示波器使用大学物理实验报告
更新时间:2023-09-03 12:51:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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 675000)
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 use
Shi Bo
(Department Of Physics And Electronic Science ChuXiong Normal University 675000)
Abstract:Through the oscilloscope development and application of the understanding, I received many previously don't 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 liquid 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 trigger mode, in addition to analog oscilloscope don't have the preliminary trigger, and trigger logic album, pulse width trigger, etc.; Can through the GPIB, RS232, USB interface with meter
Key words:The oscilloscope the waveform flicker 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:
fyfx
n 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。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
fyfx
nxny
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) (2) (3)
把信号发生器后面50Hz输出信号接到X通道,而Y通道接入可调的正弦信号 分别调节两个通道让他们能够正常显示波形
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 调节Y信号的频率,观测不同频率比例下的李萨如图
(4)
【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
电压测量示波器测量电压仪器误差3%
不确定度的计算(以第一组数据为例)(1) 示波器测量频率
f=57.4KHz f f Ef 57.4 3% 1.72 2KHz
f 57.4 1.8KHz或f 57 2KHz
(2) 函数信号发生器测频
f=55.45 KH f f Ef 0.01 55.45 1% 0.01 0.56KHz或0.6KHz
f 55.45 0.56KHz或f 55.4 0.6KHz
(3) 示波器测量电压
V1=5.68V V1 V1 EV 5.68 3% 0.16V或0.2V
V1 5.68 0.16V或V1 5.7 0.2V
(4) 函数信号发生器测量电压
V2=5.3V V2 V2 EV 1字 5.3 15% 0.1
0.81V或0.9V V2 5.30 0.81V或V2 5.3 0.9V
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。
1·普通物理实验 楚雄师范学院物理与电子科学系 沙育年
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