实验十二  电子示波器的使用

示波器用处广泛，它的最大特点是能把看不见的电信号变换成能直接观察的电压波形，并能测定电压信号的幅度、周期和频率等参数。双踪示波器还可测量两个信号之间的位相差，是工程技术中常用的电子仪器。

【实验目的】

1．了解示波器的主要结构和基本工作原理。

2．学会使用示波器和信号发生器。

3．学会用示波器观察信号波形。

4．学会用示波器观察李萨如图形并测量市电的频率。

【实验器材】

示波器、函数信号发生器、小变压器等。

【实验原理】

示波器的规格和型号很多，但不管哪种示波器都由图4-6-1所示的几个基本组成部分：示波管、竖直放大器（Y轴放大器）、水平放大器（X轴放大器）、扫描发生器、触发同步和直流电源等部分。

一、示波管

示波管是呈喇叭形的玻璃泡，抽成高真空，内部装有电子枪和两对相互垂直的偏转板，喇叭口的球面壁上涂有荧光物质，构成荧光屏。如图4-6-2所示。

1．电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成，阴极是一个表面涂有氧化层的金属圆筒，灯丝通电加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面，它的电位比阴极稍低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔，然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“亮度”调整旋钮，就是通过调节栅极电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变屏上光斑的亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，所以第一阳极也称聚焦阳极，第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚焦”调节旋钮，就是调节第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚焦”，实际是调节第二阳极电位。

2．偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，称为Y偏转板；一对水平偏转板，称为X偏转板。在偏转板上加上适当电压，当电子束通过时运动方向将发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。

3．荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测量光点位置用，在性能较好的示波管中，通常将刻度线直接刻在屏玻璃内表面上，使其与荧光粉紧贴在一起，以消除视差，使光点位置的测量更准确。

二、示波器显示波形的原理

1．扫描作用:

如果只在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，则电子束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运动，如果电压频率较高，则看到的将是一条竖直亮线。要显示出波形，必须同时在水平偏转板上加一个扫描电压，使电子束的亮点同时沿着水平方向拉开。这种扫描电压的特点是电压随时间成线性关系增加到最大值，然后突然回到最小，此后再重复地变化。扫描电压随时间变化的关系曲线形同“锯齿”，故称“锯齿波电压”。

在竖直偏转板上加正弦电压，同时在水平偏转板上加锯齿波电压，电子同时受竖直、水平两个方向的力的作用，则电子的运动为两相互垂直的运动的合成。当锯齿波电压与正弦电压变化周期相等时，在荧光屏上将能显示出一个完整的正弦电压的波形图（随着时间的推移,X和Y信号同步周期性地出现），如图4-6-3所示。

2．同步作用

要在示波器荧屏上获得稳定的波形，被测信号的频率必须为扫描电压（锯齿波）频率的整数（）倍，即有

                                             （4-6-1）

如果被测信号与锯齿波两者频率不满足上述整倍数的关系，每次扫描显示的图形就不能重合，结果荧光屏上呈现向左或向右移动的波形，这样就难以对信号进行观察和测量。

电源电压不稳定或其他原因，都会引起被测信号和扫描信号频率的变化，所以必须设法使两者频率自动保持整数比，为此，可利用被测信号电压或与此有关的电压，去强迫控制锯齿波的频率，使之与被测信号频率保持整数比，这就是同步（或称为整步），用来控制锯齿波频率的信号则称为同步信号。

三、 李萨如图形

如果X、Y偏转板上加的电信号都是正弦波，当和之比为整数比时，电子束受到它们的合作用，光点将会描绘出特定的图形——李萨如图形,如图4-6-4所示。

图4-6-5给出了几种不同频率的李萨如图形。可以证明X、Y方向上正弦波的频率与李萨如图形在X、Y方向的切点数、有如下关系

                         （4-6-2）

根据已知频率可以利用李萨如图形求出未知频率。

【实验内容】

1.打开示波器电源开关，预热2－3分钟。

2.将扫描开关逆时针方向旋至X-Y位置，扫描方式置于“自动”。“CH1”、“CH2”通道“接地”。此时荧光屏上看到一个亮点，这是由阴极发射出来的一束电子经聚焦、加速到达荧光屏。调节“辉度”、“聚焦”“”、“”，使亮点亮度适中且处于居中位置。

3.将扫描开关顺时针方向调节（扫描功能打开）。荧光屏上的亮点开始移动，调节扫描速率，直至观察到一条水平线。然后关闭扫描开关，即扫描开关逆时针方向旋至X-Y。

4.打开信号源开关，按下“100”和“～”，调节频率使之在50Hz左右。将“CH₁”的接地弹起，将“方式”的“CH1”按下，荧光屏上出现一条水平线，调节CH1的偏转因子开关，可以改变水平线的长度。即CH1通道的正弦波是加在水平方向。将扫描开关顺时针方向旋转时（此时打开扫描功能，水平方向为扫描锯齿波），CH1通道的正弦波加在竖直方向，随即正弦波展开。

5.同上步骤观察“CH2”通道的正弦波形，记录两相邻波峰或波谷间距，计算“CH2”通道输入正弦波周期及频率。

6.在CH1通道和CH2通道均为正弦波时，将扫描开关逆时针方向旋至X-Y位置，此时荧光屏上出现一个变化的封闭的李萨如图形。将“CH2”通道的信号为未知，频率大约50Hz左右，保持不变。调整“CH1”输入信号的频率f_x，至封闭图形稳定或缓慢变化。

7.记录不同李萨如图形“X”、“Y”方向的切点数、“CH1”通道的输入信号频率f_x。

8.根据计算。

9.将“CH1”信号接地，此时荧光屏上为一条竖线。

10.记录“CH2”通道的灵敏度选择开关的读数（此时要求关掉“CH2”通道微调灵敏度选择开关）。

11.从荧光屏上直接读出该竖线的长度M。计算出交流信号的峰峰值和有效值。

【数据处理】

格×＿s/格；

表4-6-1  用李萨如图形测频率

格×＿VOLTS/格；。

【注意事项】

1．认真阅读有关仪器的介绍，掌握所使用的示波器、信号发生器面板上各旋钮的作用后再进行操作。

2．为了保护荧光屏不被灼伤，使用示波器时，光点亮度不能太强，而且也不能让光点长时间停在荧光屏的一个位置上。在实验过程中，如果短时间不使用示波器，可将“辉度”旋钮调到最小，不要经常通断示波器的电源，以免缩短示波管的使用寿命。

3．示波器上所有开关与旋钮都有一定强度与调节角度，使用时应轻轻地旋转，不能用力过猛。

【思考题】

1．如果轴信号的频率比轴信号的频率大得多，示波器上看到什么情形？相反，若比小很多，又会看到什么情形？控制件的作用

第二篇：实验三示波器应用一

电子线路实验报告

实验名称：    实验三示波器的使用                         

系别：电子科学系班号：电科2班  组别：第23组

实验者姓名：江东华学号：19720132203337

实验日期：          2014 年  10月 28 日

实验报告完成日期：  2014 年  10月 30 日

指导老师意见：

一、实验目的：

1、了解示波器的基本工作原理和主要技术指标；

2、掌握示波器的使用方法；

3、应用示波器测量各种信号的波形参数。

二、实验仪器：

双踪示波器、函数信号发生器、“四位半”数字万用表各一台

三、实验原理：

1、数字示波器显示波形原理

   示波器是将输入的周期性电信号以图像形式展现在显示屏上的仪器。示波器显示器是一种电压控制期间，根据电压有无控制屏幕亮灭，并根据电压大小控制光点在屏幕上的位置。

  为了显示被测信号随时间变化的规律，控制显示器在屏幕上进行水平方向的扫描，显示屏必须加油幅度随时间线性增长的周期性锯齿波电压，此时屏幕上出现一条水平光线，成为扫描线或时间基线，线性的锯齿波作为水平轴的时间坐标，故称为时基信号。（即同时需要被测信号和时基信号）

   为了在显示屏上观察到稳定的波形，必须使锯齿波的周期Tx和被测信号的周期Ty相等或成整数倍关系。

2、数字存储示波器的原理

主要由信号调理部分、采集存储部分、触发部分、软件处理部分及其他部分组成。

3、双通道数字存储示波器结构框图

4、示波器的主要技术特性

模拟带宽、采样速率、存储深度、触发能力。

5、功能键及旋钮作用说明（重点）

（1）Back键：在菜单层次结构中键入，则返回上一层菜单；在菜单顶层键入时，关闭菜单，并显示示波器信息。

（2）Wave Gen：键入时，信号发生器开始工作，可进入菜单，选择波形类型、频率、幅度、偏移等，并将信号从Gen Out插孔输出。

（3）Auto Scale：键入时，自动显示被测波形。

（4）Meas：键入时，进入测量菜单。

（5）Cursors：键入时，进入光标菜单；另外可通过旋钮调节光标线。

（6）Trigger：设置显示器何时采集数据和显示波形，键入时，可通过菜单选择触发类型、触发源等，根据需要进行设置，并显示在显示器右上方。

（7）Horizontal：键入时，进入水平控制菜单，可选择时基模式，根据需要设置。

……

四、实验内容：

1、校验示波器的灵敏度：

对于首次接触的示波器，应对灵敏度进行校验，方法为：在正常显示下，将探头接示波器本身提供的校准方波信号源（DEMO2端子），采用手动或自动调节，观察校准信号，若测量得到波形幅度、频率与校准信号相同，则说明准确，不同，则记下误差。

测量值：

误差：

误差分析：

1.在工作过程中，示波器内部电压可能不是特别稳定，会影响显示读数。

2.信号发生器的频率可能不稳定，导致峰-峰值发生变化，从而产生测量误差。

2、调整、测量含有直流电平的信号

令频率f=1KHz，占空比为50%，，，，观察下图三种波形。

3、正弦电压的测量

信号发生器输出正弦信号（频率f=1KHz，占空比为50%，，，），用数字万用表和示波器按照表一测量，并计算相应的电压方均根值，并与数字表测量值相比较.

表一：信号幅度的测量

计算过程：

均方根值

        

计算的均方根值与数字表测量值误差：

误差分析：

1.数字万用表内部电压不稳定，导致示数出现一定波动，且数字万用表测量时显示数值为四位有效数字，有效数字位数明显多于固定电压值，故引起了误差。

2.由于测量信号为交流信号，读数为有效值，存在一定误差

4.正弦信号周期与频率的测量

误差：

误差分析：

1、在示波器的时基电路(X轴扫描),如果X轴扫描的时基不准，当然就直接将它的误差转移到你的被测信号的频率误差中去。

2、X轴扫描电压的线性也会产生测量误差。X轴扫描电压是一个锯齿波电压，它在上升（扫描）时要求是一根斜的直线，虽然电路上对此做了不少措施，但是总会有一些误差的。

3、人为的误差，这具体表现在示波器的使用调整是否正确，由于面板的坐标格和示波管的图形有一段距离，容易有视觉读数误差。另外在测量是最好将波形拉开些，观察的周期数少些，这样将有利于减少读数误差，等等。

5.示波器的双踪显示

 

按如图搭接电流，将信号改为f=50KHz，示波器采用双通道工作，分别调节CH1和CH2的Y灵敏度和上下位移，使波形显示一到两个周期，用光标法测出，则滞后于的相位差，调整电位器，测出最大值，并计算出值。

=4.0us ,T=20us

=

6、示波器的“外扫描”（X-Y）工作模式：

在“外扫描”（X-Y）工作模式（按下“Horizontal”按键，选择X-Y模式），则CH1的输入信号代替示波器内部的锯齿波作X轴扫描信号，此时，水平（X）轴变为CH1的电压轴，X轴上各点的电压值，用CH1的Y灵敏度来测量，垂直（Y）轴仍为CH2的电压轴，Y轴上各点电压值，仍用CH2的Y灵敏度来测量。用（X-Y）功能，可以观察到波形的李萨如图形。

五、示波器的使用方法：

1)   使用示波器时，打开电源开关（POWER）30秒后，屏幕上应有光迹，否则检查有关控制旋钮的位置。

2)   将示波器探头接到被测信号，确定触发源选择在所接通道位置。

3)   键入相应通道开关，启动该通道工作。

4)   将垂直和水平灵敏度旋钮调到合适位置。

5)   将信号输入端与内置信号发生器的信号输出端Demo2相连，按Auto scale键进行自动处理信号，比对信号进行误差测量。

6)   测量电路时，选择任意通道作为输入端口，将相应探头上的笔帽轻轻下拉，将露出的铁丝钩钩在待测的电路导线处。对信号的处理可按动Auto键进行自动处理。也可手动处理：旋转Horizontal和CH1、CH2通道开关上方的旋钮调节X、Y轴灵敏度，旋转CH1、CH2通道开关下方的旋钮调节信号上下位置。按CH1、CH2通道开关一下后，显示屏上出现设置菜单，对通道的耦合方式、带宽限制、微调、倒置和探头进行设置，建议打开带宽限制。若需测量信号各点电平，耦合方式应选DC耦合，若只需观测信号幅度，则选AC耦合。按CH1、CH2通道开关两下即为关闭通道。

7)   对信号进行测量时，按Measure工具栏的Meas键进行信号的电压、频率、周期、峰峰值等一系列数值的测量。快照可显示所有测量项目。其步骤为：按下Meas健，调出测量菜单，使用屏幕菜单或复用旋钮，选择需要测量的项目。屏幕右侧可显示最多四项测量值。也可以按Cursors键进行X1、X2、Y1、Y2的光标法测量等各方式的手动测量。其步骤为：按下Horiz键，选择标准（即YT，横轴为时间轴，纵轴为电压轴）或XY（横轴为CH1，纵轴为CH2）

六、实验小结

   1.遇到的问题与解决方法：

     （1）波形不稳定。首先检查触发源是否正确（观察哪个信号，哪个信号做触发源），其次检查触发电平（按Trigger键，再调节触发电平大小）。

     （2）按Meas键没有测量值。在信号已经调节稳定的情况下，得调节垂直灵敏度和时基旋钮，保证显示屏上有两至三个周期波形。

     （3）实验5两信号无相位差。测量时确保电路闭合，黑夹子连接接地端。

     （4）实验5值较小。调节电位器使相位差最大（阻值最大时），并且确保信号发生器各参数正确。

  2.总结

     (1)掌握示波器基本操作，特别注意Auto Scale ,Horizontal ,Trigger ,Entry ,Cursers ,Meas 等键的操作和信号调节的方法。

（2）仔细调节信号发生器输出信号的频率，峰峰值等，确保后续试验的继续。认真调节示波器的各种参数，确保信号显示的稳定与准确。

（3）每按一次Auto Scale都需检查触发源是否正确。信号发生器输出改变导致波形不稳定，要重新调节触发电平。观察李萨如图形需改变工作模式。

七、思考题

用示波器观察正弦信号时，若荧光屏上出现下列情况，应该如何调节？

（1）屏幕上什么都没有；

答：调节辉度及水平竖直位置旋钮。

（2）屏幕上只有一点；

 答：查看是否设置了X-Y模式，如果还不行就调节水平位置及竖直位置的旋钮。

（3）屏幕上只有一条水平线；

 答：查看输入耦合是不是DC档。再看看是不是触发源选错，确定都无误的话可以试着调节垂直刻度。

（4）屏幕上只有一条竖线；

 答:调节水平档位及竖直档位。

（5）如何让波形同步；

  答：按Trigger键调出屏幕菜单，将菜单上源与显示调为一致（内触发情况下），如仍不同步（波形向一个方向流动），用Force Trigger键或Level旋钮辅助调整。

（6）观察已知信号频率时，应注意示波器时间量程是否与输入信号的周期同数量级。

  答：若两者量程不一致时，可调节时基旋钮，调整时间的灵敏度，数值显示在显示屏的上方中间。