大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)示波器的原理與使用

實(shí)驗(yàn)11示波器的原理與使用

示波器是一種常用的電子測(cè)量?jī)x器，它能把眼睛看不見的電信號(hào)變換成看得見的圖像顯示在屏幕上，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程，所以示波器被譽(yù)為“電子工程師的眼睛”。

通過(guò)示波器可以觀察電壓隨時(shí)間變化的波形，并能測(cè)量電壓、周期、頻率、相位差等電學(xué)量的數(shù)值。因此示波器在科研、教學(xué)及應(yīng)用技術(shù)等很多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。引言引言在家電維修上的應(yīng)用引言在醫(yī)療上的應(yīng)用

在軍事、氣象、交通上的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理；2.學(xué)習(xí)使用示波器觀察各種信號(hào)波形，并會(huì)測(cè)量電壓、周期和頻率等電學(xué)量的數(shù)值；3.掌握觀察李薩如圖形，測(cè)量未知正弦信號(hào)的頻率。二、實(shí)驗(yàn)原理1.示波器的基本結(jié)構(gòu):（1）示波管（CRT）（2）放大與衰減系統(tǒng)（3）掃描同步系統(tǒng)（4）電源系統(tǒng)四個(gè)部分二、實(shí)驗(yàn)原理（1）示波管（CRT）UYA1：第一陽(yáng)極G：控制柵極K：陰極F：燈絲G：對(duì)應(yīng)亮度旋鈕A2：第二陽(yáng)極

GA1

A2共同完成聚焦X：水平偏轉(zhuǎn)板Y：豎直偏轉(zhuǎn)板熒光屏二、實(shí)驗(yàn)原理

（2）放大和衰減系統(tǒng)

為了適應(yīng)被測(cè)信號(hào)幅值的范圍（從最小幅值到最大幅值），對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大，對(duì)大信號(hào)進(jìn)行衰減，用于對(duì)不同大小的輸入信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s放，使其幅度適合于觀測(cè)。二、實(shí)驗(yàn)原理

（3）掃描系統(tǒng)

掃描系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生鋸齒波掃描電壓(如右圖所示)，即在水平偏轉(zhuǎn)板上加上掃描電壓，使電子束在這個(gè)電壓的作用下勻速地在熒光屏上周期性地自左向右運(yùn)動(dòng)，這一過(guò)程稱為掃描。。Uxt二、實(shí)驗(yàn)原理Uxt二、實(shí)驗(yàn)原理

1.示波器的基本結(jié)構(gòu)

(4)電源二、實(shí)驗(yàn)原理

2.示波器顯示波形的原理

如果只在水平偏轉(zhuǎn)板X上加上掃描電壓，而豎直偏轉(zhuǎn)板Y上不加電壓，電子束在水平方向上來(lái)回運(yùn)動(dòng)而形成一條水平亮線，如果只在豎直偏轉(zhuǎn)板Y上加上交變電壓，而X偏轉(zhuǎn)板上不加偏壓，電子束在豎直方向上動(dòng)而形成一條亮線。二、實(shí)驗(yàn)原理

如果在Y軸偏轉(zhuǎn)板和X軸偏轉(zhuǎn)板上同時(shí)分別加上正弦電壓和掃描電壓，電子束同時(shí)受豎直和水平兩個(gè)方向電場(chǎng)力的作用，電子的運(yùn)動(dòng)是兩互相垂直運(yùn)動(dòng)的合成。當(dāng)掃描電壓與正弦電壓變化周期相等時(shí)，在熒光屏上能顯示完整周期的正弦波電壓的波形圖二、實(shí)驗(yàn)原理

為了獲得穩(wěn)定波形，X軸上的掃描周期TX和Y軸上被測(cè)信號(hào)周期TY之間應(yīng)滿足TX=nTY（n是整數(shù)）二、實(shí)驗(yàn)原理

3.同步掃描

為了獲得穩(wěn)定波形(單一波形)，X軸上的掃描周期TX和Y軸上被測(cè)信號(hào)周期TY之間應(yīng)滿足TX=nTY（n是整數(shù)）

每次掃描在Y軸上應(yīng)有相同的起點(diǎn)。

在示波器上設(shè)有掃描范圍和掃描微調(diào)以及整步調(diào)節(jié)，用來(lái)調(diào)節(jié)TX，使之滿足TX=nTY二、實(shí)驗(yàn)原理

3.同步掃描TX=nTY二、實(shí)驗(yàn)原理

在觸發(fā)掃描中，鋸齒波的起點(diǎn)由被測(cè)信號(hào)的某一斜率和電平點(diǎn)觸發(fā)產(chǎn)生，一個(gè)鋸齒波顯示一屏，一個(gè)鋸齒波結(jié)束后，等候待測(cè)信號(hào)UY相同的斜率和電平點(diǎn)再次觸發(fā)產(chǎn)生下一個(gè)鋸齒波。由于每屏波形起點(diǎn)對(duì)應(yīng)待測(cè)信號(hào)UY相同的斜率和電平（每屏有相同的起點(diǎn)），所以波形自然穩(wěn)定(各屏重迭)。二、實(shí)驗(yàn)原理

4.利用李薩如圖測(cè)正弦電壓的頻率基本原理

如果給示波器的X軸和Y軸都輸入正弦電壓，當(dāng)這兩個(gè)正弦電壓的頻率相等或成簡(jiǎn)單的整數(shù)比時(shí)，則屏上將呈現(xiàn)特殊形狀的圖形，這種圖形稱為李薩如（法國(guó)數(shù)學(xué)家）圖形。二、實(shí)驗(yàn)原理1：11：21：32：3二、實(shí)驗(yàn)原理

4.利用李薩如圖測(cè)正弦電壓的頻率基本原理

三、實(shí)驗(yàn)儀器1.函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

(SDG805)

2.雙通道示波器（DOS-620）三、實(shí)驗(yàn)儀器示波器面板控制件的作用簡(jiǎn)介鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心水平控制區(qū)顯示區(qū)豎直控制區(qū)觸發(fā)區(qū)亮度：軌跡亮度調(diào)節(jié)電源開關(guān)電源指示燈聚焦：軌跡清晰度調(diào)節(jié)熒光屏校準(zhǔn)信號(hào)（方波）（1）顯示區(qū)（2）水平控制區(qū)水平位移×10MAG：掃描速率擴(kuò)展10倍TIME/DIV：調(diào)節(jié)掃描速率，指示水平方向每格的掃描時(shí)間SWP.VAR：掃描速率連續(xù)調(diào)節(jié)（3）豎直控制區(qū)微調(diào)旋鈕，校正位置CALVOLTS/DIV：偏轉(zhuǎn)因數(shù)，指示垂直方向每格的偏轉(zhuǎn)電壓值CH1或CH2：1或2單獨(dú)顯示CH1：被測(cè)信號(hào)輸入端口CH1垂直位移選擇觸發(fā)信號(hào)耦合方式：AC/DCGNDADD：顯示兩個(gè)通道信號(hào)幅度的代數(shù)和或差（4）觸發(fā)區(qū)電平（LEVEL）：調(diào)節(jié)被測(cè)信號(hào)在某一電平觸發(fā)掃描，穩(wěn)定信號(hào)

觸發(fā)旋鈕，掃面信號(hào)與被測(cè)信號(hào)同步

4.函數(shù)信號(hào)發(fā)生器簡(jiǎn)介輸出頻率在1μHz-10MHz的正弦波、三角波、方波、脈沖波、噪聲、任意波信號(hào)。面板主要控制件的作用：電源開關(guān)彩色液晶顯示屏返回波形選擇觸發(fā)控制：手動(dòng)觸發(fā)通道控制，波形輸出數(shù)字鍵，輸入?yún)?shù)參數(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)旋鈕參數(shù)數(shù)值位數(shù)切換輔助功能鍵菜單軟鍵，改變波的周期/頻率、峰值/高電平、偏移量/低電平、起始相位、占空比四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

1.示波器的預(yù)置

將各個(gè)旋鈕、按鈕、切換開關(guān)等調(diào)節(jié)到預(yù)置位置．（1）旋鈕預(yù)置【POSITION】

居中

【SWP.VAR】置于CAL【TIME/DIV】0.2ms【LEVEL】

居中【VOLTS/DIV】居中

【INTEN】

居中【FOCUS】

居中四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（2）各按鈕預(yù)置：彈出（3）切換開關(guān)預(yù)置【TRIGGER.MODE】AUTO【SOURCE】/【AC\GND\DC】AC【MODE】/四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

2.測(cè)量校正信號(hào)的電壓頻率四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

2.測(cè)量校正信號(hào)的電壓頻率

（1）校正信號(hào)輸入

，調(diào)節(jié)【TIME/DIV】、【VOLTS/DIV】，使波形顯示適中．（豎直方向占2/3，水平方向1~2個(gè)完整波形）

（2）測(cè)量電壓、頻率，即垂直衰減分度×格數(shù)，即掃描速率分度×格數(shù)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

2.測(cè)量校正信號(hào)的電壓頻率四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

2.測(cè)量校正信號(hào)的電壓頻率計(jì)算：四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

2.測(cè)量校正信號(hào)的電壓頻率計(jì)算：數(shù)據(jù)記錄與處理1.測(cè)量校正信號(hào)的電壓頻率將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下表校正信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)值偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V/格)格數(shù)(div)掃描速率（T/div）格數(shù)(div)實(shí)測(cè)值頻率1KHz————電壓VP-P

2VP-P

————四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟3.測(cè)量正弦電壓波信號(hào)電壓、頻率

（1）正弦信號(hào)輸入

，調(diào)節(jié)【TIME/DIV】、【VOLTS/DIV】，使波形顯示適中．（數(shù)值方向占2/3，水平方向1~2個(gè)完整波形）

（2）測(cè)量電壓、頻率，即垂直衰減分度*格數(shù)，即掃描速率分度*格數(shù)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟3.測(cè)量正弦電壓波信號(hào)電壓、頻率

（1）正弦信號(hào)輸入

，調(diào)節(jié)【TIME/DIV】、【VOLTS/DIV】，使波形顯示適中．（數(shù)值方向占2/3，水平方向1~2個(gè)完整波形）

（2）測(cè)量電壓、頻率，即垂直衰減分度*格數(shù)，即掃描速率分度*格數(shù)數(shù)據(jù)記錄與處理2.測(cè)量正弦電壓波信號(hào)電壓、頻率將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下表待測(cè)信號(hào)偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V/div)格數(shù)(div)信號(hào)電壓(VP-P)掃描速率(T/div)格數(shù)(div)信號(hào)頻率HZ信號(hào)波形電信號(hào)1附圖1電信號(hào)2附圖2四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟4.觀察李薩如圖形，測(cè)量信號(hào)頻率（1）重新預(yù)置，【TIME/DIV】X-Y．

（2）調(diào)節(jié)【VOLTS/DIV】，使圖像顯示適中．（水平、豎直方向各占2/3）．（3）觀察李薩如圖形，計(jì)算

數(shù)據(jù)記錄與處理3.觀察李薩如圖形.測(cè)量信號(hào)頻率將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下表待測(cè)信號(hào)參考信號(hào)頻率nxny信號(hào)頻率信號(hào)波形電信號(hào)1附圖1電信號(hào)2附圖2五、數(shù)據(jù)記錄與處理1.測(cè)量校正信號(hào)的電壓頻率將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下表校正信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)值偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V/格)格數(shù)(div)掃描速率（T/div）格數(shù)(div)實(shí)測(cè)值頻率1KHz————電壓VP-P

2VP-P

————五、數(shù)據(jù)記錄與處理2.測(cè)量正弦電壓波信號(hào)電壓、頻率將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下表待測(cè)信號(hào)偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V/div)格數(shù)(div)信號(hào)電壓(VP-P)掃描速率(T/div)格數(shù)(div)信號(hào)頻率HZ信號(hào)波形電信號(hào)1附圖1電信號(hào)2附圖2五、數(shù)據(jù)記錄與處理3.觀察李薩如圖形.測(cè)量信號(hào)頻率將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下表待測(cè)信號(hào)參考信號(hào)頻率nxny信號(hào)頻率信號(hào)波形電信號(hào)1附圖1電信號(hào)2附圖2六、思考題

1.熒光屏上所觀察到的波形實(shí)際上是哪兩個(gè)電信號(hào)的合成？

2.用示波器觀測(cè)50Hz和250Hz的正弦波，當(dāng)調(diào)出兩個(gè)周期穩(wěn)定的波形時(shí)，其掃描電壓的周期是多少？七、注意事項(xiàng)

1.信號(hào)發(fā)生器、示波器預(yù)熱3分鐘以后才能正常工作．