用示波器测量时.doc

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1、实验题目：用示波器测量时间实验目的：1.了解示波器的基本原理和结构；2.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由示波管、放大系统、衰减系统、扫描和同步系统及电源等部分组成。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。电子枪是示波管的核心部分。（1）阴极：实现电子发射。（2）栅极：由第一栅极和第二栅极构成，只有少量电子通过第一栅极，第二栅极对阴极发射的电子奔向荧光屏起加速作用。（3）第一阳极：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，调节加在上的电压可

2、以达到聚焦的目的。（4）第二阳极：第二阳极上加有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。（5）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。（6）荧光屏：荧光屏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，余辉使我们能在屏上观察到光点的连续轨迹。垂直偏转板（y轴）及水平偏转板（x轴）所形成的二维电场，使电子束发生位移：（1）其中，S

3、和D分别为偏转板的偏转灵敏度和偏转因数示波器显示波形的原理在x轴偏转板上加一个随时间t按一定比例增加的电压Vx，Vx周期性变化，并且由于发光物质的特殊性使光迹有一定保留时间，于是就得到一条“扫描线”，称为时间基线。如果在x轴上加有电压的同时，在y轴上加电压，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（同步），波形才稳

4、定。否则，波形就不稳定而无法观测。1．用x轴时基测时间参数x轴扫描信号的周期，是以时基单位（ms/cm）来标示的，示波管荧光屏直径为10cm，则式（2）的Tx，由时基（ms/cm）乘上10cm，在实际测量中，将式（2）有式（3）的形式（3）式中的波形厘米数，可以是信号一个周期的读数（可测待测信号的周期）、正脉冲（或负脉冲）的信号宽度的读数或待测信号波形的其他参数。2．用李萨如图形测信号的频率如果将不同的信号分别输入到y轴和x轴的输入端，当两个信号的频率满足一定的关系时，在荧光屏上将显示出李萨如图形，可用测量李萨如图形的相位参数或波形的切点数来测量时间参数。两正交正弦电压的

5、相位差一定，频率比为一个有理数时，合成的圆形是一条稳定的闭合曲线。下图是几种频率比时的图形，频率比与图形的切点数之间有下列关系：实验内容和数据处理：1．用x轴的时基测信号的时间参数（1）测量示波器自备方波输出信号的周期（时基分别为0.1ms/cm，0.2ms/cm，0.5ms/cm）。哪种时基测出的数据更准确？为什么？时基（ms/cm）0.10.20.5周期长度（cm）10.005.002.00周期（ms）125第一种测出的数据更准确。因为屏幕上只显示了一个周期，而屏幕只有10cm，相当于放大了周期长度，缩小了误差，置信度较大（相对于0.2ms/cm的时基缩小了2倍读数误

6、差，相对于0.5ms/cm的时基缩小了5倍读数误差）。（1）选择信号发生器的对称方波接y输入（幅度和y轴量程任选），信号频率为200Hz~2kHz（每隔200Hz测量一次），选择示波器合适的时基，测量对应频率的厘米数、周期和频率（注明x轴的时基）。以信号发生器的频率为x轴，示波器测量的频率为y轴，作y-x曲线，求出斜率并讨论。输出频率（Hz）200400600800100012001400160018002000所选时基（ms/cm）1.00.50.50.20.20.20.10.10.10.1周期长度（cm）5.005.003.406.405.004.207.206.40

7、5.605.00实测频率（Hz）200400588.24781.2510001190.51388.9156317862000作信号发生器频率（x轴）与实测频率（y轴）的散点图并线性拟合如下：斜率为，而理论上斜率应该是，因此，绝对误差为：相对误差为：由斜率和图像的方差可得，实测频率和信号发生器的频率比较接近，说明用用x轴时基测时间参数这种方法测对称方波频率比较准确。但由于在荧光屏上读数时，很难读准小数点第二位的数字，人为读数造成了一定误差。（2）选择信号发生器的非对称方波接y轴，频率分别为200Hz、500Hz、1kHz、2kH