实验十 示波器的使用
[实验目的]
1.了解示波器的结构和原理.
2.掌握示波器各旋钮的作用和使用方法.
3.学会用示波器观察电信号波形和李萨如图形,测量电压,频率和相位等.
[仪器和用具]
示波器一台,信号发生器一台,电阻箱一个,标准电感一台,标准电容器一台,导线若干.
[实验原理]
阴极射线示波器简称为示波器,它可显示电信号变化过程的图形,以及两个相关量的函数图形.在现代科学技术领域中,各种电学量,磁学量和非电量转换来的电信号均可用示波器进行观察和测量.
一,示波器的构造和工作原理
通用示波器一般由示波管,扫描发生器,XY偏转系统,同步系统以及电源五个部分组成(如图8-1所示):
图8-1示波器的组成
下面分别简单说明之.
1,示波管
图8-2示波管电极构造图
左端为一电子枪,右端为荧光屏.电子枪加热后发射电子束,电子在阳极电压的作用下经加速,聚焦后打在荧光屏上,屏上的荧光物即发光形成一亮点.在电子枪与荧光屏之间有两对相互垂直的平行极板,称为偏转板.横向一对称为轴偏转板(又称水平偏转板或横偏).纵向一对称为轴偏转板(又称垂直偏转板或纵偏).如果偏转板上加上电压,则平行板间建立起电场,当电子束通过偏转板间时,将受电场的作用而发生偏转,从而使电子束在荧光屏上的亮点位置也随着改变.
2,扫描发生器
扫描发生器就是锯齿形电压发生器,他能输出一个锯齿形的电压(如图8-3所示):
图8-3 锯齿波电压
此电压在(-E,+E)范围内变化.电压从-E开始随时间线形地增加到+E,然后突然返回到-E,再从-E开始随时间线性地增加,周而复始.从-E到+E的过程叫正程,从+E到-E的过程叫逆程.一个正程和一个逆程称为一个周期.把扫描发生器输出的锯齿电压加在水平偏转板两端,则平行板间产生一个随锯齿电压变化而变化的电场,此变化电场使电子束在荧光屏上的光点移动,锯齿形的正程电压使光点从右向左匀速地移动(这个过程叫做扫描),而逆程电压则使光点迅速从右端返回左端(这个过程叫做回描).而在亮点移动的过程中,当扫描速度加快,超过人眼视觉惰性时,由于荧光屏上的余辉和视觉暂留作用,我们在荧光屏上看到的是一条水平亮线.
如果在Y偏转板上加上正弦电压,而X偏转板上不加任何电压,则在纵偏板间产生一个随正弦电压变化而变化的电场,电子束在此电场的作用下在纵方向上下偏转,于是荧光屏上的亮点在纵方向随时间做正弦振荡,我们在屏上看到的是一条竖直亮线.
如果在纵偏转板上加上正弦电压,同时在横偏转板上加上锯齿形电压,则电子束同时参与水平和竖直两个方向上的运动,故屏上亮点的位移将是方向相垂直的两种位移的合成位移,此时,我们看到屏上是与纵偏转信号一致的正弦图形(如图10-5所示):

图8-5亮点的合成位移图
如果正弦波与锯齿波的周期相同(即频率相同),则屏上出现一个周期的完整稳定波形.当正弦波的频率为锯齿波的n倍时(n为整数),屏上出现n个周期的完整波形.如果两信号频率的比值不是整数,屏上的图形将复杂,零乱而不稳定.
3,同步触发系统
要在屏上得到稳定的图形,必须保证信号频率是锯齿波频率的整数倍.这一点,光靠人工调节扫描电压的频率往往不能准确地满足,特别是信号频率较高时尤其困难,同步电路就是为解决这个问题而设置的.同步电路 实际上就是自动频率跟踪电路,在人工调节到信号频率接近扫描电压频率整数倍(即图形接近稳定),加入"同步"信号,扫描电压的频率就会自动跟踪信号频率,而使信号频率准确地等于扫描电压的整数倍,从而获得稳定的波形.同步系统包括"整步选择"和"整步放大"两部分.同步选择是一个选择开关,通过它可选择不同的同步信号,同步放大则是将同步信号放大后加到扫描发生器去.
放大系统:包括水平轴和垂直轴放大两部分.为了观察电压幅度不同的信号波形,示波器内设有衰减器和放大器,对大信号衰减,对小信号放大,从而使荧光屏上显示出适中的图形.
电源部分:电源部分供给以上各部分工作的各种电压,以保证示波器能正常工作.
[实验内容]
1.用示波器观察波形
认识示波器面板上各个旋钮及其作用
将XD-2信号发生器作为信号源接示波器Y轴,取f=50Hz,U=1V,衰减挡用零,选择适当的调整范围,调出简单的正弦图形.
将y分别改为60Hz,500Hz,5KHz,50KHz观察其稳定的正弦图形.
2.用比较法测量待测信号的电压和频率

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