示波器的原理和使用.docx

实验七 示波器的原理和使用示波器是一种用途广泛的基本电子测量仪器，用它能观察电信号的波形、幅度和频率 等电参数用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差，一些性能较好的示波器甚至 可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较在实际应用中凡是能转化为电压信号的电 学量和非电学量都可以用示波器来观测实验目的】 1．了解示波器的基本结构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法 2．学会使用示波器观测电信号波形和电压幅值以及频率 3．学会使用示波器观察李萨如图并测频率图7-1示波器结构图【实验原理】不论何种型号和规格的示波器都包括了如图7-1所示的几个基本组成部分：示波管（又 称阴极射线管，cathode ray tube,简称CRT）、垂直放大电路（Y放大）、水平放大电路（X 放大）、扫描信号发生电路（锯齿波发生器）、自检标准信号发生电路（自检信号）、触发同 步电路、电源等1．示波管的基本结构示波管的基本结构如图7-2所示主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，全 都密封在玻璃壳体内，里面抽成高真空1）电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成灯丝通电后 加热阴极阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。

控制栅极是一个 顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作 用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏示波器面板上的“辉度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了 屏上的光斑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电位之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有 聚集作用，所以，3t调川山川巾卅，荧 光 屏电子區H-灯丝；K-阴极；q , G2-控制栅极；舛-第一阳极；A2-第二阳极；Y-竖直偏转板；X-水平偏转板图 7-2 示波管结构图第一阳极也称聚集阳极第二阳极电位更高,又称加速阳极面板上的“聚集”调节,就 是调第一阳极电位,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 聚集”,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 在偏转板上加以适当电压,电子束通过时,其运动方向发生偏转,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,供测定光点的位置用在性能较好的示波管中,将刻度线直接刻在 荧光屏玻璃内表面上,使之与荧光粉紧贴在一起以消除视差,光点位置可测得更准2．波形显示原理(1) 仅在垂直偏转板Y偏转板)加一正弦交变电压：如果仅在Y偏转板加一正弦交图 7-3 在垂直偏转板加一正弦交变电压 图 7-4 在水平偏转板加一扫描(锯齿)电压变电压，则电子束所产生的亮点随电压的变化在y方向来回运动，如果电压频率较高，由于人眼的视觉暂留现象，则看到的是一条坚直亮线，其长度与正弦信号电压的峰－峰值成 正比，如图7-3 所示1）仅在水平偏转板加一扫描（锯齿）电压：为了能使y方向所加的随时间t变化的 信号电压u（t）在空间展开，需在水平方向形成一时间轴这一t轴可通过在水平偏转板加 一如图7—4所示的锯齿电压u（t）,由于该电压在0—1时间内电压随时间成线性关系达到 最大值，使电子束在屏上产生的亮点随时间线性水平移动最后到达屏的最右端在1—2时间内（最理想情况是该时间为零）u突然回到起点（即亮点回到屏的最左端）如此重复x 变化，若频率足够高的话，则在屏上 形成了一条如图 7-4 所示的水平亮 线，即t轴。

2）常规显示波形：如果在Y偏转 板加一正弦电压（实际上任何所想观 察的波形均可）同时在X偏转板加一 锯齿电压，电子束受竖直、水平两个 方向的力的作用下，电子的运动是两 相互垂直运动的合成当两电压周期 具有合适的关系时，在荧光屏上将能 显示出所加正弦电压完整周期的波形 图如图 7-5 所示3．同步原理（1）同步的概念：为了显示如图yx而亮点扫完了一个周期的正弦曲线由于锯齿波这时马上复原，所以亮点又回到点，再7-5 所示的稳定图形，只有保证正弦 波到I点时，锯齿波正好到I点，从 次重复这一过程，光点所画的轨迹和第一周期的完全重合，所以在屏上显示出一个稳定的 波形，这就是所谓的同步由此可知同步的一般条件为：T = T ，n = 1 ， xny 其中 Tx 为锯齿波周x期，T为正弦周期V 若n = 3,则能在屏上 显示出三个完整周期 的波形如果正弦波和 锯齿波电压的周期 稍微不同，屏上出现 的是一移动着的 不稳定图形这情形 可用图 7-6 说 明设锯齿波形电压 的周期 Tx 比正弦波x电压周期T稍小，比y方说 T = nT，=7/82， 3・・・图 7-6 TX= (7/8) Ty 时的波X Y11488128TtUx1^L__o 50 xy 在第一扫描周期内，屏上显示正弦信号0〜4点之间的曲线段；在第二周期内，显示4〜8点之间的曲线段，起 点在4处；第三周期内，显示8〜11点之间曲线段，起点在8处。

这样，屏上显示的波形 每次都不重叠，好象波形在向右移动同理，如果T比T稍大，则好象在向左移动以 xy 上描述的情况在示波器使用过程中经常会出现其原因是扫描电压的周期与被测信号的周 期不相等或不成整数倍，以致每次扫描开始时波型曲线上的起点均不一样所造成的2） 手动同步的调节：为了获得一定数量的稳定波形，示波器设有“扫描周期、”“扫 描微调”旋钮，用来调节锯齿波电压的周期T （或频率f）,使之与被测信号的周期Ty （或 频率f）成整数倍关系，从而，在示波器屏上得到所需数目的完整被测波形3） 自动触发同步调节:输入Y轴的被测信号与示波器内部的锯齿波电压是相互独立的 由于环境或其他因素的影响，它们的周期（或频率）可能发生微小的改变这时虽通过调 节扫描旋钮使它们之间的周期满足整数倍关系，但过了一会可能又会变，使波形无法稳定 下来这在观察高频信号进尤其明显为此，示波器内设有触发同步电路，它从垂直放大 电路中取出部分待测信号，输入到扫描发生器，迫使锯齿波与待测信号同步，此称为“内 同步”操作时，首先使示波器水平扫描处于待触发状态，然后使用“电平'（LEVEL）旋 钮，改变触发电压大小，当待测信号电压上升到触发电平时，扫描发生器才开始扫描。

若 同步信号是从仪器外部输入时，则称“外同步”4．李萨如图形的原理如果示波器的X和Y输入是频率相同或成简单整数比的两个正弦电压贝I」屏上将呈现 特殊的光点轨迹，这种轨迹图称为李萨如图图7-7所示的为= 2：1的李萨如图形 频率比不同的将形成不同的李萨如图形图7-8所示的是频率比成简单整数比值的几组李 萨如图形从中可总结出如下规律：如果作一个限制光点x、y方向变化范围的假想方框， 则图形与此框相切时，横边上切点数匕与竖边上的切点数n之比恰好等于Y和X输入的 两正弦信号的频率之比，即f : f = n : n但若出现图（b）或（f）所示的图形，有端 点与假想边框相接时，应把一个端点并为1/2个切点所以利用李萨如图形能方便地比较两正弦信号的频率若已知其中一个信号的频率，数出图上的切点数n和n，便可算同另 xy 一待测信号的频率图7-7 fy : fx=2 : 1的李萨如图形图7-8 fy : fx=nx : ny的几种李萨如图形实验仪器】1. YB4320G双踪示波器(面板分布图及功能请参见附录A) 实验内容】1. 校准示波器(1)示波器面板控制件的预置仪器使用时面板控制件位置(以CH1输入为例)，其他按键为弹出位置面板控制件作用位置面板控制件作用位置辉度(2)顺时针1/3处触发耦合(28)AC聚焦⑷适中电平锁定(32)按下垂直方式(42)CH1释抑(34)逆时针旋到底垂直位移(40)(43)适中触发方式(31)自动VOLTS/DIV(1O)(15)0.5V/div水平显示方式(41)A微调(14)(19)顺时针转至校准位置A TIME/DIV(20)0.5ms/div触发源(29)CH1水平位移(35)适中(2)打开电源开关，调节辉度和聚焦旋钮，使光迹最细最清晰；调节CH1垂直位移、 水平位移和光迹旋钮将扫线调到居中并与水平中心刻度平行。

3) 将探极连线接分别连接CH1输入端和2Vpp校准信号端，调节CH1垂直位移和水 平位移到适中位置，使显示的方波波形对准刻度线，最后读出电压幅度/pp和周期(T) 计算Vp-p和周期Vpp= AXV/div, T=BXtime/div 式中A为波形在屏上所占垂直格数，B为一个波形周期在屏上所占水平格数在读A和B时，注意还要估读小格，VOLTS/DIV和A TIME/DIV旋钮每一级对应一 大格，每一大格分为5小格2. 观测信号波形并测量峰－峰电压值和频率(1) 信号发生器的调节仪器使用时面板控制件位置，其他按键为弹出位置面板控制件作用位置波形选择开关(WAVE FORM)任意按入一键(即任意选择一输出波形)频率范围选择开关按入200Hz或2kHz档频率调节旋钮(FREQUENCY)在相应的量程范围内任意调节输出信号的频率幅度调节旋钮(AMPLITUDE)任意调节输出信号幅度，但不宜过小或过大(2)用信号线一头连接信号发生器的电压输出端口VOLTAGE OUT),另一头连接示波 器的 CH1 输入端，示波器的面板控制件位置同上3)选择不同波形、不同频率、不同幅度的信号进行观察和测量，测量方法同上。

注意， 为了提高测量精度，测量时应调节示波器的VOLTS/DIV和A TIME/DIV旋钮，使波形上 下、左右达到最大，但不能超出屏幕显示范围，并至少要显示一个完整的波形3. 观绘李萨如图形(1) 用两根信号线分别从两台信号发生器的电压输出端口VOLTAGE OUT)连接到示波 器的CH1 (X)输入端和CH2 (Y)输入端，信号发生器的波形开关:WAVEFORM)置于“s” 正弦波2) 示波器的垂直方式开关置于七H2”，触发源开关置于“CH1”3) 按下示波器的X-Y (11)键，分别观察f : f =1 ： 1、1 ： 2、2 ： 3的李萨如图形，描绘f： =4： 1的李萨如图形 '“附录】A. YB4320G双踪示波器面板分布图及功能151219 10 15 4 1 42 13 41 40 39 38 36 37 35 3 iOn□VOL诚心tn”_LAlVL J U >•,口门q的恤 C^ZIL .O5COOF图7-9 YB4320G双踪示波器面板分布图32333130292827251.主机电源(9)电源开关(POWER)将电源开关按键弹出即为“关”位置，将电源接入，按电源开关，以接通电源。

8)电源指示灯电源接通时指示灯亮2)辉度旋钮(INTENSITY)顺时针方向旋转旋钮，亮度增强接通电源之前将该旋钮逆时针方向旋转到底4) 聚焦旋钮(FOCUS)用亮。