974，而理论上斜率应该是 1.0000,因此,绝对误差为：1.0000 0.9974 0.0026相对误差为：(1.0000 0.9974)/1.0000*100%0.26%由斜率和图像的方差和计算占空比的方差小于10 6数量级可得，实测频率和

10、信号发生很难读准小数点第二位的器的频率比较接近，说明用用x轴时基测时间参数这种方法测非对称方波的频率和非对 称方波的占空比也比较准确。 但同样由于在荧光屏上读数时,数字，人为读数造成了一定误差。（4） 选择信号发生器的输出为三角波,频率为500Hz、 1kHz、1.5kHz、测量各个频率时的上升时间、下降时间及周期。信号发 生器的 频率（Hz）50010001500X轴时基(ms/cm)上升段宽度（cm）下降段宽度（cm）周期段宽度（cm）一个周 期中的 上升时 间0.500.100.102.005.003.332.005.003.334.0010.006.66(mS间（mS1.001.002

11、.005000.500.501.0010000.330.330.671492.54(Hz)周期(ms)实测频率一个周期中的 下降时2.观察李萨如图形并测频率用两台信号发生器分别接 y轴和X轴（X轴选择外输入），取fx/fy1、1/2、2/3、3/4时，测出对应的fy和fx，画有关图形并求公用信号发生器的频率。XTfx / fyfy(Hz)11/22/33/4因此，fx的平均值为699.02Hz ,Z 3699.02349.52466.03524.29fx(Hz)699.02699.04699.05699.05即为公共信号发生器的频率。X 4思考题1.用示波器测频率有何优缺点?答：优点：直观，计算简便。缺点：（1）测量中出现的误差较大，包括了对仪器调节的误差和人为读数的误差。（2）输出的图形不稳定。2.在本实验中，观察李萨如图形时，为什么得不到稳定的图形?答：（1）手动调节