最新大学物理实验之模拟示波器PPT课件.ppt

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1、大学物理实验之模拟示波大学物理实验之模拟示波器器示波器的调整与使用实验简介 实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 实验步骤 注意事项实验原理实验原理示波器的基本结构包括：示波器的基本结构包括： 阴极射线阴极射线示波管示波管（电子枪、（电子枪、X X、Y Y偏转板、偏转板、荧光屏）荧光屏） 电压放大器电压放大器（带衰减器的（带衰减器的X X和和Y Y轴放大器）轴放大器） 同步、扫描电路同步、扫描电路 电源电源实验原理实验原理一、组成：如图所示，它由示波管（一、组成：如图所示，它由示波管（CRTCRT）、垂）、垂直偏转系统、水平偏转系统，同步控制系统，直偏转系统、水平偏转系统，同步控制系统，以及

2、辉度控制电路、电源系统等几部分组成。以及辉度控制电路、电源系统等几部分组成。1.1.阴极射线示波管是个电真空器件，玻璃壳内阴极射线示波管是个电真空器件，玻璃壳内有荧光屏、电子枪和偏转系统几个部分。有荧光屏、电子枪和偏转系统几个部分。荧光屏荧光屏 示波管前方内部，涂有荧光材料。当高速电示波管前方内部，涂有荧光材料。当高速电子流打上时，荧光物质会发光。发光的强弱（波形亮度子流打上时，荧光物质会发光。发光的强弱（波形亮度），取决于电子流的强度。），取决于电子流的强度。l 电子枪电子枪 由灯丝、阴极、栅极、第一阳极和第二阳由灯丝、阴极、栅极、第一阳极和第二阳极构成。极构成。l主要功能主要功能: :产生

3、一束强度可以调节的高速电子流，并且产生一束强度可以调节的高速电子流，并且使电子束可以聚焦在屏幕上。灯丝加热后，阴极发射出使电子束可以聚焦在屏幕上。灯丝加热后，阴极发射出大量的电子。这些电子在两个阳极的加速下，将以很高大量的电子。这些电子在两个阳极的加速下，将以很高的速度射向荧光屏。栅极处于第一阳极和阴极之间，使的速度射向荧光屏。栅极处于第一阳极和阴极之间，使之相对于阴极处于负电势。改变它负的程度（通过示波之相对于阴极处于负电势。改变它负的程度（通过示波器面板上的器面板上的“亮度亮度”旋钮调节），就可以控制电子束的旋钮调节），就可以控制电子束的强度，从而改变荧光屏上的光点和波形的亮度。控制好强度

4、，从而改变荧光屏上的光点和波形的亮度。控制好第一阳极和第二阳极间的电势差（示波器面板上的第一阳极和第二阳极间的电势差（示波器面板上的“聚聚焦焦”旋钮调节），可以使电子束恰好聚焦到荧光屏上，旋钮调节），可以使电子束恰好聚焦到荧光屏上，此时屏上的光点最小，波形线条细锐清晰。此时屏上的光点最小，波形线条细锐清晰。偏转系统偏转系统 X X和和Y Y是一对互相垂直放置的偏转板。是一对互相垂直放置的偏转板。在水平偏转在水平偏转板板X X间加电压间加电压时，通过期间的电子束就会在偏转板间电场的作用时，通过期间的电子束就会在偏转板间电场的作用下，在水平方向上发生偏转，也就是使荧光屏上的下，在水平方向上发生偏转

5、，也就是使荧光屏上的光点发生水光点发生水平移动平移动。其移动大小，取决于偏转板电压的高低，二者成正比。其移动大小，取决于偏转板电压的高低，二者成正比关系。关系。 在在垂直偏转板垂直偏转板Y Y间加电压间加电压，则通过其间的电子束就会在偏转，则通过其间的电子束就会在偏转板间电场的作用下，发生垂直方向的偏转，使荧光屏上的板间电场的作用下，发生垂直方向的偏转，使荧光屏上的光点光点发生垂直移动发生垂直移动，其移动大小，取决于偏转板电压的高低，二者，其移动大小，取决于偏转板电压的高低，二者成正比关系。成正比关系。 在偏转板间在偏转板间加一个直流电压加一个直流电压（通过示波器面板上的（通过示波器面板上的“

6、水平水平位置位置”和和“垂直位置垂直位置”旋钮调节），可旋钮调节），可改变光点的基础位置改变光点的基础位置。加变化电压时，光点移动的距离也跟着变化，而且光点位置变加变化电压时，光点移动的距离也跟着变化，而且光点位置变化的规律与所加电压的变化的规律是一致的。化的规律与所加电压的变化的规律是一致的。图图 电子示波器的基本组成框图电子示波器的基本组成框图实验原理实验原理实验原理实验原理X轴方向偏转实验原理实验原理Y轴方向偏转实验原理实验原理G：控制栅极：控制栅极G：控制栅极：控制栅极G：控制栅极：控制栅极K K G AG A1 1 A A2 2共同完成聚焦共同完成聚焦G：控制栅极：控制栅极K：阴极阴

7、极F：灯丝：灯丝G G：对应亮度旋钮：对应亮度旋钮K K G AG A1 1 A A2 2共同完成聚焦共同完成聚焦荧光屏荧光屏X：水平水平偏转板偏转板Y：竖直偏转板竖直偏转板A A1 1：第一阳极：第一阳极G：控制栅极：控制栅极A A2 2：第二阳极：第二阳极G G：控制栅极：控制栅极只在竖直偏转板上只在竖直偏转板上加正弦电压的情形加正弦电压的情形只在水平偏只在水平偏转板上加一转板上加一锯齿波电压锯齿波电压的情形的情形示波器显示正弦波原理图示波器显示正弦波原理图扫描时由于锯齿波周期性复原，要求光点所画的轨迹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

8、一个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稳定的波形 。Tx=nTy , fy=nfx 。 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） 0.5ms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测量前示波器面板控件的位置注意：

9、测量时对控件进行适当的调节注意：测量时对控件进行适当的调节：调节扫描速率，指示调节扫描速率，指示：调节垂直偏转灵敏度调节垂直偏转灵敏度, ,指示指示调节被测信号在某一电平触发描。调节被测信号在某一电平触发描。 按照箭头方向旋到底。按照箭头方向旋到底。显示两个相关量的函数图形。显示两个相关量的函数图形。 CH1 CH1输入输入x x轴信号，同时设置为轴信号，同时设置为状态。状态。测量原理测量原理 YUpp 偏转因数偏转因数V/divXT时基因数时基因数T/div10div峰峰U8divT电压：电压：Upp=24=8V假设：假设：“ “ V/div ” V/div ” 档位置于档位置于2V/div

10、2V/div “ TIME/div ”TIME/div ”的档位在的档位在0.5ms/div0.5ms/div 周期周期 T=60.5=3mS频率频率 f=1/T=333HZ 4格1.6格T=1.6t/divUPP=4v/div 将不同信号源信号分别输入将不同信号源信号分别输入CH1CH1和和CH2CH2通道，扫描速率旋钮置通道，扫描速率旋钮置（逆时针到底）状态，调节信号幅度或改变通道偏转因数，（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，使图形不超出荧光屏视场，观察李萨如图观察李萨如图 。 两个相互垂直的谐振动合成时，若其频率两个相互垂直的谐振动合成时，若其频率

11、f fx x与与f fy y 成简单的成简单的整数比，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。 测量原理测量原理yxyxfnnf 调出调出 =1:1=1:1、1:21:2、2:32:3、3:43:4的李萨如图形，的李萨如图形，在下表中描下李萨如图形并记下相应在下表中描下李萨如图形并记下相应CH2CH2通道信号的频率通道信号的频率f fy y yxxynnff: :yxff xy0 0 4 2 34 1:1 1:3 5:3 李萨如图形 (设初相位y0) 23yxxyfNfN34yxxyfNfN1、如果打开示波器电源后，看不到扫描线也看不到

12、光点，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？可有那些原因？ 2、当当Y Y轴输入端有信号，但屏上只有一条水平线时，是什么轴输入端有信号，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原因？应如何调节才能使波形沿Y Y轴展开？轴展开？3、如何用示波器测量两正弦信号的相位差？如何用示波器测量两正弦信号的相位差？ 测信号电压和周期时，一定要将电压衰减旋纽的微调和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）。扫描速率旋纽的微调顺时针旋足（校正位置）。实验原理实验原理 要观察加在要观察加在Y Y轴上电压随时间变化的规律，必轴

13、上电压随时间变化的规律，必须同时在须同时在X X轴上加上锯齿波电压，把轴上加上锯齿波电压，把Y Y轴信号产生轴信号产生的竖直亮线按时间展开，这个展开的过程叫的竖直亮线按时间展开，这个展开的过程叫“扫扫描描” 为了使屏上的图形稳定，必须使为了使屏上的图形稳定，必须使Y Y轴上电压轴上电压和锯齿波电压频率、相位固定，并且它们的频率和锯齿波电压频率、相位固定，并且它们的频率满足：满足：f fy y/f/fx x=n=n，n=1n=1，2 2，3 3， 式中式中n n为屏上显示的完整波形个数。这种为屏上显示的完整波形个数。这种使两者频率成整数倍关系且相位差恒定的调节使两者频率成整数倍关系且相位差恒定的

14、调节过程称为过程称为“同步同步”。正弦波合成实验原理实验原理开关第二通道接口第一通道接口一通道偏转因一通道偏转因数选择开关数选择开关时基扫描时基扫描 聚焦辉度实验原理实验原理V V252252型示波器介绍型示波器介绍通用双通道示波器通用双通道示波器频率范围选择信号输出函数选择信号发生器同轴电缆同轴电缆信号输入接口信号输入接口 （CH1 CH2)CH1 CH2) 通道选择开关（通道选择开关（ CH1 CH2 DUAL ADD CH1 CH2 DUAL ADD） Y1 Y1，Y2Y2通道输入信号耦合开关（通道输入信号耦合开关（AC DC GND)AC DC GND) Y1 Y1，Y2Y2通道偏转因

15、数选择开关（通道偏转因数选择开关（Volits/div)Volits/div) 选择不同的档位能把信号在空间上放大或缩小，而不改变信选择不同的档位能把信号在空间上放大或缩小，而不改变信号本身的大小。同时偏转因数发生变化，偏转因数表示每一纵号本身的大小。同时偏转因数发生变化，偏转因数表示每一纵格代表的电压值。格代表的电压值。 用于测量时，要把微调校准（顺时针转到头）用于测量时，要把微调校准（顺时针转到头） 垂直通道偏转因数垂直通道偏转因数* *格数格数= =电压值（电压值（Up-p)Up-p) 位移（位移（Position)Position) 调整光迹垂直方向的位移和水平方向的位移调整光迹垂直方

16、向的位移和水平方向的位移 合成（合成（X-YX-Y） 用于观察加在用于观察加在x x轴和轴和y y轴上的两个信号合成后图形轴上的两个信号合成后图形信号输入控制信号输入控制扫描与同步控制扫描与同步控制 扫描时间因数选择开关和微调（扫描时间因数选择开关和微调（Time/div)Time/div) 用于调节扫描电压的周期用于调节扫描电压的周期 测频率时要把对应微调校准测频率时要把对应微调校准 频率频率=1/=1/扫描时间偏转因数扫描时间偏转因数* *格数格数 （扫描时间偏转因数指屏幕上一横格代表的时间大小）（扫描时间偏转因数指屏幕上一横格代表的时间大小）触发源选择（触发源选择（Source)Sour

17、ce) 当调整当调整Time/div,Time/div,不能使信号稳定时，就要把触发源不能使信号稳定时，就要把触发源 选成自己的通道。选成自己的通道。电平（电平（LevelLevel） 当使用触发源后，信号还是不能稳定，就要使用电当使用触发源后，信号还是不能稳定，就要使用电 平旋钮，将电平指到正中间。平旋钮，将电平指到正中间。 在示波管的在示波管的X X，Y Y偏转板上加上正弦偏转板上加上正弦电压，合成后，当两电压信号频率成简电压，合成后，当两电压信号频率成简单整数比时，屏上则显示出一系列不同单整数比时，屏上则显示出一系列不同的封闭图形（李萨茹图形）。的封闭图形（李萨茹图形）。 李萨如图形测频

18、率李萨如图形测频率实验内容实验内容l李萨如图形的观察李萨如图形的观察 在示波器的在示波器的X X、Y Y输入端分别加上两个正弦电输入端分别加上两个正弦电压信号，当两电压信号的频率成整数比时，压信号，当两电压信号的频率成整数比时，光点将走一个特殊形状的轨迹，叫李萨如图。光点将走一个特殊形状的轨迹，叫李萨如图。其图的形状由两信号频率比及相位差而定。其图的形状由两信号频率比及相位差而定。 李萨如图中，水平切点数与竖直切点数之李萨如图中，水平切点数与竖直切点数之比恰好与频率成反比，即比恰好与频率成反比，即:yxxyffnn相位差角相位差角1 11 21 32 30/4/23/4实验内容实验内容l测两个

19、同频率正弦信号的位相差测两个同频率正弦信号的位相差 方法一：波形比较法方法一：波形比较法 BA 2 实验内容实验内容方法二：椭圆法方法二：椭圆法 )arcsin(0mYy 实验内容实验内容实验步骤实验步骤把信号发生器的输出信号分别接到把信号发生器的输出信号分别接到Y1Y1和和Y2Y2端端 调节调节Y2Y2信号的频率，观查并记录不同信号的频率，观查并记录不同频率比例下的李萨如图频率比例下的李萨如图 分别调节两个通道使其能够正常显示分别调节两个通道使其能够正常显示波形波形 切换到切换到X-YX-Y模式，调整两个通道的偏模式，调整两个通道的偏转因子，使图形正常显示转因子，使图形正常显示 注意事项注意

20、事项荧光屏上的光点不能调得太亮，并且不荧光屏上的光点不能调得太亮，并且不能长时间停留在屏上，以免损坏荧光屏能长时间停留在屏上，以免损坏荧光屏使用示波器应轻轻旋动各旋钮，当旋钮使用示波器应轻轻旋动各旋钮，当旋钮拧不动时不可强拉硬转，否则将损坏仪拧不动时不可强拉硬转，否则将损坏仪器器实验过程中，光点强度不能太高，短时实验过程中，光点强度不能太高，短时间不使用时，应将辉度关掉间不使用时，应将辉度关掉三三. .实验内容实验内容 1.1.通过信号发生器给示波器加一个正弦通过信号发生器给示波器加一个正弦 信号，并且调出一个稳定的正弦波。信号，并且调出一个稳定的正弦波。 2. 2.估测信号的电压估测信号的电压 3. 3.估测信号的频率估测信号的频率 4. 4.用李萨如图形测频率用李萨如图形测频率数据表格垂直通道偏转因数（v/div ）Up-pUp-p格数格数U U有效有效电压表（一）22ppUU有效频率指示值频率指示值（KHz)KHz) 0.050 0.100 1.000扫描时间偏转因扫描时间偏转因数（数（/div/div）格数（格数（divdiv）周期周期T T频率频率f f频率表（二）李萨茹图形信号发生器读数被测频率xyff :yfxf李萨如图形记录与频率计算表（三）49 结束语结束语