實(shí)驗(yàn)示波器的調(diào)節(jié)與使用

1、實(shí)驗(yàn)二、示波器的調(diào)整與使用【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?）了解示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理。（2）熟悉示波器各旋鈕功能。（3）掌握示波器的基本調(diào)整方法。（4）掌握用示波器觀測(cè)信號(hào)的波形，學(xué)會(huì)用示波器測(cè)量電壓、周期和頻率。【示波器的原理】（注意:有下劃線的）示波器顯示隨時(shí)間變化的電壓，將它加在電極板上，極板間形成相應(yīng)的變化電場(chǎng)，使進(jìn)入這個(gè)變化電場(chǎng)的電子運(yùn)動(dòng)情況隨時(shí)間作相應(yīng)地變化，從而通過(guò)電子在熒光屏上運(yùn)動(dòng)的軌跡反映出隨時(shí)間變化的電壓。1. 示波器的結(jié)構(gòu)示波器由示波管、衰減放大輸入系統(tǒng)、掃描信號(hào)發(fā)生器、觸發(fā)同步系統(tǒng)和電源供給系統(tǒng)五個(gè)基本部分組成。 示波管的結(jié)構(gòu)圖3.9.1 F燈絲；K陰極；G控制柵極；A1第一陽(yáng)極；A

2、2第二陽(yáng)極；Y豎直偏轉(zhuǎn)板；X水平偏轉(zhuǎn)板（1）示波管。示波管主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三個(gè)部分組成。示波管是一個(gè)全密封度真空的玻璃殼管，其結(jié)構(gòu)如圖3.9.1所示。（要作圖） 電子槍。電子槍由燈絲F、陰極K、柵極G、第一陽(yáng)極A1和第二陽(yáng)極A2組成。陰極K是一個(gè)表面涂有氧化物的金屬圓筒，被點(diǎn)燃燈絲F加熱后向外發(fā)射電子，產(chǎn)生電子流。柵極G是一個(gè)頂端有一小孔的金屬圓筒，套在陰極外面，它的電位比陰極低，對(duì)陰極射來(lái)的電子起控制作用，只有速度較大的電子才能穿過(guò)柵極小孔。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)柵極電位，可以改變通過(guò)柵極的電子數(shù)目，即控制電子到達(dá)熒光屏上的數(shù)目，而打在熒光屏的電子數(shù)目越多，則熒光屏上的光跡越亮。示波器

3、面板上的“輝度”調(diào)節(jié)旋鈕就是起這作用的。陽(yáng)極A1與A2由開(kāi)有小孔的圓筒組成。陽(yáng)極電位比陰極電位高得多，電子流通過(guò)該區(qū)域可獲得很高的速度，同時(shí)陽(yáng)極區(qū)的不均勻電場(chǎng)還能將由柵極過(guò)來(lái)散開(kāi)的電子流聚焦成一窄細(xì)的電子束，因此改變陽(yáng)極電壓可以調(diào)節(jié)電子束的聚焦程度。示波器面板上的“聚焦”旋鈕起這一作用。 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對(duì)相互垂直的可加電壓的金屬平板組成，即X偏轉(zhuǎn)板和Y偏轉(zhuǎn)板。在兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上加上電壓，當(dāng)電子束通過(guò)偏轉(zhuǎn)板時(shí)，在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即改變光點(diǎn)在熒光屏上的位置。設(shè)計(jì)時(shí)保證了熒光屏上X方向和Y方向光點(diǎn)的位移正比于兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓。垂直偏轉(zhuǎn)板電路有兩條支路：一條用于輸入機(jī)外電壓信號(hào)，加在

4、Y偏轉(zhuǎn)板上；另一條用于校準(zhǔn)儀器或觀察機(jī)內(nèi)方波信號(hào)，機(jī)內(nèi)方波信號(hào)直接輸入“Y放大器”，經(jīng)放大后加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上。水平偏轉(zhuǎn)板的電路同樣有兩條支路：一條用于輸入外界電壓信號(hào)或同步信號(hào)，加在X偏轉(zhuǎn)板上；另一條用來(lái)將機(jī)內(nèi)掃描信號(hào)經(jīng)放大后加在X偏轉(zhuǎn)板上。 熒光屏。熒光屏位于陰極射線管前端的玻璃屏內(nèi)表面，涂有發(fā)光物質(zhì)。當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的電子打在上面，其動(dòng)能被發(fā)光物質(zhì)吸收而發(fā)光，在電子轟擊停止后，發(fā)光仍維持一段時(shí)間，稱為余輝。發(fā)光物質(zhì)不僅能將電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成光能，同時(shí)還能轉(zhuǎn)換成熱能。因此在操作時(shí)要注意不要使光點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間停留在一處。2 / 7（2）衰減器和放大器。它包括X軸、Y軸放大器和X軸、Y軸衰減器。一般示波管的偏轉(zhuǎn)

5、板偏轉(zhuǎn)靈敏度不高，為便于觀察較小的信號(hào)就需要將輸入的信號(hào)加以放大，再加到偏轉(zhuǎn)板上；但當(dāng)輸入信號(hào)電壓過(guò)大時(shí)，放大器會(huì)過(guò)荷失真，因此需在輸入放大器前將信號(hào)加以衰減。為此而設(shè)置了放大器、衰減器。對(duì)應(yīng)偏轉(zhuǎn)因數(shù)的調(diào)節(jié)旋鈕就起這一作用。掃描鋸齒波電壓圖3.9.2 （3）掃描信號(hào)發(fā)生器。它是把個(gè)隨時(shí)間變化的電壓信號(hào)VyV(t)加在示波器Y偏轉(zhuǎn)板上，只能從熒光屏上觀察到光點(diǎn)在垂直方向的運(yùn)動(dòng)。如果信號(hào)變化較快，熒光屏上光點(diǎn)有一定余輝，便能看到一條垂直的亮線，要想看到波形，則在水平偏轉(zhuǎn)板上必須加上一個(gè)與時(shí)間成正比的電壓信號(hào)，即Vxkt（k為常數(shù)），使光點(diǎn)在垂直方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)沿水平方向勻速移動(dòng)，將垂直方向的運(yùn)動(dòng)沿水

6、平方向“展開(kāi)”，從而在熒光屏上顯示出電壓隨時(shí)間變化的波形。實(shí)際上加在水平偏轉(zhuǎn)板上的信號(hào)是“鋸齒波”，如圖3.9.2所示，其特點(diǎn)是在一周期內(nèi)電壓與時(shí)間成正比，到達(dá)最大值后又突然變?yōu)榱?，然后進(jìn)入下一個(gè)周期。由于水平偏轉(zhuǎn)板上鋸齒波的作用，使電子束在水平方向呈周期性地由左至右的運(yùn)動(dòng)（回掃時(shí)間極短可以忽略），所以把該信號(hào)稱為“掃描”信號(hào)。（4）同步觸發(fā)系統(tǒng)。待測(cè)信號(hào)VyVy(t)和掃描信號(hào)Vxkt實(shí)際上是兩個(gè)獨(dú)立的電壓信號(hào)，若要形成穩(wěn)定的波形，則待測(cè)信號(hào)Vy的周期Ty與掃描鋸齒波Vx的周期Tx之間必須滿足：TxnTy （n1，2，3）假設(shè)待測(cè)信號(hào)輸入的是正弦波VyV0sin(wt)加在Y偏轉(zhuǎn)板上，掃描信

7、號(hào)鋸齒波Vxkt加在X偏轉(zhuǎn)板上，鋸齒波的周期Tx與正弦波的周期Ty相同，如圖3.9.4所示，顯示的是二者的合成圖。如果Vy為1點(diǎn)，而在同一時(shí)刻Vx也在1點(diǎn)，則屏上相應(yīng)的光點(diǎn)位置為1；下一瞬間，Vy為2點(diǎn)時(shí)，Vx在2點(diǎn)，屏上相應(yīng)的光點(diǎn)位置為2。以此類(lèi)推，當(dāng)Vy變化一個(gè)完整的周期時(shí)，熒光屏上的光點(diǎn)將正好描繪出與Vy隨時(shí)間的變化規(guī)律完全相同的波形。若周期滿足TxnTy（n1，2，3）整數(shù)倍的情況，熒光屏上將出現(xiàn)一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)完整的正弦波形。tVxVy（b）（c）（a） 示波器顯示波形合成原理圖圖3.9.3 若鋸齒波的周期Tx與正弦波的周期Ty稍有不同，會(huì)出現(xiàn)什么波形呢？利用圖3.9.4來(lái)說(shuō)明。，在

8、掃描的第一周期，屏上只顯03點(diǎn)間的波形；第二個(gè)周期顯示36點(diǎn)間的波形；第三個(gè)周期以此類(lèi)推。其結(jié)果屏上波形均不重合，就好像波形向右移動(dòng)一樣；同理，若Tx略大于Ty，波形好像向左移，這種現(xiàn)象稱為不同步。造成原因是因?yàn)門(mén)x、Ty不滿足整數(shù)倍條件，使得每次掃描開(kāi)始時(shí)起點(diǎn)不同。掃描不同步圖3.9.4 如何才能始終保持二者的周期成整數(shù)倍，從而使波形保持穩(wěn)定呢？常用“同步”的辦法或用“觸發(fā)掃描”的方法?！巴健钡淖鞣ㄊ菍軸輸入的信號(hào)接到鋸齒波發(fā)生器中，強(qiáng)迫Tx跟著Ty變化，以保證TxnTy條件得到滿足，使波形穩(wěn)定；或者用機(jī)外接入某一頻率穩(wěn)定的信號(hào)，作為同步用的信號(hào)源，使波形穩(wěn)定。面板上的“同步增幅”、“同

9、步水平”等旋鈕即為此而設(shè)。需要注意的是，同步信號(hào)幅度的大小要適當(dāng)。太小不起作用，太大會(huì)使波形嚴(yán)重失真。相位差頻率比121323李薩如圖形圖3.9.5 “觸發(fā)掃描”是由于對(duì)窄脈沖信號(hào)難以看清脈沖信號(hào)的前后沿，而必須采取掃描方式。其基本原理是使掃描電路僅在被測(cè)信號(hào)觸發(fā)下才開(kāi)始掃描，過(guò)段時(shí)間自動(dòng)恢復(fù)始態(tài)，完成一次掃描。這樣每次掃描的起點(diǎn)始終由觸發(fā)信號(hào)控制，每次屏上顯示的波形都重合，圖像必然穩(wěn)定。實(shí)際上，示波器中并非直接用被測(cè)信號(hào)觸發(fā)掃描，而是從Y軸放大器的被測(cè)信號(hào)取出部分，使其變成與波形觸發(fā)點(diǎn)相關(guān)的尖脈沖，去觸發(fā)閘門(mén)電路，進(jìn)而啟動(dòng)掃描電路輸出鋸齒波。由于脈沖“很窄”，所以它準(zhǔn)確地反映了觸發(fā)點(diǎn)的位置，

10、從而保證了掃描與被測(cè)信號(hào)總是“同步”，屏上即會(huì)顯示穩(wěn)定圖像。2. 李薩如圖形把兩個(gè)正弦信號(hào)分別加到垂直偏轉(zhuǎn)板與水平偏轉(zhuǎn)板上，則光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是兩個(gè)互相垂直的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成。當(dāng)兩個(gè)正弦信號(hào)頻率之比為簡(jiǎn)單整數(shù)倍時(shí)，其合成的圖形是一個(gè)穩(wěn)定的閉合曲線，稱該閉合曲線為李薩如圖，如圖3.9.5所示。令fy和fx分別代表垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板的正弦信號(hào)的頻率，當(dāng)熒光屏上顯示出穩(wěn)定的李薩如圖形時(shí)，在水平和垂直方向分別作二直線與圖形相切或相交，數(shù)出此二直線與圖形的切點(diǎn)數(shù)或交點(diǎn)數(shù)，則 （3.9.1）利用這一關(guān)系可以測(cè)量正弦信號(hào)頻率。例如，輸入的兩個(gè)正弦信號(hào)中一個(gè)為已知頻率的信號(hào)，則把兩個(gè)正弦信號(hào)分別輸入到垂直偏轉(zhuǎn)

11、板與水平偏轉(zhuǎn)板上，調(diào)出穩(wěn)定的李薩如圖形，從上式中就可求出待測(cè)正弦信號(hào)的頻率?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】（自己帶上刻度尺和鉛筆到實(shí)驗(yàn)室后再畫(huà)表格）1、示波器的基本調(diào)節(jié)2、調(diào)節(jié)、觀察、測(cè)量CH1通道信號(hào)的電壓、周期T和頻率fx記錄表格電壓的峰峰值（v）CH1周期T和頻率fxVOLTS/DIVDIV電壓USEC/DIVDIV周期T頻率fx3、觀察李莎茹圖，測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率(CH1當(dāng)做已知信號(hào)源)頻率比f(wàn)x:fy觀察到的圖形CH2信號(hào)源的頻率fynx:ny1:1 2:31:2【實(shí)驗(yàn)操作步驟】1、將示波器的輝度調(diào)節(jié)旋鈕、聚焦調(diào)節(jié)旋鈕、水平位移旋鈕和兩路通道的垂直位移旋鈕調(diào)至居中位置，同時(shí)將信號(hào)源CH1和CH2按鈕按

12、下，將兩通道接地按鈕按下，掃描方式選擇自動(dòng)掃描，SEC/DIV調(diào)至1ms，按下電源開(kāi)關(guān)；2、待熒光屏上有兩條細(xì)線時(shí)，調(diào)節(jié)水平位移和垂直位移旋鈕使細(xì)線處于熒光屏正中央，然后調(diào)節(jié)輝度旋鈕使細(xì)線亮度適中，調(diào)節(jié)聚焦調(diào)節(jié)旋鈕使細(xì)線達(dá)到最佳狀態(tài)；3、將信號(hào)源的兩個(gè)輸出分別接到CH1和CH2，兩路通道都將接地按鈕彈起，并將AC/DC按鈕開(kāi)關(guān)置于AC；4、測(cè)量CH1波形的周期和頻率 1）Y方式選在CH1檔位，觸發(fā)源選在CH1處，調(diào)整CH1通道的垂直位移旋鈕和CH1通道的VOLTS/DIV檔位開(kāi)關(guān)，是圖形在Y上獲得較好的顯示。調(diào)節(jié)水平位移旋鈕和SEC/DIV檔位開(kāi)關(guān)，是圖形在X上獲得較好的顯示，用SEC/DIV

13、調(diào)節(jié)出較好的波形； 2）調(diào)節(jié)CH1通道的垂直位移旋鈕將圖像的波谷對(duì)齊最下面一條有刻度的線，調(diào)節(jié)水平位移旋鈕將圖像最中間的一個(gè)波峰處于中間有刻度的那條線； 3）讀出并記錄波形在豎直方向上所占的大格數(shù)a，和VOLTS/DIV的讀數(shù)v。讀出并記錄波形水平方向上一個(gè)周期所占的大格數(shù)b，和SEC/DIV的讀數(shù)t。則電壓值為av，周期為bt，頻率為1/bt。5、觀察李莎茹圖形，測(cè)量待測(cè)信號(hào)的頻率1）調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器頻率1/bt，根據(jù)CH1測(cè)量的電壓，調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器調(diào)幅旋鈕，調(diào)節(jié)CH2輸出電壓值與CH1測(cè)量值相同，并選擇示波器CH2觀察；2）CH1和CH2電壓選擇旋鈕調(diào)至一致，然后將SEC/DIV旋鈕逆時(shí)針調(diào)節(jié)到XY，調(diào)節(jié)CH2的頻率，使fx:fy分別為1：1，2：3，1：2，并微調(diào)函數(shù)發(fā)生器頻率調(diào)節(jié)微調(diào)按鈕使圖形穩(wěn)定，觀察并記錄李薩如圖像；3）根據(jù)畫(huà)好的李薩如圖像找到圖像與x軸和y軸的切點(diǎn)的個(gè)數(shù)。利用 計(jì)算第二路信號(hào)（CH2）的頻率。6、整理儀器，處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告。注意事項(xiàng)（1） 雙蹤示波器是一種較為復(fù)雜的電子