用示波器測(cè)量時(shí)間01754

1、實(shí)驗(yàn)題目：用示波器測(cè)量時(shí)間實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私馐静ㄆ鞯幕驹砗徒Y(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)使用示波器觀察波形和測(cè)量信號(hào)周期及其時(shí)間參數(shù)。實(shí)驗(yàn)原理：1.示波器的基本結(jié)構(gòu) （1）示波器的結(jié)構(gòu)（圖1），由示波管（又稱陰極射線管）、放大系統(tǒng)、衰減系統(tǒng)、掃描和同步系統(tǒng)及電源等部分組成。 （2）為了適用于多種量程，對(duì)于不同大小的信號(hào)，經(jīng)衰減器分壓后，得到大小相同的信號(hào)，經(jīng)放大器放大后產(chǎn)生最大約20V左右的電壓送至示波管的偏轉(zhuǎn)板。 （3）示波管是示波器的基本構(gòu)件，它由電子槍、偏轉(zhuǎn)板和熒光屏三部分組成，被封裝在高真空的玻璃管內(nèi)，其結(jié)構(gòu)（圖2）所示。電子槍是示波管的核心部分，它由陰極、柵極和陽(yáng)極構(gòu)成。 （4）垂直偏轉(zhuǎn)板（常稱y軸）及

2、水平偏轉(zhuǎn) 板（常稱x軸）所形成的二維電場(chǎng)，使電子束發(fā)生位移，位移的大小，與y偏轉(zhuǎn)板及x偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓有關(guān)： （1）式（1）中的Sy和Dy為y軸偏轉(zhuǎn)板的偏轉(zhuǎn)靈敏度和偏轉(zhuǎn)因數(shù)，Sx和Dx為x軸偏轉(zhuǎn)板的偏轉(zhuǎn)靈敏度和偏轉(zhuǎn)因數(shù)。它們均與偏轉(zhuǎn)板的參數(shù)有關(guān)，是示波器的主要技術(shù)指標(biāo)之一。2.示波器顯示波形的原理（1）為了得到清晰穩(wěn)定的波形，上述掃描電壓的周期Tx（或頻率fx）與被測(cè)信號(hào)的周期Ty（或fy）必須滿足：，n=1,2, （2）以保證Tx軸的起點(diǎn)始終與y軸周期信號(hào)固定一點(diǎn)相對(duì)應(yīng)（稱“同步”），波形才穩(wěn)定。否則，波形就不穩(wěn)定而無(wú)法觀測(cè)。（2）由于掃描電壓發(fā)生器的掃描頻率不會(huì)很穩(wěn)定。因此，要保證式（2

3、）始終成立，示波器需設(shè)置掃描電壓同步電路，即觸發(fā)電路，如（圖1）所示，利用它提供一種觸發(fā)信號(hào)來(lái)使掃描電壓頻率與外加信號(hào)同步，從而獲得穩(wěn)定的信號(hào)圖形。3.用X軸時(shí)基測(cè)時(shí)間參數(shù)（1）在實(shí)驗(yàn)中或工程技術(shù)上都經(jīng)常用示波器來(lái)測(cè)量信號(hào)的時(shí)間參數(shù)，如信號(hào)的周期或頻率，信號(hào)波形的寬度、上升時(shí)間或下降時(shí)間，信號(hào)的占空比（寬度/周期）等。（2）從式（2）出發(fā)，設(shè)待測(cè)信號(hào)接y軸輸入端，則Ty是待測(cè)信號(hào)的周期，Tx是x軸掃描信號(hào)的周期，N是一個(gè)掃描周期內(nèi)所顯示的待測(cè)信號(hào)的波形周期個(gè)數(shù)。（3）x軸掃描信號(hào)的周期，實(shí)際上是以時(shí)基單位（時(shí)間/cm或時(shí)間/度）來(lái)標(biāo)示的，一般的示波管熒光屏直徑以10cm的居多，則式（2）的Tx

4、，由時(shí)基（時(shí)間/cm）乘上10cm，因此： （3）4.用李薩如圖形測(cè)信號(hào)的頻率將不同的信號(hào)分別輸入到y(tǒng)軸和x軸的輸入端，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)的頻率滿足一定的關(guān)系時(shí)，在熒光屏上將顯示出李薩如圖形，可用測(cè)量李薩如圖形的相位參數(shù)或波形的切點(diǎn)數(shù)來(lái)測(cè)量時(shí)間參數(shù)。二個(gè)互相垂直的振動(dòng)（有相同的自變量）的合成李薩如圖形。（1）頻率相同而振幅和相位不同時(shí)，兩正交正弦電壓的合成圖形。設(shè)此兩正弦電壓分別為： （4）消去自變時(shí)t，得到的軌跡方程為： （5）這是一個(gè)橢圓方程。當(dāng)兩個(gè)正交電壓的相位差取02的不同值時(shí)，合成的圓形如（圖3）所示。（2）兩正交正弦電壓的相位差一定，頻率比為一 個(gè)有理數(shù)時(shí)，合成的圓形是一條穩(wěn)定的閉合曲線。

5、圖4是幾種頻率比時(shí)的圖形，頻率比與圖形的切點(diǎn)數(shù)之間有下列關(guān)系：實(shí)驗(yàn)步驟：1.用x軸的時(shí)基測(cè)信號(hào)的時(shí)間參數(shù)（1） 測(cè)量示波器自備方波輸出信號(hào)的周期（時(shí)基分別為0.1ms/cm，0.2ms/cm，0.5ms/cm）。（2） 選擇信號(hào)發(fā)生器的對(duì)稱方波接y輸入（幅度和y軸量程任選），信號(hào)頻率為200Hz2kHz（每隔200Hz測(cè)量一次），選擇示波器合適的時(shí)基，測(cè)量對(duì)應(yīng)頻率的厘米數(shù)、周期和頻率（注明x軸的時(shí)基）。以信號(hào)發(fā)生器的頻率為x軸，示波器測(cè)量的頻率為y軸，作y-x曲線，求出斜率并討論。（3） 選擇信號(hào)發(fā)生器的非對(duì)稱方波接y軸，頻率分別為200Hz、500Hz、1kHz、2kHz、5kHz、10kH

6、z、20kHz，測(cè)量各頻率時(shí)的周期和正波的寬度（或占空比），用內(nèi)容（2）的方法作曲線。（4） 選擇信號(hào)發(fā)生器的輸出為三角波，頻率為500Hz、1kHz、1.5kHz、測(cè)量各個(gè)頻率時(shí)的上升時(shí)間、下降時(shí)間及周期。2.觀察李薩如圖形并測(cè)頻率用兩臺(tái)信號(hào)發(fā)生器（一臺(tái)為本組專用，一臺(tái)為公用）分別接y軸和x軸（x軸選擇外輸入），取 時(shí)，測(cè)出對(duì)應(yīng)的，畫有關(guān)圖形并求公用信號(hào)發(fā)生器的頻率。實(shí)驗(yàn)桌號(hào)：9號(hào)數(shù)據(jù)處理和誤差分析： 1.（1）測(cè)量示波器自備方波輸出信號(hào)的周期表1哪種時(shí)基測(cè)出的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確？為什么？答：0.1cm/ms更為準(zhǔn)確,因?yàn)闀r(shí)基越小,讀數(shù)帶來(lái)的誤差就越小,數(shù)據(jù)也就越準(zhǔn)確。解釋不太好（2）選擇信號(hào)發(fā)生器

7、的對(duì)稱方波接Y輸入，信號(hào)頻率為200Hz2kHz，測(cè)量對(duì)應(yīng)頻率的厘米數(shù)、周期和頻率。 表2以信號(hào)發(fā)生器的頻率為x軸，示波器測(cè)量的頻率為y軸，作出的y-x曲線圖圖5 對(duì)稱方波信號(hào)發(fā)生器的頻率-示波器測(cè)量的頻率曲線圖 斜率(3) 選擇信號(hào)發(fā)生器的非對(duì)稱方波接Y軸,頻率分別為200Hz、500Hz、1kHz、2kHz、5kHz、10kHz、20kHz，測(cè)量各頻率時(shí)的周期和正波的寬度（或占空比），用內(nèi)容（2）的方法作圖。占空比也應(yīng)列出來(lái)！表3以信號(hào)發(fā)生器的頻率為x軸，示波器測(cè)量的頻率為y軸，作出的y-x曲線圖 圖6 非對(duì)稱方波信號(hào)發(fā)生器的頻率-示波器測(cè)量的頻率曲線圖 斜率（4） 選擇信號(hào)發(fā)生器輸出為三

8、角波，頻率為500Hz、1kHz、1.5kHz測(cè)量各個(gè)頻率的上升時(shí)間、下降時(shí)間及周期。 表32 觀察李薩如圖形并測(cè)頻率公共信號(hào)發(fā)生器頻率約為500Hz（1） 圖形為： （2） 圖形為：（3） 圖形為： （4） 圖形為：（5） 圖形為：思考題1. 用示波器測(cè)量時(shí)間有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：優(yōu)點(diǎn)是：把測(cè)量時(shí)間的轉(zhuǎn)化為測(cè)量長(zhǎng)度，把較難的測(cè)的物理量轉(zhuǎn)化為容易測(cè)量的物理量。缺點(diǎn)是：用熒光屏讀數(shù)誤差太大，導(dǎo)致測(cè)量值與真實(shí)值有較大偏差。2.在本實(shí)驗(yàn)中，觀察李薩如圖形時(shí)，為什么得不到穩(wěn)定的圖形？答：信號(hào)發(fā)生器的頻率不穩(wěn)定，導(dǎo)致 不為一個(gè)確定的有理數(shù)。以致得不到穩(wěn)定的圖形。3. 假設(shè)示波器Y軸輸入一個(gè)正弦電壓，所用的水平掃描頻率為120Hz，在熒光屏上出現(xiàn)三個(gè)穩(wěn)定完整的正弦波形，那么輸入信號(hào)的頻率是多少？這是否是測(cè)量信號(hào)頻率的