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华中科技大学示波器实验全解第1页/共24页第2页/共24页论文内容实验目的仪器介绍实验原理实验步骤数据记录数据处理问题讨论第3页/共24页实验目的掌握数字存储示波器和函数信号发生器基本使用方法；研究RC和RLC串联电路的暂态过程，加深对电阻、电容、电感特性的理解，理解阻尼振动的运动规律。第4页/共24页仪器介绍函数信号发生器 （ch1、ch2电压输出数字储存示波器 （Autoset 自动设置 Measure 数据测量 Cursor 探针 Display 显示格式）第5页/共24页图 1 数字存储示波器的内部结构实验原理——数字储存示波器原理一个典型的数字存储示波器原理框图如图所示，模拟输入信号先适当地放大或衰减，然后再进行数字化处理。数字化包括“取样”和“量化”两个过程，取样是获得模拟输入信号的离散值，而量化则是使每个取样的离散值经A/D转换成二进制数字，最后，数字化的信号在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM（存储器）中，CPU从存储器中依次把数字信号读出并在显示屏上显示相应的信号波形。GPIB为通用接口总线系统，通过它可以程控数字存储示波器的工作状态，并且使内部存储器和外部存储器交换数据成为可能。 由此可见，数字示波器必须要完成波形的取样、存储和波形的显示，另外为了满足一般应用的需求，几乎所有微机化的数字示波器都提供了波形的测量与处理功能。第6页/共24页实验原理——信号波的基本概念 正弦波是波形的基本组成，任何非正弦波都可视成是基波和无数不同频率的谐波分量组成。例如：方波是由基波以及3，5，7，9……次谐波分量迭加而成。 对于非正弦波，由最小值过渡到最大值的时间越短，所含的谐波分量也就越多，波形所含谐波的频率也越高。对于脉冲波占空比越小，波形所含谐波就越多，谐波频率分量也越高。在使用数字示波器过程中，测量不同波形会得到不同的波参数，波的基本参数定义如图 所示。第7页/共24页实验原理——RC串联电路的暂态过程 函数信号发生器输出一定频率的方波周期电压信号如图 所示，电阻、电容串联电路如图 所示。当方波前半个周期处于高电平E时，相当于电源开关K合向“1”，直流电源E对电容C充电；当方波后半个周期处于低电平0 时，相当于在电容C充电后，把开关K 从“1”合向“2”，电容C开始放电过程。第8页/共24页实验原理——RC串联电路的暂态过程由电路方程可解出，电容C两端的电压随时间变化规律为：当电容在充放电过程中，其电压VC(t) 均按指数规律变化。当电容器被充电时，电压逐渐增大，而放电时则逐渐减小。令 ，其具有时间的量纲，称为电路的时间常数，是表征暂态过程进行快慢的一个重要物理量。时间常数越大，充放电过程越慢，反之亦然。图中显示了时间常数分别取不同值时的VC(t)－t曲线。第9页/共24页实验原理——RLC串联电路的暂态过程由电阻R、电感L和电容C组成的直流串联电路如图所示。令,λ称为电路的阻尼系数，随着阻尼系数的不同，其电路方程有三种不同的解。当方波为高电平时，可得到：（1）阻尼较小 ，即 ，弱阻尼状态，电容两端电压为：可见，电容电压呈现振荡特性，由于电阻R的作用，使振荡幅度呈指数衰减，衰减的快慢由时间常数τ决定。这种情况称为弱阻尼振荡状态。时间常数 ，振荡角频率第10页/共24页实验原理——RLC串联电路的暂态过程（2） ，即 ，临界阻尼状态，此时：上式表明，当电阻值达到一定临界值，使得 时， ,此时电路中各物理量的变化过程不再具有周期性，这便是临界阻尼状态。（3） 即 ，过阻尼状态过阻尼状态下的电容电压变化如图 中的虚线所示，它以缓慢单调的变化方式逐渐趋于稳定状态。第11页/共24页实验步骤（一）——信号参数测量（1）将信号发生器的“ch1电压输入”与示波器输入通道1相连。（2）调节信号发生器，波形为正弦，频率为500HZ，幅值5.00V。按下 Autoset，调节水平部分标度旋钮，使示波器上显示5个周期波形，按下 Measure，记录信号各数据。（3）调节信号发生器波形为脉冲，占空比为40%，频率20HZ，幅值5.00V， 按下Autoset 调节水平部分标度旋钮，使示波器上显示5个周期波形，按下 Measure，记录信号各数据。（4）选取Autoset中仅显示一个正频，记录正频宽为19.36ns~19.51ns。（5）选取Autoset中仅显示一个上升过程，记录上升时间19.50ns~20.50ns。第12页/共24页实验步骤（二）——观察李萨如图形（1）将信号发生器的“ch1电压输出”与“ch2电压输出”分别连接到示波器1、 2输入通道。设置信