示波器原理实验报告示波器原理实验报告大连理工大学大 学 物 理 实 验 报 告院 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 XX67025 实验台号 实验时间 XX 年 11 月 18 日，第 13 周，星期 二 第 5-6 节实验名称 示波器的原理与使用教师评语实验目的与要求：了解示波器的工作原理学习使用示波器观察各种信号波形 用示波器测量信号的电压、频率和相位差主要仪器设备：YB4320G 双踪示波器， EE1641B 型函数信号发生器实验原理和内容： 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。图片已关闭显示，点此查看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 图片已关闭显示，点此查看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。 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。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。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。扫描系统的作用是产生锯齿波扫描电压(如左上图所示)，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。步骤与操作方法：1. 示波器测量信号的电压和频率对于一个稳定显示的正弦电压波形， 电压和频率可以由以下方法读出Up?p?a?h， f?(b?l)?1其中 a 为垂直偏转因数图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 单位为 V/div 或 mV/div； h 为输入信号的峰-峰高度， 单位div； b 为扫描时间系数， 从主扫描时间系数选择开关上可以直接读出， 单位 s/div、ms/div 或 s/div； l 为输入信号的单个周期宽度， 单位 div。打开电源开关并切换到 DC 档， 拨动垂直工作方式开关，选择未知信号所在的通道。 通过调节“扫描时间系数选择开关”和“垂直偏转系数开关” ， 以及它们对应的微调开关， 使未知信号图形的高度和波形个数便与测量。 同时在开关上读出计算所需的 a、b 值。调节“垂直位移”与“水平位移”旋钮，利用荧光屏上的刻度读取 l、h 值， 并记录。2. 用示波器直接观察半波和全波整流波形将实验室提供的未知信号分别接到整流电路的 AB 端， CD 端送入示波器的 CH1 或 CH2端。通过调节“扫描时间系数选择开关”和“垂直偏转系数开关”是信号显示在屏内， 分别观察整流后的波形， 并记录3. 李萨如图形测量信号的频率不使用机内的扫描电压， 而使用两个外界输入的正弦电压分别加载在 X、Y 偏转板上， 当两个正弦电压的频率相同或呈简单的整数比， 则屏上将显示特殊形状的轨迹， 这种轨迹称为李萨如图形。 李萨如图形与 X 轴和 Y 轴的最大交点数 nx 与 ny 之比正好等于 Y、X 端的输入电压频率之比， 即fy:fx?nx:ny*图片已关闭显示，点此查看示波器和函数信号发生器的操作原理略 数据记录与处理/结果与分析： 1. 正弦信号电压和频率的测量：图片已关闭显示，点此查看2. 正弦信号、半波整流信号、全波整流信号的图形 图片已关闭显示，点此查看3. 李萨如图形测量正弦信号的频率 讨论、建议与质疑：在示波器显示扫描波形图和李萨如图形的原理中， 不同之处在与它们所使用的扫描电压不同。 显示扫描波形时，水平方向加载的是锯齿波的扫描电压， 它能够使电子束从左向右地单方向扫描， 当扫描频率和输入信号的频率相配合时， 就能够显图片已关闭显示，点此查看示输入信号的波形； 显示李萨如图形时， 水平方向接入的是未知的正弦信号， 它使电子束在水平方向上做简谐往复运动， 与竖直方向的另一简谐运动相叠加后， 在荧光屏上形成李萨如图形。形成椭圆的条件较为简单， 当输入的两个同频正弦信号相位差存在， 且大小在+ - 之间时， 即可形成椭圆图形。圆可以认为是一种特殊条件下形成的椭圆图形。当输入的两个正弦信号频率相同， 信号振幅相同， 且两者的相位差为/2 时， 李萨如图形为圆形。实验中 Y 轴信号为已知正弦信号， X 轴为未知信号， 经过实验， 发现当 fy 比 fx 大很多时， 荧光屏上的线条之间不可分辨，形成一个矩形块状图案； 当 fy 比 fx 小很多时，荧光屏上显示一条上下振荡的水平线段。试解释全波整流图形存在水平片段的原因。个人认为， 由于示波器上没有精确地显示出波形所在的相对位置， 故对这一波形现象可以有以下两种理解方式：第一种理解方式：图片已关闭显示，点此查看如上图，左图为理论上的全波整流信号波形， 右图为实际中由示波器观察到的整流波形， 可见实际波形下端未能达到 0， 即负载端电压值在外部加载电压换向时没有达到最小。 原因可以认为， 二极管的单向导通作用不是绝对的， 在电压反向加载时， 仍有小部分的反向“漏电流”通过二极管， 因此在桥式整流电路中， 电路电流完全等于零的时刻是不存在的， 在正向电压下降到接近 0 的位置时， 由于有反向漏电流存在， 故负载两端的实际电流不为零，故电压也不为零， 由示波器显示其电压变化状态， 变得到了右上图示的“削尾”现象。另外， 也可以认为二极管有电流/电压残留现象等等。 第二种理解方式：图片已关闭显示，点此查看如右图所示， 波形的形状与实际可见相同， 但与上一种理解方式不同的是， 此种情况可以理解为， 负载两端的电压提前下降到零， 维持在零水平一段时间后， 重新上升。 在这种情况下， 必须提到二极管单向导通性质的一个前提： 当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值 实验体会：本次实验相比与其他实验， 更加接近于一种体验性的实验， 目的并不在于获得最终的实验数据结果， 而在于让我们更好地理解实际生产生活中常用的示波器； 通过操作示波器， 一方面我能够熟悉仪器的使用方法， 认识到书本理论和实际操作存在的差距， 一方面也体会了示波器中所表现的将一些不可见的动态量转化为另一种量直观地表现出来的方法。另外， 本次实验中， 我也体会到了书本上的理论知识和实际应用的差异所在， 具体地说即是全波整形电流波形理论值和实际图样的差别。 通过实际的操作和观察， 我能够从差异出发， 从一些错误出发， 通过比较以不同地角度更好的理解所学的知识， 这是单独阅读书本所不能做到的。示波器的使用实验示范报告阿【实验目的】1了解示波器显示波形的原理，了解示波器各主要组成部分及它们之间的联系和配合；2熟悉使用示波器的基本方法，学会用示波器测量波形的电压幅度和频率； 3观察李萨如图形。【实验仪器】1、双踪示波器 GOS-6021 型 1 台 2、函数信号发生器 YB1602 型 1 台 3、连接线 示波器专用 2根示波器和信号发生器的使用说明请熟读常用仪器部分。实验原理示波器由示波管、扫描同步系统、Y 轴和 X 轴放大系统和电源四部分组成，图片已关闭显示，点此查看1、示波管 如图所示，左端为一电子枪，电子枪加热后发出一束电子，电子经电场加速以高速打在右端的荧光屏上，屏上的荧光物发光形成一亮点。亮点在偏转板电压的作用下，位置也随之改变。在一定范围内，亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。示波管结构简图 示波管内的偏转板图片已关闭显示，点此查看2、扫描与同步的作用如果在 X 轴偏转板加上波形为锯齿形的电压，在荧光屏上看到的是一条水平线，如图图片已关闭显示，点此查看图扫描的作用及其显示 如果在 Y 轴偏转板上加正弦电压，而 X 轴偏转板不加任何电压，则电子束的亮点在纵方向随时间作正弦式振荡，在横方向不动。我们看到的将是一条垂直的亮线，如图图片已关闭显示，点此查看如果在 Y 轴偏转板上加正弦电压，又在 X 轴偏转板上加锯齿形电压，则荧光屏上的亮点将同时进行方向互相垂直的两种位移，其合成原理如图所示，描出了正弦图形。如果正弦波与锯齿波的周期相同，这个正弦图形将稳定地停在荧光屏上。但如果正弦波与锯齿波的周期稍有不同，则第二次所描出的曲线将和第一次的曲线位置稍微错开，在荧光屏上将看到不稳定的图形或不断地移动的图形，甚至很复杂的图形。由此可见： 要想看到 Y 轴偏转板电压的图形，必须加上 X 轴偏转板电压把它展开，这个过程称为扫描。如果要显示的波形不畸变，扫描必须是线性的，即必须加锯齿波。要使显示的波形稳定，Y 轴偏转板电压频率与 X 轴偏转板电压频率的比值必须是整数，即：fy?n n=1,2,3, fx示波器中的锯齿扫描电压的频率虽然可调，但要准确的满足上式，光靠人工调节还是不够的，待测电压的频率越高，越难满足上述条件。为此，在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置，称为“同步” 。在人工调节到接近满足式频率整数倍时的条件下，再加入“同步”的作用，扫描电压的周期就能准确地等于待测电压周期的整数倍，从而获得稳定的波形。如果 Y 轴加正弦电压，X 轴也加正弦扫描电压，得出的图形将是李萨如图形，如表所示。李萨如图形可以用来测量未知频率。令 fy、fx 分别代表 Y 轴和 X 轴电压的频率，nx 代表 X方向的切线和图形相切的切点数，ny 代表 Y 方向的切线和图形相切的切点数，则有nx? fxny李萨如图形举例表图片已关闭显示，点此查看fy 如果已知 fx，则由李萨如图形可求出 fy。 【实验内容】1示波器的调整不接外信号，进入非 X-Y 方式 调整扫描信号的位置和清晰度 设置示波器工作方式 2正弦波形的显示熟读示波器的使用说明，掌握示波器的性能及使用方法。把信号发生器输出接到示波器的 Y 轴输入上，接通电源开关，把示波器和信号发生器的各旋钮调到正常使用位置，使在荧光屏上显示便于观测的稳定波形。3示波器的定标和波形电压、周期的测量把 Y 轴偏转因数和扫描时间偏转因数旋钮都放在“校准”位置。把校准信号输出端接到 Y 轴输入插座把信号发生器的正弦电压接到 Y 轴输入端，用示波器测量正弦电压的幅值和周期，并和信号发生器上显示的频率值比较。选择不同幅值和频率的 5 种正弦波，重复步骤，记下测量结果。 4李莎如图形的观测 (1) 把信号发生器后面50Hz 输出信号接到 X 通道，而 Y 通道接入可调的正弦信号(2) 分别调节两个通道让他们能够正常显示波形 (3) 切换到 X-Y 模式，调整两个通道的偏转因子，使图形正常显示 (4) 调节 Y 信号的频率，观测不同频率比例下的李萨如图数据记录 1、频率测量示波器频率计数器的测频精度 % 示波器测频仪器误差 3%图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看 示波器测量电压仪器误差 3% 图片已关闭显示，点此查看示波器测量频率 f ?f?f?Ef?3%?2KHzf?或 f?57?2KHz函数信号发生器测频f= KH ?f?f?E0.?01?51%?ff?或 f?