示波器的使用(2)

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1、實驗二示波器的使用一、實驗目的1、了解示波器顯示圖象的原理。2、學習用示波器觀察電信號的波形。3、學習用示波器測定電信號的電壓和頻率。二、實驗器材雙蹤示波器多用信號發(fā)生器示波器：陰極射線示波器（簡稱示波器）是一種用途較廣的電子儀器，它可以把原來肉眼看不見的變化電壓變換成可見的圖像，以供人們分析研究。示波器除了可以直接觀測電壓隨時間變化的波形外，還可以測量頻率、相位等。利用換能器還可以將應變、加速度、壓力以及其它非電量轉(zhuǎn)換成電壓進行測量。由于電子質(zhì)量非常小，沒有機械示波器所具有的慣性，因而可以在很高的頻率范圍內(nèi)工作，這是示波器很重要的優(yōu)點。信號發(fā)生器是一種能輸出穩(wěn)定的交流信號，且電壓和頻率可以在

2、某一特定范圍內(nèi)任選的電源裝置。三、實驗原理示波器包括兩大部分：示波管和控制示波管工作的電路。1、示波管示波管是呈喇叭形的玻璃泡，抽成高真空，內(nèi)部裝有電子槍和兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)板，喇叭口的球面壁上涂有熒光物質(zhì)，構(gòu)成熒光屏。示波管的側(cè)視圖見圖1。圖1　示波管構(gòu)造圖電子槍由燈絲f，陰極K、柵極G以及一組陽極A所組成。燈絲通電后熾熱，使陰極發(fā)熱而發(fā)射電子。由于陽極電位高于陰極，所以電子被陽極加速。當高速電子撞擊在熒光屏上會使熒光物質(zhì)發(fā)光，在屏上就能看到一個亮點。改變陽極電位，可以使不同發(fā)射方向的電子恰好會聚在熒光屏某一點上，這種調(diào)節(jié)稱為聚焦。柵極G電位較陰極K為低，改變G電位的高低，可以控制電子槍發(fā)射

3、電子流的密度，甚至完全不使電子通過，這稱為輝度調(diào)節(jié)，實際上就是調(diào)節(jié)熒光屏上亮點的亮暗。Y偏轉(zhuǎn)板是水平放置的兩塊電極。當Y偏轉(zhuǎn)板上電壓為零時，電子束正好射在熒光屏正中P點。如果Y偏轉(zhuǎn)板加上電壓，則電子束受到電場力作用，運動方向發(fā)生偏移，(見圖2)。如果所加的電壓不斷發(fā)生變化，P點的位置也跟著在鉛垂線上移動。在屏上看到的是一條鉛直的亮線。熒光屏上亮點在鉛直方向的位移Y和加在Y偏轉(zhuǎn)板的電壓UY成正比。圖2Y偏轉(zhuǎn)板使電子束作鉛直方向運動X偏轉(zhuǎn)板是垂直放置的兩塊電極。在X偏轉(zhuǎn)板加上一個變化的電壓，那么，熒光屏上亮點在水平方向的位移X也與加在X偏轉(zhuǎn)板的電壓UX成正比，于是在屏上看到的則是一條水平的亮線。2

4、．示波器顯示波形的原理如果在Y偏轉(zhuǎn)板上加上一個隨時間作正弦變化的電壓，UY＝sinωt，我們在熒光屏上僅能看到一條鉛直的亮線，而看不到正弦曲線。只有同時在X偏轉(zhuǎn)板上加上一個與時間成正比的鋸齒形電壓UX=UXm·t(見圖3)，才能在熒光屏上顯示出信號電壓UY和時間t的關(guān)系曲線，其原理如圖4所示。圖3　鋸齒形電壓設在開始時刻a，電壓UY和UX均為零，熒光屏上亮點在A處。時間由a到b，在只有電壓UY作用時，亮點沿鉛直方向的位移為bBY，屏上亮點在BY處。而在同時加入UX后，電子束既受UY作用向上偏轉(zhuǎn)，同時又受UX作用向右偏轉(zhuǎn)(亮點水平位移為bBX)，因而亮點不在BY處，而在B處。隨著時間推移，以此類

5、推，便可顯示出正弦波形來。所以，在熒光屏上看到的正弦曲線實際上是兩個相互垂直的運動(UY＝sinωt和UX=UXm·t)合成的軌跡。由上可見，要想觀測加在Y偏轉(zhuǎn)板上電壓UY的變化規(guī)律，必須在X偏轉(zhuǎn)板上加上鋸齒形電壓，把UY產(chǎn)生的垂直亮線“展開”。這個展開過程稱為“掃描”，鋸齒形電壓又稱為掃描電壓。怎樣才能使熒光屏上顯示的波形穩(wěn)定，這是示波器操作的一個重要問題。如果顯示的波形處于不斷變化的狀態(tài)，那么，測量就無法進行。目前我們所用的示波器只能測量周期性變化的電壓信號。對于周期性電壓信號只要保證每次掃描起始點(如圖4中的A點)位置不變就可以達到顯示波形穩(wěn)定不變的目的(見下面“同步”的敘述)。綜上所述

6、，示波管顯示穩(wěn)定波形的條件是：第一，Y偏轉(zhuǎn)板上必須加上足夠大的待測信電壓信號，第二X偏轉(zhuǎn)板上必須加上鋸齒波電壓；第三，保持每次掃描起始點的位置不變。圖4　示波器顯示波形的原理3．示波器控制電路的功能示波器控制電路主要包括垂直放大電路、水平放大電路、掃描發(fā)生器、同步電路以及電源等部分，其方塊圖如圖5所示。圖5　示波器結(jié)構(gòu)方框田圖（1）垂直放大電路。它的功能是為了滿足上述第一個條件的。首先是要不失真地放大待測的電信號。同時保證示波器測量靈敏度的要求。示波器垂直輸入靈敏度的單位為V／div或mV／div，div為熒光屏上1格的長度，1div＝0．6cm。例如，STl6型示波器的垂直輸入靈敏度為SY=

7、20mV／div～10V／div，即當待測信號為20mV或10V(峰－峰值)時，示波器熒光屏垂直方向顯示應為1格。此外，還要求垂直放大電路有一定的頻率響應范圍。足夠大的增益調(diào)整范圍和比較高的輸入阻抗。輸人阻抗是表示示波器對被測系統(tǒng)影響程度大小的指標。輸入阻抗愈高，對被測系統(tǒng)的影響愈小。(2)掃描發(fā)生器與水平放大電路。它們的功能是為了滿足上述第二個條件。掃描發(fā)生器產(chǎn)生線性良好，頻率連續(xù)可調(diào)的鋸齒波信