示波器在中学物理实验中的应用
阿依提拉 0810130981
实验目的
1.熟悉学生示波器的使用。
2.掌握用示波器研究电感、电容对交流电路的影响。
3.掌握用示波器研究整流滤波电路。
4.学习使用电子开关。
实验原理
示波器是利用示波器管内电子束在电场或磁场中的偏转，显示随时间变化的电信号的一种观测仪器，除用来观察波形外，可以用来定量测量各种电学量，如电压、周期、频率等。
从示波器面板上可以直接读出测量波形所占的格数，因此只要知道格数所代表的电压大小及时间，即可得出实际的电压大小。可总结为“距离测量法”。
在使用示波器测电压前，要把面板上各旋钮及开关放置在不同位置。其中辉度、X增益和Y增益旋钮应逆时针转到最小位置。衰减置于1000，扫描范围旋钮置于“外X”，X输入、Y输入均不接。电源开关处于“关”。然后将电源开关扳向“开”，接通电源，指示灯亮。过1～2分钟预热后，顺时针方向旋转辉度旋钮，使荧光屏上出现一个亮度适中的光点。再缓慢地分别调节X、Y方向位移，聚焦和辅助聚焦等旋钮，使光点位于荧光屏的正中央，有足够的清晰度。这样示波器就调整好了。
利用示波器内部提供的交流信号，峰峰值为250mV、频率为50Hz，调节X增益、Y增益，获得合适的波形，得到X、Y方向每单元格所代表的大小。
测量交流信号时，接入所要观测的交流信号，保持“Y”增益倍数不变，利用屏幕前的刻度标尺分别读出所要测量两点对应的垂直距离（格子数），则所测电位差：
U=格子数*单位格子的幅度值
实验步骤
一、调整和校准学生示波器。
二、直流电压测量
将示波器调试到工作状态，再将“DC AC”Y轴输入耦合选择开关，置于“DC”,使输入端处于直流耦合状态。将被测电路按以下图1连接，当调节到使示波器输入端获得最大电压时，荧光屏上亮线的位置为所测干电池的电压数值，并测出所用干电池的电压。
三、交流电压的测量
示波器可以测量交流电压的峰值或波形任何两点间的电位差。
1. 将Y轴输入耦合选择开关置于“AC”,选择合适的衰减挡，并将被测信号直接输入仪器Y轴输入端，调节“扫描微调”使波形稳定。
2. 根据屏幕的坐标刻度，读出显示信号波形的峰值电压和信号的有效值。
四、时间测量
通过校准示波器，可以知道X轴方向的扫描时间，输入正弦波，读出正弦波的周期，进而计算出正弦波的频率。
五、研究整流滤波电路
六、用电子开关和示波器演示电感对交流电位相的影响
七、用电子开关和示波器演示电容对交流电相位的影响
实验结果及分析
一、直流电压的测量
测到本实验中所用的干电池的电压为1.25V。
二、交流电压的测量
1. 通过实验步骤得到的正弦波信号如图2所示。
2. 所测得的显示信号波形的峰值电压值为
=0.075V,
=
=0.053V
三、时间测量
通过校准示波器，输入正弦波，读出正弦波的频率为72.5Hz。
四、研究整流滤波电路
1.交流信号经过整流后的波形为如下图3所示。
2.整流后的波形经过一个电容滤波后的波形为如下图4所示。
3.整流后的波形经过二个电容滤波后的波形如下图5所示。
4.观察到
上的波形为如下图6所示，其交流成分与直流成分的比值为1:5。
五、用电子开关和示波器演示电感对交流电位相的影响
（1）加电阻时，得到的电流与电压的位相关系如下图6所示，发现此时电流与电压同相。
（2）加电感时，得到的电流与电压的位相关系如下图7所示，发现此时电流比电压超前
的位相。
六、用电子开关和示波器演示电容对交流电相位的影响
加电容时，得到的电流与电压的位相关系如下图8所示，发现此时电压比电流超前的位相。
参考文献
《中学物理实验技能训练》 李春密 李兰修 孙佩雄 王庆媛 编
第二篇：示波器实验报告
《示波器的使用》实验示范报告
【实验目的】
1．了解示波器显示波形的原理，了解示波器各主要组成部分及它们之间的联系和配合；
2．熟悉使用示波器的基本方法，学会用示波器测量波形的电压幅度和频率；
3．观察李萨如图形。
【实验仪器】
1、双踪示波器 GOS-6021型 1台
2、函数信号发生器 YB1602型 1台
3、连接线 示波器专用 2根
示波器和信号发生器的使用说明请熟读常用仪器部分。
[实验原理]
示波器由示波管、扫描同步系统、Y轴和X轴放大系统和电源四部分组成，
1、示波管
如图所示，左端为一电子枪，电子枪加热后发出一束电子，电子经电场加速以高速打在右端的荧光屏上，屏上的荧光物发光形成一亮点。亮点在偏转板电压的作用下，位置也随之改变。在一定范围内，亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。
示波管结构简图 示波管内的偏转板
2、扫描与同步的作用
如果在X轴偏转板加上波形为锯齿形的电压，在荧光屏上看到的是一条水平线，如图
图扫描的作用及其显示
如果在Y轴偏转板上加正弦电压，而X轴偏转板不加任何电压，则电子束的亮点在纵方向随时间作正弦式振荡，在横方向不动。我们看到的将是一条垂直的亮线，如图
如果在Y轴偏转板上加正弦电压，又在X轴偏转板上加锯齿形电压，则荧光屏上的亮点将同时进行方向互相垂直的两种位移，其合成原理如图所示，描出了正弦图形。如果正弦波与锯齿波的周期（频率）相同，这个正弦图形将稳定地停在荧光屏上。但如果正弦波与锯齿波的周期稍有不同，则第二次所描出的曲线将和第一次的曲线位置稍微错开，在荧光屏上将看到不稳定的图形或不断地移动的图形，甚至很复杂的图形。由此可见：
（1）要想看到Y轴偏转板电压的图形，必须加上X轴偏转板电压把它展开，这个过程称为扫描。如果要显示的波形不畸变，扫描必须是线性的，即必须加锯齿波。
（2）要使显示的波形稳定，Y轴偏转板电压频率与X轴偏转板电压频率的比值必须是整数，即：
n=1,2,3,
示波器中的锯齿扫描电压的频率虽然可调，但要准确的满足上式，光靠人工调节还是不够的，待测电压的频率越高，越难满足上述条件。为此，在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置，称为“同步”。在人工调节到接近满足式频率整数倍时的条件下，再加入“同步”的作用，扫描电压的周期就能准确地等于待测电压周期的整数倍，从而获得稳定的波形。
（1）如果Y轴加正弦电压，X轴也加正弦扫描电压，得出的图形将是李萨如图形，如表所示。李萨如图形可以用来测量未知频率。令fy、fx分别代表Y轴和X轴电压的频率，nx代表X方向的切线和图形相切的切点数，ny代表Y方向的切线和图形相切的切点数，则有
李萨如图形举例表
如果已知fx，则由李萨如图形可求出fy。
【实验内容】
1．示波器的调整
（1）不接外信号，进入非X-Y方式
（2）调整扫描信号的位置和清晰度
（3）设置示波器工作方式
2．正弦波形的显示
（1）熟读示波器的使用说明，掌握示波器的性能及使用方法。
（2）把信号发生器输出接到示波器的Y轴输入上，接通电源开关，把示波器和信号发生器的各旋钮调到正常使用位置，使在荧光屏上显示便于观测的稳定波形。
3．示波器的定标和波形电压、周期的测量
（1）把Y轴偏转因数和扫描时间偏转因数旋钮都放在“校准”位置（指示灯“VAR”熄灭）。
（2）把校准信号输出端接到Y轴输入插座
（3）把信号发生器的正弦电压接到Y轴输入端，用示波器测量正弦电压的幅值和周期，并和信号发生器上显示的频率值比较。
（4）选择不同幅值和频率的5种正弦波，重复步骤（3），记下测量结果。
4．李莎如图形的观测(选做)
(1) 把信号发生器后面50Hz输出信号接到X通道，而Y通道接入可调的正弦信号
(2) 分别调节两个通道让他们能够正常显示波形
(3) 切换到X-Y模式，调整两个通道的偏转因子，使图形正常显示
(4) 调节Y信号的频率，观测不同频率比例下的李萨如图
数据记录
1、频率测量
示波器频率计数器的测频精度 0.01%
示波器测频仪器误差 3%
函数信号发生器测频仪器误差 1%+1字
2、电压测量
示波器测量电压仪器误差3%
函数信号发生器仪器误差15%+1字
3、李莎如图形观察
4、不确定度的计算(计算第一组数据够了，数据有错，勿抄袭仅作格式参考)
（1） 示波器测量频率
f＝57.4KHz
或
（2） 函数信号发生器测频
f2=55.45 KH
或
或
（3） 示波器测量电压
V1＝5.68V
或
或
（4） 函数信号发生器测量电压
V2＝5.3V
或
或
注意：一般可写为后面的形式更加科学，因为原始数据的有效数字只有2位，不可能经处理后提高精度变成3个有效数字
5、示波器操作总结表格
第三篇：示波器的原理与使用 实验报告
大连理工大学
大学物理实验报告
院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705
姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号
实验时间 2008 年 11 月 18 日，第13周，星期 二 第 5-6 节
实验名称 示波器的原理与使用
教师评语
实验目的与要求：
（1） 了解示波器的工作原理
（2） 学习使用示波器观察各种信号波形
（3） 用示波器测量信号的电压、频率和相位差
主要仪器设备：
YB4320G 双踪示波器， EE1641B型函数信号发生器
实验原理和内容：
1. 示波器基本结构
示波器主要由示波管、放大和衰减系统、触发扫描系统和电源四部分组成， 其中示波管是核心部分。
示波管的基本结构如下图所示， 主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分组成， 由外部玻璃外壳密封在真空环境中。
电子枪的作用是释放并加速电子束。 其中第一阳极称为聚焦阳极， 第二阳极称为加速阳极。 通过调节两者的共同作用， 可以使电子束打到荧光屏上产生明亮清晰的圆点。
偏转系统由X、Y两对偏转板组成， 通过在板上加电压来使电子束偏转， 从而对应地改变屏上亮点的位置。
荧光屏上涂有荧光粉， 电子打上去时能够发光形成光斑。 不同荧光粉的发光颜色与余辉时间都不同。
放大和衰减系统用于对不同大小的输入信号进行适当的缩放， 使其幅度适合于观测。
扫描系统的作用是产生锯齿波扫描电压(如左上图所示)， 使电子束在其作用下匀速地在荧光屏周期性地自左向右运动， 这一过程称为扫描。 扫描开始的时间由触发系统控制。
2. 示波器的显示波形的原理
如果只在竖直偏转板加上交变电压而X偏转板上五点也是， 电子束在竖直方向上来回运动而形成一条亮线， 如左图所示：
如果在Y偏转板和X偏转板上同时分别加载正弦电压和锯齿波电压， 电子受水平竖直两个方向的合理作用下， 进行正弦震荡和水平扫描的合成运动， 在两电压周期相等时， 荧光屏上能够显示出完整周期的正弦电压波形， 显像原理如右图所示：
3. 扫描同步
为了完整地显示外界输入信号的周期波形， 需要调节扫描周期使其与外界信号周期相同或成合适的关系。 当某些因素改变致使周期发生变化时，使用扫描同步功能， 能够使扫描起点自动跟踪外界信号变化， 从而稳定地显示波形。
步骤与操作方法：
1. 示波器测量信号的电压和频率
对于一个稳定显示的正弦电压波形， 电压和频率可以由以下方法读出
， 
其中a为垂直偏转因数（电压偏转因数）（从示波器面板的衰减器开关上可以直接读出）单位为V/div或mV/div； h为输入信号的峰-峰高度， 单位div； b为扫描时间系数， 从主扫描时间系数选择开关上可以直接读出， 单位s/div、ms/div或μs/div； l为输入信号的单个周期宽度， 单位div。
（1） 打开电源开关并切换到DC档， 拨动垂直工作方式开关，选择未知信号所在的通道。
（2） 通过调节“扫描时间系数选择开关”和“垂直偏转系数开关”， 以及它们对应的微调开关， 使未知信号图形的高度和波形个数便与测量。 同时在开关上读出计算所需的a、b值。
（3） 调节“垂直位移”与“水平位移”旋钮，利用荧光屏上的刻度读取l、h值， 并记录。
2. 用示波器直接观察半波和全波整流波形
（1） 将实验室提供的未知信号分别接到整流电路的AB端， CD端送入示波器的CH1或CH2端。
（2） 通过调节“扫描时间系数选择开关”和“垂直偏转系数开关”是信号显示在屏内， 分别观察整流后的波形， 并记录
3. 李萨如图形测量信号的频率
不使用机内的扫描电压， 而使用两个外界输入的正弦电压分别加载在X、Y偏转板上， 当两个正弦电压的频率相同或呈简单的整数比， 则屏上将显示特殊形状的轨迹， 这种轨迹称为李萨如图形。 李萨如图形与X轴和Y轴的最大交点数nx与ny之比正好等于Y、X端的输入电压频率之比， 即
* 示波器和函数信号发生器的操作原理略
数据记录与处理/结果与分析：
1. 正弦信号电压和频率的测量：
2. 正弦信号、半波整流信号、全波整流信号的图形
3. 李萨如图形测量正弦信号的频率
讨论、建议与质疑：
（1） 在示波器显示扫描波形图和李萨如图形的原理中， 不同之处在与它们所使用的扫描电压（即水平方向的输入电压）不同。 显示扫描波形时， 水平方向加载的是锯齿波的扫描电压， 它能够使电子束从左向右地单方向扫描， 当扫描频率和输入信号的频率相配合时， 就能够显示输入信号的波形； 显示李萨如图形时， 水平方向接入的是未知的正弦信号， 它使电子束在水平方向上做简谐往复运动， 与竖直方向的另一简谐运动相叠加后， 在荧光屏上形成李萨如图形。
（2） 形成椭圆的条件较为简单， 当输入的两个同频正弦信号相位差存在， 且大小在+π~ -π之间时， 即可形成椭圆图形。
圆可以认为是一种特殊条件下形成的椭圆图形。
当输入的两个正弦信号频率相同， 信号振幅相同， 且两者的相位差为±π/2时， 李萨如图形为圆形。
（3） 实验中Y轴信号为已知正弦信号， X轴为未知信号， 经过实验， 发现
当fy比fx大很多时， 荧光屏上的线条之间不可分辨， 形成一个矩形块状图案；
当fy比fx小很多时，荧光屏上显示一条上下振荡的水平线段。
（4） 试解释全波整流图形存在水平片段的原因。
个人认为， 由于示波器上没有精确地显示出波形所在的相对位置， 故对这一波形现象可以有以下两种理解方式：
第一种理解方式：
如上图，左图为理论上的全波整流信号波形， 右图为实际中由示波器观察到的整流波形， 可见实际波形下端未能达到0， 即负载端电压值在外部加载电压换向时没有达到最小。
原因可以认为， 二极管的单向导通作用不是绝对的， 在电压反向加载时， 仍有小部分的反向“漏电流”通过二极管， 因此在桥式整流电路中， 电路电流完全等于零的时刻是不存在的， 在正向电压下降到接近0的位置时， 由于有反向漏电流存在， 故负载两端的实际电流不为零，故电压也不为零， 由示波器显示其电压变化状态， 变得到了右上图示的“削尾”现象。另外， 也可以认为二极管有电流/电压残留现象等等。
第二种理解方式：
如右图所示， 波形的形状与实际可见相同， 但与上一种理解方式不同的是， 此种情况可以理解为， 负载两端的电压提前下降到零， 维持在零水平一段时间后， 重新上升。
在这种情况下， 必须提到二极管单向导通性质的一个前提：
当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。
由此可以解释实验中观察到的现象：
当第一个半周期内末端， 电压下降到门槛电压以下时， 二极管实际已不能导通， 而另两个反向的二极管此时也尚未导通， 此时负载两端的电压为零， 在示波器上表现为X轴上的直线；
当电压进入第二个半周期时， 电压由零开始重新上升， 但尚未达到门槛电压时， 二极管仍然处在不导通状态， 此时负载两端的电压仍为零； 直到电压上升到门槛电压以上， 二极管才被导通， 此时负载两端才有电压， 并且随外源信号呈正弦规律上升。
综合以上两个短暂过程来看， 可以发现负载两端电压有一段持续为零的“真空期”， 表现为波形即为示波器上观察到的短直线片段。
（5） 实验体会：
本次实验相比与其他实验， 更加接近于一种体验性的实验， 目的并不在于获得最终的实验数据结果， 而在于让我们更好地理解实际生产生活中常用的示波器； 通过操作示波器， 一方面我能够熟悉仪器的使用方法， 认识到书本理论和实际操作存在的差距， 一方面也体会了示波器中所表现的将一些不可见的动态量转化为另一种量直观地表现出来的方法（锯齿波扫描电压与信号电压的组合是其表现思想的精髓）。
另外， 本次实验中， 我也体会到了书本上的理论知识和实际应用的差异所在， 具体地说即是全波整形电流波形理论值和实际图样的差别。 通过实际的操作和观察， 我能够从差异出发， 从一些错误出发， 通过比较以不同地角度更好的理解所学的知识， 这是单独阅读书本所不能做到的。