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用示波器测量时间

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实 验 报 告 评分：

08系10级 余馨婷

PB10207051

实验题目：用示波器测量时间

实验目的：1. 了解示波器的基本原理和结构；2. 学习使用示波器观察波形和测量信号周期及其时间参数。

实验原理

1． 示波器的基本结构

示波器由示波管、放大系统、衰减系统、扫描和同步系统及电源等部分组成。示波管是示波器的基本构件，它由电子枪、偏转板和荧光屏三部分组成，被封装在高真空的玻璃管内。电子枪是示波管的核心部分。

（1） 阴极：实现电子发射。

（2） 栅极：由第一栅极和第二栅极构成，只有少量电子通过第一栅极，第二栅极对阴极发射的电子奔向荧光屏起加速作用。

（3） 第一阳极：第一阳极上加有几百伏的电压，形成一个聚焦的电场，当电子束通过此聚焦电场时，调节加在上的电压可以达到聚焦的目的。

（4） 第二阳极：第二阳极上加有1000V以上的电压。聚焦后的电子经过这个高压电场的加速获得足够的动能，使其成为一束高速的电子流。这些能量很大的电子打在荧光屏上可引起荧光物质发光。

（5） 偏转板：由两对相互垂直的金属板构成，在两对金属板上分别加以直流电压，以控制电子束的位置，适当调节这个电压值可以把光点或波形移到荧光屏的中间部位。

（6） 荧光屏：荧光屏能在高能电子的轰击下发光。辉光的强度取决于电子的能量和数量。在电子射线停止作用之后，余辉使我们能在屏上观察到光点的连续轨迹。

垂直偏转板（y轴）及水平偏转板（x轴）所形成的二维电场，使电子束发生位移：

yyyyDVVSy

xxxxDVVSx （1）

其中，S和D分别为偏转板的偏转灵敏度和偏转因数

示波器显示波形的原理

在x轴偏转板上加一个随时间t按一定比例增加的电压Vx，Vx周期性变化，并且由于发光物质的特殊性使光迹有一定保留时间，于是就得到一条“扫描线”，称为时间基线。

如果在x轴上加有电压的同时，在y轴上加电压，则电子束受到水平电场和垂直电场的共同作用而呈现二维图形。为了得到可观测的图形，必须使电子束的偏转多次重叠出现，即重复扫描。 实 验 报 告 评分：

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很显然，为了得到清晰稳定的波形，上述扫描电压的周期Tx（或频率fx）与被测信号的周期Ty（或fy）必须满足

nTTxy，xxnff，n=1,2,… （2）

以保证Tx轴的起点始终与y轴周期信号固定一点相对应（同步），波形才稳定。否则，波形就不稳定而无法观测。

2． 用x轴时基测时间参数

x轴扫描信号的周期，是以时基单位（ms/cm）来标示的，示波管荧光屏直径为10cm，则式（2）的Tx，由时基（ms/cm）乘上10cm，在实际测量中，将式（2）有式（3）的形式

波形厘米数时基单位xT （3）

式中的波形厘米数，可以是信号一个周期的读数（可测待测信号的周期）、正脉冲（或负脉冲）的信号宽度的读数或待测信号波形的其他参数。

3． 用李萨如图形测信号的频率

如果将不同的信号分别输入到y轴和x轴的输入端，当两个信号的频率满足一定的关系时，在荧光屏上将显示出李萨如图形，可用测量李萨如图形的相位参数或波形的切点数来测量时间参数。

两正交正弦电压的相位差一定，频率比为一个有理数时，合成的圆形是一条稳定的闭合曲线。下图是几种频率比时的图形，频率比与图形的切点数之间有下列关系：

垂直切线上的切点数水平切线上的切点数xyff

实验内容和数据处理：

1． 用x轴的时基测信号的时间参数

（1） 测量示波器自备方波输出信号的周期（时基分别为0.1ms/cm，0.2ms/cm，0.5ms/cm）。哪种时基测出的数据更准确？为什么？

时基（ms/cm） 0.1 0.2 0.5

周期长度（cm） 10.00 5.00 2.00

周期（ms） 1 2 5

第一种测出的数据更准确。因为屏幕上只显示了一个周期，而屏幕只有10cm，相当于放大了周期长度，缩小了误差，置信度较大（相对于0.2 ms/cm的时基缩小了2倍读数误差，相对于0.5 ms/cm的时基缩小了5倍读数误差）。 实 验 报 告 评分：

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（2） 选择信号发生器的对称方波接y输入（幅度和y轴量程任选），信号频率为200Hz~2kHz（每隔200Hz测量一次），选择示波器合适的时基，测量对应频率的厘米数、周期和频率（注明x轴的时基）。以信号发生器的频率为x轴，示波器测量的频率为y轴，作y-x曲线，求出斜率并讨论。

输出频率（Hz） 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

所选时基（ms/cm） 1.0 0.5 0.5 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1

周期长度（cm） 5.00 5.00 3.40 6.40 5.00 4.20 7.20 6.40 5.60 5.00

实测频率（Hz） 200 400 588.24 781.25 1000 1190.5 1388.9 1563 1786 2000

作信号发生器频率（x轴）与实测频率（y轴）的散点图并线性拟合如下：

信号发生器的频率与实测频率的关系y = 0.9935x - 3.1174R2 = 0.99970500100015002000250005001000150020002500信号发生器的频率（Hz）实测频率（Hz）实测频率（Hz）线性 (实测频率（Hz）)

斜率为9935.0，而理论上斜率应该是0000.1，因此，

绝对误差为：0065.09935.00000.1

相对误差为：%65.0%100*0000.1/)9935.00000.1(

由斜率和图像的方差可得，实测频率和信号发生器的频率比较接近，说明用用x轴时基测时间参数这种方法测对称方波频率比较准确。但由于在荧光屏上读数时，很难读准小数点第二位的数字，人为读数造成了一定误差。

（3） 选择信号发生器的非对称方波接y轴，频率分别为200Hz、500Hz、1kHz、2kHz、5kHz、10kHz、20kHz，测量各频率时的周期和正波的宽度（或占空比），用内容（2）的方法作曲线。

输出频率（Hz） 200 500 1000 2000 5000 10000 20000

所选时基（ms/cm） 0.50 0.20 0.10 0.05 0.02 0.01 0.005

周期长度（cm） 10.05 10.00 10.00 10.06 10.00 10.00 10.03

正波宽度（cm） 3.05 3.00 3.00 3.05 3.00 3.00 3.00 实 验 报 告 评分：

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预设占空比（%） 30

实测频率（Hz） 199 500 1000 1988.1 5000 10000 19940

实测占空比（%） 30．35 30 30 30．32 30 30 29．91

作信号发生器频率（x轴）与实测频率（y轴）的散点图并线性拟合如下：

信号发生器的频率与实测频率的关系y = 0.9974x + 3.9094R2 = 105000100001500020000250000500010000150002000025000信号发生器的频率（Hz）实测频率（Hz）实测频率（Hz）线性 (实测频率（Hz）)

斜率为9974.0，而理论上斜率应该是0000.1，因此，

绝对误差为：0026.09974.00000.1

相对误差为：%26.0%100*0000.1/)9974.00000.1(

由斜率和图像的方差和计算占空比的方差小于610数量级可得，实测频率和信号发生器的频率比较接近，说明用用x轴时基测时间参数这种方法测非对称方波的频率和非对称方波的占空比也比较准确。但同样由于在荧光屏上读数时，很难读准小数点第二位的数字，人为读数造成了一定误差。

（4） 选择信号发生器的输出为三角波，频率为500Hz、1kHz、1.5kHz、测量各个频率时的上升时间、下降时间及周期。

信号发生器的频率（Hz） x轴时基（ms/cm） 上升段宽度（cm) 下降段宽度（cm) 周期段宽度（cm) 一个周期中的上升时间（ms） 一个周期中的下降时间（ms） 周期（ms） 实测频率（Hz）

500 0.50 2.00 2.00 4.00 1.00 1.00 2.00 500

1000 0.10 5.00 5.00 10.00 0.50 0.50 1.00 1000

1500 0.10 3.33 3.33 6.66 0.33 0.33 0.67 1492.54

2． 观察李萨如图形并测频率

用两台信号发生器分别接y轴和x轴（x轴选择外输入），取4/33/22/11/、、、yxff 实 验 报 告 评分：

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时，测出对应的xyff和，画有关图形并求公用信号发生器的频率。

1yxff

yxff/ )(Hzfy )(Hzfx

1 699.02 699.02

1/2 349.52 699.04

2/3 466.03 699.05

3/4 524.29 699.05

因此，xf的平均值为699.02Hz，即为公共信号发生器的频率。

思考题

1． 用示波器测频率有何优缺点？

答：优点：直观，计算简便。

缺点：（1）测量中出现的误差较大，包括了对仪器调节的误差和人为读数的误差。

（2）输出的图形不稳定。

2． 在本实验中，观察李萨如图形时，为什么得不到稳定的图形？

答：（1）手动调节的精度不能达到输出频率的精度，不能完全相等。

（2）两个信号发生器的频率都不稳定。

3． 假定在示波器的y轴输入一个正弦电压，所用的水平扫描频率为120Hz，在荧光屏上出现三个稳定完整的正弦波形，那么输入信号的频率是多少？这是否是测量信号频率的好方法？为什么？

答：HzHzf3603120为输入信号的频率。不是一个好方法，因为荧光屏上有三个周期，产生的误差较大。

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实验一常用仪器的使用（示波器、万用表）

实验一常用仪器的使用（示波器、万用表）

实验⼀常⽤仪器的使⽤（⽰波器、万⽤表）

实验⼀、常⽤电⼦仪器仪表使⽤

模拟电⼦技术实验中，常⽤的电⼦仪器仪表主要有双踪⽰波器、低频信号发⽣器、低频交流毫伏表、直流稳压电源、万⽤表等。这些仪器仪表的主要⽤途以及与实验电路的联系如图所⽰。

⼀、实验⽬的 初步了解常⽤电⼦仪器的功能与使⽤⽅法；掌握⽤⽰波器获取稳定波形并测量有关参数的⽅法。

2、会⽤万⽤表测试晶体⼆极管、三极管；学习使⽤半导体特性图⽰仪测试晶体管的⽅法。

⼆、实验仪器

双踪⽰波器： GOS620；函数信号发⽣器：SG1651；

交流毫伏表： SG2172；直流稳压电源： SS1792C；

数字万⽤表： MS8222D 半导体特性图⽰仪：XJ4810或XJ4820

三、实验内容及步骤1、⽤交流毫伏表测量低频信号发⽣器输出的正弦信号电压：

将低频信号发⽣器（或称信号源）的输出端接⾄交流毫伏表输⼊端（注意：两仪器必须“共地”）。将信号源波形选择置“正弦”，频率调为“ 1kHz”，输出衰减先置于“0dB”，调节“输出幅度”旋钮，使LED数字表头指⽰值V S 为 11V 左右（峰—峰值）。然后，将毫伏表量程由最⼤档位100V逐级切换为10V档，观察该表读数，使读数为4V。依次按下信号源“输出衰减”⾄20dB、40dB、60dB,并相应调整毫伏表量程。分别记录毫伏表读数，结果填⼊下表：

2、⽤⽰波器观察波形

将⽰波器“ Y1轴输⼊”端接信号源输出端（两仪器仍必须“共地”），参照附录I.2中有关GOS620双踪⽰波器观察波形的⽅法，调节“Y1灵敏度”，“X灵敏度”及“触发⽅式，触发电平”等旋钮，使荧光屏上得到⼀稳定的正弦波。保＝ 4V，依次改变f S为：100Hz、1kHz、10kHz、100kHz，并适当持信号源V

S

调整X轴扫描速度，观察所测波形。3、⽤⽰波器测量波形的周期和幅度

将频率为 1kHz、幅度为3V左右的正弦信号送⼊⽰波器输⼊端。将⽰波器扫描开关“T/cm”上的微调旋钮置“校准”位置，此时，“T/cm”的指⽰值即为屏幕上横向每格（1cm）代表的时间，再观察被测波形⼀个周期在屏幕⽔平轴上占据的格数，即可得信号周期T wT w ＝T/cm×格数

实验3.14示波器的使用

实验3.14示波器的使用

实验3.14⽰波器的使⽤

3.14 ⽰波器的使⽤

【实验简介】

⽰波器是⽤来直接显⽰、观察和测量电压信号波形及其参数的电⼦观测仪器。配以各种类型的传感器，凡可转化为电压信号的电学量（如电流、电阻等）和⾮电学量（如温度、压⼒、磁场、光强），它们的动态过程及其参量均可以⽤⽰波器来观察和测量，因此⽰波器是⼀种常⽤的电⼦观测仪器。

⽰波器的种类和型号很多，分类⽅法也是多种多样的，按功能分为普通⽰波器、存储⽰波器和数字⽰波器，随着科学技术的发展，⽰波器的功能还会不断的增加，各种新产品相继问世，但不管什么类型的⽰波器都是以普通⽰波器的基本原理为基础，若能掌握通⽤⽰波器的⼯作原理和使⽤，可触类旁通，为其它类型⽰波器的使⽤打下良好基础。本实验主要介绍普通⽰波器的⼯作原理和使⽤⽅法。

【实验⽬的】1．了解⽰波器的结构和⼯作原理，掌握⽰波器的基本使⽤⽅法

2. 学习⽰波器显⽰信号波形及利⽤波形测信号电压、频率

3. 学习⽰波器显⽰李萨如图形及利⽤李萨如图形测频率

4．熟悉⽰波器和信号发⽣器的⾯板功能

【预习思考题】1.⽰波器主要由哪⼏部分组成，各部分的作⽤是什么？

2.如何利⽤⽰波器显⽰待测信号波形及利⽤波形测信号电压和频率？

3.触发扫描同步电路如何实现波形稳定？

4.如何利⽤⽰波器显⽰李萨如图形并利⽤李萨如图形测正弦波信号频率？

【实验仪器】DF4318⽰波器, SP1641B函数信号发⽣器。

【实验原理】1.⽰波器的结构

普通⽰波器主要由以下⼏个部分组成：⽰波管（CRT）、垂直放⼤电路（Y放⼤）、⽔平放⼤电路（X放⼤）、扫描发⽣器、触发扫描同步电路和电源等。

图 3.14.11.1 ⽰波管

⽰波管是⽰波器的核⼼部件，其基本结构如图3.14.1所⽰，外观是⼀个呈喇叭形的玻璃泡，⾥⾯抽成真空，内部装有电⼦枪和两对互相垂直的偏转板，喇叭⼝的球⾯壁上涂有荧光物质，构成荧光屏。

电⼦枪由灯丝F 、阴极K 、控制栅极G 、第⼀阳极1A 和第⼆阳极2A 构成。灯丝通电后加热阴极，使得阴极发射电⼦。栅极电位⽐阴极低，它们之间形成的电场对电⼦有阻碍作⽤，控制栅极电位，可以控制到达荧光屏上电⼦的数⽬，也就是控制⽰波器上光点的亮度。阳极电位⽐阴极⾼很多，它们之间形成的电场对电⼦有加速作⽤，使得阴极发射的电⼦以很⾼的速度到达荧光屏上，激发荧光屏产⽣荧光。第⼀阳极和第⼆阳极间形成聚焦电场，调节第⼀阳极和第⼆阳极之间的电压，可以使不同⽅向发射的电⼦会聚于荧光屏上⼀点，称为聚焦。

示波器的使用方法

示波器的使用方法

⽰波器的使⽤⽅法

⽰波器的使⽤⽅法

在家电维修的过程中使⽤⽰波器已⼗分普遍。通过⽰波器可以直观地观察被测电路的波形，包括形状、幅度、频率（周期）、相位，还可以对两个波形进⾏⽐较，从⽽迅速、准确地找到故障原因。正确、熟练地使⽤⽰波器，是初学维修⼈员的⼀项基本功能。

虽然⽰波器的牌号、型号、品种繁多，但其基本组成和功能却⼤同⼩异，本⽂介绍通⽤⽰波器的使⽤⽅法。

⼀、⾯板介绍1.亮度和聚焦旋钮

亮度调节旋钮⽤于调节光迹的亮度（有些⽰波器称为"辉度"），使⽤时应使亮度适当，若过亮，容易损坏⽰波管。聚焦调节旋钮⽤于调节光迹的聚焦（粗细）程度，使⽤时以图形清晰为佳。2.信号输⼊通道

常⽤⽰波器多为双踪⽰波器，有两个输⼊通道，分别为通道1（CH1）和通道2（CH2），可分别接上⽰波器探头，再将⽰波器外壳接地，探针插⾄待测部位进⾏测量。3.通道选择键（垂直⽅式选择）

常⽤⽰波器有五个通道选择键：

（1）CH1：通道1单独显⽰；

（2）CH2：通道2单独显⽰；

（3）ALT：两通道交替显⽰；

（4）CHOP：两通道断续显⽰，⽤于扫描速度较慢时双踪显⽰；

（5）ADD：两通道的信号叠加。维修中以选择通道1或通道2为多。4.垂直灵敏度调节旋钮

调节垂直偏转灵敏度，应根据输⼊信号的幅度调节旋钮的位置，将该旋钮指⽰的数值（如0.5V/div，表⽰垂直⽅向每格幅度为0.5V）乘以被测信号在屏幕垂直⽅向所占格数，即得出该被测信号的幅度。

5.垂直移动调节旋钮

⽤于调节被测信号光迹在屏幕垂直⽅向的位置。6.⽔平扫描调节旋钮

调节⽔平速度，应根据输⼊信号的频率调节旋钮的位置，将该旋钮指⽰数值（如0.5ms/div，表⽰⽔平⽅向每格时间为0.5ms），乘以被测信号⼀个周期占有格数，即得出该信号的周期，也可以换算成频率。

7.⽔平位置调节旋钮

⽤于调节被测信号光迹在屏幕⽔平⽅向的位置。8.触发⽅式选择

⽰波器通常有四种触发⽅式：

（1）常态（NORM）：⽆信号时，屏幕上⽆显⽰；有信号时，与电平控制配合显⽰稳定波形；

示波器的使用

示波器的使用

实验二 示波器的使用

【实验目的】

1．了解示波器的基本结构和工作原理；

2．学会示波器的基本使用方法；

3．学习用示波器观察电信号的波形，测量信号周期和电压。

【实验原理】

图2-1 示波管结构

电子射线示波器是常用的电子仪器之一。它可以将电压随时间的变化规律显示在荧光屏上，还可以用来显示两个相关的电学量之间的函数关系。示波器不仅可以显示电信号的波形，通过适当的换能装置，也可以显示非电信号的波形。信号的波形显示出来之后，我们就可以很直观地观察分析它们的变化规律，并测量它们的大小、频率、位相等参数。示波器是观察和测量电学量以及研究其它可转化为电压变化的非电学物理量的重要工具，广泛地应用在工业、科研、国防等领域。

一．示波器的基本结构

1．阴极射线管

大多数示波器都是由阴极射线管来显示波形的。阴极射线管主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，基本结构如图2-1所示，其中灯丝、阴极、阳极构成电子枪。灯丝通电后呈炙热状态，它能使阴极受热而发射电子，由于阳极电势高于阴极，所以电子在阳极的加速作用下快速运动，当轰击到荧光屏上时，电子会使荧光物质发光，在屏上就能看到一个亮点。

偏转系统由两组互相垂直的电极板构成，图中X1、X2为水平偏转电极板；Y1、Y2为垂直偏转电极板。若在X1、X2间加上电压，就会在水平方向上产生一个电场，电子束通过时受到电场的作用，运动方向会在水平方向发生偏移，从而引起荧光屏上亮点的位置发生偏移，其偏移距离与偏转电压大小成正比。这样，我们就可以通过改变偏转电压来控制亮点在荧光屏上的位置。

2．扫描发生器

将V=f(t)的交流电压信号加到Y偏转板上，X偏转板由示波器内部加上扫描电压，荧光屏上将显示一波形图，图2-2为一实例。实际上这波形图正是f(t)函数曲线的一部分。在说明屏上图2-2 波形图 图形形成的原理之前，回忆一个中学的实验。

在中学物理课中，我们曾经做过演示振动图形的沙斗实验，它的装置如图2-3所示。图中P为硬纸板，能在X方向上作匀速直线运动。S为沙斗，斗内装上细沙土，细沙能从斗的下端慢慢漏出，沙斗通过细绳连结在支架的H处，构成单摆。设此摆在与X轴垂直的Y方向上振动，P在X方向匀速运动，那么在硬纸板上将有漏沙的径迹，即是单摆的振动图线，这是一条正弦曲线。根据曲线和匀速运动的速率V不难求得振动周期（或频率）和振幅等物理量的大小。