大物试验报告——示波器的使用

1、 一、实验目的与实验仪器 实验目的 1、了解示波器的结构和工作原理。 2、熟练掌握示波器的基本操作。 3、学会用示波器测量电压、频率和相位差的方法。 4、学会周期信号的频谱分析。 5、观察李萨如图形、拍现象，加深对振动合成的理解。 实验仪器 TBS1102B-EDU型数字存储示波器、TFG6920A型函数/任意波形发生器。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 1、交变信号参数测量 信号的幅度、周期、频率、相位是正弦波的主要测量参数，如左图所示，其波形的电压 可用有效值URMS零-峰值UOR峰-峰值UPR平土值UAVG表示。 方波常用作时钟信号来准确地触

2、发同步电路，常关注对上升时间或下降时间、脉冲宽度、 电压等参数测量，如右图所示。在一个频率周期内高电平所占的时间百分数称为占空比，即 1个周期内高电平时间除以周期时长。 三角波是锯齿波的一种特殊形式。锯齿波的特点是电压渐渐增大突然降到零，主要用在 CRT作显示器件的扫描电路中。 这些参数可以用刻度法测量： 山I-峰电压UPP: Upp=Hpp*S1 实验4.10示波器的使用 实验报告 式中，Hpp是屏上相邻两峰在垂直轴方向的距离，以格为单位；S1是垂直标度系数（伏/格）。 信号的周期T: T=L*S2 式中，L是信号个周期在屏上两点间的距离，以格为单位；S2是水平标度系数（秒/格）。 根据周期

3、推算信号的频率f： f=1/T 除此之外还可以用光标法和自动测量法进行侧量。 3、相位差测量 相位（phase）是某一物理量随时间（或位置）作余弦（或正弦）变化时，决定该量在任一时间（或位置）状态的一个数值，两个频率相同正弦信号的相位差等于初相之差，是一个不随时间变化的常数。采用双踪示波法测量，将欲测量的两个信号A和B分别接到示波器的 两个输人通道，示波器设置为YT显示方式，调节有关旋钮，利用示波器屏幕上的刻度坐标，测出信号的一个周期T在时间基线（水平方向）上所占的格数L（T）,两波形对应点在时间基线上的间距At对应的格数L（At）,就可求得两信号的相位差： （）=2兀*L（At）/L（T）

4、4、周期信号的频谱 一个时域周期信号，只要满足狄里赫利条件，则可分解为一系列谐波分量（正弦波）之和。为了表征不同信号的谐波组成情况，时常画出周期信号各次谐波的分布图形，这种图形称为 信号的频谱。使用示波器的FFT（快速傅氏变换）功能可将时域（YT）信号转换为频率分量（频谱），使用缩放控制和光标可放大并测量FFT谱，进行信号分析。 5、拍现象及拍频 拍现象是振动合成过程中产生的一种特有现象，频率较大而频率之差很小的两个同方向 简谐振动的合成结果不再是一个简谐振动，其合振动的振幅时而加强时而减弱，这种现象叫 作拍。振幅变化的周期为 T拍=1/（丫1-丫2） 振幅变化的频率为 丫拍=1/T拍=丫1-

5、丫2 6、李萨如图形 在互相垂直的方向上，两个频率成简单整数比的简谐振动所合成的规则的、稳定的闭合 曲线称为李萨如图。根据已知信号的频率（或相位）便可求得被测信号的频率（或相位），李 萨如图形法既可测量频率又可测量相位。 如图所示，从示波器屏幕上测出椭圆在X轴方向上的最大偏 转距离A和在X轴的截距B的值，则信号的相位差为 ()=arcsin(B/A) 三、实验步骤 (要求与提示：限400字以内) 1、使用“自动设置”，分别在示波器上观察稳定的正弦、方波、三角波信号波形。 2、调节信号发生器，使A路输出50Hz正弦信号，采用刻度法测量信号的峰-峰电压、 周期并记录数据。 3、双踪示波法测量正弦信

6、号的相位差，调节信号发生器，从示波器屏幕上读出L(T)和 L(At)的值并记录数据。 4、调节信号发生器，设置方波信号的占空比为50啼口25%光标法显示方波的幅度AV 和脉冲宽度A并记录数据。 5、调节信号发生器，分别输出方波信号和10kHz正弦信号，在示波器上观察到稳定的 频谱图并记录数据；使用“FFT缩放”选项，依次测量记录谱线的幅度与频率并记录数据。 6、调节信号发生器，使A路输出100Hz三角波信号，采用自动法测量信号的各项参数并记录数据。 7、调节信号发生器使A、B路输出信号幅度相同的正弦信号，Y1=150Hz,Y2=130Hz,观察拍现象，并用刻度法测量拍的周期。 8、调节信号发生

7、器使A路输出50HZ正弦信号，B路分别输出25HZ、75HZ、100HZ、 200HZ正弦信号，观察李萨如图形并记录数据。调节信号发生器使A、B路分别输出50Hz 正弦信号，分别调节A、B输出相位为0。、45。，得到李萨如图形，读出A和B的值并记录数据，计算相位差。令仅和fy,分别代表水平方向和垂直方向上的正弦信号 的频率，当显示屏上显示出稳定的李萨如图形时，在水平和 垂直方向分别作二组线与图形相交，如图所示，数出此直线 fx/fy=Ny/Nx 与图形的交点数N,则 四、数据处理 （要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片） 1、交变信号参数测量 Hpp/格 S1/（V/格） L/（格）

8、 S2/（s/格） 5.2 0.2 2 0.01 Upp=1.04V;T=0.02s;f=50Hz 2、相位差测量 频率/Hz L（At）/格 L（T）/（格） 50 1.3 2 4=1.3兀 3、光标法测方波信号参数（5kHz） 占空比 AU/V A/s 50% 1.02 0.000104 25% 1.02 0.000052 4、方波频率观察与测量（f=10kHz） 方波谱线 1 2 3 4 5 谱频率/kHz 9.000 30.00 50.00 70.00 89.00 谱幅度/dB 68.0 58.4 54.0 51.2 48.8 方波频谱图形 1U 5、正弦波频谱观察与测量（f=10kH

9、z） 正弦波谱线 1 谱频率/kHz 9.000 谱幅度/dB 66.0 1 正弦波频谱图形 6、三角波信号参数（100Hz） Upp/V T/s f/Hz RMS/V 上升时间/s 下降时间/s 1.02 0.01 100 0.292 0.039 0.039 7、拍的周期测量 L/格 S2/（s/格） 8.6 0.005 T拍=0.043s；Y拍=23Hz 8、李萨如图形 CHB言号频率fB/Hz 25 75 100 200 李萨如图形 c L c J k 彳 R 1 twr X轴交点数NX 2 6 4 8 Y轴交点数NY 4 4 2 2 CHB言号计算频率fB/Hz 25 75 100 2

10、00 频率/Hz A/格 B/格 50 5.2 4.6 4=62 1215 五、分析讨论 （提示：分析讨论不少于400字） 1、 在显示屏上数格数时，荧光线粗细会导致肉眼观察误差。 2、 根据测量结果，相同频率方波信号的幅度AV为固定值，脉冲宽度A与占空比成正 比关系。 3、 根据10kHz方波频谱的观察结果，5条谱线的频率随幅度的减小，以20.00kHz等间隔增大，而谱幅度则以间隔逐渐减小的规律减小。 4、 对比正弦波和方波频谱，正弦波只有一条谱线而方波有频率幅度不等的多条谱线。 5、 根据拍现象形成的原理，可得拍的振动表达式为 V-2AC052二T平二n （丫1-丫2）/2为振幅变化的频率，（丫1+0/2为拍的振动频率，二者比值越越小观察到振幅变化越明显，即拍现象越明显。 6、根据对不同频率比下的李萨如图形的观察，交点之比与频率之比成反比关系。 7、与模拟示波器相比，数字示波器可以显示被测量的瞬时值轨迹变化情况，显示重复波形和对低频信号做到无闪烁地清晰显示，并有捕获显示单次信号的能力；还具有FFT等 数字运算和分析的能力。是一台具有波形显示的电压表、电流表、FFT频率计、功率测量 和波形参数分析的综合性仪表。因此对于研究有更大的优势。 六、实验结论 1、对50Hz的正弦信号，Upp=1.04V;T