实验九 电子示波器的原理与使用.docx

实验九 电子示波器的原理与使用电子示波器的原理与使用 电学量测量是现代生产和科学研究中应用很广泛的一种实验方法和技术。除用一些常用仪器测量电学量外，对非电学量的测量也是很重要的实用技术。本实验学习使用的阴极射线示波器，简称示波器，不但可以直接观察电学量电压的波形，并测定电压信号的幅度和频率等，而且可以对一切可以转化为电压的电学量、非电学量以及它们随时间的变化过程进行观测，是一用途广泛的现代观测工具。 实验目的 1了解通用示波器的结构和工作原理 2初步掌握通用示波器各个旋钮的作用和使用方法 3学习利用示波器观察电信号的波形，测量电压、频率和相位。 实验仪器 通用示波器、音频信号发生器、数字频率计，晶体管毫伏计。 实验原理 电子示波器(阴极射线示波器)简称为示波器，它可显示电信号变化过程的图形(又称波形)，又可显示两个相关量的函数图形。由于电学量、磁学量和各种非电量转换来的电信号均可利用示波器进行观察和测量，所以示波器是现代科学技术各领域中应用非常广泛的测量工具。 、示波器的构造和工作原理 最简单的示波器应包括以下五个部分(如图1所示)：示波管，扫描发生器，同步电路， 水平轴和垂直轴放大器，电源供给。下面分别加以简单说明： 图1 示波器方框图 1示波管 示波管是示波器进行图形显示的核心部分，在一个抽成高真空的玻璃泡中，装有各种电极 Up-p22)就可计算出来 所以其有效值按公式(U有效值=图 正弦波形幅度比较 3测量频率或周期 用示波器测量频率或周期必须知道X抽的扫描速率，即X方向每分度相当于多少秒或者微秒假定图6所示的X扫描速率t/div开关档级标称值为dx，根据屏上的横坐标刻度，读出一个周期的水平距离Dx，则： 周期： T =dxms/ div×Dxdiv 因此频率f=1就可计算出来注意：当显示波形的个数较多时，周期可很据测量几T个周期的时间除以来计算，保证周期有较高的精度。 4李萨如图法测量频率 因为稳定的标准频率容易得到，示波器判别合成的波形(利萨如图形)非常直观、灵敏和准确，所以测频率时都要用到它，在复杂信号的频谱分析中也要用到它测量线路如图7，图中待测频率接在输入端，已知频率的信号作为标准正弦信号接在输入端，“轴衰减”可拨在“1”或“10”或“”位置，如果出现如图8所示的波形则，从利萨如图形在轴和轴上的切点数，可知比值，一般的计算公式为 fY与X轴切点数=fX与Y轴切点数 图7 利萨如图形的观察 图8 几种相位和频比的利萨如图形 注意：由于两种信号的频率不会非常稳定和严格相等，因此得到的利萨如图形不很稳定，经常会出现上下左右来回地或定向地滚动现象 5.测量两个正弦信号的相位差 图9 相位差的计算 根据利萨如图形可以计算出相位差，见图9所示的图形 令 y=asinwt x=bsin(wt+j） 则y与x的相位差为j。假定波形在X轴线上的截距为2x0，则对X轴上的P点 y=asinwt=0 因而wt=0，所以x0=bsin(wt+j)=bsinj j=arcsin则 x0x和p-arcsin0bb 实验内容 1观察波形调节音频信号发生器的输出幅度，用(晶体管)毫伏表测量它的幅度有效值，使它等于1.00V，然后用示波器观察它的波形 2用“比较信号”对Y轴分度，记下示波器使用的灵敏度S(Vdiv)，然后测量上述波形的蜂峰值，将其换算到有效值，与100V比较是否符合 3用“扫描速率”测量上述波形的周期，然后换算到频率，试与频率计的读数进行比较 4用利萨如图形测量上述波形的频率 5 用利萨如图形测量移相器的相位差 -1图10 移相器的线路和矢量图 移相器的构造如图10所示，调节可变电阻R2可改变UOA与UOD的相位差j值，但是不改变UOA与UOD的幅度大小，当R20时，UOA与UOD相差180，当R2足够大，UOA =UOD，即D点顺时针转到A点，UOA与UOD相位相同，因此j值可取自0到近180范围 00 将示波器接地端钮与移相器0点相连；Y和X输入端分别与A和D点相连，适当调节Y和X的增益和衰减旋钮，就可看到稳定的利萨如图形根据(4)式计算三种不同的相位差 思考题 1.最简单的示波器包括那几个部分？ 2扫描发生器的输出波形是什么形状？为什么？如果用50Hz的交流信号作为扫描披，那么正弦电压信号在示波管荧光屏上将显示出怎样的波形? 3 同步电路的作用是什么“内”和“外”同步的作用是什么？ 4示波器的水平轴和垂直轴设有放大器为何还要衰减器？ 5示波器的主要功能是什么？ 6观察波形的几个主要步骤是什么？ 7怎样用示波器测量待测信号的峰峰值? 8怎样用示波器测量振荡波形的周期? 实验数据处理： 1、待测波形观测的数据记录表 待 测 量 Up-p = V/div× div×10 V/div× div×10 V/div× div×10 V/div× div×10 测 量 信 号 1 2 3 电压 U有效值=Up-p22周期 T = ms/ div× div 频率 f=1 T ms/ div× div ms/ div× div ms/ div× div 2、利用李萨如图测量正弦波频率的数据记录表 nx: ny 李萨如图 1:1 1:2 1:3 2:3 3:2 3:4 2:1 nx ny fx(Hz) fy (Hz)