實驗示波器的調(diào)節(jié)與使用

1、實驗二、示波器的調(diào)整與使用【實驗?zāi)康摹浚?）了解示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理。（2）熟悉示波器各旋鈕功能。（3）掌握示波器的基本調(diào)整方法。（4）掌握用示波器觀測信號的波形，學(xué)會用示波器測量電壓、周期和頻率?！臼静ㄆ鞯脑怼浚ㄗ⒁?有下劃線的）示波器顯示隨時間變化的電壓，將它加在電極板上，極板間形成相應(yīng)的變化電場，使進入這個變化電場的電子運動情況隨時間作相應(yīng)地變化，從而通過電子在熒光屏上運動的軌跡反映出隨時間變化的電壓。1. 示波器的結(jié)構(gòu)示波器由示波管、衰減放大輸入系統(tǒng)、掃描信號發(fā)生器、觸發(fā)同步系統(tǒng)和電源供給系統(tǒng)五個基本部分組成。 示波管的結(jié)構(gòu)圖3.9.1 F燈絲；K陰極；G控制柵極；A1第一陽極；A

2、2第二陽極；Y豎直偏轉(zhuǎn)板；X水平偏轉(zhuǎn)板（1）示波管。示波管主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三個部分組成。示波管是一個全密封度真空的玻璃殼管，其結(jié)構(gòu)如圖3.9.1所示。（要作圖） 電子槍。電子槍由燈絲F、陰極K、柵極G、第一陽極A1和第二陽極A2組成。陰極K是一個表面涂有氧化物的金屬圓筒，被點燃燈絲F加熱后向外發(fā)射電子，產(chǎn)生電子流。柵極G是一個頂端有一小孔的金屬圓筒，套在陰極外面，它的電位比陰極低，對陰極射來的電子起控制作用，只有速度較大的電子才能穿過柵極小孔。因此，通過調(diào)節(jié)柵極電位，可以改變通過柵極的電子數(shù)目，即控制電子到達熒光屏上的數(shù)目，而打在熒光屏的電子數(shù)目越多，則熒光屏上的光跡越亮。示波器

3、面板上的“輝度”調(diào)節(jié)旋鈕就是起這作用的。陽極A1與A2由開有小孔的圓筒組成。陽極電位比陰極電位高得多，電子流通過該區(qū)域可獲得很高的速度，同時陽極區(qū)的不均勻電場還能將由柵極過來散開的電子流聚焦成一窄細的電子束，因此改變陽極電壓可以調(diào)節(jié)電子束的聚焦程度。示波器面板上的“聚焦”旋鈕起這一作用。 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對相互垂直的可加電壓的金屬平板組成，即X偏轉(zhuǎn)板和Y偏轉(zhuǎn)板。在兩對偏轉(zhuǎn)板上加上電壓，當(dāng)電子束通過偏轉(zhuǎn)板時，在電場力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即改變光點在熒光屏上的位置。設(shè)計時保證了熒光屏上X方向和Y方向光點的位移正比于兩對偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓。垂直偏轉(zhuǎn)板電路有兩條支路：一條用于輸入機外電壓信號，加在

4、Y偏轉(zhuǎn)板上；另一條用于校準(zhǔn)儀器或觀察機內(nèi)方波信號，機內(nèi)方波信號直接輸入“Y放大器”，經(jīng)放大后加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上。水平偏轉(zhuǎn)板的電路同樣有兩條支路：一條用于輸入外界電壓信號或同步信號，加在X偏轉(zhuǎn)板上；另一條用來將機內(nèi)掃描信號經(jīng)放大后加在X偏轉(zhuǎn)板上。 熒光屏。熒光屏位于陰極射線管前端的玻璃屏內(nèi)表面，涂有發(fā)光物質(zhì)。當(dāng)高速運動的電子打在上面，其動能被發(fā)光物質(zhì)吸收而發(fā)光，在電子轟擊停止后，發(fā)光仍維持一段時間，稱為余輝。發(fā)光物質(zhì)不僅能將電子的動能轉(zhuǎn)換成光能，同時還能轉(zhuǎn)換成熱能。因此在操作時要注意不要使光點長時間停留在一處。2 / 7（2）衰減器和放大器。它包括X軸、Y軸放大器和X軸、Y軸衰減器。一般示波管的偏轉(zhuǎn)

5、板偏轉(zhuǎn)靈敏度不高，為便于觀察較小的信號就需要將輸入的信號加以放大，再加到偏轉(zhuǎn)板上；但當(dāng)輸入信號電壓過大時，放大器會過荷失真，因此需在輸入放大器前將信號加以衰減。為此而設(shè)置了放大器、衰減器。對應(yīng)偏轉(zhuǎn)因數(shù)的調(diào)節(jié)旋鈕就起這一作用。掃描鋸齒波電壓圖3.9.2 （3）掃描信號發(fā)生器。它是把個隨時間變化的電壓信號VyV(t)加在示波器Y偏轉(zhuǎn)板上，只能從熒光屏上觀察到光點在垂直方向的運動。如果信號變化較快，熒光屏上光點有一定余輝，便能看到一條垂直的亮線，要想看到波形，則在水平偏轉(zhuǎn)板上必須加上一個與時間成正比的電壓信號，即Vxkt（k為常數(shù)），使光點在垂直方向運動的同時沿水平方向勻速移動，將垂直方向的運動沿水

6、平方向“展開”，從而在熒光屏上顯示出電壓隨時間變化的波形。實際上加在水平偏轉(zhuǎn)板上的信號是“鋸齒波”，如圖3.9.2所示，其特點是在一周期內(nèi)電壓與時間成正比，到達最大值后又突然變?yōu)榱?，然后進入下一個周期。由于水平偏轉(zhuǎn)板上鋸齒波的作用，使電子束在水平方向呈周期性地由左至右的運動（回掃時間極短可以忽略），所以把該信號稱為“掃描”信號。（4）同步觸發(fā)系統(tǒng)。待測信號VyVy(t)和掃描信號Vxkt實際上是兩個獨立的電壓信號，若要形成穩(wěn)定的波形，則待測信號Vy的周期Ty與掃描鋸齒波Vx的周期Tx之間必須滿足：TxnTy （n1，2，3）假設(shè)待測信號輸入的是正弦波VyV0sin(wt)加在Y偏轉(zhuǎn)板上，掃描信

7、號鋸齒波Vxkt加在X偏轉(zhuǎn)板上，鋸齒波的周期Tx與正弦波的周期Ty相同，如圖3.9.4所示，顯示的是二者的合成圖。如果Vy為1點，而在同一時刻Vx也在1點，則屏上相應(yīng)的光點位置為1；下一瞬間，Vy為2點時，Vx在2點，屏上相應(yīng)的光點位置為2。以此類推，當(dāng)Vy變化一個完整的周期時，熒光屏上的光點將正好描繪出與Vy隨時間的變化規(guī)律完全相同的波形。若周期滿足TxnTy（n1，2，3）整數(shù)倍的情況，熒光屏上將出現(xiàn)一個、兩個、三個完整的正弦波形。tVxVy（b）（c）（a） 示波器顯示波形合成原理圖圖3.9.3 若鋸齒波的周期Tx與正弦波的周期Ty稍有不同，會出現(xiàn)什么波形呢？利用圖3.9.4來說明。，在

8、掃描的第一周期，屏上只顯03點間的波形；第二個周期顯示36點間的波形；第三個周期以此類推。其結(jié)果屏上波形均不重合，就好像波形向右移動一樣；同理，若Tx略大于Ty，波形好像向左移，這種現(xiàn)象稱為不同步。造成原因是因為Tx、Ty不滿足整數(shù)倍條件，使得每次掃描開始時起點不同。掃描不同步圖3.9.4 如何才能始終保持二者的周期成整數(shù)倍，從而使波形保持穩(wěn)定呢？常用“同步”的辦法或用“觸發(fā)掃描”的方法。“同步”的作法是將Y軸輸入的信號接到鋸齒波發(fā)生器中，強迫Tx跟著Ty變化，以保證TxnTy條件得到滿足，使波形穩(wěn)定；或者用機外接入某一頻率穩(wěn)定的信號，作為同步用的信號源，使波形穩(wěn)定。面板上的“同步增幅”、“同

9、步水平”等旋鈕即為此而設(shè)。需要注意的是，同步信號幅度的大小要適當(dāng)。太小不起作用，太大會使波形嚴(yán)重失真。相位差頻率比121323李薩如圖形圖3.9.5 “觸發(fā)掃描”是由于對窄脈沖信號難以看清脈沖信號的前后沿，而必須采取掃描方式。其基本原理是使掃描電路僅在被測信號觸發(fā)下才開始掃描，過段時間自動恢復(fù)始態(tài)，完成一次掃描。這樣每次掃描的起點始終由觸發(fā)信號控制，每次屏上顯示的波形都重合，圖像必然穩(wěn)定。實際上，示波器中并非直接用被測信號觸發(fā)掃描，而是從Y軸放大器的被測信號取出部分，使其變成與波形觸發(fā)點相關(guān)的尖脈沖，去觸發(fā)閘門電路，進而啟動掃描電路輸出鋸齒波。由于脈沖“很窄”，所以它準(zhǔn)確地反映了觸發(fā)點的位置，

10、從而保證了掃描與被測信號總是“同步”，屏上即會顯示穩(wěn)定圖像。2. 李薩如圖形把兩個正弦信號分別加到垂直偏轉(zhuǎn)板與水平偏轉(zhuǎn)板上，則光點的運動軌跡是兩個互相垂直的簡諧振動的合成。當(dāng)兩個正弦信號頻率之比為簡單整數(shù)倍時，其合成的圖形是一個穩(wěn)定的閉合曲線，稱該閉合曲線為李薩如圖，如圖3.9.5所示。令fy和fx分別代表垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板的正弦信號的頻率，當(dāng)熒光屏上顯示出穩(wěn)定的李薩如圖形時，在水平和垂直方向分別作二直線與圖形相切或相交，數(shù)出此二直線與圖形的切點數(shù)或交點數(shù)，則 （3.9.1）利用這一關(guān)系可以測量正弦信號頻率。例如，輸入的兩個正弦信號中一個為已知頻率的信號，則把兩個正弦信號分別輸入到垂直偏轉(zhuǎn)

11、板與水平偏轉(zhuǎn)板上，調(diào)出穩(wěn)定的李薩如圖形，從上式中就可求出待測正弦信號的頻率?！緦嶒瀮?nèi)容】（自己帶上刻度尺和鉛筆到實驗室后再畫表格）1、示波器的基本調(diào)節(jié)2、調(diào)節(jié)、觀察、測量CH1通道信號的電壓、周期T和頻率fx記錄表格電壓的峰峰值（v）CH1周期T和頻率fxVOLTS/DIVDIV電壓USEC/DIVDIV周期T頻率fx3、觀察李莎茹圖，測量待測信號的頻率(CH1當(dāng)做已知信號源)頻率比fx:fy觀察到的圖形CH2信號源的頻率fynx:ny1:1 2:31:2【實驗操作步驟】1、將示波器的輝度調(diào)節(jié)旋鈕、聚焦調(diào)節(jié)旋鈕、水平位移旋鈕和兩路通道的垂直位移旋鈕調(diào)至居中位置，同時將信號源CH1和CH2按鈕按

12、下，將兩通道接地按鈕按下，掃描方式選擇自動掃描，SEC/DIV調(diào)至1ms，按下電源開關(guān)；2、待熒光屏上有兩條細線時，調(diào)節(jié)水平位移和垂直位移旋鈕使細線處于熒光屏正中央，然后調(diào)節(jié)輝度旋鈕使細線亮度適中，調(diào)節(jié)聚焦調(diào)節(jié)旋鈕使細線達到最佳狀態(tài)；3、將信號源的兩個輸出分別接到CH1和CH2，兩路通道都將接地按鈕彈起，并將AC/DC按鈕開關(guān)置于AC；4、測量CH1波形的周期和頻率 1）Y方式選在CH1檔位，觸發(fā)源選在CH1處，調(diào)整CH1通道的垂直位移旋鈕和CH1通道的VOLTS/DIV檔位開關(guān)，是圖形在Y上獲得較好的顯示。調(diào)節(jié)水平位移旋鈕和SEC/DIV檔位開關(guān)，是圖形在X上獲得較好的顯示，用SEC/DIV

13、調(diào)節(jié)出較好的波形； 2）調(diào)節(jié)CH1通道的垂直位移旋鈕將圖像的波谷對齊最下面一條有刻度的線，調(diào)節(jié)水平位移旋鈕將圖像最中間的一個波峰處于中間有刻度的那條線； 3）讀出并記錄波形在豎直方向上所占的大格數(shù)a，和VOLTS/DIV的讀數(shù)v。讀出并記錄波形水平方向上一個周期所占的大格數(shù)b，和SEC/DIV的讀數(shù)t。則電壓值為av，周期為bt，頻率為1/bt。5、觀察李莎茹圖形，測量待測信號的頻率1）調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器頻率1/bt，根據(jù)CH1測量的電壓，調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器調(diào)幅旋鈕，調(diào)節(jié)CH2輸出電壓值與CH1測量值相同，并選擇示波器CH2觀察；2）CH1和CH2電壓選擇旋鈕調(diào)至一致，然后將SEC/DIV旋鈕逆時針調(diào)節(jié)到XY，調(diào)節(jié)CH2的頻率，使fx:fy分別為1：1，2：3，1：2，并微調(diào)函數(shù)發(fā)生器頻率調(diào)節(jié)微調(diào)按鈕使圖形穩(wěn)定，觀察并記錄李薩如圖像；3）根據(jù)畫好的李薩如圖像找到圖像與x軸和y軸的切點的個數(shù)。利用 計算第二路信號（CH2）的頻率。6、整理儀器，處理實驗報告。注意事項（1） 雙蹤示波器是一種較為復(fù)雜的電子