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实验六示波器的调整和使用
实验六、示波器的调整和使用
示波器是一种用来检测观察信号的常用仪器,其规格和型号很多,但主要组成部分基本相同。
可将信号衰减或放大,可观测信号的波形,测量电压和频率等。
预习要点
1、示波器的主要结构和显示波形的基本原理
2、示波器的校准和测量
3、什么是李萨如图形,
一、实验目的
1(了解示波器的主要结构和显示波形的基本原理。
2(学会使用信号发生器。
3(学会正确使用示波器观察波形以及测量电压、周期和频率。
二、实验原理
示波器是一种能观察各种电信号波形并可测量其电压、频率等的电子测量仪器。
示波器还能对一些能转化成电信号的非电量进行观测,因而它还是一种应用非常广泛的、通用的电子显示器。
1(示波器的基本结构
示波器的型号很多,但其基本结构类似。
示波器主要是由示波管、X轴与Y轴衰减器和放大器、锯齿波发生器、整步电路、和电源等几步分组成。
其框图如图1所示。
(1)示波管
示波管由电子枪、偏转板、显示屏组成。
电子枪:
由灯丝H、阴极K、控制栅极G、第一阳极A、第二阳极A组成。
灯丝通电12发热,使阴极受热后发射大量电子并经栅极孔出射。
这束发散的电子经圆筒状的第一阳极A和第二阳极A所产生的电场加速后会聚于荧光屏上一点,称为聚焦。
A与K之间的电121压通常为几百伏特,可用电位器W调节,A与K之间的电压除有加速电子的作用外,主21
要是达到聚焦电子的目的,所以A称为聚焦阳极。
W即为示波器面板上的聚焦旋钮。
A122与K之间的电压为1千多伏以上,可通过电位器W调节,A与K之间的电压除了有聚焦32
电子的作用外,主要是达到加速电子的作用,因其对电子的加速作用比A大得多,故称A12为加速阳极。
在有的示波器面板上设有W,并称其为辅助聚焦旋钮。
3
在栅极
G与阴极K
之间加了一
负电压即
U,U,KG
调节电位器
W可改变1
它们之间的
电势差。
如
果G、K间
的负电压的
绝对值越
小,通过G
的电子就越
多,电子束
打到荧光屏
上的光点就
越亮,调节图1
W可调节1
光点的亮度。
W在示波器面板上为“辉度”旋钮。
1
偏转板:
水平(X轴)偏转板由D、D组成,垂直(Y轴)偏转板由D、D组成。
偏转板、1234加上电压后可改变电子束的运动方向,从而可改变电子束在荧光屏上产生的亮点的位置。
电子束偏转的距离与偏转板两极板间的电势差成正比。
显示屏(荧光屏):
显示屏是在示波器底部玻璃内涂上一层荧光物质,高速电子打在上面就会发荧光,单位时间打在上面的电子越多,电子的速度越大光点的辉度就越大。
荧光屏上的发光能持续的时间称为余辉时间。
按余辉的长短,示波器分为长、中、短余辉三种。
(2)X轴与Y轴衰减器和放大器
示波管偏转板的灵敏度较低(约为01,1mm/V),当输入信号电压不大时,荧光屏上的.
光点偏移很小而无法观测。
因而要对信号电压放大后再加到偏转板上,为此在示波器中设置了X轴与Y轴放大器。
当输入信号电压很大时,放大器无法正常工作,使输入信号发生畸变,甚至使仪器损坏,因此在放大器前级设置有衰减器。
X轴与Y轴衰减器和放大器配合使用,以满足对各种信号观测的要求,即是示波器面板上的灵敏度调节旋钮。
(3)锯齿波发生器
锯齿波发生器能在示波器本机内产生一种随时间变化类似于锯齿状、频率调节范围很宽的电压波形,称为锯齿波,作为X轴偏转板的扫描电压。
锯齿波频率的调节可由示波器面板上的扫描时间选择旋钮控制。
锯齿
波电压较低,必须经X轴放大器放大
后,再加到X轴偏转板上,使电子束0
产生水平扫描,即使显示屏上的水平
坐标变成时间坐标,来展开Y轴输入
的待测信号。
2(示波器的示波原理
示波器能使一个随时间变化的电
图2
图3
压波形显示在荧光屏上,是靠两对偏转板对电子束的控制作用来实现的。
如图2a所示,Y轴不加电压时,X轴加一由本机产生的锯齿波电压u,u=0时电子在E的作用下偏至a点,xx
随着u线性增大,电子向b偏转,经一周期时间T,u达到最大值u,电子偏至b点。
xXxxm下一周期,电子将重复上述扫描,就会在荧光屏上形成一水平扫描线ab。
b所示,Y轴加一正弦信号u,X轴不加锯齿波信号,则电子束产生的光点只作如图2y
上下方向上的振动,电压频率较高时则形成一条竖直的亮线cd。
如图3所示,Y轴加一正弦电压u,X轴加上锯齿波电压u,且f=f,这时光点的yxxy运动轨迹是X轴和Y轴运动的合成。
最终在荧光屏上显示出一完整周期的u波形。
y?
整步
从上述分析中可知,要在荧光屏上呈现稳定的电压波形,待测信号的频率f必须与y扫描信号频率f相等或是其整数倍,即f=nf(或T=nT),只有满足这样的条件时,扫描轨xyxxy
迹才是重合的,故形成稳定的波形。
通过改变示波器上的扫描频率旋钮,可以改变扫描频率f,使f=nf条件满足。
但由于f的频率受到电路噪声的干扰而不稳定,f=nf的关系常被Xyxxyx破坏,这就要用整步(或称同步)的办法来解决。
即从外面引入一频率稳定的信号(外整步)或者把待测信号(内整步)加到锯齿波发生器上,使其受到自动控制来保持f=nf的关系,从而yx使荧光屏上获得稳定的待测信号波形。
三、实验仪器
双轨迹示波器;信号发生器;示波器探极
前面板说明
CRT显示屏
2INTEN:
轨迹及光点亮度控制钮
FOCUS:
3轨迹聚焦调整钮
4TRACEROTATION:
使水平轨迹与刻度线成平行的调整钮
56POWER:
会发亮,再按一次,开关凸起时,则切断电源主开关,压下此钮可接通电源,电源指示灯
电源。
FILTER:
33滤光镜片,可使波形易于观察。
VERTICAL垂直偏向
227:
垂直衰减选择钮,以此钮选择CH1及CH2的输入信号衰减幅度,范围为5mV/DIV,5V/DIV(1“DIV”VOLTS/DIV
为1cm),共10檔。
1810:
输入信号耦合选择按键组AC-GND-DC
AC:
垂直输入信号电容耦合,截止直流或极低频信号输入。
GND:
按下此键则隔离信号输入,并将垂直衰减器输入端接地,使之产生一个零电压参考信号。
DC:
垂直输入信号直流耦合,AC与DC信号一齐输入放大器。
:
8CH1(X)输入CH1的垂直输入端,在X-Y模式中,为X轴的信号输入端。
21:
9灵敏度微调控制,至少可调到显示值的1/2.5。
在CAL位置时,灵敏度即为档位显示值。
当此旋钮VARIABLE拉出时(×5MAG状态),垂直放大器灵敏度增加5倍。
20:
CH2(Y)输入CH2的垂直输入端,在X-Y模式中,为Y轴的信号输入端。
1911:
POSITION轨迹及光点的垂直位置调整钮,
VERTMODE:
CH1及CH2选择垂直操作模式14
CH1:
设定本示波器以CH1单一频道方式工作。
CH2:
设定本示波器以CH2单一频道方式工作。
DUAL:
设定本示波器以CH1及CH2双频道方式工作,此时并可切换ALT/CHOP模式来显示两轨迹。
16ADD:
用以显示CH1及CH2的相加信号,当CH2INV键为压下状态时,即可显示CH1及CH2的相减
信号。
1713:
调整垂直直流平衡点,详细调整部骤请参照4-11DCBAL的调整。
CH1&CH2
DCBAL.
12ALT/CHOP:
当在双轨迹模式下,放开此键,则CH1&CH2以交替方式显示。
(一般使用于较快速之水平扫描文件
位)当在双轨迹模式下,按下此键,则CH1&CH2以切割方式显示。
(一般使用于较慢速之水平扫描
文件位)
16CH2INV:
此键按下时,CH2的讯号将会被反向。
CH2输入讯号于ADD模式时,CH2触发截选讯号(Trigger
SignalPickoff)亦会被反向。
TRIGGER触发
26SLOPE:
触发斜率选择键
:
凸起时为正斜率触发,当信号正向通过触发准位时进行触发。
,
:
压下时为负斜率触发,当信号负向通过触发准位时进行触发。
2325EXTTRIG.IN:
TRIG.IN输入端子,可输入外部触发信号。
欲用此端子时,须先将SOURCE选择器置于EXT
位置。
231427TRIG.ALT:
在DUAL或ADD位置,且SOURCE选择器置于触发源交替设定键,当VERTMODE选择器
CH1或CH2位置时,按下此键,本仪器即会自动设定CH1与CH2的输入信号以交替方式轮流作
为内部触发信号源。
23SOURCE:
内部触发源信号及外部EXTTRIG.IN输入信号选择器。
14CH1:
当VERTMODE选择器在DUAL或ADD位置时,以CH1输入端的信号作为内部触发源。
14CH2:
当VERTMODE选择器在DUAL或ADD位置时,以CH2输入端的信号作为内部触发源。
LINE:
将AC电源线频率作为触发信号。
EXT:
将TRIG.IN端子输入的信号作为外部触发信号源。
TRIGGERMODE:
触发模式选择开关25AUTO:
当没有触发信号或触发信号的频率小于25Hz时,扫描会自动产生。
NORM:
当没有触发信号时,扫描将处于预备状态,屏幕上不会显示任何轨迹。
本功能主要
用于观察,25Hz之信号。
TV-V:
用于观测电视讯号之垂直画面讯号。
TV-H:
用于观测电视讯号之水平画面讯号。
LEVEL:
28触发准位调整钮,旋转此钮以同步波形,并设定该波形的起始点。
将旋钮向“,”方向旋转,触发准位会向上移;将旋钮向“,”方向旋转,则触发准位向下移。
水平偏向
29TIME/DIV:
扫描时间选择钮,扫描范围从0.2µS/DIV到0.5µS/DIV(1“DIV”为1cm)共20个档位。
X-Y:
设定为X-Y模式。
1930SWP.VAR:
并旋转此控制钮,扫描时间可延长至少扫描时间的可变控制旋钮,若按下SWP.UNCAL键
为指示数值的2.5倍,该键若未压下时,则指示数值将被校准。
31:
,10MAG水平放大键,按下此键可将扫描放大10倍。
32POSITION:
轨迹及光点的水平位置调整钮,,
其它功能
1CAL(2Vp-p):
此端子会输出一个2Vp-p,1kHz的方波,用以校正测试棒及检查垂直偏向的灵敏度。
15GND:
本示波器接地端子
实验注意事项
1、双通道示波器使用说明书和函数信号发生器使用说明书在实验桌上,但不得拿走;
2、不要频繁开关机,示波器上光点的亮度不可调得太强,也不能让亮点长时间停在荧光屏的一点上,如果暂时不用,把辉度降到最低即可。
3、动旋钮和按键时必是有的放矢,不要将开关和旋钮强行旋转、死拉硬拧,以免损坏按键、旋钮和示波器,电缆与插座的配合方式类似于挂口灯泡与灯座的配合方式,切忌生拉硬拽。
。
4、示波器的标尺刻度盘与荧光屏不在同一平面上,之间有一定距离,读数时要尽量减小视差,即眼睛垂视屏幕。
四、实验步骤
(按instek公司生产的GOS-620型20MHz双轨迹示波器进行叙述)
(1)测量前的调节
接通电源开关,预热。
仔细阅读使用说明书的第4页“使用方法”并按照第8页设定示波器各旋钮旋和按钮。
调节INTEN“辉度”使扫描线亮度适中,过亮容易缩短示波器的使用寿命;调节“聚焦”使扫描线清晰;调节X轴与Y轴位移使扫描线位置居中。
遵照说明书在显示屏调出一个方波。
然后按说明书练习单一通道和双通道的基本操作方法。
(2)对示波器的校正
利用“CAL”(校正)和CH1X的“VOLTS/DIV”(垂直衰减选择钮,即灵敏度选择)及“TIME/DIV”(扫描时间旋钮,即“时基”)对示波器的X轴(时间)和Y轴(电压)方向的测量精确度进行校正。
使显示屏上显示一列方波,测量其电压峰-峰值,即波顶到波底的垂直距离与Y轴灵敏度旋钮档位的乘积;再测量其频率,即显示屏上一个周期的宽度与扫描时间的乘积的倒数。
与“CAL”上给出的标准校正值2Vp-p(电压峰-峰值为2V)、1kHz(频率为1kHz)进行比较。
如有误差,应进行调整。
但校正后应锁定CH1X的“VAR”(灵敏度微调),在以后的参数测量过程中不再改变,以免影响测量精确性。
改变“扫描时间”与CH1X的“VOLTS/DIV”的档位,共测量三组数据,并描下一个完整周期的图形。
例如在CH1X的“VOLTS/DIV”档位为0.5V/cm而“TIME/DIV”的档位为0.5ms/cm的条件下,测出一个方波电压的波顶到波底的垂直距离为4cm,一个周期宽度为2cm,则峰-
3峰电压=4cm×0.5V/cm=2V,而周期为T=2cm×0.5ms/cm=1sm=1×10s,于是频率为f=1/T=1kHz。
(3)测量正弦交流电压
利用CH2Y的“VOLTS/DIV”(垂直衰减选择钮,即灵敏度选择)和“TIME/DIV”测量由Y轴输入的正弦交流电的电压。
把“SOURCE”(触发源选择)和“MODE”(操作模式选择)拨到CH2;从函数信号发生器的“电压输出”把一个正弦电压信号引入CH2。
调出稳定的正弦波形。
测量由信号发生器输入到Y轴的正弦电压信号的电压值,调节“VOLTS/DIV”,使图形尽可能占满屏幕,记录Y轴灵敏度档位及峰-峰高度,算出峰-峰值及其有效值。
改变低频信号发生器输出电压,共测三个不同数量级的电压信号(如10V、1V、100mV)。
例如,测量某正弦交流电压时,峰-峰垂直距离为A(cm),Y轴灵敏度旋在B(V/cm)U
处,则正弦交流电压的峰-峰值U=AB(V),有效值(V)。
U,A,B/(22)p-p
(4)测量周期信号的周期与频率
利用CH2Y的“VOLTS/DIV”(灵敏度调节旋钮)和“TIME/DIV”测量由Y轴输入的正弦电压的周期和频率。
把“SOURCE”(触发源选择)和“MODE”(操作模式选择)拨到CH2;把函数信号发生器的“电压输出”的正弦电压信号引入CH2。
调节信号发生器的频率分别为1k、10k和100kHz,调出稳定的正弦波形,调节“TIME/DIV”至适当档位(使屏幕上出现的完整的n个波形尽可能的占满全屏)。
记下相应的“TIME/DIV”档位,并测出n个波的波长,算出其周期和频率。
例如n个周期长度为x(cm),而“TIME/DIV”档位为p(ms/cm),则周期T=xp/n(ms),频率f=1/T。
(5)观察李萨如图形
当X轴和Y轴分别输入正弦波,若两正弦波的频率比f/f为整数比xy
时,这两个波的叠加将是一系列稳定的特殊的封闭曲线图形。
该整数比也即是图形Y方向切点数和X方向切点数之比,即:
f/f=n/n,如nnxyyxyx/f,2/1f/f,3/1fxyxy图是相位差为π/2时,f/f分别为2/1和3/1的图形。
若f为未知频率,xyy
利用该关系,可测出未知频率。
利用SP1641B型函数信号发生器的点频输出(100Hz正弦波)和50欧输出接到示波器的CH1X及CH2Y观察李萨如图形。
从SP1641B型函数信号发生器的点频输出端把一个频率为f=100Hz的正弦电压信号引x
入X轴(即CH1X),从它的50欧输出端把另一个正弦电压信号f引入Y轴(即CH2Y)。
将y
“TIME/DIV”旋至“X-Y”档位。
调节f的频率分别约为50、100、200Hz,使示波器显示屏上y
出现稳定的李萨如图形。
记下f的实际值。
y
在调节频率f时,因为f和f为两个独立信号源,这两个信号频率比的微小变化使图形yxy
不够稳定,只要调到变化很慢就可以了。
和X方向切点数。
根据切点数判断描下图形的示意图,测出相应的Y方向切点数nnyx(计算)它们是否满足规律f/f=n/n。
xyyx
五、数据记录。
1.测量前的调节
2.对示波器的校正(2V,1KHz的信号)(2个通道)
待校灵敏度选择峰-峰垂直距离扫描档位选择nn个周期长周期T频率fV(V)P-P
通道(cm)度(cm)(s)(kHz)VOLTS/DIVTIME/DIV
CH1CH2
3.测量正弦交流电压
待测正弦电压V(V)(V)交流电压有效值(V)峰-峰垂直距离(cm)电压V灵敏度选择VOLTS/DIVP-PP-P
10.0
1.0
0.100电压有效值U=V。
(22)P-P
4.测量信号频率与周期
待测频率(kHz)周期个数nn个周期长度(cm)周期T(s)频率f(kHz)扫描档位选择TIME/DIV
5.观察李萨如图形
f=100.0Hz(即函数信号发生器的点频输出)x
待测频率f/Hz示意图X方向切点数nY方向切点数/nf/fn实际值f(Hz)yxyxxyy
ny
50.0100.0200.0
六、思考题
1.测试前为什么要校准,
(用示波器观察波形时,如荧光屏上什么也看不到,会是那些原因,实验中应怎样调2
出其波形,
3(用示波器观察波形时,示波器上的波形移动不稳定,为什么,应调节哪几个旋钮使其稳定,
4(测量时,为什么要将波形尽量调到满屏,n个周期长度尽量满屏,
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- 实验 示波器 调整 使用
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