示波器的认识及应用.doc

示波器的认识及应用 一、示波器的调整和使用 示波器是一种用途非常广泛的电子测量仪器，主要由示波管和复杂的电子线路组成。用示波器可以直接观察电信号的波形，并能测量电压信号的幅度和频率等。因此，一切可转化为电压信号的电学量（如电流、阻抗）和非电学量（如位移、压力、温度、光强等）都可以用示波器来观察、测量。由于电子射线的惯性小，又能在荧光屏上显示出可见的图像，所以示波器特别适用于观测瞬时变化过程。 1．实验目的 （1）了解示波器的基本结构，熟悉示波器的调节和使用； （2）学会用示波器观测电压波形； （3）通过观测李萨如图形，学会一种用示波器测量频率的方法。 2．实验仪器 V-222型双踪示波器一台，SG1648功率函数信号发生器一台。 3．实验原理 (1) 示波器的基本机构 示波器的规格和型号较多，但所有的示波器所具有的基本结构都相同，大致可分为：示波管（又称阴极射线管）、X轴放大器和Y轴放大器（含各自的衰减器）、锯齿波发生器等，见图5-32所示。 示波管 示波管是示波器的核心部件，它主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三部分，这三部分全部被密封在高真空的玻璃外壳内（如图5-33所示）。电子枪有灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极共五部分组成。灯丝通电后加热表面涂有氧化物的金属圆筒（即阴极），使之发射电子。控制栅极是一个套在阴极外面的金属圆筒，其顶端有一小孔，它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起减速作用，只有初速度较大的电子才可能穿过栅极顶端的小孔，进入加速区的阳极。因此控制栅极实际上起控制电子流密度的作用。调整示波器面板上的“亮度”旋纽，其实就是调节栅极电位改变飞出栅极的电子数目，飞出的电子数目越多，荧光屏上亮斑就越亮。从栅极飞出来的电子再经过第一阳极和第二阳极的加速与聚焦后打到荧光屏上形成一个明亮清晰的小圆点。偏转系统是由两对相互垂直的电极板组成。电子束通过偏转系统时，同时受到两个相互垂直方向的电场的作用，荧光屏上小亮点的运动轨迹就是电子束在这两个方向运动的叠加。 X、Y轴电压放大器和衰减器 由于示波管本身的X及Y偏转板的灵敏度不高（约0.1~1mm/V），当加在偏转板上的信号电压较小时，电子束不能发生足够的偏转，屏上的光点位移较小，不便观测。这就需要预先将该小电压通过电压放大器进行放大。衰减器的作用是使过大的电压信号衰减变小，以适应轴放大器的要求，否则放大器不能正常工作，甚至受损。 锯齿波信号（扫描信号）发生器 锯齿波信号发生器的作用就是产生周期性锯齿波信号（图5-34）。将锯齿波信号加在X偏转板上，可以证明，此时电子束打在荧光屏上的亮点将向一个方向作匀速直线运动。经过一个周期后，荧光屏上的亮点又回到左侧，重复运动。如果锯齿波的频率较大，由于荧光材料具有一定的余辉时间，在荧光屏上能看到一条水平亮线。本实验中所用到的V-222型示波器上的“扫速选择开关”可以改变锯齿波信号的频率或周期。 (2) 扫描原理 将一正弦电压信号加到Y轴偏转板上，即Uy≠0，若X轴偏转板上为零电压信号，则荧光屏上的光点将随着正弦电压信号作正弦振荡。若Y轴上的电压信号频率较快，则屏上只出现一条亮线。要直观地看到正弦波信号随时间的变化波形，必须将屏上光点在X方向（即时间方向）上“拉开”，这就要借助与锯齿波信号的作用。将锯齿波信号加到X偏转板上（本实验中只要将“扫速选择开关”不要置于“x-y”档位即可），此时示波器内的电子束将既要在y方向按正弦电压信号的规律作正弦振荡，又要在x方向作匀速直线运动，y方向的正弦振荡被“展开”，屏上光点留下的轨迹是一正弦曲线。锯齿波信号完成一个周期变化后，屏上光点又回到屏幕的左侧，又准备重复以前的运动。这一过程称为扫描过程，图5-35是这一过程的图解原理。图中假设加在Y偏转板上的电压信号为待测正弦电压信号，其频率与加在X偏转板上的锯齿波信号的频率相同，并将一个周期分为相同的四个时间间隔，Uy和Ux的值分别对应光点在y轴和x轴偏离的位置。将Uy和Ux各自对应的投影交汇点连接起来，即得被测电压波形。完成一个波形后的瞬间，屏上光点立刻反跳回原点，并在荧光屏上留下一条“反跳线”，称为回归线。因这段时间很短，线条比较暗，有的示波器采用措施将其消除。 上面所讨论的波形因Uy和Ux的周期相等，荧光屏上出现一个正弦波。当fy = nfx，n=1,2,3,…时，荧光屏上将出现1个、2个、3个、…稳定的波形。 (3) 示波器的整步（或同步） 若待测正弦信号的频率与锯齿波信号的频率不成整数比，则每当扫描一个周期后，荧光屏上的光点回到左侧起点时，Uy不能回到一个扫描周期以前的值，即每扫描一个周期，荧光屏上的光点回到起点时的位置将不一样，以致于整个波形在屏幕上“走动”，或者说，波形不稳定。虽然锯齿波信号的频率是可调的，但fy和fx是来自于两个不同系统的