物理示波器實驗報告

PAGEPAGE1實驗原理1、雙蹤示波器的原理：雙蹤示波器控制電路主要包括：電子開關(guān)、垂直放大電路、水平放大電路、掃描發(fā)生器、同步電路、電源等。YYCH1YCH2圖1.雙蹤示波器原理方框圖其中，電子開關(guān)使兩個待測電壓信號YCH1和YCH2周期性地輪流作用在Y偏轉(zhuǎn)板，這樣在熒光屏上忽而顯示YCH1信號波形，忽而顯示YCH2信號波形。由于熒光屏熒光物質(zhì)的余輝及人眼視覺滯留效應(yīng)，熒光屏上看到的是兩個波形。如果正弦波與鋸齒波電壓的周期稍不同，屏上出現(xiàn)的是一移動的不穩(wěn)定圖形，這是因為掃描信號的周期與被測信號的周期不一致或不呈整數(shù)倍，以致每次掃描開始時波形曲線上的起點(diǎn)均不一樣所造成的。為了獲得一定數(shù)量的完整周期波形，示波器上設(shè)有“time/div”調(diào)節(jié)旋鈕，用來調(diào)節(jié)鋸齒波電壓的周期，使之與被測信號的周期呈合適的關(guān)系，從而顯示出完整周期的正弦波形。當(dāng)掃描信號的周期與被測信號的周期一致或是整數(shù)倍，屏上一般會顯示出完整周期的正弦波形，但由于環(huán)境或其他因素的影響，波形會移動，為此示波器內(nèi)裝有掃描同步電路，同步電路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(nèi)同步”。如果同步電路信號從儀器外部輸入，則稱為“外同步”。操作時，使用“電平（LEVEL）”旋鈕，改變觸發(fā)電平高度，當(dāng)待測電壓達(dá)到觸發(fā)電平時，掃描發(fā)生器開始掃描，直到一個掃描周期結(jié)束。但如果觸發(fā)電位高度超出所顯示波形最高點(diǎn)或最低點(diǎn)的范圍，則掃描電壓消失，掃描停止。2．示波器顯示波形原理：如果在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波，在示波器的X偏轉(zhuǎn)板加上示波器內(nèi)部的鋸齒波，當(dāng)鋸齒波電壓的變化周期與正弦電壓的變化周期相等時，則在熒光屏上將顯示出完整周期的正弦波形，如圖2所示。如果在示波器的YCH1、YCH2端口同時加上正弦波，在示波器的X偏轉(zhuǎn)板加上示波器內(nèi)部的鋸齒波，則在熒光屏上將得到兩個正弦波。圖2.示波器顯示正弦波形的原理3、數(shù)字存儲示波器的基本原理數(shù)字存儲示波器的基本原理框圖如圖3所示：圖3.數(shù)字存儲示波器的基本原理框圖數(shù)字示波器是按照采樣原理，利用A/D變換，將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變成離散的數(shù)字序列，然后進(jìn)行恢復(fù)重建波形，從而達(dá)到測量波形的目的。輸入緩沖器放大器（AMP)將輸入的信號作緩沖變換，起到將被測體與示波器隔離的作用，示波器工作狀態(tài)的變換不會影響輸入信號，同時將信號的幅值切換至適當(dāng)?shù)碾娖椒秶ㄊ静ㄆ骺梢蕴幚淼姆秶?，也就是說不同幅值的信號在通過輸入緩沖放大器后都會轉(zhuǎn)變成相同電壓范圍內(nèi)的信號。A/D單元的作用是將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字序列，然后按照數(shù)字序列的先后順序重建波形。所以A/D單元起到一個采樣的作用，它在采樣時鐘的作用下,將采樣脈沖到來時刻的信號幅值的大小轉(zhuǎn)化為數(shù)字表示的數(shù)值。這個點(diǎn)我們稱為采樣點(diǎn)。A/D轉(zhuǎn)換器是波形采集的關(guān)鍵部件。多路選通器（DEMUX）將數(shù)據(jù)按照順序排列，即將A/D變換的數(shù)據(jù)按照其在模擬波形上的先后順序存入存儲器，也就是給數(shù)據(jù)安排地址，其地址的順序就是采樣點(diǎn)在波形上的順序，采樣點(diǎn)相鄰數(shù)據(jù)之間的時間間隔就是采樣間隔。數(shù)據(jù)采集存儲器（AcquisitionMemory)是將采樣點(diǎn)存儲下來的存儲單元，他將采樣數(shù)據(jù)按照安排好的地址存儲下來，當(dāng)采集存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)足夠復(fù)原波形的時候，再送入后級處理，用于復(fù)原波形并顯示。處理器（μP）及顯示內(nèi)存（DisplayMemory)。處理器用于控制和處理所有的控制信息,并把采樣點(diǎn)復(fù)原為波形點(diǎn)，存入顯示內(nèi)存區(qū)，并用于顯示。顯示單元（Display)將顯示內(nèi)存中的波形點(diǎn)顯示出來，顯示內(nèi)存中的數(shù)據(jù)與LCD顯示面板上的點(diǎn)是一一對應(yīng)的關(guān)系。4、李薩如圖形的基本原理如果在示波器的CH1通道加上一正弦波，在示波器的CH2通道加上另一正弦波，則當(dāng)兩正弦波信號的頻率比值為簡單整數(shù)比時，在熒光屏上將得到李薩如圖形如下圖所示。這些李薩如圖形是兩個相互垂直的簡諧振動合成的結(jié)果，它們滿足其中，fx代表CH1通道上正弦波信號的頻率，fy代表CH2通道上正弦波信號的頻率，nx代表李薩如圖形與假想水平線的切點(diǎn)數(shù)目，ny代表李薩如圖形與假想垂直線的切點(diǎn)數(shù)目。實驗內(nèi)容1、觀察各種波形并測量正弦波形的電壓、周期和頻率。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，分別觀察三角波、方波、正弦波形三種，熟悉信號發(fā)生器和示波器的使用。選擇三個頻率段正弦波形，分別測量對應(yīng)波形電壓（峰-峰值）、周期和頻率。將數(shù)據(jù)填入表格，并計算絕對誤差。（注：標(biāo)準(zhǔn)值即信號發(fā)生器顯示的值）2、利用李薩如圖形測頻率將兩信號發(fā)生器分別從示波器的CH1輸入端和CH2輸入端輸入,將CH1和CH2輸入端信號置于XY模式，可保持CH1輸入端信號發(fā)生器的頻率不變（例如f1=100Hz）,調(diào)節(jié)CH2輸入端信號發(fā)生器的頻率,使屏中出現(xiàn)大小適中的圖形，即出現(xiàn)如講義中所示的李莎如圖形,記錄示波器測得CH2輸入端信號的頻率（測量值）,比較計算值和測量值。數(shù)據(jù)處理1、觀察各種波形并測量正弦波形的電壓、頻率和周期，計算絕對誤差。（注：標(biāo)準(zhǔn)值即信號發(fā)生器顯示的值）絕對誤差測量值標(biāo)準(zhǔn)值測量值標(biāo)準(zhǔn)值測量值標(biāo)準(zhǔn)值信號1信號2信號32、利用李薩如圖形測頻率記錄示波器測得（CH2）輸入端信號的頻率（測量值）,比較計算值和測量值。1：11：33：4李薩如圖形113134（CH1）(Hz)100100100(Hz)計算值測量值數(shù)據(jù)處理1.駐波法（共振干涉法）數(shù)據(jù)表1＝KHz項目S2坐標(biāo)（mm）X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10逐差（5X）X6－X1X7－X2X8－X3X9－X4X10－X55X（X）的平均值①.根據(jù)逐差法處理數(shù)據(jù)，先算出5的平均值，再算出其標(biāo)準(zhǔn)偏差，再按式，求出，其中為考慮儀器誤差?。?.02mm；②由求出，再由推導(dǎo)出的表達(dá)式，最后給出的表達(dá)式（）。③將實驗值與理論值