用示波器測量信號的電壓及頻率

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1、用示波器測量信號的電壓及頻率長江大學(xué)馬天寶應(yīng)物1203班1、示波器和使用-【實驗?zāi)康摹?．了解示波器的大致結(jié)構(gòu)和工作原理。2．學(xué)習(xí)低頻信號發(fā)生器和雙蹤示波器的使用方法。3．使用示波器觀察電信號的波形，測量電信號的電壓和頻率?！緦嶒炘怼恳?、示波器原理1．示波器的基本結(jié)構(gòu)示波器的種類很多，但其基本原理和基本結(jié)構(gòu)大致相同，主要由示波管、電子放大系統(tǒng)、掃描觸發(fā)系統(tǒng)、電源等幾部分組成，如圖4.9-1所示。（1）示波管示波管又稱陰極射線管，簡稱CRT，其基本結(jié)構(gòu)如圖4.9-2所示，主要包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三個部分。電子槍：由燈絲、陽極、控制柵極、第一陽極、第二陽極五部分組成

2、。燈絲通電后，加熱陰極。陰極是一個表面涂有氧化物的金屬圓筒，被加熱后發(fā)射電子?？刂茤艠O是一個頂端有小孔的圓筒，套在陰極外面，它的電位相對陰極為負(fù)，只有初速達(dá)到一定的電子才能穿過柵極頂端的小孔。因此，改變柵極的電位，可以控制通過柵極的電子數(shù)，從而控制到達(dá)熒光屏的電子數(shù)目，改變屏上光斑的亮度。示波器面板上的“亮度”旋鈕就是起這一作用的。陽極電位比陰極高得多，對通過柵極的電子進(jìn)行加速。被加速的電子在運動過程中會向四周發(fā)散，如果不對其進(jìn)行聚焦，在熒光屏上看到的將是模糊一片。聚焦任務(wù)是由陰極、柵極、陽極共同形成的一種特殊分布的靜電場來完成的。這一靜電場是由這些電極的幾何形狀、相對位

3、置及電位決定的。示波器面板上的“聚焦”旋鈕就是改變第一陽極電位用的，而“輔助聚焦”就是調(diào)節(jié)第二陽極電位用的。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：它由兩對互相垂直的平行偏轉(zhuǎn)板——水平偏轉(zhuǎn)板和豎直偏轉(zhuǎn)板組成。只有在偏轉(zhuǎn)板上加上一定的電壓，才會使電子束的運動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使熒光屏上光斑的位置發(fā)生改變。通常，在水平偏轉(zhuǎn)板上加掃描信號，豎直偏轉(zhuǎn)板上加被測信號。熒光屏：示波管前端的玻璃屏上涂有熒光粉，電子打上去它就會發(fā)光，形成光斑。熒光材料不同，發(fā)光的顏色不同，發(fā)光的延續(xù)時間（余輝時間）也不同。玻璃屏上帶有刻度，供測量時使用。（2）電子放大系統(tǒng)為了使電子束獲得明顯的偏移，必須在偏轉(zhuǎn)板上加上足夠的電壓。被測

4、信號一般比較弱，必須進(jìn)行放大。豎直（Y軸）放大器和水平（X軸）放大器就是起這一作用的。（3）掃描與觸發(fā)系統(tǒng)掃描發(fā)生器的作用是產(chǎn)生一個與時間成正比的電壓作為掃描信號。觸發(fā)電路的作用是形成觸發(fā)信號。當(dāng)示波器工作在“自激”方式時，掃描發(fā)生器始終有掃描信號輸出；當(dāng)示波器工作在“DC”或“AC”方式時，掃描發(fā)生器必須有觸發(fā)信號的激勵才產(chǎn)生掃描信號。一般地，示波器工作在內(nèi)觸發(fā)方式，觸發(fā)信號由被測信號產(chǎn)生，以保證掃描信號與被測信號同步。當(dāng)示波器工作在外觸發(fā)方式時，觸發(fā)信號由外部輸入信號產(chǎn)生。2．波形顯示原理如果只在豎直偏轉(zhuǎn)板上加一正弦信號，則電子束的亮點將隨電壓的變化在豎直方向來回運動

5、；如果頻率較高，則看到的是一條豎直亮線，如圖4.9-3所示。要能顯示波形，應(yīng)使電子束在水平方向上也要有偏移，這就必須同時在水平偏轉(zhuǎn)板上加掃描電壓。掃描電壓的特點是其幅值隨時間線性增加到最大，又突然回到最小，此后再重復(fù)變化。在掃描信號的作用下，光點從左向右運動到最大位移，再突然回到左端起點，開始下一周期。我們把這一過程稱為掃描。掃描電壓的變化曲線形同鋸齒，如圖4.9-4所示，所以稱為鋸齒波。如果只有掃描信號加在偏轉(zhuǎn)板上，在頻率足夠高時，屏上只能看到一條水平亮線。如果在豎直偏轉(zhuǎn)板（稱Y軸）上加正弦電壓，水平偏轉(zhuǎn)板（稱X軸）上加鋸齒波電壓，光點的運動將是兩互相垂直運動的合成。若

6、鋸齒波電壓的周期與正弦波電壓的周期相等或鋸齒波電壓的周期稍大，則屏上將顯示一個完整周期的波形，如圖4.9-5所示。當(dāng)正弦波與鋸齒波的周期稍微不同時，則在下一掃描周期顯示的波形與本次掃描周期顯示的波形不能重疊，如圖4.9-6所示，這樣，在屏上看到的就是移動著的不穩(wěn)定圖形。欲使前后兩個掃描周期內(nèi)的波形重合，使波形穩(wěn)定，解決的辦法有兩個：（1）使鋸齒波的周期等于正弦波的周期的整數(shù)倍，即Tx=nTy，此時，示波器上顯示n個完整的正弦波形。示波器面板上的“掃描微調(diào)”旋鈕就是用來調(diào)節(jié)鋸齒波的周期，使之滿足上述關(guān)系的。（2）使掃描電壓的起點自動跟隨Y軸信號改變。這可以通過觸發(fā)信號的激勵

7、作用來做到，即通過由Y軸信號所形成的觸發(fā)信號使掃描信號在Y軸信號回到起點時自動回到起點。這種使掃描信號的周期等于被測信號的周期或掃描信號的起點自動跟隨Y軸信號改變的現(xiàn)象稱為“同步”（或整步）。一般示波器只有一個電子槍，要能在屏上同時顯示兩路信號的圖像，必須在人眼的視覺暫留時間內(nèi)分別顯示兩波形在屏上不同的位置，這是通過電子開關(guān)來完成的。電子開關(guān)是一個自動的快速單刀雙擲開關(guān)，它把Y1通道和Y2通道的信號輪流送入Y軸放大器，在屏上輪流顯示。由于視覺暫留，觀察者可以同時看到兩路波形，即雙蹤顯示。雙蹤顯示有“交替”和“斷續(xù)”兩種方式?！?/p>