示波器的工作原理与使用

1河南科技大学实验教学教案课程名称大学物理实验A指导教师李海生2河南科技大学实验教学教案首页实验名称示波器的工作原理与使用实验学时3每次实验组数3每组人数1-2实验类型综合实验目的和要求：1.了解示波器的主要结构和基本工作原理。2.学会使用示波器和信号发生器。3.学会用示波器观察信号波形。4.学会用示波器观察李萨如图形并测量市电频率。实验设备及器材：1．双踪示波器。2．功率型函数信号发生器。3．小型变压器（输出电压6伏）。实验原理：当在y板上加一交变信号时，在屏上将看到一条竖直亮线。若要观察交变信号的波形，需在x板上加一锯齿波(扫描)电压，此电压由示波器内部提供。由于采用触发扫描方式，使得每一次扫描的起点位置都相同，因而得到的波形是稳定的。若在x板和y板上分别加上正弦信号，当他们的频率比为整数比时，屏上显示的稳定波形称为李萨如图形。并满足下列关系yxxynnff。实验内容：1.熟悉示波器和信号发生器各旋钮和按键的功能。观察波形。2.测三角波的频率测f，并与信号发生器读出的实际频率室f相比较求相对误差3.用李萨如图形测市电频率。学生实验报告要求：1.做实验前应撰写预习报告2.在做实验中认真记录实验数据。3.下课后将实验数据整理计算，写入实验报告，并分析实验误差，总结实验结果。注意事项：1．使用示波器时，光点亮度不能太强，而且也不能让光点长时间停在荧光屏的一个位置上。在实验过程中，如果短时间不使用示波器，可将“辉度”旋钮调到最小，不要经常通断示波器的电源，以免缩短示波管的使用寿命。2．示波器上所有开关与旋钮都有一定强度与调节角度，使用时应轻轻地缓缓旋转，不能用力过猛，旋转不动即不要再旋。3预习及实验课前提问：1．示波器中第一阳极和第二阳极的作用分别是什么？解答：第二阳极电位比第一阳极高，当第一阳极与第二阳极间电位差调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，使屏上光斑成为明亮、清晰的小圆点，面板上的“聚焦”旋钮是用来调节第一阳极电位的，所以，第一阳极又称为聚焦阳极。第二阳极称为加速阳极。有些示波器还有“辅助聚焦”旋钮，是用来调节第二阳极电位的。2．锯齿波如何形成？解答：如果只在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，则电子束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运动，如果电压频率较高，则看到的将是一条竖直亮线。要显示出波形，必须同时在水平偏转板上加一个扫描电压，使电子束的亮点同时沿着水平方向拉开。这种扫描电压的特点是电压随时间成线性关系增加到最大值，然后突然回到最小，此后再重复地变化。扫描电压随时间变化的关系曲线形同“锯齿”，故称“锯齿波”。3．扫描图形在荧光屏上显示向左或向右移动的波形，为什么？如何使其稳定？解答：要在示波器荧屏上获得稳定的波形，被测信号的频率Yf必须为扫描电压（锯齿波）频率Xf的整数（N）倍，即有XYNff，如果被测信号与锯齿波两者频率不满足上述整倍数的关系，每次扫描显示的图形就不能重合，结果荧光屏上呈现向左或向右移动的波形，这样就难以对信号进行观察和测量。必须设法调节使两者频率自动保持整数比。实验原理：示波器的结构主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描发生器、触发同步电路等组成。示波管是示波器的心脏部分，它是由电子枪、偏转系统、荧光屏构成。从电子枪发射出的电子束，经过加速电极和聚焦电极打到荧光屏上，形成一亮点。在偏转板上加适当电压，电子束的运动方向将发生偏转。当在y板上加一交变信号时，在屏上将看到一条竖直亮线。若要观察交变信号的波形，需在x板上加一锯齿波(扫描)电压，此电压由示波器内部提供。由于采用触发扫描方式，使得每一次扫描的起点位置都相同，因而得到的波形是稳定的。若在x板和y板上分别加上正弦信号，当他们的频率比为整数比时，屏上显示的稳定波形称为李萨如图形。频率比不同，李萨如图形的形状也不同。该图形在水平方向的切点数xn和图形在垂直方向的切点数yn与频率之间存在下列规律：4yxxynnff即xyxyfnnf其中xf可由信号发生器读出，yxnn,可在李萨如图形中数出。实验内容：1.用示波器观测波形。(1)对照实验原理中的仪器介绍部分熟悉示波器和信号发生器各旋钮和按键的功能。(2)调节信号发生器输出一个电信号，输出频率最好≥500Hz，观察信号发生器输出的正弦波、方波、三角波波形。2.将微调旋钮(27)逆时针旋足即置于校准位置，根据扫描速度旋钮（26）的指示值测上述三角波的频率测f，并与信号发生器读出的实际频率室f相比较求相对误差。3.测量小变压输出信号的峰峰值。4.用李萨如图形测市电频率。(1)将信号发生器电压输出端接入示波器的CH1(X)，将待测信号(由50HZ输出端提供)接入CH2(Y)。(2)调节示波器，使之处于“X-Y”工作方式。(3)选择信号发生器的合适量程，改变输出频率xf，使之产生符合下表要求的李萨如图形，由此计算市电频率。注意事项：1．认真阅读附录中有关仪器的介绍，掌握所使用的示波器、信号发生器面板上各旋钮的作用后再操作。2．为了保护荧光屏不被灼伤，使用示波器时，光点亮度不能太强，而且也不能让光点长时间停在荧光屏的一个位置上。在实验过程中，如果短时间不使用示波器，可将“辉度”旋钮调到最小，不要经常通断示波器的电源，以免缩短示波管的使用寿命。3．示波器上所有开关与旋钮都有一定强度与调节角度，使用时应轻轻地缓缓旋转，不能用力过猛，旋转不动即不要再旋。4．实验结束时,关闭示波器及信号源电源。数据记录与处理：1．测三角波频率：把扫描微调旋钮锁定，扫描旋钮置0.2ms位置，测得三角波一个周期的长度为：5.0格。5信号发生器的频率为：实f=1.001kHz该三角波的周期为：T=0.2ms×5.0=0.10ms其频率为：测f=1/T=1/.010=1.000kHz相对误差为：E=0.1%2.测量小变压器输出的正弦波的电压峰值：将Y轴衰减微调旋钮锁定，衰减旋钮置5V/div位置，测得正弦波峰峰之间的长度为3.6格。该正弦波的峰峰值为：U=5×3.6=18.0V其峰值为：U=18.0/2=9.0V其有效值为：U=6.36V3.利用李萨如图形测市电频率：置示波器为X-Y工作方式，改变信号发生器的输出频率xf，使之产生符合下表切点比要求的李萨如图形，由此计算出市电频率：nx∶ny2∶11∶12∶31∶21∶3xf/Hz24.9850.1675.0399.86150.21×李萨如图形yf/Hz50.0250.1649.9649.9350.07yf/Hz50.03思考题：1．如果打开示波器的电源开关后，在屏幕上既看不到光点又看不到扫描线，可能有哪些原因？应分别怎样调整？答：光点亮度太暗，调节亮度旋钮。有信号加在示波器的信号输入端且信号幅度较大超出了当前Y轴的量程使得光点超出了屏幕的范围，将电压档旋钮顺时针换个较高的电压档6或者将信号源移除。水平或者垂直位置旋钮调整过度使得光点超出屏幕范围，调整水平和垂直方向的旋钮到中间位置附近。2．如果y轴信号的频率yf比x轴信号的频率xf大得多，示波器上看到什么情形？相反，若yf比xf小很多，又会看到什么情形？答：y轴信号频率高会导致显示近似柱状，而x轴频率高则会在任一时刻看不到一个完整周期，高的离谱就近似一条直线了。3．若被测信号幅度太大（在不引起仪器损坏的前提下），则屏上看到什么情形？答：一条条的竖线，因为幅度太大了屏幕显示不下。调节V/div旋钮一般可以使品目上显示出完整波形，还可以调节示波器探头上的衰减开关。