2021年大学物理实验示波器实验报告示波器实验数据.docx

《2021年大学物理实验示波器实验报告示波器实验数据.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021年大学物理实验示波器实验报告示波器实验数据.docx（8页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、【试验目】1、 了解示波器结构和工作原理, 熟悉示波器和信号发生器基础使用方法。2、 学习用示波器观察电信号波形和测量电压、 周期及频率值。3、 经过观察李沙如图形, 学会一个测量正弦波信号频率方法。【试验仪器】VD4322B 型双踪示波器、 EM1643 型信号发生器、 连接线及小喇叭等42114151617103591113 12 86图 8-2VD4322 型双踪示波器板面图1、 电源开关 2、 电源指示灯 3、 聚焦旋钮 4、 亮度调整旋钮 5、 Y1(X)信号输入口 6、 Y2 信号输入口 7、 8、 入耦合开关（AC-GND-DC）9、 10、 垂直偏转因数选择开关（V/格）11、

2、 Y1位移旋钮 12、 Y2位移旋钮 13、 工作方法选择开关（ Y 、 Y12、 交替、 断续）14、 扫描速度（时间/格）选择开关 15、扫描微调控制旋钮 16、 水平位移旋钮 17、 电平调整旋钮【试验原理】一、 示波器结构及简单工作原理示波器通常由 5 个部分组成, 如图 8-3 所表示: （1）示波管; (2)信号放大器和衰减器（3）扫描发生器; （4）触发同时电路; （5）电源。下面分别加以简单说明。Y 轴输入内外触发X 轴输入放 大或衰减触 发H同 步扫 描发生器放 大或衰减电子枪荧YX光YXKGA 1A 2屏亮度聚焦辅助聚焦电源图 8-3 电路结构图1、 示波管示波管关键包含电

3、子图 8-4 示波管示意图枪、 偏转系统和荧光屏三部分, 全都密封在玻璃外壳内, 里面抽成高真空。如图 8-4所表示, 下面分别说明各部分作用。（1） 荧光屏: 它是示波器显示部分, 当加速聚焦后电子打到荧光上时, 屏上所涂荧光物质就会发光, 从而显示出电子束位置。当电子停止作用后, 荧光剂发光需经一定时间才会停止, 称为余辉效应。（2） 电子枪: 由灯丝H 、 阴极K 、 控制栅极G 、 第一阳极A 1、 第二阳极A 2 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金属筒, 被加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔圆筒, 套在阴极外面。它电位比阴极低, 对阴极发射出来电子起控制

4、作用, 只有初速度较大电子才能穿过栅极顶端小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上“亮度”调整就是经过调整电位以控制射向荧光屏电子流密度, 从而改变了屏上光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多, 电子被它们之间电场加速形成射线。当控制栅极、 第一阳极、第二阳极之间电位调整适宜时, 电子枪内电场对电子射线有聚焦作用, 所以第一阳极也称聚焦阳极。第二阳极电位更高, 又称加速阳极。面板上“聚焦”调整, 就是调第一阳极电位, 使荧光屏上光斑成为明亮、 清楚小圆点。有示波器还有“辅助聚焦”, 实际是调整第二阳极电位。（3） 偏转系统: 它由两对相互垂直偏转板组成, 一对垂直偏转板Y, 一对水平偏转板X

5、。在偏转板上加以合适电压, 电子束经过时, 其运动方向发生偏转, 从而使电子束在荧光屏上光斑位置也发生改变。轻易证实, 光点在荧光屏上偏移距离与偏转板上所加电压成正比, 所以可将电压测量转化为屏上光点偏移距离测量, 这就是示波器测量电压原理。2、 信号放大器和衰减器示波管本身相当于一个多量程电压表, 这一作用是靠信号放大器和衰减器实现。因为示波管本身 X 及 Y 轴偏转板灵敏度不高（约 0.11mm/V ）, 当加在偏转板信号过小时, 要预先将小信号电压加以放大后再加到偏转板上。为此设置X 轴及 Y 轴电压放大器。衰减器作用是使过大输入信号电压变小以适应放大器要求 , 不然放大器不能正常工作,

6、 使输入信号发生畸变, 甚至使仪器受损。对通常示波器来说,X 轴和Y 轴都设置有衰减器, 以满足多种测量需要。3、 扫描系统（扫描发生器）0U xt扫描系统也称时基电路, 用来产生一个随时间作线性改变扫描电压, 这种扫描电压随时间改变关系如同锯齿 , 故称锯齿波电压, 如图 8-5所表示, 这个电压经X 轴放大器放大后加到示波管水平偏转板上, 使电子束产生水平扫描。这么, 屏上水平坐标变成时间坐标,Y 轴输入被测信号波形就能够在时间轴上展开。扫描系统是示波器显示被测电压波形必需关键组成部分。一、 示波器显示波形原理假如只在竖直偏转板上加一交变正弦电压, 则电子束亮点将随电压改变在竖直方向往返运

7、动 , 假如电压频率较高, 则看到是一条竖直亮线, 如图 8-6所表示。要能显示波形, 必需同时在水平偏转板上加一扫描电压, 使电子束亮点沿水平方向拉开。这种扫描电压特点是电压随时间成线性关系增加到最大值 , 最终忽然回到最小, 以后再反复地改变。这种扫描电压即前面所说“锯齿波电压”,如图 8-5所表示。当只有锯齿波电压 U y加在水平偏转板上时 , 假如频率足够高, 则荧光屏上只显示一条水平0图 8-5 锯齿波t图8-6正弦波亮线。假如在竖直偏转板上（简称 Y 轴）加正弦电压, 同时在水平偏转板上（简称 X 轴）加锯齿波电压, 电子受竖直、 水平两个方向力作用, 电子运动就是两相互垂直运动合

8、成。当锯齿波电压比正弦电压改变周期稍大时, 在荧光屏上将能显示出完整周期所加正弦电压波形图。三、 触发同时概念U y1691 6 90257410t112 7 104,113Tx8120 54838T图 8-7 不一样时时波yU xT Tx= yt假如正弦波和锯齿波电压周期稍微不一样 , 屏上出现是一移动着不稳定图形。这种情形可用图8-7 说明。设锯齿波电压周期 Tx比正弦波电压周期 Ty 稍小, 比方说 T /T =7/8。在第一扫描周期内,x y屏上显示正弦信号 04 点之间曲线段; 在第二周期内, 显示 48 点之间曲线段, 起点在 4 处; 第三周期内, 显示811 点之间曲线段, 起

9、点在 8 处。这么, 屏上显示波形每次都不重合 , 好象波形在向右移动。同理, 假如Tx 比 Ty 稍大, 则好象在向左移动。以上描述情况在示波器使用过程中常常会出现。其原因是扫描电压周期与被测信号周期不相等或不成整数倍, 以致每次扫描开始时波形曲线上起点均不一样所造成。为了使屏上图形稳定, 必需使Tx/Ty=n（n1, 2, 3, ）,n是屏上显示完整波形个数。为了取得一定数量波形, 示波器上设有“扫描时间”（或“扫描范围”）、 “扫描微调”旋钮, 用来调整锯齿波电压周期Tx（或频率 fx）, 使之与被测信号周期 Ty（或频率 fy）成适宜关系, 从而在示波器屏上得到所需数目完整被测波形。输

10、入 Y 轴被测信号与示波器内部锯齿波电压是相互独立。因为环境或其它原因影响, 它们周期（或频率）可能发生微小改变。这时, 即使可经过调整扫描旋钮将周期调到整数倍关系, 但过一会儿又变了, 波形又移动起来。在观察高频信号时这种问题尤为突出。为此示波器内装有扫描同时装置, 让锯齿波电压扫描起点自动跟着被测信号改变, 这就称为整步（或同时）。有示波器中, 需要让扫描电压与外部某一信号同时, 所以设有“触发选择”键, 可选择外触发工作状态, 对应设有“外触发” 信号输入端。四、 示波器应用1、 示波器观察电信号波形。将待观察信号从Y 或Y12端接入加到Y 偏转板, X 偏转板加上扫描电压信号, 调整辉

11、度旋钮、 聚集旋钮、 x、 y 位移旋钮,调整电压偏转因数旋钮和扫描时间旋钮, 再调整同时触发电平旋钮, 即看到待观察信号波形。2、 测量电压利用示波器能够方便测出电压值, 实际上示波器所做任何测量都归结为电压测量。其原理基于被测量电压使电子束产生与之成正比偏转。计算公式为U (t)yky（8-1）式中,y 为电子束沿y 轴方向偏转量, 用格数（DIV ）表示; k y为示波器y 轴电压偏转因数（V/DIV ）即（伏/格）。3、 测量频率（1） 周期换算法周期换算法所依据原理是频率与周期成倒数关系:f1(8-2）T信号周期能够用扫描速度值乘以被测信号波形又一个周期在荧光屏上水平偏转距离而求得T

12、t x（T= 扫描速度一个周期水平距离）, 故信号频率便能够算出。相位差角0频率比1412341:11:21:32:3（2） 李萨如图形法设将未知频率 fy 电压 U y 和已知频率 f 电压 Uxx（均为正弦电压）, 分别送到示波器Y 轴和X 轴, 则因为两个电压频率 、振幅和相位不 一样, 在荧光屏上将显示多种不 一样波形, 通常得不到稳定图形, 但当两电压频 率成简单整数比时 , 将出现稳定封 闭曲线, 称为李萨如图形。依据这个图形能够确定 两电压频率比, 从而确定待测频 率大小。图 8-8 李莎如图图 8 列出多种不一样频率比在不一样相位差时李萨如图形, 不难得出:加在Y轴电压的频率f

13、y加在X 轴电压的频率fx水平直线与图形相交的点数Nx垂直直线与图形相交的点数Ny所以未知频率【试验内容及要求】Nfx fyNx y（8-3）1、 示波器: 辉度、 聚焦、 水平和竖直位移通道选择、 触发、 电平、 幅度因子、 扫描因子;2、 信号源: 频率、 信号幅度、 波形选择。3、 连接信号源与示波器: 信号源输出正弦波信号、 调整示波器, 出现稳定正弦波, 依据波形和幅度因子算出电压有效值, 波形和扫描因子算出信号频率。4、 将示波器置非扫描档, 外接两个信号源合成利萨如图。【试验数据统计与处理】【附上原始数据】打灯_,ti,.,Srr,.,“让-，从历V 17，书，J ，勹“,J上，r.,!fJ封1i扣恤乙，已竹杆气 1”之 I,忑 , t 0,.0C-J2,I才匕O,OUC、二）夕佐( -3 I11/ ，、4，切雹 1I