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1、实验 示波器的使用示波器是一种运用阴极射线管来显示电学量随时间周期性变化的仪器，它除了能观测电压随时间变化的波形外,还可以定量测量波形的幅值、频率、相位等,是目前科学实验、科研生产常用的电子仪器。实验目的 .理解示波器的大体构造与工作原理。 2.学习O-602型示波器、G-50A型函数信号发生器的操作使用措施。 3.观测交流正弦信号波形，测量信号周期及电压峰峰值。 4通过观测李萨如图测量正弦信号频率。实验原理 示波器的具体电路比较复杂，超过了本课程的范畴,因此本实验只简介示波器的大体构造与工作原理。示波器重要由示波管、电压放大系统、扫描与触发系统以及电源等部分构成。1.示波管示波管是用于显示被
2、测信号波形的器件，其构造如图9-2所示,大体可分为三部分,前端为荧光屏,中间为偏转板,后端为电子枪。 (1)荧光屏。示波管前端的玻璃屏上涂有一层荧光粉,当电子束打到荧光屏上时可使荧光粉发光,从而显示电子束的运动轨迹，即被测信号的波形。当电子束停止轰击荧光屏时,荧光作用要通过一定期间之后才干停止,这段时间称为“余辉时间”。如果电子束长时间轰击荧光屏上固定一点,则这一点会被烧坏,形成暗斑,因此使用示波器时要避免电子束长时间轰击荧光屏上固定一点。(2)电子枪。电子枪由灯丝1、阴极、栅极3、阳极4、聚焦极5等部分构成，它的作用是发射电子束,并通过一定的电场分布控制达到荧光屏上的电子数量以及电子 图9-
3、 双踪示波器构造方框图 图92 示波器构造示意图束的形状和尺寸大小。当阴极被点燃的灯丝1加热之后,向外发射电子，通过栅极后形成一电子束,栅极的电位相对阴极为负，因此调节栅极相对阴极的电位，可以控制通过栅极的电子数目，从而控制达到荧光屏上的电子数目。打到荧光屏上的电子数目越多,则荧光屏上发出的光越强，因而变化栅极电位，可以调节荧光屏上光点的亮度,示波器面板上辉度调节旋钮就是起这一作用的。图9-3 聚焦电极内电场分布示意图 图-4 电子通过偏转板时的运动轨迹示意图阳极相对栅极有很高的电位,对通过栅极的电子起加速作用，这些被加速的电子在向荧光屏运动的过程中将向四周发散，因而在荧光屏上观测到的不是一种
4、很小的光点,而是模糊的一片。如果在电子运动的途径上建立一如图所示的静电场(图中带箭头的实线为电力线,虚线为等位线,SZ线为电子运动轨迹)，运用电场对电子的作用,可以使发散的电子束通过这一电场后重新会聚成一细小的电子束。这一电场对电子的作用就像会聚透镜对光的作用同样,因此称为“静电透镜”。电子枪中静电透镜的电场分布事实上是由阴极、栅极、阳极、聚焦极的几何形状、相对位置及电位决定的，各电极的几何形状与相对位置已事先仔细设计拟定,实际使用时则通过调节聚焦极上的电位来变化电场分布。示波器面板上的聚焦旋钮就是起这一作用的。(3)偏转板。示波管内有两组平行板,一组竖直放置(如图9-2中的6）,一组水平放置
5、（如图9-2中的）。一般在竖直放置的平行板上加上被测信号电压,则电子通过这一平行板间的电场时，受电场作用运动方向发生变化，如图4所示。当电子束达到荧光屏时,在垂直方向上偏转的距离为 (1)式中，l、分别为平行板的宽度与间距；L为平行板中心到荧光屏的距离;a为阳极电压;U为加在平行板上的信号电压。 由于l、L、U为定值,因此电子束在荧光屏垂直方向的位置随所加信号电压线性变化。通过定标(即用一已知电压的信号加在垂直平行板上，测量相应在垂直方向的偏移),即可通过测量电子束在垂直方向的偏移距离y拟定信号的电压。在水平放置的偏转板上加上电压，则可使通过水平偏转板间电场的电子束的运动沿水平方向发生偏转。
6、2电压放大系统由式（)可知,要使光点在荧光屏上移动一定的距离,必须在偏转板上加足够的电压。一般示波管偏转板的敏捷度不高，偏转c得有几十伏的电压。被测信号的电压一般较低,只有几伏、几毫伏，甚至更低。因此为了使电子束能在荧光屏上获得明显的偏移，必须对被测信号进行电压放大，垂直(Y轴)和水平（X轴)放大器就起这一作用。3扫描与触发系统把一种电压随时间变化的信号加在示波器垂直偏转板上，只能从荧光屏上观测到光点在垂直方向的运动。如果信号变化较快,看到的只是一条垂直的亮线,而看不到电压随时间变化的波形。如果在水平偏转板上加上一种电压与时间成正比的信号，使电子束在垂直方向运动的同步沿水平方向匀速移动，把垂直
7、方向的运动在水平方向“展开”,就可以在荧光屏上显示出电压随时间变化的波形。事实上加在水平偏转板上的信号是如图95所示的“锯齿波”,它的特点是在一周内电压与时间成正比,达到最大值后又瞬即回到零。由于水平偏转板上锯齿波的作用，电子束在水平方向的运动是周期性地来回扫动，但回扫时间极短，因此把它称之为“扫描”。当扫描信号（锯齿波）的周期与垂直方向信号的周期相似时，可以在荧光屏上显示出如图9-6所示的一种周期的波形。由于扫描波信号是周期性的，电子束水平方向来回扫描,使得加在垂直偏转板上的信号波形反复浮现，由于扫描周期与垂直方向信号周期相似，每次扫描浮现的波形完全重叠，因而在荧光屏上观测到的波形是稳定的。
8、如果扫描信号的周期是垂直方向信号周期的2倍或倍，则荧光屏上显示2个或3个周期的垂直方向信号的波形。设荧光屏上显示波形的周期数为，则 ()式中,T,f为扫描信号的周期与频率;Ty,fy为垂直方向信号的周期与频率。如果扫描信号周期不是垂直方向信号周期的整数倍,则每次扫描所得波形将不会完全重叠，因而从荧光屏上看到的是不稳定的波形，为了观测到稳定的波形，示波器的扫描信号（锯齿波)的频率是可调的，示波器面板上的扫描速率转换开关与扫描微调旋钮就是用来调节扫描信号频率的。 图9-5 扫描信号波形图 图9 扫描原理图 双踪扫描是运用一种电子开关来实现的。电子开关事实上是一种自动的迅速单刀双掷开关，它把输入两个
9、Y轴输入端(CHl通道与C通道)的两个信号轮换着送入Y轴放大器,在荧光屏上的两个不同位置轮流显示这两个信号。轮换速度足够快时,由于入眼的视觉暂留作用，就可在荧光屏上同步观测到两个信号波形。实验仪器GOS6021型双踪示波器，FG-8250型信号发生器,被测信号源。一、GO02型双踪示波器打开电源后，所有的重要面板设定都会显示在屏幕上。LED位于前板用于辅助和批示附加资料的操作。不对的的操作、或将控制钮转究竟时,蜂鸣器都会发出警讯。所有的按钮、TE/DI控制钮都是电子式选择，它们的功能和设定都可以被存储。前面板可以提成四大部分:显示屏控制、垂直控制、水平控制、触发控制。图-7 GOS602 前面
10、板1、显示屏控制显示屏控制钮调节屏幕上的波形，和提供探棒补偿的信号源 （1)POWER 为按键式20V电源开关 (2)TRACROTATION 为扫描水平调节器(3)INTN控制钮 轨迹亮度调节,顺时针方向调节增长亮度，反时针方向减低亮度。 (4) FOCUS 聚焦控制钮(5) CL 此端子输出一种5pp、lkH的参照信号，给探棒使用。(6) Grounsocket一一地线孔，此接头可作为直流的参照电位和低频信号的测量。(7) TEX/ILL一一具有双重功能的控制钮。这个按钮用于选择TEXT读值亮度功能和刻度亮度功能。以“TEXT”, 或“ILUM”显示在读值装置中。如下顺序将发生(按钮后）“
11、XT”“ILUM” “TEXT”TXTILLM功能和VARIBLE(9)控制钮有关。顺时针旋转此钮增长EX亮度或刻度亮度。反时针则减低， 按此钮可以打开或关闭TXT/ILM功能。（8) 光标量测功能(CURSORSMEASUEMENTUNCTIO)，有两个按钮和VARIABLE(9）控制钮有关。（)IRABLE 通过旋转或按ARIBL按钮，可以设定光标位置,TEXTILLUM功能。（0） MEM-9-AVE/RECALL此仪器涉及10组稳定的记忆器，可用于储存和呼喊所有电子式的选择钮的设定状态。2、垂直控制垂直控制按钮选择输出信号及控制幅值(11）C1-按钮(12)CH-按钮()CH1 POS
12、ITIO-控制钮(14)CH2OITN-控制钮通道和通道2的垂直波形定位可用这两个旋钮来设立。XY模式中,C POSITION可用来调节Y轴信号偏转敏捷度。（15）ALT/CO 这个按钮有多种功能，只有两个通道都启动后,才有作用。(6) DINV一具有双重功能的按钮。AD一读出装置显示 “+”号表达相加模式。反向功能会使CH信号反向180。显示。(7） CHVOLTS/DIV(18) CH VOLS/VHCH2的控制钮有双重功能。(19) CHl，A/DC（20) H2,ACDC 按一下此钮，切换交流(一的符号）或直流(二的符号)的输入耦合。(21) H1GND0(2） C2 GNDPl0一双
13、重功能按钮。GN 按一下此钮，使垂直放大器的输入端接地。 l0 长按(约3秒钟)为扫描扩展开关(23)CH-X-输入BNC插座(24)CY输入BC插座 此C插座是作为C1、C2信号的输入。3、水平控制水平控制可选择对基本操作模式和调节水平刻度,位置和信号的扩展。(2)H POSIION 水平位置调节器 (6）TIMEDVAR 为扫描时间微调（2)X-Y按住此钮一段时间，仪器可作为-Y示波器用。X-Y符号将取代时间偏向系数显示在读出装置上。(28)AG 按下此钮,将在(原则）和MAG（放大）之间选择扫描时间，信号波形将会扩展(如果用MAG功能）(2)AFNTIO（放大功能）,当处在放大模式时,波
14、形向左右方向扩展,显示在屏幕中心。4、触发控制触发控制决定两个信号及双轨迹的扫描起点（30）AT/N按钮及批示D 此按钮选择自动或一般触发模式 （31)SOURCE 选择触发信号源，当按钮按下时,触发源如下列顺序变化R-CH1CH2-LINE-EXTVRTVET（垂直模式）为了观测两个波形，同步信号将随着C1和C2的信号轮流变化。CH1 触发信号源，来自1输入端CH2触发信号源，来自CH2输入端LIE触发信号源,从交流电源取样波形获得。对显示与交流电源频率有关的波形极有协助。EX 触发信号源从外部连接器输入,作为外部触发源信号。（32)V-选择视频同步信号的按钮。(33）SO-触发斜率选择按钮 按一下此按钮信号的触发斜率以产生时基。(）COUPLNG 选择触发耦合A(3)RGGERLEVEL一带有TG,E的控制钮。（36)HLDOF一控制钮当信号波形复杂，使用RIGRLEVEL
