e用示波器测量信号的电压及频率

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1、实验名称用示波器测量信号的电压及频率一、前言示波器是利用电子束的电偏转来观察电压波形的一种常用电子仪器，主要用于观察电信号随时间变化的波形，定量测量波形的幅度、周期、频率、相位等参数。一般的电学量（如电流、电功率、阻抗等）和可转化为电学量的非电学量（如温度、位移、速度、压力、光强、磁场、频率）以及它们随时间变化的规律都可以用示波器来观测。由于电子的惯性很小，电子射线示波器一般可在很高的频率范围内工作。采用高增益放大器的示波器可以观察微弱的信号；具有多通道的示波器，则可以同时观察几个信号，并比较它们之间的相应关系（如时间差或相位差），是目前科学实验、科研生产常用的电子仪器。二、教学目标

2、1、了解通用双通道示波器的结构和工作原理，熟悉各个旋钮的作用和使用方法。2、掌握用示波器观察波形、测量电压和频率的方法；了解用示波器测量相位差的方法。3、掌握观察李萨如图形的方法，并能用李萨如图形测量未知正弦信号的频率；能用示波器观察“拍”现象。三、教学重点1、通用双通道示波器的结构，面板旋钮的作用和使用方法。四、教学难点1、通用双通道示波器的工作原理，李萨如图形测量未知正弦信号频率的原理，观察“拍”现象的原理。五、实验原理1、仪器工作原理（1）通用双通道示波器的介绍主要结构：示波管、电子放大系统、扫描触发系统、电源。Y放大触发同步。。。。扫描发生器。。X放大。。直流电源Y输入X输入

3、外触发CRTK1K2示波器的原理框图工作原理：（a）示波管示波管是呈喇叭形的玻璃泡，被抽成高真空，内部装有电子枪和两对相互垂直的偏转板，喇叭口的球面内壁上涂有荧光物质，构成荧光屏。下图是示波管的构造图。电子枪由灯丝F、阴极K、栅极G以及一组阳极A所组成。灯丝通电后炽热，使阴极发热而发射电子。由于阳极电位高于阴极，所以电子被阳极电压加速。当高速电子撞击在荧光屏上会使荧光物质发光，在屏上就能看到一个亮点。改变阳极组电位分布，可以使不同发射方向的电子恰好会聚在荧光屏某一点上，这种调节称为聚焦。栅极G电位较阴极K为低，改变G电位的高低，可以控制电子枪发射电子流的密度，甚至完全不使电子通过，这

4、称为辉度调节，实际上就是调节荧光屏上亮点的亮暗。Y偏转板是水平放置的两块电极。当Y偏转板上电压为零时，电子束正好射在荧光屏正中P点。如果Y偏转板加上电压，则电子束受到电场力作用，运动方向发生上下偏移。如果所加的电压不断发生变化，P点的位置也随着在铅垂线上移动。在屏上看到的是一条铅直的亮线。荧光屏上亮点在铅直方向位移Y和加在Y偏转板的电压UY成正比。X偏转板是垂直放置的两块电极。在X偏转板加上一个变化的电压，那么，荧光屏上亮点在水平方向的位移X也与加在X偏转板的电压UX成正比，于是在屏上看到的则是一条水平的亮线。（b）示波器显示波形的原理如果在Y偏转板上加上一个随时间作正弦变化的电压，

5、我们在荧光屏上仅看到一条铅直的亮线，而看不到正弦曲线。只有同时在X偏转板上加上一个与时间成正比的锯齿形电压，才能在荧光屏上显示出信号电压UY和时间t关系曲线，其原理如下图所示。图2示波器显示正弦波形的原理图设在开始时刻a，电压UY和UX均为零，荧光屏上亮点在A处，时间由a到b，在只有电压UY作用时，亮点沿铅直方向的位移为ABY，屏上亮点在BY处，而在同时加入UX后，电子束既受UY作用向上偏转，同时又受UX作用向右偏转（亮点水平位移为bBX），因而亮点不在BY处，而在B处。随着时间的推移，以此类推，便可显示出正弦波形来。所以，在荧光屏上看到的正弦曲线实际上是两个相互垂直的运动（和）合成

6、的轨迹。由上可见，要想观测加在Y偏转板上电压UY的变化规律，必须在X偏转板上加上锯齿形电压，把UY产生的垂直亮线“展开”。这个展开过程称为“扫描”，锯齿形电压又称为扫描电压。上面讨论的波形因为UY和UX的周期相同，荧光屏上显示出一个正弦波形，若频率则荧光屏上将出现一个，两个，三个……稳定的正弦波形。只有当为的整数倍时，正弦波形才能在荧光屏上稳定。为了在荧光屏上得到稳定不动的信号波形，一般采用被测信号来控制扫描电压的产生时刻，称为触发扫描。只要被测信号达到某一个定值时，扫描电路才开始工作，产生一个锯齿波，将被测信号显示出来。由于每次被测信号触发扫描电路工作的情况都是一样的，所以显示的波

7、形也相同。这样，在荧光屏上看到的波形就稳定不动了。面板旋纽的作用：见双通道示波器使用说明书（略）（2）函数信号发生器简介输出信号的频率范围和电压范围：见函数信号发生器使用说明书（略）面板旋纽的作用：见函数信号发生器说明书（略）2．测量原理1)测量信号的电压和周期用示波器测量信号的电压，一般是测量其峰—峰值Upp，即信号的波峰到波谷之间的电压值。在选择适当的通道偏转因数和扫描时基因数后，只要从屏上读出峰—峰值对应的垂直距离Y(div)和一个周期对应的水平距离