物理实验数字示波器
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-1 实验13 数字存储示波器
实验目的
1．了解示波器的基本工作原理和结构；
2．学习示波器的基本使用方法；
3．学习使用示波器测量正弦波信号的电压和周期；
4．学习使用示波器观察李萨如图形。
实验仪器
GDS2062数字存储示波器、F05A型数字信号发生器等
实验原理
1．数字存储示波器的基本原理
数字存储示波器（简称数字示波器）与模拟示波器的结构完全不同，它是以微处理器系统（CPU）为核心，再配以数据采集系统、显示系统、时基电路、面板控制电路、存储器及外接控制器等组成。其简单工作原理见图。
输入的模拟信号首先经垂直增益电路进行放大或衰减变成适于数据采集的模拟信号,随后的数据采集是将连续的模拟信号通过取样保持电路离散化,经A/D变换器变成二进制数码,再将其存入存储器中,采集是在时基电路的控制下进行的,采集的速率可通过“秒/格”旋钮来控制。采集到的是一串数据流(二进制编码信息),在CPU的控制下依次写入随机存储器中,这些数据就是数字化的波形数据,CPU再不断地将这些数据以定速依次读出,通过显示电路将其还原成连续的模拟信号,使其在显示器上显示出来,屏幕在显示波形的同时,还通过微处理器对采集到的波形数据进行各种运算和分析,并将结果在显示器的适当位置上数字显示出来。面板上的按钮和旋钮的功能设置都可直接在显示器上数字显示,数字示波器还有RS-232、GPIB等标准通信接口,可根据需要将波形数据送到计算机作更进一步的处理或送打印机打印记录。
2．GDS2062数字存储示波器基本操作
图13-1 数字示波器的工作原理图
A区：功能控制
D区：触百度文库 - 好好学习，天天向上
-2
打开示波器后面的电源开关，按ON/键，示波器通电自检，按AUTOSET键，示波器自动显示合适的波形。
（1）垂直控制区的操作
通道选择：
按下CH1，黄色指示灯亮，示波器显示黄色线为CH1通道信号，按“AUTOSET”键，示波器自动显示合适的波形。同样按下CH2，蓝色指示灯亮，示波器显示蓝色线为CH2通道信号。
垂直功能的设置
调节“位置”旋钮，曲线上下移动，调节“垂直档位”旋钮波形在垂直方向发生变化。
（2）水平控制区
水平功能的设置
调节“水平位置” 旋钮，曲线左右移动，调节“水平档位” 旋钮波形在水平方向发生变化。
水平菜单的设置：
按下“水平菜单”，选择F1，显示水平主时基，选择F5，进入XY显示模式，这时将X、Y两信号作垂直方向叠加。当两正弦信号频率成整数比时，出现稳定的李萨如图形。
3．F05A型数字信号基本操作
（1）基本操作规则：
F05A型数字信号发生器的按键大多数是多功能键。每个按键的基本功能表示在该按键上，按下即可；第二功能用蓝色表示在该按键上方，按下“shift”键再按下该键即可实现第二功能；最底下一排标有“s/Vpp/N”等单位还可用作输入单位。
（2）基本操作方法
信号频率输入：按下“频率/周期”（显示屏已经显示频率则不用按）；接下来有两种方法输入频率值：○1用数字键加单位输入频率○2按位移键使当前闪烁数字移位到需要调节的图13-2 GDS2062数字示波器的面板图
图13-3 F05A型数字信号发百度文库 - 好好学习，天天向上
-3 数字再旋转调节旋钮调节。
信号电压输入：按下“幅度/脉宽”（显示屏已经显示电压则不用按）；其他输入方法同上，注意单位Vpp表示峰峰值，Vrms表示有效值。
实验内容与步骤
将信号发生器待测正弦信号从A通道接入到CH1通道，将信号发生器B通道接入到CH2通道。按示波器的操作方法调节各个旋钮，使其处于测量状态。
1．测量正弦波信号的电压
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：
uuuppp 22
设置数字信号发生器A通道的电压值。在示波器上观察CH1通道信号，读出CH1通道的垂直档位和Dy（波峰与波谷之间在y方向的所占的格数）。根据待测信号的电压峰峰值up-p = Dy×[垂直档位值]，进行计算。
2．测正弦波信号的周期
将数字信号发生器的A通道输出信号， 接入示波器的CH1通道，设置A通道的频率值。调节示波器的“水平档位”至适当的档位，使屏上显示1-2个周期的波形，调节X轴和Y轴“位置”旋钮使波形置于观测屏上适当的位置，测量出一个周期在X方向所占的格数Dx和水平档位值，由T = Dx×[水平档位值]计算出该信号的周期。改变信号发生器输出的信号频率，分别测出四个不同信号的周期。
3．用李萨如图形测信号频率
数字信号发生器的A通道输出信号作为已知信号，接入示波器的CH1通道，设置A通道的频率和电压值；将信号源 B通道输出信号作为待测信号接入示波器CH2通道。
按示波器的“水平菜单”按钮，按显示屏右侧的“F5”键，慢慢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），在表中记下两方向上切点数之比分别为Nx : Ny = 1 : 1、2 : 1、3 : 1、2 : 3和4 : 3时的李萨如图形以及CH1通道的频率fx，利用Nx : Ny = fy : fx ，计算出CH2通道的输入频率fy。
数字信号发生器的A通道频率调为2KHz, B通道频率也调为2KHz，观察李萨如图形，按下数字信号发生器“shift”和“-”键，改变相位，记录下图形。
数据记录与处理
表13-1 测量正弦信号电压值
测量值
次数 电压值（V） CH1灵敏度旋钮档位值 Dy (cm) up-p
(V) up (V) u (V)
1
2
3
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-4
表13-2 测量正弦信号周期
测量值
次数 待测信号频率f (Hz) 扫速开关档位值（TIME/DIV） Dx (cm) T (ms)
1 400
2 2000
3 8000
4 15000
表13-3 用李萨如图形测信号频率
李萨如图形
Nx 1 2 3 2 4
Ny 1 1 1 3
3
信号源面板读数fx (Hz)
计算fy (Hz)
表13-4 观察两个通道相位差不同时的李萨如图形
0° 90° 180° 270° 360°
附录
1．GDS2062数字存储示波器简介
（1）按钮和旋钮的功能
A区：功能控制，按下各功能按钮，再用按钮F1-F5选择具体功能
ACQUIRE波形获取功能设置
作用 可选择功能 按键
取样模式 普通 F1
峰值检测 F2
平均 F3 百度文库 - 好好学习，天天向上
-5 F4
取样长度（50025000） F5
MEASURE波形测量功能设置
作用 可选择功能 按键
自动测量参数 初始显示峰峰值 F1
自动测量参数 初始显示电压平均值 F2
自动测量参数 初始显示频率值 F3
自动测量参数 初始显示占空率 F4
自动测量参数 初始显示上升时间 F5
连续按两次MEASURE键可选择查看CH1和CH2通道的各项信号参数
PROGRAM
作用 可选择功能 按键
编辑播放 编辑播放 F1
步骤选择 120 F2
项目设置 菜单设置时间设置记忆设置 F3
F4
存储 F5
UTILITY功能设置
作用 可选择功能 按键
打印选单 打印功能时可选的系列菜单 F1
接口选单 RS232接口USB接口 F2
声音选择 关短音长音混合音 F3
语言选单 中文、英文等 F4
下页 选择后至下页菜单如下 F5
自校验菜单 垂直档位校验 F1
系统信息 显示系统信息
F2
Go-NoGo菜单 上下限编辑信源选择
越界处理开关Ratio F3
NoGoWhen菜单 停止条件 F4
下页 选择后至下页菜单如下 F5
探棒补偿菜单 信号类型频率
占空率初始频率 F1
设定时间 时间设定 F2
下页 选择后至最初菜单 F5
SAVE/RECALL存取/调出
作用 可选择功能 按键
初始设置 恢复初始状态 F1
参考波形 显示2-4组参考波形 F2
存储设定 可选择存储方式，进行存储 F3
存储波形 可选择存储信源，进行存储 F4
下页 选择后至下页菜单如下 F5
存储画面 将目前画面存储 F1 百度文库 - 好好学习，天天向上
-6 存储全部 将所有数据、波形原始资料存储 F2
调出设定 选择从内存或者U盘调出数据 F3
调出波形 调出波形 F4
下页 选择后至最初菜单 F5
CURSOR光标设置
作用 可选择功能 按键
选择通道信号 CH1CH2MATH F1
水平取样线 | || || || | F2
垂直取样线 F3
F4
F5
DISPLAY显示设置
作用 可选择功能 按键
显示类型 向量点 F1
波形保持 开关 F2
波形更新 F3
对比度 用多功能旋钮调节 F4
网格 网格横竖轴无网格 F5
Hardcopy硬拷贝按钮 启动打印存储操作，需要RS232、等扩展模块
Autoset自动设置按钮 启动自动设置，示波器根据输入信号的大小和频率，自动设置仪器的各项控制值，产生适合于观察的输入信号显示
Run/Stop启动/停止按钮 循环按此钮，启动或停止波形获取
Help帮助按钮 提供帮助
B区：垂直控制
垂直位置 分别控制CH1、CH2通道信号在显示器垂直方向上位置
Math 选择数学操作功能菜单，再用按钮F1-F5选择具体数学计算功能
CH1、CH2 开启或关闭CH1、CH2通道显示，灯亮表示开启
垂直档位 垂直档位系数表示垂直方向一格对应的电压值，旋动旋钮就分别改变CH1、CH2标尺系数，具体数值显示在屏幕显示区的底部
CH1、CH2 CH1、CH2通道信号输入端
C区：水平控制
水平位置 控制信号在显示器水平方向上的位置
Horizontal水平菜单 选择水平控制功能菜单，再用按钮F1-F5选择具体功能（F1：主时基；F2F3：视窗扩展操作；F4：滚动模式；F5：XY模式）
