示波器的使用

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1、示波器的使用【实验目的】1. 了解示波器的结构和示波器的示波原理；2. 掌握示波器的使用方法，学会用示波器观察各种信号的波形3. 学会用示波器测量直流、正弦交流信号电压；4. 观察利萨如图，学会测量正弦信号频率的方法。【实验仪器】YB4320/20A/40 双踪示波器，函数信号发生器，电池。图 1 实验仪器实物图【实验原理】示波器是一种能观察各种电信号波形并可测量其电压、频率等的电子测量仪 器。示波器还能对一些能转化成电信号的非电量进行观测，因而它还是一种应用 非常广泛的、通用的电子显示器。1示波器的基本结构示波器的型号很多，但其基本结构类似。示波器主要是由示波管、X轴与Y轴衰减器和放大器、锯

2、齿波发生器、整步电路、和电源等几步分组成。其框图如图2所示。图 2 示波器原理框图(1) 示波管示波管由电子枪、偏转板、显示屏组成。电子枪：由灯丝H、阴极K、控制栅极G、第一阳极舛、第二阳极A2组成。 灯丝通电发热，使阴极受热后发射大量电子并经栅极孔出射。这束发散的电子经 圆筒状的第一阳极A和第二阳极A2所产生的电场加速后会聚于荧光屏上一点， 称为聚焦。舛与K之间的电压通常为几百伏特，可用电位器W2调节，舛与K之 间的电压除有加速电子的作用外，主要是达到聚焦电子的目的，所以A称为聚焦 阳极。W2即为示波器面板上的聚焦旋钮。A2与K之间的电压为1千多伏以上，可 通过电位器 W 调节，A2与K之间

3、的电压除了有聚焦电子的作用外，主要是达到 加速电子的作用，因其对电子的加速作用比A1大得多，故称A2为加速阳极。在 有的示波器面板上设有w3，并称其为辅助聚焦旋钮。在栅极G与阳极K之间加了一负电压即UkUg，调节电位器W1可改变它们 K G1之间的电势差。如果 G、K 间的负电压的绝对值越小，通过 G 的电子就越多，电 子束打到荧光屏上的光点就越亮，调节 W1 可调节光点的亮度。 W1 在示波器面板 上为“辉度”旋钮。偏转板：水平（X轴）偏转板由D1. D2组成，垂直（Y轴）偏转板由D3、D4组成。丄 乙D、 卡偏转板加上电压后可改变电子束的运动方向，从而可改变电子束在荧光屏上产生 的亮点的位

4、置。电子束偏转的距离与偏转板两极板间的电势差成正比。显示屏：显示屏是在示波器底部玻璃内涂上一层荧光物质，高速电子打在上面 就会发荧光，单位时间打在上面的电子越多，电子的速度越大光点的辉度就越大。 荧光屏上的发光能持续一段时间称为余辉时间。按余辉的长短，示波器分为长、 中、短余辉三种。（2）X 轴与 Y 轴衰减器和放大器示波管偏转板的灵敏度较低（约为011mm/V）当输入信号电压不大时，荧光屏 上的光点偏移很小而无法观测。因而要对信号电压放大后再加到偏转板上，为此 在示波器中设置了 X 轴与 Y 轴放大器。当输入信号电压很大时，放大器无法正常 工作，使输入信号发生畸变，甚至使仪器损坏，因此在放大

5、器前级设置有衰减器。 X 轴与 Y 轴衰减器和放大器配合使用，以满足对各种信号观测的要求。（3）锯齿波发生器锯齿波发生器能在示波器本机内产生一种随时间变化类似于锯齿状、频率调节 范围很宽的电压波形，称为锯齿波，作为 X 轴偏转板的扫描电压。锯齿波频率的 调节可由示波器面板上的旋钮控制。锯齿波电压较低，必须经X轴放大器放大后， 再加到 X 轴偏转板上，使电子束产生水平扫描，即使显示屏上的水平坐标变成时 间坐标，来展开 Y 轴输入的待测信号。2示波器的示波原理示波器能使一个随时间变化的电压波形显示在荧光屏上，是靠两对偏转板对电 子束的控制作用来实现的。如图3a所示，Y轴不加电压时，X轴加一由本机产

6、生 的锯齿波电压u , u=0时电子在E的作用下偏至a点，随着u线性增大，电子XXX向b偏转，经一周期时间Tx，u达到最大值u，电子偏至b点。下一周期，电X xxm子将重复上述扫描，就会在荧光屏上形成一水平扫描线ab。图 3 偏转板加电压时电子的偏转情况如图3 b所示，Y轴加一正弦信号u，X轴不加锯齿波信号，则电子束产生的 y光点只作上下方向上的振动，电压频率较高时则形成一条竖直的亮线cd。如图4所示，Y轴加一正弦电压u , X轴加上锯齿波电压u，且f=f ,这y x x y时光点的运动轨迹是X轴和Y轴运动的合成。最终在荧光屏上显示出一完整周期 的 uy 波形。y3. 整步 从上述分析中可知，

7、要在荧光屏上呈现稳定的电压波形，待测信号的频率 f yy必须与扫描信号频率f相等或是其整数倍，即f=nfx（或Tx=nT）,只有满足这样xy XXy的条件时，扫描轨迹才是重合的，故形成稳定的波形。通过改变示波器上的扫描频率旋钮，可以改变扫描频率fX，使f =nfx条件满足。但由于fx的频率受到电路Xy XX噪声的干扰而不稳定，彳=址乂的关系常被破坏，这就要用整步（或称同步）的办法来yX解决。即从外面引入一频率稳定的信号（外整步）或者把待测信号（内整步）加到锯齿 波发生器上，使其受到自动控制来保持 fy=nfX 的关系，从而使荧光屏上获得稳定yX的待测信号波形。图 4 示波器的示波原理图解实验仪

8、器介绍】现以YB4320/20A/40双踪示波器为例（面版见图5所示），介绍示波器的一般使用方法：*仅YB4320A有交替触发图 5 YB4320/20A/40/60 前面板示意图、YB4320/20A/40/60型双踪示波器旋钮和开关的功能A、电源及示波管控制系统交流电源插座，该插座下端装有保险丝管。（1）电源开关（POWER）：按键弹出即为“关位置”按下为“开”位置。2） 电源指示灯：电源按通时，指示灯亮。（3）亮度旋钮（INTENSITY）；顺时针方向旋转，亮度增强。（4）聚焦旋钮（FOSUS、）：用来调节光迹及波形的清晰度。（5）光迹旋转旋钮（TRACE ROTATION）：用于调节光

9、迹与水平刻度线平行。(6)刻度照明旋钮(SCALE ILLUM)：用于调节屏幕刻度亮度。B、垂直系统(30)通道1输入端CHI INPUT (X)：用于垂直方向输入。在X-Y方式时 输入端的信号成为X信号。(22) (29)、交流一一接地一一直流耦合选择开关(AC-GND-DC)选择垂直 放大器的耦合方式。交流(AC):垂直输入端由电容器来耦合接地(GND)：放大器的输入端接地直流(DC):垂直放大器输入端与信号直接耦合。(26) (33)：衰减开关(VOLT/DIV)：用于选择垂直偏转灵敏度的调节。如果使 用的是10： 1探头。计算时将幅度X10。(25) (32)：垂直微调旋钮(VARIB

10、LE)垂直微调用于连续改变电压偏转灵敏度。 此旋钮在正常情况下，应位于顺时针方向旋到底的位置。将旋钮逆时针方向旋到 底垂直方向的灵敏度下降到2.5 倍以上.(20) (36)： CH1X5 扩展，CH2x5 扩展(CH1x5MAG, CH2x5MAG),按下x5 扩 展键，垂直方向的信号扩大 5 倍，最高灵敏度为 1mv/div。(23) (35)：垂直移位(POSITION)调节光迹在屏幕中的垂直位置。垂直方式工 作按钮(VERTICAL MODE)垂直方向的工作方式选择。(34)：通道1选择(CH1)：屏幕上仅显示CH1的信号。(28)：通道2选择(CH2)：屏幕上仅显示CH2的信号。(3

11、4) (28)：双踪选择(DVAL)：同时按下CH1和CH2按钮，屏幕上会出现双 踪并自动以断续或交替方式同时显示CH1和CH2的信号。（31）：叠加（ADD）：显示CH1和CH2输入电压的代数和。（21）： CH2极性开关（INVERT）：按此开关时CH2显示反相电压值。C、水平方向部分（15）：扫描时间因数选择开关（TIME/DIV）：共20档。在O.lys/div0.2s/div范 围选择扫描速率。（11）： XY控制键。选择XY工作方式时，垂直偏转信号接入CH2输入端， 水平偏转信号接入CH1输入端。（23）：通道2垂直移位键（POSITION）：控制通道2信号在屏幕中的垂直位置， 当

12、工作在XY方式时，该键用于Y方向的移位。（12）：扫描微调控制键（VARIBLE）：此旋钮以顺时针旋转到底时处于校准位置, 扫描由Time/Div开关指示。该旋钮逆时针方向旋转到底，扫描减慢2.5倍以上。 正常工作时，该旋钮位于“校准”位置。（14）：水平移位（POSITION）：用于调节轨迹在水平方向移动。顺时针方向旋转, 光迹右移，逆时针方向旋转，光迹左移。（9）：扩展控制键（MAGx5）、（MAGX10,仅YB4360）按下去时，扫描因数x5扩展 或X10扩展.。扫描时间是Time/Div开关指示数值的1/5或1/10。例如，用x5扩展 时，100ys/Div为20ys/Div。部分波形

13、的扩展：将波形的尖端移到水平尺寸的中心, 按下X5或X10扩展按钮，波形将扩展5倍或10倍。（8）： ALT扩展按钮（ALTMAG）：按下此键，扫描因数X1；X5或X 10同时 显示。此时要把放大部分移到屏幕中心，按下ALTMAG键。扩展以后的光迹可由 光迹分离控制键（13）移位距X1光迹1.5div或更远的地方。同时使用垂直双踪 方式和水平 ALTMAG 可在屏幕上同时显示四条光迹。D、触发（TRIG）（18）：触发源选择开关（SOVRCE）：选择触发信号源。内触发（INT）： CH1或CH2上的输入信号是触发信号。通道2触发（CH2）： CH2上的输入信号是触发信号。电源触发（LINE）：

14、电源频率成为触发信号。外触发（EXT）：触发输入上的触发信号是外部信号，用于特殊信号的触发。（43）：交替触发（ALT TRIG）：在双踪交替显示时，触发信号交替来自于两个Y 通道，此方式可用于同时观察两路不相关的信号。（19）:外触发输入插座（EXT INPVT）：用于外部触发信号的输入。（17）:触发电平旋钮（TRIG LEVEL）：用于调节被测信号在某一电平触发同步。（10）:触发极性按钮（SLOPE）：触发极性选择。用于选择信号的上升沿和下降 沿触发。（ 16）：触发方式选择（ TRIG MODE）：自动（AUTO）：在自动扫描方式时，扫描电路自动进行扫描。在没有信号输 入或输入信号没

15、有被触发同步时，屏幕上仍然可以显示扫描基线。常态（NORM）：有触发信号才能扫描，否则屏幕上无扫描线显示。当输入信 号频率低于 20HZ 时，用常态触发方式。（41）：Z 轴输入连接器（后面板） （Z AXTS INPVT）：Z 轴输入端。加入正 信号时，辉度降低；加入负信号时，辉度增加。常态下的 5VP-P 的信号能产生明 显的辉度调节。（39）：通道1输出（CH1 OVT）：通道1信号输出连接器，可用于频率计数器 输入信号。(7)：校准信号(CAL)：电压幅度为0.5VP-P频率为1KHZ的方波信号。(27)：接地柱丄：接地端。【实验内容与步骤】1、调整示波器，观察标准方波波形熟悉YB4320/20A/40/60型双踪方波器控制面板上各控制器的作用。 电源和扫描(1) 确认所用市电电压在198V242V。确保所用保险丝为指定的型号。(2) 断开“电源”开关，把电源开关(POWER)弹出即为“关”位置。将电源 线接入。(3) 设定各个控制键在下列相应位置：亮度(INTENSITY)：顺时针方向旋转到底；聚焦(FOCUS)：中间；垂直 移位(POSITION)：中间(x5)键弹出；垂直方式:CH1；触发方式(T