示波器的原理及使用

1、5/5示波器的原理和應(yīng)用【教學(xué)目的】1 了解示波器的主要組成部分,掃描和整步的作用原理，加深對振動合成的理解。 熟練使用示波器觀察信號特征（正弦波、三角波、方波),利用李薩如圖形測量信號頻率。【教學(xué)重點】了解示波器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及使用方法?！窘虒W(xué)難點】熟練掌握示波器各主要旋鈕的作用和用法。能使用示波器觀察信號特征(正弦波、三角波、方波)，且會利用李薩如圖形測量信號頻率?！菊n程講授】提問:1. 示波器的工作原理以及主要組成部分是什么？其主要用途有哪些？2。如何使用示波器觀察各種信號特征以及測量信號頻率?一、實驗原理示波器動態(tài)顯示隨時間變化的電壓信號思路是將電壓加在電極板上，極板間形成相應(yīng)的

2、變化電場，使進入這變化電場的電子運動情況相應(yīng)地隨時間變化,最后把電子運動的軌跡用熒光屏顯示出來。示波器主要由示波管（見圖1）和復(fù)雜的電子線路構(gòu)成.示波器的基本結(jié)構(gòu)見圖。圖1 示波管示意圖圖2 示波器的基本結(jié)構(gòu)簡圖1.偏轉(zhuǎn)電場控制電子束在視屏上的軌跡 偏轉(zhuǎn)電壓與偏轉(zhuǎn)位移Y(或X）成正比關(guān)系。如圖所示：。 圖3偏轉(zhuǎn)電壓U與偏轉(zhuǎn)位移如果只在豎直偏轉(zhuǎn)板（Y軸）上加一正弦電壓，則電子只在豎直方向隨電壓變化而往復(fù)運動,見圖4.要能夠顯示波形，必須在水平偏轉(zhuǎn)板（X軸）上加一掃描電壓,見圖5。 圖 信號隨時間變化的規(guī)律 （加在偏轉(zhuǎn)板） 圖5鋸齒波電壓（加在X偏轉(zhuǎn)板）示波器顯示波形實質(zhì)：見圖6,沿Y軸方向的簡諧

3、運動與沿X軸方向的勻速運動合成的一種合運動.顯示穩(wěn)定波形的條件：掃描電壓周期應(yīng)為被測信號周期的整數(shù)倍,即Tx=ny ( =1,2，)(見圖）2同步掃描（其目的是保證掃描周期是信號周期的整數(shù)倍）若沒有“掃描(橫向的掃描電壓),被測信號隨時間規(guī)律變化規(guī)律就顯示不出來；如果沒有“整步，就得不到穩(wěn)定的波形圖像.為了達到“整步目的，示波器采用三種方式:“內(nèi)整步”:將待測信號一部分加到掃描 圖6示波器顯示波形原理圖（Tx=Ty) 圖7 x=2T時合成的圖形發(fā)生器，當(dāng)待測信號頻率y有微小變化,它將迫使掃描頻率fx追蹤其變化，保證波形的完整穩(wěn)定;“外整步”:從外部電路中取出信號加到掃描發(fā)生器，迫使掃描頻率x變

4、化，保證波形的完整穩(wěn)定；“電源整步:整步信號從電源變壓器獲得。一般在觀察信號時,都采用“內(nèi)整步”（或稱為“內(nèi)觸發(fā)”).注：若為同步顯示的波形出現(xiàn)走動狀態(tài)，此時應(yīng)調(diào)節(jié)：掃描步長，整步方式（一定打在“內(nèi)”）,“電平”位置。3.利薩如圖形利薩如圖形形成實質(zhì)：沿Y軸方向的簡諧運動與沿X軸方向的簡諧振動合成的一種合運動.利用利薩如圖形測定未知信號的頻率公式： 式中的、分別為利薩如圖形于X、Y軸的切點數(shù)。4。測正弦波的峰峰值Vp、周期T用示波器觀察正弦波波形,若該信號輸入通道的標度因子為V0,單位為伏厘米（V/），被測正弦波的正、負峰之間的距離在熒光屏上所占的高度為H厘米，則若正弦波此時的時間掃描軸的單位

5、是tcm，一個周期的正弦波形在熒光屏上橫軸所占長度為cm，則二、實驗儀器 雙蹤示波器、函數(shù)信號發(fā)生器 三、實驗步驟1。將信號源的100Hz的正弦波輸出與示波器的C1通道相連，將示波器的輸入信號耦合置“A”，按下“C1”鍵,適當(dāng)調(diào)整通道的靈敏度和掃描頻率，如果波形不穩(wěn)定，適當(dāng)調(diào)節(jié)電平，直到出現(xiàn)穩(wěn)定的正弦波形,并記錄該波形。2.按上面的方法分別觀察記錄頻率為1Kz的方波和三角波。將“CH1”和“CH2”同時按下，并選擇“-Y”方式，將信號源選擇正弦波輸出，接CH1通道，改變其頻率，觀察教材上給出的6個李薩如圖形，記錄下來,計算各個圖形下信號源正弦波的頻率,已知C2通道正弦信號頻率為50Hz四、數(shù)據(jù)

6、記錄和數(shù)據(jù)處理1）觀察記錄波形：正弦波、三角波、方波。畫在實驗手冊上;2)用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一正弦波用示波器觀察并記錄,計算信號的峰峰值VP-P、頻率f、周期T；）觀察教材給出的個李薩如圖形,記錄在實驗手冊上，根據(jù)分別計算每一個信號的頻率李薩如圖形(Hz)（Hz）五、思考題示波器的主要組成部分是什么？示波管的主要組成部分是什么？示波器的主要用途有哪些？為什么示波器的掃描信號必須是鋸齒波？提示：以正弦波信號的觀察為例來討論，設(shè)正弦波（1)，掃描信號為(2）,示波器上顯示的圖形為電子的運動軌跡,應(yīng)該為一正弦波，振幅為A，其數(shù)學(xué)表達式為（3),比較(1)式和（3)式得：,顯然,掃描信號在一個周期內(nèi)

7、的變化是線性的,信號呈鋸齒狀。若示波器一切正常，但開機后看不見光跡和光點，可能的原因有那些？提示：可能的原因有:輝度不夠;上下調(diào)節(jié)不到位;左右調(diào)節(jié)不到位。若想觀察一待測電信號,你能夠描述應(yīng)該如何調(diào)節(jié)雙蹤示波器嗎？若想觀察李薩如圖形又該如何調(diào)節(jié)？提示：待測電信號接“輸入”，“掃描旋鈕選擇掃描方式,按下“CH1”按鈕，“觸發(fā)選擇內(nèi)觸發(fā)； 觀察李薩如圖形時，兩個正弦信號分別接“X輸入”和“Y輸入”，“掃描旋鈕”選擇“-”方式.若發(fā)現(xiàn)示波器上的圖形向右運動，掃描信號的頻率與待測電信號的頻率有什么關(guān)系？提示：掃描信號的頻率大于待測電信號的頻率.峰峰值的正弦波，它的有效值是多少？提示：有效值。假定在示波器的輸入端輸入一個正弦電壓,所用水平掃描頻率為12H，在屏上出現(xiàn)了三個完整的正弦波周期，那么輸入電壓的頻率為多少?提示：屏上出現(xiàn)完整的正弦波的個數(shù)與水平掃描信號頻率和輸入電壓的頻率的比值相關(guān).波形個數(shù)：。如何使用示波器測量兩