雙蹤示波器的使用

1、3.12 雙蹤示波器的使用示波器是一種用來展示和觀測電信號(hào)的電子儀器，它可以直接測量信號(hào)電壓的大小和周期，因此，一切可以轉(zhuǎn)化為電壓的電學(xué)量、非電學(xué)量（如電流、電功率、阻抗、溫度、位移、壓力、磁場等）以及它們隨時(shí)間變化的過程都可用示波器來觀測。由于電子射線的慣性小，又能在熒光屏上顯示出可見的圖像，所以特別適用于觀測瞬時(shí)變化的過程，這是示波器重要的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)通過使用雙蹤示波器觀察電信號(hào)波形及測量電信號(hào)的電壓及頻率，了解示波器圖像跟蹤測量技術(shù)（請(qǐng)閱讀節(jié)），掌握示波器的原理及使用方法（請(qǐng)閱讀附錄中有關(guān)示波器的內(nèi)容）?！灸康呐c要求】1了解示波器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、掌握示波器的調(diào)節(jié)和使用； 2掌握用示

2、波器觀察電信號(hào)波形的方法； 3. 掌握用示波器測量電信號(hào)的電壓和頻率的方法； 4. 了解示波器圖像跟蹤測量技術(shù)?！緝x器與裝置】SR-071A型雙蹤示波器、XFD-6型低頻訊號(hào)發(fā)生器、整流濾波線路板等?！驹怼渴静ㄆ鞯囊?guī)格和型號(hào)很多，但不管哪種示波器都有圖3.12-1所示的幾個(gè)基本組成部分：示波管、豎直放大器（Y軸放大器）、水平放大器（X軸放大器）、掃描發(fā)生器、觸發(fā)同步和直流電源等部分。1.示波管的基本結(jié)構(gòu)示波管的基本結(jié)構(gòu)如圖3.12-2所示，主要包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三個(gè)部分，全都密封在玻璃外殼內(nèi)，里面抽成高真空。（1）電子槍：由燈絲、陰極、控制柵極、第一陽極和第二陽極五部分組成，陰極是

3、一個(gè)表面涂有氧化層的金屬圓筒，被燈絲通電加熱后發(fā)射電子。控制柵極是一個(gè)頂端有小孔的圓筒，套在陰極外面，它的電位比陰極稍低，對(duì)陰極發(fā)射出來的電子起控制作用，只有初速度較大的電子才能穿過柵極頂端的小孔，然后在陽極加速下奔向熒光屏，示波器面板上的“亮度”調(diào)整旋鈕就是通過調(diào)節(jié)柵極電位以控制射向熒光屏的電子流密度從而改變屏上光斑的亮度。陽極電位比陰極電位高很多，電子被它們之間的電場加速形成射線。當(dāng)控制柵極、第一陽極與第二陽極之間電位調(diào)節(jié)合適時(shí)，電子槍內(nèi)的電場對(duì)電子射線有聚焦作用所以第一陽極也稱聚焦陽極，第二陽極電位更高，又稱加速陽極，面板上的“聚焦”調(diào)節(jié)旋鈕，就是調(diào)節(jié)第一陽極電位，使熒光屏上的光斑成為明

4、亮、清晰的小圓點(diǎn)，有的示波器還有“輔助聚焦”，實(shí)際是調(diào)節(jié)第二陽極電位。 （2）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：它由兩對(duì)互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成，一對(duì)豎直偏轉(zhuǎn)板，一對(duì)水平偏轉(zhuǎn)板，在偏轉(zhuǎn)板上加上適當(dāng)電壓，當(dāng)電子束通過時(shí)運(yùn)動(dòng)方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使電子束在熒光屏上產(chǎn)生的光斑位置也發(fā)生改變。 （3）熒光屏：屏上涂有熒光粉，電子打上去它就發(fā)光，形成光斑。不同材料的熒光粉發(fā)光的顏色不同，發(fā)光過程的延續(xù)時(shí)間（一般稱為余輝時(shí)間）也不同。熒光屏前有一塊透明的、帶刻度的坐標(biāo)板，供測量光點(diǎn)位置用，在性能較好的示波管中，通常將刻度線直接刻在屏玻璃內(nèi)表面上，使與熒光粉緊貼在一起，以消除視差，使光點(diǎn)位置的測量更準(zhǔn)確。2示波器顯示波形的原理（1）掃描

5、作用:如果只在豎直偏轉(zhuǎn)板上加一交變的正弦電壓，則電子束的亮點(diǎn)將隨電壓的變化在豎直方向來回運(yùn)動(dòng)，如果電壓頻率較高，則看到的將是一條豎直亮線。如圖3.12-3（a）所示。要顯示出波形，必須同時(shí)在水平偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)掃描電壓，使電子束的亮點(diǎn)同時(shí)沿著水平方向拉開。這種掃描電壓的特點(diǎn)是電壓隨時(shí)間成線性關(guān)系增加到最大值，然后突然回到最小，此后再重復(fù)地變化。掃描電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線形同“鋸齒”故稱“鋸齒波電壓”，如圖3.12-3（b）所示。產(chǎn)生鋸齒波電壓的電路在圖3.11-1中用“掃描電路”方框表示。當(dāng)只有鋸齒波電壓加在水平偏轉(zhuǎn)板上，如果頻率足夠高，則會(huì)在熒光屏上顯示一條水平亮線。如果在豎直偏轉(zhuǎn)板上（簡稱

6、Y軸）加正弦電壓，同時(shí)在水平偏轉(zhuǎn)板上（簡稱X軸）加鋸齒波電壓，電子同時(shí)受豎直、水平兩個(gè)方向的力的作用，則電子的運(yùn)動(dòng)為兩相互垂直的運(yùn)動(dòng)的合成。當(dāng)鋸齒波電壓與正弦電壓變化周期相等時(shí)，在熒光屏上將能顯示出一個(gè)完整的正弦電壓的波形圖（隨著時(shí)間的推移X和Y信號(hào)同步周期性地出現(xiàn)），如圖3.12-4所示。（2）觸發(fā)掃描:普通示波器的掃描電壓是采用自激鋸齒波振蕩器產(chǎn)生的連續(xù)信號(hào)，當(dāng)Y軸輸入信號(hào)時(shí)，就顯示波形，當(dāng)Y軸未輸入信號(hào)時(shí)，就顯示一條水平線，這種掃描方式稱為連續(xù)掃描，連續(xù)掃描對(duì)于顯示正弦波、對(duì)稱方波、三角波等是比較合適的，但如用來顯示很窄的脈沖信號(hào)時(shí)，就很不理想，因?yàn)殡y以看清脈沖的前后沿等情況，為此，必須

7、采用觸發(fā)掃描方式，所謂觸發(fā)掃描，就是使掃描電路在被測脈沖信號(hào)或與之有一定關(guān)系的外來脈沖信號(hào)的觸發(fā)下，才產(chǎn)生掃描電壓，經(jīng)過一定時(shí)間后又自動(dòng)恢復(fù)到起始狀態(tài)，完成一次掃描，然后等待下一個(gè)脈沖的到來，再重新進(jìn)行一次掃描。因?yàn)閽呙璧钠瘘c(diǎn)由觸發(fā)信號(hào)控制，因此，每次顯示的波形必定重合，圖象必然穩(wěn)定，現(xiàn)代通用示波器一般都有觸發(fā)掃描功能。（3）同步作用: 要在示波器熒屏上獲得穩(wěn)定的波形，被測信號(hào)的頻率必須為掃描電壓（鋸齒波）頻率的整數(shù)倍（倍），即有 （3.12-1）因?yàn)橹挥袧M足上述條件，鋸齒波在被測信號(hào)的每周或每隔若干周的同一點(diǎn)上開始掃描，即兩者保持固定的相位關(guān)系，使每次熒光屏上顯示的圖象重合（即對(duì)X的每一個(gè)掃

8、描周期，Y有完全相同的波列對(duì)應(yīng)）才可看到穩(wěn)定的被測信號(hào)波形。如果被測信號(hào)與鋸齒波兩者頻率不滿足上述整倍數(shù)的關(guān)系，或兩者中的任一頻率發(fā)生變化，則鋸齒波每次掃描就不在信號(hào)波形的同一點(diǎn)上開始，而每次掃描顯示的圖形就不能重合，結(jié)果熒光屏上呈現(xiàn)向左或向右移動(dòng)的波形，這樣就難以對(duì)信號(hào)進(jìn)行觀察和測量。在實(shí)驗(yàn)電路中，由于電源電壓不穩(wěn)定或其他原因，都會(huì)引起被測信號(hào)和掃描信號(hào)頻率的變化，這種變化隨時(shí)可能發(fā)生，依靠人工手動(dòng)調(diào)節(jié)“掃描微調(diào)”旋鈕，無法始終保持兩者整數(shù)比的關(guān)系，所以必須設(shè)法使兩者頻率自動(dòng)保持整數(shù)比，為此，可利用被測信號(hào)電壓或與此有關(guān)的電壓，去強(qiáng)迫控制鋸齒波的頻率，使之與被測信號(hào)頻率保持整數(shù)比，這就是同步

9、（或稱為整步），用來控制鋸齒波頻率的信號(hào)則稱為同步信號(hào)。需要指出的是同步信號(hào)的幅度必須適當(dāng)，太小達(dá)不到同步的目的，太大則使鋸齒波發(fā)生畸變，必然引起被測信號(hào)嚴(yán)重失真。（5）李薩如圖形: 如果X、Y偏轉(zhuǎn)板上加的電信號(hào)都是正弦波，當(dāng)和之比為整數(shù)比時(shí)，電子束受到它們的合作用，光點(diǎn)將會(huì)描繪出特定的圖形李薩如圖形。圖3.12-5描繪的是的兩個(gè)正弦波電訊號(hào)合成的李薩如圖形。圖3.12-6給出了幾種不同頻率的李薩如圖形?？梢宰C明兩個(gè)正弦波的頻率之比等于李薩如圖形在X、Y方向的極大值個(gè)數(shù)、之比。即 （3.12-2）利用李薩如圖形可以根據(jù)已知頻率求出未知頻率?！緝?nèi)容及步驟】1.熟悉示波器各旋鈕的功能和調(diào)節(jié)方法（請(qǐng)

10、閱讀附錄之八）。2.測量交流電壓值（1）將低頻率信號(hào)發(fā)生器輸出的交流信號(hào)，由示波器端輸入，調(diào)節(jié)掃描時(shí)間轉(zhuǎn)換開關(guān)使圖形穩(wěn)定；調(diào)節(jié)分度值旋鈕，使圖形大小適中。（2）讀出圖形縱方向最大和最小的刻度之差值，記為（ ）（3）計(jì)算交流電的峰峰值 （）正弦波交流電的有效值 3.將交流信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)（），逐次經(jīng)圖3.12-7 所示各電路由 輸入示波器，依次觀測圖3.12-7中各電路的輸出波形，并畫出曲線。4.測量交流電整流濾波后的紋波因數(shù)交流電整流濾波后輸出的電壓中除直流電壓外，還有一些交流電壓（稱為紋波電壓）見圖3.12-8所示，其交流分量與直流分量的百分比稱為紋波因數(shù) 。（1）測量整流濾波后的直流分

11、量：測量出直流分量（應(yīng)取在交流分量的中間）至基準(zhǔn)線的距離，記錄通道分度值旋鈕指示值，則直流電壓。（2）測量整流濾波后的交流分量：將耦合方式置“AC”，旋轉(zhuǎn)通道分度值旋鈕，使交流信號(hào)放大，測出交流分量峰峰距離h，記錄通道分度值旋鈕指示值，則交流分量峰峰值,進(jìn)而算出其有效值（由于濾波后的交流成分的波形比較復(fù)雜，暫按正弦波處理）（3）計(jì)算交流電整流濾波后的紋波因數(shù)：【數(shù)據(jù)處理】示波器型號(hào)： ；測量電壓和時(shí)間的相對(duì)不確定度為；1計(jì)算交流電的有效值分度值 （V/cm）； 峰峰高度差 cm；有效值不確定度有效值 ；結(jié)果2將觀測到的波形畫在圖上。3計(jì)算交流電整流濾波后的紋波因數(shù)。表 濾 波 形 式電容濾波形濾波直流分量幅度值分度值 直流電壓交流分量幅度值分度值紋波電壓紋波因數(shù)【注意事項(xiàng)】1認(rèn)真閱讀附錄中有關(guān)儀器的介紹，掌握所使用的示波器、信號(hào)發(fā)生器面板上各旋鈕的作用后再操作。2為了保護(hù)熒光屏不被灼傷，使用示波器時(shí)，光點(diǎn)亮度不能太強(qiáng)，而且也不能讓光點(diǎn)長時(shí)間停在熒光屏的一個(gè)位置上。在實(shí)驗(yàn)過程中，如果短時(shí)間不使用示波器，可將“輝度”旋鈕調(diào)到最小，不要經(jīng)常通斷示波器的電源，以免縮短示波管的使用壽命。3示波器上所有開關(guān)與旋鈕都有一定強(qiáng)度與調(diào)節(jié)角度，使用時(shí)應(yīng)輕輕地緩緩旋轉(zhuǎn)，不能用力過猛或隨意亂旋轉(zhuǎn)?！締栴}】1如果打開示波器的電源開關(guān)后，在屏幕上既看不到掃描又看