惠州学院大学物理实验报告.doc

惠州学院大学物理 实验7 示波器及其使用 示波器是一种常用的电子仪器，主要用于观察和测量各种电信号。是展示和观测电信号的电子仪器，可以直接测量信号电压的大小和周期.配合各种传感器把非电量转换成电量，示波器也可以用来观察各种非电量的变化过程。特别适用于观测瞬时变化的过程.本实验是利用示波器观察周期性改变信号和测量其主要参数。 交流电的电压（或电流）随时间作周期性变化。交流电包括各种各样的波形，如正弦波、方波、锯齿波等。 [实验目的] 1．了解示波器的基本结构和工作原理,掌握示波器的基本调节和使用方法； 2．学会使用常用信号发生器；掌握用示波器观察、描绘电信号波形的方法。 3．学会用示波器测量、计算电信号电压、周期和频率等电参量； 4．学会用示波器观察、描绘利萨如图形。 [实验仪器] 双踪示波器(20MHz CS—4215A) 1台 低频信号发生器(10Hz—1MHz) 1-2台 屏蔽连接线（同轴电缆）2根 [实验原理] 一、示波器的结构及简单工作原理 图1、示波器的原理图 示波器一般由5个部分组成，如图1所示：（1）示波管；（2）扫描发生器；（3）同步电路；（4）水平轴和垂直轴放大器；（5）电源。下面分别加以简单说明。 示波器的原理方框图 1、示波管 示波管是示波器中的显示部件。在一个抽成真空的玻璃泡中，装有各种电极，其结构如图1所示。阴极K受灯丝F加热而发射电子，这些电子受带正高压的加速阳极A1的加速，并经由A1 、A2组成的聚焦系统，形成一束很细的高速电子束射到荧光屏，荧光屏上涂有荧光粉，它在这些高速电子的激发下发光。光点的大小取决于A1 、A2组成的电子透镜的聚焦。改变A2相对A1的电位，可以改变电子透镜的焦距，使其正好聚焦在荧光屏上，成为个很小的亮点。因此，调节A2的电位，称为“聚焦”调节。示波管内装有两对互相垂直的平行板（X1、X2和y1、y 2），如果在垂直方向的平行板y1、y 2上加周期变化的电压，电子束通过时受到电场力的作用而上下偏转，在荧光屏上就可以看到一 根垂直的亮线；同理，在水平方向的平行板x 1、x 2上加周期变化的电压，也可以看到一根水平亮线。因而，在这两对平行板上加变化的电压能对运动的电子束产生偏转作用，这两对平行板称为偏转板，其符号如图2（此也常作为示波器的符号）。在控制栅极G上加相对于阴极为负的电压，调节其高低就能控制通过栅极的电子流强度，使荧光屏上光迹的亮度（也称辉度）发生变化。因此，调节栅极的电位称为“辉度”调节。 2、扫描与同步的作用 若将正弦变化的信号加在y1、y 2偏转板上，荧光屏上将显示一条垂直亮线，而看不到正弦变化。如同时在x 1、x 2偏转板上加一与时间成正比增加的电压，电子束在作上下运动的同时，还必须作自左向右的匀速运动，这样，便在荧光屏上描出正弦曲线，如图3所示。 如果光点沿x轴正向从α点匀速移动到f点后，又迅速回跳到左边原来的起始点，再重复x轴正向匀速移动，再加上y轴正弦电压Uy的作用，则在荧光屏上的光迹必与第一次重合，当重复频率足够高时，由于荧光屏的余辉与人眼的视觉暂留作用，就能在荧光屏上看到稳定的波形，此过程称为“扫描”，获得扫描的方法是在X1、X2偏转板加上周期性变化的电压一锯齿波电压，其波形如图4所示。产生锯齿波电压的电路称为扫描发生器，它能根据需要产生不同频率的锯齿波电压。 如锯齿波电压周期是加在y1、y 2偏转板上正弦波电压周期的两倍，则在荧光屏上显现两个正弦波；如是3倍，则显现3个正弦波，依此类推。要使荧光屏上显示出完整而稳定的波形，其条件是扫描电压的周期必须是加在y1、y 2偏转板上信号电压周期的整数倍，稍有差异，波形就不稳定。为此，在示波器上专门设置一种电路，控制扫描电压的频率，使随着被观测信号的频率变化，即用y轴信号频率去控制扫描发生器的频率，使之始终满足整数倍的关系，此作用称为“同步”。使用示波器的关键，就是调节扫描电压的频率，使之与信号频率之间成整数倍关系，并加上“同步”作用，迫使这种关系保持稳定。 3、水平与垂直轴放大器 加在水平与垂直偏转板上的信号电压必须足够大，才能使电子束偏转一定角度。因此，必须将输入的弱信号经放大器放大，并用水平及垂直增幅旋钮来调节放大量。如输入信号过强，则需用分压电路进行衰减。 二、信号电压、频率、相位的测量、李萨如图形的观察 把待测信号电压输人到示波器y轴放大器的输人端。调节示波器面板上各按键和旋钮到适当的位置，示波屏上显示一稳定波形。根据示波屏上的坐标刻度读出显示波形的电压值或周期值；或者用光标测量功能测量。 1．测量电压 把待测信号输入到示波器的CH1（或X轴）输入端，调节有关控制按钮及旋钮使显示波形稳定，V/DIV表示屏幕上每一大格的电压值，可旋转偏向系数旋钮调节。在测量信号的电压