示波器的认识及应用Word格式.docx
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如果锯齿波的频率较大,由于荧光材料具有一定的余辉时间,在荧光屏上能看到一条水平亮线。
本实验中所用到的V-222型示波器上的“扫速选择开关”可以改变锯齿波信号的频率或周期。
(2)扫描原理
将一正弦电压信号加到Y轴偏转板上,即Uy≠0,若X轴偏转板上为零电压信号,则荧光屏上的光点将随着正弦电压信号作正弦振荡。
若Y轴上的电压信号频率较快,则屏上只出现一条亮线。
要直观地看到正弦波信号随时间的变化波形,必须将屏上光点在X方向(即时间方向)上“拉开”,这就要借助与锯齿波信号的作用。
将锯齿波信号加到X偏转板上(本实验中只要将“扫速选择开关”不要置于“x-y”档位即可),此时示波器内的电子束将既要在y方向按正弦电压信号的规律作正弦振荡,又要在x方向作匀速直线运动,y方向的正弦振荡被“展开”,屏上光点留下的轨迹是一正弦曲线。
锯齿波信号完成一个周期变化后,屏上光点又回到屏幕的左侧,又准备重复以前的运动。
这一过程称为扫描过程,图5-35是这一过程的图解原理。
图中假设加在Y偏转板上的电压信号为待测正弦电压信号,其频率与加在X偏转板上的锯齿波信号的频率相同,并将一个周期分为相同的四个时间间隔,Uy和Ux的值分别对应光点在y轴和x轴偏离的位置。
将Uy和Ux各自对应的投影交汇点连接起来,即得被测电压波形。
完成一个波形后的瞬间,屏上光点立刻反跳回原点,并在荧光屏上留下一条“反跳线”,称为回归线。
因这段时间很短,线条比较暗,有的示波器采用措施将其消除。
图5-35扫描过程的图解
上面所讨论的波形因Uy和Ux的周期相等,荧光屏上出现一个正弦波。
当fy=nfx,n=1,2,3,…时,荧光屏上将出现1个、2个、3个、…稳定的波形。
(3)示波器的整步(或同步)
若待测正弦信号的频率与锯齿波信号的频率不成整数比,则每当扫描一个周期后,荧光屏上的光点回到左侧起点时,Uy不能回到一个扫描周期以前的值,即每扫描一个周期,荧光屏上的光点回到起点时的位置将不一样,以致于整个波形在屏幕上“走动”,或者说,波形不稳定。
虽然锯齿波信号的频率是可调的,但fy和fx是来自于两个不同系统的频率,在实验中总是有不可避免的变化,因此很难长时间地维持两者成整数比的关系。
为了得到稳定的波形,示波器采用整步的方法,即把y轴输入的信号电压接至锯齿波信号发生器电路中,强迫fx跟随y轴信号频率fy变化而变化,以保证fy=nfx成立。
(4)李萨如图形
若同时分别在X、Y偏转极板上加载两个正弦电压信号,结果又怎样呢?
其实,此时荧光屏上运动的光点同时参与两个相互垂直方向的运动,荧光屏上的“光迹”就是两个相互垂直方向上的简谐振动合成的结果。
可以证明,当这两个垂直方向上信号频率的比值为简单整数比时,光点的轨迹为一稳定的封闭图形,称为李萨如图形。
表5-16是几个常见的李萨如图形。
利用李萨如图形可以测量待测信号的频率。
令Nx、Ny分别代表x、y方向切线和李萨如图形的切点数,则
(5-79)
实验中,若加载在x偏转板信号的频率fx已知,则待测信号频率fy可由(5-79)式求出。
表5-16.几种常见的李萨如图形
fx:
fy=1:
1
fy=2:
2
3
fy=3:
4.实验内容与步骤
(1)观测波形
了解V-222型示波器和SG1648功率函数信号发生器的面板布置,熟悉各旋钮的功能和用法(见附录)。
注意:
1.必须弄清楚所使用的示波器、信号发生器的型号与面板上各个旋钮的作用
后再使用。
2.荧光屏上的光点不可调得太强(调辉度控制旋钮使之适中),且不可长时间
将光点停在荧光屏上某点,以免损坏荧光屏。
3.实验时,示波器和信号发生器上所有旋钮应被轻轻地缓慢地旋转,不可猛
转乱旋!
按示波器的操作方法调节各个旋钮,使其处于准备状态。
打开电源开关,荧光屏上显示一条扫描线,调节聚焦旋钮③和辉度旋钮⑥等使扫描线清晰、亮度适中。
按示波器的操作方法调节各个旋钮,使其处于测量状态。
将信号发生器待测正弦信号“电压输出”端接入到CH1通道,将信号发生器“1kHz输出”端接入到CH2通道。
图5-36待测信号Dx及Dy的测量
观测待测正弦信号:
“MODE”(工作方式)和“INTTRIG”(内触发源选择开关)都应置于“CH1”位置,此时可观测输入到CH1通道的信号;
“AC-GND-DC”(输入耦合开关)置于“AC”档,改变信号发生器的输出频率(如200Hz,2kHz,20kHz等),调节扫速开关(面板上标记为TIME/DIV),使荧光屏上每次分别出现1~5各完整的波形。
(2)测量正弦信号
测电压:
正弦信号有三种电压值,即有效值u、峰值up和峰峰值up-p。
三者的关系如下:
(5-80)
一般的交流电表读出的只是电压的有效值,正弦信号的峰峰值可通过示波器直接测出。
测量时,应将待测正弦信号接入CH1通道(即接入X偏转极板),“输入耦合开关”置于“AC”档,Y轴灵敏度微调旋钮置于“校正”,并置其合适的档位以保证屏幕上的正弦波形的幅度在刻度尺范围内,但也不要过小。
量出波峰与波谷之间在y方向的所占的格数Dy,如2.3Div、5.2Div等(Div代表刻度面板上一个单元格在y方向上的宽度),则待测信号的电压峰峰值up-p=Dy×
[Y轴灵敏度档位值]。
待测波形Dy的测量见图5-36所示。
本实验中,我们所选的待测信号频率为f0=1000Hz,并调节低频信号发生器的输出电压为3V。
按表5-17要求,改变信号发生器上的衰减旋钮的档位值,用上述方法测出四组不同的数据,并填入表5-17。
表5-17.测量正弦信号电压值(f0=1000Hz,信号发生器输出电压为3V)
测量值
次数
衰减值
Y轴灵敏度旋钮档位值
Dy(cm)
up-p(V)
up(V)
u(V)
0dB
-20dB
-40dB
4
-60dB
测周期:
调节示波器的“扫速开关”至适当的档位,使观测屏上显示的波形为1~2个周期,调节X轴和Y轴“移位”旋钮使波形置于观测屏上适当的位置(如图5-36所示),测出一个周期在x方向所占的格数Dx,由T=Dx×
[扫速开关的档位值]可计算出该信号的周期。
改变信号频率,测出四个不同信号的周期,并填入表5-18。
表5-18.测量正弦信号周期
待测信号频率f(Hz)
扫速开关档位值(TIME/DIV)
Dx(cm)
T(ms)
400
2000
8000
15000
(3)用李萨如图形测信号频率
将SG1648功率函数信号发生器的“电压输出”端的输出信号作为已知信号(频率可从面板上读出)接入示波器的CH1通道,将信号源“1kHz输出”端输出信号作为待测信号(其频率约为1000Hz,具体值fy待测)接入示波器CH2通道。
按下SG1648功率函数信号发生器“波形选择”按钮组中的“正弦波”按钮,将“扫速开关”置于“x-y”档位,则此时CH1通道和CH2通道的信号被分别接入X和Y偏转极板,观测屏上将出现一个动态图形。
仔细调节信号源的输出频率,即改变fx,使得屏上的图形为稳定图形(李萨如图形),在表5-19中记下两方向上切点数之比分别为Nx:
Ny=1:
1、2:
1、3:
3和4:
3时的李萨如图形,并由式(5-79)计算CH2通道信号的频率fy。
表5-19.用李萨如图形测量正弦信号频率
李萨如图形
Nx
Ny
fy
信号源面板读数fx(Hz)
fy(Hz)
[预习思考题]
1.示波器显示电压信号波形的原理是什么?
具体怎样描述?
2.试证:
在X偏转极板上锯齿波电压作用下,电子束通过后打在荧光屏上的光点在x方向上的运动是匀速运动。
3.当fy≠nfx时,若X极板上加的是锯齿波信号,则荧光屏上显示的波形是“走动”的;
若X极板上加的是正弦波信号,则荧光屏上显示的图形不稳定。
试说明原因。
[讨论题]
1.在实验中,可采用哪些方法使荧光屏上的波形或图形稳定下来?
2.示波器上的“扫速选择”开关有什么作用?
3.示波器能否用来测量直流电压?
如果能测,则应如何进行?
[附录1]
1.V-222型示波器面板介绍(图5-37)
图5-37V-222型示波器面板图
表5-20.V-222型双踪示波器各个旋钮作用
标号
面板标记
旋钮名称
作用
POWER
电源开关
电源开关是自锁按键开关,按进去为电源打开
POWERLAMF
电源指示灯
指示灯在电源接通后亮
FOCUS
聚焦控制
控制示波管第一、二阳极A1,A2电位,调节扫描线最细时为佳
SCALEILLUM
刻度照明控制
用于黑暗的环境中或需照明时调节此旋钮,照明刻度线
5
TRACEROTAION
基线旋钮
用于调节扫描线和水平刻度线平行,用螺丝刀调节
6
INTENSITY
辉度控制
控制示波管控制极电位,调节光迹亮度
37
CAL0.5V
校正0.5v方波输出
输出0.5V,1kHz的方波信号,用作校正信号
9
CH1INPUT
通道1输入
输入被测信号,当示波器工作在X一Y方式时,输入到此端的信号变成X轴信号
10
CH2INPUT
通道2输入
输入被测信号,当示波器工作在X一Y方式时,输入到此端的信号为y轴信号
11
12
AC-GND-DC
输入藕合开关
AC:
藕合交流分量,GND:
放大器输入端接地;
DC:
藕合交直流分量
13
14
15
16
VAR
PULL5GAIN
VOLTS/DIV
微调拉5倍
扩展控制开关
电压灵敏度
"
微调"
调节放大器放大倍数,使波形幅度变化,"
顺时针至满度时处于校准状态,此时VOLTS/DIV与荧光屏上刻度对应,可读出被测信号电压幅度值,当旋钮被拉出时,增益扩展X5倍。
VOLTS/DTV灵敏度,控制衰减值
17
18
UNCALL
不校准灯
灯亮表示微调旋钮没有处在校准位置
19
POSITION
FULL-DCOFFSET
位移
拉-直流偏置
调节垂直方向位移,拉出此旋钮可获得适用的输入波形(通常这个旋钮是按进去的)
20
POSITIONPULL-INVERT
位移拉-直流偏置
位移功能同上,但当旋钮被拉出时,输入到Y的信号极性被倒相
21
MODE
工作方式
开关
这个开关用于选择垂直偏转系统的工作方式;
CH1,显示X通道的号;
CH2显示Y通道的信号ALT,加到X和Y通道的信号能交替显示在荧光上;
CHOP,断续;
加到X和Y的信号受约250kHz自激振荡电子开关的控制,同时显示在荧光屏上;
ADD,加到X和Y上信号的代数和在荧光屏上显示。
23
DCOFFSET
VOLTOUT
直流电压偏置输出插口
当仪器处于直流偏置(DCOFFSET)方式时,这个插口可配接数字万用表,读出被测量的电压值(除x5扩展不校正外)
24
25
DCBAL
直流平衡调节控制
用于直流平衡调节控制
26
TIME/DIV
扫速选择开关
扫描时间范围从0.2us/DIV分19挡,X-Y位置用于示波器工作在X-Y状态
27
SWPVAR
扫描微调控制
在TIME/DIV确定的范围内调节扫速,它可使波形在X轴方向伸缩,当它颇时针旋到底时是校正位置,此时扫描时间由TIME/DIV开关准确读出
28
SWAPUNCALL
扫描不校正灯
灯亮表示扫描因数不校正
29
FULLX10MAG
X轴扩展
本旋钮控制水平移动扫描线,顺时针旋转,扫描线向右移,逆时针旋转,扫描线左移。
在旋钮被拉出时,扫描扩展10倍,即TIME/DIV开关指出的是实际扫描时间的十分之一
30
CH1
ALTMAG
交替扩展开关
通道X的输入信号能以X1(常态)和X10(扩展)的两种扫描形式交替显示
31
SOURCE
触发源选择开关
位于内(INT):
扫描信号取自X或y通道的被测信号
位于电源(LINE):
扫描信号取自电源信号
位于外(EXT):
取自外触发输入瑞(TRIGINPUT)插座引人的信号
32
INTTRIG
内触发源
选择开关
本开关用于选择不同的内触发信号源:
CH1,取X通道的输入信号为触发信号;
CH2,取y通道的输入信号为触发信号;
VERT、MODE,组合方式,用于同时观察两个波形,同步触发信号交替取自CH1和CH2
33
TRIGIN
外触发输入插座
用于外触发信号的输入
34
TRIGLEVEL
触发电平控制旋钮
用于调节迸人触发电路的触发信号电平,保证波形稳定。
亦能控制触发开关的极性,按进去(常用)是正极性,拉出来是负极性。
35
TRIGMODE
触发方式
位于自动(AUTO)时,为连续扫描方式,用于一般信号的测量,位于常态(NORM)时,只有当触发信号产生时,才获得触发扫描,在没有信号和非同步状态情况下,没有扫描线。
位于电视场(TV一V)时,能观察电视信号中的全场信号波形,位于电视行(V一H)时,能观察电视信号中的行信号波形
图5-38SG1648功率函数信号发生器面板图
2.SG1648功率函数信号发生器面板介绍(图4-38)
表5-21.SG1648功率函数信号发生器各个旋钮作用
序号
面板标志
波形选择
1.输出波形选择。
2.波形选择脉冲波时,可与“13”配合使用可以改变脉冲的占空比。
频率倍乘
1.频率倍乘开关与“14”、“16”配合选择工作频率。
2.外测频率时选择闸门时间。
Hz
指示频率单位,灯亮有效。
KHz
数字LED,所有内部产生频率或外测频率时由此6个LED显示。
表头
分四档来指示正弦波功率输出电压有效值。
7
电源
按下开关电源接通,频率计显示.
8
计数输入
外测频率时,信号从此输入。
同步输出
输出波形为TTL脉冲.可作同步信号.
计数
1.频率计内测和外测频率信号(按下)选择。
2.外测频率信号衰减选择按下时信号衰减-20dB
电压输出
电压输出波形由此输出,阻抗为50Ω。
衰减(dB)
1.按下按钮可产生-2OdB或-4OdB衰减。
2.二只按钮同时按下可产生-6OdB衰减。
占空比
当"
2"
选择脉冲波时,改变此电位器可以改变脉冲的占空比。
频率调节
与“2”配合选择工作频率。
直流偏置
拉出此旋钮可设定任何波形电压输出的直流工作点,顺时针方向为正:
逆时针方向为负,将此旋钮推进则直流电位为零
频率微调
与“14”配合微调工作频率。
幅度
调节幅度电位器可以同时改变电压输出和正弦波功率输出幅度。
内负载
按下此开关,本机自带的内负载接通,为了保证足够好的频响,当外负载为高阻时,应将此开关接通。
0.5Ω档
本档为直接从功率放大器接地输出,输出功率最
大可达10w。
匹配选择
50Ω、75Ω、15OΩ、600Ω、5KΩ五档是经过变压器输出的信号,若欲得到最大输出功率,应使负载选择上述五种值之一,以求匹配。
若做不到,一般也应使实际使用的负载值大于所选用的数值,否则,失真将变坏。
22
正弦波功率输出
1)当波形选择为正弦波,有正弦波输出。
2)当选择其它波形时输出为零。
3)当F>
200KHz时,电路会保护而无输出。
4)0.5Ω档,黑端子接地,其它档平衡输出(黑端子与地无关)
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- 示波器 认识 应用