示波器的原理及使用

实验目的

1. 了解示波器的主要组成部分，扫描和整步的作用原理，加深对振动合成的理解。 2. 使用示波器观察信号特征（正弦波、三角波、方波），利用李萨如图形测量信号频率。 3.熟悉掌握已知的观察信号（正弦波），会求出频率，振幅和周期。

实验仪器

双踪示波器 函数信号发生器

1.电源开关 2.扫描微调 3.触发电平调节 4.外触发输入 5.显示屏 6.扫描频率选择 7.X轴位移 8. 触发方式选择 9.触发源选择 10.工作方式选择

11(12).y轴位移

13.CH2Y轴增益粗调 14.CH2Y轴增益细调

15.CH2输入

16.耦合方式选择

17.辉度控制 18.聚焦控制 19.CH1Y轴增益粗调20.CH1输入21.内触发选择开关

22.校正0.5V端子 23.CH1Y轴增益细调24CH1耦合方式选择 25接地端子

实验原理

示波器动态显示随时间变化的电压信号思路是将电压加在电极板上，极板间形成相应的变化电场，使进入这变化电场的电子运动情况相应地随时间变化，最后把电子运动的轨迹用荧光屏显示出来。示波器主要由示波管（见图1））和复杂的电子线路构成。示波器的基本结构见图2。

图1 示波管示意图

图2 示波器的基本结构简图

1.偏转电场控制电子束在视屏上的轨迹

偏转电压U与偏转位移Y（或X）成正比关系。如图3所示：YUy。

图3偏转电压U与偏转位移Y

如果只在竖直偏转板（Y轴）上加一正弦电压，则电子只在竖直方向随电压变化而往复运动，见图4。要能够显示波形，必须在水平偏转板（X轴）上加一扫描电压，见图5。

图4 信号随时间变化的规律 （加在Y偏转板） 图5 锯齿波电压（加在X偏转板） 示波器显示波形实质：见图6，沿Y轴方向的简谐运动与沿X轴方向的匀速运动合成的一种合运动。显示稳定波形的条件：扫描电压周期应为被测信号周期的整数倍，即Tx=nTy （ n=1，2，3…）（见图7）

2.同步扫描（其目的是保证扫描周期是信号周期的整数倍）

若没有“扫描”（横向的扫描电压），被测信号随时间规律变化规律就显示不出来；如果没有“整步”，就得不到稳定的波形图像。

为了达到“整步”目的，示波器采用三种方式：“内整步”：将待测信号一部分加到扫描 发生器，当待测信号频率fy有微小变化，它将迫使扫描频率fx追踪其变化，保证波形的完整稳定；“外整步”：从外部电路中取出信号加到扫描发生器，迫使扫描频率fx变化，保证

图6 示波器显示波形原理图（Tx=Ty） 图7 Tx=2Ty时合成的图形 波形的完整稳定；“电源整步”：整步信号从电源变压器获得。一般在观察信号时，都采用“内整步”（或称为“内触发”）。

注：若为同步显示的波形出现走动状态，此时应调节：扫描步长，整步方式（一定打在“内”），“电平”位置。 3.利萨如图形

利萨如图形形成实质：沿Y轴方向的简谐运动与沿X轴方向的谐振动合成的一种合运动。

x20sin(2fxt1)y20sin(2fyt2)

利用利萨如图形测定未知信号的频率

公式：ny:nxfx:fy 式中的nx、ny分别为利萨如图形于X、Y轴的切点数。 4.测正弦波的峰－峰值Vp-p、周期T

用示波器观察正弦波波形，若该信号输入通道的标度因子为V0，单位为伏/格（V/DIV）,被测正弦波的正、负峰之间的距离在荧光屏上所占的高度为H格，则VppV0H

若正弦波此时的时间扫描轴的单位是t/DIV，一个周期的正弦波形在荧光屏上横轴所占为L格，则TtL

实验步骤

1.将信号源的100Hz的正弦波输出与示波器的CH1通道相连，将示波器的输入信号耦合置“AC”，按下“CH1”键，适当调整CH1通道的灵敏度和扫描频率，如果波形不稳定，适当调节电平，直到出现稳定的正弦波形，并记录该波形。 2.按上面的方法分别观察记录频率为1KHz的方波和三角波。

3.将“CH1”和“CH2”同时按下，并选择“X-Y”方式，将信号源选择正弦波输出，接CH1通道，改变其频率，给出的6个李萨如图形，记录下来，计算各个图形下信号源正弦波的频率，已知CH2通道正弦信号频率为50Hz.

四、数据记录和数据处理

1）观察记录波形：正弦波、三角波、方波。画在实验手册上；

2）函数信号发生器产生一正弦波观察并记录，计算信号的峰峰值VP-P、频率f、周期T； 3）观察给出的3个李萨如图形，根据fx:fy分别计算每一个信号的频率fy

fx:fyny:nx 图形 Fy=1:1 1:2 1:3 nxfx （理论） nyF/y E=fyfy/100% fy