用示波器测量时间.doc

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1、实验报告PB06013212王主光实验题目：用示波器测量时间实验目的：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.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.（1）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.（2）第一阳极——聚焦：第一阳极（A1）呈圆柱形（

3、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.（1）偏转板：由两对相互垂直的金属板构成,在两对金属板上分别加以直流电压,以控

4、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.（2）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

5、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：（1）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一.1．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,Vx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

6、（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,上述扫描电压的周期Tx（或频率fx）与被测信号的周期Ty（或fy）必须满足,,n=1,2,…（2）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

7、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,它的示波管及放大电路等也不尽相同.因此,示波器有一