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1、实验一常用实验仪器的使用【实验目的】学习示波器和信号发生器的使用方法。【仪器设备】示波器一台，信号发生器一台，RXDI-1A电路原理实验箱一台。【实验原理】1.示波器是一种综合性的电信号特性测试仪，用它可以直接显示电信号的波形，测量其幅值、频率以及同频率两信号的相位差等。电路实验中，这种基本电子测量仪器会多次用到。通过本实验，要求能够大致了解示波器的原理，熟悉示波器的面板开关和旋扭的作用，初步学会示波器的一般使用方法。2. 信号发生器是产生各种时变信号电源的设备总称，常用的有正弦信号发生器、方波信号发生器、脉冲信号发生器等。输出信号的频率（周期）和输出幅值一般可以通过开关和旋钮加以调节。3.
2、示波器的结构较为复杂，面板上的开关和旋钮较多，信号发生器又是初次接触，因此，为使实验顺利进行， 要在课前预习 “示波器原理及基本测量方法简介 ”和 “信号发生器简介 ”（均附在本实验之后）的基础上，仔细听取教师针对具体仪器进行的讲解和演示，然后再动手操作。【实验内容】1. 熟悉示波器和信号发生器的各主要开关和旋钮的作用。（ 1）接通电源并经预热以后，在示波器的荧光屏上调出一条水平扫描亮线来。分别旋动 聚焦 、 辅助聚焦 、 亮度 、 标尺亮度 、 垂直移位 、 水平移位 等旋钮，体会这些旋钮的作用和对水平扫描线的影响。（ 2）把信号发生器输出调到零值并接至示波器的输入端，然后合上信号发生器电源
3、开关，预热再调节输出电压，在示波器的荧光屏上调出被测信号的波形来，分别转动 V/cm 、t/cm 等旋扭，体会其作用。（ 3）分别改变信号的幅值和频率，重复调节。2. 用示波器测量给定信号的幅值和频率。把测出的频率与信号发生器的标称频率相比较，记下测量步骤和方法。3. 按图 1-1接线，正弦信号发生器输出一个给定信号，用示波器观察电容器的端电压uc 和流过电容器的电流ic 的波形。其中 R 为电流取样电阻， uR 的波形即表示i c 的波形。然后用示波器测量 uc 和 i c 的相位差角。改变信号发生器输出信号频率，重复测量。【注意事项】1. 在大致了解示波器和信号发生器的使用方法和各旋钮、开
4、关的作用之后，再动手操作。使用这些仪器时，各旋钮和开关不要用力过猛。2. 用示波器观察信号发生器的波形时， 两台仪器的公共地线要接在一起， 以免引进干扰信号。3. 仪器的使用注意事项参见后附。正弦信号CX1 F示波器UR发生器YR100图 1-1【实验报告】1. 记录测得的波形，标明被测信号的幅度和周期。2. 记录 uc 和 uR 的波形和它们之间的相位差。3. 总结用示波器测量信号电压和两同频率信号相位差的步骤和方法。4. 回答思考题 1。【思考题】1.用一台工作正常的示波器测量正弦信号时，观察到下列现象（图1 2），试指出应该首先旋动那些旋钮，才有可能得到清晰和稳定的图形。2. 在实验内容
5、 2 中，如果 V/cm 开关指在 0.5 伏的位置，荧光屏上正弦波的波峰和波谷相距四个方格（一方格为一个边长为1 厘米的正方形） ，问信号幅值是多少？如果在水平线上每个周期的波形占四个方格，t/cm 开关（及微调旋钮）指在0.5ms 的位置上，问信号的频率是多少?a. 无任何图形b. 一条水平线c. 一条垂直线d. 垂直竖线图 1-2【附】示波器与信号发生器简介一、示波器概述示波器 (又称阴极射线示波器)可以用来观察和测量随时间变化的电信号图形,它是进行电信号特性测试的常用电子仪器。由于示波器能够直接显示被测信号的波形，测量功能全面，加之具有灵敏度高、输入阻抗大和过载能力强等一系列特点，所以
6、在近代科学领域中得到了极其广泛的应用。示波器的种类很多，电路实验中常用的有普通示波器、双踪示波器、长余辉示波器等，它们的基本工作原理是相似的。二、示波器的结构普通示波器主要由示波管、垂直（Y 轴）放大器、扫描（锯齿波）信号发生器、水平（X 轴）放大器以及电源等部分组成，其结构方框图如图1-3 所示。1.示波管是示波器的核心部件，它主要包括电子枪、偏转板和荧光显示几个部分，如图1-4所示。示波管的阴极被灯丝加热时发射出大量电子，电子穿过控制栅后，被第一阳极和第二阳极加速和聚焦，即电子枪的作用是产生一束极细的高速电子射线。由于两极平行的偏转板上加有随时间变化的电压，高速电子射线经过偏转板时就会在电
7、场力的作用下发生偏移，偏移距离与偏转板上所加的电压成正比。最后电子射线高速撞在涂有荧光剂的屏面上，发出可见的光点（图形）。2. 垂直放大器把被测信号电压放大到足够的幅度，然后加在示波器的垂直偏转板上。这部分还带有衰减器以调节垂直幅度，确保显现图形的垂直幅度适当或进行定量测量，这部分称为Y 通道。3.扫描信号发生器产生一个与时间成线性增加的周期性锯齿波电压（又称扫描电压），经过水平放大器放大以后，再加到示波管水平偏转板上，水平放大器还带有衰减器。这部分称为X 通道扫描时基部分。4.电源部分向示波管和其它元件提供所需的各组高低压电源，以保证示波器各部分的正常工作。三、示波器面板上各旋钮或开关的作用
8、示波器种类不同，总体上可把旋钮开关分为主机、y 通道、扫描部分和x 通道四部分。现以TD4632 双踪示波器为例。1. 主机部分（ 1） 电源/ 亮度 开关：接通电源（拉出）时，指示灯亮。调节该旋钮可以控制荧光屏上显示波形的亮度。（ 2） 聚焦 旋钮：调节荧光屏上亮点的大小即图形的清晰度。（ 3） 辅助聚焦 旋钮：作用与聚焦旋钮相同，通常二者配合调节。（ 4） 标尺亮度 旋钮：调节荧光屏坐标照明的亮度。Y 轴输入显像管Y 轴放大器同步输入内同步外同步锯齿波扫描X 轴发生器水平放大器X 轴输入图 1-32. Y 通道（ 1） Y 轴位移 旋钮：控制荧光屏上图形的垂直方向位置。（ 2） 灵敏度V/
9、cm 开关：可步级调节Y 轴幅度，以便定量计算幅值。（ 3）AC DC 开关：选择Y 轴放大器的交流或直流工作状态。3.扫描部分（ 1） 扫描范围 开关：步级调节（粗调）扫描频率，即t/cm 开关，以便定量计算周期。（ 2） 扫描微调 旋钮：微调各扫描档的扫描频率。（ 3） 触发选择 开关：锯齿波发生器触发信号的来源可选自Y 轴内部、 X 外接输入信号。（ 4） 触发及选择 开关：触发点选择在信号的上升斜率段或下降斜率段，即“ ”“ ”极性。（ 5） 触发电平 旋钮：和触发极性选择开关一起决定了屏幕上图形的起始点。四、示波器的基本测量方法1.幅度 电压、电流的测定方法（ 1）读取电压幅值时，只
10、需将被测信号所占坐标的格数（cm）乘以 V/cm 开关所指的刻度再乘以探头的衰减倍数即可。例如，荧光屏上波形如图15 所示，正弦电压峰-峰值占有5 个格子，V/cm 开关指向0.5V ，探头衰减倍数为10，则：U P P5.0cm0.5V / cm1025V显示部分电子枪偏转部分灯 阳控第第垂水荧丝 极 制一二直平光栅阳阳偏偏屏极极转转板板图 1-4H=5.0cm图 1-5（ 2）测量电流一般用电阻取样法将电流信号转换为电压信号后，再进行测量。 如图1-6 所示，若要测量 Z 支路电流，先串接一个取样电阻R。iZR UR 图 1-6U RU RRi,iR通常取 RZ。2. 频率（周期）的测量方
11、法用示波器测量频率（周期）的方法基本上可分为两大类，一类是利用扫描工作方式，另一类是用示波器的X Y 工作方式。（ 1）用示波器的扫描工作方式测量信号的频率（周期） ，实质上是确定锯齿波的周期（时间）坐标后（称为定时标） ，再与被测信号的周期进行比较测量。将被测信号 X 轴的一个周期所占的格子数（ cm）乘以 t / c m 开关所指示的刻度即可测出周期。仍以图 15 为例，正弦信号一个周期在水平方向占8.2 个格子， t / c m 开关指向5ms，则T8.2cm5ms/ cm41ms所以正弦信号的周期为41ms，即频率为24.4Hz。（ 2）利用示波器的 X 工作方式。此时，锯齿波信号被切
12、断，轴输入已知频率的信号，经放大后加水平偏转板，轴输入待测频率的信号，经放大后加至垂直偏转板，荧光屏上显现的是 ux 和 uy 的合成图形， 即李沙育图形。 从李沙育图形的形状可以判定被测信号uy 的频率， 当李沙育图形稳定后，设荧光屏水平方向与图形的切线交点为Nx，垂直方向与图形的切线交点为Ny，则已知频率fx 与待测频率fy 有如下关系：f yN x，f yN xf xf xN yN y图 1-7 表示了几种常见的李沙育图形及对应的频率比。频率比1 ： 21 ： 33 ： 1f Y ： fX李沙育图形图 1-73. 同频率两信号相位差角的测量方法采用双踪示波器，Y 1 、Y 2 两通道输入待测相位差的同频率两信号，若测得信号周期所占格数为 A ，信号的相位差所占的格数为B （如图 1-8 所示），则相位差角：= B 360O A4. 示波器水平工作方式（又称X Y 工作方式），除了可用来显示李沙育图
