实验三 示波器原理及使用.doc

实验三 示波器的原理及使用 示波器是一种显示各种电压波形的仪器。它利用被测信号产生的电场对示波管中电子运动的影响来反映被测信号电压的瞬变过程。由于电子惯性小，荷质比小，因此示波器具有较宽的频率响应，用以观察变化极快的电压瞬变进程，因而它具有较广的应用范围。一切能转换为电压信号的电学量（如电流、电功率、阻抗等）和非电学量（如温度、位移、速度、压力、光强、磁场、频率等）其随时间的瞬变过程，都可以用示波器进行观察和测量分析。 一、 实验目的 1．了解通用示波器的结构和工作原理， 2．掌握各个旋钮的作用和使用方法， 3．学会用示波器观察波形、测量电压、频率和观察李萨如图形。 二、仪器与用具 通用示波器，函数信号发生器等． 三、实验原理 图3-1 一、示波器的结构 示波器的种类很多，但结构原理基本相同，它主要由示波管、控制电路和电源电路组成． 示波管：它是示波器的核心部件，由一个抽成高度真空的玻璃壳，内部有电子枪及荧光屏(S)等组成，图3-1为其基本结构示意图． (1)电子枪：用以产生定向高速电子流．由灯丝(H)、阴极、栅极、第一阳极(A1)、第二阳极A2组成． 灯丝通过电流，加热阴极，并在阴极表面逸出大量电子．电子受到第一阳极电场力的作用，穿过栅极的中心小孔，形成电子束，栅极电位对阴极电位为负值．因此，调节栅极对阴极电压大小，就可控制阴极发射电子束的强度，直到使电子发射截止，所以栅极又叫控制极，仪器面板上的辉度调节旋钮，就是调节栅压的。同时栅压和第一阳极电压产生的电位空间分布，使电子在栅极附近形成一个最小截面，即聚焦点，并在第一阳极作用下电子被加速，并又发散，调节聚焦电位器，使电子束再次会聚，并在第二阳极作用下，电子继续被加速，其速度可达10７米/秒数量级，达到并轰击荧光屏，形成个亮斑。改变阳极的加速电压可以调节电子束的聚焦程度,即荧光屏上光亮的大小,称为“聚焦调节”。 （2）偏转系统 在示波管内，对称于轴线设置了两对相互垂直的偏转板：一对为垂直偏转板(YY)，或称Y轴；另一对为水平偏转板(XX)，或称X轴．如果在偏转板上加电压，通过偏转板中心轴线的电子束，将发生偏转，在荧光屏平面上光点将发生位移．位移的距离与加在偏转板上的电压成正比，如果只在水平偏转板上加电压，电子束线将发生水平方向的偏转，光点将发生水平位移，如果只在垂直偏转上加电压，电子束线将发生垂直方向的偏转，光点发生垂直位移，若偏转板上不加电压(或等电位)，电子束线将不发生偏转，光点居荧光屏中央，若被测信号加在垂直偏转板上，同时在水平偏转板加一锯齿波变化的扫描电压，荧光屏上将会不失真的地显示出被测信号的波形． (3)荧光屏 荧光屏在示波管大头端 内壁，涂有一层荧光物质，形成荧光屏，它受到电子轰击而产生发光亮点，光点颜色视荧光物不同而异。在操作时要注意不要使光点长时间停留在一处。 控制电路组成及其作用 示波器内部电路主要有扫 描电路，同步、水平、垂直轴放大器，电源电路，其电路主要框图如图3.7.2所示． (1)X轴输入放大、衰减电路， 图3.7-2 示波器方框图 Y轴放大、衰减电路，其作用是将输入的小信号放大，大信号衰减，以便在荧光屏上观测． (2)扫描与整步(同步)电路 扫描电路是一个锯齿波发生器，它产生一个周期性的线性变化电压，即锯齿波电压，用以扫描Y轴输入信号，显示出Y轴输入信号的真实波形，整步(同步)控制电路，是为了观察到稳定的波形，要求每次扫描起点的相位，应等于前次扫描终点的相位，或者说，要求扫描电压的周期Tx为被测电压周期Ty的n倍(n=1、2、3……)． (3)电源电路 包括低压电源电路和高压电源电路，低压电源供给示波器各工作电路电压，高压电源电路供给示波管各极电压． (4)标准信号电路 是指水平时基扫描系统电路．在通过水平放大器放大并校准后的扫描电压作为时基信号馈加于示波管的X偏转板，使加于垂直偏转板间的被测信号按时基变化的波形图象，在屏上显示出来，便于进行观察． 二、示波原理(扫描原理) 示波器能真实地显示Y轴输入信号随时间变化规律的波形，是因为机内有锯齿波发生器，即扫描电压作用于X轴偏转板．扫描分线性扫描电压，即锯齿波扫描电压，和非线性扫描电压，当Y轴加入正弦信号后，与X轴偏转板电压(线性)合成不失真的Y轴正弦波形． 可以用运动参数方程说明之。如果X、Y分别输入的信号分别是 （3.1） 其中，是常数，是锯齿波的一部分，消去（5-1）的，