实验12示波器的使用Word下载.docx
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1•示波器的聚焦和偏转原理
示波器中用于显示波形的真空玻璃管叫阴极射线管,简称示波管。
如图6-2
所示。
示波管的正面是一个涂有荧光物质的圆形屏,当管中的高速运动电子打上去时,就会发出荧光。
一般的示波器都是热阴极:
阴极由灯丝通电加热后,阴极上的电子由于热运动而脱离出阴极,称为热激发。
由于示波器中的第二阳极电压
比阴极高上千伏特。
因此,电子被加速后轰击到荧光屏上,使该处的荧光物质发光。
(1)辉度
设电子由阴极热激发时的速度为Vo,电子到达第二阳极的速度为V2,阴极和
阳极之间的电压为U2,则有
1212mv2mv0eU2
22
式中m是电子的质量,且vo<
<
v2,所以电子到达第二阳极(也是到达荧光屏)上的速度V2为:
II
高压电源
图6-2示波管结构示意
2eU2
m
为了控制电子束轰击荧光屏上的强度,也就是控制单位时间轰击荧光屏的电
子数目,在阳极前面加一个零到几十伏特的调制极,其形状是一个开有小孔的金
属罩,由于调制极电位比阴极要低,而且调制极的电位越低,穿过金属罩小孔的
电子越少,亮度越弱。
调节调制极的电位,就能够改变荧光屏上光斑的亮度,这就是面板上“辉度”旋钮的作用。
(2)电聚焦
在两个第二阳极A2之间设有一个特殊形状的第一阳极,给第一阳极加上比
第二阳极低的电位(例如第二阳极1200V,第一阳极255V),由于第一阳极和第
二阳极之间有电位差,其特殊形状的电极构成电子透镜,如光学透镜能会聚光一样,电子透镜能会聚射向荧光屏的电子束。
电子透镜聚焦条件由第二阳极A2上
的电位U2和第一阳极Ai上的电位Ui之比决定,调节聚焦Ui和辅助聚焦U2就是调节两电位之比,这就是示波器的电聚焦原理。
(3)电偏转
由阴极热激发的电子经第二阳极加速后,在到达荧光屏之前,还要经过由水
平偏转极板和垂直偏转极板所围成的空间。
在偏转极板上加上几十伏特的偏转电
压。
当电子穿过偏转极中间时,由于受电场力的作用而使电子束偏离直线。
偏转电压越大,电场力越大,荧光屏上的亮点偏离荧光屏中心越远,这就是电偏转原理。
2•示波器的扫描原理
图只在T偏转板上加一正弦波电压的情形
如果只在竖直偏转板(Y轴)上加一正弦波电压,则电子束将随电压的变化只在竖直方向上往复运动,由荧光屏上看
到的是一条竖直亮线。
如图6-3所示。
向拉开。
这种扫描电
,如图6-4所示。
如果只在水平偏转板上(X轴)加则电子束随电压的变化只在水平方向上往复运动,由荧光
条水平亮线。
如图6-4所示为只在水平偏转板上加一锯齿波电压的情形。
如果在竖直偏转板上(Y轴)加正弦波电压,同时在水平偏转板上(X轴)
加锯齿波电压,电子束同时受竖直和水平两个方向电场力的作用,电子的运动是
两互相垂直运动的合成。
当锯齿波电压与正弦电压变化周期相等时,在荧光屏上能显示完整周期的正弦波电压的波形图,如图6-5所示为示波器显示正弦波形的原理图。
(1)连续扫
描
如果正弦波
和锯齿波电压的
周期稍有不同,屏上出现的是移动着的不稳定图形。
这种情况可以用图6-6说明:
设X轴加的锯齿波电压的周期TX比Y偏转板上的正弦波电压周期Ty稍小。
比
如Tx/Ty=78,在第一扫描周期(第一个锯齿波)内,屏上显示正弦信号0-4点之间的曲线段;
在第二周期(第二个锯齿波)内,显示4-8点之间的曲线段;
在第三
周期(第三个锯齿波)内,显示8-11点之间的曲线段。
其中第一个曲线段的结束和第二个曲线段的起点对应相同的Y偏转电压。
第二曲线段的尾部和第三曲线
段的起点对应相同的Y偏转板电压。
这样,在屏上显示的波形不重迭,好象波形在向右移动。
如果Tx和Ty差别稍大一些,一个一个的波形由于荧光屏的余辉和人眼的视觉暂留,看到的是多个波形在屏上的迭加结果。
其原因是扫描电压的周
期Tx与被测信号的周期Ty不相等或不成整数倍关系,以致于每次扫描的起点在Y轴上不相同。
为了获得稳定波形(单一波形),每次扫描在Y轴上应有相同的起点。
在连续扫描中,锯齿波的周期称为扫描周期,扫描周期Tx和Y轴上被测信号周期Ty之
间应满足TxnTY(n是整数)
在示波器上设有扫描范围和扫描微调以及整步调节,用来调节Tx,使之满足
TxnTY。
从而在示波器上得到完全重迭的波形,看到的是单一稳定的波形。
称之为同步扫描。
上面所述的X轴锯齿波是一个紧接一个产生的,称为连续扫描方式。
(2)触发扫描方式
为了获得稳定波形(单一波形),每次扫描在Y轴上应有相同的起点。
在示波器的扫描方
Ux和Y轴所加的待测电压Uy之间的关系如图6-7所示。
在触发扫描中。
锯齿波的起点由被测信号的某一斜率和电平点触发产生,一个锯齿波显示一屏,一个
锯齿波结束后,等候待测信号Uy相同的斜率和电平点再次触发产生下一个锯齿
波。
由于每屏波形起点对应待测信号所以波形自然稳定(各屏重迭)。
3.X-Y方式:
李萨如图形
如果示波器的X轴和Y轴输入是频率相同或成整数比的两个正弦电压,则屏上将呈现特殊形状的光点的轨迹,这种轨迹称为李萨如图形。
频率比不同时,将形成不同的李萨如图形。
图6-8所示的是频率比成简单整数比的几组李萨如图形。
从图形中
Uy相同的斜率和电平(每屏有相同的起点),
可总结出如下规律:
fx:
fynx:
ny,其中nx为水平线与轨迹相切的切点
数,ny为竖直线与轨迹相切的切点数。
利用李萨如图形能方便准确地比较两交变信号的频率。
4•示波器的测量原理
示波器除了能直观地显示之外,其测量内容可归结为两类:
电压和时间的测
量,而电压和时间的测量最后都归结为屏上波形长度的测量。
(1)电压的测量
示波器屏上光点Y轴偏转距离Dy正比于输入电压Uy,比例系数Ky称为电压
偏转因数,有Dy=KyUy,Y轴电压偏转因数Ky的单位为:
V/div。
例如:
测电压峰一峰值时,峰一峰值占了,V/div档用0.1V/div,输入端用
了10:
I衰减探头,则Vp—p=/divxx10=o
(2)时间的测量
在触发扫描方式的示波器中,每个锯齿波的长度是确定的(在连续扫描方式
中锯齿波的长度不确定),也就是说,在触发扫描方式的示波器中,每一屏的时间是确定的。
利用波形在X轴上的长度,可以测量屏上波形两点之间的时间间隔。
在触发扫描方式时,示波器屏上光点X轴偏转距离Dx正比于时间t,比例系数
KS称为时基因数,有Dx=Kst,时基因数Ks的单位为:
s/div。
波形在X轴上的长度是4div,t/div档为2ms/div,则波形的周期:
T=2ms/divx4div=8ms
在触发扫描方式的示波器中,一般在出厂时Y轴的电压偏转因数和X轴扫描
的时基因数都已标定了。
实验步骤
1•熟悉示波器上各开关、旋钮的作用。
接通电源,打开“电源”开关,指示灯亮,等待电子管预热一分钟左右,荧
光屏上出现亮点。
调亮度旋钮“*”,使亮度适中,注意不应使亮度过强,更不能使强亮斑集中
于一点,以免灼毁荧光屏。
调节聚焦“”和辅助聚焦“”旋钮,使亮斑成为小圆点(在X轴和Y
轴均无信号输入的情况下)。
调节Y轴位移“fj”和X轴位移“旋钮,使亮点上下左右适中。
2•观察波形
将“电平”旋钮旋到“自动”位置,亮点展成一条横线。
调节低频信号发生器的输出幅度,用晶体管毫伏表测量它的有效值,使为伏
(或从低频信号发生器面板上的电压表读出)。
然后接到示波器的“Y轴输入”。
将耦合开关指向“AC'
触发信号开关(或整步选择)指向“内+”或“内一”,荧光屏上就出现规则不稳定的波形。
再调节“v/div”旋钮(或Y轴增幅和Y轴衰减),使波形幅度合适;
调节“t/div”旋钮(或扫描范围),使波形宽度合适(有2至3个宽整波形)。
此时,波形可能走动,调节“电平'
(或整步调节和扫描微调)使波形稳定。
改变几次低频信号发生器的输出幅度和频率,再调出n个稳定波形。
3.测量电压测交流电压,调出待测电压的稳定波形,读出波形的波峰到波谷所占的分度和此时v/div档级的标称值,由此求得波形电压的峰峰值。
换算为有效值。
4.测量频率
(1)先测出周期,然后得到频率。
调出待测周期信号的稳定波形,读出波形一个周期所占的分度和此时t/div档级的标称值,由此求得周期和频率。
并与低频信号发生器输出的频率相比较。
(2)利用李萨如图测量频率。
从X轴输入已知频率信号,从Y轴输入待测频率fy,调节有关旋钮,并逐
渐改变y轴的输入频率fy,使fx:
fy1:
2、1:
32:
3,算出fy,并与低
频信号发生器上的频率示值相比较。
5.测量两个正弦波的相位差
根据李萨如图形可以计算出相位差,如图6-9所示。
令yasint
xbsin(t)
则y与x的相位差为.假定波形在X轴线上的截距为2x0,则对X轴上的P点
主要作用是什么
2•用示波器观察波形的主要步骤是什么
3.怎样用示波器测电压、频率。
复习思考题
1•简要写出示波器面板上各旋钮的作用.
2•示波器能否精确测量电压、周期、频率和相位差为什么示波器的真正功能是什么
附录ST-16型示波器简介
ft二扎冀p二天
$T—16型示波器面板图
开,电源开关:
当此开关指向“开”时,指示灯灯亮,经预热一段时间后,
仪器即可正常工作。
★,辉度调节装置:
它可以改变辉度的亮暗。
o,聚焦调节装置:
用以调节示波管中电子束的焦距,使其焦点恰好会聚在屏幕上,此时显现的光点应成为清晰的圆点。
O,辅助聚焦:
用以控制光点在有效工作面内的任何位置散焦最小,通常与
聚焦调节装置同时配合协调使用。
f垂直位移:
用以调节屏幕上光点或信号波形在竖直方向上的位置。
,水平位移:
用以调节屏幕上光点或信号波形在水平方向上的位置。
Y:
垂直放大系统的输入插座。
垂直微调,用以连续改变垂直放大器增益。
V/div(垂直粗调),垂直输入灵敏度步进式选择开关:
可根据被测信号的电
压幅度,选择适当的档级位置,以利观测。
当“微调”旋钮位于校准位置时,“V/div”档级的标称值即可视为示波器垂直输入的灵敏度。
第一档级的“厂」”为100mv
的方波信号,供垂直输入灵敏度和水平时基扫速校准之用。
扫描微调,用以连续调节时基扫描速度。
t/div,时基扫速步进式选择开关:
可根据被测信号频率的高低,选择适当
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- 实验 12 示波器 使用