电子束示波器实验.doc

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1、实验电子示波器的原理和使用实验示波器是一种综合性的电信号测试仪器，它能把眼睛看不见的电信号转换成能直接观察的波形，展现于显示屏上。示波器实际上是一种时域测量仪器，用来观察信号随时间的变化关系，可用来测量电信号波形的形状、幅度、频率和相位等。凡是能转化为电信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观察。示波器种类很多，有通用示波器、多踪示波器、数字示波器等。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差，数字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。因此学习使用示波器在物理实验中具有非常重要的地位。本实验以电子示波器为例介绍示波器的原理和使用。【实验目的】1.了解示波器的工作原理，熟悉示

2、波器和信号发生器的基本使用方法。2.学会用示波器观察电信号的波形。3.通过观察利萨如图形，学会一种测量正弦波信号频率的方法，并加深对互相垂直振动合成理论的理解。4.研究用辉度调制法测定频率的方法。【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：示波管（又称阴极射线管）、垂直放大电路（放大）、水平放大电路（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。图1示波器的基本结构简图1.示波管的工作原理一、电子示波管：如图2所示，它是个喇叭状的大电子管，管内包含有电子枪、和轴偏转板、荧光屏等三部分。电子枪发射电子束射到

3、荧光屏上，使荧光屏上的荧光物质膜受激发光，显示一个光点，光点的亮度依电子流的速度和密度而变化，受电子枪控制器控制。在电子束的通道旁装有两对相互垂直的平行板，当它们加有电压时，每对平行板之间就有相应的电场，使电子流受电场力作用而偏转，其中一对能使电子束沿水平方向偏转，称为轴偏转板；另一对平行板能使电子束沿竖直方向偏转，称为轴偏转板。电子束偏转大小(荧光屏上光点移动大小)和偏转板电压大小成正比；当两对偏转板上所加的是随时间变化的电压时，电子束将同时按两种电压变化规律偏转，荧光屏上的光点相应地形成两种运动迭加的图像，这就是示波管的原理。图2示波管结构图F-灯丝K-阴极G1，G2-控制栅极A1-

4、第一阳极A2-第二阳极Y-竖直偏转板X-水平偏转板二、电子枪控制电路：如图2所示，电子枪由加热灯丝、发射电子的阴极、控制栅极、以及第一阳极和第二阳极组成，各电极引到管外接有不同的电压。栅极相对阴极为负电势，用于控制电子流的密度，从而控制光点亮度，控制栅极对阴极的电压通常用符号表示，在示波器面板上称为“辉度”旋钮用来调节。第一阳极和第二阳极相对阴极接有正高压，除了加速电子的作用外，还在、之间形成聚焦电场(电子透镜)，使电子束在荧光屏上聚合成一个点，达到光点聚焦或图形清晰。聚焦可用仪器面板上“聚焦”旋钮及“辅助聚焦”旋钮进行调节。三、、轴偏转系统：如图3方框图所示，由轴、轴输入的讯号，必须经

5、过增幅放大获得较高电压，才能使电子束发生可以观察的偏转，但输入增幅放大器的讯号也不可太大，以防放大失真，所以，较强的讯号电压要先经过一个分压器进行衰减。示波器的衰减器分有1，10，100，1等档位。10，100，1档表示分别把讯号电压衰减为原来的、和。“轴放大器”和“轴放大器”增幅放大是连续可调的，以便荧光屏得到大小合适的图像。四、扫描、整步：任何一种随时间迅速变化的信号电压，不管是从轴或者轴单独输入，经增幅放大后，在荧光屏上只会相应地出现一条水平的或竖直的亮线，而不能看到信号电压随时间变化的过程——波形,如图4b所示。因此，为了观察波形，所有示波器都装有一个锯齿波振荡器，以产生一个电压

6、随时间线性增加的周期性电振动，如图5a所示，它的特点是，在一个电压周期内(如，或)，电压随时间由负最大值到正最大值正比地增加，然后，突然回到负最大值，周期性地重复。把这锯齿波电振动经轴增幅放大后，加到偏转板上能使光点沿轴方向作周期性的匀速扫动(总是从-→+)，这就叫扫描，相当于给波形观察提供了一个时间轴，如图4a)所示。在荧光屏轴有了扫描的情况下，若把一个正弦振动信号由轴输入，则荧光屏上的光点将同时参与、轴两方向的运动，形成叠加运动的波形，即的振动曲线。如果轴的信号频率恰为扫描频率的n整数倍，即=n，荧光屏将出现n个完整的信号波形。图3示波器方框图图4仅有y轴信号的波形图5仅有x轴扫描信

7、号的波形图6x轴和y轴分别有扫描和交流信号图6为n=1的情形：轴上扫描一次，方向作正弦振动一次，光点显示一个正弦波形。为了适应观察各种频率的波形，扫描频率是可调的，示波器面板上设有“扫描范围”(粗调)和“扫描微调”两个旋钮；但是，由于扫描频率常有微小变动，或者信号频率和扫描频率不同步，会使波形走动、不能固定显示，给观测带来困难，为此示波器还设有一个“整步(同步)”装置，通常是从放大后的被测信号取出一部分电压经整步增幅后加到扫描振荡器