示波器的原理及使用

示波器的原理及使用,示波器是利用示波管內電子束在電場或磁場中的偏轉,顯示隨時間變化(波形）的電壓信號的一種觀測儀器。它不僅可以定性觀察電路(或元件)的動態(tài)過程，而且還可以定量測量各種電學量，如電壓、周期、波形的寬度及上升、下降時間等。用雙蹤示波器還可以測量兩個信號之間的時間差或相位差，顯示兩個相關函數(shù)的圖像。示波器還可以用作其他顯示設備，如晶體管特性曲線、雷達信號等。配上各種傳感器，還可用于各種非電量測量，如壓力、聲光信號、生物體的物理量(心電、腦電、血壓)等。自1931年美國研制出第一臺示波器至今已有70年，它在各個研究領域都取得了廣泛的應用，示波器本身也發(fā)展成為多種類型，如慢掃描示波器、各種頻率范圍的示波器、取樣示波器、記憶示波器等，已成為科學研究、實驗教學、醫(yī)藥衛(wèi)生、電工電子和儀器儀表等各個研究領域和行業(yè)最常用的儀器。,示波器,一、實驗目的,1、了解通用雙通道示波器的結構和工作原理，熟悉示波器面板控制件的作用和使用方法,2、掌握用示波器觀察波形、測量電壓和頻率的方法,3、掌握觀察李薩如圖形的方法，并能測量未知信號的頻率；能用示波器觀察“拍”現(xiàn)象,難點：雙通道示波器的結構和工作原理,重點：示波器面板控制件的作用和使用方法、測量原理,4、測量相位差,二、實驗儀器,通用雙通道示波器（GOS62020MHz）,同軸電纜,函數(shù)信號發(fā)生器(XJ1630型),三、實驗原理,1、示波器基本結構,示波器基本組成框圖,示波器的基本組成,盡管示波器的型號和規(guī)格很多，但都由四個基本組成部分:,示波器的基本組成,示波管（CRT）、電子放大系統(tǒng)、掃描觸發(fā)系統(tǒng)、電源,示波管（CRT）結構簡介,A1：第一陽極,G：控制柵極,K：陰極,F：燈絲,G：對應亮度旋鈕,A2：第二陽極,KGA1A2共同完成聚焦,X：水平偏轉板,Y：豎直偏轉板,熒光屏,電子槍、偏轉系統(tǒng)、熒光屏,電子放大系統(tǒng),豎直放大器、水平放大器,掃描觸發(fā)系統(tǒng),掃描發(fā)生器、觸發(fā)電路,作用：在偏轉板上加足夠的電壓，使電子束獲得明顯偏移；對較弱的被測信號進行放大,掃描發(fā)生器作用：產生一個與時間成正比的電壓作為掃描信號,觸發(fā)電路作用：形成觸發(fā)信號。示波器工作在自動（AUTO)方式時，掃描發(fā)生器始終有掃描信號輸出；當示波器處于AC/DC觸發(fā)方式工作時，掃描發(fā)生器必須有觸發(fā)信號的激勵才能產生掃描信號。一般對應：,內觸發(fā)方式時，觸發(fā)信號由被測信號產生，滿足同步要求,外觸發(fā)方式時，觸發(fā)信號由外部輸入信號產生,電源（略）,2、示波原理,（掃描和同步）,掃描原理,只在豎直偏轉板上加正弦電壓的情形,只在水平偏轉板上加一鋸齒波電壓的情形,示波器顯示正弦波原理圖,X軸方向偏轉,Y軸方向偏轉,正弦波合成,同步（整步）原理,掃描時由于鋸齒波周期性復原，要求光點所畫的軌跡和第一周期的完全重合，再由視覺殘留，觀察到一個穩(wěn)定的波形。,紊亂的波形,Tx=nTy,fy=nfx,觸發(fā)同步電路，它從垂直放大電路中取出部分待測信號，輸入到掃描發(fā)生器，迫使鋸齒波與待測信號同步，此稱為“內同步”.操作時使用“電平”（LEVEL）旋鈕。,3、示波器面板控制件的作用簡介,亮度：軌跡亮度調節(jié),電源開關,電源指示燈,聚焦：軌跡清晰度調節(jié),熒光屏,校準信號,被測信號耦合方式AC：交流輸入,DC：直流輸入,GND：輸入零信號,垂直位移,水平位移,被測信號輸入,ALT：兩個通道交替顯示,通道工作方式選擇,CHOP：兩個通道斷續(xù)顯示,ADD：顯示兩個通道信號幅度的代數(shù)和或差,通道2極性轉換,電壓衰減及掃描速率,VOLTS/DIV：調節(jié)垂直偏轉靈敏度，指示垂直方向每格的偏轉電壓值,VIRIABLE：連續(xù)調節(jié)垂直偏轉靈敏度,TIME/DIV：調節(jié)掃描速率，指示水平方向每格的掃描時間X-Y工作方式：CH1輸入X軸信號,VIRIABLEPLEE5：連續(xù)調節(jié)掃描速率,掃描方式選擇,自動（AUTO)：掃描發(fā)生器自動工作,常態(tài)（NORM),單次（SINGLE),被觸發(fā)或準備指示燈,電平（LEVEL）：調節(jié)被測信號在某一電平觸發(fā)掃描,觸發(fā)方式選擇,選擇觸發(fā)源信號內：CH1CH2外：LINEEXT,觸發(fā)極性選擇：選擇上升或下降沿觸發(fā)掃描,接地,外觸發(fā)輸入,CH1或CH2選擇：“交替”或“斷續(xù)”工作方式時，選擇頻率低的通道觸發(fā)單蹤顯示時，任選其一，觸發(fā)信號均來自于被顯示通道,選擇觸發(fā)信號耦合方式：AC/DCTV,30：CH1輸出31：電源插座32：電源設置33：保險絲座,4、函數(shù)信號發(fā)生器簡介,本實驗所用函數(shù)信號發(fā)生器可以輸出頻率在0.2Hz-2MHz的正弦波、三角波、方波信號。,面板主要控制件的作用：,電源開關,波形選擇,頻率范圍選擇,頻率調節(jié),幅度調節(jié),函數(shù)信號輸出,占空比調節(jié),4、測量前示波器面板控件的位置,注意：測量時對控件進行適當?shù)恼{節(jié),面板主要按鈕,垂直系統(tǒng),水平系統(tǒng),t/DIV：調節(jié)掃描速率，指示水平方向每格的掃描時間,V/DIV：調節(jié)垂直偏轉靈敏度,指示垂直方向每格的偏轉電壓值,觸發(fā)電路,電平（LEVEL）：調節(jié)被測信號在某一電平觸發(fā)描。舊示波器：順時針到底，波形中心電平附近新示波器：中央位置，大約在中間值,X-Y工作方式,X-Y：顯示兩個相關量的函數(shù)圖形。CH1輸入x軸信號，同時設置為X-Y狀態(tài)。,四、實驗內容,1、觀察波形,2、測量正弦信號電壓與周期,3、測繪李薩如圖像,4、觀察“拍”現(xiàn)象,5、測量相位差,1、觀察波形,（1）信號發(fā)生器輸出接CH1。（2）調節(jié)信號發(fā)生器的輸出頻率和電壓及波形。（3）調節(jié)示波器CH1通道偏轉因數(shù)、掃描速率、電平等，使顯示波形穩(wěn)定。,要求：熟練偏轉因數(shù)、掃描速率、電平等按鈕操作,2、測量正弦信號電壓與周期,測量原理,偏轉因數(shù)V/div,時基因數(shù)T/div,電壓：Upp=24=8V,假設：“V/div”檔位置于2V/div,“TIME/div”的檔位在0.5ms/div,周期T=60.5=3mS頻率f=1/T=333HZ,4格,1.6格,T=1.6t/div,UPP=4v/div,將不同信號源信號分別輸入CH1和CH2通道，掃描速率旋鈕置X-Y（逆時針到底）狀態(tài)，調節(jié)信號幅度或改變通道偏轉因數(shù)，使圖形不超出熒光屏視場，調節(jié)CH1和CH2頻率比觀察李薩如圖。,3、測量信號的頻率,觀察李薩如圖形,兩個相互垂直的諧振動合成時，若其頻率fx與fy成簡單的整數(shù)比，合成的軌跡是封閉的穩(wěn)定幾何圖形，稱為李薩如圖。,測量信號頻率,測量原理,調出=1:1、1:2、2:3、3:4的李薩如圖形，在下表中描下李薩如圖形并記下相應CH2通道信號的頻率fy,4、觀察“拍”現(xiàn)象,兩個同方向的諧振動合成時，若其頻率f1與f2的差值遠小于f1、f2，合成振動的振幅隨時間緩慢的呈周期性變化，這種現(xiàn)象稱為“拍”,“拍”頻：,垂直方式選ADD，通道2極性選NORM，掃描速率調到合適值，調可調標準信號源信號頻率，使屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的“拍”波形，觀察“拍”現(xiàn)象。,5.利用雙蹤示波器測量相位差,方法一：將一個待測信號輸入示波器的CH1軸，另一個待測信號輸入示波器的CH2軸，則兩個待測信號間相位差就轉化為CH1與CH2間相位差,方法二：將一個待測信號輸入示波器X偏轉板，另一個待測信號輸入示波器的YCH2軸，則兩個待測信號間相位差就轉化為X軸與YCH2軸間相位差,RC電路,信號發(fā)生器,CH1,CH2,五、思考題,1、如果打開示波器電源后，看不到掃描線也看不到光點，可有那些原因？,2、當Y軸輸入端有信號，但屏上只有一條水平線