(整理)用示波器测量时间01754.学习资料

1、( 整理) 用示波器测量时间 01754.实验题目：用示波器测量时间实验目的：了解示波器的基本原理和结构，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（1）示波器的结构（图1），由示波管（又称阴极射线管）、放大系统、衰减系统、扫描和同步系统及电源等部分组成。（2）为了适用于多种量程，对于不同大小的信号，经衰减器分压后，得到大小相同的信号，经放大器放大后产生最大约20V 左右的电压送至示波管的偏转板。（3）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，其结构（图2）所示。电子枪是示波管的核心部分，它由阴极、栅极和阳

2、极构成。（4）垂直偏转板（常称 y 轴）及水平偏转板（常称 x 轴）所形成的二维电场，使电子束发生位移，位移的大小，与y 偏转板及 x 偏转板上所加的电压有关：y SyVyVyx SxVxVx（1）D yD x式（1）中的 S 和 D为 y 轴偏转板的偏转灵敏度和偏转因数， S 和 D为 x 轴偏yyxx转板的偏转灵敏度和偏转因数。它们均与偏转板的参数有关，是示波器的主要技术指标之一。2.示波器显示波形的原理（1）为了得到清晰稳定的波形，上述扫描电压的周期T x（或频率 f x）与被测信号的周期 T y（或 fy ）必须满足： TyTx ， x n x ， n=1,2,n（2）以保证 T x

3、轴的起点始终与y 轴周期信号固定一点相对应（称“同步”），波形才稳定。否则，波形就不稳定而无法观测。（2）由于扫描电压发生器的扫描频率x 不会很稳定。因此，要保证式（2）始终成立，示波器需设置扫描电压同步电路，即触发电路，如（图1）所示，利用它提供一种触发信号来使扫描电压频率与外加信号同步，从而获得稳定的信号图形。3.用 X 轴时基测时间参数（1）在实验中或工程技术上都经常用示波器来测量信号的时间参数，如信号的周期或频率，信号波形的宽度、上升时间或下降时间，信号的占空比（宽度/周期）等。（2）从式（ 2）出发，设待测信号接y 轴输入端，则 Ty 是待测信号的周期， T x是 x 轴扫描信号的周

4、期， N 是一个扫描周期内所显示的待测信号的波形周期个数。（3）x 轴扫描信号的周期，实际上是以时基单位（时间/cm 或时间 /度）来标示的，一般的示波管荧光屏直径以10cm 的居多，则式（ 2）的 T x，由时基（时间/cm）乘上 10cm，因此： Tx时基单位波形厘米数（3）4.用李萨如图形测信号的频率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。二个互相垂直的振动（有相同的自变量）的合成李萨如图形。（1）频率相同而振幅和相位不同时，两正交正弦电压的合成图形。设此两正

5、弦电压分别为： x A cos tyB cos( t)（ 4）消去自变时 t ，得到的轨迹方程为：x 2y22xy cossin 2（5）A2B2AB这是一个椭圆方程。当两个正交电压的相位差取02的不同值时，合成的圆形如（图3）所示。（2）两正交正弦电压的相位差一定，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。图4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：yx水平切线上的切点数垂直切线上的切点数实验步骤： 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）。（2） 选择信号发生

6、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，测量对应频率的厘米数、周期和频率（注明 x 轴的时基）。以信号发生器的频率为 x 轴，示波器测量的频率为y 轴，作 y-x 曲线，求出斜率并讨论。（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（2）的方法作曲线。（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

7、时间、下降时间及周期。2.观察李萨如图形并测频率用两台信号发生器（一台为本组专用，一台为公用）分别接y 轴和 x 轴（ x 轴选择外输入），取x /y1、1/ 2、2 / 3、3/ 4 时，测出对应的f y和 f x ，画有关图形并求公用信号发生器的频率。实验桌号： 9 号数据处理和误差分析：1.（ 1）测量示波器自备方波输出信号的周期时基 ms/cm0.10.20.5波形厘米数 /cm10.25.12.2周期 ms1.021.021.10表 1哪种时基测出的数据更准确？为什么？答： 0.1cm/ms 更为准确 ,因为时基越小 ,读数带来的误差就越小 ,数据也就越准确。解释不太好（2）选择信号

8、发生器的对称方波接Y 输入，信号频率为200Hz2kHz ，测量对应频率的厘米数、周期和频率。发生器频率 /Hz2004006008001000厘米数 /cm5.05.13.52.65.2周期 /ms5.002.551.701.301.04测量频率 /Hz200.00392.16588.24769.23961.54X轴时基 /ms/cm10.50.50.50.2发生器频率 /Hz12001400160018002000厘米数 /cm4.43.86.45.75.1周期 /ms0.880.760.640.570.51测量频率 /Hz1136.361315.791562.501754.381960.

9、78X轴时基 /ms/cm0.20.20.10.10.1表 2以信号发生器的频率为x 轴，示波器测量的频率为y 轴，作出的 y-x 曲线图图 5 对称方波信号发生器的频率-示波器测量的频率曲线图斜率 k0.984,说明信号发生器的频率与示波器测量的频率基本相同。(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 、发生器频率 /Hz2005001k2k5k10k20k正波宽 /cm1.00.91.01.00.81.00.9波形厘米数 /cm5.04.25.25.14.15.05.0周期 /ms5.0002.1001.0400.5100.2050.1

10、000.050测量频率 /Hz200.00476.19961.541960.784878.05 10000.00 20000.00x轴时基 /ms/cm10.50.20.10.050.020.012kHz 、 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（ 2）的方法作图。 占空比也应列出来！表 3以信号发生器的频率为x 轴，示波器测量的频率为y 轴，作出的 y-x 曲线图图 6 非对称方波信号发生器的频率-示波器测量的频率曲线图斜率 k0.991,说明信号发生器的频率与示波器测量的频率基本相同。（4） 选择信号发生器输出为三角波，频率为500Hz

11、、1kHz 、1.5kHz 测量各个频率发生器频率 Hz5001k1.5k上升时间 ms1.80.90.6的下降时间 ms0.250.120.08周期 /ms2.051.020.68上X轴时基 /ms/cm0.50.20.2升时间、下降时间及周期。表 3 2观察李萨如图形并测频率公共信号发生器频率约为 500Hzvx/v y11/222/33/4vx/Hz500499498500499vy/Hz500998299750665（1） x1图形为：（ 2） xyy12图形为：（3）（5）xyxy2图形为：（4）xy3图形为：423图形为：思考题1. 用示波器测量时间有何优缺点？答：优点是：把测量时间的转化为测量长度，把较难的测的物理量转化为容易测量的物理量。缺点是：用荧光屏读数误差太大，导致测量值与真实值有较大偏差。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：信号发生器的频率不稳定，导致 Vx /Vy 不为一个确定的有理数。以致得不到稳定的图形。3. 假设示波器 Y 轴输入一个正弦电压，所用的水平扫描