文档介绍：实验 示波器的使用
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、 信号源和甲电池等。
三、 实验原理
电子示波器(简称示波是一条竖直亮线， 如图3 - 14 - 3所示。
图 3 - 14 - 3 只在Y偏转板加一正弦波电压的情形
要想显示波形,必须同时在水平偏转板上加一扫描电压, 使电子束的亮点沿水平方向拉开。这种扫描电压的特点是: 电压随时间成线性关系增加到最大值,然后突然回到最小值, 此后再重复变化。这种扫描电压随时间变化的关系曲线形同“锯齿”, 故称为“锯齿波电压”, 如图3-14-4所示。如果只在水平偏转板(X轴)加上这样的锯齿波电压,则电子束随电压的变化只在水平方向上往复运动, 则由荧光屏上看到的是一条水平亮线。 如图3-14-4所示为只在水平偏转板上加一锯齿波电压的情形。
图 3 - 14 - 4 锯齿波波形图
如果在竖直偏转板(Y轴)上加正弦波电压, 同时在水平偏转板(X轴)上加锯齿波电压,则电子束同时受竖直和水平两个方向电场力的作用, 电子的运动是两相互垂直运动的合成。 当锯齿波电压与正弦波电压变化周期相等时,在荧光屏上能显示完整周期的正弦波电压的波形图。如图3-14-5所示为示波器显示正弦波形的原理图。
图 3 - 14 - 5 示波器显示正弦波形的原理图
1) 连续扫描
如果正弦波和锯齿波电压的周期稍有不同,则在荧光屏上显示的是移动着的不稳定波形。这种情况可以用图3-14-6所示情形进行说明。设X轴所加的锯齿波电压周期Tx比Y轴所加的正弦波电压周期Ty稍小, 如Tx/Ty=7/8, 则在第一扫描周期(第一个锯齿波)内, 荧光屏上显示正弦信号0～4点之间的曲线段; 在第二周期(第二个锯齿波)内, 显示4～8点之间的曲线段; 在第三周期(第三个锯齿波)内, 显示8～11点之间的曲线段。其中, 第一个曲线段的终点和第二个曲线段的起点对应相同的Y偏转电压。第二个曲线段的终点和第三个曲线段的起点对应相同的Y偏转电压。这样,在荧光屏上显示的波形不重叠, 好像波形在向右移动。如果Tx和Ty的差别稍大一些, 则由于荧光屏的余辉和人眼的视觉暂留, 在荧光屏上看到的将是多个波形在屏上的叠加结果。其原因是扫描电压的周期Tx与被测信号的周期Ty不相等或不成整数倍关系, 以至于每次扫描的起点在Y轴上都不相同。
图 3 - 14 - 6 不稳定波形的形成
为了获得稳定波形(单一波形), 每次扫描在Y 轴上应有相同的起点。在连续扫描中,锯齿波的周期称为扫描周期。扫描周期Tx和Y轴上被测信号周期Ty之间应满足:
(n是整数)
在示波器上设有扫描范围和扫描微调以及整步调节, 用来调节Tx, 使之满足Tx=nTy,从而在示波器上得到完全重叠的波形, 看到的是单一稳定的波形。这称为同步扫描。
上面所述的X轴锯齿波是一个紧接一个产生的, 称为连续扫描方式。
2) 触发扫描方式
为了获得稳定波形(单一波形), 每次扫描在Y轴上应有相同的起点。 在示波器的扫描方式中, 另一种称为触发扫描方式。在触发扫描方式中, X轴所加的锯齿波Ux和Y轴待测电压Uy之间的关系如图3-14-7所示。 在触发扫描方式中，锯齿波的起点由被测信号的某一斜率和电平点触发产生, 一个锯齿波显示一屏。一个锯齿波结束后, 等候待测信号Uy相同的斜率和电平点再次触发产生下一个锯齿波。由于每屏波形起点对应待测信号Uy相同的斜率和电平点(每屏有相同的起点), 所以波形自然稳定(各屏重叠)。
图 3 - 14 - 7 触发扫描波形
-Y方式(李萨如图形)
如果示波器的X轴和Y轴输入的是频率相同或成整数比关系的两个正弦电压,则荧光屏上将呈现特殊形状的光点的轨迹, 这种轨迹称为李萨如图形。频率比不同时,将形成不同的李萨如图形。图3-14-8所示为频率比成简单整数比关系的几组李萨如图形。从图中可总结出如下规律:
其中,nx为水平线与轨迹相切的切点数;ny为竖直线与轨迹相切的切点数。利用李萨如图形能方便准确地比较两交变信号的频率。
图 3 - 14 - 8 李萨如图形
4．示波器的测量原理
示波器除了能直观地显示之外，其测量内容可归结为两类：电压和时间的测量，而电压和间的测量最后都归结为屏上波形长度的测量。
（1）电压的测量
示波器屏上光点Y轴偏转距离DY正比于输入电压UY，比例系数KY称为电压偏转因数，有DY=KYUY ,Y轴电压偏转因数KY的单位为：V/DIV。
（2）时间的测量
在触发扫描方式的示波器中，每个锯齿波的长度是确定的（在连续扫描方式中锯齿波的长度不确定），也就是说，在触发