示波器的使用(2)

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1、实验二示波器的使用一、实验目的1、了解示波器显示图象的原理。2、学习用示波器观察电信号的波形。3、学习用示波器测定电信号的电压和频率。二、实验器材双踪示波器多用信号发生器示波器：阴极射线示波器（简称示波器）是一种用途较广的电子仪器，它可以把原来肉眼看不见的变化电压变换成可见的图像，以供人们分析研究。示波器除了可以直接观测电压随时间变化的波形外，还可以测量频率、相位等。利用换能器还可以将应变、加速度、压力以及其它非电量转换成电压进行测量。由于电子质量非常小，没有机械示波器所具有的惯性，因而可以在很高的频率范围内工作，这是示波器很重要的优点。信号发生器是一种能输出稳定的交流信号，且电压和频率可以在

2、某一特定范围内任选的电源装置。三、实验原理示波器包括两大部分：示波管和控制示波管工作的电路。1、示波管示波管是呈喇叭形的玻璃泡，抽成高真空，内部装有电子枪和两对相互垂直的偏转板，喇叭口的球面壁上涂有荧光物质，构成荧光屏。示波管的侧视图见图1。图1　示波管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。改变阳极电位，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

3、电子流的密度，甚至完全不使电子通过，这称为辉度调节，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，运动方向发生偏移，(见图2)。如果所加的电压不断发生变化，P点的位置也跟着在铅垂线上移动。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的位移Y和加在Y偏转板的电压UY成正比。图2Y偏转板使电子束作铅直方向运动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。2

4、．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，UY＝sinωt，我们在荧光屏上仅能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UX=UXm·t(见图3)，才能在荧光屏上显示出信号电压UY和时间t的关系曲线，其原理如图4所示。图3　锯齿形电压设在开始时刻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bBY，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。随着时间推移，以此类

5、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(UY＝sinωt和UX=UXm·t)合成的轨迹。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。怎样才能使荧光屏上显示的波形稳定，这是示波器操作的一个重要问题。如果显示的波形处于不断变化的状态，那么，测量就无法进行。目前我们所用的示波器只能测量周期性变化的电压信号。对于周期性电压信号只要保证每次扫描起始点(如图4中的A点)位置不变就可以达到显示波形稳定不变的目的(见下面“同步”的叙述)。综上所述

6、，示波管显示稳定波形的条件是：第一，Y偏转板上必须加上足够大的待测信电压信号，第二X偏转板上必须加上锯齿波电压；第三，保持每次扫描起始点的位置不变。图4　示波器显示波形的原理3．示波器控制电路的功能示波器控制电路主要包括垂直放大电路、水平放大电路、扫描发生器、同步电路以及电源等部分，其方块图如图5所示。图5　示波器结构方框田图（1）垂直放大电路。它的功能是为了满足上述第一个条件的。首先是要不失真地放大待测的电信号。同时保证示波器测量灵敏度的要求。示波器垂直输入灵敏度的单位为V／div或mV／div，div为荧光屏上1格的长度，1div＝0．6cm。例如，STl6型示波器的垂直输入灵敏度为SY=

7、20mV／div～10V／div，即当待测信号为20mV或10V(峰－峰值)时，示波器荧光屏垂直方向显示应为1格。此外，还要求垂直放大电路有一定的频率响应范围。足够大的增益调整范围和比较高的输入阻抗。输人阻抗是表示示波器对被测系统影响程度大小的指标。输入阻抗愈高，对被测系统的影响愈小。(2)扫描发生器与水平放大电路。它们的功能是为了满足上述第二个条件。扫描发生器产生线性良好，频率连续可调的锯齿波信