示波器使用大学物理实验报告

1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中图分类号：0441文献标识码：A文章编号：ScopeofadjustmentanduseShiBo(DepartmentOfPhysicsAndElectronicScienceChuXiongNormalUniversity675000)Abstract：Throughtheoscilloscopedevelopmentandapplicationoftheunderstanding,Ireceivedmanypreviouslydon'tknowknowledge.Intheinitialcontactoscilloscope,onlytolissajousfiguresmeasuringfrequencyinterested,thinkoscilloscopecangetmanywaveform.NowIknowandanalogoscilloscope,comparedtodigitaloscilloscopeisnotonlysmallvolume,lightweight,easytocarry,belongstotheliquidcrystaldisplay,butalsolong-termstoragewaveform,andcanstorewaveformswereputbigandsoonmanykindsofoperationandanalysis;Especiallysuitableformeasuringsingleandlowfrequencysignal,measuringlowfrequencysignalwithoutanalogoscilloscopeflickeringphenomenon;Moretriggermode,inadditiontoanalogoscilloscopedon'thavethepreliminarytrigger,andtriggerlogicalbum,pulsewidthtrigger,etc.;CanthroughtheGPIB,RS232,USBinterfacewithmeterKeywords：Theoscilloscopethewaveformflickerphenomenonparameters引言示波器是一种图形显示设备，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。2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3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：nffxyn=1,2,3,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未知频率。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yxxynnff李萨如图形举例表4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，接通电源开关，把示波器和信号发生器的各旋钮调到正常使用位置，使在荧光屏上显示便于观测的稳定波形。3．示波器的定标和波形电压、周期的测量（1）把Y轴偏转因数和扫描时间偏转因数旋钮都放在“校准”位置（指示灯“VAR”熄灭）。（2）把校准信号输出端接到Y轴输入插座（3）把信号发生器的正弦电压接到Y轴输入端，用示波器测量正弦电压的幅值和周期，并和信号发生器上显示的频率值比较。（4）选择不同幅值和频率的5种正弦波，重复步骤（3），记下测量结果。4．李萨如图形的观测(1)把信号发生器后面50Hz输出信号接到X通道，而Y通道接入可调的正弦信号(2)分别调节两个通道让他们能够正常显示波形(3)切换到X-Y模式，调整两个通道的偏转因子，使图形正常显示(4)调节Y信号的频率，观测不同频率比例下的李萨如图【数据记录】1、频率测量示波器频率计数器的测频精度0.01%示波器测频仪器误差3%函数信号发生器测频仪器误差1%+1字I12345示波器计数器频率f0(KHz)55.45421.21015.3288.16964.4138示波器测量频率f1(KHz)57.422.315.88.194.38信号发生器频率f2(KHz)55.4521.2115.338.174.42百分差3.5%5.1%3.1%0.2%-0.8%2、电压测量示波器测量电压仪器误差3%函数信号发生器仪器误差15%+1字I12345示波器测量电压(V)5.684.523.642.961.84信号发生器显示电压(V)5.34.63.63.01.8百分差7.2%-1.7%1.1%-1.3%2.2%53、李萨如图形观察fy：fx1：11：21：3李萨如图形nxnyfy(Hz)fX(Hz)115050125010013501504、不确定度的计算(以第一组数据为例)（1）示波器测量频率f＝57.4KHzKHzEfff272.1%34.57KHzf8.14.57或KHzf257（2）函数信号发生器测频f=55.45KH0.0155.451%0.010.56fffEKHz或0.6KHz55.450.56fKHz或55.40.6fKHz（3）示波器测量电压V1＝5.68V115.683%0.16VVVEV或V2.015.680.16VV或VV2.07.51（4）函数信号发生器测量电压V2＝5.3V2215.315%0.10.81VVVEV字或V9.0VV81.030.52或VV9.03.52注意：一般可写为后面的形式更加科学，因为原始数据的有效数字只有2位，不可能经处理后提高精度变成3个有效数字。5、示波器操作总结表格要求调节按钮标记现象示波器输入接地GND左下角有中间水平一条直线选择输入通道CH1或CH2相应指示灯亮选择信号输入方式AC/DC交流～直流根据输入通道选择触发源SOURCE右下角有CH1-CH2-。变化根据信号选择耦合方式COUPLING右下角有AC-HFR－。变化纵向调节VOLTS/DIV图形纵向缩放横向调节TIME/DIV图形横向缩放6调节图形稳定LEVELTAG亮图形稳定测量物理量的选择COURSOREΔT-ΔV-1/ΔT变化标尺变化选择操作标尺TRK标尺上有出现位置变化移动操作标尺旋VARIABLE标尺移动切换移动标尺的粗调细调按VARIABLE处于校准状态按TIME/DIVVAR红灯灭【参照文献】１·普通物理实验楚雄师范学院物理与电子科学系沙育年