实验示波器的使用.docx

实验示波器的使用实验目的：1. 了解示波器的大致结构；2. 学习示波器的使用方法，特别是扫描和整步的使用。3. 学会用示波器测交流信号的电压、周期和频率。实验仪器用具：示波器、低频信号发生器、函数波发生器，品体管毫伏表等。实验原理：电子示波器能直接观察电压信号的波形，并能测定电压的大小，是目前生产、科研中经常用到的电子仪器。它由下列四部分组成：电子示波管；扫描、整步装置；放大部分，包括X轴、Y轴两部分；电源部分。如图（5-1）所示图（7-1）1. 示波管：它是示波器中最主要的部件，其结构如图（5-2）所示，阴极K 受灯丝F加热而发射电子，这些电子受带正高压电的加速阳极加速，并经由 AA2组成的聚焦系统，形成一束很细的高速电子流到达荧光屏，荧光屏上涂 有荧光粉，它在高能电子的激发下出现亮点，亮点的大小决定于AA2组成的 电子透镜的聚焦，改变A2相对A】的电压，可以改变电子透镜的焦距，使其正好 聚焦在荧光屏上，成为一个很小的亮点，因此，调节a2的电位，称为聚焦调节。 示波管内装有两对互相垂直的平行板，如在垂直方向平行板Y上加周期性变化 的电压，电子束通过时受到电场力的作用而上下偏转，在荧光屏上就可看到一条 垂直的亮线；同理，在水平方向平行板X上加周期性变化的电压，也可看到一 条水平亮线。因而这两对平行板加上变化的电压能对运动的电子束产生偏转作 用，称为偏转板。在一定的范围内，亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。控 制栅极M，加上相对于阴极为负的电压，调节其高低就能控制通过栅极电子流 的程度，使荧光屏上光迹的亮度（辉度）发生变化。因此，调节栅极的电位称为 辉度调节。图（5-2）2. 扫描与整步的作用：如果在水平偏转板（或横偏板）上加波形为锯齿形的 电压，如图（5-3） a所示，锯齿电压的特点是：电压从-V.m开始随时间成正比地 增加到vim，然后突然返回-vim，再从头开始与时间成正比地增加 ，重复前述 过程，这时电子束在荧光屏上的亮点就会作相应的运动：亮点由左匀速地向右运 动，到右端后马上回到左端；然后再从左端匀速地向右运动 ，不断地重复 前述过程。亮点只在横方向运动，我们在荧光屏上看到的便是一条水平线，如图 （5-3） b。上述锯齿电压也称为扫描电压。ima图（5-3）如果在垂直偏转板Y （或纵偏板）上加正弦电压，如图（5-4）a，而横偏板 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（5-4）b所示。V图（5-4）如果在纵偏上加正弦电压，又在横偏上加扫描电压，则荧光屏上的亮点将同 时进行方向互相垂直的两种位移。我们看见的将是亮点的合成位移，即正弦图形。 其合成原理如图（5-5）所示，对于正弦电压的a点，锯齿形电压是负值a',亮 点在荧光屏上a处，对应于b是b',亮点在b处， ，故亮点由a经 b，c，d到e，描出了正弦图形。如果正弦波与锯齿波的周期相同，则 正弦波电压到e时锯齿波电压也刚好到了 e'从而亮点描完整个正弦曲线。由于 锯齿形电压这时马上变负，故亮点回到左边，重复前过程，亮点第二次在同一位 置描出同一根曲线， 。这时我们将看见这根曲线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 位置稍稍错开，在荧光屏上将看见不稳定的图形或不断地移动的图形，甚至很复 杂的图形。由上可知： 要想看见纵偏电压的图形，必需加上横偏电压，把纵偏电压产生的垂直亮 线“展开”来。这个展开过程称为“扫描”。如果扫描电压与时间成正比变化（锯 齿形波扫描），则称为线性扫描。线性扫描能把纵偏电压波形如实地描绘出来。 如果横偏加非锯齿形波，则为非线性扫描，描出来的图形将不是原来的波形。 只有纵偏电压与横偏电压振动周期严格地相同，或后者是前者的整数倍， 图形才会简单而稳定。换言之，构成简单而稳定的示波图形的条件是纵偏电压频 率与横偏电压频率的比值是整数。也可表为公式：fy = nn = 1， 2， 3 （5-1）f xn值为示波器显示出的波形数。即n = 1显示一个完整的波形，n = 2显示二个完 整的波形。实际上，由于产生纵偏电压和产生横偏电压的振荡源是互相独立的振荡源， 它们之间的频率比不会自然满足简单整数比，所以示波器中的锯齿扫描电压的频 率必需可调，细心调节它的频率，就可以大体上满足（5-1）式。但要准确地满 足（5-1 ）式，光靠人工调节还是不够的，特别是待测电压的频率越高，问题就 越加突出。为了解决这一问题，在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置，称为 '整步'。在人工调节到接近满足（5-1）式的条件下，再加入'整步'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。 如果纵偏加正弦电压，横纵也加正弦扫描电压，那么得出的图形将是李 萨如图形。如图（5-6）。李萨如图形可用来测量未知频率，令ffy分别代表 纵偏和横偏电压的频率，气代表X方向的切线和图形相切的切点数，七代表Y 方向的切线和图形相切的切点数，则有f 土（5-2）f nx y如果已知匕，则由李萨如图和关系式（5-2）可求出七。相位差3. 水平与垂直放大电路由于示波管本身的Y及X轴偏转板灵敏度不高，当加在偏转板的信号电压较 小时，电子束不能发生足够的偏转，以致使屏上光点位移过小，不便观察，这就 需要预先将小信号电压加以放大再加到偏转板上。为此设置Y轴和X轴放大器。 另外，从“Y轴输入”与“地”两端接入的Y轴输入电压信号，或从“X轴输入” 与“地”两端接入的X轴输入电压信号，首先必须经“衰减器”（即分压器）衰 减后，再输给Y轴或X轴电压放大器，经放大器放大若十倍后加到对应的偏转板 上。衰减器的作用是使过大的输入电压变小，以适应Y轴或X轴放大器的要求， 否则放大器不能正常工作，甚至受损。4. 电源系统用以供给示波管及各部分电子电路所需要的各种交直流电压。示波器一般有两种工作方式，Y工作方式即X偏转板加扫描电压，而Y偏转 板加待测电压信号，多用于观察电压信号的波形；X-Y工作方式即Y、X偏转板 同时输入信号电压，多用在测量频率、观察李萨如图形。仪器描述以本实验所用HH4310A型通用示波器为例说明仪器各旋钮的作用及仪器的 基本操作。如图(5-7)所示：控制示波管电路的旋钮有(POWER)主电源开关； (INTEN)辉度，用以调节光点和波形的亮度；(FOCUS)聚焦，用以调节波 形的粗细使之最清晰。(ILLUM )标尺亮度，用以调节刻度照明的亮度。，(POSITION) “一一”、“"，分别为X轴和Y轴移位旋钮，分别用来 调节波形左右、上下位移。信号输入端：(7)Y1 (X)，Y1的垂直输入端，在XY工作方式时作为X轴输入端。Y2 (Y)，Y2的垂直输入端，在X-Y工作方式时 作为Y轴输入端。荧光屏图(5-7)、(ll)(V/cm) Y轴衰减控制旋钮：分别用于将YY2输入信号适当减弱或增加， 使屏上显示出大小合适的波形。、(12)( VARIABLE )分别为它们的微调。(13)、(14)(AC-DC)输入信号与垂直放大器连接方式的选择开关。(15) (A t/cm)为扫描范围旋钮，用以调整扫描频率的大小；(16) (VARIABLE)为它的微调。整步电路控制旋钮：(17) (SOURCE)整步信号选择开关，有三档：“内”即以内整步开关(18)选择的内部信号作为整步信号。在X-Y工作方式时，起连通信号的作用。“外”即以外整步输入端(19)的输入信号作为整步信号。“电源”即以电源信号作为整步信号。(18) (INT TRIG )内整步开关，选择内部的整步信号，有三档：“Y1”；以Y1输入信号作为整步信号，在X-Y工作方式时，该信号连接到X轴 上。“Y2”；以Y2输入信号作为整步信号。“Y方式”把显示在荧光屏上的信号作为整步信号。(19) (EXT TRIG)外整步输入端。(20) (VERT MODE) Y方式，选择垂直系统的工作方式，有五档：“Y1”： Y1单独工作。“交替”：Y1和七交替工作。“断续”：以频率为250KHz的速率轮流显示Y1和。“相加”：用来测量代数和(叩七)。“丫2”： Y2单独工作。(21) CAL (Vp-p)校准信号，该端输出频率1000Hz，校准电压为0.5Vp-p的正方 波。X-Y工作方式的设置：Y方式开关2置于Y2 (X-Y)、内整步开关8置于Y1 (X-Y)，整步信号选择开关(17)置于内(X-Y)、扫描范围开关(15)逆时针旋转到底。 这时示波器就处于X-Y工作方式。示波器操作注意事项：(1)示波管亮度为了防止对示波管的损坏，不要使示波管的扫线过亮或光点长时间静止不动。（2）将电源线插入交流电源插座之前，按下表设置仪器的开关及控制旋钮（或 按键）项目代号位置设置电源断开位置辉度相当于时钟3点'位置聚焦中间位置标尺亮度逆时针旋转到底Y方式（加）Y11位移中间位置，推进去V/cm，（11）10mV/cm微调（1。），（12）校准（顺时针旋转到底）推进去ACT-DC(13)，(14)±内整步开关(18)Y1整步信号选择开关(17)内扫描范围(15)0.5ms/cm微调(16)校准（顺时针旋转到底）推进去-位移中间位置步骤要求：1. 熟悉示波器上各旋钮的作用。2. 观察波形，调节信号发生器的输出幅度，用品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。3. 用“校准信号”（21）对Y轴分度，记下示波器使用的灵敏度S（V/div）， 然后测量上述波形的峰峰值，将其换算到有效值，与1.00V比较是否符合。4. 用扫描范围旋钮上的刻度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。5. 用李萨如图形测量上述波形的频率