示波器的原理及使用 示波器是利用示波管内电子束在电场或磁场中的偏转 显示随时间变化 波形 的电压信号的一种观测仪器 它不仅可以定性观察电路 或元件 的动态过程 而且还可以定量测量各种电学量 如电压 周期 波形的宽度及上升 下降时间等 用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差或相位差 显示两个相关函数的图像 示波器还可以用作其他显示设备 如晶体管特性曲线 雷达信号等 配上各种传感器 还可用于各种非电量测量 如压力 声光信号 生物体的物理量 心电 脑电 血压 等 自1931年美国研制出第一台示波器至今已有70年 它在各个研究领域都取得了广泛的应用 示波器本身也发展成为多种类型 如慢扫描示波器 各种频率范围的示波器 取样示波器 记忆示波器等 已成为科学研究 实验教学 医药卫生 电工电子和仪器仪表等各个研究领域和行业最常用的仪器 示波器 一 实验目的 1 了解通用双通道示波器的结构和工作原理 熟悉示波器面板控制件的作用和使用方法 2 掌握用示波器观察波形 测量电压和频率的方法 3 掌握观察李萨如图形的方法 并能测量未知信号的频率 能用示波器观察 拍 现象 难点 双通道示波器的结构和工作原理 重点 示波器面板控制件的作用和使用方法 测量原理 4 测量相位差 二 实验仪器 通用双通道示波器 GOS62020MHz 同轴电缆 函数信号发生器 XJ1630型 三 实验原理 1 示波器基本结构 示波器基本组成框图 示波器的基本组成 尽管示波器的型号和规格很多 但都由四个基本组成部分 示波器的基本组成 示波管 CRT 电子放大系统 扫描触发系统 电源 示波管 CRT 结构简介 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 KGA1A2共同完成聚焦 X 水平偏转板 Y 竖直偏转板 荧光屏 电子枪 偏转系统 荧光屏 电子放大系统 竖直放大器 水平放大器 扫描触发系统 扫描发生器 触发电路 作用 在偏转板上加足够的电压 使电子束获得明显偏移 对较弱的被测信号进行放大 扫描发生器作用 产生一个与时间成正比的电压作为扫描信号 触发电路作用 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 内触发方式时 触发信号由被测信号产生 满足同步要求 外触发方式时 触发信号由外部输入信号产生 电源 略 2 示波原理 扫描和同步 扫描原理 只在竖直偏转板上加正弦电压的情形 只在水平偏转板上加一锯齿波电压的情形 示波器显示正弦波原理图 X轴方向偏转 Y轴方向偏转 正弦波合成 同步 整步 原理 扫描时由于锯齿波周期性复原 要求光点所画的轨迹和第一周期的完全重合 再由视觉残留 观察到一个稳定的波形 紊乱的波形 Tx nTy fy nfx 触发同步电路 它从垂直放大电路中取出部分待测信号 输入到扫描发生器 迫使锯齿波与待测信号同步 此称为 内同步 操作时使用 电平 LEVEL 旋钮 3 示波器面板控制件的作用简介 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 被测信号耦合方式AC 交流输入 DC 直流输入 GND 输入零信号 垂直位移 水平位移 被测信号输入 ALT 两个通道交替显示 通道工作方式选择 CHOP 两个通道断续显示 ADD 显示两个通道信号幅度的代数和或差 通道2极性转换 电压衰减及扫描速率 VOLTS DIV 调节垂直偏转灵敏度 指示垂直方向每格的偏转电压值 VIRIABLE 连续调节垂直偏转灵敏度 TIME DIV 调节扫描速率 指示水平方向每格的扫描时间X Y工作方式 CH1输入X轴信号 VIRIABLEPLEE 5 连续调节扫描速率 扫描方式选择 自动 AUTO 扫描发生器自动工作 常态 NORM 单次 SINGLE 被触发或准备指示灯 电平 LEVEL 调节被测信号在某一电平触发扫描 触发方式选择 选择触发源信号内 CH1CH2外 LINEEXT 触发极性选择 选择上升或下降沿触发扫描 接地 外触发输入 CH1或CH2选择 交替 或 断续 工作方式时 选择频率低的通道触发单踪显示时 任选其一 触发信号均来自于被显示通道 选择触发信号耦合方式 AC DCTV 30 CH1输出31 电源插座32 电源设置33 保险丝座 4 函数信号发生器简介 本实验所用函数信号发生器可以输出频率在0 2Hz 2MHz的正弦波 三角波 方波信号 面板主要控制件的作用 电源开关 波形选择 频率范围选择 频率调节 幅度调节 函数信号输出 占空比调节 4 测量前示波器面板控件的位置 注意 测量时对控件进行适当的调节 面板主要按钮 垂直系统 水平系统 t DIV 调节扫描速率 指示水平方向每格的扫描时间 V DIV 调节垂直偏转灵敏度 指示垂直方向每格的偏转电压值 触发电路 电平 LEVEL 调节被测信号在某一电平触发描 旧示波器 顺时针到底 波形中心电平附近新示波器 中央位置 大约在中间值 X Y工作方式 X Y 显示两个相关量的函数图形 CH1输入x轴信号 同时设置为X Y状态 四 实验内容 1 观察波形 2 测量正弦信号电压与周期 3 测绘李萨如图像 4 观察 拍 现象 5 测量相位差 1 观察波形 1 信号发生器输出接CH1 2 调节信号发生器的输出频率和电压及波形 3 调节示波器CH1通道偏转因数 扫描速率 电平等 使显示波形稳定 要求 熟练偏转因数 扫描速率 电平等按钮操作 2 测量正弦信号电压与周期 测量原理 偏转因数V div 时基因数T div 电压 Upp 2 4 8V 假设 V div 档位置于2V div TIME div 的档位在0 5ms div 周期T 6 0 5 3mS频率f 1 T 333HZ 4格 1 6格 T 1 6 t div UPP 4 v div 将不同信号源信号分别输入CH1和CH2通道 扫描速率旋钮置X Y 逆时针到底 状态 调节信号幅度或改变通道偏转因数 使图形不超出荧光屏视场 调节CH1和CH2频率比观察李萨如图 3 测量信号的频率 观察李萨如图形 两个相互垂直的谐振动合成时 若其频率fx与fy成简单的整数比 合成的轨迹是封闭的稳定几何图形 称为李萨如图 测量信号频率 测量原理 调出 1 1 1 2 2 3 3 4的李萨如图形 在下表中描下李萨如图形并记下相应CH2通道信号的频率fy 4 观察 拍 现象 两个同方向的谐振动合成时 若其频率f1与f2的差值远小于f1 f2 合成振动的振幅随时间缓慢的呈周期性变化 这种现象称为 拍 拍 频 垂直方式选ADD 通道2极性选NORM 扫描速率调到合适值 调可调标准信号源信号频率 使屏上出现稳定的 拍 波形 观察 拍 现象 5 利用双踪示波器测量相位差 方法一 将一个待测信号输入示波器的CH1轴 另一个待测信号输入示波器的CH2轴 则两个待测信号间相位差就转化为CH1与CH2间相位差 方法二 将一个待测信号输入示波器X偏转板 另一个待测信号输入示波器的YCH2轴 则两个待测信号间相位差就转化为X轴与YCH2轴间相位差 RC电路 信号发生器 CH1 CH2 五 思考题 1 如果打开示波器电源后 看不到扫描线也看不到光点 可有那些原因 2 当Y轴输入端有信号 但屏上只有一条水平线时 是什么原因 应如何调节才能使波形沿Y轴展开 3 如何用示波器测量两正弦信号的相位差 四 注意事项 测信号电压和周期时 一定要将电压衰减旋纽的微调和扫描速率旋纽的微调顺时针旋足 校正位置 4 观察李萨如图形时 能否用示波器的 同步 把图形稳定下来 李萨如图形为什么一般都在动 主要原因是什么 做实验报告时回答