示波器的使用实验报告思考题

1、示波器的使用实验报告思考题示波器的使用的评分标准和参考答案注：思考题参考答案见附件思考题参考答案1 、观察方波波形， 如果扫描频率是方波的二倍看到什么图形？如果扫描频率是方波的 2/3 看到什么图形？答：如果扫描频率是方波的二倍，那么看到的时半个方波，如果扫描频率是方波的 2/3 则看到 3/2 个方波。2 、用李萨如图形测频率实验时， 屏幕上图形在时刻转动， 为什么？答：是 x 和 y 轴的信号不同步造成的，也就是两个信号的初相位不一致导致的。3 、如果示波器的扫描频率远大于或小于Y 么波形？（试先从扫描频率等于正弦信号频率的2（或 1/23 （或1/3）倍考虑，然后推广到n（或 1/n答：

2、如果示波器的扫描频率远大于Y2个、3 个、4个 nY 轴正弦波信号的频率时，将看到1/2 、1/3 、1/44 、如果示波器是好的，但当 Y 直亮线，试问，应调哪几个旋钮？答：证明 xx 输入信号，或者是否将扫描置于 x-y 档。示波器的使用【实验简介】示波器是用来显示被观测信号的波形的电子测量仪器，与其他测量仪器相比，示波器具有以下优点：能够显示出被测信号的波形；对被测系统的影响小；具有较高的灵敏度；动态范围大，过载能力强；容易组成综合测试仪器， 从而扩大使用范围； 可以描绘出任何两个周期量的函数关系曲线。 从而把原来非常抽象的、 看不见的电变化过程转换成在屏幕上看得见的真实图像。 在电子测

3、量与测试仪器中， 示波器的使用范围非常广泛，它可以表征的所有参数，如电压、电流、时间、频率和相位差等。若配以适当的传感器，还可以对温度、压力、密度、距离、声、光、冲击等非电量进行测量。正确使用示波器是进行电子测量的前提。第一台示波器由一只示波管，一个电源和一个简单的扫描电路组成。发展到今天已经由通用示波器到取样示波器、记忆示波器、数字示波器、逻辑示波器、智能化示波器等近十大系列，示波器广泛应用在工业、科研、国防等很多领域中。Karl Ferdinand Braun生平简介1909 年的诺贝尔物理奖得主 Karl Ferdinand Braun于 1897 年发明世界上第一台阴极射线管示波器，至

4、今许多德国人仍称CRT为布朗管 (BraunTube)。【实验目的】图 8-1 Karl Ferdinand Braun1 、 了解示波器的结构和工作原理，熟悉示波器和信号发生器的基本使用方法。2 、 学习用示波器观察电信号的波形和测量电压、周期及频率值。3 、 通过观察李沙如图形，学会一种测量正弦波信号频率的方法。【实验仪器】VD4322B 型双踪示波器、 EM1643型信号发生器、连接线及小喇叭等10596图 8-2 VD4322 型双踪示波器板面图1 、电源开关 2 、电源指示灯 3、聚焦旋钮 4、亮度调节旋钮5、Y1(X) 信号输入口 6、Y2 信号输入口 7、8、入耦合开关（AC-G

5、ND-DC）9、10、垂直偏转因数选择开关（ V/ 格） 11、Y1 位移旋钮 12、Y2位移旋钮 13、工作方式选择开关（ Y1、Y2、交替、断续） 14、扫描速度（时间 / 格）选择开关 15、扫描微调控制旋钮 16、水平位移旋钮17、电平调节旋钮【实验原理】一、示波器的结构及简单工作原理示波器一般由 5 个部分组成，如图 8-3 所示：（ 1）示波管； (2) 信号放大器和衰减器（ 3）扫描发生器；（ 4）触发同步电路；（ 5）电源。下面分别加以简单说明。1、示波管示波管主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三部分，全都密封在玻璃外壳内，里面抽成高真空。如图 8-4 所示，下面分别说明各部分的

6、作用。（1）荧光屏：它是示波器的显示部分，当加速聚焦后的电子打到荧光上时，屏上所涂的荧光物质就会发光， 从而显示出电子束的位置。 当电子停止作用后，荧光剂的发光需经一定时间才会停止，称为余辉效应。（2）电子枪：由灯丝H、阴极 K、控制栅极 G、第一阳极 A1、第二阳极 A2 五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属筒， 被加热后发射电子。 控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“亮度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度

7、，从而改变了屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多， 电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极、第二阳极之间的电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，所以第一阳极也称聚焦阳极。 第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚焦”调节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚焦”，实际是调节第二阳极电位。（3）偏转系统：它由两对相互垂直的偏转板组成，一对垂直偏转板 Y，一对水平偏转板 X。在偏转板上加以适当电压， 电子束通过时，其运动方向发生偏转， 从而使电子束在荧光屏上的光斑位置也发生改变。容易证明，光点在荧光屏上偏移的距离与

8、偏转板上所加的电压成正比，因而可将电压的测量转化为屏上光点偏移距离的测量，这就是示波器测量电压的原理。2 、信号放大器和衰减器示波管本身相当于一个多量程电压表，这一作用是靠信号放大器和衰减器实现的。由于示波管本身的 X及 Y轴偏转板的灵敏度不高（约 0.1 1mm/V），当加在偏转板的信号过小时，要预先将小的信号电压加以放大后再加到偏转板上。 为此设置 X 轴及 Y 轴电压放大器。 衰减器的作用是使过大的输入信号电压变小以适应放大器的要求， 否则放大器不能正常工作，使输入信号发生畸变，甚至使仪器受损。对一般示波器来说， X 轴和 Y 轴都设置有衰减器，以满足各种测量的需要。3 、扫描系统（扫描

9、发生器）扫描系统也称时基电路，用来产生一个随时间作线性变化的扫描电压，这种扫描电压随时间变化的关系如同锯齿，故称锯齿波电压，如图 8-5 所示，这个电压经 X 轴放大器放大后加到示波管的水平偏转板上，使电子束产生水平扫描。 这样，屏上的水平坐标变成时间坐标，Y轴输入的被测信号波形就可以在时间轴上展开。扫描系统是示波器显示被测电压波形必需的重要组成部分。一、示波器显示波形的原理如果只在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，则电子束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运动，如果电压频率较高， 则看到的是一条竖直亮线，如图8-6 所示。要能显示波形，必须同时在水平偏转板上加一扫描电压， 使电子束的亮点沿水平

10、方向拉开。这种扫描电压的特点是电压随时间成线性关系增加到最大值，最后突然回到最小，此后再重复地变化。这种扫描电压即前面所说的“锯齿波电压”，如图 8-5 所示。当只有锯齿波电压加在水平偏转板上时， 如果频率足够高，则荧光屏上只显示一条水平亮线。如果在竖直偏转板上（简称 Y 轴）加正弦电压，同时在水平偏转板上（简称 X 轴）加锯齿波电压，电子受竖直、水平两个方向的力的作用，电子的运动就是两相互垂直的运动的合成。当锯齿波电压比正弦电压变化周期稍大时， 在荧光屏上将能显示出完整周期的所加正弦电压的波形图。三、触发同步的概念如果正弦波和锯齿波电压的周期稍微不同，屏上出现的是一移动着的不稳定图形。这种情

11、形可用图8-7 说明。设锯齿波电压的周期Tx 比正弦波电压周期Ty 稍小，比方说 Tx/Ty=7/8 。在第一扫描周期内，屏上显示正弦信号04 点之间的曲线段；在第二周期内，显示48 点之间的曲线段，起点在4 处；第三周期内，显示811 点之间的曲线段，起点在8 处。这样，屏上显示的波形每次都不重叠，好象波形在向右移动。同理，如果 Tx 比 Ty 稍大，则好象在向左移动。以上描述的情况在示波器使用过程中经常会出现。 其原因是扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不成整数倍， 以致每次扫描开始时波形曲线上的起点均不一样所造成的。为了使屏上的图形稳定，必须使 Tx/Ty=n （n1，2，3，?），

12、 n 是屏上显示完整波形的个数。为了获得一定数量的波形，示波器上设有“扫描时间”（或“扫描范围”）、“扫描微调”旋钮，用来调节锯齿波电压的周期Tx（或频率 fx ），使之与被测信号的周期Ty（或频率 fy ）成合适的关系，从而在示波器屏上得到所需数目的完整的被测波形。输入 Y 轴的被测信号与示波器内部的锯齿波电压是互相独立的。由于环境或其它因素的影响，它们的周期（或频率）可能发生微小的改变。这时，虽然可通过调节扫描旋钮将周期调到整数倍的关系，但过一会儿又变了， 波形又移动起来。 在观察高频信号时这种问题尤为突出。为此示波器内装有扫描同步装置， 让锯齿波电压的扫描起点自动跟着被测信号改变，这就称

13、为整步（或同步）。有的示波器中，需要让扫描电压与外部某一信号同步，因此设有“触发选择”键，可选择外触发工作状态，相应设有“外触发”信号输入端。 四、 示波器的应用1 、示波器观察电信号波形。将待观察信号从 Y1 或 Y2端接入加到 Y 偏转板， X 偏转板加上扫描电压信号，调节辉度旋钮、聚集旋钮、 x、y 位移旋钮 , 调节电压偏转因数旋钮和扫描时间旋钮， 再调节同步触发电平旋钮， 即看到待观察信号波形。2 、测量电压利用示波器可以方便测出电压值，实际上示波器所做的任何测量都归结为电压的测量。 其原理基于被测量的电压使电子束产生与之成正比的偏转。计算公式为 U(t)?yky（8-1 ）式中，

14、y 为电子束沿 y 轴方向的偏转量，用格数（ DIV）表示； ky 为示波器 y 轴的电压偏转因数（ V/DIV）即（伏 / 格）。3 、测量频率（1）周期换算法周期换算法所依据的原理是频率与周期成倒数关系：f?1(8-2） T信号的周期可以用扫描速度值乘以被测信号波形的又一个周期在荧光屏上的水平偏转距离而求得 T?t?x （T=扫描速度一个周期水平距离），故信号的频率便可以算出。（2）李萨如图形法 设将频率 fy 的电压 Uy 和已知频率 fx 的电压Ux（均为正弦电压），分别送到示波器的 Y 轴和 X 轴，则由于两个电压的频率、振幅和相位的不同，在荧光屏上将显示各种不同波形，一般得不到稳定

15、的图形， 但当两电压的频率成简单整数比时，将出现稳定的封闭曲线， 称为李萨如图形。 根据这个图形可以确定两电压的频率比，从而确定待测频率的大小。图 8 列出各种不同的频率比在不同相位差时的李萨如图形，不难得出：所以频率fy?Nxfx（8-3 ） Ny图 8-8 李莎如图加在 Y 轴电压的频率 fy 加在 X轴电压的频率 fx?水平直线与图形相交的点数Nx 垂直直线与图形相交的点数Ny【实验内容及要求】1 、示波器：辉度、聚焦、水平和竖直位移通道选择、 触发、电平、幅度因子、扫描因子；2 、信号源：频率、信号幅度、波形选择。3 、连接信号源与示波器：信号源输出正弦波信号、调节示波器，出现稳定的正

16、弦波， 根据波形和幅度因子算出电压有效值， 波形和扫描因子算出信号频率。 4 、将示波器置非扫描档，外接两个信号源合成利萨如图。示波器的调节与使用史波（楚雄师范学院物理与电子科学系云南 675000 ）摘要：通过对示波器发展及应用的了解， 我获得了许多以前所不知道的知识。在最初接触示波器时，仅仅对李萨如图形测频率感兴趣，认为示波器可以得到许多波形。 如今我了解到和模拟示波器相比， 数字示波器不仅体积小、重量轻，便于携带，属于液晶显示器，而且可以长期贮存波形，并可以对存储的波形进行放大等多种操作和分析；特别适合测量单次和低频信号，测量低频信号时没有模拟示波器的闪烁现象；更多的触发方式，除了模拟示

17、波器不具备的预触发，还有逻 辑触发、脉冲宽度触发等；可以通过GPIB、RS232、USB 接口同计算机、打印机、绘图仪连接，可以打印、存档、分析文件；有强大的波形处理能力，能自动测量频率、上升时间、脉冲宽度等很多参数。 关键词：示波器波形闪烁现象参数 ：0441：A ：Scope of adjustment and useShi Bo(Department Of Physics And Electronic Science ChuXiong Normal University 675000)Abstract ：Through the oscilloscope development and a

18、pplication of the understanding, I received many previouslydont know knowledge. In the initial contact oscilloscope, only to lissajous figures measuring frequency interested, think oscilloscope can get many waveform. Now I know and analog oscilloscope, pared to digital oscilloscope is not only small

19、 volume, light weight, easy to carry, belongs to the liquidcrystal display, but also long-term storage waveform, and canstorewaveforms were put big and soon many kinds ofoperationand analysis;Especiallysuitableformeasuring singleand lowfrequency signal, measuring low frequency signal withoutanalog o

20、scilloscopeflickeringphenomenon; More triggermode,in addition to analog oscilloscope dont have the preliminarytrigger, and trigger logic album, pulse width trigger, etc.; Can through the GPIB, RS232, USB interface with meterKey words：The oscilloscope the waveform flicker phenomenon parameters引言示波器是一

21、种图形显示设备，它描绘电信号的波形曲线。这一简单的波形能 够说明信号的许多特性：信号的时间和电压值、振荡信号的频率、信号所代表电 路中“变化部分”信号的特定部分相对于其它部分的发生频率、 是否存在故障部件 使信号产生失真、 信号的 DC 成份和 AC 成份、信号的噪声值和噪声随时间变化 的情况、比较多个波形信号等。示波器的发展初期主要为模拟示波器， 模拟示波器要提高带宽，需要示波管、 垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的 A/D 转换器的性能，对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用 记忆、存储和处理，以及多种触发和预前触发能力。中期数字示波器首先在

22、取样率上提高，从最初取样率等于两倍带宽，提高至五倍甚至十倍，相应对正弦波取样引入的失真也从 100% 降低至 3%甚至 1%。其次，提高数字示波器的更新率，达到模拟示波器相同水平，最高可达每秒 40 万 个波形，使观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲的能力大为增强。 再次，采用多处理器 加快信号处理能力，从多重菜单的烦琐测量参数调节，改进为简单的旋钮调节， 甚至完全自动测量，使用上与模拟示波器同样方便。最后，数字示波器与模拟示 波器一样具有屏幕的余辉方式显示，赋于波形的三维状态， 即显示出信号的幅值、 时间以及幅值在时间上的分布。【实验原理】示波器由示波管、扫描同步系统、 Y 轴和 X 轴放大系统和电源

23、四部分组成，1、示波管如图所示，左端为一电子枪，电子枪加热后发出一束电子，电子经电场加速以高速打在右端的荧光屏上， 屏上的荧光物发光形成一亮点。亮点在偏转板电压的作用下，位置也随之改变。在一定范围内，亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。示波管结构简图示波管内的偏转板2 、 扫描与同步的作用如果在 X 轴偏转板加上波形为锯齿形的电压，在荧光屏上看到的是一条水平线，如图图扫描的作用及其显示如果在 Y 轴偏转板上加正弦电压，而X 轴偏转板不加任何电压，则电子束的亮点在纵方向随时间作正弦式振荡，在横方向不动。我们看到的将是一条垂直的亮线，如图如果在 Y 轴偏转板上加正弦电压，又在 X 轴偏转板上加锯齿

24、形电压，则荧光屏上的亮点将同时进行方向互相垂直的两种位移， 其合成原理如图所示，描出了正弦图形。如果正弦波与锯齿波的周期 （频率）相同，这个正弦图形将稳定地停在荧光屏上。 但如果正弦波与锯齿波的周期稍有不同，则第二次所描出的曲线将和第一次的曲线位置稍微错开，在荧光屏上将看到不稳定的图形或不断地移动的图形， 甚至很复杂的图形。由此可见：（1）要想看到 Y 轴偏转板电压的图形， 必须加上 X 轴偏转板电压把它展开，这个过程称为扫描。如果要显示的波形不畸变，扫描必须是线性的，即必须加锯齿波。（2）要使显示的波形稳定， Y 轴偏转板电压频率与 X轴偏转板电压频率的比值必须是整数，即：fyfx?nn=1

25、,2,3,示波器中的锯齿扫描电压的频率虽然可调， 但要准确的满足上式，光靠人工调节还是不够的， 待测电压的频率越高， 越难满足上述条件。为此，在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置，称为“同步”。在人工调节到接近满足式频率整数倍时的条件下，再加入“同步”的作用，扫描电压的周期就能准确地等于待测电压周期的整数倍， 从而获得稳定的波形。（1）如果 Y 轴加正弦电压， X 轴也加正弦扫描电压，得出的图形将是李萨如图形， 如表所示。李萨如图形可以用来测量频率。 令 fy 、 fx 分别代表 Y 轴和 X 轴电压的频率， nx 代表 X方向的切线和图形相切的切点数， ny 代表 Y 方向的切线和图形相切的切点数，则有nx? fxny李萨如图形举例表fy如果已知 fx ，则由李萨如图形可求出fy 。【实验内容】1 示波器的调整（1）不接外信号，进入非 X-Y 方式 （2）调整扫描信号的位置和清晰度 （3）设置示波器工作方式 2 正弦波形的显示（1）熟读示波器的使用说明，掌握示波器的性能及使用方法。（2）把信号发生器输出接到示波器的 Y 轴输入上，接通电源