实验12示波器的使用

1、实验六示波器的使用示波器是一种用途广泛的电子测量仪器，用它能直接观察电信号的波形，也能测定电压信号的幅度、周期和频率等参数。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。凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观测。借助示波器我们可以直观地“看到”电路各点的状态。示波器的扫描方式是一个可以看到波形的“电压表”；方式可以观察两个电子信号的垂直方向的合成，因此示波器是电子工作者的重要工具。实验目的1了解通用示波器的结构和工作原理，掌握各个旋钮的作用和使用方法；2学会音频信号发生器的使用方法；3学会用示波器观察波形以及测量信号的电压、频率和位相差；实验仪器 示波器、信号发生器等实

2、验原理图6-1示波器的原理框图电子示波器（简称示波器）是一种能将随时间变化的电压信号直观的显示在荧光屏上的仪器。示波器由示波管、Y轴系统、X轴系统等组成。图6-1是示波器的原理框图。示波器的聚焦和偏转原理示波器中用于显示波形的真空玻璃管叫阴极射线管，简称示波管。如图6-2所示。示波管的正面是一个涂有荧光物质的圆形屏，当管中的高速运动电子打上去时，就会发出荧光。一般的示波器都是热阴极：阴极由灯丝通电加热后，阴极上的电子由于热运动而脱离出阴极，称为热激发。由于示波器中的第二阳极电压比阴极高上千伏特。因此图6-2示波管结构示意，电子被加速后轰击到荧光屏上，使该处的荧光物质发光。（1）辉度设电子由阴极

3、热激发时的速度为V0，电子到达第二阳极的速度为V2 ,阴极和阳极之间的电压为U2，则有式中m是电子的质量，且v0<<v2，所以电子到达第二阳极(也是到达荧光屏)上的速度v2为：为了控制电子束轰击荧光屏上的强度，也就是控制单位时间轰击荧光屏的电子数目，在阳极前面加一个零到几十伏特的调制极，其形状是一个开有小孔的金属罩，由于调制极电位比阴极要低，而且调制极的电位越低，穿过金属罩小孔的电子越少，亮度越弱。调节调制极的电位，就能够改变荧光屏上光斑的亮度，这就是面板上“辉度”旋钮的作用。（2）电聚焦在两个第二阳极A2之间设有一个特殊形状的第一阳极，给第一阳极加上比第二阳极低的电位（例如第二阳

4、极1200V，第一阳极255V），由于第一阳极和第二阳极之间有电位差，其特殊形状的电极构成电子透镜，如光学透镜能会聚光一样，电子透镜能会聚射向荧光屏的电子束。电子透镜聚焦条件由第二阳极A2上的电位U2和第一阳极A1上的电位U1之比决定，调节聚焦U1和辅助聚焦U2就是调节两电位之比，这就是示波器的电聚焦原理。（3）电偏转由阴极热激发的电子经第二阳极加速后，在到达荧光屏之前，还要经过由水平偏转极板和垂直偏转极板所围成的空间。在偏转极板上加上几十伏特的偏转电压。当电子穿过偏转极中间时，由于受电场力的作用而使电子束偏离直线。偏转电压越大，电场力越大，荧光屏上的亮点偏离荧光屏中心越远，这就是电偏转原理。

5、2示波器的扫描原理如果只在竖直偏转板（Y轴）上加一正弦波电压，则电子束将随电压的变化只在竖直方向上往复运动，由荧光屏上看到的是一条竖直亮线。如图6-3所示。要能显示波形，必须同时在水平偏转板加一扫描电压，使电子束的亮点沿水平方向拉开。这种扫描电压的特点应是：电压随时间成线性关系增加到最大值，然后突然回到最小，此后再重复变化。这种扫描电压随时间变化的关系曲线形同“锯齿”，故称为“锯齿波电压”，如图6-4所示。如果只在水平偏转板上（X 轴）加上这样的锯齿波电压，则电子束随电压的变化只在水平方向上往复运动，由荧光屏上看到的是一条水平亮线。如图6-4所示为只在水平偏转板上加一锯齿波电压的情形。如果在竖

6、直偏转板上（Y轴）加正弦波电压，同时在水平偏转板上（X 轴）加锯齿波电压，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。当锯齿波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，如图6-5所示为示波器显示正弦波形的原理图。（）连续扫描如果正弦波和锯齿波电压的周期稍有不同，屏上出现的是移动着的不稳定图形。这种情况可以用图6-6说明：设X 轴加的锯齿波电压的周期TX比Y 偏转板上的正弦波电压周期TY 稍小。比如TX /TY=7/8，在第一扫描周期(第一个锯齿波)内，屏上显示正弦信号0-4点之间的曲线段；在第二周期（第二个锯齿波）内，显示4-

7、8点之间的曲线段；在第三周期（第三个锯齿波）内，显示8-11点之间的曲线段。其中第一个曲线段的结束和第二个曲线段的起点对应相同的Y 偏转电压。第二曲线段的尾部和第三曲线段的起点对应相同的Y 偏转板电压。这样，在屏上显示的波形不重迭，好象波形在向右移动。如果TX和TY差别稍大一些，一个一个的波形由于荧光屏的余辉和人眼的视觉暂留，看到的是多个波形在屏上的迭加结果。其原因是扫描电压的周期TX与被测信号的周期TY不相等或不成整数倍关系，以致于每次扫描的起点在Y轴上不相同。为了获得稳定波形(单一波形)，每次扫描在Y 轴上应有相同的起点。在连续扫描中，锯齿波的周期称为扫描周期，扫描周期TX和Y轴上被测信号

8、周期TY之间应满足（n是整数）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 。从而在示波器上得到完全重迭的波形，看到的是单一稳定的波形。称之为同步扫描。上面所述的X轴锯齿波是一个紧接一个产生的,称为连续扫描方式。（2）触发扫描方式为了获得稳定波形(单一波形)，每次扫描在Y 轴上应有相同的起点。在示波器的扫描方式中，另一种称为触发扫描方式：在触发扫描方式中，X 轴所加的锯齿波电压UX 和Y 轴所加的待测电压UY 之间的关系如图6-7所示。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

9、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)。3X-Y方式：李萨如图形如果示波器的X轴和Y轴输入是频率相同或成整数比的两个正弦电压，则屏上将呈现特殊形状的光点的轨迹，这种轨迹称为李萨如图形。频率比不同时，将形成不同的李萨如图形。图6-8所示的是频率比成简单整数比的几组李萨如图形。从图形中可总结出如下规律： ，其中为水平线与轨迹相切的切点数,为竖直线与轨迹相切的切点数。利用李萨如图形能方便准确地比较两交变信号的频率。4示波器的测量原理示波器除了能直观地显示之外，其测量内容可归结为两类：电压和时间的测量，而电压和时间的

10、测量最后都归结为屏上波形长度的测量。（1）电压的测量示波器屏上光点Y轴偏转距离DY正比于输入电压UY，比例系数KY称为电压偏转因数，有DY=KYUY ,Y轴电压偏转因数KY的单位为：V/div。例如:测电压峰峰值时，峰峰值占了3.6div，Vdiv档用01Vdiv，输入端用了10：l衰减探头，则Vpp0.1Vdiv×3.6div×103.6V。（2）时间的测量在触发扫描方式的示波器中，每个锯齿波的长度是确定的（在连续扫描方式中锯齿波的长度不确定），也就是说，在触发扫描方式的示波器中，每一屏的时间是确定的。利用波形在X轴上的长度，可以测量屏上波形两点之间的时间间隔。在触发扫描

11、方式时，示波器屏上光点X轴偏转距离DX正比于时间t，比例系数KS称为时基因数，有DX=KSt，时基因数KS的单位为：s/div。例如：波形在X轴上的长度是4div，tdiv档为2msdiv，则波形的周期：T2msdiv×4div8ms在触发扫描方式的示波器中，一般在出厂时Y轴的电压偏转因数和X轴扫描的时基因数都已标定了。实验步骤1熟悉示波器上各开关、旋钮的作用。接通电源，打开“电源”开关，指示灯亮，等待电子管预热一分钟左右，荧光屏上出现亮点。调亮度旋钮“*”，使亮度适中，注意不应使亮度过强，更不能使强亮斑集中于一点，以免灼毁荧光屏。调节聚焦“”和辅助聚焦“”旋钮，使亮斑成为小圆点（在

12、X轴和Y轴均无信号输入的情况下）。调节Y轴位移“”和X轴位移“”旋钮，使亮点上下左右适中。2观察波形将“电平”旋钮旋到“自动”位置，亮点展成一条横线。调节低频信号发生器的输出幅度，用晶体管毫伏表测量它的有效值，使为1.00伏(或从低频信号发生器面板上的电压表读出)。然后接到示波器的“Y轴输入”。将耦合开关指向“AC”，触发信号开关（或整步选择）指向“内+”或“内”，荧光屏上就出现规则不稳定的波形。再调节“v/div”旋钮（或Y轴增幅和Y轴衰减），使波形幅度合适；调节“t/div”旋钮（或扫描范围），使波形宽度合适（有2至3个宽整波形）。此时，波形可能走动，调节“电平”（或整步调节和扫描微调）使

13、波形稳定。改变几次低频信号发生器的输出幅度和频率，再调出n个稳定波形。3测量电压测交流电压，调出待测电压的稳定波形，读出波形的波峰到波谷所占的分度和此时v/div档级的标称值，由此求得波形电压的峰-峰值。换算为有效值。4测量频率（1）先测出周期，然后得到频率。调出待测周期信号的稳定波形，读出波形一个周期所占的分度和此时t/div档级的标称值，由此求得周期和频率。并与低频信号发生器输出的频率相比较。（2）利用李萨如图测量频率。从X轴输入已知频率信号，从Y轴输入待测频率，调节有关旋钮，并逐渐改变y轴的输入频率，使，算出，并与低频信号发生器上的频率示值相比较。5测量两个正弦波的相位差根据李萨如图形可

14、以计算出相位差，如图69所示。令则y与x的相位差为假定波形在X轴线上的截距为2x0，则对X轴上的P点图69 相位差的计算预习思考题1示波器有哪些主要部分组成，其主要作用是什么？2用示波器观察波形的主要步骤是什么？3怎样用示波器测电压、频率。复习思考题1简要写出示波器面板上各旋钮的作用2示波器能否精确测量电压、周期、频率和相位差？为什么？示波器的真正功能是什么？附录ST-16型示波器简介开，电源开关：当此开关指向“开”时，指示灯灯亮，经预热一段时间后，仪器即可正常工作。，辉度调节装置：它可以改变辉度的亮暗。，聚焦调节装置：用以调节示波管中电子束的焦距，使其焦点恰好会聚在屏幕上，此时显现的光点应成

15、为清晰的圆点。，辅助聚焦：用以控制光点在有效工作面内的任何位置散焦最小，通常与聚焦调节装置同时配合协调使用。，垂直位移：用以调节屏幕上光点或信号波形在竖直方向上的位置。 ，水平位移：用以调节屏幕上光点或信号波形在水平方向上的位置。Y：垂直放大系统的输入插座。垂直微调，用以连续改变垂直放大器增益。V/div（垂直粗调），垂直输入灵敏度步进式选择开关：可根据被测信号的电压幅度，选择适当的档级位置，以利观测。当“微调”旋钮位于校准位置时，“V/div”档级的标称值即可视为示波器垂直输入的灵敏度。第一档级的“”为100mv的方波信号，供垂直输入灵敏度和水平时基扫速校准之用。扫描微调，用以连续调节时基扫描速度。t/div，时基扫速步进式选择开关：可根据被测信号频率的高低，选择适当的档级以利观察。当扫速“微调”旋针位于校准位置时，“t/div”档级的标称值即可