示波器的应用
电子示波器又称阴极射线示波器，是一种利用阴极射线管作为显示器的电子图示测量仪表。它可以将电压随时间的变化规律显示在荧光屏上，以便研究它的大小、频率、位相和其它的变化规律，还可以用来显示两个相关的电学量之间的函数关系。因此电子示波器被广泛用来捕获、显示和分析各种电信号的波形和瞬变过程。 电子示波器是调试、检验、修理和制作各种电子仪表设备时不可缺少的工具，随着各种换能技术的应用与发展，温度、压力、振动、速度、声、光、磁等非电学物理量都可以转换为便于观察、记录和测量的电学量，因此，示波器已成为测量电学量以及研究可转化为电压变化的其它非电学物理量的重要工具之一。
一、实验要求
1．实验重点
① 了解示波器的主要结构和波形显示基本原理，掌握示波器、信号发生器的使用方法。
② 学习用示波器观察波形以及测量电压、周期和频率的方法。
③ 学会用连续波方法测量空气声速，加深对共振、相位等概念的理解。
④ 用示波器研究电信号谐振频率、二极管的伏安特性曲线、同轴电缆中电信号传播速度等的测量方法。
2．预习要点
① 为什么示波器必须在测量档的校准位置读数？
② 怎样用示波器测量波形的幅值和周期？“伏特/格”和“秒/格”开关分别起什么作用？其上数字分别代表什么含义？怎样利用它们测量信号的电压，以及两个信号的相位差？
③ 本实验中存在两个共振，它们分别是什么共振？这两个共振是一回事吗？
④ 欲在示波器上观察到稳定的李萨如图形，对X 轴和Y 轴所加的频率有何要求？
⑤ 如何利用李萨如图测量信号的频率？示波器的“X －Y 方式”开关，应怎样设置？
⑥ 振幅法测声速主要利用哪个共振？各共振位置之间有什么关系？
⑦ 相位法是利用什么原理进行测量的？应在出现什么现象时进行读数？这些位置之间又有什么关系？ ⑧ 已知声速测量实验的工作频率范围为40kHz~50kHz ，试问如何使用声速仪中信号发生器产生所需的正弦共振信号？
二、实验原理
1．示波器原理
示波器是利用电子束的电偏转来观察电压波形的常用仪器。示波管是它的关键显示部件，原理示意见图1。
当电子枪被加热发出电子束后，经电场加速打在荧光屏上就形成一个亮点，
电子束在到达荧光屏之前要受到两相
图
1 示波器示意图 图
2 示波器工作原理
互垂直的偏转板间电场作用，从而亮点位置会发生改变。
如果在X 轴偏转板上加如图2上方所示的锯齿形电压，电子束受该电场作用到达荧光屏的位置就发生变化：先由左向右匀速运动，到达右端后立即返回左端，再从左向右重复上述过程。每完成一个循环我们称为一次扫描，这时荧光屏出现一条水平亮线。类似地，如在Y 轴加一周期变化的电压（例如正弦波形），但X 轴不加偏转电压，我们将在屏上看到一条垂直亮线，亮点在该线上作正弦振荡。
如果在Y 轴偏转板上加所要观察的周期性电压波形，又在X 轴偏转板上加锯齿形电压，则亮点在荧光屏上将同时参与两种位移，显示出随Y 轴信号周期性变化的波形。如果Y 轴信号的周期与锯齿波的周期完全一样{或者后者是前者的整数倍），当Y 轴完成了一个（或数个）周期的运动时，X 轴的扫描信号也正好回到左端起始扫描位置。这样，屏上的图形将通过一次次的扫描得到同步再现从而形成稳定的显示曲线。显然，如果两者不能实现严格的同步，就无法观察到稳定的图形。这个矛盾可以通过同步触发的办法来解决：只有当Y 轴信号（或者与Y 轴信号严格同步的其它信号）达到某一确定的状态（极性和幅度），才触发X 轴开始扫描。这样扫描信号就可以和Y 轴周期信号严格同步了。启动X 轴扫描的信号称为触发信号。
如果Y 轴加正弦信号，X 轴也加正弦扫描电压，荧光屏将得到所谓的李萨如图形。当两者的频率有简单的整数比时，合成运动有稳定的闭合轨道（如图3）。
图3 李萨如图形
不难理解，沿着这种闭合轨道环绕一周后在水平和竖直方向往返的次数与两个方向频率成正比例。因此封闭的李萨如图形与水平线相交的点数n x 与垂直线相交的点数n y 之间与两信号频率之比有如下关系：
y
x x y n n f f = （1） 若已知其中一个信号的频率，从李萨如图形上数得的点数n x 和n y ，就可以求出另一待测信号的频率。
利用李萨如图除可测频率外，还可比较两个振动的相位差。如果f =f 0，且同相位，则李萨如图为向左下倾斜
的直线。若不断改变Y 与X 的相位差Δ?，则直线变成向左下倾斜的椭圆、正椭圆（Δ?=π/2）
、向右下倾斜的椭圆，直至成为向右下倾斜的直线。此时Δ?=π，即两振动的相位差为π。此过程如图4所示。
Δ?=0Δ?=π
Δ?=π/2
图4 相位差与李萨如图
2．波形测量
示波器除了能直观地显示波形之外，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终又归结为屏上波形长度的测量。
（1）电压的测量
由于电子束在显示屏上偏转的距离与输入电压成正比，所以只要量出被测波形任意两点的垂直间距（格数）Δy 就可知该两点间的电压Δu y
Δu y =K Δy （2）
式中K 为灵敏度（屏上Y 轴每一大格所代表的输入电压值），也称垂直偏转系数。
若被测电压为简谐波，则只要量出电压波形峰－峰的间距Δy 就可知其电压的有效值u e
2
222y K u u p p e Δ==? （3） 式中u p -p 为被测电压的峰－峰值。
注意：只有“VOLTS/DIV （伏特/格）”灵敏度微调旋钮位于校准位置（顺时针旋到底），测量电压才有意义。
（2）时间的测量
用示波器可直观地测量时间。当扫描电压用锯齿波时，荧光屏上X 轴坐标与时间直接相关，信号从波形上某点传至另一点所用的时间Δt ，等于该两点间距（格数）l 乘以观测时的每格扫描时间t 0，即
Δt =lt 0 （4）
若观测的两点，正好是周期性信号相邻的两个同相位点，且间距为L 格，则其周期
T =Lt 0 （5）
为减少测周期读数的误差，可观测n 个周期总长度进行计算。
同频率的两个简谐信号之间相位差为
T
t o 360Δ=? （6） 式中Δt 为两信号的对应同相位点时间间隔。
注意：用示波器测时间时，“扫描微调”旋钮需位于校准位置（顺时针旋到底）。
3．二极管伏安特性曲线的观测
利用示波器可以直观地研究两个相关的物理量变化过程中的依赖关系。本实验即通过示波器研究非线性元件（硅稳压二极管）电流和电压的数值关系。
普通二极管的伏安特性曲线从正向特性来看，当正向电压较小时，正向电流几乎为零；当正向电压超过死区电压（一般硅管约为0.5V ，锗管约为0.1V ）后，正向电流明显增大；只有当正向管压达到导通电压时，管子才处在正向导通状态。从反向特性可以看出，当反向电压较小时，反向电流很小；当反向电压超过反向击穿电压后，反向电流突然增大，二极管处于击穿状态，普通二极管只能工作在单向导通状态。
稳压管是一种特殊的PN 结面接触型二极管。其伏安特性与普通二极管相似。稳压管与普通二极管的主要区
别是，稳压管工作于反向击穿区。当反向电压增至击穿电压时，反向电流突然剧增，此后，虽然流过管子的电流
图6 二极管伏安特性曲线
图5 测量二极管伏安特性电路图
变化很大，而管子两端电压变化却很小，达到稳压效果。稳压管的反向击穿是可逆的，当去掉反向电压后，稳压管又恢复正常；但如果反向电流超过允许范围，它会因热击穿而损坏。
测试二极管伏安特性的电路如图5所示，图中D 为稳压二极管，R 为固定电阻。由图5可知，在示波器X 方向输入的电压为二极管D 两端的电压u D ，在示波器Y 方向输入的电压为电阻R 上的电压u R 。因为u R =iR ，且i 与u R 同相位，所以u R 实际上反映了通过二极管D 的电流的变化情况。将示波器设为X －Y 工作方式，这时示波器上可显示出二极管的伏安特性曲线，如图6所示。
在伏安特性曲线上可近似测量该稳压二极管的正向导通电压和反向击穿电压。
4．声速的测量
声学测量是人们认识声学问题本质的一种实验手段，通过声波的传播速度、衰减等的精确测量可以了解材料或结构的许多物理性质和状态。本实验的主要内容是利用连续波方法来测定空气中的声速。
在波动过程中，波的传播速度v 、f 和波长λ之间存在下列关系：
v ＝f λ （7）
因此只要测出声波的频率和波长就可以算出声速。
实验装置原理如图7所示。其中S 1和S 2分别用来发送和接收声波。它们是以压电陶瓷为敏感元件做成的电声换能器。当把电信号加在S 1的电端时，换能器端面产生机械振动（反向压电效应）并在空气中激发出声波。当声
波传递到S 2表面时，激发起S 2端面的振动，又会在其电端产生相应的电信号输出（正向压电效应）
。
图7 声速测量仪
信号发生器产生频率为几十kHz 的交变电信号，其频率可由频率计精确测定。换能器端面发出相同频率的声波（属于超声频段，人耳听不见）。为了确定声速，还要测定声波的波长，它可以用以下两种方法进行。
（1）振幅法
S 1发出的声波，传播到接收器后，在激发起S 2振动的同时又被S 2的端面所反射。保持接收器端面和发送器端面相互平行，声波将在两平行平面之间往返反射。因为声波在换能器中的传播速度和换能器的密度都比空气要大得多，可以认为这是一个以两端刚性平面为界的空气柱的振动问题。当发送换能器所激发的强迫振动，满足空气柱的共振条件
20λ
n l = （8）
时，接收换能器在一系列特定的位置上，将有最大的电压输出。式中l 0是空气柱的有效长度，λ 是空气中的声波长，n 取正整数。考虑到激励源的末端效应，式（8）还应附加一个校正因子Δ：
Δ+=2λn l （
9） 图8 接收信号的振幅变化
式中l 是空气柱的实际长度，即发送换能器端面到接收换能器端面之间的距离。
在S 2处于不同的共振位置时，因 Δ 是常数，所以各电信号极大值
之间的距离均为λ2。由于波阵面的发散及其它损耗，随着距离的增大，各极大值的振幅逐渐减小。当接收器沿声波传播方向由近而远移动时，接收器输出的电信号的变化情况如图8所示。只要测出各极大值所对应
的接收器的位置，就可以测出波长λ。
（2）相位法
波是振动状态的传播，也可以说是相位的传播。对行波而言，沿传播方向上的任何两点，它们和波源的相位差2π（或2π的整倍数）时，该两点间的距离就等于一个波长（或波长的整数倍）。而就本实验而言，S 1和S 2之间空气柱受换能器激励作受迫振动，其振动状态（相位）是距离l 的周期函数，因此S 2每移过一个λ 的距离，激励源和接收器的电信号的相位差也将出现重复。这表明我们可以用测量相位差（例如李萨如图）的办法来测定波长。把激励信号接示波器的X 端，把输出波形接Y 端，我们可以在屏幕上看到稳定的椭圆。当相位差为0或π 时，椭圆变成向左或向右的直线。移动S 2，当示波器重现同一走向的直线时，S 2所移过的距离就等于声波的波长。
5．同轴电缆电信号传播速度的测量
（1）行波法
本实验中将同轴电缆近似为无损耗均匀传输线。当传输线是有限长且终端不匹配时，终端将发生电压波和电流波的反射。终端处的反射系数为
c
c Z Z Z Z n +?= （10） 式中，Z 为终端所接负载，Z c 为传输线的特性阻抗。
当传输线终端匹配（Z =Z c ）时，n =0，即线上不存在反射波（图9）；如果终端接有非匹配的电阻，则视其阻值大小将出现不同的反射，但最终沿线电压及电流将趋于恒定。图10所示为终端短路时的波形图。
图9 终端匹配 图10 终端短路
本实验采用如图11电路来观察同轴电缆中的反射波。如果将
同轴电缆视为集总参数电路中的导线，则这一电路是由电容和电
阻组成的微分电路，输入方波时可在示波器的CH 2中看到与方波
的上升沿和下降沿对应的正、负尖脉冲。但若考虑到同轴电缆终
端的反射波，则在上述每个尖脉冲后还会出现若干个较小的脉冲，
这便是反射波。相邻两个尖脉冲之间的时间间隔，便是信号在同
轴电缆中反射一次所需的时间。
（2）驻波法
终端开路或短路的无损耗线，在角频率ω的正弦信号作用下，沿线将形成电压和电流的驻波。在正弦信号作用下，若无损耗线长为l ，驻波波长为λ，则
图11 行波法电路图 终端开路：λ
πl jZ Z c i 2cot ?= 终端短路：λ
πl jZ Z c i 2tan = 本实验通过观察同轴电缆上的驻波来测定其中的信号传播时间。实验电路如图12所示。
终端开路的同轴电缆当作一个集总元件与电阻串联，由于
其阻抗是一个纯电抗，图中CH 1、CH 2两路信号将有相位差，仅
当始端为电压或电流的波节时二者同相位，这可由示波器显示
李萨如图形来观察。在频率增大的过程中，电缆始端交替出现
电压波节和电流波节，故李萨如图形相邻两次退化为直线时，
必有一次斜率较大（电压波腹），此时有
图12 驻波法电路图
ππλ
πk v lf l ==22 （11） 即 k t f v lf =Δ=2 （12） 则 v
l t 2=Δ （13） 此便是信号在电缆反射一次所需的时间。也可测量始端为电压波节时的频率，其满足
21+=Δk t f （14） 图13所示的李萨如图形与上文的结论是一致的。但是不难发现，当始端为电流波节时，虽然CH1与CH2的信号同相位，但二者幅度不等。（若按实验方案所述，此时电缆输入阻抗无穷大，电阻上几乎无压降，CH1与CH2不仅同相而且幅度也应相等）；始端为电压波节时，李萨如图形也不完全水平，即CH2信号幅值不为零。究其原因，一方面是同轴电缆并非真正的无损耗线，另一方面是整个测试电路中分布参数的影响。
（a） 始端为电压波节 (b) 始端非波节 (c) 始端为电流波节
图13 驻波法的李萨如图形 三、仪器设备
1．实验仪器
同轴电缆信号传播速度测试仪，声速测量仪，信号发生器，示波器，屏蔽电缆若干，温度计。
2．仪器介绍
（1）信号发生器
本实验有三种信号发生器可供使用。一种是8112型数字式函数发生器，它能产生0.1Hz 到2MHz 的多种波形的电振荡信号（也可用作频率测量），其面板如图14所示。下面介绍与本实验有关的功能开关及其使用。
通电和输出信号的幅度调整：将电源线接入220V 、50Hz 交流电源，顺时针旋转开“振幅/电源”（Amplitude/Power ）开关，预热10～20分钟后即可使用。“振幅/电源”旋钮除作电源开关外，还兼作信号源的幅度调整旋钮，顺时针转动，幅度增大，输出电压的调节范围约为5mV ～20V （峰峰值），如需小信号，可将“衰减器”（Att ）按键按下，这时输出信号将衰减30db 。
波形选择：在“函数/计数”（Func/Count ）的控制下，配合其右侧的三个波形选择键可以得到方波、三角波和正弦波等多种信号输出。例如选用正弦波，应使“函数/计数”键处于伸出位置并将波形选择键中标有“～”的键按下，正弦信号即可由“输出”（Output ）插孔输出。注意连接输出电缆时，一般应把外屏蔽线作公用端使用。
图14 8112函数发生器面板
频率的选择和调节：选择“频率范围/选通时间”（Range/Gatetime ）的适当按键（共七档）按下，再配合“粗”(Main)、“细”（Fine ）调整旋钮，可获得0.1Hz ～2MHz 频率连续可调信号。其中“频率范围/选通时间”用于选择频段范围，“粗”、“细”旋钮用于频段范围内的连续调整，输出信号的频段可由显示屏直接读出，但有效数字较少（3～4位）。
8112型信号发生器也可作频率计使用，这时应把“函数/计数”（Func/Count ）键按下（系统处于计数状态），被测信号接入“计数输入”（Count in ）插孔，选择适当的计数时间（把相应的“频率范围/选通时间”的按键按下），即可获得正确的频率测量显示，一般有6位有效数字。当然，作频率计使用时，信号发生器的功能也就丧失了。
有一些其它的功能开关，由于与本实验关系不大，这里就不再介绍。使用中不要随意改变其正确状态，以免影响系统工作甚至造成仪器故障和损坏。
信号发生器的使用方法：
① 开机：顺时针旋开“振幅/电源（Amplitude/power ）”开关。
② 信号输出：按下“~”键（选用正弦波），并使“函数/计数（Func/Count ）”键处于伸出状态（选用函数功能），电缆接“输出（Output ）
”插孔。
③ 频率调节：按换能器共振频率要求，选择“频率范围/选通时间（Range/Gatetime ）”的频率档位（6档），再用“Main ”、“Fine ”旋钮分别进行粗调和细调。
④ 幅度调整：旋转“振幅/电源（Amplitude/power ）”可调节信号幅度，测量时信号应尽量大一些（提高信噪比）。
另一种信号源是配合SVX-3型声速测试仪使用的信号源（图
15），它可以产生25kHz —50kHz 的正弦波和周期为8ms 、宽度为
200μs 、载波频率36.5kHz 的脉冲调制信号。并可对接收信号进行
放大处理。
信号源的电源开关位于机箱后面板右侧。前面板分成5个功
能块。“发射端”由两个Q9插座组成：“换能器接口”（左侧）是
信号源的功率输出端口；“发射波形”提供发射换能器的激励波形
（右侧）以便用示波器观测。“接收端”也由两个Q9插座组成：
“换能器接口”用来接收换能器的输出信号，以便进行放大处理；
“接收波形”则是放大后接收换能器的输出波形，用于示波器观
测。“调节旋钮”由三个旋钮组成：“信号频率”用于调节信号源
输出的正弦波频率；“发射强度”用于调节信号发生器的输出幅度；
“接收增益”用于调节接收信号的放大倍数。“测试方法”有两个
功能：连续波输出或脉冲（调制）波输出。“传播介质”功能块在
本实验中不用。“测试方式”为“连续波”时，信号源的5位LED 显示正弦波的频率值；“脉冲波”时，显示传播时间。
图15 SVX-5声速测定仪信号源 第三种为正弦波信号发生器，能发生4种频率的正弦波。电源开关位于机箱后面板；前面板有一个Q9插座的“输出端”和4个频率选择按钮f 1、f 2、f 3、f 4组成。
（2）示波器
YB-4320是一台双踪示波器（图16），可同时对两路信号进行观测，带宽从直流（DC）至20MHz。采用数字编码开关，便于操作、提高了可靠性和使用寿命。示波器面板上可操纵的旋钮和开关较多，但只要把工作原理和相应的功能开关、旋钮结合起来，了解并不困难，熟练也是容易办得到的。
图16 YB4320G双踪示波器面板
I．开机
显示屏右下方为“电源”（Power）开关，按下为开，弹出为关。接通时指示灯亮。预热约20秒后，示波管屏幕会显示光迹。如60秒后仍未出现光迹，应检查开关和控制按钮的位置是否正常。
调节“辉度”（Inten）和“聚焦”（Focus）旋钮，使光迹亮度适中且最清晰。荧光屏辉度调节，顺时针转动，辉度加亮，反之减弱。注意：不可将光点和扫描线调得过亮，否则不仅会使眼睛疲劳，而且长时间停留会使荧光屏变黑。如果实验过程中较长时间不做观察的话，应将辉度减弱，以延长示波管的寿命。本装置在调节亮度时，聚焦电路有自动调节功能，但有时也会有轻微变化，这时需重新调节聚焦旋钮。
II．Y轴信号
① 输入——作为双踪示波器，YB-4320有两个输入通道CH1和CH2。被观察的信号由面板中部下方的两个Q9插座“CH1输入（X）”和“CH2输入（Y）”接入。
② 灵敏度调整——利用VOLTS/DIV开关，合理选择灵敏度，使显示在屏上的被观测信号大小适中。
VOLTS/DIV分12档，最高灵敏度为mV/DIV档（每格代表1mV）；最低灵敏度为5V/ DIV档，这时示波器能显示的最大动态范围是40V（8DIV），使用10:1探头，还可达400V。思考：观察一个峰—峰值约1V的信号，应当如何选择VOLTS/DIV？如果选择的VOLTS/DIV过大或过小将会看到什么现象？
③ 灵敏度微调——使用垂直“微调”旋钮，可连续改变灵敏度（垂直偏转系数）。若将旋钮逆时针旋到底，灵敏度下降在2.5倍以上。因此如需用示波器做电压测量，此旋钮应位于校准位置（顺时针旋到底）。
④ 输入信号的耦合——输入信号与示波器有三种连接方式：“AC”（交流）为交流耦合，按钮处于弹出位置，信号经电容输入，其直流成份被阻断；“DC”（直流）为直流耦合，按钮处于按入位置，信号与示波器直接耦合；另有一“GND”（接地）按钮，按入时输入信号与示波器断开，示波器内部输入端接地。该按钮常用于确定测量基准或寻迹。
⑤ 工作方式选择——“方式”开关置于“CH1”，屏幕仅显示1通道的信号；“CH2”仅显示2通道的信号；“双踪”，屏幕显示双踪，以交替或断续方式同时显示1通道和2通道的信号；“叠加”，显示1通道和2通道信号之和，如要获得两信号的差，可按下“CH2反相”按钮，此时CH2显示反相信号。
⑥ 垂直移位——利用“v位移”旋钮，可以调节光迹在屏幕中的垂直位置，使信号在垂直方向位置适中，便于观测。
III．X轴的扫描
① 扫描快慢的选择——利用“TIME/DIV”（时间/格）时基扫描开关，可以控制示波器内部产生的X轴锯齿波扫描的速率，共20档，0.1μs/DIV—0.5s/DIV，因此扫过显示屏的最快时间是0.1×10=1 μs（“扫描微调”旋钮
置于校准位置），利用扫描扩展还可以加快至0.2 μs。“TIME/DIV”的档位应当根据被观测信号的频率来选择。思考：要在屏幕上观察到3—5个周期的～35kHz的正弦波信号，应当如何选择TIME/DIV？
另有一扩展控制键“×5扩展”，按下时扫描时间是“TIME/DIV”指示值的1/5，这时扫描加快为原来的5倍，但辉度可能下降。
②X-Y操作与X外接控制——示波器的X轴也可以不使用内部产生的锯齿波扫描信号，它包括两种方式。一种是将X-Y键按入，这时垂直偏转信号接入CH2输入端，水平偏转信号接入CH1输入端（此时“触发源”应置于“CH1X-Y”档），示波器按“X-Y”方式工作。此方式常用于李萨如图的观察。另一种是将X-Y键按入，“触发源”置于“外接”档，示波器按X外接方式扫描工作。
思考：振幅法测波长，应如何设置示波器？相位法测波长，又应如何设置示波器？
③ 扫描微调——“扫描微调”旋钮用于示波器内部产生的X轴扫描的连续微调，此旋钮顺时针方向旋转到底时为校准位置，扫描由TIME/DIV开关指示；逆时针方向旋转，扫描减慢，旋转到底，扫描减慢2.5倍以上。注意：“扫描微调”必须在“扫描非校准”按入的前提下进行，否则调节无效即时基扫描仍处于校准状态。
④ 水平移位——“水平位移”旋钮用于调节光迹在水平方向移动，顺时针旋转光迹右移；逆时针旋转光迹左移。
IV．触发
① 触发源的选择——“触发源”开关用于选择启动扫描的触发信号：“CH1X-Y”以1通道的信号为触发信号；“CH2”以2通道的信号为触发信号；“电源”以电源信号为触发信号；“外接”用外接的信号为触发信号，外触发信号由“外接输入”插座输入。
注意：按入X-Y键，“触发源”开关置于“CH1X-Y”位置时，示波器按X-Y方式工作。
② 触发电平——“电平”旋钮用于调节产生触发所需的电平，它会影响显示波形的起始位置。向”+”旋转，启动扫描的触发电平上升，向”-“旋转，触发电平下降。思考：若“电平”选择太大或过小时将出现什么现象？
③ 触发极性——“极性”按钮用于选择触发极性，按入为负极性，即下降沿触发，弹出为正极性，上升沿触发。
④ 触发方式——“自动”为扫描电路自动进行扫描，在没有信号输入或信号没有被触发同步时，屏幕上仍然可以显示扫描线；“常态”则只有触发信号才能扫描，否则屏幕无扫描线显示。
⑤ 触发耦合——“AC”为交流耦合；“DC”为触发信号直接耦合到触发电路；“高频抑制”，触发信号通过交流耦合电路和低通滤波器作用到触发电路，高频成分被抑制；“TV”用于电视信号的观测。
（3）声速测定仪
声速测量仪由支架、游标卡尺和两只超声压电换能器组成。两只换能器的位置分别与游标卡尺的主尺和游标相对定位，左端的固定换能器为发送换能器，右端（装在游标上）为接收换能器。使用时应首先调整发送换能器固定卡环上的锁定螺钉，使换能器平面端面与游标卡尺的游标滑动方向垂直，锁定后，再用同样方法移近接收换能器，调整其端面与发送平面端面平行，并保持换能器位置的固定。
发送换能器的输入插口和接收换能器的输出插口（信号端），均为红色接线柱；黑色接线柱为接地端，接公共端（屏蔽线或外壳）。不要接反接错。
本实验中使用的换能器是共振式超声压电换能器，谐振频率在30kHz～35kHz的超声频段，当工作频率偏离其共振频率时，系统灵敏度将急剧下降，因此必须确保信号的工作频率等于或接近换能器的共振频率，否则将严重影响测量的准确度甚至使实验无法进行。不同编组的换能器工作频率略有不同。
测量过程中，移动接收器时应松开游标上方的两个锁紧螺钉（注意不要使螺钉过松脱落），用拇指推动右下方的推进螺母，至所要位置附近时，则应先拧紧游标上方右侧的锁紧螺钉，并转动右下方的推进螺母，这时可对接收换能器位置进行微调。
另一种声速测量仪的型号为SV-DH，其原理相同，不同的是接收换能器的移动采用手轮控制。手轮转动一圈（100格），换能器移动1mm。换能器移动的距离可以通过主刻度尺和手轮的位置读出。思考：该读数装置应记录到哪一位，距离测量值有几位有效数字？
使用SVX-3型声速测试仪时请注意：发射换能器输入的信号幅度和接收信号的放大倍数要选择适中，过大过小都不利于观测。发射换能器输入的信号幅度一般可控制在10Vp-p（峰峰值），放大后的接收信号可取1 Vp-p （峰峰值）左右。过大可能引起信号失真。
（4）同轴电缆信号传播测试仪
BHWL －1同轴电缆信号传播测试仪前后面板如图17所示，
前面板分4个模块，包括电源开关，液晶显示屏，AB 转换开并，
连接信号源及示波器CH 1、CH 2的Q9插座。
后面板分为两个模块，一个是连接220V 交流电插座，另一
个是由六个Q9插座组成的模块，分别接同轴电缆线、测量电容
及测量电阻。
同轴电缆信号传播测试仪内部已经按行波法和驻波法连好
线路，连接外电路时只需把各仪器接在相应元器件插口上即可。
四、实验内容
1．示波器预置并观察与测量“校准信号”
图17 测试仪前后面板示意图
（1）示波器的预置
将示波器的“辉度”、“聚焦”、“水平位移”、“垂直位移”旋钮调至居中位置，按下触发方式的“自动”按钮，通电后十几秒，屏上会出现扫描线，调节“聚焦”和“辉度”使其细而清晰。
（2）利用示波器观察其左下角的“校准信号”，校正偏转系数（灵敏度）
示波器自带校准信号的电压及周期可认为是标准的，一般用来检查示波器是否正常工作，当示波器不能正常工作时用其校准各个档位。（“校准信号”幅值为2V ，频率1KHZ ）
① 将示波器“校准信号”（方波）输入到示波器通道（CH1）。
② 调节垂直偏转系数为1.0V 格、选择合适的时基扫描系数“TIME DIV ”、“方式”和“触发源”调到CH1，并调节“水平位移”及“垂直位移”使信号显示在屏中央，触发“电平”旋钮调节适中，按下电平“锁定”按钮，使波形稳定。
③ 垂直偏转系数“微调”钮分别取3个不同位置（校准位，中间位置，逆时针旋转到底的位置）测出相应偏转，用下式算出该位置的偏转系数。
y
u K = （15） 式中，u 为“校准信号”电压幅值，y 为电子束纵向偏转格数。
思考：比较三个位置的偏转系数，为什么在测量信号大小时一定要把垂直偏转“微调”旋钮沿顺时针至“校准”位置。 2．观察各种波形并测量正弦波的电压与周期
（1）将8112型函数发生器的信号接入示波器通道，分别输出方波、三角波、正弦波，在示波器上观察各种波形。
（2）将正弦波发生器的f 2和f 4信号分别接入CH1通道，在示波器上调节出大小适中、稳定的正弦波形，完成表1，绘出波形。
表1 测量结果 项目
垂直偏转系数 垂直偏转格数 水平偏转系数水平偏转格数u p -p /V u e /V T /s f /Hz f 2
f 4
3．观察李萨如图，用李萨如图测量正弦信号频率
将正弦波发生器的f 1信号接入CH1通道，将8112型函数发生器的正弦信号接入CH2通道，按下X-Y 键，将“方式”开关置于“CH2 X-Y ”档，此时“触发源”应置于“CH1X-Y ”档，示波器按“X-Y ”方式工作。
调节8112型函数发生器的正弦信号的频率在屏上分别得到f y : f x 为1:1、1:2、1:3、2:3的稳定的图形。通过观察李萨如图形，加深对垂直方向振动合成概念的理解。在坐标纸上绘出图形，列表记下相应f y 及图形与水平线相交的点数n x 与垂直线相交的点数n y 的值，由已知f y 算出待测f x 。
4．观察二极管伏安特性曲线
打开信号源和示波器，调节信号发生器输出信号选择合适频率和幅值，示波器打到X －Y 档，即可得到特征曲线。
（1）在示波器上观测硅稳压管伏安特性的全貌。
（2）在坐标纸上定量地描绘出V －I 特性曲线，确定坐标原点（把CH1和CH2都接地，看亮点是否在示波器的中心点），正确标出X 轴和Y 轴的单位和坐标。
（3）从伏安曲线中测量二极管的正向导通电压。
注意事项：
① 在测二极管伏安特性时，原理上按图5接线，但受实验室现有仪器设备本身结构的限制，示波器X 轴信号可能被短路，因此，在实际电路设计中，将图5中B 点作为接地点，A 点作为X 输入端。
② 在实验中要求正确选择低频信号的频率，一般取100Hz~1KHz 。
5．声速测量
（1）测量正弦波谐振频率并用振幅法测量声波波长
通过调节正弦波谐振频率，加深对同方向振动合成概念的理解。
① 按实验装置图7接线，使S1与S2靠拢且留有一定间隙，两端面尽量保持平行且与S2的移动方向垂直。用示波器观察加在发射头S1上的电信号和由接收头S2输出的电信号，微调信号发生器的频率，使其在压电换能谐振频率附近。缓慢移动S2可在示波器上看到正弦波振幅的变化。移到第一次振幅较大处，固定S2，再仔细调节频率，使示波器上的图形振幅最大，此时即达到谐振状态，便等于压电换能器的谐振频率。
② 振幅法测波长是利用接收换能器电压输出的极值位置的间隔来确定的。为提高精度，要求测定连续10
个间隔为30×2
λ的距离。即：连续测量第1个至第10个极大值的位置，接着，继续移动接收器，默数极大值到第31个时再连续测出十个极大值位置。由上面20个数据用逐差法计算10321,,x x x x ??????403332,,x x x ??????λ和)(λu 。
③计算声速测量中各直接测量值的不确度。其中波长测量的不确定度包括三个分量：逐差法计算中的A 类分量u a (λ)、仪器误差限Δ仪带入的B 类分量u b 1(λ) 以及位置判断不准确而产生的B 类分量u b 2(λ)。频率测量的不确定度只计测量过程信号频率不稳定而造成的B 类分量u b (f )。
④计算测定的空气声速c 及其不确定度u (c )，给出相应的结果表述。计算相应室温下空气声速的理论值，与测量值比较，计算百分差。
（2）用相位法测量声波波长
相位比较法测波长是利用李萨如图形来比较发射器交变电压和接收器电信号之间的相位差。移动接收器，依次记下椭圆蜕化为斜直线时换能器的位置，测量要求同上。
6．同轴电缆电信号传播速度的测量
（1）行波法测同轴电缆电信号传播速度实验按图11接好线路，打开信号源和示波器，调节信号发生器输出信号，取合适频率和幅值的方波，电容已固定为100pF ，在示波器上观察当终端短路和终端匹配时，CH 2处同轴电缆入射波与反射波叠加的波形，测量出信号在同轴电缆中反射一次所需时间t 及终端匹配电阻R ，并求出电信号在同轴电缆中的传播速度v 。
（2）驻波法实验按图12接线，即把同轴电缆传播信号测试仪转换为模式2（按下“B ”钮），观察李萨如图
形如图13所示，选取合适电阻R ，信号发生器输出合适正弦波，测出电压波节和电流波节对应的频率值，求出信号反射时间t ，并求出电信号在同轴电缆中的传播速度v 及电阻R 值。
五、预习思考题
回答预习要点①③④⑤问题。
六、实验后思考题
① 实验时调不出待观测的正弦波形可能的原因是什么?
② 为什么实验观察的李萨如图形不是特别稳定，需要什么方法才能做
到稳定？
③ 用示波器观测周期为0.2ms 的正弦电压，若在荧光屏上呈现了3个
完整而稳定的正弦波形，扫描电压的周期等于多少毫秒？ ④ 在双踪示波器上同时显示出两个相同频率的正弦信号（图18），请你确定两者的相位差。
⑤ 定量讨论以下几种因素给声速测量带来的误差或不确定度。
（i ）发送、接收换能器端面平行，但和卡尺行程有5°的倾斜。 （ii ）实验中温度变化≈1℃。 图18 实验后思考题④图 （iii ）振幅极大值位置的判断有≈0.1mm 的不确定性。
⑥ 在示波器的Y 轴输入频率为f y 的正弦信号，X 轴输入频率为f x 的锯齿波扫描信号，荧光屏上分别观测到(a)、(b)、(c)三种图形（图19），试给出它们的频率比f y : f x 。
(b)(a)(c)
图19 实验后思考题⑥图
附录：关于大气中声速的理论推导
连续媒质中弹性纵波的传播速度为
ρK
c = （16）
其中K 是传播媒质的体积弹性模量，定义为压力改变与体积的相对改变之比的负值，即
V
V P K /ΔΔ?= （17） 体积弹性模量与过程有关。在通常情况下，声波传播过程可认为是绝热过程，对理想气体的绝热过程有：
PV γ＝常数 （18）
其中γ为比热比，对理想的双原子气体（如空气）γ＝1.4，由式（18）得：
K ＝P γ （19）
所以 ργP c =
（20）
由理想气体状态方程 RT M PV μ= （21）
得 μρμ
RT RT V M P == （22） 代入式（20）得 μ
γRT c = （23） 其中μ是分子量；R ＝8.31441J/(mol ?K)，是气体普适常数。
在正常情况下，地面干燥空气的表观分子量=28.964，其成份主要是4/5的N a μ2和1/5的O 2，密度为
1.2922kg/m3。由式（23）可以得到在标准状况下，干燥空气中的声速是
c 0=331.45 m/s （24）
最后，获得温度为t ℃时干燥空气中声速的理论值为
15.273145.331t c t += (m/s) （25）
示波器原理及其应用 示波器介绍 示波器的作用 示波器属于通用的仪器，任一个硬件工程师都应该了解示波器的工作原理并能够熟练使用示波器，掌握示波器是对每个硬件工程师的基本要求。 示波器是用来显示波形的仪器，显示的是信号电压随时间的变化。因此，示波器可以用来测量信号的频率，周期，信号的上升沿/下降沿，信号的过冲，信号的噪声，信号间的时序关系等等。 在示波器显示屏上，横坐标（X）代表时间，纵坐标（Y）代表电压，（注，如果示波器有测量电流的功能，纵坐标还代表电流。）还有就是比较少被关注的-亮度（Z），在TEK的DPO示波器中，亮度还表示了出现概率（它用16阶灰度来表示出现概率）。 1．1．示波器的分类 示波器一般分为模拟示波器和数字示波器；在很多情况下，模拟示波器和数字示波器都可以用来测试，不过我们一般使用模拟示波器测试那些要求实时显示并且变化很快的信号，或者很复杂的信号。而使用数字示波器来显示周期性相对来说比较强的信号，另外由于是数字信号，数字示波器内置的CPU或者专门的数字信号处理器可以处理分析信号，并可以保存波形等，对分析处理有很大的方便。
1.2.1 模拟示波器 模拟示波器使用电子枪扫描示波器的屏幕，偏转电压使电子束从上到下均匀扫描，将波形显示到屏幕上，它的优点在于实时显示图像。 模拟示波器的原理框图如下： 见上图所示，被测试信号经过垂直系统处理（比如衰减或放大，即我们拧垂直按钮－volts/div），然后送到垂直偏转控制中去。而触发系统会根据触发设置情况，控制产生水平扫描电压（锯齿波），送到水平偏转控制中。 信号到达触发系统，开始或者触发“水平扫描”，水平扫描是一个是锯齿波，使亮点在水平方向扫描。触发水平系统产生一个水平时基，使亮点在一个精确的时间内从屏幕的左边扫描到右边。在快速扫描过程中，将会使亮点的运动看起来
示波器及其应用 电子示波器是现代工业生产和科学研究中应用非常广泛的测量仪器，用它可以观察和分析各种信号波形，如电流、电压、电脉冲等信号，所以，一切可以转换为电压信号的非电学量如流量、位移、速度等及其随时间变化的过程均可通过示波器进行观察和分析。由于微电子技术与计算机科学在示波器设计和生产中的应用，赋予了现代示波器记录、存储和处理信号的更加强大的功能。将过去人眼无法直接看到的电子束运动状态、信号瞬变过程以图形、曲线和字符等形式通过示波器清晰地展现在人们的面前，使得人类分析和认识快速变化的世界的能力得到进一步的扩展。所以，学习和掌握示波器的使用是现代工程技术人员进行科学分析和研究的重要途径。随着生产技术的进步和发展，示波器将朝着高清晰度、低功耗、智能化、数字化的方向发展。 本实验的目的 1．了解电子示波器的基本工作过程和电子扫描原理； 2。学会使用双踪示波器观测和分析各种信号波形； 本实验的基本用具： 4328型双通道电子示波器，变压器，实验电路板及电阻，电容、晶体二极管，电池，导线等器件。 本实验的要求： 要求学生学会示波器的基本调节方法，正确观测和记录正弦波图形，根据教材中给出的四种实验电路，分别观测和记录半波整流波形、半波整流电容滤波波形、半波整流阻容滤波波形、半波整流Π型滤波波形、掌握直流电流的观测方法、学会交直流信号电压的定量测量，能够使用示波器观察和测定两种不同电信号的瞬变过程，对两种电信号的特征进行对比、分析和研究，利用示波器测量给定信号的周期、频率及脉冲上升时间、脉冲宽度等参数，同时要求学生弄清以下内容： 1．双踪示波器的电路原理 2．示波管的结构与工作原理 3．示波器显示波形的原理 4．4328双通道示波器的调节和使用 .实验内容 1.定量测量输入信号的电压值 2.观察波形，并以1：1的比例在毫米方格纸上画出2个周期的t U y ~波形图。 （1） 正弦电压波形 （2） 整流滤波波形
示波器的原理和使用 示波器是一种用途广泛的基本电子测量仪器，用它能观察电信号的波形、幅度和频率等电参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差，一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。在实际应用中凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观测。 【实验目的】 1．了解示波器的基本结构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法。2．学会使用示波器观测电信号波形和电压幅值以及频率。 3．学会使用示波器观察李萨如图并测频率。 图1-1 示波器结构图 【实验原理】 不论何种型号和规格的示波器都包括了如图1-1所示的几个基本组成部分：示波管（又称阴极射线管，cathode ray tube，简称CRT）、垂直放大电路（Y放大）、水平放大电路（X放大）、扫描信号发生电路（锯齿波发生器）、自检标准信号发生电路（自检信号）、触发同步电路、电源等。 1．示波管的基本结构
示波管的基本结构如图1-2所示。主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，全都密封在玻璃壳体内，里面抽成高真空。 (1)电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“辉度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极电位之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚集作用，所以， H-灯丝；K-阴极；G1，G2- 控制栅极；A1-第一阳极；A2-第二阳极；Y-竖直偏转板；X-水平偏转板 图1-2 示波管结构图 第一阳极也称聚集阳极。第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚集”调节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚集”，实际是调节第二阳极电位。 (2)偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，一对水平偏转板。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。 (3)荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料的荧光粉发光的颜色不同，发光过程的延续时间（一般称为余辉时间）也不同。荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测定光点的位置用。在性能较好的示波管中，将刻度线直接刻在荧光屏玻璃内表面上，使之与荧光粉紧贴在一起以消除视差，光点位置可测得更准。2．波形显示原理
常见示波器面板功能键、钮的标示及作用 1.POWER（电源开关）：接通或关断整机输入电源。 2.FOCUS（聚焦）和ASTIG（辅助聚焦）：常为套轴电位器，用于调整波形的清晰度。 3.ROTATION（扫描轨迹旋转控制）：调整此旋钮可以使光迹和座标水平线平行。 4.ILLUM（坐标刻度照明）：用于照亮内刻度坐标。 5.A/B INTEN（A/B亮度控制）：通常为套轴电位器，作用是调节A和B扫描光迹的亮度。 6.CAL 0.5Vp-p（校正信号输出）：提供0.5Vp-p且从0电平开始的正向方波电压，用于校正示波器。 7.VOLTS/div（电压量程选择）：通常电压量程和幅度微调为套轴电位器，外调节旋钮是电压量程选择，转动此旋钮以改变电压量程；中间带开关的电位器为电压量程微调，顺时针旋到底为校正位置，逆时针调节，波形幅度，变化范围在电压/格两档之间。 8.CH1和CH2（输入信号插座）：为示波器提供输入信号。 9.AC GND DC（输入耦合开关）：用于选择输入信号的耦合方式。 10.GRIG SEL（内同步选择）：按下此键，以CH1和CH2分别作为内同步信号源。 11.CH POL（信号倒相）：按下此键，输入信号倒相180°。 12.VERTICAL MODE（垂直工作方式选择）：分别按下CH1、CH2、ALT、COHP、ADD、X-Y键，屏幕显示依次为CH1、CH2、CH1和CH2交替、CH1和CH2断续、CH1和CH2代数和、CH1垂 直/CH2水平等方式。 13.POSITION（位移调节）：调节CH1和CH2输入信号0电平在屏幕的起始位置。 14.UNCAL（不校正指示）：当CH1和CH2电压量程微调不在校正位置时，对应的不校正指示灯点亮。 15.TIME（扫描时间调整）：外旋钮调节A扫描速度，内旋钮调节B扫描速度。 16.B.VAR、TRACE SEP（B扫描微调和A/B扫描轨迹分离）：一般情况下，涂有红色的旋钮为B扫描微调，提供连续可变的非校正B扫描速度。 17.DELAY TIME（扫描延迟时间调节）：选择A和B扫描启动之间的延迟时间。
电子报/2011年/2月/20日/第007版 综合维修 电子示波器的故障检修(三) 河南郜振国 (续前) 17.有光点而无扫描线。 这是示波器中经常遇到的一种故障，可以从以下几个方面来检查。 (1)首先，要检查示波管的X轴偏转板引线与管座接触是否良好，各转换开关接触是否良好，X轴输入选择是否置于“扫描”各挡。 (2)检查扫描信号发生器各部分电路、元件和电源是否正常。当置于触发扫描挡时，要检查触发信号是否已经加入，其幅度是否能可靠地触发扫描电路。当操作无误但还是没有扫描基线出现时，应检查扫描发生器和X轴系统是否正常，此时可将X轴输入选择开关置于“输入”挡，接触X轴输入接线柱，如荧光屏上出现外界感应的交流信号，则X轴系统没有故障，问题就可能出现在扫描发生器部分。 18.波形线性不良(波形前紧后松或前松后紧)。 当示波器的扫描是理想的锯齿波时，示波器的光点将匀速地自左向右扫描，如果扫描波不是锯齿波时，则光点扫描速度就不是匀速的；如果波形是指数型，则波形出现前松后紧故障；如果波形是对数曲线形时，扫描线就出现前紧后松故障，这两种故障都是扫描速度的非线性引起的被测信号失真，这是不允许的。为此，必须检查相关锯齿波的电路部分，查处故障元件(如积分电容)。 19.扫描基线拉不开。 原因可能有以下几个方面: (1)X轴放大电路故障。比如，放大量下降，静态工作点偏移过大，使管子进入饱和区或者截止区，波段开关接触不良、衰耗太大等。 (2)扫描发生器产生的扫描电压幅度过低，也是扫描基线拉不开的一个原因。引起扫描幅度过低的原因也很多，比如电源电压过低，扫描时间调节电阻和电容变质，管子衰老、波段开关接触不良等。 (3)如果示波管X轴偏转板引线端子与管座接触不良，也会出现扫描基线拉不开的现象。 20.出现回扫信号。 示波器中加至X轴偏转板的扫描电压是与时间成正比的锯齿波，锯齿波的扫描正程是与时间成正比的线性上升电压，而扫描结束返回起始点的过程(成为回扫)时间非常短。如果电路结构和元件参数不同，这种回扫时间也就不同。如果扫描电路出现某种故障，造成回扫时间过长，则在这段时间内，被测信号仍然作用在Y轴偏转板上，故光点不仅有从右到左的水平位移，而且还有随信号变化的垂直位移，这样，在示波器荧光屏上就会出现回扫信号，影响观察效果。严重时，甚至无法进行观察。这种故障一出现在扫描系统，会导致回扫期加长，增辉电路或抹迹电路失去作用等。 21.光点波动故障。 当没有扫描信号和被测信号加至示波管偏转板时，示波器光点是不应改变的。引起光点抖动的原因很多。 (1)示波管引线端子间由于积灰过多、胶木变质、受潮等能够引起极间放电，会引起光点抖动。 (2)在X轴和Y轴放大系统方面，对于不能测量直流信号的示波器，其Y轴系统各级之间有隔直电容，故各级直流工作点相互不影响。而对于可以观测直流信号的电子示波器，放大电路中
电子示波器的原理和使用 示波器是一种用途广泛的电子测量仪器，用它能直接观察电信号的波形，也能测定电压信号的幅度、周期和频率等参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差或相位差。凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观测。借助示波器我们可以直观地“看到”电路各点的状态。示波器的扫描方式是一个可以看到波形的“电压表”；Ｘ－Ｙ方式可以观察两个电子信号的垂直方向的合成，因此示波器是电子工作者的重要工具。 一. 实验目的 1. 了解示波器的原理。 2. 学会使用示波器的扫描应用和Ｘ－Ｙ方式应用。 二. 实验仪器 示波器、信号源、甲电池等 三. 实验原理 电子示波器（简称示波器）是一种能将随时间变化的电压信号直观的显示在荧光屏上的仪器。示波器由示波管、Y 轴系统、X 轴系统等组成。图3-23-1是示波器的原理框图。 (１) 示波器的聚焦和偏转原理 图3-23-1示波器的原理框图
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3-23-2所示。示波管的正面是一个涂有荧光物质的园形屏，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：阴极由灯丝通电后加热后，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V 0 ,电子到达第二阴极的速度为V 2 ,阴极和阳极之间的电压为U 2 ,则有： 121 2202mV mV eU -= 式中m 是电子的质量，且V 0< 目录 摘要 (2) 1示波器发展及简介 (2) 1.1示波器的发展 (2) 1.2模拟示波器 (2) 1.3数字示波器 (3) 2数字示波器的原理 (3) 2.1数字示波器的整体结构图 (3) 2.2基本原理 (4) 2.3系统控制部分 (4) 2.4取样存储部分 (4) 2.5读出显示部分 (5) 3数字示波器的技术参数 (5) 3.1最高数字化采样率 (5) 2.2带宽 (6) 3.3波形捕捉率 (6) 3.4分辨力 (7) 3.5扫描时间因数t/div (7) 4数字示波器使用时的注意事项 (7) 4.1区分模拟带宽和数字实时带宽 (7) 4.2有关采样速率 (8) 参考文献 (8) 数字示波器原理及应用 摘要 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它不仅会在电子类专业平时的实验中会经常用到，在我们以后的工作生活中也会经常的用到示波器这种仪器。本文主要是结合平时做实验以及从别的方面了解到示波器的基础上，介绍示波器的发展、构造及原理,并阐述了示波器在学习、工作中的应用及其维修方面的一些常识。 关键词：数字示波器；发展；原理；应用； 1示波器发展及简介 1.1示波器的发展 示波器是一种用途之分广泛的电子测量仪器，它自1933年诞生至今已经有60多年的历史。第一台示波器十分简单,由一支示波管一个电源和一个简单的扫描电路组成,只能用于观察信号。第二次世界大战前后,随着无线电通讯和雷达技术发展,对示波器提出迫切要求,促使示波器在电路结构技术指标等方面有了很大改进,这时的示波器能对信号进行定量的测量。随着微型计算机和仪器通用接口的出现,将示波器的自动化发展推到了崭新的水平。微型计算机引人到了示波器,给传统的示波器带来了巨大的冲击和影响,使示波器在设计、性能、功能、使用、操作以及故障诊断等方面都产了巨大的变化。示波器在内部电路结构上也随着半导体制造工艺以及各种大规模和专用的集成电路的影响由晶体管发展到集成电路,电路形式上由模拟电路发展到数字电路,功能上已从时域分析发展到数据域分析和频域分析。目前示波器已经由通用示波器发展到取样示波器、记忆示波器、数字存储示波器、逻辑示波器、智能化示波器等近十大系列,几百个品种,现在市场上性能较好的示波器应属数字存储示波器。但总结以上示波器的分类也可以概括性的分为模拟示波器和数字示波器 1.2模拟示波器 模拟示波器（也叫通用示波器）采用的是模拟电路（示波管，其基础是电子枪）电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。它是最早发展起来的示波器,应用也最广泛,能够定性定量的 示波器探头原理 示波器因为有探头的存在而扩展了示波器的应用围，使得示波器可以在线测试和分析被测电子电路，如下图： 图1 示波器探头的作用 探头的选择和使用需要考虑如下两个方面： 其一：因为探头有负载效应，探头会直接影响被测信号和被测电路； 其二：探头是整个示波器测量系统的一部分，会直接影响仪器的信号保真度和测试结果 一、探头的负载效应 当探头探测到被测电路后，探头成为了被测电路的一部分。探头的负载效应包括下面3部分： 1. 阻性负载效应； 2. 容性负载效应； 3. 感性负载效应。 图2 探头的负载效应 阻性负载相当于在被测电路上并联了一个电阻，对被测信号有分压的作用，影响被测信号的幅度和直流偏置。有时，加上探头时，有故障的电路可能变得正常了。一般推荐探头的电 . . 阻R>10倍被测源电阻，以维持小于10%的幅度误差。 图3 探头的阻性负载 容性负载相当于在被测电路上并联了一个电容，对被测信号有滤波的作用，影响被测信号的上升下降时间，影响传输延迟，影响传输互连通道的带宽。有时，加上探头时，有故障的电路变得正常了，这个电容效应起到了关键的作用。一般推荐使用电容负载尽量小的探头，以减小对被测信号边沿的影响。 图4 探头的容性负载 感性负载来源于探头地线的电感效应，这地线电感会与容性负载和阻性负载形成谐振，从而使显示的信号上出现振铃。如果显示的信号上出现明显的振铃，需要检查确认是被测信号的真实特征还是由于接地线引起的振铃，检查确认的方法是使用尽量短的接地线。一般推荐使用尽量短的地线，一般地线电感=1nH/mm。 . . 图5 探头的感性负载 二、探头的类型 示波器探头大的方面可以分为：无源探头和有源探头两大类。无源有源顾名思义就是需不需要给探头供电。 无源探头细分如下： 1. 低阻电阻分压探头； 2. 带补偿的高阻无源探头（最常用的无源探头）； 3. 高压探头 有源探头细分如下： 1. 单端有源探头； 2. 差分探头； 3. 电流探头 最常用的高阻无源探头和有源探头简单对比如下： 表1 有源探头和无源探头对比 低阻电阻分压探头具备较低的电容负载（<1pf)，较高的带宽（>1.5GHz），较低的价格， . . 示波器的原理和应用 精编资料 简介:示波器的原理和应用【教学目的】1. 了解示波器的主要组成部分,扫描和整步的作用...一,实验原理示波器动态显示随时间变化的电压信号思路是将电压加在电极板上,极板... 关键词:原理,应用 示波器的原理和应用 【教学目的】 1. 了解示波器的主要组成部分，扫描和整步的作用原理，加深对振动合成的理解。 2. 熟练使用示波器观察信号特征(正弦波、三角波、方波)，利用李萨如图形测量信号频 率。 【教学重点】 了解示波器的基本结构、工作原理及使用方法。 【教学难点】 1. 熟练掌握示波器各主要旋钮的作用和用法。 2. 能使用示波器观察信号特征(正弦波、三角波、方波)，且会利用李萨如图形测量信 号频率。 【课程讲授】 提问:1. 示波器的工作原理以及主要组成部分是什么,其主要用途有哪些, 2. 如何使用示波器观察各种信号特征以及测量信号频率, 一、实验原理 示波器动态显示随时间变化的电压信号思路是将电压加在电极板上，极板间形成相应的变化电场，使进入这变化电场的电子运动情况相应地随时间变化，最后把电子运动的轨迹用荧光屏显示出来。示波器主要由示波管(见图1))和复杂的电子线路构成。示波器的基本结构见图2。 图1 示波管示意图 图2 示波器的基本结构简图 1.偏转电场控制电子束在视屏上的轨迹 Y,U 偏转电压U与偏转位移Y(或X)成正比关系。如图3所示:。 y 图3偏转电压U与偏转位移Y 如果只在竖直偏转板(Y轴)上加一正弦电压，则电子只在竖直方向随电压变化 而往复运动，见图4。要能够显示波形，必须在水平偏转板(X轴)上加一扫描电 压，见图5。 图4 信号随时间变化的规律 (加在Y偏转板) 图5 锯齿波电压(加在X偏转板) 示波器显示波形实质:见图6，沿Y轴方向的简谐运动与沿X轴方向的匀速运动 合成的一种合运动。显示稳定波形的条件:扫描电压周期应为被测信号周期的整数倍，即T=nTxy (n=1，2，3…)(见图7) 2.同步扫描(其目的是保证扫描周期是信号周期的整数倍) 若没有“扫描”(横向的扫描电压)，被测信号随时间规律变化规律就显示不出来;如果没有“整步”，就得不到稳定的波形图像。 为了达到“整步”目的，示波器采用三种方式:“内整步”:将待测信号一部分 加到扫描发生器，当待测信号频率f有微小变化，它将迫使扫描频率f追踪其变化，保证波形的完yx 整稳定;“外整步”:从外部电路中取出信号加到扫描发生器，迫使扫描频率fx 变化，保证 实验报告 班级： 姓名： 学号： 一、实验名称 电子示波器的使用 二、实验目的 1、学会用示波器测量各种波形的电压幅度和周期； 2、能够调节稳定的李萨茹图形，并测量被测信号的频率。 三、实验仪器 OS-5020型示波器、EE1641B 型函数信号发生器/计数器、GFG-8015G 型函数信号发生器 四、实验原理 利用示波器所做的任何测量，都是归结为对电压的测量。测试电压时，一般测量其峰-峰值pp U ，即从峰波到峰谷之间的电压值。将被测波形移至示波管屏幕的中心位置，用灵敏度开关将被测波形控制在屏幕有效工作面积的范围内，一般把Y 轴灵敏度开关的微调旋钮顺时针旋转到底。用刻度标尺分别读出与电压峰-峰值对应的垂直距离y ，如图所示，这样被测的电压的峰-峰值pp U 等于灵敏度开关指示值和被测信号所占的纵轴坐标值y 的乘积： )//()(div mV div V Y cm y U pp 或轴灵敏度选择?= 测量波形的周期时，先讲扫描速度微调开关顺时针旋转至底，调节扫描速度选择开关， 使荧光屏上显示出2~3个周期的波形，那么一个周期波形所对应的水平距离x 与扫描速度选择开关指示值的乘积为该波的周期： )///()(div s div ms div s cm x T μ或、扫描速度选择?= 如果两个相互垂直的简谐振动的频率不相同，但它们之间有简单的整数比关系，则合振动的轨迹为有一定规则的稳定的闭合曲线，这样的图形称为李萨如图形。当n=1，2，3，3/2时，各图形如图2所示。 李萨如图形可用来测量未知频率。将TIME/DIV 顺时针旋至“X-Y ”位置，此时示波器内部锯齿形扫描电压的输出停止，此时加在X 偏转板上的电压由1Y 通道输入的外界信号提供，而Y 偏转板上的电压由加在2Y 通道的信号提供。分别调节1Y 和2Y 通道的灵敏度旋钮，时荧光屏上显示的两个波形幅度相近。调节信号发生器的频率，使两正弦波的频率比n 为有理数，形成稳定的李萨如图形。 令x f 、y f 分别代表X 轴偏转板上和Y 轴偏转板上的电压频率，x N 代表X 方向的切线和图形相切的切点数，y N 代表Y 方向的切线和图形相切的切点数，则有 y x x y N N f f = 如果已知x f ，则有李萨如图形和上式可求出y f 。 五、实验步骤 1、熟悉示波器的信号发声器面板各旋钮的作用，并将各开关置于指定位置。 示波器的原理和使用 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) 掌握模拟示波器和函数信号发生器的使用方法； (3) 观察正弦、矩形、三角波等信号发生器的使用方法； (4) 通过示波器观察李萨如图形，学会一种测量正弦振动频率的方法，并加深对互相垂直振动合成理论的理解。 实验方法原理 (1) 模拟示波器的基本构造 示波器主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描信号放大器、触发同步等几个基本部分组成。 (2) 示波器显示波形原理 如果只在垂直偏转板上加一交变正弦电压，则电子束的亮点随电压的变化在竖直方向上按正弦规律变化。要想显示波形，必须同时在水平偏转板上加一扫描电压，使电子束所产生的亮点沿水平方向拉开。 (3) 扫描同步 当扫描电压的周期T x 是被观察周期信号的整数倍时，扫描的后一个周期扫绘的波形与前一个周期完全一样，荧光屏上得到清晰而稳定的波形，这叫做信号与扫描电压同步。 (4) 多踪显示 根据开关信号的转换频率不同，有两种不同的时间分割方式，即“交替”和“断续”方式。 (5) 观察李萨如图形并测频率 x y y x f f N Y N X =数方向切线对图形的切点数方向切线对图形的切点 实验步骤 (1) 熟悉示波器各控制开关的作用，进行使用前的检查和校准。 (2) 将信号发生器的输出信号连接到示波器的CH1或CH2，观察信号波形。 (3) 用示波器测量信号的周期T 、频率f 、幅值U 、峰－峰值Up-p 、有效值Urms,频率和幅值任选。 (4) 观察李萨如图形和“拍”。 (5) 利用多波形显示法和李萨如图形判别法观测两信号的相位差 ① 多波形显示法观测相位差。 ② 李萨如图形判别法观测相位差。 数据处理 0p p u p p =-= --显显U U U E 000=-=T T T E T π 2 4 44 2 4 π2 0 频率相同位相不同时的李萨如图形 实验3-9 示波器的原理及应用 前言 示波器是经常使用的电子仪器。凡是随时间变化的各种电信号都可以用示波器来观察它们的波形，测量它们的相位、频率以及电流、电压的大小。因此一切可以转化为电量的非电信号都可以用示波器来观察。本实验主要是学习示波器的使用，利用示波器对电信号的波形进行观察，并对电信号的变化进行测量。 【实验目的】 1.了解示波器的主要组成部分、工作原理及使用方法。 2.会正确使用示波器展示波形，并利用其测量信号和观测李沙育（Lissajous）图形等。【仪器用具】 CS-4125双踪示波器，信号源 【实验原理】 电子示波器是利用电子束的偏转来复现电信号的瞬时图像的一种电子测试仪器。它能将电信号随时间迅速变化的规律以可见光的形式显示出来，这是普通的电工测试仪表所无法胜任的。示波器具有直观、灵敏、反应速度快、输入阻抗高等优点。 示波器的型号和规格很多，它们都包括下图3-9-1所示的几个基本组成部分：示波管、Y轴系统、X轴系统和电源等。 示波管是电子示波器的核心，如图3-9-2所示。它是一个高真空度的静电控制的电子束玻璃管。示波管的阴极被灯丝加热后发射出大量电子，这些电子穿过控制栅后，受第一、第二阳极的聚焦和加速作用，形成一束电子束，电子束通过偏转板打在示波管的荧光屏上，形成亮点。亮点的亮度与通过控制栅极中心小孔的电子密度成正比，改变控制栅极的电压，就可以改变光点亮度，此即为辉度（亮度）调节。改变聚焦阳极和加速阳极的电压可以影响电子束的聚焦程度，使光点的直径最小，图像最清晰，这就是聚焦调节。亮点在荧光屏上的位移与偏转板上所加的电压成正比，因此，亮点的运动轨迹描绘出纵偏和横偏信号合成运动规律的图像。 电子示波器实验报告 一、名称：电子示波器的使用二、目的： 1．了解示波器的基本结构和工作原理,掌握示波器的基本调节和使用方法。 2．学会使用常用信号发生器；掌握用示波器观察电信号波形的方法。 3．学会用示波器测量电信号电压、周期和频率等电参量。 4．学会用示波器观察利萨如图形。 三、器材： 1、OS-5020型示波器。 2、EE1641B型函数信号发生器/计数器。 3、GFG-8015G 型函数信号发生器。 四、原理： 1、示波器的基本结构： 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 Y输入 外触发X输入 2、示波管结构简介： 3、电子放大系统： 竖直放大器、水平放大器 作用：在偏转板上加足够的电压，使电子束获得明显偏移；对较弱的被测信号进行放大。 4、扫描触发系统：扫描发生器：产生一个与时间成正比的电压作为扫描信 号。 触发电路：形成触发信号。示波器工作在自动材料学院专业材料物理班级0705 姓名童凌炜学号XX67025 实验台号实验时间XX 年 11 月 18 日，第13周，星期二第 5-6 节实验名称示波器的原理与使用 教师评语 实验目的与要求： 了解示波器的工作原理 学习使用示波器观察各种信号波形用示波器测量信号的电压、频率和相位差 主要仪器设备： YB4320G 双踪示波器， EE1641B型函数信号发生器 实验原理和内容： 1. 示波器基本结构 示波器主要由示波管、放大和衰减系统、触发扫描系统和电源四部分组成，其中示波管是核心部分。 示波管的基本结构如下图所示，主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分组成，由外部玻璃外壳密封在真空环境中。 图片已关闭显示，点此查看 电子枪的作用是释放并加速电子束。其中第一阳极称为聚焦阳极，第二阳极称为加速阳极。通 清华大学实验报告 系别：机械工程系班号：机械72班姓名：车德梦（同组姓名：）作实验日期2008年11月19日教师评定： 实验3.12 示波器的原理和使用 一、示波器的原理 示波器的规格和型号很多，就其显示方式来说主要有阴极射线示波管和液晶显示两种。阴极射线示波器一般都包括示波管（阴极射线管，CRT）、竖直放大器、水平放大器、扫描发生器、触发同步和直流电源等。 1．示波管的基本结构 示波管主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分，全都密封在玻璃外壳内，里面抽成高真空。 （1）电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯丝通电后加热阴极，阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。控制栅极是野鸽顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制 作用，只有初速度较大的电子才能穿过其顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。可以通过调节札记电位来控制射向荧光屏的电子流密度从而改变荧光屏的光斑亮度。当控制栅极、第一阳极和第二阳极三者的电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦的作用，所以第一阳极也称聚焦阳极，第二阳极电位更高，又称加速阳极。 （2）偏转系统：它有两队互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板和一对水平偏转板，加以适当电压可以使电子束运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置发生改变。 （3）荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料的荧光粉发光的颜色不同，发光过程的延续时间（一般成为余辉时间）也不同。在性能好的示波管中，荧光屏玻璃内表面上直接刻有坐标刻度，供测定光点位置用。荧光粉紧贴坐标刻度以消除视差，光点位置可测得准确。 2．示波器显示波形的原理 如果在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，同时在水平偏转板上加一扫描电压（锯齿波电压），电子受竖直、水平两个方向的力的作用，电子的运动是相互垂直的运动的合成。当锯齿波电压与正弦电压的变化周期相等时，在荧光屏上将能显示出完整周期的所加正弦电压的波形图。 3．同步的概念 如果正弦波和锯齿波电压的周期稍不同，屏上出现的将是一移动着的不稳定图形。如果T x稍小于T y，屏上显示的波形每次都不重叠，好像波形在向右移动。同理，如果T x比T y稍大，则好像在向左移动。以上描述的情况在示波器使用过程中经常会出现。其原因是扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不呈整数倍，以致每次扫描开始时波形曲线上的起点均不一样所造成的。 为了获得一定数量的完整周期波形，示波器上设有“TIME/DIV”（时间分度）调解旋钮，用来调节锯齿波电压的周期T x（或频率f x），使之与被侧信号的周期T y（或频率f y）呈合适的关系，从而，在示波器屏上得到所需数目的完整的被测波形。 输入Y轴的被测信号与示波器内部的锯齿波电压是互相独立的。由于环境或其它因素的影响，它们的周期会发生微小的改变。为此示波期内装有扫描同步装置，在适当调节后，让锯齿波电压的扫描起点自动跟着被测信号改变，这就称为整步（或同步）。调节示波器面板上的“TRIG LEVER（触发电平）”一般能使波形稳定下来。 4．利萨如图形的基本原理 如果示波器的X和Y输入时频率相同或者简单整数比的两个正弦电压，则屏上的光点将呈现特殊形状的轨迹，这种轨迹图形称为利萨如图形。如果做一个限制光点x、y方向变化范围的假象方框，则图形与此框相切时，横边上的切点数n x与竖边上的切点数n y 之比恰好是Y和X输入的两正弦信号的频率之比。若出现有端点与假想边框相接时，，应把一个端点计为半个切点。所以利用利萨如图形可以方便地比较出两个正弦信号的频率。若已知其中一个信号的频率，数出图上的切点数n x和n y，便可算出另一待测信号的频率。 2007年试题 18．在电子示波器中，为了改变荧光屏亮点的辉度，主要改变： A ．第一阳极电压 B ．第二阳极电压 C ．第三阳极电压 D ．栅阴极之间的电压 35．为了从荧光屏上观察到被测信号的起始部分，在示波器的Y 通道中要插入延迟线，以 补偿X 通道中固有的延迟。 52．如果需要对两个低频信号进行比较，需选用 示波器，且采用 显示方式。 2008年试题 *15.被测信号、触发脉冲、扫描电压和示波器上显示的波形如题 极性、触发电平应该为： A. 正极性触发、零电平 B .负极性触发、正电平 C. 负极性触发、负电平 D .正极性触发、正电平 *32.示波器的交替显示指被测信号被分裂为许多光点，然后把两个信号的光点轮流地显示在屏幕上。 *46.用示波器测量信号前，应将 和 旋钮置于校正位置。 *54.（10分）被测电路如题图53a 所示，输入端加上幅值5V ，频率1.25kH Z 正弦波信号。 （1）（6分）双踪示波器的显示屏如题图b 所示。将CH1探头衰减开关拨到×10位置，CH2探头衰减开关拨到×1位置。在CH1和CH2均无输入信号时，将2个扫描基线调整到垂直方向居中的位置。将CH1探头连到Vi ，CH2探头连到图中A 点。为了测量上述2个电压值，CH1和CH2的偏转因数和扫描时间因数的最佳值分别为多少（微调处于校正位置）?此时，观察到 CH1和CH2的信号在垂直方向的峰峰值高度占多少格？被测信号一个周期的水平长度为多少格？ (示波器的相关技术性能如下： CH1和CH2的偏转因数： 0.1 V/div, 0.2 V/div, 0.5 V/div ，1 V/div, 2 V/div, 5 V/div; 扫描时间因数：0.01ms/div, 0.02ms/div, 0.05ms/div ,0.1ms/div, 0.2ms/div, 0.5ms/div, 1ms/div, 2ms/div, 5ms/div; 水平扩展倍率k=5) （2）（2分）将CH1探头连到Vi ，CH2探头连到图中A 点。选择X-Y 工作方式，画出此时显示的波形； （3）（2分）将CH1探头连到ui ，CH2探头连到u 。，要求显示如题图c 所示的波形，采用 被测信号 显示波形 扫描电压 示波器的原理和使用（仿真实验） 示波器是一种多用途的现代测量工具，它可直接观察电信号的波形，也能测定电压信号的幅度、周期和频率等参数。双踪示波器不仅能独立观察两种信号的波形，以便对它们进行对比、分析和研究，还能测量两个信号之间的时间差和相位差。一切可以转化为电压的其他电学量（如电流、电功率、阻抗、位相等）和非电学量（如温度、位移、压强、磁场、频率等）都可以用示波器来进行观测。用示波器研究物理现象与规律已经形成一种物理实验方法——示波法。 [预习提要] 1．示波器由哪几部分组成弄清楚示波管的结构与作用。 2．示波器是怎样显示波形的显示完整而稳定波形的条件是什么 3．扫描有哪两种形式弄清它们的意义。 4. “同步”是什么意思如何使用与同步有关的“电平”旋钮 5．电压、频率如何测量 [实验目的] 1. 了解示波器的基本原理和结构； 2. 学习使用试播观察波形和如何用示波器进行相关测量。 [实验原理] 详细原理请参考教材第148页《示波器的原理和使用》及实验指导书相关内容。 [实验内容] 1.校准示波器； 2.直接法测量未知信号电压； 3.利用直接测量法与李萨如图测量法测量未知信号频率； 4.观测两个通道信号的组合。 [仿真实验操作方法] 1.系统的启动 在系统主界面上选择“示波器”并单击，即可进入示波器仿真实验平台，显示平台主窗口——实验室场景（图1）。单击鼠标右键可弹出实验主菜单，用鼠标单击菜单选项，即可进入相应的实验内容（若单击“退出”，则退出示波器实验）。 图1 2.系统主菜单 （1）示波器原理： 单击主菜单上的“示波器原理”，打开示波器原理窗口。在窗口中单击鼠标右键，可弹出示波器触发方式选择菜单，如图2所示。分别选择不同的触发方式将显示示波器的成象原理，选择“退出”将返回示波器实验平台主窗口。 （2）示波器方框图 选择主菜单的“示波器方框图”，弹出示波器方框图窗口，如图3所示。单击鼠标，将返回示波器实验平台主窗口。 大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 18 日，第13周，星期 二 第 5-6 节 实验名称 示波器的原理与使用 教师评语 实验目的与要求： （1） 了解示波器的工作原理 （2） 学习使用示波器观察各种信号波形 （3） 用示波器测量信号的电压、频率和相位差 主要仪器设备： YB4320G 双踪示波器， EE1641B 型函数信号发生器 实验原理和内容： 1. 示波器基本结构 示波器主要由示波管、放大和衰减系统、触发扫描系统和电源四部分组成， 其中示波管是核心部分。 示波管的基本结构如下图所示， 主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分组成， 由外部玻璃外壳密封在真空环境中。 成 绩 教师签字 电子枪的作用是释放并加速电子束。 其中第一阳极称为聚焦阳极， 第二阳极称为加速阳极。 通 过调节两者的共同作用， 可以使电子束打到荧光屏上产生明亮清晰的圆点。 偏转系统由X 、Y 两对偏转板组成， 通过在板上加电压来使电子束偏转， 从而对应地改变屏上亮点的位置。 荧光屏上涂有荧光粉， 电子打上去时能够发光形成光斑。 不同荧光粉的发光颜色与余辉时间都不同。 放大和衰减系统用于对不同大小的输入信号进行适当的缩放， 使其幅度适合于观测。 扫描系统的作用是产生锯齿波扫描电压(如左上图所示)， 使电子束在其作用下匀速地在荧光屏周期性地自左向右运动， 这一过程称为扫描。 扫描开始的时间由触发系统控制。 2. 示波器的显示波形的原理 如果只在竖直偏转板加上交变电压而X 偏转板上五点也是， 电子束在竖直方向上来回运动而形成一条亮线， 如左图所示： 如果在Y 偏转板和X 偏转板上同时分别加载正弦电压和锯齿波电压， 电子受水平竖直两个方向的合理作用下， 进行正弦震荡和水平扫描的合成运动， 在两电压周期相等时， 荧光屏上能够显示出完整周期的正弦电压波形， 显像原理如右图所示： 3. 扫描同步 为了完整地显示外界输入信号的周期波形， 需要调节扫描周期使其与外界信号周期相同或成合适的关系。 当某些因素改变致使周期发生变化时，使用扫描同步功能， 能够使扫描起点自动跟踪外界信号变化， 从而稳定地显示波形。 步骤与操作方法： 1. 示波器测量信号的电压和频率 对于一个稳定显示的正弦电压波形， 电压和频率可以由以下方法读出 h a U p p ?=-， 1)(-?=l b f 实验十示波器的原理和使用 示波器是电工、电子、计算机等设备设计、调试和维修中使用得最广泛、功能最强大的电子测量仪器之一，它可以把原来肉眼看不见的变化电压变换成可见的图像，使人们可以直接观察电信号波形高速变化的情况，研究它们的瞬间变化过程。在科学研究和工农业生产中，示波器被广泛地用来测定电信号的幅度、周期、频率和位相等各种参数。通过各种传感器，示波器还可用来观察各种物理量、化学量、生物量等高速变化的过程，成为科学研究和生产活动中强有力的检测工具。 【实验目的】 （1）了解示波器的基本结构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法。 （2）学会使用示波器观测电信号波形和电压幅值以及频率。 （3）学会使用示波器观察李萨如图并测频率。 【实验原理】 不论何种型号和规格的示波器都包括了如图1所示的几个基本组成部分：示波管（又称阴极射线管，cathode ray tube，简称CRT）、垂直放大电路（Y放大）、水平放大电路（X放大）、扫描信号发生电路（锯齿波发生器）、自检标准信号发生电路（自检信号）、触发同步电路、电源等。 Y X轴输入 图1 示波器基本组成框图 1. 示波管的基本结构 示波管的基本结构如图2所示。主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，全都密封在玻璃壳体内，里面抽成高真空。 （1）电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下射向荧光屏。示波器面板上的“辉度”调整就是通过调节栅极电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了荧光屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极电位之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，所以，第一阳极也称聚焦阳极。第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚焦”调节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚焦”，实际是调节第二阳极电位。 （2）偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，一对水平偏转板。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。 （3）荧光屏：荧光屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料的荧光粉发光的颜色不同，发光过程的延续时间（一般称为余辉时间）也不同。荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测定光点的位置用。在性能较好的示波管中，将刻度线直接刻在荧光屏玻璃内表面上，使之与荧光粉紧贴在一起以消除视差，光点位置可测得更准。 图2 示波管结构图 H-灯丝K-阴极G1，G2- 控制栅极A1-第一阳极A2-第二阳极Y-竖直偏转板X-水平偏转板 2. 波形显示原理 （1）仅在垂直偏转板（Y偏转板）加一正弦交变电压：如果仅在Y偏转板加一正弦交变电压，则电子束所产生的亮点随电压的变化在y方向来回运动，如果电压频率较高，由于人眼的视觉暂留现象，则看到的是一条竖直亮线，其长度与正弦信号电压的峰-峰值成正比，如图3所示。 （2）仅在水平偏转板加一扫描（锯齿）电压：为了能使y方向所加的随时间t变化的信号电压U y(t)在空间展开，需在水平方向形成一时间轴。这一t轴可通过在水平偏转板加一如图4所示的锯齿电压U x(t)，由于该电压在0～1时间内电压随时间成线性关系达到最大值，使电子束在荧光屏上产生的亮点随时间线性水平移动，最后到达荧光屏的最右端。在1～2时间内（最理想情况是该时间为零）U x(t)突然回到起点（即亮点回到荧光屏的最左端）。如此重复变化，若频率足够高的话，则在荧光屏上形成了一条如图4所示的水平亮线，即t轴。 常规显示波形：如果在Y偏转板加一正电压（实际上任何所想观察的波形均可）同时在X偏转板加一锯齿电压，电子束受竖直、水平两个方向的力的作用下，电子的运动是两相互垂直运动的合成。当两电压周期具有合适的关系时，在荧光屏上将能显示出所加正弦电压完整周期的波形图。如图5所示。示波器简介及其应用
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