实验十九 示波器的原理和使用.doc

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1、实验十九示波器的原理和使用示波器是一种用途广泛的基本电子测量仪器，用它能观察电信号的波形、幅度和频率等电参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差，一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。在实际应用中凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观测。一实验目的（1）了解示波器的基本结构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法。（2）学会使用示波器观测电信号波形和电压幅值以及频率。（3）学会使用示波器观察李萨如图并测频率。二实验原理不论何种型号和规格的示波器都包括了如图1所示的几个基本组成部分：示波器（又称阴极射线管，cath

2、oderaytube，简称CRT）、垂直放大电路（Y放大）、水平放大电路（X放大）、扫描信号发生电路（锯齿波发生器）、自检标准信号发生电路（自检信号）、触发同步电路、电源等。1.示波管的基本结构图1示波器基本组成框图示波管的基本结构如图2所示。主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，全都密封在玻璃壳体内，里面抽成高真空。图2示波管结构图H-灯丝K-阴极G1，G2-控制栅极A1-第一阳极A2-第二阳极Y-竖直偏转板X-水平偏转板（1）电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。控制栅极

3、是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“辉度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了荧光屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极电位之间电位调节合适时，电子枪内的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。面板上的“聚焦”调节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚焦”，

4、实际是调节第二阳极电位。（2）偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，一对水平偏转板。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。（3）荧光屏：荧光屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料的荧光粉发光的颜色不同，发光过程的延续时间（一般称为余辉时间）也不同。荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测定光点的位置用。在性能较好的示波管中，将刻度线直接刻在荧光屏玻璃内表面上，使之与荧光粉紧贴在一起以消除视差，光点位置可测得更准。2.波形显示原理图3在垂直偏转板加一正弦交变电压图4在水平偏

5、转板加一扫描（锯齿）电压（1）仅在垂直偏转板（Y偏转板）加一正弦交变电压：如果仅在Y偏转板加一正弦交变电压，则电子束所产生的亮点随电压的变化在y方向来回运动，如果电压频率较高，由于人眼的视觉暂留现象，则看到的是一条竖直亮线，其长度与正弦信号电压的峰-峰值成正比，如图3所示。（2）仅在水平偏转板加一扫描（锯齿）电压：为了能使y方向所加的随时间t变化的信号电压Uy(t)在空间展开，需在水平方向形成一时间轴。这一t轴可通过在水平偏转板加一如图26-4所示的锯齿电压Ux(t)，由于该电压在0～1时间内电压随时间成线性关系达到最大值，使电子束在荧光屏上产生的亮点随时间线性水平移动，最

6、后到达荧光屏的最右端。在1～2时间内（最理想情况是该时间为零）Ux(t)突然回到起点（即亮点回到荧光屏的最左端）。如此重复变化，若频率足够高的话，则在荧光屏上形成了一条如图4所示的水平亮线，即t轴。常规显示波形：如果在Y偏转板加一正电压（实际上任何所想观察的波形均可）同时在X偏转板加一锯齿电压，电子束受竖直、水平两个方向的力的作用下，电子的运动是两相互垂直运动的合成。当两电压周期具有合适的关系时，在荧光屏上将能显示出所加正弦电压完整周期的波形图。如图5所示。图5波形显示原理图3．同步原理UyxUyxTT87=xTyTt0123456789101112t169205748图6

7、（1）同步的概念：为了显示如图5所示的稳定图形，只有保证正弦波到Iy点时，锯齿波正好到i点，从而亮点扫完了一个周期的正弦曲线。由于锯齿波这时马上复原，所以亮点又回到A点，再次重复这一过程。光点所画的轨迹和第一周期的完全重合，所以在荧光屏上显示出一个稳定的波形，这就是所谓的同步。由此可知同步的一般条件为：Tx=nTy，=1，2，3…其中Tx为锯齿波周期，Ty为正弦周期。若n=3，则能在荧光屏上显示出三个完整周期的波形。如果正弦波和锯齿波电压的周期稍微不同，荧光屏上出现的是一移动着的不稳定图形。这情形可用图6说明。设锯