大学物理实验示波器实验报告

示波器的使用【实验简介】示波器是用来显示被观察信号的波形的电子丈量仪器，与其余丈量仪器对比，示波器拥有以下长处：能够显示出被测信号的波形；对被测系统的影响小；拥有较高的敏捷度；动向范围大，过载能力强；简单构成综合测试仪器，进而扩大使用范围；能够描述出任何两个周期量的函数关系曲线。进而把本来特别抽象的、看不见的电变化过程变换成在屏幕上看得见的真切图像。在电子丈量与测试仪器中，示波器的使用范围特别宽泛，它能够表征的全部参数，如电压、电流、时间、频次和相位差等。若配以适合的传感器，还能够对温度、压力、密度、距离、声、光、冲击等非电量进行丈量。正确使用示波器是进行电子丈量的前提。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。发展到今日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，示波器宽泛应用在工业、科研、国防等好多领域中。KarlFerdinandBraun

平生简介1909年的诺贝尔物理奖得主KarlFerdinandBraun于台阴极射线管示波器，到现在很多德国人仍称CRT为布朗管

1897年发明世界上第一(BraunTube)。图8-1KarlFerdinandBraun【实验目的】1、认识示波器的构造和工作原理，熟习示波器和信号发生器的基本使用方法。2、学惯用示波器察看电信号的波形和丈量电压、周期及频次值。3、经过察看李沙如图形，学会一种丈量正弦波信号频次的方法。【实验仪器】VD4322B型双踪示波器、EM1643型信号发生器、连结线及小喇叭等421141516171035911131286图8-2VD4322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、亮度调理旋钮5、Y1(X)信号输进口6、Y2信号输进口7、8、入耦合开关（AC-GND-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、电平调理旋钮【实验原理】一、示波器的构造及简单工作原理示波器一般由5个部分构成，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。下边分别加以简单说明。Y轴输入放大或衰减内电子枪荧触发HYX光外触发同步YXKG1A2A屏扫描发生器＋－放亮度聚焦协助聚焦大电源X轴输入或衰减电源图8-3电路构造图1、示波管示波管主要包含电子枪、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，下边分别说明各部分的作用。图8-4示波管表示图（1）荧光屏：它是示波器的显示部分，当加快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，进而显示出电子束的地点。当电子停止作用后，荧光剂的发光需经一准时间才会停止，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A2五部分构成。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而后在阳极加快下奔向荧光屏。示波器面板上的“亮度”调整就是经过调理电位以控制射向荧光屏的电子流密度，进而改变了屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高好多，电子被它们之间的电场加快形成射线。当控制栅极、第一阳极、第二阳极之间的电位调理合合时，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，又称加快阳极。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光亮、清楚的小圆点。有的示波器还有“辅助聚焦”，实质是调理第二阳极电位。（3）偏转系统：它由两对相互垂直的偏转板构成，一对垂直偏转板Y，一对水平偏转板X。在偏转板上加以适合电压，电子束经过时，其运动方向发生偏转，进而使电子束在荧光屏上的光斑地点也发生改变。简单证明，光点在荧光屏上偏移的距离与偏转板上所加的电压成正比，因此可将电压的丈量转变为屏上光点偏移距离的丈量，这就是示波器丈量电压的原理。2、信号放大器和衰减器示波管自己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。由于示波管自己的X及Y轴偏转板的敏捷度不高（约—1mm/V），当加在偏转板的信号过小时，要早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，否则放大器不可以正常工作，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，以知足各样丈量的需要。3、扫描系统（扫描发生器）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0Ux扫描电压，这类扫描电压随时间变化的关系好像锯齿，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，屏上的水平坐标变为时间坐标，Y轴输入的被测信号波形就能够在时间轴上展开。扫描系统是示波器显示被测电压波形必要的重要构成部分。一、示波器显示波形的原理假如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素往返运动，假如电压频次较高，则看到的是一条竖直亮线，如图8-6所示。要能显示波形，一定同t时在水平偏转板上加一扫描电压，使电子束的亮点沿水平方向拉开。这类扫描电压的特色是电压随时间成线性关系增添到最大值，图8-5锯齿波最后忽然回到最小，今后再重复地变化。这类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，假如频次足够高，则荧光屏上只显示一条水平亮线。假如在竖直偏转板上（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

Uy0t图8-6正弦波作用，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，在荧光屏大将能显示出完好周期的所加正弦电压的波形图。三、触发同步的观点假如正弦波和锯齿波电压的Uy周期略微不同，屏上出现的是一移169169动着的不稳固图形。这类情况可用25710t2710图8-7说明。设锯齿波电压的周期0411054,11Tx比正弦波电压周期Ty稍小，比34881283方说Tx/Ty=7/8。在第一扫描周期Tx图8-7不同步时波形Ty内，屏上显示正弦信号0—4点之Ux间的曲线段；在第二周期内，显示７Tx=－Ty4—8点之间的曲线段，起点在4８处；第三周期内，显示8—11点之间的曲线段，起点在8处。这t样，屏上显示的波形每次都不重叠，好象波形在向右挪动。同理，假如Tx比Ty稍大，则好象在向左挪动。以上描述的状况在示波器使用过程中常常会出现。其原由是扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不可整数倍，致使每次扫描开始时波形曲线上的起点均不同样所造成的。为了使屏上的图形稳固，一定使Txy是屏上显示完好波形的个数。/T=n（n＝1，2，3，），n为了获取必定数目的波形，示波器上设有“扫描时间”（或“扫描范围”）、“扫描微调”旋钮，用来调理锯齿波电压的周期Tx（或频次x），使之与被测信号的周期yy）fT（或频次f成适合的关系，进而在示波器屏上获取所需数目的完好的被测波形。输入Y轴的被测信号与示波器内部的锯齿波电压是相互独立的。因为环境或其余要素的影响，它们的周期（或频次）可能发生细小的改变。这时，固然可经过调理扫描旋钮将周期调到整数倍的关系，但过一会儿又变了，波形又挪动起来。在察看高频信号时这类问题尤其突出。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随着被测信号改变，这就称为整步（或同步）。有的示波器中，需要让扫描电压与外面某一信号同步，所以设有“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、示波器察看电信号波形。将待察看信号从Y1或Y2端接入加到Y偏转板，X偏转板加上扫描电压信号，调理辉度旋钮、齐集旋钮、x、y位移旋钮,调理电压偏转因数旋钮和扫描时间旋钮，再调理同步触发电平旋钮，即看到待察看信号波形。2、丈量电压利用示波器能够方便测出电压值，实质上示波器所做的任何丈量都归纳为电压的丈量。其原理鉴于被丈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，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、丈量频次1）周期换算法周期换算法所依照的原理是频次与周期成倒数关系：1f(8-2）T信号的周期能够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Ttx（T=扫描速度×一个周期水平距离），故信号的频次便能够算出。（2）李萨如图形法设将未知频率fy的电压Uy和已知频次fx的电压U（x均为正弦电压），分别送到示波器的Y轴和X轴，则因为两个电压的频次、振幅和相位的不同，在荧光屏大将显示各样不同波形，一般得不到稳固的图形，但当两电压的频次成简单整数比时，将出现稳固的关闭曲线，称为李萨如图形。依据这个图形能够确立两电压的频次比，进而确立待测频次的大小。

相位差角110频次比421:11:21:32:3图8-8李莎如图

34图8列出各样不同的频次比在不同相位差时的李萨如图形，不难得出：加在Y轴电压的频次fy水平直线与图形订交的加在X轴电压的频次fx垂直直线与图形订交的所以未知频次fyNxfxNy

点数Nx点数Ny8-3）【实验内容及要求】1、示波器：辉度、聚焦、水平易竖直位移通道选择、触发、电平、幅度因子、扫描因子；2、信号源：频次、信号幅度、波形选择。3、连结信号源与示波器：信号源输出正弦波信号、调理示波器，出现稳固的正弦波，依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次。4、将示波器置非扫描档，外接两个信号源合成利萨如图。【实验数据记录与办理】测定正弦波电压和频次的表格电幅度因子压kV/DIV频扫描因子率ms/DIVt利萨如图表格fxfy1000Hz

f理论Hz峰值距离电压峰值有效值yDIVUmkyVU有V一周期的周期值频次水平距离xDIVTxtmsf1THz1000Hz2000Hz【思虑题】示波器为何能显示被测信号的波形荧光屏上无光点出现，有几种可能的原由如何调理才能使光点出现荧光屏上波形挪动，可能是什么原由惹起的【附EM1643型函数发生器介绍】42531612图8-9函数发生器图1）电源开关(POWER)：按入开。2）功能开关(FUNCTION)：波形选择正弦波方波和脉冲波三角波和锯齿波3）频次微调旋钮FREQVAR：频次复盖范围10倍。4）分档开关(RANGE-HZ)：（10HZ-2MHZ分六档选择)。5）衰减器按钮(ATT)：开关按入时衰减低30Db。6）电压幅度调理旋钮(AMPLITUDE)；幅度可调。7）直流偏移调理(DCOFFSET)