实验二 通用示波器的应用-频率测量［实验目的］1. 了解示波器的基本结构和工作原理2. 了解示波器及信号发生器各旋钮的作用和使用方法3. 观察周期信号的波形和李萨如图形4. 学习用双踪示波器测量RC电路相位差、用李萨如图形测量信号频率的原理和方法［实验仪器］(1) SS7802A双踪示波器；⑵EE1642B低频信号发生器(2台)［实验原理与内容］1. 测量两同频率正弦波信号相位差Q的原理与方法A. 相位差甲的产生与理论值计算在图1所示的RC电路中，信号源的电压U、电容上的电压UC与电阻上的电压Ur之间的 相位关系如图2所示，U落后于UR的相位角甲由下式得到：1 19 = 一 arctg = 一 arctgro RC 2冗 fRC在实验上，相位角9可以采用双踪示波器技术或李萨如图形方法来测量图 1、 RC 电路图RC图 2、 RC 电路的相位关系B. 相位差9的实验测量本实验采用双踪示波器技术来测量 RC 电路中两同频率正弦波信号的相位差9根据图 1 连接实验线路，U和UR分别连接到示波器的CH1和CH2通道，函数信号发生器选择正弦波输 出，调节“偏转因数”、“厘米扫描时间”使波形幅度、宽度适中，旋转“触发电平”使触发 同步，根据测时间间隔的实验方法测量两信号的时间差崖，如图3所示。
C. 实验相位差9的计算：A /卄宀 A t 宀、9 = 2冗（弧度）=360 （度）实 验 T T将实验结果与理论计算值进行比较2. 用李萨如图形测频率的原理与方法A. 李萨如图形的形成原理当两个相互垂直、频率不同的简谐信号合成时，合振动的轨迹与分振动的频率、初相位 有关当两个分振动的频率成简单整数比时，将合成稳定的封闭轨道，称为李萨如图形，它 的形成过程如图 4 所示如图 5 所示，由于李萨如图形与分振动的频率比有关，因此通过李萨如图形和已知频率的信号，可以精确地测定未知信号的频率图 4 李萨如图形的形成过程图 5 、不同频率、不同相位差的李萨如图形B. 用李萨如图形测频率的方法按照图6连接实验线路，将已知频率的正弦波信号fy （50Hz）送入CH2通道，被测正弦波信号fx （函数信号发生器）送入CH1通道，当两信号的频率为整数倍时，屏幕上出现稳定的x李萨如图形图 6 、观察李萨如图形电路图C. 被测正弦波信号频率的计算：N f = f ~r x y Nx其中％、Ny分别为图形与水平直线、垂直直线的切点xy如果两个信号的频率比不是整数比时，图形不稳定当接近整数比时，可以观察到转动的图形。
李萨如图形的形状还随两个信号的幅值以及位相不同而变化3．实验内容介绍与其他仪器使用讲解A. 测量两个同频率正弦信号的位相差用函数信号发生器作为信号源，测量两信号的时间差盘，根据相位差Q的理论值和实验 值的计算方法计算相位差f / Hz5001000C /瓦0.010.01R / kQ25102510T / msAt / ms"实验"理论李萨如图形其中： 9 = - arctg = 一 arctg理论 roRC 2冗fRCA /卄宀 A t 宀、9 = 2冗（弧度）=360 （度）实 验 T T注意：R、C读数的有效数字，R精度0.1%, C精度0.5%B. 用李萨如图形测频率用函数信号发生器作为匚信号源，输入CH1端，用信号源S1提供fy信号，输入CH2端, xy根据给定的信号fx调出李萨如图形，获得李萨如图形与水平、垂直切线的切点数目，计算fxxx 频率，绘出李萨如图形fx12345fy (HZ)50NxNyfx (Hz)李萨如图形C. 介绍函数信号发生器使用方法4．实验中的注意事项A. 测量两个同频率正弦信号的位相差时，注意水平基线的调节与同相位点的确定B. 观察李萨如图形时，注意屏幕水平显示的扫描模式与X-Y模式的切换。
［思考题］1. 测量两个同频率正弦信号的位相差时，若屏幕上两个正弦信号无位相差，可能的原因有哪 些？2. 采用李萨如图形测量信号频率时，屏幕上图形不稳定，可能是何原因所致？［实验总结］附录：示波器原理 示波器能够简便地显示各种电信号的波形，一切可以转化为电压的电学量和非电学量及它们作周期性 变化的过程都可以用示波器来观测，示波器是一种用途十分广泛的测量仪器示波器一般由示波管、衰减 和放大系统、扫描和整步系统以及电源等部分组成为了适应各种测量的要求，示波器的电子线路是多种 多样而且很复杂这里仅就通用双踪示波器的主要部分的功能，用方框图来加以介绍辉 度 聚 焦图 a-1 示波管示意图1. 1. 示波管的基本结构 示波管由电子枪、偏转板和荧光屏三部分组成其中电子枪是示波管的核心部件，如图 a-1 所示电 子枪由灯丝H、阴极C、栅极G、第一加速极A】、聚焦极FA、第二加速极A2等组成电子从被灯丝H加 热的阴极C表面逸出由于A1相对C具有较高的电位，在C—G— A1形成强电场，故从C逸出的电子在电 场中被加速，穿过G的小孔，再高速穿过A1、FA、A2筒内的限制孔，形成一束电子射线，电子最后撞 击屏上的荧光物质，发出可见光，在屏上就可以看见一个亮点。
G相对于C为负电位，两者相距较近，其 间形成的电场对电子有推斥作用，用电位器气调节C—G间的电压，可以控制电子枪发射电子的数目，从 而改变屏上光点的亮度，即“辉度”调节此外，示波管中还有一组“电子透镜”，利用电场的分布对电 子运动轨迹的影响，使电子会聚在荧光屏上而电场的分布是由各电极的几何形状、相对位置及电位决定 的在实际使用中，通过调节聚焦电位器W4、W5,改变其电位，从而使荧光屏上的亮点最清晰2． 电压放大器和衰减器由于示波管本身的X及Y轴的偏转灵敏度不高（约0.1—1mm/V），当加于偏转板的信号电压较小时, 电子束不能发生足够的偏转，致使荧光屏上光点位移过小，不便观察故需先把小的信号电压放大后再加 到偏转板上为此设置X轴和Y轴放大器，如图a-2所示衰减器的作用是使过大的输入电信号减小，以 适应放大器的要求，否则放大器不能正常工作，甚至损坏 YB4320F 双踪示波器的衰减器共有十二档，通 常用垂直偏转因数（垂直输入灵敏度）表示，范围为1mV一5V/div,按1—2—5进位（div表示荧光屏上的 一格）3． 扫描与整步、波形显示通常情况是要在示波器上观测从Y轴输入的周期信号电压的波形，即必须使信号电压随时间的变化而 稳定地出现在荧光屏上。
但如果只把一个周期交变信号如 J = U osin ®'加到Y轴偏转板上，而X轴偏转 板不加信号电压，则屏上的光点仅作上下方向的正弦振动，振动频率较快时，看到的只是一条直线当同 时在X轴偏转板加上线性锯齿波扫描电压时，光点沿X轴方向随时间展开，屏上即出现正弦波形扫描电图 a-3 锯齿波电压压波形如图 a-3若扫描电压周期和正弦电压周期相等，则屏上显示的图形将是一个完整的正弦波所以扫描电压的作 用，使Y轴电压波形按时间在屏上展开，这个展开过程称为“扫描”不难理解，扫描电压周期是Y轴信号周期的n （整数）倍时，即T=nT，屏上将稳定地出现n个完整 的U函数波形但是两个独立发生的信号的振荡频率在技术上难以调节并保持准确的整数倍，因而屏上波 V形将发生横向移动，不能稳定，难于观测克服的办法是：用Y轴信号频率去控制扫描发生器的频率，使 信号频率准确地等于扫描频率的整数倍电路的这个作用称“整步”它是由放大后的 Y 轴电压作用于锯 齿波发生器来完成的如图a-2所示，此时图中的开关K1接到“内（1NT）”，K2与锯齿波发生器相连当 需要从“X轴输入”端输入信号电压时，开关k2扳到右边，锯齿波发生器不再起作用。
片Y1衰减器計|电子自动开关由即衰减器H鎂評图 a-4 双踪示波器的原理框图对于双踪示波器，除上述基本原理外，由于需要同时显示两路信号波形，因此，设计有 Y1、Y2 两个 输入端，由电子开关自动将两路信号间歇交替地将其中一路（Y1或Y2）送入Y轴放大器，如图a-4所示 当电子开关K接至位置1时，示波管电子束受Y1信号的控制，荧光屏上显示Y1信号波形；而当电子开关 K接至位置2时，示波管电子束受Y2信号的控制，荧光屏上显示Y2信号波形这样，就能在荧光屏上两 个不同位置交替显示这两个信号波形，当切换速度很快时，由于人眼视觉暂留，就可同时在荧光屏上看到 两个稳定的波形双踪示波器有“交替”与“断续”两种工作方式交替”方式第一次扫描接通第一个信号，第二次 扫描接通第二个信号，交替显示两个信号波形，尽管两个波形是交替显示的，由于人眼视觉暂留，看到的 是稳定波形而不会闪烁，为了使荧光屏上至少显示一个周期的波形，因此，要求输入的信号的频率不能低 于扫描的频率，“交替”方式不适用于显示频率很低的信号波形；“断续”方式是在每一次扫描过程中，高 速的轮流接通两个信号，实际在荧光屏上显示的波形是由断续的虚线构成的，但由于切换速度很快（YB4320F双踪示波器的断续频率为250kHz）,虚线上的线段很密，人眼看到的图像依然是连续的。
因此, 要求切换速度足够高，而输入的信号的频率远低于切换速率，“断续”方式适合观察频率较低的信号波形 当两路信号为不相关的信号时，必须使用“交替”方式，两路不相关的信号波形才能被稳定同步显示［仪器介绍］、YB4320F 型示波器面板见图 a-5箱3433a39调2827161014825-32-31£0垂直触发time/div^.44 43 4220 22 24 25 2640 39 36 351815 17 19129 11 13您淮信号辉度 聚焦光迹链转F O O 9Hz” !5p：CH1E]微调口断续 鵲 旨蠢J 卩:江 电岂y险衍. V./5__-7ioxmV方式CH2E3锻GNE:铠 GHB(：0 SVOLTS/HIV(―:蓉 旌辛融发耦合融发源-TV电潟■BC外整图 a-5 YB4320F 型示波器面板图1 鲁 YB4320F0SCILU0SC0FE 20MH;]45(9)仪器电源开关：当此开关置“1”时，指示灯发绿光，经预热后，仪器即可正常工作8) 电源指示灯 (2)辉度调节装置：顺时针方向转动辉度加亮，反之减弱，直至辉度消失如光点长期停留在屏上 不动时，应将辉度减弱或熄灭，以延长示波管的使用寿命。
40) (43) TI垂直移位：用以调节屏幕上光点或信号波形在垂直方向上的位置，顺时针方向转动， 光点或信号波形向上移，反之向下移 42)垂直方式工作开关：CH1:屏幕上仅显示CHI的信号；CH2:屏幕上仅显示CH2的信号； 双踪：以交替或断续方式，同时显示 CH1 和 CH2 上的信号波形； 叠加：显示CH1和CH2输入信号的代数和10) (15) VOLTS/DIV(V/div：垂直输入灵敏度步进式选择开关，输入灵敏度自1m V/div—5 V/div按1 —2—5 进位分十二个档级，可根据。