實驗十 示波器的使用

PAGEPAGE6實驗六示波器的使用[實驗?zāi)康腯1.了解示波器的結(jié)構(gòu)和原理。2.掌握示波器各旋鈕的作用和使用方法。3.會對示波器進(jìn)行校準(zhǔn)。3.學(xué)會用示波器觀察電信號波形和利薩如圖形（演示）測量電壓、頻率和相位（選做）等。[實驗儀器]示波器一臺、信號發(fā)生器一臺（演示利薩如圖形時需2臺）[實驗原理]陰極射線示波器簡稱為示波器，它可顯示電信號變化過程的圖形，以及兩個相關(guān)量的函數(shù)圖形。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，各種電學(xué)量、磁學(xué)量和非電量轉(zhuǎn)換來的電信號均可用示波器進(jìn)行觀察和測量。一、示波器的構(gòu)造和工作原理（了解）通用示波器一般由示波管、掃描發(fā)生器、XY偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、同步系統(tǒng)以及電源五個部分組成（如圖1所示）：圖1示波器的組成下面分別簡單說明之。1、示波管左端為一電子槍，右端為熒光屏。電子槍加熱后發(fā)射電子束，電子在陽極電壓的作用下經(jīng)加速，聚焦后打在熒光屏上，屏上的熒光物即發(fā)光形成一亮點。在電子槍與熒光屏之間有兩對相互垂直的平行極板，稱為偏轉(zhuǎn)板。橫向一對稱為軸偏轉(zhuǎn)板（又稱水平偏轉(zhuǎn)板或橫偏），在示波器面板上對應(yīng)時間靈敏度（TIME/DIV）。縱向一對稱為軸偏轉(zhuǎn)板（又稱垂直偏轉(zhuǎn)板或縱偏），在示波器面板上對應(yīng)電壓靈敏度（V/DIV）。如果偏轉(zhuǎn)板上加上電壓，則平行板間建立起電場，當(dāng)電子束通過偏轉(zhuǎn)板間時，將受電場的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使電子束在熒光屏上的亮點位置也隨著改變。二、掃描發(fā)生器（理解）掃描發(fā)生器就是鋸齒形電壓發(fā)生器，它能輸出一個鋸齒形的電壓（如圖3所示）：VxEt0t1t2t3tt0t0→t1-ETT(a)鋸齒波電壓(b)水平方向掃描圖像圖3掃描電壓(a)和掃描(b)如果在Y偏轉(zhuǎn)板上不加電壓，把掃描發(fā)生器輸出的鋸齒電壓加在水平偏轉(zhuǎn)板兩端，則平行板間產(chǎn)生一個隨鋸齒電壓變化而變化的電場，此變化電場使電子束在熒光屏上的光點移動，在亮點移動的過程中，當(dāng)掃描速度加快，超過人眼視覺惰性時，由于熒光屏上的余輝和視覺暫留作用，我們在熒光屏上看到的是一條水平亮線。如果在Y偏轉(zhuǎn)板上加上正弦電壓，而X偏轉(zhuǎn)板上不加任何電壓，則在縱偏板間產(chǎn)生一個隨正弦電壓變化而變化的電場，電子束在此電場的作用下在縱方向上下偏轉(zhuǎn)，于是熒光屏上的亮點在縱方向隨時間做正弦振蕩，我們在屏上看到的是一條豎直亮線.如果在縱偏轉(zhuǎn)板上加上正弦電壓，同時在橫偏轉(zhuǎn)板上加上鋸齒形電壓，則電子束同時參與水平和豎直兩個方向上的運(yùn)動，故屏上亮點的位移將是方向相垂直的兩種位移的合成位移,此時，我們看到屏上是與縱偏轉(zhuǎn)信號一致的正弦圖形（如圖4所示）:只在X偏轉(zhuǎn)板上加上鋸齒波電壓時只在Y偏轉(zhuǎn)板上加上正弦電壓時只在X偏轉(zhuǎn)板上加上鋸齒波電壓時只在Y偏轉(zhuǎn)板上加上正弦電壓時圖4亮點的合成位移圖如果正弦波與鋸齒波的周期相同（即頻率相同），則屏上出現(xiàn)一個周期的完整穩(wěn)定波形。當(dāng)正弦波的頻率為鋸齒波的n倍時（n為整數(shù)），屏上出現(xiàn)n個周期的完整波形.如果兩信號頻率的比值不是整數(shù)，屏上的圖形將復(fù)雜、零亂而不穩(wěn)定。三、同步觸發(fā)系統(tǒng)（了解）要在屏上得到穩(wěn)定的圖形，必須保證信號頻率是鋸齒波頻率的整數(shù)倍。這一點，光靠人工調(diào)節(jié)掃描電壓的頻率往往不能準(zhǔn)確地滿足，特別是信號頻率較高時尤其困難，同步電路就是為解決這個問題而設(shè)置的。同步電路實際上就是自動頻率跟蹤電路，在人工調(diào)節(jié)到信號頻率接近掃描電壓頻率整數(shù)倍（即圖形接近穩(wěn)定），加入“同步”信號，掃描電壓的頻率就會自動跟蹤信號頻率，而使信號頻率準(zhǔn)確地等于掃描電壓的整數(shù)倍，從而獲得穩(wěn)定的波形。同步系統(tǒng)包括“整步選擇”和“整步放大”兩部分。同步選擇是一個選擇開關(guān)，通過它可選擇不同的同步信號，同步放大則是將同步信號放大后加到掃描發(fā)生器去。放大系統(tǒng)：包括水平軸（即X軸，在示波器面板上為CH2,時間靈敏度，注意水平方向每方格長度代表的時間大小及單位）和垂直軸（即Y軸，在示波器面板上為CH1,電壓靈敏度，注意豎直方向每方格長度代表的電壓大小及單位）放大兩部分。為了觀察電壓幅度不同的信號波形，示波器內(nèi)設(shè)有衰減器和放大器，對大信號衰減，對小信號放大，從而使熒光屏上顯示出適中的圖形。電源部分：電源部分供給以上各部分工作的各種電壓，以保證示波器能正常工作。[實驗內(nèi)容]1.對示波器校準(zhǔn)2.用示波器觀察波形并測量電信號的電壓和頻率認(rèn)識示波器面板上各個旋鈕及其作用將信號發(fā)生器作為信號源，由信號源“output”接示波器Y軸，取f=10，20，50KHz，U=2V，衰減擋用零，選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)整范圍，調(diào)出簡單的正弦圖觀察其穩(wěn)定的正弦圖形，根據(jù)示波器波形計算信號源輸出信號的頻率和電壓峰峰值，。改變輸出波形，鋸齒波，方波等進(jìn)行觀察。3.利用利薩如圖形測量頻率（了解）如果示波器的X軸和Y軸偏轉(zhuǎn)板上輸入的都是正弦電壓，熒光屏上亮點的運(yùn)動將是兩個互相垂直振動的合成。當(dāng)兩個正弦電壓信號的頻率相等或成簡單整數(shù)比時，熒光屏上亮點的合成軌跡為一穩(wěn)定的閉合曲線，叫利薩如圖形。如果我們在某一李薩如圖形的邊緣上各作一條水平切線和一條垂直切線，并分別讀出它們與圖形相切的切點數(shù)，則加在y軸上的信號頻率與加在x軸上的信號頻率之比，等于水平切線的切點數(shù)與垂直切線的切點數(shù)之比。即（1）如果其中的一個電信號的頻率是已知的，即可用此公式測定另一個電信號的頻率。利用示波器的試驗電壓和信號發(fā)生器的信號，并適當(dāng)調(diào)整信號發(fā)生器信號的頻率和電壓，即可觀察利薩如圖形。實際操作時不可能調(diào)成準(zhǔn)確的簡單整數(shù)比，因此兩個振動的周期差將發(fā)生緩慢地改變，圖形難以完全穩(wěn)定，調(diào)到變化最緩慢即可。將待測信號源的正弦波由Y軸輸入示波器，信號發(fā)生器的正弦波作為標(biāo)準(zhǔn)信號，由X軸輸入。調(diào)整示波器和信號發(fā)生器有關(guān)旋鈕，得到穩(wěn)定的利薩如圖形，由此確定待測信號的頻率，描下圖形，記下相應(yīng)的頻率。4測量兩個正弦波相位差的測量（選學(xué)，查閱參考書）【實驗內(nèi)容與步驟】熟悉示波器面板上各旋鈕的功能和用法。打開電源，調(diào)好示波器的亮度、聚焦、水平位置、垂直位置等各種旋鈕，調(diào)整聚焦：調(diào)整熒屏上的亮線到最細(xì)、最清晰；調(diào)整輝度：將熒光屏上的亮線調(diào)整到適當(dāng)亮度；（注意：為保護(hù)示波器的熒光屏，亮度不可調(diào)得太亮，而且要避免熒光屏上出現(xiàn)一個長時間不移動的光點）。2.信號校準(zhǔn)（及其相關(guān)步驟）(以校準(zhǔn)通道1為例，也可對從CH2以同樣方式校準(zhǔn))觸發(fā)耦合開關(guān)置“AC”檔；觸發(fā)方式選擇開關(guān)置“INT”；內(nèi)觸發(fā)源開關(guān)置“NORM”;垂直方式選擇開關(guān)置“CH1”.將VOLTS/DIV旋鈕置于“0.1V/方格”（垂直方向10格），TIME/DIV旋鈕置于“0.1ms/方格”（水平方向10格），（示波器讀出數(shù)據(jù)：V=1v;t=1mS,f=1KHz說明示波器已校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后，方可接著做后面實驗；否則，示波器沒有校準(zhǔn)，后續(xù)實驗數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確）。觀察正弦電壓波形。電壓的測量：峰峰值峰峰值Vp-p=VOLTS/DIV×圖像峰頂與峰低間所占的方格數(shù)頻率周期的測量：T=時間靈敏度×一周期所占水平方向方格數(shù)頻率頻率頻率（1）參照示波器的操作和測量方法中的內(nèi)容，調(diào)節(jié)好示波器。（2）將信號發(fā)生器作為信號源，由信號源“output”接示波器Y軸，以次輸入f=10，20，50KHz電信號，并把數(shù)據(jù)示波器的讀取的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)處理表格中，計算輸入的正弦波的頻率，并把信號源的讀數(shù)頻率與計算值進(jìn)行比較，以驗證示波器測量的正確性。4.利用利薩如圖形測量頻率（選作）利用兩臺信號源，分別把信號輸入CH1和CH2，按下x-y按鈕，適當(dāng)調(diào)整輸入頻率，滿足（1）式，便可得利薩如