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1、示波器的调节与使用史波（楚雄师范学院物理与电子科学系 云南 ）摘要：通过对示波器发展及应用的了解， 我获得了许多以前所不知道的知识。在最初接触示波器时，仅仅对李萨如图形测频率感兴趣，认为示波器可以得到许多波形。如今我了解到和模拟示波器相比，数字示波器不仅体积小、重量轻，便于携带，属于液晶显示器，而且可以长期贮存波形，并可以对存储的波形进行放 大等多种操作和分析；特别适合测量单次和低频信号，测量低频信号时没有模拟 示波器的闪烁现象；更多的触发方式，除了模拟示波器不具备的预触发，还有逻 辑触发、脉冲宽度触发等；可以通过 GPIB、RS232、USB 接口同计算机、打印机、 绘图仪连接，可以打印、存
2、档、分析文件；有强大的波形处理能力，能自动测量频率、上升时间、脉冲宽度等很多参数。关键词：示波器 波形 闪烁现象 参数中图分类号：0441 文献标识码：A 文章编号：Scope of adjustment and useShi Bo(Department Of Physics And Electronic Science ChuXiong Normal University )Abstract：Through the oscilloscope development and application of the understanding, I received many previously
3、 dont know knowledge. In the initial contact oscilloscope, only to lissajous figures measuring frequency interested, think oscilloscope can get many waveform. Now I know and analog oscilloscope, compared to digital oscilloscope is not only small volume, light weight, easy to carry, belongs to the li
4、quid crystal display, but also long-term storage waveform, and can store waveforms were put big and so on many kinds of operation and analysis; Especially suitable for measuring single and low frequency signal, measuring low frequency signal without analog oscilloscope flickering phenomenon; More tr
5、igger mode, in addition to analog oscilloscope dont have the preliminary trigger, and trigger logic album, pulse width trigger, etc.; Can through the GPIB, RS232, USB interface with meter Key words：The oscilloscopethe waveformflicker phenomenon parameters引言 示波器是一种图形显示设备，它描绘电信号的波形曲线。这一简单的波形能 够说明信号的许多
6、特性：信号的时间和电压值、振荡信号的频率、信号所代表电 路中“变化部分”信号的特定部分相对于其它部分的发生频率、 是否存在故障部件 使信号产生失真、信号的 DC 成份和 AC 成份、信号的噪声值和噪声随时间变化 的情况、比较多个波形信号等。示波器的发展初期主要为模拟示波器， 模拟示波器要提高带宽， 需要示波管、 垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的 A/D 转换器的性能，对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用 记忆、存储和处理，以及多种触发和预前触发能力。中期数字示波器首先在取样率上提高，从最初取样率等于两倍带宽，提高至五倍甚至十倍，相应对正弦波取
7、样引入的失真也从 100%降低至3%甚至1%。其次，提高数字示波器的更新率，达到模拟示波器相同水平，最高可达每秒 40 万 个波形，使观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲的能力大为增强。再次，采用多处理器 加快信号处理能力，从多重菜单的烦琐测量参数调节，改进为简单的旋钮调节， 甚至完全自动测量，使用上与模拟示波器同样方便。最后，数字示波器与模拟示 波器一样具有屏幕的余辉方式显示， 赋于波形的三维状态， 即显示出信号的幅值、 时间以及幅值在时间上的分布。 【实验原理】示波器由示波管、扫描同步系统、Y轴和X轴放大系统和电源四部分组成， 1、 示波管如图所示，左端为一电子枪，电子枪加热后发出一束电子，电子经电
8、场加速以高速打在右端的荧光屏上，屏上的荧光物发光形成一亮点。亮点在偏转板电压的作用下，位置也随之改变。在一定范围内，亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。 示波管结构简图 示波管内的偏转板2、 扫描与同步的作用如果在X轴偏转板加上波形为锯齿形的电压，在荧光屏上看到的是一条水平线，如图图扫描的作用及其显示如果在Y轴偏转板上加正弦电压，而X轴偏转板不加任何电压，则电子束的亮点在纵方向随时间作正弦式振荡，在横方向不动。我们看到的将是一条垂直的亮线，如图 如果在Y轴偏转板上加正弦电压，又在X轴偏转板上加锯齿形电压，则荧光屏上的亮点将同时进行方向互相垂直的两种位移，其合成原理如图所示，描出了正弦图形。如果
9、正弦波与锯齿波的周期（频率）相同，这个正弦图形将稳定地停在荧光屏上。但如果正弦波与锯齿波的周期稍有不同，则第二次所描出的曲线将和第一次的曲线位置稍微错开，在荧光屏上将看到不稳定的图形或不断地移动的图形，甚至很复杂的图形。由此可见：（1）要想看到Y轴偏转板电压的图形，必须加上X轴偏转板电压把它展开，这个过程称为扫描。如果要显示的波形不畸变，扫描必须是线性的，即必须加锯齿波。（2）要使显示的波形稳定，Y轴偏转板电压频率与X轴偏转板电压频率的比值必须是整数，即： n=1,2,3, 示波器中的锯齿扫描电压的频率虽然可调，但要准确的满足上式，光靠人工调节还是不够的，待测电压的频率越高，越难满足上述条件。
10、为此，在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置，称为“同步”。在人工调节到接近满足式频率整数倍时的条件下，再加入“同步”的作用，扫描电压的周期就能准确地等于待测电压周期的整数倍，从而获得稳定的波形。（1）如果Y轴加正弦电压，X轴也加正弦扫描电压，得出的图形将是李萨如图形，如表所示。李萨如图形可以用来测量未知频率。令fy、fx分别代表Y轴和X轴电压的频率，nx代表X方向的切线和图形相切的切点数，ny代表Y方向的切线和图形相切的切点数，则有 李萨如图形举例表如果已知fx，则由李萨如图形可求出fy。【实验内容】1 示波器的调整（1）不接外信号，进入非X-Y方式（2）调整扫描信号的位置和清晰度（3）设置示
11、波器工作方式2 正弦波形的显示（1）熟读示波器的使用说明，掌握示波器的性能及使用方法。（2）把信号发生器输出接到示波器的Y轴输入上，接通电源开关，把示波器和信号发生器的各旋钮调到正常使用位置，使在荧光屏上显示便于观测的稳定波形。3示波器的定标和波形电压、周期的测量（1）把Y轴偏转因数和扫描时间偏转因数旋钮都放在“校准”位置（指示灯“VAR”熄灭）。（2）把校准信号输出端接到Y轴输入插座（3）把信号发生器的正弦电压接到Y轴输入端，用示波器测量正弦电压的幅值和周期，并和信号发生器上显示的频率值比较。（4）选择不同幅值和频率的5种正弦波，重复步骤（3），记下测量结果。4李萨如图形的观测(1) 把信号
12、发生器后面50Hz输出信号接到X通道，而Y通道接入可调的正弦信号(2) 分别调节两个通道让他们能够正常显示波形(3) 切换到X-Y模式，调整两个通道的偏转因子，使图形正常显示(4) 调节Y信号的频率，观测不同频率比例下的李萨如图【数据记录】1、频率测量示波器频率计数器的测频精度0.01%示波器测频仪器误差3%函数信号发生器测频仪器误差1%+1字I12 345示波器计数器频率f0(KHz)55.454 21.210 15.328 8.16964.4138 示波器测量频率f1(KHz)57.422.3 15.88.194.38信号发生器频率f2(KHz)55.4521.21 15.338.174.
13、42百分差3.5%5.1%3.1%0.2%-0.8%2、电压测量示波器测量电压仪器误差3%函数信号发生器仪器误差15%+1字I12345示波器测量电压(V)5.684.523.642.961.84信号发生器显示电压(V)5.34.6 3.6 3.0 1.8 百分差7.2%-1.7%1.1%-1.3%2.2%3、李萨如图形观察fy ： fx1：11：21：3李萨如图形nxnyfy(Hz)fX(Hz)115050125010013501504、不确定度的计算(以第一组数据为例)（1） 示波器测量频率f57.4KHz 或（2） 函数信号发生器测频f=55.45 KH 或或（3） 示波器测量电压V15
14、.68V 或或（4） 函数信号发生器测量电压V25.3V 或或注意：一般可写为后面的形式更加科学，因为原始数据的有效数字只有2位，不可能经处理后提高精度变成3个有效数字。5、示波器操作总结表格要求调节按钮标记现象示波器输入接地GND左下角有中间水平一条直线选择输入通道CH1或CH2相应指示灯亮选择信号输入方式AC/DC交流直流根据输入通道选择触发源SOURCE右下角有CH1-CH2-。变化根据信号选择耦合方式COUPLING右下角有AC-HFR。变化纵向调节VOLTS/DIV图形纵向缩放横向调节TIME/DIV图形横向缩放调节图形稳定LEVELTAG亮图形稳定测量物理量的选择COURSORET
15、-V-1/T变化标尺变化选择操作标尺TRK标尺上有 出现位置变化移动操作标尺旋VARIABLE标尺移动切换移动标尺的粗调细调按VARIABLE处于校准状态按TIME/DIVVAR红灯灭【参照文献】普一、实验目的1. 了解双踪示波器显示波形的工作原理；2. 学会利用双踪示波器观测电压信号；3. 学会利用双踪示波器观察李萨如图形，并利用其测量正弦信号的频率。二、实验仪器信号发生器、双踪示波器、探头。三、实验原理1. 示波器2. 双踪示波器的原理3. 示波器显示波形原理如果在 YCH1 或 CH2 端口加上正弦波，在示波器的 X 偏转板加上示波器内部的锯齿波，当锯齿波电压的变化周期与正弦电压的周期相
16、等时，则显示完整周期的正弦波形，如图 3 ，若在 YCH1 和 YCH2 同时加上正弦波，在示波器的 X 偏转板加上示波器内部的锯齿波，则在荧光屏上将得到两个正弦波。4. 李萨如图形的基本原理在示波器的 Y 偏转板和 X 偏转板上分别加上正弦波，当信号的频率比值为简单整数比时，得到李萨如图形。 fx 、 fy 为 x,y 偏转板上信号频率， nx 、 ny 为李萨如图形与假想水平线、垂直线的切点数目。四、实验内容1. 做好准备工作，设置好示波器；2. 观察各种波形；3. 测量正弦波的电压峰值、周期和频率，测四组数据。五、数据处理与分析1. 测正弦波的电压峰值次数Vp-p 测量值（ V ）Vp-
17、p 真实值（ V ）误差（ V ）13.6840.3228.56101.44313.3151.7418.8201.22. 测正弦波的周期、频率次数T 真实值（ S ）f 真实值（ HZ ）f 测量值 (HZ)f 误差 (HZ)1110-210010002110-410410010103110-610610604110-71079.9631063.71043. 利用李萨如图形测频率李萨如图形fx(HZ)nynxfy= nx*fx/ ny (HZ)实际测量值 (HZ)90119089.99012180180.190214545.290326060.79023135135.5六、思考题1. 简述示波
18、器显示电压时间图形（即电信号波形）的原理。答：高速电子撞击在荧光屏上会使荧光物质发光，在荧光屏上就能看到一个亮点， Y 偏转板是水平放置的两块电极， X 偏转板是垂直放置的两块电极，在 Y 偏转板和 X 偏转板上分别加电压，可在荧光屏上得到相应的图形。当然电压不同，周期不同，所得到的图形会不一样。七、注意事项1. 荧光屏上光点（扫描线）亮度不可调得过亮，并且不可将光点（或亮线）固定在荧光屏上某一点时间过久，以免损坏荧光屏。2. 示波器和函数信号发生器上所有开关及旋钮都有一定的调节限度，调节时不能用力太猛。3. 双踪示波器的两路输入端 CH1 ， CH2 有一公共接地端，同时使用 CH1 和 CH2 时，接线时应防止将外电路短路通物理实验楚雄师范学院物理与电子科学系沙育年