电子测量波形观察与电压测量

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1、“eMf “中sM田曲吗M畠心垛ni羽休lll瘠波形观察与电压测量一、头验目的1 了解示波器的结构和工作原理，掌握示波器的使用方法;2学会用示波器观察电信号的波形，并测量其电压大小；3学会用示波器观察电路输出信号波形有无失真；4学会“逐点法”研究幅频特性。二、实验内容1波形观察一一示波器面板各旋钮的使用操作;2用示波器测量信号幅度；3测量放大电路电压放大倍数；4放大电路幅频特性研究。三、实验仪器及器材厶口厶口厶口块1X 1X 1X1示波器2信号发生器3实验箱4功率放大电路实验板四、数字存储示波器简介（以TDS1002型为例）1概述TDS1002数字存储示波器是小型、轻便式的二通道台式仪器，可以

2、用地电压为参考进行测量，主要用来 观察与测量电路中各种波形的一种电子仪器。观察电路能否正常工作，测量波形的有效值、平均值、峰一 峰值、上升时间、下降时间、频率、周期、正频宽、负频宽等。因此，在生产、实验和科研工作中，有着广泛的使用。2面板结构前面板结构如图2-1所示。按功能可分为显示区、垂直控制区、水平控制区、触发区、功能区五个部分。另有5个菜单按钮，3个输入连接端 口。下面将分别介绍 各部分的控制钮以及 屏幕上显示的信息。2.1显示区CHI $00mVM 1,0怖$自置几又 i取动I图2-1数字存贮示波器面板结构图示波器的显示区除了显示波形外，还显示关于波形和示波器控制设置的详细信息。显示区

3、如图2-2所示1 显示图标表示米集方式vFL取样模式J h峰值检测模式-TL均值模式2 触发状态显示如下：已配备。示波器正在采集预触发数据。在 此状态下忽略所有触发。R准备就绪。示波器已采集所有预触发数据并 准备接受触发。T已触发。示波器己发现一个触发并正在采集 触发后的数据。 停止。示波器已停止采集波形数据。采集完成。示波器已完成一个单次序列采集。R自动。示波器处于自动模式并在无触发状态下采集波形。扫描。在扫描模式下示波器连续采集并显示波形。3 使用标记显示水平触发位置。旋转水平位置旋钮调整标记位置。4 用读数显示中心刻度线的时间。触发时间为零。5 使用标记显示边沿脉冲宽度触发电平，或选定的

4、视频线或场。6 使用屏幕标记表明显示波形的接地参考点。如没有标记，不会显示通道。7 箭头图标表示波形是反相的。8 以读数显示通道的垂直刻度系数。9 BW图标表示通道是带宽限制的。10以读数显示主时基设置。11如使用窗口时基，以读数显示窗口时基设置。12以读数显示触发使用的触发源。13显示区域中将暂时显示帮助向导信息。14用读数表示边沿脉冲宽度触发电平。15显示区显示有用信息。16以读数显示触发频率。2.2信息区域示波器在显示屏的底部显示信息区域，以提供以下类型的信息:(1)访问另一菜单的方法，例如按下触发菜单按钮时：要使用触发释抑，请进入水平菜单(2) 建议可能要进行的下一步操作，例如按下测量

5、按钮时： 按下某个选项按钮以更改其测量(3) 有关示波器所执行操作的信息，例如按下“默认设置”按钮时: 调用默认设置(4) 波形的有关信息，例如按下“自动设置”按钮时：在通道1上检测到矩形波或脉冲波2.3使用菜单系统TDS 1002示波器的用户界面设计用于通过菜单结构方 便地访问特殊功能。按下前面板按钮，示波器将在显示屏的右侧显示相应 的菜单。该菜单显示直接按下显示屏右侧未标记的选项按 钮时可用的选项。(在某些文档+,选项按钮可能也指显示 屏按钮、侧菜单按钮、bezel钮或软键。)示波器使用下页面选择DISPLAY增加对比度潮小ACQURErjij 壬样列四种方法显示菜单选项：如图2-3所示图

6、2-3四种方法显示采单选项2.3.1 页(子菜单)选择:对于某些菜单，可使用顶端的选项按钮来选择两或三个子菜单。每次按下顶端按钮时，选项都会随之改变。例如，按下保存/调出菜单内 的顶端按钮，示波器将在设置和波形子菜单间进行切换。2.3.2 循环列表:每次按下选项按钮时，示波器都会将参数设定为不同的值。例如，可按下CH1菜单按 钮，然后按下顶端的选项按钮在垂直(通道)藕合各选项切换。2.3.3 动作：示波器显示按下“动作选项”按钮时间即发生的动作类型。例如，按下“显示菜单”按钮, 然后按下“对比度增加”选项按钮时，示波器会立即改变对比度。2.3.4 单选钮：示波器为每一选项使用不同的按钮。当前选

7、择的选项被加亮显示。例如，当按下“采集 菜单”按钮时，示波器会显示不同的采集模式选项。要选择某个选项，可按下相应的按钮。2.4垂宜控制如图2-4所示。CH1.CH2.光标1及光标2位置。可垂直定位波形。显示和使用光标时，LED变亮以指示移动光标时，按钮的可选功能。CH1.CH2.菜单。显示垂直菜单选择项并打开或位位游標2選覃menu)游標1伏特/格伏特/格关闭对通道波形显示。伏/格（CH1,CH2）。选择标定的刻度系数。数学计算菜单。显示波形的数学运算并可用于 打开和关闭数学波形。2.5水平控制如图2-5所示。位置。调整所有通道和数学波形的水平 位置。这一控制的分辨率随时基设置的不同 而改变。

8、注释:要对水平位置进行大幅调整，可将 秒/格旋钮旋转到较大教值，更改水平位置, 然后再将此旋钮转到原来的数值。当直示帮助主题时，可使用此旋钮滚动 选择链接或索引条目。水平菜单。显示水平菜单。水平秒/格图2-5水平控制系统设置为零。将水平位置设置为零。秒/格。为主时基或窗口时基选择水平的时间/格（刻度系数）。如窗口区被激活，通过更改窗口时基可以改变窗口宽度。2.6触发控制如图2-6所示。电平”和“用户选择”。使用 边沿触发时，电平旋钮的基本功能 是设置电平幅度，信号必需高于它才 能进行采集。还可使用此旋钮执行“用户选择的其它功能。旋钮下的LED发亮以指示相应功能。释抑：设置可以接受另一触发事 件

9、之前的时间量。视频线数：当“触发类型”选项设置为“视频”，“同步”选项设置为觸發 位準50%| FORCE I TRIG JPROBE CHK探棒補償一5V1kHzJLTRIG.VIEW)FORCE jTRIG I強制SET T0位準-50% 丿般為50%SV進階I TRIGI MENU4通道型图2-6触发控制“线数”时，将示波器设置为某一指定线数。脉冲宽度：当“触发类型”选项设置为“脉冲”，并选择了“设置脉冲宽度”选项时，设置脉冲宽度。触发菜单。显示“触发菜单”。设置为50%触发电平设置为触发信号峰值的垂直中点。强制触发不管触发信号是否适当，都完成采集。如采集已停止，则该按钮不产生影响。触发

10、视图。当按下“触发视图”按钮时，显示触发波形而不显示通道波形。可用此按钮查看诸如触发 藕合之类的触发设置对触发信号的影响。2.7菜单和控制按钮如图2-7所示。2.7.1 保存/调出(SAVE/RECALL):显示设置和波形的“保存/调出菜单”。测量(MESURE)：显示自动测量菜单。2.7.2采集(ACQUIRE):显示“采集菜单”。2.7.3 显示(DISPLY)：显示“显示菜单”。图2-7菜单和控制按钮2.7.4 光标(CURSOR):显示“光标菜单”。当显示“光标菜单”并且光标被激活时，“垂直位置”控制方式可以调整光标的位置。离开“光标菜单”后，光标保持显示(除非“类型”选项置为“关闭”

11、)，但 不可调整。2.7.5 辅助功能(UTILITY):显示“辅助功能菜单”。2.7.6 帮助(HELP):显示“帮助菜单”2.7.7 默认设置(DEFAULT SETUP):调出厂家设置。2.7.8 自动设置(AUTO SET):自动设置示波器控制状态，以产生适用于输出信号的显示图形。2.7.9 单次序列(SINGLE SEQ)：采集单个波形，然后停止。运行/停止(RUN/STOP):连续采集波形或停止采集。2.7.10 打印(PRINT):打印操作。3应用示例3.1使用“自动设置”需要查看电路中的某个信号，在不了解该信号的幅值或频率。希望快速显示该信号，并测量其频率、 周期、峰峰值。可以

12、使用“自动设置”。按下CH1菜单按钮，将探头选项衰减设置成与探头上的开关设定一致。例如，探头上的开关设定在“X 10”位置，则探头选项衰减设置成10X (如果设置不一致，结果怎样？)。通道1的探头与信号连接。按下“自动设置”按钮。示波器自动设置垂直、水平和触发控制。若需要优化波形，可手动调整。3.2自动测量：示波器自动测量大多数显示出来的信号。要测量信号的频率、周期、峰峰值、上升时间以 及正频宽等，按如下步骤进行：按下“测量”按钮，查看“测量”菜单。按下顶部的选项按钮，显示“测量1”菜单。按下“类型”选项按钮，选择频率。其读数将显示测量结果及更新信息。按下返回选项按钮。按下顶部第二个选项按钮，

13、显示“测量2”菜单。按下“类型”选项按钮，选择周期。其读数将显示测量结果及更新信息。按下返回选项按钮。按下顶部中间的选项按钮，显示“测量3”菜单。按下“类型”选项按钮，选择峰一峰值。其读数将显示测量结果及更新信息。按下返回选项按钮。按下第四个选项按钮，显示“测量4”菜单。按下“类型”选项按钮，选择上升时间。其读数将显示测量结果及更新信息。按下返回选项按钮。按下底部的选项按钮，显示“测量5”菜单。按下“类型”选项按钮，选择正频宽。其读数将显示测量结果及更新信息。按下返回选项按钮。3.3测量两个信号假设正在测试放大器，需要测量放大器的输入和输出信号。可将示波器的两个通道分别与放大器的输 入和输出端

14、相连，使用测量结果计算出放大倍数。要激活并显示连接到通道1和通道2的信号，按如下步骤进行：如果未显示通道，可按下CH1菜单和CH2菜单按钮。按下“自动设置”按钮。要选择两个通道进行测量，可执行以下步骤。按下“测量”按钮，查看“测量”菜单。按下顶部的选项按钮:显示“测量1菜单”。按下信源选项按钮。选择CH1。按下类型选项按钮，选择峰-峰值。按下返回选项按钮。按下顶部第二个选项按钮：显示“测量2菜单”。按下信源选项按钮。选择CH2。按下类型选项按钮，选择峰-峰值。 按下返回选项按钮。读取两个通道的峰峰幅值。五、实验要求1复习有关示波器的结构原理，理解示波器显示波形的原理；2查阅有关示波器使用的资料

15、，熟悉示波器的使用步骤；3查阅示波器应用的有关资料。六、实验步骤1波形观察一一示波器面板各旋钮的使用操作用信号发生器输出正弦信号作为被测信号，按表2-1进行实验。要求理解：在观察大小不同的信号时采集方式、触发电平、垂直刻度系数等应如何调节？2、示波器测量信号参数2.1读波形高度测幅度用信号发生器输出1kHz、Vp-p为20mVIV的正弦波加到示波器，适当调节示波器各旋钮，读取波 形峰峰高度，填表2-2,并以信号源指示的幅度为准，计算测量的相对误差。2.2三角波波形参数测量用信号发生器输出100Hz、Vp-p为1V的正弦波加到示波器，适当调节示波器各旋钮或选项，使示波 器直接显示信号频率、平均值

16、、峰峰值、有效值，填表2-3,并计算其波形系数和波峰系数。2.3矩形脉冲参数测量观测实验箱上固定频率输出端Q15的信号峰峰值、上升时间、下降时间、正脉冲宽度、负脉冲宽度 等参数，填表2-4。2.4观测实验箱上单脉冲输出。3、测量集成功放放大倍数实验板集成功放电路接+5V电源，用信号发生器输出频率为1kHz的正弦波加到放大器。用示波器同 时观察放大电路输入信号和输出信号波形。适当调节示波器各旋钮，使波形清晰。在输出波形无失真情况 下读取输入信号和输出信号的波形高度，填表2-5,计算集成功放电路电压放大倍数。4、集成功放电路幅频特性研究4.1用信号发生器输出频率为1kHz的正弦波加到集成功放电路，

17、用示波器同时观察放大电路输入信号和输出信号波形。调节信号发生器输出信号幅度，使集成功放电路的输出信号幅度V二1 (V)。o4.2保持放大电路输入信号幅度不变，改变频率，按表2-6测量并记录。4.3保持放大电路输入信号幅度不变，改变频率，使输出电压下降至中频1kHz时输出信号幅度的0.707倍，测出上限截止频率f和下限截止频率f。hl4.4在/ - A坐标中描点作出幅频特性曲线。V七、预习与思考题1示波器显示被测信号的波形的原理？答：原理就是电子枪发射电子，经过加速和偏转后射在荧光屏上产生光。将屏幕看做一个直接坐 标系，这样偏转有XY偏转，Y偏转就是上下幅度。X偏转就是左右幅度。Y偏转的大小根据

18、Y轴旋钮 和波形的幅度控制。X偏转由X轴旋钮控制。这些旋钮就是幅度控制。2 .旋钮“伏特/格”和“秒/格”的作用是什么？答：通过控制伏特/格，可以把信号的幅度调整到期望测量范围内。通过控制秒/格，可以显示屏 中每一水平刻度代表的时间量。3如何用示波器测量信号电压？答：在示波器的操作界面上有MEASUPE按钮。按下后可以选择自动的测量波形的电压值。4 如何用示波器测量电路的幅频特性？答：要测量相频特性，则需要示波器至少有2个通道，另外肯定还需要一台信号发生器用于扫频 或手动改变频率；测量时，信号发生器的输出端接待测放大器的输入端，同时接到示波器的一个通道， 放大器的输出端则接示波器的另一个通道。

19、利用示波器的光标功能，可以读出两个通道之间的时间差， 这个时间差可以进一步换算成相位差。稍微先进一点的数字示波器，会提供直接对两个通道相位差进 行测量的功能，这样会更为方便。逐步改变信号发生器的频率，重复测量，可以得到不同频率下的相 位差；以频率为横轴，相位差为纵轴，描点后即可得到放大器的相频特性。利用以上方法，可以测量 出+/-180度以内的相移。5如何设置探头选项衰减？如果探头上的开关设定在“ xl”位置，而探头选项衰减设置成10X，结果 怎样？为什么？如果探头上的开关设定在“X10”位置，而探头选项衰减设置成1X呢？答：按下CH1菜单按钮，将探头选项衰减设置成与探头上的开关设定一致。结果

20、会衰减10x。八、实验报告要求1根据实验3-1，说明示波器观察波形的操作步骤。答：将波形通过探头输入示波器，按下自动设置基本上能够看到完整的波形，如果不能看到可以检查 探头上的衰减是否正确，还可以调节旋钮“伏特/格”和“秒/格”让波形更明显。2. 示波器测量信号幅度的方法，如何减小测量误差答：选取合适的精度，这样才能有利于读数，还要避免人为的误差，这具体表现在示波器的使用调整 是否正确，由于面板的坐标格和示波管的图形有一段距离，容易有视觉读数误差。另外在测量是最好将波 形拉开些，观察的周期数少些，这样将有利于减少读数误差，等等。3. 说明“逐点法”测量幅频特性的原理答：通过不断改变输入信号的频

21、率，从示波器上读出V的值，直到找出上下截至频率，最后根据数据 作幅频特性曲线图。九、注意事项1实验前注意打开电源预热，实验过程中不要关电源。2定量测量时，注意微调旋钮应置“校准”位置。十、实验心得及体会通过本次实验，我了解了示波器的结构和工作原理，掌握了示波器的基本使用方法；学会了用示波器 观察电信号的波形，并测量其电压大小；学会了用示波器观察电路输出信号波形有无失真；学会了 “逐点 法”研究幅频特性。对实验中遇到的问题，能自己先思考，经思考之后自己还是能解决绝大部分问题，自 己解决不了的再请教老师，总的来说通过这次实验还是学到了很多有实际用处的东西，受益匪浅。电子测量实验数据记录实验二表2-

22、1波形观察一一示波器面板各旋钮的使用操作操作 顺序操作内容屏幕显示波形及变化情况描述1旋转水平位置旋钮调整位置至中心刻度线显示触发时间为零。2SAVE/RECALL显示设置和波形的“保存/调出菜单”3Aut 0-CH 1按钮-探头衰减设置成1OX。波形扩大了 10倍4measure顶部第一个按钮周期显示波形的周期读数5FFT测量频谱6触发电平调节采样的起始周期7反相开启或关闭，调节是否反相8DISY LAY调节对比度9measure顶部中间的按钮类型显示峰峰值读数10SINGLE SEQ采集单个波形，然后停止11“触发类型”选项设置为“脉冲”设置脉冲宽度12RUN/STOP截图保存图像表2-2

23、示波器读波形高度测信号幅度信号频率1kHz水平刻度系数500us显示方式矢量输入通道CHI输入耦合方式直流触发极性边沿触发信号发生器输 出信号幅度 （Vp-p）米集方式触发电平垂直 刻度系数Vp-p读数 （格或cm）测得Vp-p相对误差20mV采样4mV5mv420.2mv1%245mV采样4mV50mv5250mv2.04%567mV采样4mVlOOmv5.8576mv1.58%1V采样4mV200mv5998mv0.2%表2-3示波器测量三角波波形参数输入通道B CH1水平刻度系数100us显示方式矢量输入耦合方式直流触发极性边沿触发米集方式采样信号发生器输出信号示波器显示波形参数fVp-

24、p频率平均值峰峰值有效值100Hz1V99.8Hz17.1mV1.02V293mV波形系数kf=uu59.06波峰系数Kp = UpU0.293表2-4示波器测量Q15输出矩形脉冲参数输入通道CH1水平刻度系数20.0uS触发极性边沿触发输入耦合方式直流垂直刻度系数0.40V触发电平253mV示波器显示波形参数峰峰值上升时间下降时间正脉冲宽度负脉冲宽度5.04V586.0nS552.9nS122.0uS122.0uS表2-5集成功放电路电压放大倍数的测量实测实测计算V (mV)iV (mV)oAV1019619.6（最大不失真输入）1936819.37表2-4放大电路幅频特性研究Vi (mV)44f (Hz)1003005001k10k30k50k80k100kVo (V)0. 7070.7680.9520.97610.9920.9840.9440.8640.7920. 707Av16.0717.4521.6422.1822.7322.5522.3621.4519.641816.07