示波器测量时间

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1、用示波器测量时间一．实验目的本实验的目的是了解示波器的基本原理和结构，学习使用示波器观察波形和测量信号周期及其时间参数。三．实验原理1．示波器的基本结构示波器的结构如图3.2.2-1所示，由示波管（又称阴极射线管）、放大系统、衰减系统、扫描和同步系统及电源等部分组成。为了适用于多种量程，对于不同大小的信号，经衰减器分压后，得到大小相同的信号，经放大器放大后产生最大约20V左右的电压送至示波管的偏转板。示波管是示波器的基本构件，它由电子枪、偏转板和荧光屏三部分组成，被封装在高真空的玻璃管内，其结构如图3.2.2-2所示。电子枪是示波管的核心部分，它由阴极、栅极和阳极构

2、成。（1）阴极——阴极的射线源：由灯丝（F）和阴极（K）构成，阴极表面涂有脱出功较低的钡、锶氧化物，灯丝通电后，阴极被加热，大量的电子从阴极表面逸出，在真空中自由运动从而实现电子发射。（2）栅极——辉度控制：由第一栅极G1（又称控制级）和第二栅极G2（又称前加速级）构成，栅极是一个顶部有小孔的金属圆筒，它的电位低于阴极，具有反推电子的作用，只有少量电子能通过栅极，调节栅极电压可控制通过栅极的电子束的强弱，从而实现辉度调节。在G1的控制下，只有少量电子通过栅极，G2与A2相连，所加电位比A1高，G2的正电位对阴极发射的电子奔向荧光屏起加速作用。（3）第一阳极——聚焦：

3、第一阳极（A1）呈圆柱形（或圆形），有好几个间壁，第一阳极上加有几百伏的电压，形成一个聚焦的电场，当电子束通过此聚焦电场时，在电场力的作用下，电子汇合于一点，结果在荧光屏上得到一个又小又亮的光点，调节加在A1上的电压可以达到聚焦的目的。第二阳极——电子的加速：第二阳极（A2）上加有1000V以上的电压。聚焦后的电子经过这个高压电场的加速获得足够的动能，使其成为一束高速的电子流。这些能量很大的电子打在荧光屏上可引起荧光物质发光。能量越大就越亮，但也不能太大，太大会使发光强度过大，以致烧坏荧光屏。一般来说，A2上的电压在1500V左右就可以了。（4）偏转板：由两对相互垂

4、直的金属板构成，在两对金属板上分别加以直流电压，以控制电子束的位置，适当调节这个电压值可以把光点或波形移到荧光屏的中间部位。偏转板除了直流电压外，还有待测物理量的信号电压，在信号电压的作用下，光点将随信号电压的变化而变化，形成一个反映信号电压的波形。（5）荧光屏：荧光屏（P）上面涂有硅酸锌、钨酸镉、钨酸钙等磷光物质，能在高能电子的轰击下发光。辉光的强度取决于电子的能量和数量。在电子射线停止作用之后，磷光要经过一段时间才熄灭，这个时间称为余辉时间。余辉使我们能在屏上观察到光点的连续轨迹。自阴极发射的电子束，经过第一栅极（G1）、第二栅极（G2）、第一阳极（A1）、第二

5、阳极（A2）的加速和聚焦后，形成一个细电子束。垂直偏转板（常称y轴）及水平偏转板（常称x轴）所形成的二维电场，使电子束发生位移，位移的大小，与y偏转板及x偏转板上所加的电压有关：VyySVyyDyVxxSV（1）xxDx式（1）中的Sy和Dy为y轴偏转板的偏转灵敏度和偏转因数，Sx和Dx为x轴偏转板的偏转灵敏度和偏转因数。它们均与偏转板的参数有关，是示波器的主要技术指标之一。2．示波器显示波形的原理由式（1），y轴或x轴的位移与所加电压有关。如图3.2.2-3，在x轴偏转板上加一个随时间t按一定比例增加的电压Vx，光点从A点向B点移动。如果光点到达B点后，V

6、x降到零（图中坐标轴上的Tx点），那么光点就返回到A点。若此后Vx再按上述相同规律变化（Vx及Tx相同），光点会重新由A移动到B。这样Vx周期性变化（此种变化称为锯齿波），并且由于发光物质的特殊性使光迹有一定保留时间（由荧光屏的发光物质而定），于是就得到一条“扫描线”，称为时间基线[图3.2.2-3（a）]。如果在x轴上加有锯齿形扫描电压的同时，在y轴上加一正弦变化的电压[图3.2.2-3(b)]，则电子束受到水平电场和垂直电场的共同作用而呈现二维图形。为了得到可观测的图形，必须使电子束的偏转多次重叠出现，即重复扫描。很显然，为了得到清晰稳定的波形，上述扫描电压的周

7、期Tx（或频率fx）与被测信号的周期Ty（或fy）必须满足TxT，fnf，n=1,2,…（2）yxxn以保证Tx轴的起点始终与y轴周期信号固定一点相对应（称“同步”），波形才稳定。否则，波形就不稳定而无法观测。由于扫描电压发生器的扫描频率fx不会很稳定。因此，要保证式（2）始终成立，示波器需设置扫描电压同步电路，即触发电路，如图3.2.2-1所示，利用它提供一种触发信号来使扫描电压频率与外加信号同步，从而获得稳定的信号图形。图3.2.2-1中设置了三种同步触发方式：外信号触发、被测信号触发（内触发）、50Hz市电触发。实际使用的示波器，由于用途不同，它的示波