实验二示波器和信号发生器的使用.ppt

实验二实验二 示波器和信号发生器的使用和元件特性的示波器测量示波器和信号发生器的使用和元件特性的示波器测量一、实验目的一、实验目的1、了解示波器的基本测量原理，熟悉示波器的主要开关和旋钮的、了解示波器的基本测量原理，熟悉示波器的主要开关和旋钮的作用及使用方法，掌握信号发生器的使用。作用及使用方法，掌握信号发生器的使用。2、掌握用示波器测量电压与电流幅值、周期、相位差的方法、掌握用示波器测量电压与电流幅值、周期、相位差的方法二、实验原理二、实验原理 电子示波器概述电子示波器概述 电子示波器结构电子示波器结构 示波器显示被测信号波形的原理示波器显示被测信号波形的原理 示波器测量信号的基本方法示波器测量信号的基本方法 示波器测量信号的基本方法示波器测量信号的基本方法 示波器的两种工作方式与面板旋钮的示波器的两种工作方式与面板旋钮的 相应调节相应调节 幅度的测量幅度的测量频率的测量频率的测量相位差角的测量相位差角的测量 示波器的使用注意事项示波器的使用注意事项 信号发生器的使用信号发生器的使用电子示波器概述电子示波器概述 电子示波器（简称示波器）可以用来观察和电子示波器（简称示波器）可以用来观察和测量随时间变化的电信号图形。（即它可以直接测量随时间变化的电信号图形。（即它可以直接观察和测量随时间变化的电压、电流波形及元件观察和测量随时间变化的电压、电流波形及元件的动态特性曲线等）。且具有灵敏度高、输入阻的动态特性曲线等）。且具有灵敏度高、输入阻抗大、过载能力强等一系列特点。所以在现代科抗大、过载能力强等一系列特点。所以在现代科学技术领域中得到广泛应用。学技术领域中得到广泛应用。示波器的主要结构示波器的主要结构 示波器主要由示波管、（示波器主要由示波管、（Y Y轴）垂直放大器、扫轴）垂直放大器、扫描锯齿波信号发生器、（描锯齿波信号发生器、（X X轴）水平放大器以及轴）水平放大器以及电源等部分组成。电源等部分组成。X X 轴轴放大器放大器 Y Y 轴轴放大器放大器锯齿波锯齿波发生器发生器电源电源同步输入同步输入Y Y轴输入轴输入X X轴输入轴输入(外同步外同步)(内同步内同步)扫描扫描示波管示波管示波器结构方框图示波器结构方框图1.1.示波管是示波器的核心部件，它主要包括电子示波管是示波器的核心部件，它主要包括电子枪、偏转部分和荧光显示屏等几个部分。枪、偏转部分和荧光显示屏等几个部分。1-1-灯丝灯丝 2-2-阴极阴极 3-3-控制栅极控制栅极 4-4-第一阳极第一阳极 5-5-第二阳极第二阳极6-Y6-Y轴偏转板轴偏转板7-X7-X轴偏转板轴偏转板8-8-电子束电子束9-9-荧光屏荧光屏213456789电子枪电子枪偏转系统偏转系统示波管结构图示波管结构图4.4.电源部分向示波管和其他电子管（或晶体管）元件电源部分向示波管和其他电子管（或晶体管）元件提供所需的各种高低压电源，以保证示波器各部分的提供所需的各种高低压电源，以保证示波器各部分的正常工作。正常工作。示波器显示被测信号波形的原理示波器显示被测信号波形的原理1 1、Y-tY-t扫描工作方式扫描工作方式 1)1)当示波管垂直偏转板上加有待测信号电压当示波管垂直偏转板上加有待测信号电压Uy=Uym(sint)Uy=Uym(sint)，水平偏转板上加有同频率锯齿波电压，水平偏转板上加有同频率锯齿波电压UxUx时，电子束的偏转是垂直和水平的两个电场力合成的时，电子束的偏转是垂直和水平的两个电场力合成的结果。结果。24tuy103tux41023 2 2）显然，为了使每一个周期内）显然，为了使每一个周期内UyUy和和UxUx的合成图的合成图形重合，必须保证形重合，必须保证UyUy和和UxUx的频率一致或具有整数倍的频率一致或具有整数倍的关系（的关系（T TY Y/T/TX X=整数），这样，荧光屏上的图形才是整数），这样，荧光屏上的图形才是稳定不动的。稳定不动的。1 1）切断）切断X X轴锯齿波信号，当轴锯齿波信号，当示波管垂直偏转板（示波管垂直偏转板（Y Y轴）上加有轴）上加有被测信号电压被测信号电压U Uy y=U=Uymymsintsint，若水，若水平偏转板（平偏转板（X X轴）上电压为零时，轴）上电压为零时，电子束的偏转只是垂直电场力的电子束的偏转只是垂直电场力的作用，光点在荧光屏上形成与作用，光点在荧光屏上形成与Y Y轴轴重合的垂直线。重合的垂直线。2 2、X-YX-Y水平工作方式水平工作方式2 2）若此时水平偏转板（）若此时水平偏转板（X X轴）上同样加有被测信号电压轴）上同样加有被测信号电压U Ux x=U=Uxmxmsint sint，电子束的偏转受垂直和水平两个电场力的，电子束的偏转受垂直和水平两个电场力的作用，光点在荧光屏上形成被测信号的特性曲线作用，光点在荧光屏上形成被测信号的特性曲线u=f(i)u=f(i)。00ttuxuy电子示波器测量信号的基本方法电子示波器测量信号的基本方法1.1.幅度（电压、电流幅值）的测量幅度（电压、电流幅值）的测量测量电压幅值是示波器最基本的测量功能之一。测量电压幅值是示波器最基本的测量功能之一。1 1）Y-tY-t扫描工作方式：扫描工作方式：对于具有对于具有Y Y轴灵敏度开关的示波轴灵敏度开关的示波器，器，Y Y轴的坐标比例可以通过选择确轴的坐标比例可以通过选择确定，故只需将被测信号所占坐标的定，故只需将被测信号所占坐标的格数（格数（divdiv）乘以）乘以Y Y轴灵敏度开关所轴灵敏度开关所指的值（指的值（V/divV/div）即可测出其幅值。）即可测出其幅值。例例 荧光屏上波形如右图所示，荧光屏上波形如右图所示，正弦电压峰正弦电压峰-峰值占有峰值占有7 7个格子，个格子，Y Y轴灵敏度开关指向轴灵敏度开关指向0.5V/div0.5V/div。7div所以：所以：Up-p=7div*0.5V/div=3.5V Up-p=7div*0.5V/div=3.5V2 2）X-YX-Y水平工作方式水平工作方式 把工作方式选择开关置于水平方式，切断锯齿波信号，把工作方式选择开关置于水平方式，切断锯齿波信号，电子束的偏转只受垂直电场力的作用，光点在荧光屏上形成电子束的偏转只受垂直电场力的作用，光点在荧光屏上形成与与Y Y轴重合的垂直线。轴重合的垂直线。Up-p=7div*0.5V/div=3.5VUp-p=7div*0.5V/div=3.5V 如图所示，正弦电压峰如图所示，正弦电压峰-峰峰值占有值占有7 7个格子，个格子，Y Y轴灵敏度开轴灵敏度开关指向关指向0.5V/div0.5V/div。7div取样电阻取样电阻r r的设置的设置 测量电流一般是用电阻取样方法将电流信号转换为测量电流一般是用电阻取样方法将电流信号转换为电压信号以后，再进行测量。例如，在下图中，为要测电压信号以后，再进行测量。例如，在下图中，为要测量量Z Z支路的电流支路的电流i i，先串接一个取样电阻，先串接一个取样电阻r r，则，则 u ur r=ri=ri，i=u i=ur r/r /r Zrur(a)Zrur(b)在这里有几个问题要注意：在这里有几个问题要注意：为减小取样电阻为减小取样电阻r r对原电路的影响，通常取对原电路的影响，通常取r r|Z|Z|。取样电阻应为无感电阻，同时阻值误差要尽量小。取样电阻应为无感电阻，同时阻值误差要尽量小。取样电阻取样电阻r r应靠近地端。如果电源采用信号发生器，那么，应靠近地端。如果电源采用信号发生器，那么，信号发生器和示波器的地线一般要联接在一起，这时，取样信号发生器和示波器的地线一般要联接在一起，这时，取样 电阻的地线取法常用上图（电阻的地线取法常用上图（a a）所示。图所示。图(b)(b)的接法是错误的。的接法是错误的。2.2.频率（周期）的测量频率（周期）的测量1 1）y-ty-t扫描工作方式扫描工作方式 对于对于X X通道部分有通道部分有“扫描速度扫描速度”开关的示波器，开关的示波器，X X轴的时间坐标已轴的时间坐标已经确定，因此，只须将被测信号经确定，因此，只须将被测信号的一个周期所占用的格数乘以的一个周期所占用的格数乘以“扫扫描速度描速度”开关所示的值（开关所示的值（s/divs/div），），即可测出周期。即可测出周期。如图所示，正弦信号一个周期如图所示，正弦信号一个周期在水平方向占有在水平方向占有8 8格格(div)(div)，“扫描扫描速度速度”开关指向开关指向5ms/div5ms/div。8div T=8div T=8div 5 5 1010-3-3s/divs/div =40 =40 1010-3-3s=40mss=40msf=1/T=25Hzf=1/T=25Hz 相角差实际上仍然是一种时间量，只不过是同时输入两个相角差实际上仍然是一种时间量，只不过是同时输入两个信号。例如，若测得信号周期所占的格子数为信号。例如，若测得信号周期所占的格子数为A A，两信号的相，两信号的相角差所占的格子数为角差所占的格子数为B B，则相角差为，则相角差为:=:=（B/AB/A）360360O O3.3.同频率两信号之间相位差的测量同频率两信号之间相位差的测量1 1）y-ty-t扫描工作方式扫描工作方式BA 图中，图中，u u1 1=bsin=bsin t t，u u2 2=U U2m2msin(sin(t-t-)，李萨如图形为，李萨如图形为一斜椭圆。一斜椭圆。2 2）x-yx-y水平工作方式水平工作方式用李萨如图形也可以测量相位差。用李萨如图形也可以测量相位差。ba0 xy0u1t 0u2t=arcsin(a/b)=arcsin(a/b)即，即，u u2 2=U=U2m2msin(sin(t t1 1-)=0)=0 t t1 1=/u1(t1)=bsin(bsin(/)=bsinbsin=a=a t1at2t2b设设t=tt=t1 1时，时，u u2 2=0=0，t1设设t=tt=t2 2时，时，u u1 1=b=b示波器的使用注意事项示波器的使用注意事项（1 1）示波器接通电源（按下电源开关键，接通电源）后）示波器接通电源（按下电源开关键，接通电源）后 须预热数分钟后再开始使用。须预热数分钟后再开始使用。（2 2）使用过程中，应避免频繁开关电源，以免损坏示波器。）使用过程中，应避免频繁开关电源，以免损坏示波器。暂时不用时，只需将荧光屏的亮度调暗即可。暂时不用时，只需将荧光屏的亮度调暗即可。（3 3）荧光屏上所显示的亮点或波形的亮度要适当，所选择）荧光屏上所显示的亮点或波形的亮度要适当，所选择 的对比度不能太高和太低，以免损伤荧光屏。的对比度不能太高和太低，以免损伤荧光屏。（4）“共地共地”问题问题Y2Y1GGrRC机壳接地机壳接地信号源信号源示波器示波器项项 目目设设 置置电源开关电源开关弹弹 出出辉度辉度顺时针顺时针1/31/3处处聚焦聚焦适中适中垂直方式垂直方式CH1CH1垂直位移垂直位移适中适中衰减开关衰减开关5V/div微调开关微调开关效准位置效准位置输入耦合方式输入耦合方式 AC-DC-AC-DC-接地接地接地接地(GND)(GND)触发源触发源CH1CH1触发耦合触发耦合ACAC触发极性触发极性电平锁定电平锁定按下按下触发方式触发方式自动自动扫描时间扫描时间1ms/div水平位移水平位移适中适中设设 置置项项 目目三、实验任务三、实验任务1、熟悉示波器的各主要开关和旋钮的作用、熟悉示波器的各主要开关和旋钮的作用 三、实验任务三、实验任务2、按照表、按照表9-1的要求进行操作，弄清各个开关的位置，调节有关的要求进行操作，弄清各个开关的位置，调节有关微调旋钮，记录观察示波器上显示的结果，并在坐标纸上画出微调旋钮，记录观察示波器上显示的结果，并在坐标纸上画出各波形。各波形。注意：请标注出坐标轴名称、单位；灵敏度、扫描速度。注意：请标注出坐标轴名称、单位；灵敏度、扫描速度。3、测量相位差、测量相位差 1）按下图连接实验线路（其中电源）按下图连接实验线路（其中电源 ）2）用）用2种方法测出种方法测出 和和 的相位差。的相位差。YB4325垂直垂直水平水平触发触发辉度辉度聚焦聚焦电源电源CH1CH2衰减器开关衰减器开关垂直方式垂直方式微调微调微调微调AC-DC-GND触发源触发源耦合耦合触发极性触发极性电平锁定电平锁定触发方式触发方式TIME/DIV水平位移水平位移垂直位移垂直位移YB4325YB4325二踪示波器操作面板示意图二踪示波器操作面板示意图CA1640CA1640系列系列 函数信号发生器操作面板示意图函数信号发生器操作面板示意图幅度单位幅度单位波形显示波形显示电源开关电源开关频段指示频段指示频段选择频段选择幅度细调幅度细调功率输出功率输出信号输出信号输出幅度显示幅度显示频率单位频率单位频率显示频率显示 频率细调频率细调波形选择波形选择衰减控制衰减控制