示 波 器 的 使 用

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1、示波器的使用示波器是一种用途广泛的电子仪器，它可以直接观察电信号的波形，测量电压的幅度、周期（频率）等 参数。用双、示波器还可测量两个电压之间的时间差或相位差。配合各种传感器，它可用来观测非电学量 （如压力、温度、磁感应强度、光强等）随时间的变化过程。示波器的电路比较复杂，不属于本实验的讨论范围，这里仅限于学习示波器的基本原理和使用方法。【实验目的】1、了解示波器的主要组成部分及其工作原理；2、掌握用示波器观察电信号的波形和李萨如图形的方法； 3、学习用示波器测量电信号的幅度、周期（频率）的方法。【实验原理】1、示波器的结构及工作原理 示波器的基本结构主要包括示波管、扫描 电路、同步触发电路、

2、X和Y轴放大器、电源 等部分，如图1 所示。（1）示波管 示波管是示波器的心脏，主 要由安装在高真空玻璃管中的电子枪、偏转系 统和荧光屏三部分组成。电子枪用来发射一束 强度可调且能聚焦的高速电子流，它由灯丝1 、 阴极 2、控制栅极3、第一阳极4 和第二阳极 5等五部分组成。偏转系统是由垂直（Y）偏转 板6和水平（X）偏转板7组成。偏转板用来控 制电子束运动，在偏转板上加适当电压，电子 束通过时运动方向发生偏转，在荧光屏上产生 的光点位置随之改变。荧光屏上涂有荧光粉， 受电子轰击后发光而形成光点，光点的亮度取 决于电子束的电子数量，大小由电子束的粗细 决定。它们分别由“亮度”和“聚焦”旋钮来

3、调节。（2）扫描 当偏转板加上一定的电压后，电子束将受到电场的作用而偏转，光点在荧光屏上移动的距离与偏转板上所加的电压成正比。若在Y偏转板上加正弦电压U = U sino t，X偏转板不加电压，荧光屏上光点只是作上下方向的正弦振动，振动频 率较快时，看起来是一条垂直线，如图 2 所示。 如果屏上的光点同时沿X轴正方向作匀速运 动，我们就能看到光点描出了时间函数的一段 正弦曲线。如果光点沿 X 轴正向匀速地移动 了 U的一个周期之后，迅速反跳到原来开始 y的位置上，再重复 X 轴正向匀速运动，则光 点的正弦运动 轨迹就和前一次的运动轨迹重 合起来了。每一个周期都重复同样的运动，光 点的轨迹就能保

4、持固定位置。重复频率较大 时，可在屏上看见连续不动的一个周期函数曲 线（波形）。光点沿 X 轴正向的匀速运动及反 跳的周期过程，称为扫描。获得扫描的方法， 是在 X 轴偏转板上加一个周期与时间成正比 的电压，称扫描电压或锯齿波电压，由示波器内的扫描电路产生，锯齿波的周期T （或频率f = 1/T ）可Xxx以由电路连续调节。当扫描电压的周期T是信号电压周期T的n倍时，即T = nT或f = nf，屏上将显x y x y y x示出n个周期的波形。(3) 整步 由于信号电压和扫描电压来自两个独立的信号源，它们的频率难以调节成准确的整数倍关xy系，屏上的波形发生横向移动(图 3)，造成观察困 难。

5、克服的办法是，用 Y 轴的信号频率去控制扫 描发生器的频率，使扫描频率与信号频率准确相 等或成整数倍关系。电路的这种控制作用称为“整 步”或“同步”通常由放大后的Y轴电压控制扫 描电压的产生时刻，这一过程称为触发扫描。(4) 放大器 一般示波器垂直和水平偏转板 的灵敏度不高，当加在偏转板上的电压较小时， 电子束不能发生足够的偏转，光点位移很小。为 了便于观测，需要预先把小的输入电压经放大后 再送到偏转板上，为此设置垂直和水平放大器。 示波器的垂直偏转因素是指光迹在荧光屏 Y 方向 偏转一格时对应的被测电压的峰-峰值(电压峰- 峰值与有效值的关系为：V = 2.;2V )，其单位P - Ps为

6、mV/DIV 或 V/DIV(DIV 为荧光屏上一格的长 度,通常为1cm )。如某示波器的垂直偏转因素为10mV/DIV,即当Y轴输入电压的峰一峰值为30mV时, 光迹在Y方向偏转3格。水平放大器将扫描电压放大后送到X偏转板，以保证扫描线有足够的宽度。水平偏转因素是指光迹在 X方向偏转一格对应的扫描时间，其单位为s/DIV、ms/DIV或小/DIV。此外，水平放大器亦可直接放大外 来信号，这时示波器可作X-Y显示用。(5) 电源 用以供给示波管及各部分电子线路所需的各种交直流电源。2、示波器的基本应用示波器的应用非常广泛，这里简单介绍其基本用途。(1) 观察交流电压信号波形 将待检测交流电压

7、信号输入示波器的CH1或CH2通道，X轴处于扫描状x态，适当调节“V/DIV”、“SEC/DIV”及“电平”等旋 钮，即可在荧光屏上显示出稳定的电压波形。(2) 测量交流信号的幅度 通过比较法可定量测出 信号电压的大小。一般示波器内部都有校准信号，将校 准信号和待测信号分别输入示波器，并保持 Y 轴增幅 (V/DIV)不变，根据两个信号在Y轴的偏转量和校准信 号的幅度，即可求出待测信号的幅度。对于 DF4328 双 踪示波器，经校准后，待测电压的幅度可直接由信号在 Y轴的偏转量和“V/DIV”的取值计算。(3) 测量交流信号的频率(周期)利用扫描频率求信号频率 由扫描原理可知，只 有当输入信号

8、的频率为扫描频率的整数倍时，波形才是 稳定的，利用这一关系可以求得未知频率。通过示波器的“SEC/DIV”旋钮位置能够直接得到扫描频率倜期)，这种方法实际上也是一种比较法。利用李萨如图形求信号频率 当X轴输入扫描电压时，示波器显示Y轴输入电压信号的瞬变过程。 当 X 和 Y 轴均输入正弦电压信号，荧光屏上光迹的运动是两个相互垂直谐振动的合成。当两个正弦电压 的频率成简单整数比时，合成轨迹为一稳定的曲线，称为李萨如图形，如图4所示。利用李萨如图形可以比较两个电压的频率。当李萨如图形稳定后，对图形作水平和竖直割线(两条割线均应与图形有最多的相交点)，若设水平割线与图形的交点数为 N 、竖直割线与图

9、形的交点数为 N ， xy 则 X 、Y 轴上的电压频率 f 、 f 与 N 、 N 有如下关系x y x yf-N4(1)fyNX因此，只要知道f或f的其中一个，就可以求出另一个。【实验仪器】 y 双踪示波器、低频信号发生器、同轴电缆等。【实验内容】1、熟悉示波器和信号发生器的使用方法，分别观察信号发生器输出的正弦波和方波波形，并画出波 形示意图。2、测量正弦电压的幅度和频率(周期)利用“X位移”和“Y位移”旋钮准确地读出垂直偏转幅度D (DIV),贝I待测电压的峰一峰值yV 二D (DIV) x垂直偏转因素(V/DIV)P - Py(2)将扫描微调旋钮顺时针旋到最大位置，从屏幕上准确地读出

10、n个(建议n = 45)周期波形的水平 距离D (DIV),则信号的周期T可由下式计算x1T二 D (DIV) X扫描偏转因素(SEC/DIV)nx将以上测量和计算结果填入下表。V0foV/DIVDyVp - pVSEC/DIVnDXTf2.0V500Hz3、观察李萨如图形(1) 将示波器置于“X-Y”工作状态，此时可观察李萨如图形。(2) 调节信号发生器的输出频率，观察f : f分别为1： 1和1： 2的李萨如图形，填写下表。李萨如 图形yxNXNf : fyx【注意事项】1、荧光屏上的光点亮度不能太强，而且不能让光点长时间停留在荧光屏的某一点，尽量将亮度调暗 些，以看得清为准，以免损坏荧光屏；2、在实验过程中如果暂不使用示波器，可将亮度旋钮逆时针方向旋至尽头，截止电子束的发射，使 光点消失。不要经常通断示波器的电源，以免缩短示波管的使用寿命；3、示波器的所有开关及旋钮均有一定的转动范围，决不可用力过大，以免损坏仪器。