大学物理实验--示波器的原理与使用

大学物理实验---示波器的原理与使用实验11示波器的原理与使用大学物理实验中心侯晨霞2018年3月2020/2/6郑州工业应用技术学院大学物理实验中心大学物理实验---示波器的原理与使用示波器是一种常用的电子测量仪器，它能把眼睛看不见的电信号变换成看得见的图像显示在屏幕上，便于人们研究各种电现象的变化过程，所以示波器被誉为“电子工程师的眼睛”。通过示波器可以观察电压随时间变化的波形，并能测量电压、周期、频率、相位差等电学量的数值。因此示波器在科研、教学及应用技术等很多领域都有着广泛的应用。引言2020/2/6郑州工业应用技术学院大学物理实验中心大学物理实验---示波器的原理与使用引言在家电维修上的应用2020/2/6郑州工业应用技术学院大学物理实验中心大学物理实验---示波器的原理与使用引言在医疗上的应用2020/2/6郑州工业应用技术学院大学物理实验中心大学物理实验---示波器的原理与使用在军事、气象、交通上的应用2020/2/6郑州工业应用技术学院大学物理实验中心大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心一、实验目的1.了解示波器的结构和工作原理；2.学习使用示波器观察各种信号波形，并会测量电压、周期和频率等电学量的数值；3.掌握观察李萨如图形，测量未知正弦信号的频率。2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理1.示波器的基本结构:（1）示波管（CRT）（2）放大与衰减系统（3）扫描同步系统（4）电源系统四个部分2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理（1）示波管（CRT）UYyUYA1：第一阳极G：控制栅极K：阴极F：灯丝G：对应亮度旋钮A2：第二阳极GA1A2共同完成聚焦X：水平偏转板Y：竖直偏转板荧光屏2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理（2）放大和衰减系统为了适应被测信号幅值的范围（从最小幅值到最大幅值），对小信号进行放大，对大信号进行衰减，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。2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理（3）扫描系统扫描系统的作用是产生锯齿波扫描电压(如右图所示)，即在水平偏转板上加上扫描电压，使电子束在这个电压的作用下匀速地在荧光屏上周期性地自左向右运动，这一过程称为扫描。。Uxt2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理Uxt2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理1.示波器的基本结构(4)电源2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理2.示波器显示波形的原理如果只在水平偏转板X上加上扫描电压，而竖直偏转板Y上不加电压，电子束在水平方向上来回运动而形成一条水平亮线，如果只在竖直偏转板Y上加上交变电压，而X偏转板上不加偏压，电子束在竖直方向上动而形成一条亮线。2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理如果在Y轴偏转板和X轴偏转板上同时分别加上正弦电压和扫描电压，电子束同时受竖直和水平两个方向电场力的作用，电子的运动是两互相垂直运动的合成。当扫描电压与正弦电压变化周期相等时，在荧光屏上能显示完整周期的正弦波电压的波形图2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理为了获得稳定波形，X轴上的扫描周期TX和Y轴上被测信号周期TY之间应满足TX=nTY（n是整数）2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理3.同步扫描为了获得稳定波形(单一波形)，X轴上的扫描周期TX和Y轴上被测信号周期TY之间应满足TX=nTY（n是整数）每次扫描在Y轴上应有相同的起点。在示波器上设有扫描范围和扫描微调以及整步调节，用来调节TX，使之满足TX=nTY2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理3.同步扫描TX=nTY2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理在触发扫描中，锯齿波的起点由被测信号的某一斜率和电平点触发产生，一个锯齿波显示一屏，一个锯齿波结束后，等候待测信号UY相同的斜率和电平点再次触发产生下一个锯齿波。由于每屏波形起点对应待测信号UY相同的斜率和电平（每屏有相同的起点），所以波形自然稳定(各屏重迭)。2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理4.利用李萨如图测正弦电压的频率基本原理如果给示波器的X轴和Y轴都输入正弦电压，当这两个正弦电压的频率相等或成简单的整数比时，则屏上将呈现特殊形状的图形，这种图形称为李萨如（法国数学家）图形。）都为整数、（babaffyx2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心二、实验原理4.利用李萨如图测正弦电压的频率基本原理yxyxfnnf2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心三、实验仪器1.函数信号发生器(SDG805)2.双通道示波器（DOS-620）2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心三、实验仪器2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心示波器面板控制件的作用简介郑州工业应用技术学院大学物理实验中心水平控制区显示区竖直控制区触发区2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用亮度：轨迹亮度调节电源开关电源指示灯聚焦：轨迹清晰度调节荧光屏校准信号（方波）郑州工业应用技术学院大学物理实验中心（1）显示区2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用（2）水平控制区郑州工业应用技术学院大学物理实验中心水平位移×10MAG：扫描速率扩展10倍TIME/DIV：调节扫描速率，指示水平方向每格的扫描时间SWP.VAR：扫描速率连续调节2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用（3）竖直控制区郑州工业应用技术学院大学物理实验中心微调旋钮，校正位置CALVOLTS/DIV：偏转因数，指示垂直方向每格的偏转电压值CH1或CH2：1或2单独显示CH1：被测信号输入端口CH1垂直位移选择触发信号耦合方式：AC/DCGNDADD：显示两个通道信号幅度的代数和或差2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用（4）触发区郑州工业应用技术学院大学物理实验中心电平（LEVEL）：调节被测信号在某一电平触发扫描，稳定信号触发旋钮，扫面信号与被测信号同步2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用4.函数信号发生器简介输出频率在1μHz-10MHz的正弦波、三角波、方波、脉冲波、噪声、任意波信号。面板主要控制件的作用：电源开关彩色液晶显示屏返回波形选择触发控制：手动触发通道控制，波形输出数字键，输入参数参数连续调节旋钮参数数值位数切换辅助功能键菜单软键，改变波的周期/频率、峰值/高电平、偏移量/低电平、起始相位、占空比2020/2/6郑州工业应用技术学院大学物理实验中心大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心四、实验内容与步骤1.示波器的预置将各个旋钮、按钮、切换开关等调节到预置位置．（1）旋钮预置【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2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心四、实验内容与步骤（2）各按钮预置：弹出（3）切换开关预置【TRIGGER.MODE】AUTO【SOURCE】/【AC\GND\DC】AC【MODE】/2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心四、实验内容与步骤2.测量校正信号的电压频率2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心四、实验内容与步骤2.测量校正信号的电压频率（1）校正信号输入，调节【TIME/DIV】、【VOLTS/DIV】，使波形显示适中．（竖直方向占2/3，水平方向1~2个完整波形）（2）测量电压、频率，即垂直衰减分度×格数，即扫描速率分度×格数2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心四、实验内容与步骤2.测量校正信号的电压频率2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心四、实验内容与步骤2.测量校正信号的电压频率计算：kHzHzTfSmsDIVDIVmsT1101110152033/.2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心四、实验内容与步骤2.测量校正信号的电压频率计算：VDIVDIVVVPP2450/.2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心数据记录与处理1.测量校正信号的电压频率将实验数据记录下表校正信号标准值偏转因数(V/格)格数(div)扫描速率（T/div）格数(div)实测值频率1KHz————电压VP-P2VP-P————2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心四、实验内容与步骤3.测量正弦电压波信号电压、频率（1）正弦信号输入，调节【TIME/DIV】、【VOLTS/DIV】，使波形显示适中．（数值方向占2/3，水平方向1~2个完整波形）（2）测量电压、频率，即垂直衰减分度*格数，即扫描速率分度*格数2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心四、实验内容与步骤3.测量正弦电压波信号电压、频率（1）正弦信号输入，调节【TIME/DIV】、【VOLTS/DIV】，使波形显示适中．（数值方向占2/3，水平方向1~2个完整波形）（2）测量电压、频率，即垂直衰减分度*格数，即扫描速率分度*格数2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心数据记录与处理2.测量正弦电压波信号电压、频率将实验数据记录下表待测信号偏转因数(V/div)格数(div)信号电压(VP-P)扫描速率(T/div)格数(div)信号频率HZ信号波形电信号1附图1电信号2附图22020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心四、实验内容与步骤4.观察李萨如图形，测量信号频率（1）重新预置，【TIME/DIV】X-Y．（2）调节【VOLTS/DIV】，使图像显示适中．（水平、竖直方向各占2/3）．（3）观察李萨如图形，计算2020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心数据记录与处理3.观察李萨如图形.测量信号频率将实验数据记录下表待测信号参考信号频率nxny信号频率信号波形电信号1附图1电信号2附图22020/2/6大学物理实验---示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心五、数据记录与处理1.测量校正信号的电压频率将实验数据记录下表校正信号标准值偏转因数(V/格)格数(div)扫描速率（T/div）格数(div)实测值频