物理实验报告 - 数字示波器的使用.docx

1王皓平 6100411063 电 III112 班 S07713 00 七 一 __ T016实验名称： 数字示波器的使用一、引言：数字示波器是数据采集，A/D 转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器数字 示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点，其使用日益普及由 于数字示波器与模拟示波器之间存在较大的性能差异，如果使用不当，会产生较大的测量误差，从 而影响测试任务 二、实验目的：1. 了解示波器显示波形的工作原理 2. 学会利用示波器观测电压信号 3. 学会观察李萨如图形，并利用其测量正弦信号的频率 三、实验原理：数字存储示波器的基本原理 数字存储示波器的基本原理框图如图所示：AMPA/DDisplayInputDeMUXAcquistion MemoryuPDisplay Memory数字示波器是按照采样原理，利用 A/D 变换，将连续的模拟信号转变成离散的数字序列，然后 进行恢复重建波形，从而达到测量波形的目的。

输入缓冲器放大器（AMP)将输入的信号作缓冲变换，起到将被测体与示波器隔离的作用，示波 器工作状态的变换不会影响输入信号，同时将信号的幅值切换至适当的电平范围（示波器可以处理 的范围） ，也就是说不同幅值的信号在通过输入缓冲放大器后都会转变成相同电压范围内的信号 A/D 单元的作用是将连续的模拟信号转变为离散的数字序列，然后按照数字序列的先后顺序重 建波形所以 A/D 单元起到一个采样的作用，它在采样时钟的作用下,将采样脉冲到来时刻的信号幅 值的大小转化为数字表示的数值这个点我们称为采样点A/D 转换器是波形采集的关键部件 多路选通器（DEMUX）将数据按照顺序排列，即将 A/D 变换的数据按照其在模拟波形上的先后 顺序存入存储器，也就是给数据安排地址，其地址的顺序就是采样点在波形上的顺序，采样点相邻 数据之间的时间间隔就是采样间隔 数据采集存储器（Acquisition Memory)是将采样点存储下来的存储单元，他将采样数据按照安排 好的地址存储下来，当采集存储器内的数据足够复原波形的时候，再送入后级处理，用于复原波形 并显示 处理器（μP）及显示内存（Display Memory)。

处理器用于控制和处理所有的控制信息,并把采 样点复原为波形点，存入显示内存区，并用于显示显示单元（Display)将显示内存中的波形点显示2王皓平 6100411063 电 III112 班 S07713 00 七 一 __ T016出来，显示内存中的数据与 LCD 显示面板上的点是一一对应的关系 李萨如图形的基本原理 如果在示波器的 CH1 通道加上一正弦波，在示波器的 CH2 通道加上另一正弦波，则当两正弦波 信号的频率比值为简单整数比时，在荧光屏上将得到李萨如图形如下图所示这些李萨如图形是两 个相互垂直的简谐振动合成的结果，它们满足yxxyfn fn其中，fx 代表 CH1 通道上正弦波信号的频率，fy 代表 CH2 通道上正弦波信号的频率，nx 代表 李萨如图形与假想水平线的切点数目，ny 代表李萨如图形与假想垂直线的切点数目yxxyfn fn2 1 yxxyfn fn4 3 yxxyfn fn8 5四、实验仪器：信号发生器，数字示波器，探头 五、实验内容：1. 观察各种波形并测量正弦波形的电压、周期和频率。

调节信号发生器，分别观察三角波、方波、正弦波形三种，熟悉信号发生器和示波器的使用选择 三个频率段正弦波形，分别测量对应波形电压、周期和频率 2．利用李萨如图形测频率 将两信号发生器分别从示波器的 CH1 输入端和 CH2 输入端输入,将 CH1 和 CH2 输入端信号置于 XY 模 式，可保持 CH1 输入端信号发生器的频率不变,调节 CH2 输入端信号发生器的频率,使屏中出现大小 适中的图形，即出现所示的李萨如图形, 利用 x 轴，Y 轴切点的个数比 nx/ny，记录示波器测得 CH2 输入端信号的频率（测量值）,比较计算值和测量值3王皓平 6100411063 电 III112 班 S07713 00 七 一 __ T016六、实验记录：4王皓平 6100411063 电 III112 班 S07713 00 七 一 __ T016七、数据处理：测量真实相对误差测量真实相对误差测量真实相对误差 正弦波19.220.14.48%24.4024.141.06%40.9841.421.06% 锯齿波18.420.18.46%24.2023.582.61%41.3242.402.55% 方波18.820.06.00%24.0023.571.83%41.6742.431.79%Vp-p/vT/μsf/kHznxnyfx/Hzfy/Hzfy测/Hz相对误差 图121200.00400.10400.000.02% 图231200.00600.80600.000.13% 图341200.00801.00800.000.12% 图412200.00100.00100.000.00% 图554200.00254.00250.001.57%-40-30-20-1001020304050-60-40-200204060-40-30-20-1001020304050-60-40-200204060-40-30-20-1001020304050-60-40-200204060-50 -40 -30 -20 -100102030405060-40-30-20-10010203040505王皓平 6100411063 电 III112 班 S07713 00 七 一 __ T016-40-30-20-1001020304050-60-40-200204060八、误差分析：整个实验误差相对较小，尤其是在李萨如图形实验中，误差明显减小。

但是，测量三种波形的 实验中误差相对较大，对于以上误差分析如下： 1. 刚开始时，实验者所用信号频率较大，导致产生噪声较大，对于实验影响较为明显 2. 3 种波形中，每种不同波形的波峰波谷明显程度不同，导致添加光标时精确程度不同，导致 测量值与实际值之间的误差 3. 在实验老师的提醒下，降低频率后，导致接下来的实验数据结果较为准确。