双踪示波器的使用

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1、3.12双踪示波器的使用示波器是一种用来展示和观测电信号的电子仪器，它可以直接测量信号电压的大小和周期，因此， 一切可以转化为电压的电学量、非电学量（如电流、电功率、阻抗、温度、位移、压力、磁场等）以及 它们随时间变化的过程都可用示波器来观测。由于电子射线的惯性小，又能在荧光屏上显示出可见的图 像，所以特别适用于观测瞬时变化的过程，这是示波器重要的优点。本实验通过使用双踪示波器观察电信号波形及测量电信号的电压及频率，了解示波器图像跟踪测量 技术（请阅读4.2.1节），掌握示波器的原理及使用方法（请阅读附录I中有关示波器的内容）。【目的与要求】1. 了解示波器的基本结构和工作原理、掌握示波器的调

2、节和使用;2. 掌握用示波器观察电信号波形的方法；3. 掌握用示波器测量电信号的电压和频率的方法；4. 了解示波器图像跟踪测量技术。【仪器与装置】很多，3.12-1 示波 器）、水 描发生 部分。器、整流滤SR-071A型双踪示波 XFD-6型低频讯号发生器、 波线路板等。【原理】示波器的规格和型号 但不管哪种示波器都有图 所示的几个基本组成部分： 管、竖直放大器（Y轴放大 平放大器（X轴放大器）、扫 器、触发同步和直流电源等1. 示波管的基本结构示波管的基本结构如图3.12-2所示，主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分，全都密封在 玻璃外壳内，里面抽成高真空。丝、阴 阳极和第 阴极是一

3、金属圆 后发射电 顶端有小 外面，它 对阴极发 作用，只 才能穿过 后在阳极 示波器面图凯12-2（1）电子枪：由灯 极、控制栅极、第一 二阳极五部分组成， 个表面涂有氧化层的 筒，被灯丝通电加热 子。控制栅极是一个 孔的圆筒，套在阴极 的电位比阴极稍低， 射出来的电子起控制 有初速度较大的电子 栅极顶端的小孔，然 加速下奔向荧光屏， 板上的“亮度”调整旋钮就是通过调节栅极电位以控制射向荧光屏的电子流密度从而改变屏上光斑的亮 度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用所以第一阳极也称聚焦阳

4、极，第二阳 极电位更高，又称加速阳极，面板上的“聚焦”调节旋钮，就是调节第一阳极电位，使荧光屏上的光斑 成为明亮、清晰的小圆点，有的示波器还有“辅助聚焦”，实际是调节第二阳极电位。（2）偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，一对水平偏转板，在偏转板上加上 适当电压，当电子束通过时运动方向将发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改 变。（3）荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料的荧光粉发光的颜色不同， 发光过程的延续时间（一般称为余辉时间）也不同。荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测量 光点位置用，在性能较好的示波管中，通常将刻度线

5、直接刻在屏玻璃内表面上，使与荧光粉紧贴在一 起，以消除视差，使光点位置的测量更准确。2. 示波器显示波形的原理（1）扫描作用：如果只在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，则电子束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运 动，如果电压频率较高，则看到的将是一条竖直亮线。如图3.12-3 （a）所示。要显示出波形，必须同时在水平偏转板上加一个扫描电压，使电子束的亮点同时沿着水平方向拉开。这种扫描电压的特点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，此后再重复地变 化。扫描电压随时间变化的关系曲线形同“锯齿”故称“锯齿波电压”，如图3.12-3 （b）所示。产生锯齿波电压的电路在图3.11-1中用

6、“扫描电路”方框表示。当只有锯齿波电压加在水平偏转板上，如果频 率足够高，则会在荧光屏上显示一条水平亮线。如果在竖直偏转板上（简 正弦电压，同时在水平偏转 X轴）加锯齿波电压，电子同 水平两个方向的力的作用， 动为两相互垂直的运动的合 波电压与正弦电压变化周期 荧光屏上将能显示出一个完 压的波形图（随着时间的推移 同步周期性地出现），如图 示。（2）触发扫描：普通示波器的扫描电压 锯齿波振荡器产生的连续信称Y轴）加板上（简称 时受竖直、 则电子的运 成。当锯齿 相等时，在 整的正弦电 X和Y信号 3.12-4 所是采用自激号，当Y轴输入信号时，就显示波形，当Y轴未输入信号时，就显示一条水平线，

7、这种扫描方式称为连续扫描，连 续扫描对于显示正弦波、对称方波、三角波等是比较合适的，但如用来显示很窄的脉冲信号时，就很不 理想，因为难以看清脉冲的前后沿等情况，为此，必须采用触发扫描方式，所谓触发扫描，就是使扫描 电路在被测脉冲信号或与之有一定关系的外来脉冲信号的触发下，才产生扫描电压，经过一定时间后又 自动恢复到起始状态，完成一次扫描，然后等待下一个脉冲的到来，再重新进行一次扫描。因为扫描的 起点由触发信号控制，因此，每次显示的波形必定重合，图象必然稳定，现代通用示波器一般都有触发 扫描功能。（3）同步作用：要在示波器荧屏上获得稳定的波形，被测信号的频率fY必须为扫描电压（锯齿波）频率fx的

8、整数 倍（N倍），即有fY= Nfx （3.12-1）因为只有满足上述条件，锯齿波在被测信号的每周或每隔若干周的同一点上开始扫描，即两者保持 固定的相位关系，使每次荧光屏上显示的图象重合（即对X的每一个扫描周期，Y有完全相同的波列对 应）才可看到稳定的被测信号波形。如果被测信号与锯齿波两者频率不满足上述整倍数的关系，或两者中的任一频率发生变化，则锯齿 波每次扫描就不在信号波形的同一点上开始，而每次扫描显示的图形就不能重合，结果荧光屏上呈现向 左或向右移动的波形，这样就难以对信号进行观察和测量。在实验电路中，由于电源电压不稳定或其他原因，都会引起被测信号和扫描信号频率的变化，这种 变化随时可能发

9、生，依靠人工手动调节“扫描微调”旋钮，无法始终保持两者整数比的关系，所以必须 设法使两者频率自动保持整数比，为此，可利用被测信号电压或与此有关的电压，去强迫控制锯齿波的 频率，使之与被测信号频率保持整数比，这就是同步（或称为整步），用来控制锯齿波频率的信号则称 为同步信号。需要指出的是同步信号的幅度必须适当，太小达不到同步的目的，太大则使锯齿波发生畸变，必然 引起被测信号严重失真。（5）李萨如图形：如果X、Y偏转板上加的电信号都是正弦波，当fx和fY之比为整数比时，电子束受到它们的合作，人3， 一、“e*， e e3，“口 f 2“ 人_用，光点将会描绘出特定的图形一一李萨如图形。图3.12-

10、5描绘的是守=1的两个正弦波电讯号合成 J Y的李萨如图形。图3.12-6给出了几种不同频率的李萨如图形。可以证明两个正弦波的频率之比等于李萨如图形在图 3. 12-5图 3. 12-6X、Y方向的极大值个数/、,之比。即fn才=* (3.12-2)fn利用李萨如图形可以根据已知频率求出未知频率。【内容及步骤】1. 熟悉示波器各旋钮的功能和调节方法(请阅读附录I之八)。2. 测量交流电压值(1)将低频率信号发生器输出的50Hz交流信号，由示波器CH2端输入，调节扫描时间转换开关使图形稳定；调节CH 2分度值旋钮气，使图形大小适中。(2)读出图形纵方向最大和最小的刻度之差值，记为M ( cm )

11、(3)计算交流电的峰峰值Up= M x D2 ( V )正弦波交流电的有效值 =气_/点3.将交流信号发生器的输出信号(50Hz )，逐次经图3.12-7所示各电路由CH2输入示波器，依次观测图3.12-7中各电路的输出波形，并画出线。4.测量交流电整流滤波后的纹波因数交流电整流滤波后输出的电压中除直流电有一些交流电压(称为纹波电压)见图3.12-8 交流分量与直流分量的百分比称为纹波因数(1)测量整流滤波后的直流分量：测量出直流分量(应取在交流分量的中间) 的距离H，记录CH2通道分度值旋钮指示值D2(V/cm)，则直流电压 U_= HD (V)。a：原基准线H：直流分量h：交流分量压外，还

12、 所示，其 Y。至基准线(2) 测量整流滤波后的交流分量：将CH2耦合方式置“AC”，旋转CH2通道分度值旋钮，使交流信号放大，测出交流分量峰峰距离 h,记录CH 2通道分度值旋钮指示值D； (V / cm)，则交流分量峰峰值Upp= hD； (V)，进而算出其有效值U (由于滤波后的交流成分的波形比较复杂，暂按正弦波处理)(3) 计算交流电整流滤波后的纹波因数Y:【数据处理】示波器型号：；测量电压和时间的相对不确定度为Eu = 5.0% ；1 .计算交流电的有效值CH2分度值D2 = (V/cm)；峰峰高度差M = cm；有效值U = 不确定度=有效值x EU/J3 ；结果U=U Uu2.

13、将观测到的波形画在UYt图上。3. 计算交流电整流滤波后的纹波因数Y。表 3.12.1滤波形式电容滤波兀形滤波直流分量幅度值H =分度值d2 =直流电压U交流分量幅度值h =分度值D；=纹波电压U=纹波因数7=【注意事项】1. 认真阅读附录I中有关仪器的介绍，掌握所使用的示波器、信号发生器面板上各旋钮的作用后 再操作。2. 为了保护荧光屏不被灼伤，使用示波器时，光点亮度不能太强，而且也不能让光点长时间停在 荧光屏的一个位置上。在实验过程中，如果短时间不使用示波器，可将“辉度”旋钮调到最小，不要经 常通断示波器的电源，以免缩短示波管的使用寿命。3. 示波器上所有开关与旋钮都有一定强度与调节角度，使用时应轻轻地缓缓旋转，不能用力过猛 或随意乱旋转。【问题】1. 如果打开示波器的电源开关后，在屏幕上既看不到扫描又看不到光点，可能有哪些原因？应分 别作怎样的调节？2. 示波器观测50Hz正弦波电压时，在荧光屏上看到如图3.12-9所示波形，则产生的原因是什么？图秩12-9【设计内容】根据示波器显示图形的原理，测量下列各频率，并给出结果的说明1. 当频率计输出信号频率为100Hz时，调节示波器扫描信号旋钮，使示波器显示4个完整的波 形。则扫描信号频率为多少？2. 根据李萨如图形，求出被测信号频率（由实验室给出具体测量要求）。