发布时间 : 星期三 文章实验十一 示波器的原理和使用 - 图文更新完毕开始阅读62ff586e58fafab069dc02e7
视信号提供稳定触发的耦合方式．
图11—4
(3)“扫描方式”键：设有“常态”和“自动”两种方式．这两种方式，都可在一定范围的触发电平(其范围依触发信号幅度而不同)作用下获得触发扫描．其中，“常态”方式：只有在触发信号(可以是直流或各种频率信号)作用且触发电平在合适范围内时，才能获得触发扫描．但，若无触发信号或触发电平不合适时，就得不到触发而停止扫描(此时，屏上无光迹)．另一种，“自动”方式：当系统不能实施触发的情况(即无触发信号输入，或者虽有50Hz以上的触发信号输入，但触发电平不在合适范围内)时，就自动转换为自激扫描状态，输出连续不断的锯齿波去扫描，因此，荧光屏上仍能显示扫迹(或水平亮线，或不稳定波形)．
(4)“触发电平／触发极性”钮：用来调节触发电平和转换触发极性．调节触发电平是用来确定扫描起始点[所对应]的触发电平．当“触发极性”钮“拉出”时，触发点位于触发信号的上升沿，称为正极性(或正斜率)触发；当该钮“推入”时，触发点位于触发信号的下降沿，称为负极性(或负斜率)触发．所以，用该“电平、极性’’钮，调节触发电平并改换其“推拉”状态，不仅能获得触发扫描同步而观测到稳定波形，还可任意选择(或移位)扫描起始点，使它处在[信号一个周期中的]任何相位点上．
二、示波测量
用示波器可以测定电压、电流、时间[间隔]、频率、相位差、电阻＼电抗、电容、电感、互感等许多电学量，下面仅介绍：示波测量电压、时间正间隔]，观测X-Y函数图形。 (1) 测电压
示波器测电压的原理，是基于电子束的偏转大小正比于被测电压值．在测量直流电压值或正负对称的简谐波电压幅度时，在X偏转板上可以不加扫描电压． 当偏转因数为K时，被测直流电压ＵY使电子束偏转Ｙ，则
Ｕy＝KY． (11.6) ~若被测电压为简谐波U，则其有效值为
Ｕe=Upp/22=Kypp/22 (11.7)
其中，Upp为电压峰峰值，Ypp为峰峰间距．
如果被测交变电压还不能肯定是正负对称的波形，或是随时间变化复杂的脉冲波形时，则必须在X偏转板上加锯齿波扫描电压予以显示其波形的情况下，才可测定电压幅度或任意时刻的电压瞬时值．在这一点上，示波器具有一般电测仪表无法比拟的独特优点。
在用示波器测电压时，若想直接用标定的偏转因数值，则在测量操作时，必须把“偏
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转因数”（１４）／（１９）的“微调”钮顺时针旋到底关闭至校正位．若“微调”在其他位置时，必须先加标准电压，用(11．1)式校正该状态下的偏转因数，并“微调”保持该状态不变的条件下，测量电压才有意义。 示波器测电压的误差：在忽略示波器放大系统产生的信号畸变、示波器输入阻抗对被测电路电压分布的影响、以及电子束偏转的非线性误差等因素的情况下，示波器测电压的误差取决于偏转因数的误差和偏转值的测量误差． (2)测时间［间隔］
用示波器可直观地测定时间［间隔］．在荧光屏上，信号某两点之间的时间［间隔］?t，等于该两点间距L乘以观测时的厘米扫描时间to，即
?t=Lto (11．8) 观测的两点，正好是周期性信号相邻的两个同相位点，且间距为L(单位cm)，则周期 T=Lto (11．9) 由测得的周期T可以算出其频率f。有时，为减少测周期读数误差，可观测n个周期总长度Ln，则
nT=Lnto, T= Lnto/n
同频率的两个简谐信号之间相位差为
?= ?t. 3600/T (11.10) 其中?t（s）为两信号的对应同相位点间时间［间隔］，Ｔ为它们的周期（参见图11－６） 用示波器测时间［间隔］时，要注意把厘米“扫描时间”微调钮关闭至校正位，用标定的to值测定．关于?t的测量误差：若忽略扫描的非线性和被观测信号经Y通道系统时的非线性畸变等因素情况下，?t的测量误差取决于to值的误差和间距L的测量误差． 用示波器测?t时，可先用标准频率函数发生器，对其t。值进行校正． (3) 观测X—Y函数图形
在X，Y偏转板上分别加频率为fx，fy的两个简谐波信号时，则电子束受合成场控制，沿其合成振动(即X—Y函数)轨迹运动，荧光屏上描画出两个正交谐振的合成振动图形，这种图形称为李萨如图形，其形状随两个信号的频率和相位差的不同而不同(参见图11—7)．如果两个谐振动的频率比为简单整数比m:n(m＝1，2，3，…；n＝1，2，
图11－６ 图11—8
…
3，)，且两信号间相位差?恒定不变时，屏上会显示稳定的李萨如图形．根据李萨如图形的形状可以确定两信号的频率比为
fY：fx＝m：n， (11．11)
其中，m为水平线与图形相交的点数，n为垂直线与图形相交的点数．若其中一个频率(fY )为已知，则用(5，11)式可确定未知频率(fx)．
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图11—7
用李萨如图形不仅能测未知频率，还可以测定两信号间相位差．在X—Y函数显示方式下，把同频率信号u1，u2通过CH1和CH2分别加到Y，X偏转板时，荧光屏上会出现如图11—8所示椭圆．u1，u2之间的相位差可用下式
?=arcsin(xx0)． (11．12)
求出．其中x为椭圆与x轴的交点到原点距离，xo为最大水平偏转距离．当u1，u2同相位时，?＝0，x＝0，此时，李萨如图形呈一条斜线.
[实验内容]
先把有关键钮调至其预置状态，再按以下步骤做实验：
1．准备按上述示波器的使用步骤(1)，
1．按示波器的使用步骤(2)，反复练习迅速寻找扫描线并调至清晰.
2．练习迅速调出稳定的波形．取函数发生器信号频率为50Hz，1kHz，50kHz，按上述示波器使用步骤(3)(4)(5)，调节出稳定波形．固定f＝1kHz，调出稳定波形后，进行以下操做:
(a)改变“触发源”选择状态； (b)调节“触发电平”，改换“触发极性”钮推拉状态； (c)“扫描方式”分别选择“自动”和“常态”；
(d)“扫描时间”的“粗调”和“微调”选不同位置； ’ (e)“偏转因数”的“粗调”和“微调”选不同位置．
观测并记录这些调控键钮对波形的稳定性或形状(宽度、幅度)的影响或变化，由此总结这 些键钮的功能及有关使用方法．
3．观测信号波形并测量峰－峰值和频率（以CH1为例）
调节信号发生器，使其输出电压为6V，频率为1000HZ的正弦波。通过CH1（13）输入，取偏转因数（10）为2．0V／cm挡(或1．0；V／em挡)，“微调”钮（14）逆时针旋到底置于校正位置，测定被测交流信号的幅度(Upp)及其有效值。选厘米扫描时间为0．2ms／cm，挡，“扫描微调”弹出扫描非校准键（21），使之处于校准的位置，测出对应一个周期的水平距离L，用(11．3)式算出该位置下的厘米扫描时间．或用示波器的读数功能读出信号频率．
4．观测李萨如图形．
“X-Y”按键（30）按下，内部扫描电路断开；触发源开关（29）设定为“CH1（X-Y）”位置，垂直方式开关（42）选择“X-Y”，此时，CH1为X轴，CH2为Y轴；CH2输入选函数发生器信号(fY)，CH1“X方式” (fX)选函数发生器背后（20）端输出信号作为被测信号，观测三种fY：fX比值下的李萨如图形，描画图形，确定比值，由已知fy算出待测fX．
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5．测绘半波整流的波形及观测滤波效果．
[思考题]
1．写出操作步骤：
（1)怎样迅速找出清晰的扫描线? (2)怎样迅速调出稳定的波形?
(3)怎样测定信号(DC，AC)的幅度? (4)怎样测定时间[间隔](或频率、相位差)? (5)怎样观测李萨如图形? 2．回答问题：
(1)“扫描方式”的“自动”和“常态”有何异同?
(2)触发电平在多大范围内调节才能使波形稳定?为什么?
(3)用何种扫描方式时，荧光屏上观察到的正弦波不断向右，或向左移动?这是什么原因?如何调节才能使波形稳定?
(4)将“垂直方式”选“双踪”显示时，两个通道输入的波形，能否同时稳定地显示?在什么情况下，两通道波形能同时稳定地显示?
(5)本实验中观测李萨如图形时，为什么图形总在变化?调控触发系统的各键钮能否使图形稳定?能观测到稳定李萨如图形的条件是什么?
[数据处理]
１．观察波形及电压和频率的测量
（1） 在坐标纸上将观察到的正弦波形用曲线板按1：1的比例给出。 （2） 电压和频率测量数据记录参考表 YB1600信号发生器上的读数 电压Up-p 2 频率f（HZ） 50 /示波器观测数据 V/DIV 0.5 /Y（偏转格数） 3.80 电压Up-p 1.90 /TIME/DIV 5 L(偏转格数) 4 频率f/ (HZ) 50 比较UP-P 与UP-P ，f和 f；若把UP-P和f作为约定真值，分析示波器在测量上的误差。
电压的误差：E?
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UP?P'?UP?PP?PU?100%?1.90?2.02.0?100%?5%
2．绘出所观测到的各种频率比的李莎如图形
把信号发生器背后的５０ＨＺ的正弦波信号为约定真值fx，依次求算信号发生器的输出频率fy，并与该信号发生器读数值f/y进行比较，求出它们的相对误差，并讨论。
nx:ny 图形 1:1 1:2 1:3 2:3 Fy=nxnyfx 50 52 100 101 1% 150 151 0.67% 75 76 1.3% F/y E=fy?fy/fy?100% 4%
3．绘出整流、滤波波形图（讨论之）。
输入正弦波图形：
半波整流图型：
滤波图形：
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