(科大奥锐实验平台)示波器的使用实验报告（实验满分，内含实验数据截图）.doc

《(科大奥锐实验平台)示波器的使用实验报告（实验满分，内含实验数据截图）.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

学生姓名XXX学号XXX成绩系（院）别电气与机械工程学院专业电气及其自动化班级XXX课程名称大学物理实验日期2020年5月24日组别合作者实验室物理仿真实验平台实验台号指导教师XXX实验名称＿＿示波器的使用＿＿＿【实验目的】l.了解示波器的工作原理和使用方法；2.学习用示波器测量电压和频率；3.了解示波器显示波形的工作原理；4.学会利用双踪示波器观测电压信号；5.观察李萨如图形，学习信号发生器的使用。【仪器设备】双踪示波器（CA8020型，测频仪器误差百分之三，测电压仪器误差百分之三）；函数信号发生器（CA1640-02型，测频仪器误差取其末尾数最小分度单位。）；（以上均在模拟平台上进行）-14- 【实验原理】示波器的基本结构示波器的结构如图所示，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。为了适应多种量程，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，经过放大器后产生大约20V左右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，结构如图2所示。电子枪是示波管的核心部分，由阴极、栅极和阳极组成。(1) 阴极――阴极射线源：由灯丝(F)和阴极(K)-14- 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。(2) 栅极――辉度控制：由第一栅极( 又称控制极)和第二栅极 (又称加速极)构成。栅极是由一个顶部有小孔的金属圆筒，它的电极低于阴极，具有反推电子作用，只有少量的电子能通过栅极。调节栅极电压可控制通过栅极的电子束强弱，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，所加相位比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。(3) 第一阳极――聚焦：第一阳极(A2)程圆柱形(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电，调节加在上的电压可达到聚焦的目的。(4) 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电压场的加速获得足够的能量，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，但不能太大，否则将因发光强度过大导致烧坏荧光屏。一般来说，A2上的电压在1500V左右即可。(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，光点将随信号电压变化而变化，形成一个反映信号电压的波形。-14- (6) 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前，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电的连续轨迹。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(常称作y轴)及水平偏转板(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x、y偏转板上所加的电压有关：式(1)中的和为y轴偏转板的偏转灵敏度和偏转因数，和为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。2. 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所示，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点到B点移动。如果光点到达B点后，Vx降为零(图中坐标轴上的点)，那么光点就返回到A点。若此后再按上述规律变化(Vx与Tx相同)，光点会重新由A移动到B。这样Vx周期性变化( 锯齿波)，并且由于发光物质的特性使光迹有一定的保留时间，于是就得到一条“扫描线”，称为时间基线。-14- 图3 波形显示原理如果在x轴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[如图(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。很明显，为得到清晰稳定的波形，上述扫描电压的周期T(或频率f)与被测信号的周期T(或f)必须满足：以保证Tx轴的起点始终与y轴周期信号固定一点想对应(称“同步”)，波形才稳定，否则波形就不稳定而无法观测。由于扫描电压发生器的扫描频率f不会很稳定，因此为保证式(2)始终成立，示波器需要设置扫描电压同步电路，即触发电路，如图(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。-14- 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。因此示波器有一系列的技术特性指标，如输入阻抗、频带宽度、余辉时间、扫描电压线性度、y轴和x轴范围等。3. 用x轴时基测时间参数在实验中或工程技术上都经常用示波器来测量信号的时间参数，如信号的周期或频率，信号波形的宽度、上升时间或下降时间，信号的占空比(宽度/周期)等。如雷达通过测量发射脉冲与反射(接受)脉冲信号的时间差来实现测距离，其他无线电测距、声纳测潜艇位置等都属于这一原理。从式(2)触发，设待测信号接y轴输入端，则是待测信号的周期，是x轴扫描信号的周期，N是一个扫描周期内所显示的待测信号的波形周期数。如荧光屏上显示2个信号波形，扫描信号周期是10ms，则待测信号的周期是5ms。X轴扫描信号的周期实际上是以时基单位(时间/cm)来标示的，一般示波管荧光屏的直径以10cm居多，则式(2)的，由时基乘上10cm，如时基为0.1ms/cm，则扫描信号的周期为1ms。为此在实际测量中，将式(2)改成(3)的形式 周期= 时基单位×波形厘米数式中的波形厘米数，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。4.用李萨如图形测信号的频率-14- 如果将不同的信号分别输入y轴和x轴的输入端，当两个信号的频率满足一定关系时，荧光屏上会显示出李萨如图形。可用测李萨如图形的相位参数或波形的切点数来测量时间参数。两个互相垂直的振动(有相同的自变量)的合成为李萨如图形。（1）频率相同而振幅和相位不同时，两正交正弦电压的合成图形。设此两正弦电压分别为：消去自变量t，得到轨迹方程：这是一个椭圆方程。两正交正弦电压的相位差一定，频率比为一个有理数时，合成的图形为一条稳定的闭合曲线。-14- （3）频率比与图形的切点数之间有下列关系：平顶山学院电气与机械工程学院实验报告-14- 【实验过程】1.做好准备工作，设置好示波器；2.观察各种波形；3.测量正弦波的电压峰值、周期和频率，测四组数据峰峰值=垂直偏转因数×波形的峰到谷所占的格数；周期（T）=水平偏转因数，即扫描速度×水平方向重复一周期所占的格数；频率（f）=周期的倒数（1/T）测量示波器自带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？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。以信号发生器的频率为x轴，示波器频率为y轴，作y-x曲线，求出斜率并讨论。选择信号发生器的非对称方波接Y轴，频率分别为200，500，1K，2K，5K，10K，20K(Hz)，测量各频率时的周期和正波的宽度。选择信号发生器的输出为三角波，频率为500Hz、1kHz、1.5kHz，测量各个频率时的上升时间。下降时间和周期。-14- 观察李萨如图形，用两台信号发生器分别接y轴和x轴，取fx/fy等于1、1/2、2、2/3、3/4时，测出对应的fx和fy，画出有关图形并求出待测信号的频率；【原始记录与数据处理】根据实验所需内容，所测得所有实验表格如图：（晚上光线模糊请放大看，请体谅）-14- -14- （采光不好，请放大查看！）-14- 【结果分析】1.在进行示波器的调试中，要明确自己的时基（ms）；2.在进行李萨如图形的实验中，模拟平台的区间过大，无法观察到渐变到相应图形的过程。3.示波器的两路输入端CH1，CH2有一公共接地端，同时使用CH1和CH2时，接线时应防止将外电路短路。4.我发现实际数据测量与理论数据基本吻合，即使有误差，也可近似相等。【问题讨论】1.简述示波器显示电压——时间图形（即电信号波形）的原理？答：高速电子撞击在荧光屏上会使荧光物质发光，在荧光屏上就能看到一个亮点，Y偏转板是水平放置的两块电极，X偏转板是垂直放置的两块电极，在Y偏转板和X-14- 偏转板上分别加电压，可在荧光屏上得到相应的图形。当然电压不同，周期不同，所得到的图形会不一样。2.示波器已正常显示波形，将“TIME/DIV”旋钮从0.5ms位置移到0.1ms位置，屏上显示的波形会？答：图形会减少，因为时基减少，周期不变，所以显示出来的波形数量减少。-14-