示波器的原理及使用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,示波器的原理及使用,示波器是利用示波管内电子束在电场或磁场中的偏转,显示随时间变化(波形）的,电压信号,的一种观测仪器。它不仅可以定性观察电路(或元件)的动态过程，而且还可以定量测量各种电学量，如,电压,、,周期、波形的宽度及上升、下降,时间,等。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差或相位差，显示,两个相关函数的图像,。示波器还可以用作其他显示设备，如晶体管特性曲线、雷达信号等。配上各种传感器，还可用于各种非电量测量，如压力、声光信号、生物体的物理量(心电、脑电、血压)等。自1931年美国研制出第一台示波器至今已有70年，它在各个研究领域都取得了广泛的应用，示波器本身也发展成为多种类型，如慢扫描示波器、各种频率范围的示波器、取样示波器、记忆示波器等，已成为科学研究、实验教学、医药卫生、电工电子和仪器仪表等各个研究领域和行业最常用的仪器。,示波器,一、实验目的,1、了解通用双通道示波器的结构和工作原理，熟悉,示波器面板控制件的作用和使用方法,2、掌握用示波器观察波形、测量电压和频率的方法,3、掌握观察李萨如图形的方法，并能测量未知信号的,频率；能用示波器观察“拍”现象,难点：双通道示波器的结构和工作原理,重点：示波器面板控制件的作用和使用方法、测量原理,4、,测量相位差,二、实验仪器,通用双通道示波器,（GOS620 20MHz）,同轴电缆,函数信号发生器,(XJ1630型),三、实验原理,1、示波器基本结构,示波器基本组成框图,示波器的基本组成,尽管示波器的型号和规格很多，但都由四个基本组成部分:,电源,AC,DC,GND,Y轴系统,Y轴放大器,电子枪,Z轴电路,Y轴偏转,X轴偏转,荧,光,加速聚焦,示波管,X-Y,X轴放大器,锯齿波发生器,同步触发电路,EXT,source,INT,MODE,扫描,X轴系统,AC,DC,GND,Y轴系统,Y轴放大器,X-Y,X轴放大器,锯齿波发生器,同步触发电路,EXT,source,INT,MODE,扫描,X轴系统,电子枪,Z轴电路,Y轴偏转,X轴偏转,荧,光,加速聚焦,示波管,电源,示波器的基本组成,示波管（CRT）、电子放大系统、扫描触发系统、电源,示波管（,CRT,）结构简介,A,1,：第一阳极,G,：控制栅极,K,：阴极,F,：灯丝,G,：对应亮度旋钮,A,2,：第二阳极,K,G A,1,A,2,共同完成聚焦,X,：水平偏转板,Y,：竖直偏转板,荧光屏,电子枪、偏转系统、荧光屏,电子放大系统,竖直放大器、水平放大器,扫描触发系统,扫描发生器、触发电路,作用：在偏转板上加足够的电压，使电子束获得明显偏移；,对较弱的被测信号进行放大,扫描发生器作用,：产生一个与时间成正比的电压作为扫,描信号,触发电路作用,：形成触发信号。示波器工作在自动（AUTO)方式时，扫描发生器始终有扫描信号输出；当示波器处于AC/DC触发方式工作时，扫描发生器必须有触发信号的激励才能产生扫描信号。一般对应：,内触发方式时，触发信号由被测信号产生，满足同步要求,外触发方式时，触发信号由外部输入信号产生,电源（略）,2、示波原理,（扫描和同步）,扫描原理,只在竖直偏转板上加正弦电压的情形,只在水平偏转板上加一锯齿波电压的情形,示波器显示正弦波原理图,X轴方向偏转,Y轴方向偏转,正弦波合成,同步（整步）原理,扫描时由于锯齿波周期性复原，要求光点所画的轨迹和第一周期的完全重合，再由视觉残留，观察到一个稳定的波形,。,紊乱的波形,T,x,=nT,y,f,y,=nf,x,触发同步电路,，,它从垂直放大电路中取出部分待测信号，输入到扫描发生器，迫使锯齿波与待测信号同步，此称为“内同步,”,.,操作时使用“电平”（,LEVEL,）旋钮,。,3、示波器面板控制件的作用简介,亮度：轨迹亮度调节,电源开关,电源指示灯,聚焦：轨迹清晰度调节,荧光屏,校准信号,CH1或,CH2,：被测信号输入端口,注意双通道,被测信号耦合方式AC：交流输入,DC：,直流输入,GND：,输入零信号,垂直位移,水平位移,被测信号输入,ALT：两个通道交替显示,通道工作方式选择,CH1或CH2：1或2单独显示,CHOP：两个通道断续显示,ADD：显示两个通道信号幅度的代数和或差,通道2极性转换,电压衰减及扫描速率,VOLTS/DIV,：调节垂直偏转灵敏度，指示垂直方向每格的偏转电压值,VIRIABLE,：连续调节垂直偏转灵敏度,TIME/DIV,：调节扫描速率，指示水平方向每格的扫描时间,X-Y工作方式,：,CH1输入,X,轴信号,VIRIABLE PLEE,5,：连续调节扫描速率,扫描方式选择,自动（AUTO)：扫描发生器自动工作,常态（NORM),单次（SINGLE),被触发或准备指示灯,电平（LEVEL）：,调节被测信号在某一电平触发扫描,触发方,式选择,选择触发源信号,内：CH1 CH2,外：LINE EXT,触发极性选择：选择上升或下降沿触发扫描,接地,外触发输入,CH1或CH2选择：“交替”或“断续”工作方式时，选择频率低的通道触发,单踪显示时，任选其一，触发信号均来自于被显示通道,选择触发信号耦合方式：AC/DC TV,30：CH1输出,31：电源插座,32：电源设置,33：保险丝座,4、函数信号发生器简介,本实验所用函数信号发生器可以输出频率在0.2Hz-2MHz的正弦波、三角波、方波信号。,面板主要控制件的作用：,电源开关,波形选择,频率范围选择,频率调节,幅度调节,函数信号输出,占空比,调节,AC常态,触发耦合方式,（COUPL ING）,顺时针旋足,微调（VIRIABLE）,CH1,触发源,（TRIGGER SOURCE）,0.1V(X),电压衰减（VOLTS/DIV）,0.5,ms,扫描速率（SEC/DIV）,CH1,垂直方式（MODE）,触发极性（SLOPE）,居中,位移（三只）（POSITION）,自动,扫描方式,（SWEEP MODE）,居中,聚焦（FOCUS）,DC,输入耦合,居中,亮度（INTENSITV）,作用位置,控制件名称,作用位置,控制件名称,4、测量前示波器面板控件的位置,注意：测量时对控件进行适当的调节,面板主要按钮,垂直系统,水平系统,t/DIV,：调节扫描速率，指示,水平方向每格的扫描时间,V/DIV,：调节垂直偏转灵敏度,指示,垂直方向每格的偏转电压值,触发电路,电平（LEVEL）：,调节被测信号在某一电平触发描。,旧示波器：,顺时针到底，波形中心电平附近,新示波器：,中央位置，大约在中间值,X-Y,工作方式,X-Y：,显示两个相关量的函数图形。,CH1输入,x,轴信号，同时设置为,X-Y,状态。,四、实验内容,1、观察波形,2、测量正弦信号电压与周期,3、测绘李萨如图像,4、观察“拍”现象,5、测量相位差,1、观察波形,（1）信号发生器输出接CH1。,（2）调节信号发生器的输出频率和电压及波形。,（3）调节示波器CH1通道偏转因数、扫描速率、电平等，使显示波形稳定。,要求：熟练,偏转因数、扫描速率、电平,等按钮操作,2、测量正弦信号电压与周期,测量原理,偏转因数,V/div,时基因数,T/div,电压：,U,pp,=24=8V,假设：,“,V/div”档位置于,2V/div,“TIME/div”的档位在,0.5ms/div,周期,T,=60.5=3mS,频率,f,=1/,T,=333HZ,4格,1.6格,T=1.6t/div,U,PP,=4v/div,将不同信号源信号分别输入CH1和CH2通道，扫描速率旋钮置,X-Y,（逆时针到底）状态，调节信号幅度或改变通道偏转因数，使图形不超出荧光屏视场，,调节CH1和CH2频率比,观察李萨如图。,3、测量信号的频率,观察李萨如图形,两个相互垂直的谐振动合成时，若其频率,f,x,与,f,y,成简单的整数比，合成的轨迹是封闭的稳定几何图形，称为李萨如图,。,测量信号频率,测量原理,调出 =1:1、1:2、2:3、3:4的李萨如图形，在下表中描下李萨如图形并记下相应CH2通道信号的频率,f,y,4、观察“拍”现象,两个,同方向的谐振动合成,时，若其频率,f,1,与,f,2,的差值远小于,f,1,、,f,2,，合成振动的振幅随时间缓慢的呈周期性变化，这种现象称为“拍”,“拍”频：,垂直方式选,ADD,，通道2极性选NORM，扫描速率调到合适值，调可调标准信号源信号频率，使屏上出现稳定的“拍”波形，观察,“拍”现象。,5.利用双踪示波器测量相位差,方法一,：,将一个待测信号输入示波器的,CH1,轴，另一个待测信号输入示波器的,CH2,轴，则两个待测信号间相位差就转化为,CH1,与,CH2,间相位差,方法二,：,将一个待测信号输入示波器,X,偏转板，另一个待测信号输入示波器的,YCH2,轴，则两个待测信号间相位差就转化为,X,轴与,YCH2,轴间相位差,RC电路,信号发生器,CH1,CH2,五、思考题,1、如果打开示波器电源后，看不到扫描线也看不到光点，可有那些原因？,2、当Y轴输入端有信号，但屏上只有一条水平线时，是什么原因？应如何调节才能使波形沿Y轴展开？,3、如何用示波器测量两正弦信号的相位差？,四、注意事项,测信号电压和周期时，一定要将电压衰减旋纽的微调和扫描速率旋纽的微调顺时针旋足（校正位置）。,4、观察李萨如图形时，能否用示波器的“同步”把图形稳定下来？李萨如图形为什么一般都在动？主要原因是什么？（做实验报告时回答）,