示波器的使用及实验

示波器的原理及使用一、实验目的1、了解通用双通道示波器的结构和工作原理，熟悉示波器面板控制件的作用和使用方法2、掌握用示波器观察波形、测量电压和频率的方法3、掌握观察李萨如图形的方法，并能测量未知信号的频率；能用示波器观察“拍”现象难点：双通道示波器的结构和工作原理重点：示波器面板控制件的作用和使用方法、测量原理二、实验仪器通用双通道示波器（DF432020MHz）同轴电缆函数信号发生器(EE1641D型)三、实验原理1、示波器基本结构。Y放大触发同步。。。。扫描发生器。。X放大。。直流电源Y输入X输入外触发CRTK1K2示波器的原理框图示波器原理框图示波管（CRT）、电子放大系统、扫描触发系统、电源示波管（CRT）结构简介A1：第一阳极G：控制栅极K：阴极F：灯丝G：对应亮度旋钮A2：第二阳极KGA1A2共同完成聚焦X：水平偏转板Y：竖直偏转板荧光屏电子枪、偏转系统、荧光屏电子放大系统竖直放大器、水平放大器扫描触发系统扫描发生器、触发电路作用：在偏转板上加足够的电压，使电子束获得明显偏移；对较弱的被测信号进行放大扫描发生器作用：产生一个与时间成正比的电压作为扫描信号触发电路作用：形成触发信号。示波器工作在自动（AUTO)方式时，扫描发生器始终有扫描信号输出；当示波器处于AC/DC触发方式工作时，扫描发生器必须有触发信号的激励才能产生扫描信号。一般对应：内触发方式时，触发信号由被测信号产生，满足同步要求外触发方式时，触发信号由外部输入信号产生电源（略）波形显示原理只在竖直偏转板上加正弦电压的情形只在水平偏转板上加一锯齿波电压的情形示波器显示正弦波原理图波形显示原理演示2、示波器面板控制件的作用简介亮度：轨迹亮度调节电源开关电源指示灯聚焦：轨迹清晰度调节荧光屏校准信号CH1或CH2：被测信号输入端口被测信号耦合方式AC：交流输入DC：直流输入GND：输入零信号垂直位移水平位移被测信号输入ALT：两个通道交替显示通道工作方式选择CH1或CH2：1或2单独显示CHOP：两个通道断续显示ADD：显示两个通道信号幅度的代数和或差通道2极性转换电压衰减及扫描速率VOLTS/DIV：调节垂直偏转灵敏度，指示垂直方向每格的偏转电压值VIRIABLE：连续调节垂直偏转灵敏度SEC/DIV：调节扫描速率，指示水平方向每格的扫描时间X-Y工作方式：CH1输入x轴信号VIRIABLEPLEE×5：连续调节扫描速率扫描方式选择自动（AUTO)：扫描发生器自动工作常态（NORM)单次（SINGLE)被触发或准备指示灯电平（LEVEL）：调节被测信号在某一电平触发扫描触发方式选择选择触发源信号内：CH1CH2外：LINEEXT触发极性选择：选择上升或下降沿触发扫描接地外触发输入CH1或CH2选择：“交替”或“断续”工作方式时，选择频率低的通道触发单踪显示时，任选其一，触发信号均来自于被显示通道选择触发信号耦合方式：AC/DCTV30：CH1输出31：电源插座32：电源设置33：保险丝座3、函数信号发生器简介本实验所用函数信号发生器可以输出频率在0.2Hz-2MHz的正弦波、三角波、方波信号。面板主要控制件的作用：电源开关频率显示幅度显示波形选择频率范围选择频率微调幅度衰减幅度微调函数信号输出AC常态触发耦合方式（COUPLING）顺时针旋足微调（VIRIABLE）CH1触发源（TRIGGERSOURCE）0.1V(X)电压衰减（VOLTS/DIV）0.5ms扫描速率（SEC/DIV）CH1垂直方式（MODE）触发极性（SLOPE）居中位移（三只）（POSITION）自动扫描方式（SWEEPMODE）居中聚焦（FOCUS）DC输入耦合居中亮度（INTENSITV）作用位置控制件名称作用位置控制件名称4、测量前示波器面板控件的位置注意：测量时对控件进行适当的调节三、实验内容1、观察波形打开信号发生器电源开关，将其输出接CH1。调节信号发生器的输出频率和电压，调节示波器CH1通道偏转因数、扫描速率、电平等，使示波器显示稳定的波形。观察并画出示波器上的波形。2、测量正弦信号电压与周期调好信号发生器的输出信号，选择示波器CH1通道合适的偏转因数、选择合适的扫描速率值，使屏上刻度范围内出现完整波形，将实验数据记录入下表信号发生器示波器频率（Hz）电压示数（V）偏转因数(V/格)Y(格)扫描速率（s/格）X(格)例:幅度测量读数偏转因数：1V/格；测量原理YUpp偏转因数XT时基因数周期测量读数扫描时因数：1ms；峰峰值垂直距离：4.02格一个波长的水平距离：5.10/3＝1.70格将信号分别输入CH1和CH2通道，扫描速率旋钮置X-Y（逆时针到底），调节信号幅度或改变通道偏转因数，使图形不超出荧光屏视场，观察李萨如图3、测量信号的频率观察李萨如图形两个相互垂直的谐振动合成时，若其频率fx与fy成简单的整数比，合成的轨迹是封闭的稳定几何图形，称为李萨如图测量原理yxyxfnnf测量信号频率调出=1:1、1:2、2:3、3:4的李萨如图形，在下表中描下李萨如图形并记下相应CH2通道信号的频率fyyxxynnff::nx＝2，ny＝3nx＝3，ny＝4nx：ny1:11:22:33:4李萨如图形nxnyfy(Hz)fx(Hz)（待测）)4,3,2,1(ifnnfyixiyixi4、观察“拍”现象两个同方向的谐振动合成时，若其频率f1与f2的差值远小于f1、f2，合成振动的振幅随时间缓慢的呈周期性变化，这种现象称为“拍”“拍”频：321fff垂直方式选ADD，通道2极性选NORM，扫描速率调到合适值，调可调标准信号源信号频率，使屏上出现稳定的“拍”波形，观察“拍”现象。四、注意事项测信号电压和周期时，一定要将电压衰减旋纽的微调和扫描速率旋纽的微调顺时针旋足（校正位置）。示波器面板控制件的作用简介亮度：轨迹亮度调节电源开关电源指示灯聚焦：轨迹清晰度调节荧光屏校准信号CH1或CH2：被测信号输入端口被测信号耦合方式AC：交流输入DC：直流输入GND：输入零信号垂直位移水平位移被测信号输入ALT：两个通道交替显示通道工作方式选择CH1或CH2：1或2单独显示CHOP：两个通道断续显示ADD：显示两个通道信号幅度的代数和或差通道2极性转换电压衰减及扫描速率VOLTS/DIV：调节垂直偏转灵敏度，指示垂直方向每格的偏转电压值VIRIABLE：连续调节垂直偏转灵敏度SEC/DIV：调节扫描速率，指示水平方向每格的扫描时间X-Y工作方式：CH1输入x轴信号VIRIABLEPLEE×5：连续调节扫描速率扫描方式选择自动（AUTO)：扫描发生器自动工作常态（NORM)单次（SINGLE)被触发或准备指示灯电平（LEVEL）：调节被测信号在某一电平触发扫描触发方式选择选择触发源信号内：CH1CH2外：LINEEXT触发极性选择：选择上升或下降沿触发扫描接地外触发输入CH1或CH2选择：“交替”或“断续”工作方式时，选择频率低的通道触发单踪显示时，任选其一，触发信号均来自于被显示通道选择触发信号耦合方式：AC/DCTVAC常态触发耦合方式（COUPLING）顺时针旋足微调（VIRIABLE）CH1触发源（TRIGGERSOURCE）0.1V(X)电压衰减（VOLTS/DIV）0.5ms扫描速率（SEC/DIV）CH1垂直方式（MODE）触发极性（SLOPE）居中位移（三只）（POSITION）自动扫描方式（SWEEPMODE）居中聚焦（FOCUS）DC输入耦合居中亮度（INTENSITV）作用位置控制件名称作用位置控制件名称测量前示波器面板控件的位置注意：测量时对控件进行适当的调节垂直位移水平位移电压衰减及扫描速率VOLTS/DIV：调节垂直偏转灵敏度，指示垂直方向每格的偏转电压值VIRIABLE：连续调节垂直偏转灵敏度SEC/DIV：调节扫描速率，指示水平方向每格的扫描时间X-Y工作方式：CH1输入x轴信号VIRIABLEPLEE×5：连续调节扫描速率垂直灵敏度和水平扫描速率▼垂直灵敏度选择开关又称Y轴灵敏度步进开关，简称V/div，它的作用是步进式调节屏幕上信号波形的幅度。▼垂直灵敏度微调旋钮的作用是连续调节屏幕上信号波形的幅度。▼水平扫描速率选择开关又称X轴扫描速率步进开关，简称t/div开关，它的作用是步进式调节屏幕上信号波形在水平方向的宽度。▼水平扫描速度微调旋钮的作用是连续调节屏幕上信号波形在水平方向的宽度。示波器面板控制件的作用简介亮度：轨迹亮度调节电压衰减及扫描速率VOLTS/DIV：调节垂直偏转灵敏度，指示垂直方向每格的偏转电压值VIRIABLE：连续调节垂直偏转灵敏度SEC/DIV：调节扫描速率，指示水平方向每格的扫描时间X-Y工作方式：CH1输入x轴信号VIRIABLEPLEE×5：连续调节扫描速率示波器的应用示波器是时域测量仪器，可以用来观测信号波形，测量电压、频率、相位、时间、调制系数等物理量。（一）测量电压（1）测量原理PPyyVhDk被测交流电压值（峰-峰值）波峰和波谷的高度垂直灵敏度探头衰减系数1、测量交流电压测量交流电压（2）测量方法垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置；接入待测信号；输入耦合开关置于“AC”；调节扫描速度使波形稳定显示；调节垂直灵敏度开关；读出被测交流电压波峰和波谷的高度；计算被测交流电压的峰-峰值。用示波器测量交流电压例示波器正弦电压如图所示，h=8cm、V/cm、若K=1：1，求被测正弦信号的峰-峰值和有效值。0.51251025010050255VmVV/div零电平线显示波形（交流电压）8118VPPyVhDk82.322222PPPVVVV（一）测量电压（1）测量原理利用被测电压在屏幕上呈现的直线偏离时间基线（零电平线）的高度与被测电压的大小成正比的关系进行的。DCyVhDkVDC为被测直流电压值，h为被测直流信号线的电压偏离零电平线的高度；Dy为示波器的垂直灵敏度，k为探头衰减系数。2、测量直流电压（2）测量方法1）将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置（CAL）。2）将待测信号送至示波器的垂直输入端。3）确定零电平线。4）将示波器的输入耦合开关拨向“DC”档，确定直流电压的极性。5）读出被测直流电压偏离零电平线的距离h。6）计算被测直流电压值。2、测量直流电压用示波器测量直流电压例示波器测直流电压及垂直灵敏度开关示意图如图所示，h=4cm、V/cm、若k=10：1，求被测直流电压值。40.51020DCyVhDk(V)0.51251025010050255VmVV/div零电平线显示波形（直流电压）（一）测量电压3、测量含有直流成分的交流信号u(t)AB0t图3－20含有直流成分的正弦交流信号波形左图为含有直流成分的正弦交流电压波形，在测量时，既要测出直流成分的大小，又要测出交流电压的大小（振幅值）。测量含有直流成分的交流信号测量步骤如下：按照交流电压的上述测量方法进行测量，振幅值Um=Up-p/2。1）、测量交流电压振幅值测量含有直流成分的交流信号测量步骤如下：▼首先选用AC耦合方式，调整有关旋钮得到正弦电压的稳定波形，选正弦波形的正峰点（或负峰点）作为零电平的假定位置。2）、测量直流成分的大小▼然后保持偏转因数S及其微调旋钮不变，选用DC耦合方式得到发生跳变的波形，由此确定出正峰点（或负峰点）的跳变距离（设为H），直流成分的大小等于H与S的乘积。（二）用示波器测量时间1、测量周期（1）测量原理被测交流信号的周期:/xxTxDkx为被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占距离；Dx为示波器的扫描速度；Kx为X轴扩展倍率。周期的倒数即为频率。用示波器测量时间例荧光屏上的波形如图所示，信号一周期7cm，扫描速度开关置于“10ms/cm”位置，扫描扩展置于“拉出×10”位置，求被测信号的周期。0.20.5121010010110050Smst/div55nsx（三）用示波器测量相位差将欲测量的两个信号A和B分别接到示波器