示波器的原理和使用聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、示波器的原理和使用聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告雙二下A組 16號(hào)力9班 倪彥碩 2010年11月30日第一部分 示波器的原理和使用一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解示波器的基本構(gòu)造及原理，掌握其使用方法并能夠熟練操作(2) 觀測(cè)各種波形和李薩如圖形(3) 研究方波與三角波、脈沖波之間的關(guān)系二示波器的原理示波器的基本結(jié)構(gòu)如上圖。主要有：示波管（陰極射線管），豎直放大器（Y軸放大），水平放大器（X軸放大），掃描發(fā)生器，觸發(fā)同步，直流電源等。1. 示波器顯示波形的原理在豎直偏轉(zhuǎn)板上加一變化電壓，則電子束的亮點(diǎn)將在豎直方向來回運(yùn)動(dòng)，若同時(shí)在水平偏轉(zhuǎn)板上加以掃描電壓（鋸齒波），則能夠顯示出波形。若Y軸上加正弦電壓，則X軸掃描電

2、壓的周期與其相等時(shí)，將能顯示出完整的波形。2. 同步（整步）若鋸齒波的周期Tx比正弦波的周期Ty略小，屏幕上顯示的波形每次都不重疊，好像波在向右移動(dòng)。其原因是Tx和Ty不等或不成整數(shù)倍，以致每次掃描開始時(shí)波形曲線上起點(diǎn)不同?！癟IME/DIV”（時(shí)間分度）調(diào)節(jié)旋鈕用來調(diào)節(jié)鋸齒波電壓的周期Tx(或頻率fx)，使之與被測(cè)信號(hào)Ty（或頻率fy）有合適的關(guān)系，從而在示波器屏幕上得到所需書目的完整的被測(cè)波形?！癟RIG LEVER”（觸發(fā)電平），一般能使波形穩(wěn)定。三實(shí)驗(yàn)儀器1. 示波器實(shí)驗(yàn)中使用使用的是SS-7802A型示波器，可同時(shí)測(cè)量在20MHz范圍內(nèi)的兩個(gè)信號(hào)的雙蹤示波器，即在屏幕上能同時(shí)看到Y(jié)1

3、和Y2兩個(gè)信號(hào)。一些重要功能鍵：1) FUNCTION：功能選擇鍵，光標(biāo)測(cè)量調(diào)節(jié)2) V-t-OFF：按此鍵用光標(biāo)法測(cè)量幅值和周期3) TCK-C2：可以選擇V(H)-Track（光標(biāo)跟蹤方式）同時(shí)移動(dòng)兩光標(biāo)，也可以選擇V(H)-C2只移動(dòng)光標(biāo)V2或H2。2. GFG-8016G函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生11MHz的方波、三角波及正弦波四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 觀測(cè)波形自制可輸出正弦波、方波、三角波和尖脈沖波四種波形的信號(hào)發(fā)生器（DB-87型），用示波器測(cè)出其正弦波輸出幅度的有效值，方波幅度的峰峰值，三角波的周期，尖波的頻率。2. 觀察李薩如圖形1) 原理：如果示波器的X和Y輸入是頻率相同或呈簡單整數(shù)比的兩個(gè)

4、正弦電壓，則屏幕上的光點(diǎn)將呈現(xiàn)特殊形狀的軌跡。這種軌跡稱為李薩如圖形。作限制X，Y方向變化范圍的假想方框，橫邊上切點(diǎn)數(shù)為nx，豎邊上為ny，則fy:fx=nx: ny。2) 內(nèi)容：將自制信號(hào)源和函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（GFG-8016型）的正弦波信號(hào)分別輸入到示波器的X，Y輸入端。調(diào)處頻率比為1:1或1:2的李薩如圖形。并由此定出自制信號(hào)源正弦波的信號(hào)的頻率。3. 根據(jù)電容充放電原理，研究方波與三角波、尖脈沖波之間的關(guān)系（注：當(dāng)時(shí)時(shí)間不夠，沒有做這部分內(nèi)容）第二部分 聲速測(cè)量一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解聲波在空氣中傳播速度與氣體狀態(tài)參量的關(guān)系(2) 了解超聲波產(chǎn)生和接收的原理，學(xué)習(xí)一種測(cè)量空氣中聲速的方法，

5、加深相位概念。二實(shí)驗(yàn)原理1. 聲波在空氣中的傳播速度在理想氣體中聲波的傳播速度為其中是比熱容比，即氣體定壓比熱容與定容比熱容的比值，M是氣體的摩爾質(zhì)量，T是絕對(duì)溫度，R=8.314 41 J/(molK)經(jīng)過對(duì)空氣平均摩爾質(zhì)量Ma和比熱容比的修正，在溫度為t，相對(duì)濕度為r的空氣中，聲速為其中ps為室溫時(shí)空氣的飽和蒸氣壓，可查表得出。p=1.013×105Pa。用此公式可計(jì)算聲速的理論值。2. 測(cè)量聲速的實(shí)驗(yàn)方法聲波的傳播速度v與聲波頻率f及波長的關(guān)系為v=f，其中聲波頻率可通過測(cè)量聲源的振動(dòng)頻率得出，波長可用相位法求出。1) 超聲波傳感器的固有頻率為40kHz（相應(yīng)的超聲波波長約為幾

6、個(gè)毫米），在其附近微調(diào)外加電信號(hào)的頻率，當(dāng)接收傳感器暑促的電信號(hào)幅度達(dá)到最大時(shí)，可以判斷兩者達(dá)到共振，讀出外加電信號(hào)頻率，則得到聲波頻率f。2) 在發(fā)射器的聲波場(chǎng)中沿傳播方向移動(dòng)接收器時(shí)，總可以找到某點(diǎn)，在該點(diǎn)處接收到的信號(hào)與發(fā)射的信號(hào)同相，繼續(xù)移動(dòng)接收器，當(dāng)再次同相時(shí)，就知道所移動(dòng)的距離為一個(gè)波長的整數(shù)倍，即l=n。實(shí)際操作中，采用連續(xù)移動(dòng)的方法，每達(dá)到一次同相，就記下長度l，這時(shí)移動(dòng)的路程是一個(gè)。三實(shí)驗(yàn)儀器1. 聲速測(cè)量儀：包括聲波發(fā)生器和超聲波接收器（原理是電信號(hào)和機(jī)械振動(dòng)相互轉(zhuǎn)化），另外還有數(shù)顯游標(biāo)卡尺，其機(jī)械部分與普通游標(biāo)卡尺一樣，但其移動(dòng)的距離通過位移傳感器的轉(zhuǎn)化后，可以直接通過液

7、晶顯示屏讀出來。2. 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：用它來激發(fā)聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波。3. 示波器：用來同時(shí)顯示發(fā)生器和接收器的波形，用以判斷同相點(diǎn)。四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1. 連接電路。將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的輸出端與超聲波發(fā)生器的輸入端5及示波器的通道1相連，將超聲波接收器的輸出端與示波器的通道2相連，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器置于正弦輸出，頻率范圍置于100kHz檔，輸出幅度調(diào)到10V左右。2. 觀察信號(hào)。用示波器觀察加在聲波發(fā)射器上的電信號(hào)和超聲波接收器輸出的信號(hào)。當(dāng)接收器輸出信號(hào)幅度最大時(shí)，記錄下發(fā)射器的頻率。3. 用相位法測(cè)波長。利用李薩如圖形（按下示波器面板的ADD鍵，把XY兩個(gè)信號(hào)“加”在一起），當(dāng)輸入和輸出信號(hào)同相或反向時(shí)，橢圓退化為左斜或右斜的直線，李薩如圖的靈敏度是非常高的，用此可以來判斷同相點(diǎn)。也可以在示波器顯示屏上同時(shí)顯示兩個(gè)正弦波，移動(dòng)接收器使得兩個(gè)波的波峰（或波谷）對(duì)到一起，也可以判斷同相點(diǎn)，但靈敏度可能會(huì)降低，我在實(shí)驗(yàn)中使用的是這種方法。在游標(biāo)卡尺上連續(xù)移動(dòng)接收器，記錄下20個(gè)同相點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位移讀數(shù)，用逐差法處理這20個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出，的平均值，即，再除以10，求出。4. 測(cè)量開始和結(jié)束時(shí)，先后記錄室溫t1和t2，相對(duì)濕度r1和r2，計(jì)算出聲速的理論值，與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值相比較。數(shù)據(jù)記錄與處理1. 觀測(cè)波形波形圖T光標(biāo)法相位法光標(biāo)法相位法2. 李薩如圖形fA : fB = fA