示波器的使用實驗報告

1、實驗一 通用模擬與數(shù)字雙蹤示波器的使用及測量一、實驗?zāi)康暮鸵? 根據(jù)已學(xué)的示波器理論知識學(xué)習(xí)正確使用通用雙蹤示波器，并利用示波器進行各種電信號的測量，熟練掌握模擬示波器的使用。2 學(xué)習(xí)數(shù)字式通用示波器的使用，了解其在測量上的強大功能，并與模擬示波器進行比較，體會各自在測量上的特點。 3認真按實驗內(nèi)容的要求進行實驗，記錄有關(guān)的數(shù)據(jù)和波形，回答實驗內(nèi)容中提出的有關(guān)問題，并按時提交實驗報告。二、實驗原理在時域信號測量中，電子示波器無疑是最具代表性的典型測量儀器。它可以精確復(fù)現(xiàn)作為時間函數(shù)的電壓波形（橫軸為時間軸，縱軸為幅度軸），不僅可以觀察相對于時間的連續(xù)信號，也可以觀察某一時刻的瞬間信號，這是電

2、壓表所做不到的。我們不僅可以從示波器上觀察電壓的波形，也可以讀出電壓信號的幅度、頻率及相位等參數(shù)。電子示波器是利用隨電信號的變化而偏轉(zhuǎn)的電子束不斷轟擊熒光屏而顯示波形的，如果在示波管的X偏轉(zhuǎn)板（水平偏轉(zhuǎn)板）上加一隨時間作線性變化的時基信號，在Y偏轉(zhuǎn)板（垂直偏轉(zhuǎn)板）加上要觀測的電信號，示波器的熒光屏上便能顯示出所要觀測的電信號的時間波形。若水平偏轉(zhuǎn)板上無掃描信號，則從熒光屏上什么也看不見或只能看到一條垂直的直線。因此，只有當(dāng)X偏轉(zhuǎn)板加上鋸齒電壓后才有可能將波形展開，看到信號的時間波形。一般說來，Y偏轉(zhuǎn)板上所加的待觀測信號的周期與X偏轉(zhuǎn)板上所加的掃描鋸齒電壓的周期是不相同的，也不一定是整數(shù)倍，因而

3、每次掃描的起點對待觀測信號來說將不固定，則顯示波形便會不斷向左或向右移動，波形將一片模糊。這就有一個同步問題，即怎樣使每次掃描都在待觀測信號不同周期的相同相位點開始。近代電子示波器通常是采用等待觸發(fā)掃描的工作方式來實現(xiàn)同步的。只要選擇不同的觸發(fā)電平和極性，掃描便可穩(wěn)定在待觀測信號的某一相應(yīng)相位點開始，從而使顯示波形穩(wěn)定、清晰。在現(xiàn)代電子示波器中，為了便于同時觀測兩個信號（如比較兩個信號的相位關(guān)系），采用了雙蹤顯示的辦法，即在熒光屏上可以同時有兩條光跡出現(xiàn)，這樣，兩個待測的信號便可同時顯示在熒光屏上，雙蹤顯示時，有交替、斷續(xù)兩種工作方式。交替、斷續(xù)工作時，掃描電壓均為一種，只是把顯示時間進行了相

4、應(yīng)的劃分而已。由于雙蹤顯示時兩個通道都有信號輸入，因此還可以工作于疊加方式，這時是將兩個信號逐點相加起來后送到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板的。這種工作方式可模擬諧波疊加，波形失真等問題。同時，如果改變其中一個的極性，也可以實現(xiàn)相減的顯示功能。這相當(dāng)于兩個函數(shù)的相加減。示波器除了用于觀測信號的時間波形外，還可將兩個相同或不同的信號分別加于垂直和水平系統(tǒng)，以觀測兩信號在XY平面上正交疊加所組成的圖形，如李沙育圖形。它可用于觀測兩個信號之間的幅度、相位和頻率關(guān)系。三、實驗儀器設(shè)備1模擬雙蹤示波器 CS4135A 一臺2數(shù)字雙蹤示波器 TDS1002B 一臺3DDS函數(shù)信號發(fā)生器 DG1022 一臺 圖11 CS-413

5、5A示波器前面板示意圖示波器前面板之說明：1CRT顯示屏 顯示范圍為垂直軸8div（80mm），水平軸10div（100mm）。為使顯示信號與刻度間不會產(chǎn)生視差，采用了標(biāo)示于熒幕內(nèi)側(cè)的刻度。此外在刻度的左端則標(biāo)示有測定響應(yīng)時間的%記號。2POWER 電源開關(guān)按鈕。3電源指示燈。4CAL端子 為校正用信號輸出端子。使用于校正探頭時，可得到1Vp-p正極性，1kHz之方波信號輸出。5刻度照明 控制CRT格子刻度線的亮度。6TRACE ROTA 用于調(diào)節(jié)水平掃描線的傾斜度。7FOCUS 掃描線焦距調(diào)節(jié)旋鈕。8INTEN輝度旋鈕 用于調(diào)整掃描線的亮度。9GND 接地端子。10&13調(diào)節(jié)CH1和

6、CH2波形的垂直位置。12BAL 用于調(diào)整垂直通道的DC平衡。11&14AC-GND-DC 垂直通道的輸入耦合方式，即選擇以何種方式觀測輸入信號。15&16偏轉(zhuǎn)靈敏度（垂直軸衰減）旋鈕粗調(diào)和微調(diào)，為獲得正確的讀數(shù)，微調(diào)旋鈕必需關(guān)閉，即順時針旋至最右端的位置。19MODE 用于選擇觸發(fā)方式。AUTO：由觸發(fā)信號啟動掃描，若無輸入觸發(fā)信號則顯示掃描時間基線。NORM：若無正確輸入觸發(fā)信號則沒有任何顯示。FIX：在固定的觸發(fā)電平位置開始觸發(fā)掃描。TV-F：將復(fù)合射頻信號的垂直同步脈沖分離出來實現(xiàn)觸發(fā)。TV-L：將復(fù)合射頻信號的水平同步脈沖分離出來實現(xiàn)觸發(fā)。20VERT MODE 用于

7、選擇垂直通道輸入信號的顯示模式。CH1：顯示CH1的輸入信號。CH2：顯示CH2的輸入信號。ALT：采用交替方式顯示CH1和CH2的輸入信號（用于高速掃描）。CHOP：以固定的250kHz頻率采用斷續(xù)方式顯示CH1和CH2的輸入信號（用于低速掃描）。21CH2 INVERT 按下此按鈕，CH2輸入信號極性被反相。22X-Y 按下此按鈕，示波器變?yōu)閄-Y軸圖示儀，此時CH1為Y軸，CH2為X軸。23SOURCE 選擇觸發(fā)信號源。VERT：觸發(fā)源由VERT MODE加以選擇（其中CHOP方式觸發(fā)源由CH1提供）。CH1（CH2）：觸發(fā)源為CH1（CH2）的輸入信號。LINE：觸發(fā)源為商用電源的電壓

8、波形。EXT：外部接入的觸發(fā)源。24SLOPE 用于選擇觸發(fā)信號的極性。25TRIGGER LEVEL 用于調(diào)整觸發(fā)電平。26外觸發(fā)源輸入端。27&28掃描速度粗調(diào)和微調(diào)旋鈕，同樣讀數(shù)時微調(diào)旋鈕必需旋至最右端的位置。29調(diào)節(jié)顯示波形的水平位置。30X10MAG 按下此按鈕，信號在水平方向上擴展10倍。四、預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)好教材電子測量與儀器第六章時域測量的內(nèi)容，掌握示波器的原理。2、查找相關(guān)資料及參照實驗儀器使用說明書，預(yù)先了解雙蹤示波器、函數(shù)信號發(fā)生器各旋鈕、開關(guān)的作用。3、詳細閱讀實驗指導(dǎo)書，作好繪制波形和測試記錄的準備。五、實驗內(nèi)容（一）、學(xué)習(xí)并熟練掌握通用模擬示波器的使用 1打

9、開示波器預(yù)熱后調(diào)出掃描線，對照上一頁圖11的標(biāo)示，熟悉CS-4135A模擬示波器各個開關(guān)和旋鈕的作用。2從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個頻率為1kHz，幅值為5Vpp的正弦波，輸入到CS-4135A模擬示波器的CH1（垂直通道1）上并穩(wěn)定顯示，示波器的一些初始設(shè)置如下：MODE位于AUTO，VERT MODE位于CH1，SOURCE位于VERT，TRIGGER LEVEL約位于中間位置，偏轉(zhuǎn)靈敏度旋鈕和掃描速度旋鈕處于適當(dāng)位置，按鍵按鈕都處于彈出狀態(tài)；接著完成以下操作：（1）把觸發(fā)源SOURCE的選擇桿從VERT的位置撥至CH1和CH2，理解為什么在CH2位置時波形變得不穩(wěn)定，然后

10、撥回VERT位置。（2）旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕，把波形的掃描起點右移到顯示屏幕的可視位置，然后按下和彈起SLOPE按鍵，查看波形的不同觸發(fā)極性（正極性上升沿觸發(fā)，負極性下降沿觸發(fā)）。（3）旋轉(zhuǎn)TRIGGER LEVEL旋鈕，觀察波形起點的位置變化，當(dāng)起點超過波形的正負峰值時，波形顯示會有什么變化？體會觸發(fā)電平在獲取穩(wěn)定波形顯示過程中的重要作用。（4）把VERT MODE選擇桿從CH1撥至CH2，會出現(xiàn)什么情況？此時再把MODE選擇桿從AUTO位置撥至NORM，又會出現(xiàn)什么情況？體會觸發(fā)和掃描的工作狀況。最后把各設(shè)置撥回初始位置。 VERT MODE選擇桿從CH1撥至CH2:波形消失。MODE選擇桿從

11、AUTO位置撥至NORM：無明顯變化。 3熟悉示波器的雙通道顯示功能。 從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH2輸出另一個頻率為1.5kHz，幅值為5Vpp的正弦波(注意CH2的默認波形是三角波)，輸入到CS-4135A模擬示波器的CH2（垂直通道2）上，此時示波器顯示的仍然是CH1輸入的信號，若要顯示CH2輸入的信號，需把VERT MODE從CH1撥至CH2，則示波器的顯示變成CH2輸入的信號。若想同時顯示兩個通道的信號，可以把VERT MODE撥至ALT或CHOP位置，ALT采用交替方式實現(xiàn)雙蹤顯示，此時兩個通道的輸入信號都能夠得到穩(wěn)定的顯示（但是這時兩個通道的信號被設(shè)置在信號周期的同一位置開

12、始觸發(fā)，從顯示上不能判別出兩信號的相位關(guān)系）。CHOP采用斷續(xù)方式實現(xiàn)雙蹤顯示，但是只能穩(wěn)定顯示一個通道的信號，另一個通道的信號不能穩(wěn)定（如果兩個通道的信號頻率剛好是整數(shù)比關(guān)系時，則能同時穩(wěn)定），穩(wěn)定與否由觸發(fā)源決定，當(dāng)SOURCE位于VERT或CH1位置時，CH1通道穩(wěn)定顯示，當(dāng)SOURCE位于CH2位置時，CH2通道穩(wěn)定顯示。請同學(xué)們結(jié)合教材內(nèi)容進一步理解示波器的雙蹤顯示情況。4在一臺性能良好的示波器上觀測一個電壓幅度1V，頻率1KHz正弦波形，但是在示波器的屏幕上卻出現(xiàn)如圖12所示各種非正常的波形顯示，請把圖中所給出的各種不正常波形在示波器上顯示出來，然后把波形調(diào)回正常顯示狀態(tài)，試分析每

13、種不正常波形產(chǎn)生的原因（有的現(xiàn)象可能有多種原因），并說明應(yīng)如何調(diào)整示波器的哪些相關(guān)開關(guān)、旋鈕才能觀測到正常的波形。 圖 12 非正常顯示波形 （注：圖（3）的現(xiàn)象可能是一根豎線從左向右緩慢移動，也可能是穩(wěn)定不動。圖（10）是一種不穩(wěn)定顯示的情況，屏幕上看到的線或多或少。）(1) VOLTS/DIV過小(2) a.VERT MODECH2b.CH1GND(3)a.SWEEP TIME/DIV過大 b.X-Y(4)a.POSITION過高或者過低 b.VOLTS/DIV過小，SWEEP TIME/DIV過小，HORIZONTAL POSITION過高或者過低(5)FOCUS沒有調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置(6)

14、SWEEP TIME/DIV過大(7)SWEEP TIME/DIV過小(8)CH1 & HORIZOMTAL，POSITION沒有調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置(9)VOLTS/DIV過大(10)a.SWEEP TIME/DIV & VARIABLE沒有調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置 b.TRIGGER LEVEL沒有調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置(11)CH2，X-Y5從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個頻率為8Hz，幅值為5Vpp的正弦波，輸入到模擬示波器的CH1（垂直通道1）上，通過調(diào)節(jié)示波器的相關(guān)旋鈕，在示波器顯示屏上獲得穩(wěn)定顯示的正弦波波形（顯示13個周期）。說明你判斷波形已經(jīng)穩(wěn)定顯示的依據(jù)，并解釋此時示波

15、器的顯示現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因；從儀器操作上能不能消除這種顯示現(xiàn)象？你認為從技術(shù)上能如何改善顯示效果？判斷波形已經(jīng)穩(wěn)定顯示的依據(jù)：波形消失和出現(xiàn)的位置重合，即掃描同步，軌跡相同。示波器顯示現(xiàn)象：波形從左至右在閃爍，產(chǎn)生原因是輸入信號的頻率很小。從儀器操作上不能消除這種顯示現(xiàn)象，它是正常的，由于人眼的視覺暫留和熒光屏的余輝，便可以觀察到信號的波形。技術(shù)上改善顯示效果：使用多級灰度技術(shù)配合示波器的快速刷新或者深存儲，可以達到更好的波形觀測效果和波形細節(jié)和異常的檢測效果。6從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個頻率為10kHz，幅值為5Vpp的正弦波，輸入到模擬示波器的CH1上并讓波形適中穩(wěn)定顯示，

16、通過調(diào)節(jié)水平位移旋鈕把波形的起點右移到顯示屏內(nèi)能夠看得到的位置；接著按下DG1022信號發(fā)生器的Mod鍵，在屏幕菜單上選“深度”參數(shù)項，把參數(shù)改為50.0，其它參數(shù)不動；然后把示波器的掃描速度旋鈕調(diào)到2ms/DIV的位置，不論此時波形是否穩(wěn)定，都左右旋轉(zhuǎn)觸發(fā)電平（TRIGGER LEVEL）旋鈕，并最終讓波形穩(wěn)定下來，判斷觸發(fā)電平處于什么位置（不是TRIGGER LEVEL旋鈕的位置）能夠獲得穩(wěn)定顯示的波形（可以文字表述，也可以直接在波形上標(biāo)注說明）？最后把波形記錄下來，此波形是一個調(diào)幅AM波。如上圖所示，觸發(fā)電平處在的位置是波形最左上方的端點時，能夠獲得穩(wěn)定顯示的波形。（二）、學(xué)習(xí)TDS10

17、02B數(shù)字示波器的使用和測量數(shù)字示波器的功能較多，圖12是示波器的前面板，前面板被分成若干個易于操作的功能區(qū)，下面對屏幕顯示信息以及一些功能區(qū)域做簡要的說明；關(guān)于本示波器的詳細資料，大家可以通過示波器的“HELP”菜單做進一步的學(xué)習(xí)。 1電壓探頭檢測數(shù)字示波器的探頭是示波器的重要組成部分，探頭的性能好壞將直接關(guān)系到信號測量的準確性和完整性?？梢允褂锰筋^檢查向?qū)眚炞C電壓探頭是否操作正常，該向?qū)椭覀冋{(diào)節(jié)電壓探頭的補償，設(shè)置每個通道的衰減選項系數(shù)。要使用探頭檢查向?qū)?，請按下PROBE CHECK（探頭檢測） 按鈕。如果電壓探頭連接正確、補償正確，而且示波器“垂直”菜單中的“衰減”選項設(shè)置與探頭

18、相匹配，示波器就會在屏幕的底部顯示一條“合格”信息。否則，示波器會在屏幕上顯示一些指示，指導(dǎo)如何糾正這些問題。 探頭有不同的衰減系數(shù)，它影響信號的垂直刻度；探頭檢查向?qū)炞C示波器的衰減系數(shù)是否與探頭匹配。探頭本身和“衰減”選項的默認設(shè)置都為10X。如果更改探頭上的“衰減”開關(guān)，則必須同時更改示波器“衰減”選項來與之匹配。探頭衰減系數(shù)開關(guān)有1X 和10X。注意：當(dāng)“衰減”開關(guān)設(shè)置為1X 時，P2220 探頭將示波器的帶寬限制到6MHz。要使用示波器的全帶寬，請確保將開關(guān)設(shè)定到10X。沒有特殊說明，平時都應(yīng)該設(shè)置在10X的位置。 觸發(fā)控制區(qū)功能選項區(qū)多用途旋鈕 垂直控制區(qū)菜單操作鍵屏幕顯示區(qū)水平控

19、制區(qū)端信號輸入端探頭檢測端探頭補償端 圖13 TDS1002B數(shù)字示波器的前面板 2LCD屏幕顯示區(qū)域 除了顯示波形外，顯示屏上還含有很多關(guān)于波形和示波器控制設(shè)置的詳細信息，如圖 圖14 數(shù)字示波器液晶屏幕顯示區(qū)信息14所示。其中：1、顯示采樣的獲取方式。2、顯示觸發(fā)狀態(tài)。3、顯示水平觸發(fā)位置，旋轉(zhuǎn)“水平位置”旋鈕可以調(diào)整標(biāo)記位置。4、顯示中心刻度處時間的讀數(shù)。5、顯示觸發(fā)電平的標(biāo)記。6、屏幕上的標(biāo)記指明所顯示波形的地線基準點。如沒有標(biāo)記，不會顯示通道信號。7、箭頭圖標(biāo)表示波形是反相的。8、讀數(shù)顯示通道的垂直刻度系數(shù)。9、BW 圖標(biāo)表示通道帶寬受限制。10、讀數(shù)顯示主時基設(shè)置。11、如使用視窗

20、時基，讀數(shù)顯示視窗時基設(shè)置。12、讀數(shù)顯示觸發(fā)使用的觸發(fā)源。13、采用圖標(biāo)顯示觸發(fā)類型。14、讀數(shù)顯示觸發(fā)電平的大小。15、顯示區(qū)顯示有用信息；有些信息僅顯示三秒鐘。16、讀數(shù)顯示日期和時間。17、讀數(shù)顯示觸發(fā)頻率。 3觸發(fā)控制區(qū)其中，電平：使用邊沿觸發(fā)或脈沖觸發(fā)時，“電平”旋鈕設(shè)置采集波形時信號所必須越過的幅值電平。TRIG MENU（觸發(fā)菜單）：顯示觸發(fā)菜單；其中“信源”選項選擇示波器用作觸發(fā)的信號來源，只有選擇正確才能穩(wěn)定顯示信號波形。設(shè)為50%：觸發(fā)電平設(shè)置為觸發(fā)信號峰值的垂直中點。強制觸發(fā)： 不管觸發(fā)信號是否適當(dāng)，都完成采集。如采集集已停止，則該按鈕不產(chǎn)生影響。TRIG VIEW（觸

21、發(fā)視圖）：按下TRIG VIEW（觸發(fā)視圖）按鈕時，顯示觸發(fā)波形而不是通道波形?？捎么税粹o查看諸如觸發(fā)耦合之類的觸發(fā)設(shè)置對觸發(fā)信號的影響。 4多用途旋鈕通過顯示的菜單或選定的菜單選項來確定功能。激活時，相鄰的LED 變亮。 5功能選項控制按鈕菜單區(qū)（1）ACQUIRE（采集）：顯示采集菜單，有三種獲取方式采樣、峰值檢測和平均值。采樣：在這種獲取方式下，示波器以均勻時間間隔對信號進行采樣以建立波形。此方式多數(shù)情況下可以精確表示信號。然而，此方式不能采集采樣之間可能發(fā)生的快速信號變化，這可能導(dǎo)致假波現(xiàn)象，并可能漏掉窄脈沖；在這些情況下，應(yīng)使用“峰值檢測”方式來采集數(shù)據(jù)。峰值檢測：在這種獲取方式下，

22、示波器在每個采樣間隔中找到輸入信號的最大值和最小值并使用這些值顯示波形，這樣，示波器就可以獲取并顯示窄脈沖，否則這些窄脈沖在“采樣”方式下可能已被漏掉；在這種方式下，噪聲看起來似乎更大。平均值：在這種獲取方式下，示波器獲取多個波形，求其平均值，然后顯示最終波形；可以使用此方式來減少隨機噪聲。 （2）MEASURE（測量）：顯示“自動測量”菜單，有十一種測量類型，一次最多可以顯示五種。測量時對應(yīng)的波形通道必須處于“打開”狀態(tài)。測量類型如下：測量類型定 義頻率通過測定第一個周期，計算波形的頻率周期計算第一個周期的時間平均值計算整個記錄內(nèi)的算術(shù)平均幅度峰-峰值計算整個波形最大和最小峰值間的絕對差值均

23、方根值計算波形第一個完整周期的實際均方根值測定最小值檢查全部2500 個點波形記錄并顯示最小值最大值檢查全部2500 個點波形記錄并顯示最大值上升時間測定波形第一個上升邊沿的10% 和90% 間的時間下降時間測定波形第一個下降邊沿的90% 和10% 之間的時間正頻寬測定波形第一個上升邊沿和鄰近的下降邊沿50% 電平之間的時間負頻寬測定波形第一個下降邊沿和鄰近的上升邊沿50% 電平之間的時間 （3）自動設(shè)置：自動設(shè)置示波器控制狀態(tài)，以產(chǎn)生適用于輸出信號的顯示圖形。 （4）CURSOR（光標(biāo)）：按下光標(biāo)按鈕顯示測量光標(biāo)和光標(biāo)菜單，然后使用多用途旋鈕改變光標(biāo)的位置。離開光標(biāo)菜單后，光標(biāo)保持可見（除非

24、“類型”選項設(shè)置為“關(guān)閉”），但不可調(diào)整。 6從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個頻率為1kHz，幅值為5Vpp的正弦波，輸入到數(shù)字示波器的CH1上，通過操作示波器面板上的旋鈕和按鍵，學(xué)習(xí)并熟悉數(shù)字示波器垂直控制系統(tǒng)、水平控制系統(tǒng)、觸發(fā)控制系統(tǒng)以及菜單和功能按鈕的作用，要求熟練掌握數(shù)字示波器的使用。然后完成以下操作。 （1）按“自動設(shè)置”按鍵，讓波形穩(wěn)定顯示，然后旋轉(zhuǎn)“觸發(fā)電平”旋鈕 ，可以看到顯示屏的右側(cè)有一個小箭頭隨著上下移動，小箭頭所指示的位置就是觸發(fā)電平的位置，當(dāng)小箭頭超出信號上下峰值時，信號顯示將變得不穩(wěn)定，由此我們可以很清楚的了解觸發(fā)電平在波形顯示中的具體作用。 （2）把P

25、2220 探頭上的“衰減”開關(guān)從10X更改為1X，并查看信號峰峰值的大小，接著通過更改示波器CH1菜單中“衰減”選項的參數(shù)與之匹配，再查看信號峰峰值的大小。 探頭上的“衰減”開關(guān)從10X更改為1X：Vpp=51.6V 示波器CH1菜單中“衰減”選項的參數(shù)與之匹配（衰減1X）：Vpp=5.16V（3）接上一步驟，把信號頻率改為1MHz，查看信號峰峰值的大小，然后一邊慢慢提高信號頻率為2MHz、3MHz 、4MHz、 5MHz 、6MHz 、7MHz 、8MHz，一邊查看信號峰峰值的大小變化和信號波形的變化，最后把信號頻率重新調(diào)回1MHz。信號波形變化情況：當(dāng)信號頻率為1-6MHz時，峰峰值逐漸減

26、小。6-7-8MHz幅值忽然上升，這是由于P2220 探頭將示波器的帶寬限制到了6MHz，若超出范圍的話，測量結(jié)果將會出現(xiàn)異常。另外，整組波形均無無失真情況。（4）接著把信號波形改為方波，查看信號峰峰值的大小和信號波形特征，然后一邊慢慢提高信號頻率為2MHz、3MHz 、4MHz、 5MHz，一邊查看信號峰峰值的大小變化和信號波形的變化，最后把信號頻率重新調(diào)回1MHz。 隨著信號頻率從1MHz上升到5MHz，信號峰峰值逐漸減小。 波形變化情況如下圖所示。1MHz 2MHz3MHz4MHz5MHz （5）把探頭上的“衰減”開關(guān)和CH1菜單中“衰減”選項的參數(shù)都改回10X，再重復(fù)上面的步驟（3）（

27、4）。對比這兩個測量過程的數(shù)據(jù)與波形，分析說明測量結(jié)果。 正弦波方波1MHz2MHz3MHz4MHz5MHz對比（4）和（5）的實驗數(shù)據(jù)，首先是正弦波的測量：信號頻率超出6MHz時，（5）比（4）的測量電壓的衰減程度要小的多。然后是方波的測量：（5）比（4）中信號的失真程度小。綜上所述，（5）的測量結(jié)果是更為準確的。這是因為在示波器實際測量中的帶寬一般指示波器帶寬和探頭組成的系統(tǒng)的一個綜合帶寬，而探頭在1X檔時的帶寬限制到6MHz，測量比6MHz高的信號會有很大的衰減，只有將把探頭上的“衰減”開關(guān)和CH1菜單中“衰減”選項的參數(shù)都改回10X，帶寬達到全帶寬，此時的測量結(jié)果才是正確的。對于高頻信

28、號來說，示波器和探頭組合起來的系統(tǒng)帶寬要小于兩者的帶寬，因此選擇合適的探頭對于示波器的測量有很大的意義。 （6）把信號波形改為正弦波，并設(shè)置正弦波的“偏移”量為1VDC（相當(dāng)于給正弦波疊加了一個1V的直流分量），查看波形在示波器上的顯示。接著按壓垂直CH1的菜單鍵，調(diào)出CH1的設(shè)置菜單，菜單第一項是“耦合”，有交流、直流和接地三個選項，請分別選擇這三種輸入耦合方式并觀察相對應(yīng)的波形變化，體會輸入耦合功能對波形顯示的影響。隨后把信號接到模擬示波器的CH1輸入，同樣設(shè)置輸入耦合的三種狀態(tài)，觀察波形的顯示情況。順便提醒一下，對于模擬示波器來說，要保證垂直方向電壓讀數(shù)的正確性，必需在讀數(shù)之前先把輸入耦

29、合接地，并把掃描基線調(diào)節(jié)到坐標(biāo)橫軸的位置，此位置是電壓的零點基準點。而數(shù)字示波器則有如圖14的第6個信息標(biāo)識，箭頭1和2所指示的位置就是該通道的零電壓參考位置。最后把正弦波的“偏移”量重新設(shè)為0VDC。 當(dāng)選擇交流輸入耦合方式時，波形穩(wěn)定顯示。 當(dāng)選擇直流輸入耦合方式時，波形上移1格（換算成1V）。當(dāng)選擇接地時，波形為一條水平直線。 （7）按下數(shù)字示波器UTILITY（輔助功能）按鈕顯示UTILITY（輔助功能）菜單，選擇“系統(tǒng)狀態(tài)”查看當(dāng)前顯示波形關(guān)于水平控制、垂直控制和觸發(fā)控制的參數(shù)設(shè)置一覽表。 7利用數(shù)字示波器進行時間的直接測量實驗原理：示波器是測量一個數(shù)字時鐘信號和脈沖時間參數(shù)的主要工

30、具。一個典型的實際時鐘信號波形如圖15所示。利用示波器可以直接測量波形的時間參數(shù)。設(shè)被測時間為， 則 其中 - 示波器掃描速度，單位s/div、ms/div或s/div。 x - 被測時間所對應(yīng)的光跡在水平方向的距離。 圖15 典型的實際數(shù)字時鐘信號波形 如果使用模擬示波器直接測量時間，上式中X的讀取會產(chǎn)生較大的誤差，特別是象在測量時鐘信號的上升時間或下降時間這樣間隔很短的時間時將顯得特別困難，甚至于不能完成測量。而對于數(shù)字示波器來說，則能夠利用其數(shù)字采樣特性所帶來的超強掃描能力以及光標(biāo)測量功能簡單快捷準確的測量出極短的時間間隔。 實驗內(nèi)容：從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個頻率為1

31、kHz，幅值為5Vpp的方波信號，輸入到數(shù)字示波器的CH1上，CH1的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度設(shè)為1V/格，掃描速度單位設(shè)為25ns/格，調(diào)節(jié)水平位移旋鈕使波形顯示大約如下圖所示，利用示波器的光標(biāo)功能測量并記錄此方波信號的上升時間。同樣我們也可以利用光標(biāo)功能很方便的來測量振蕩的頻率、振幅以及脈沖寬度等信號參數(shù)。 更為方便的，我們還可以從Measure（測量）功能菜單的“類型”中選擇“上升時間”選項來直接讀取方波信號上升時間的大小。如圖所示，測得方波信號上升時間大小tx=25.00ns。 8數(shù)學(xué)運算功能的使用以及如何降低噪聲對有用信號測量的影響。從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個頻率為1kHz，

32、幅值為5Vpp的方波信號，輸入到數(shù)字示波器的CH1上并恰當(dāng)顯示；再 從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH2輸出一個幅值為200mVpp的隨機噪聲信號，輸入到數(shù)字示波器的CH2上并恰當(dāng)顯示。接著通過MATH（數(shù)學(xué)）菜單把兩通道的信號相加，并把兩通道的顯示關(guān)掉，讓屏幕只顯示相加后的波形，此時我們看到的是一個帶噪聲的方波信號。請你通過ACQUIRE（采集）菜單的“平均值”選項來將信號從噪聲中分離，并觀察改變運行平均操作的次數(shù)對顯示波形的影響。平均操作可降低隨機噪聲，并且更容易查看信號的詳細信息，在實際測量中要學(xué)會使用。原始信號平均次數(shù)4次平均次數(shù)16次平均次數(shù)64次平均次數(shù)128次 綜上圖示，平均操作

33、次數(shù)越多，隨機噪聲去除效果越好，噪聲越小，但是波形顯示對波形變化的響應(yīng)也越慢。 9了解數(shù)字示波器的頻譜分析功能（FFT）。 數(shù)字示波器的“數(shù)學(xué)計算FFT”（快速傅立葉變換）可以使用FFT 數(shù)學(xué)計算模式將時域(YT) 信號轉(zhuǎn)換為它的頻率分量（頻譜）。數(shù)學(xué)計算FFT 模式應(yīng)用于以下類型的分析：分析電源線中的諧波、測量系統(tǒng)中的諧波含量和失真、表征直流電源中的噪聲特性、測試過濾器和系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)、分析振動。 要使用“數(shù)學(xué)計算FFT”模式，需要執(zhí)行以下步驟：設(shè)置信源（時域）波形 à 顯示FFT 頻譜à選擇某種類型的FFT窗口 à 調(diào)整采樣速率以便在沒有假波現(xiàn)象的條件下顯示基

34、頻和諧波 à 使用縮放控制放大頻譜 à 使用光標(biāo)測量頻譜。 （1）設(shè)置時域波形。 使用FFT 模式前，需要設(shè)置時域(YT) 波形。要進行此操作，可按如下步驟進行： . 按下“自動設(shè)置”以顯示YT 波形。 . 旋轉(zhuǎn)“垂直位置”旋鈕將YT 波形垂直移到中心（零分度）。這可確保FFT 顯示真實的直流值。 . 旋轉(zhuǎn)“水平位置”旋鈕來定位要在屏幕中心的八個分度中進行分析的部分YT 波形。示波器將使用時域波形中心的2048 個點來計算FFT 光譜。 . 旋轉(zhuǎn)“伏/格”旋鈕，確保整個波形都保留在屏幕上。如果看不到整個波形，示波器可能會（通過增加高頻分量）顯示錯誤的FFT 結(jié)果。 . 旋轉(zhuǎn)

35、“秒/格”旋鈕，提供FFT 譜中所需的分辨率。 . 如果可能，將示波器設(shè)置為可顯示多個信號周期。（2）顯示FFT頻譜。 按下MATH MENU（數(shù)學(xué)菜單）按鈕顯示數(shù)學(xué)菜單。使用各選項來選擇“FFT操作”、“信源”通道、“窗口”算法和“FFT 縮放”系數(shù)。結(jié)果FFT頻譜如圖16所示： 圖 16 數(shù)學(xué)計算FFT譜線圖顯示 其中：1. 中心刻度線處的頻率； 4. 以采樣數(shù)/秒為單位的采樣速率； 2. 以db/分度（0 db = 1 VRMS）； 5. FFT 視窗類型。 3. 以頻率/分度為單位的水平刻度； 在進行信號的FFT分析之前，需先設(shè)置好合適的被測時域波形。然后按下MATH MENU按鈕，在

36、“操作”項中選FFT，“信源”選信號的輸入通道，“視窗”選Hanning，要知道某一頻率分量是多少，請將其譜線移到坐標(biāo)縱軸的中心刻度線處對準，則其頻率值會在屏幕右上方的Pos:位置顯示。為了看清各諧波分量的譜線，可以通過“FFT縮放”進行適當(dāng)放大。要返回時域狀態(tài)，再按一下MATH MENU按鈕即可。實驗內(nèi)容：從DG1022函數(shù)信號發(fā)生器的CH1輸出一個頻率為10kHz，幅值為5Vpp的正弦波信號，輸入到數(shù)字示波器的CH1上，數(shù)字示波器CH1的垂直分辨率設(shè)為1V/格，水平掃描速度設(shè)為100s/格，讓波形在屏幕上穩(wěn)定顯示；然后切換到FFT頻譜顯示界面，“視窗”選Hanning，“FFT縮放”選X5

37、，此時可以看到屏幕只有一根明顯的譜線，通過調(diào)節(jié)示波器“水平位置”旋鈕，把譜線移到中心刻度線處查看其頻率值，同時查看其它相關(guān)參數(shù)，最后記錄正弦波信號的FFT譜線圖。把正弦波信號分別改為方波和鋸齒波，所有參數(shù)設(shè)置不變，觀察方波和鋸齒波的FFT頻譜情況，記錄方波和鋸齒波的FFT譜線圖，說明方波和鋸齒波各次諧波的頻譜特征。任意改動信號參數(shù)設(shè)置，自由觀察 FFT頻譜的變化情況。 六、思考題 1結(jié)合本次實驗的操作體會，總結(jié)一下：使用模擬示波器，從具體觀測的情況來說，要想獲得一個正常合適穩(wěn)定顯示的波形需要具備哪些條件？ （1）帶寬 信號帶寬=0.5/信號上升時間； 示波器帶寬=2*信號帶寬； 示波器實時取樣

38、速率=4*示波器帶寬。（2）信道 測量時選擇合適的信道。（3）采樣率采樣率的高低對波形構(gòu)建的真實性有直接影響，采樣率低會導(dǎo)致波形失真，混淆和漏失。（4）波形刷新率 更高的波形刷新率可以組織更大數(shù)據(jù)量的波形質(zhì)量信息。（5）示波器的觸發(fā) 只有穩(wěn)定的觸發(fā)才有穩(wěn)定的顯示。（6）耦合交流耦合是只通過信號交流成分阻止直流成分，相當(dāng)于高通濾波，當(dāng)信號包括交流和直接成分，但只需分析交流成分時，選擇交流耦合；直流耦合則是通過信號的全部成分，當(dāng)觀察直流信號或低頻信號時，必須選擇直流耦合。（7）調(diào)整好波形的垂直和水平位置，選擇合適的幅度和頻率檔位。 2總結(jié)本實驗中你對觸發(fā)電平的操作體會，說說觸發(fā)電平是如何幫助波形的

39、穩(wěn)定顯示。 當(dāng)示波器輸入一個信號,這時如果不對信號的顯示作出相應(yīng)的控制,那么顯示則是雜亂無章的,如圖1所示,每一屏的顯示都不同,當(dāng)示波器快速刷新的時候,看到的信號是混疊的、不穩(wěn)定的圖像,無法進行觀察和測量。 為了解決這種情況,就需要規(guī)定示波器的觸發(fā)條件,以達到穩(wěn)定同步。正弦波在一個周期內(nèi)的波形特征,只有一個唯一的上升和下降沿,那么可以選擇上升沿作為觸發(fā)條件,同時設(shè)置一個觸發(fā)電平與上升沿相交,得到一個觸發(fā)點。在正弦波的不同周期,該觸發(fā)點的位置是相同并唯一的,這時當(dāng)我們把該觸發(fā)點定義在顯示屏幕的特定位置時,示波器每刷新一屏,把滿足觸發(fā)條件的點都放在屏幕的相同位置,由于該點在波形中是唯一相同的,所有不同屏幕的觸發(fā)點都在同一位置,那么屏幕上的顯示就穩(wěn)定同步了,同時刷新一屏只有第一個滿足觸發(fā)條件的點定義為觸發(fā)點,其它被忽略。為方便起見,把觸發(fā)點放在屏幕的最左邊位置,當(dāng)每刷新一屏?xí)r,示波器把滿足觸發(fā)條件的點放在同一點,波形就