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1、实验 1 数字示波器使用 【实验目的】 1、了解数字示波器的原理及基本测量方法。 2、掌握数字示波器的触发功能和函数处理能力。 3、掌握用 Lissajous 图形测量信号频率及相位差。 【实验原理】 1、数字示波器内波原理 数字示波器是按照采样原理,利用 A/D 转换,将连续的模拟信号转变成离散的数字序 列, 然后进行恢复重建波形, 从而达到测量波形的目的。 下图是数字示波器的基本原理框图: 图 1-1 数字示波器内部框图 2、示波器的触发原理 示波器触发的作用: 触发的作用在于通过每次的显示始于波形上的同一点从而同步 波形的显示,显示波形的特点和细节,触发系统可以稳定周期波形的显示,通过触
2、发系统可 以从信号中获得你所需要观测的部分, 从而避免你所不关心的部分影响你的观测, 数字示波 器的高阶触发功能可以帮助从波形中分理出所需要的部分。 比如单次触发可以捕捉到只发生 一次的波形, 脉宽触发可以从一串脉冲序列中获得你所关心的那部分脉冲等等。 合理的利用 示波器(尤其是数字示波器)的触发功能可以使测量工作变得简单,甚至使不可能得测量变 为可能。当触发调节不当时,显示的波形将出现不稳定现象。所谓波形不稳定,是指波形左 右移动不能停止在屏幕上,或者出现多个波形交织在一起,无法清楚地显示波形。 3、Lissajous 图像原理 在我们的例子中, 我们画一个输入为 x (t) 输出为 y (
3、t) 的 LTI (linear time-invariant system) , 输出频率和输入频率匹配(i.e., x=y=2f),在相移电路中,还必须保证 Ay=Ax=A。 因此上式可简化为: 我们用 Lissajous 图形找出相移。 在示波器上用 X-Y 模式得到 Lissajous 图形, X 样本点为横坐标,Y 样本点为纵坐标,因为这些点持续在屏幕上很短时间,所以 Lissajous 图形的 ghosts 显示在屏幕上。观察旋转方向,可以显示输入频率。 图 1-2 (a)频率相同的 Lissajous 图 图 1-2 (b)标准信号频率高于被测信号的 Lissajous 图 图
4、1-2 (c)标准信号频率低于被测信号的 Lissajous 图 4、数字示波器面板显示部分 图 1-3 数字示波器面板显示 (1)波形记录指示条 (9)CH1 和 CH2 的状态显示 (2)触发位置(T)指示 (10)取样速率读出 (3)显示波形的记录片段 (11)水平状态读出 (4)Run/Stop 指示 (12)触发源和状态读出 (5)触发状态 (13)触发类型和模式读出 (6)触发准位指示 (14)采集状态 (7)信道位置指示 (15)界面类型显示 (8)延迟触发指示 (16)触发计频器 【实验单元】 数字示波器,信号发生器,移相电路 【实验内容】 实验开始前先用数字示波器本身的校准电
5、压输入校准。 1、熟悉示波器面板各个按钮的功能 (1)用信号发生器产生一个 3V,10KHz 正弦波,调整其幅度和时间分辨率,调整其位置使其容易读数。然后按“Run/Stop”按钮,将波形稳定,再按“Measure”按钮,测试波形参数。 (2)将输入的直流偏移量“DC OFFSET”调到“1V” ,选择各种耦合方式(coupling,直流耦合() 、交流耦合()和接地耦合) ,观察波形的变化,画出波形。 (如果面板没有耦合、反向的显示,可以按“CH1” 调出) 。将直流偏移量调到“0” ,将“Invert(反向) ”置为“on” ,观察波形变化。 (3)用“DISPLAY”按钮观察各显示方式产
6、生波形的变化。 ( “Vector”或“Dots” ;“Accumulate” 为 “on” 改变输入信号 幅值与频率, 观察波形变化; “Refresh” ; “Contrast” ,可以用“VARIABLE”旋钮调节亮度; “icon”可以选择不同窗口显示,方便观察。 ) 2、对输入信号的函数处理及测量 (1)用信号发生器产生一个 3V,10KHz 正弦波和一个 2V,5KHz 的方波信号,分别输入CH1 和 CH2。用示波器面板的 “MATH” 按钮产生“CH1+CH2”,“CH1-CH2” ,观察产生的波形。按“MATH” 按钮,按 F1,进入 CH1, CH2 波形的 FFT 波形,
7、并通过改变窗函数,观察波形的变化,画出测量到的各个波形。 (2)双通道输入 (利莎育图形) 实验: (a)用信号发生器产生一个 3V,5KHz 正弦波,输入 CH1,同时通过移相电路的输出接入示波器 CH2,先用 YT 模式直接观测两路信号的相位差。然后用 XY 模式观察 Lissajous 图形,画出波形,推算出两路信号相位差在哪个象限. (b)用信号发生器产生一个 3V,10KHz 正弦波,输入 CH1,用信号发生器产生一个 3V,5KHz正弦波,输入 CH2, 选择“HORI MEMU”中的“XY”模式,观察利莎育图形,不断改变 CH1和 CH2 的频率比,画出波形,与模拟示波器的结果相比较。 【思考】 1、观察比较数字示波器测量与模拟示波器的不同并解释原因。 2、各种耦合方式有什么不同,为什么会产生波形的变化? 3、示波器各种触发方式有什么不同,为什么?