实验8示波器的使用

实验8示波器的使用示波器是观察和测量电信号的一种电子仪器。一切可以转化为电压的其它电学量（如电流、电功率、阻抗、位相等）和非电学量（温度、位移、压强、磁场、频率等）以及它们随时间的变化过程，都可以用示波器来进行实时观察。总之，它是一种用途非常广泛的现代测量工具。一．实验目的1.了解双踪示波器显示波形的工作原理及使用方法；2.学会利用双踪示波器观测电压信号；3.学会利用双踪示波器观察李萨如图形，并利用其测量的正弦信号的频率。二．实验仪器LM1600HDDS数字合成函数信号发生器、LM8020A双踪示波器、探头三．实验原理1.示波器基本结构示波器主要由示波管、放大和衰减系统、触发扫描系统和电源四部分组成，其中示波管是核心部分。示波管的基本结构如下图所示，主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分组成，由外部玻璃外壳密封在真空环境中。①电子枪的作用是释放并加速电子束。其中第一阳极称为聚焦阳极，第二阳极称为加速阳极。通过调节两者的共同作用，可以使电子束打到荧光屏上产生明亮清晰的圆点。②偏转系统由X、Y两对偏转板组成，通过在板上加电压来使电子束偏转，从而对应地改变屏上亮点的位置。③荧光屏上涂有荧光粉，电子打上去时能够发光形成光斑。不同荧光粉的发光颜色与余辉时间都不同。④放大和衰减系统用于对不同大小的输入信号进行适当的缩放，使其幅度适合于观测。⑤扫描系统的作用是产生锯齿波扫描电压(如左图所示)，使电子束在其作用下匀速地在荧光屏周期性地自左向右运动，这一过程称为扫描。扫描开始的时间由触发系统控制。2.示波器的显示波形的原理如果只在竖直偏转板加上交变电压而X偏转板上五点也是，电子束在竖直方向上来回运动而形成一条亮线，如左图所示：如果在Y偏转板和X偏转板上同时分别加载正弦电压和锯齿波电压，电子受水平竖直两个方向的合理作用下，进行正弦震荡和水平扫描的合成运动，在两电压周期相等时，荧光屏上能够显示出完整周期的正弦电压波形，显像原理如右图所示：3.扫描同步为了完整地显示外界输入信号的周期波形，需要调节扫描周期使其与外界信号周期相同或成合适的关系。当某些因素改变致使周期发生变化时，使用扫描同步功能，能够使扫描起点自动跟踪外界信号变化，从而稳定地显示波形。触发电路：形成触发信号。示波器工作在自动（AUTO)方式时，扫描发生器始终有扫描信号输出；当示波器处于AC/DC触发方式工作时，扫描发生器必须有触发信号的激励才能产生扫描信号。一般对应：①内触发方式时，触发信号由被测信号产生，满足同步要求。②外触发方式时，触发信号由外部输入信号产生。4.李萨如图形和电信号频率的测定使用“XY”示波器功能，即不使用内部的扫描信号，在水平偏转板和垂直偏转板上都由外部加上正弦电压，这时光斑在水平和垂直方向均作简谐振动，当两信号频率成简单整数比时，显示一稳定的闭合曲线，称为李萨如图形。李莎如图中，水平方向割点数与竖直方向割点数之比恰好与频率成反比：fx和fy中，已知一个就可由李萨如图形求出另一个。四．实验内容和步骤1、熟悉示波器的信号发声器面板各旋钮的作用，并将各开关置于指定位置。控制键名称作用位置控制键名称作用位置亮度(INTEN)居中触发方式峰值自动聚焦(FOCUS)居中扫描速度0.5mS位移(CH1，CH2，X)居中极性正垂直方式(MODE)CH1触发源INTVOLTS/DIV10mV内触发源CH1微调（VAR）校正位置耦合方式AC2、接通电源，稍预热后，分别调节辉度、聚焦、位移旋钮、光迹旋钮等控制件，确定光迹的位置，并且使光迹清晰并与水平刻度平行。3、在CH1通道中输入幅度为0.5V，频率为1kHz的标准信号，调节垂直偏转灵敏度VOLTS/DIV和水平偏转灵敏度TIME/DIV，使荧光屏上出现2~3个波形，测量电压峰—峰值之间的垂直距离y及一个周期波形所对应的水平距离x，得出波形的电压幅度和周期，并计算实验值和标准值的偏差。把相应的读数记录于表1中。4、将信号发生器输出的电压幅值为2V，频率为分别为500Hz、1000Hz、2000Hz的正弦信号接入示波器，通过调整相应的灵敏度开关和扫描速度选择开关，使波形不超出屏幕范围，显示2~3个周期的波形。测量电压峰—峰值之间的垂直距离y及一个周期波形所对应的水平距离x，得出波形的电压幅度和周期。把相应的读书记录于表2中。5、将信号发生器输出的频率为1000Hz，电压幅值分别为5V、10V、20V的正弦信号接入示波器，通过调整相应的灵敏度开关和扫描速度选择开关，使波形不超出屏幕范围，显示2~3个周期的波形。测量电压峰—峰值之间的垂直距离y及一个周期波形所对应的水平距离x，得出波形的电压幅度和周期。把相应的读书记录于表3中。6、同学们还可以自己选择信号发生器中各种波形的信号，通过示波器的测量，yxxyffnn::得出波形的电压幅度和周期，并与真实值进行比较。（可以自由选择操作与否！）五．实验数据记录及处理1、测量信号的电压和周期：标准信号示波器测量测量结果百分比误差电压幅值∕V频率∕HzY轴灵敏偏转度（V∕div）Y(格)扫描速率（S∕div）X(格)Up-pT(s)(V)EUET(%)(%)（表1）2、信号发生器电压幅度为2V，输出频率分别是500Hz、1000Hz、2000Hz的测量情况数据记录。信号发生器输出的频率∕Hz示波器测量测量结果百分比误差Y轴灵敏偏转度（V∕div）Y(格)扫描速率（S∕div）X(格)Up-p(V)T(s)EU(%)ET(%)500Hz1000Hz2000Hz（表2）3、频率固定为1000Hz时，输出电压幅值分别是5V、10V、20V的测量情况数据记录。信号发生器输出的电压幅值∕V示波器测量测量结果百分比误差Y轴灵敏偏转度（V∕div）Y(格)扫描速率（S∕div）X(格)Up-p(V)T(s)EU(%)ET(%)5V10V20V（表3）注意事项1.荧光屏上光点（扫描线）亮度不可调得过亮，并且不可将光点（或亮线）固定在荧光屏上某一点时间过久，以免损坏荧光屏。2.示波器和函数信号发生器上所有开关及旋钮都有一定的调节限度，调节时不能用力太猛。3.双踪示波器的两路输入端CH1，CH2有一公共接地端，同时使用CH1和CH2时，接线时应防止将外电路短路思考题1、示波器上观察到的正弦波形和李萨如图形实际上分别是哪两个波形的合成？2、用示波器观察待测信号波形和用示波器观察李萨如图形时，示波器的工作方式有什么不同？3、当开启示波器的电源开关后，在屏上长时间不出现扫描线或点时，应如何调节各旋钮？