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。
如果在Y 偏转板上加上电压，则两极板间就会形成一个电场。当电子束运动经过两极板中间时，由于受电场力的作用，其运动放心将发生改变，打到荧光屏上产生的光点也将发生Y 方向的位移。改变Y 偏转板的极间电压，光点的位移量也就随之改变。如果将被测信号电压加到Y 偏转板上，则光点在Y 方向的位移也就随被测信号电压的变化而变化。
X 偏转板作用原理与Y 偏转板相同，所不同的只是一般在X 偏转板上加上一个随时间线性变化的锯齿波电压，让光点在X 方向上的位移与时间成正比。
依靠这两对偏转板，电子束可以到达荧光屏的任一位置。因此，当示波管的X 、Y 偏转板上同时加上上述电压时，光点在两个方向上位移的合成就将Y 轴信号随时间变化的规律在荧光屏上显示出来了。
如图3-9-3所示，假设加在Y 偏转板上的信号是正弦电压，X 偏转板上加的是锯齿波电压，且y x T T 2=，则在o t 时刻， 0==y x U U ，光点在荧光屏上O 点（也称起始扫描点）；在10~t t 期间，x U 由0
x U 上升到1x U ，光点沿水平方向运动到1x 点；同时，y U 随时间变化到ym U ，使光点沿y 方向运动到m y ，二者合成运动到1点。同理，在821...t t t ---期间，荧光屏上光点将顺序运动到2，3，…，8点。在8t 时刻，x U 由8x U 突变为0
x U ，而y U 不变，则光点由点8跳回到原起始扫描点O （光点这样一个往复运动过程就称为一次扫描）。从8t 时刻开始，y U 继续按其原规律变化，而x U 重新由0x U 上升到,1x U ,2x U …，8x U ，反映到荧光屏上就是光点又重复上一次的扫描。
这样，我们只要保证每一次扫描的起始点重合，且让重复扫描的频率高于人眼的分辨率（约25Hz ），荧光屏上就会看到一个稳定的波形。
示波器的Y 轴系统用来放大Y 轴输入信号的幅度，以供给Y 偏转板一个合适的工作电压。调节它的增益，可以改变单位输入电压所引起的光点在Y 方向上的偏转距离（即Y 轴灵敏度y s ）。
X 轴系统的主要作用是产生一个随时间线性变化的锯齿波电压（又称扫描电压），经放大后加到X 偏转板，形成一条时间轴线。调节扫描电压的斜率（t u ??），可以改变单位时间内光点在X 方向上的偏转距离（即扫描速率x v ）。X 轴系统的另一个作用是作为X 外输入信号的放大器，以得到适当的幅度（电压）送到X 偏转板，与Y 轴信号垂直合成。
从上所述可见：
（1）要想得到Y 轴输入电压的图形，必须加上横偏扫描电压，把输入信号电压的垂直振动“展开”来，这个展开过程称为“扫描”。如果扫描电压与时间呈线性变化（锯齿波扫描），则称为线性扫描。线性扫描能把输入电压波形如实地描绘出来。就像利用一条水平匀速运动的纸带来把作简谐运动的漏斗的沙子展开来得到简谐运动曲线一样。如果横偏电压加非锯齿波电压，则称为非线性扫描，扫描出来的波形将不是原来的波形。
（2）只有输入电压与横偏扫描电压的周期严格形同，或者后者是前者的整数倍时，图形才会稳定（表示每次扫描起点相同，打出来的点在同一个位置重合）。也就是说，构成稳定波形的条件是横偏扫描电压的周期x T 与输入纵偏电压的周期y T 之比为整数，即：
n T T y
x = （n=1,2,3,…）
这时示波器上显示n 个稳定波形，n 代表完整波形的数目。然而，两个独立发生的电振荡频率在技术上难以调节成准确的整数倍，克服的办法通常是用Y 轴输入信号频率去控制扫描发生器的频率，使扫描周期准确地等于输入信号周期或成整数倍。电路的这个控制作用，称为“整步”或“同步”。上述用Y 轴输入信号频率控制扫描电压频率实现的同步称为“内同步”；用外加信号频率控制扫描发生器的频率而实现的同步则称为“外同步”。同步功能的实现是由示波器上的“TRIGGERING ”功能区来完成的。
（3）如果Y 轴加正弦输入信号，横偏也加正弦扫描电压，则一般情况下光点的运动非常复杂，但只要两个交流电压的频率成整数比，光点便可描绘出李萨育图形（Lissajous ），这时两个互相垂直的简谐振动合成的运动图形。图3-9-4给出了不同频率比的李萨育图形。
李萨育图形即可以用来测量频率，还可以用来测量相位差，功率等。本实验讨论用其测量频率的方法。测量关系式为：y
x x y
n n f f 式中：x y f f ,分别为Y 方向和X 方向上输入信号的频率，y x n n 和分别为李萨育图形假想外方框横方向和垂直方向上的切点数。只要知道Y 或X 方向上的某个频率，利用李萨育图形和上述关系式就可得到另一个未知频率。
应该指出，若两个正弦电压信号是彼此独立的，其李萨育图形是调不到稳定不动的。因此李萨育图形方法测频率法只适合频率较低，两频率相近的情况下。
最后对本实验所用的示波器CS-4125进行简单介绍（见图3-9-5）：
(1)CRT：显示范围为垂直8div(80mm)，水平10div(100mm)。1div=1cm=1大格。
(2)POWER ON/OFF：示波器电源开关。
(3)电源指示灯
(4)CAL端子：标准方波输出端，正极性1V P-P，1000Hz，校准示波器用。
(5)INTENSITY：调整显示亮线的亮度。
(6)FOCUS：清晰度调节。
(7)TRACE ROTA：调整水平亮线的倾角。当水平亮线水平度受地磁作用影响时，可用起子来调整此电位器使其水平。
(8)GND：接地端，与其他仪器共同接地时使用。
(9)POSITION：调整屏幕上CH1波形的垂直位置。
(10)VOLTS/DIV：CH1端的垂直灵敏度调节旋钮。此旋钮可在1-2-5级数间切换。将V ARIABLE旋钮旋至CAL位置时，可得到校准的垂直灵敏度大小。在X-Y状态下则是Y 轴衰减器。
(11)VARIABLE：CH1垂直灵敏度微调旋钮。
(12)AC-GND-DC：用以选择CH1垂直输入信号的耦合方式。
AC：AC耦合。只允许交流信号通过，若有直流成分或f<10Hz的交流成分则被除去。
GND：将垂直增幅器的输入端接地，用以确认其接地电位。
DC：直接耦合。将交直流信号同时加入到输入端。
(13)CH1 INPUT：CH1垂直信号输入端。在X-Y情况下则是Y轴的输入端。
(14) POSITION：调整屏幕上CH2波形的垂直位置。
(15) VOLTS/DIV：CH2端的垂直灵敏度调节旋钮。此旋钮可在1-2-5级数间切换。将V ARIABLE旋钮旋至CAL位置时，可得到校准的垂直灵敏度大小。在X-Y状态下则是Y 轴衰减器。
(16) V ARIABLE：CH2垂直灵敏度微调旋钮。
(17) AC-GND-DC：用以选择CH2垂直输入信号的耦合方式。
(18) CH1 INPUT：CH2垂直信号输入端。在X-Y情况下则是X轴的输入端。
(19)VERTICAL MODE：用以选择输入信号显示方式。
CH1：仅显示CH1端输入的信号。
CH2：仅显示CH2端输入的信号。
ALT：每次扫描交替显示CH1及CH2信号。
CHOP：断续扫描CH1和CH2信号，即与CH1和CH2输入信号频率无关，而以150KH 在两个信道之间切换显示。仅适合用于观察低频信号。
ADD：显示CH1及CH2输入信号的合成波形，即CH1+CH2或CH1-CH2。
注：ALT与CHOP MODE的区别：仅由显示时间加以区分。在CHOP MODE仅将两信道细分，然后在两信道间交替显示，并非完全扫描完一个信道再显示另一个信道，
通常用于小于1ms/div的低速扫描即闪动率小的观测中。而ALT MODE方式则
在每次扫描完后交替切换显示，故各信道显示比较鲜明，通常用于高速扫描上。
(20)CH2 INV：CH2输入信号极性反相按键。
(21)X-Y：CH2水平垂直切换开关。当按下此钮时，VERTICAL MODE的设定不再有效，而
将CH1变为Y轴，CH2变为X轴。
(22)TRIGGERING MODE：同步触发方式选择。
AUTO：由触发信号启动扫描，若无触发信号则显示FREE RUN亮线。
NORM：由触发信号启动扫描，但与AUTO不同的是，若无正确的触发信号则不会显示水平扫描亮线。
FIX：将同步电平LEVEL固定。此时的同步与（25）LEVEL无关，每次扫描固定电平为0左右开始。
TV-FRAME：将电视复合信号中的垂直同步脉冲分离出来与触发电路结合来使波形同步。
TV-LINE：将电视复合信号中的水平同步脉冲分离出来与触发电路结合来使波形同步。
(23)SOURCE：触发信号来源选择。
VERT MODE
CH1：触发信号源为CH1端输入的信号。
CH2：触发信号源为CH2端输入的信号。
LINE：触发信号源为市电。
EXT：触发信号源为外部接入的信号（TRIGGER EXT．TRIG）
(24)SLOPE：升降沿的选择。用于选择触发扫描信号的升降沿选择。当此按钮凸出时，采用
触发信号的上升沿进行触发；当按下此钮时采用触发信号的下降沿进行触发。
(25)LEVEL：触发电平调节旋钮。用以选择从哪一点开始扫描。
(26)EXT．TRIG：外部触发信号输入端。
(27)POSITION：调整显示波形的水平位置。
(28)SWEEP TIME/DIV：水平扫描灵敏度调节旋钮。可在0.2μs/div~0.5s/div之间以1-2-5级
数调整，共有20种变化。
(29)V ARIABLE：水平扫描灵敏度微调旋钮。
(30)×10MAG：水平波形扩大10倍按钮。
【实验内容】
1．利用示波器自身的标准方波对示波器进行校准
2．利用示波器的CH1或CH2来观察和测量信号
3．观察李沙育图形并用其测量未知频率
电子束在屏幕上同时做两个相互垂直的简谐运动时，其合成轨迹随着它们的频率比值的不同，而得出一系列图形。
4．利用“似李沙育”图形来测量相位差（选做）
【数据处理】
2．利用示波器的CH1或CH2来观察和测量信号，并推导出上述三种波形系数（即正弦波
4．利用“似李沙育”图形来测量相位差（选做）
【预习思考】
1.开机后，应正确使用哪些旋钮，使屏幕上显示一个亮度适中、聚焦清晰、长度适中、
位置适中的扫描线？在荧光屏上能观察到示波器产生的锯齿波吗？
2.在观察正弦信号时，波形向左运动，应增加扫描频率还是减少扫描频率？在观察李
萨育图形时，为获得稳定的图形，你能从图形变化的情况判断Y通道信号频率是偏大还是偏小吗？
3.欲把75Hz的正弦电压稳定地显示出五个周期长的波形图，试问：（1）X轴应加什么
波形电压，其频率为多少？要使波形稳定且不发生畸变，选用何种扫描方式，调节哪些旋钮？（3）显示这样的5个较低频率的波形时，其波形显得比较闪烁（相比较高频率的信号如750Hz），其原因是什么？
4.显示75Hz两个周期的正弦波形后，观察：（1）把SLOPE置于上升沿，调节LEVEL，
从0逐渐调至最大值，看波形所受的影响。（2）把SLOPE置于下降沿，调节LEVEL，观看波形图，分析其原因。
5.你所观测到的5个周期波形图，前后相邻的半波，其长度是否相等？设想把整个波
形图的首尾衔接，能否构成5个完整的周期波形图？
【习题】
1.填空题：当欲用示波器显示电压随时间变化的波形图时，被显示电压应由________
两端钮输入示波器，通过Y通道加在示波管的两_________偏转板间；__________偏转板间应加__________形电压；经________和__________两步调节便可在屏上显示________波形图。
当欲用示波器显示李萨育图形时，应把两个______信号分别输入到示波器，并经各自通道到达_______两偏转板间；在频率关系满足__________条件时，便可在
屏上显示______________的李萨育图形。
2.假设示波器的信号Y=0.050cm/mV，现欲显示一个峰值为40mV的余弦电压的波形，
其波形的峰-峰值长度共是多少cm？如果被显示的电压的有效值为30mV，其波形图的峰-峰值高度又是多少？
3.请推导出频率之比为1：1的李萨育图形的轨迹方程（假定两信号之间的相位差为0）。
4.示波器的偏转灵敏度远比示波管的偏转灵敏度高，为什么？
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
数字示波器的原理及使用 【摘要】示波器就是以直角坐标为参数系,以时间扫描为时基两维地显示物理量——电量瞬时变化的仪器,它不但能观测低频信号(包括单次信号),同时也能观测高频信号与快速脉冲信号 ,并能对其表征的参量进行分析与测量。随着数字集成电路技术的发展而出现的数字存储示波器,不但能对波形进行显示,还能对波形进行存储、分析、计算,并能组成自动测试系统,使之成为了电子测量领域的基础测试仪器之一。 关键词:示波器,信号,数字集成电路,数字存储 【Abstract】Oscilloscope is an instrument that can display electrical signals in rectangular coordinates system based on amplitude and time、It can not only observe the low-frequency signal (including single signal), but also the high-frequency signal and pulse signal, and parameters on the characterization of the analysis and measurement、The digital storage oscilloscope was invented with the development of digital integrated circuit technology, which can not only display the waveform but also can store, analysis, calculate the Parameters of the signal and can form an automatic testing system、The digital storage oscilloscope have become one of the basic testing instrument for electronic measurement 、 Keywords: oscilloscope,signal,digital integrated circuit, digital storage oscilloscope 1、前言 随着数字集成电路技术的发展,数字式示波器的出现以其存储波形及多种信号分析、计算、处理等优良的性能逐步取代模拟示波器。与模拟示波器相比,数字示波器可以实现高带宽及方便地实现对模拟信号波形进行长期存储并能利用机内微处理器系统对存储的信号做进一步的处理,例如对被测波形的频率、幅值、前后沿时间、平均值等参数的自动测量以及多种复杂的处理。 2、数字示波器的基本原理 2、1数字存储示波器的组成原理 典型的数字示波器原理框图如图2、1所示,它分为实时与存储两种工作状态,当其以实时状态工作时,其电路组成原理与模拟示波器相同。当其以存储状态工作时,它的工作过程一般分为存储与显示两个阶段,在存储工作阶段,模拟输入信号先经过适当的放大或衰减,然后经过采样与量化两个过程的数字化处理,将模拟信号转化成数字信号后,在逻辑控制电路的控制下将数字信号写入到存储器中。量化过程就就是将采样获得的离散值通过 A/D转换器转换成二进制数字。采样,量化及写入过程都就是在同一时钟频率下进行的。在显示工作阶段,将数字信号从存储器中读出来,并经D/A转换器转换成模拟信号,经垂直放大器放大加到CRT 的Y偏转板。与此同时,CPU的读地址计数脉冲加之D/A转换器,得到一个阶梯波的扫描电压,加到水平放大器放大,驱动CRT的X偏转板,从而实现在CRT上以稠密的光点包络重现模拟信号。
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
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， . .
数字存储示波器的原理及使用 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。目前大量使用的示波器有两种：模拟示波器和数字示波器。模拟示波器发展较早，技术也非常成熟，其优点主要是带宽宽、成本低。但是随着数字技术的飞速发展，数字示波器拥有了许多模拟示波器不具备的优点：不仅具有可存储波形、体积小、功耗低，使用方便等优点，而且还具有强大的信号实时处理分析功能；具有输入输出功能，可以与计算机或其他外设相连实现更复杂的数据运算或分析。随着相关技术的进一步发展，数字示波器的频率范围也越来越高了，其使用范围将更为广泛因此，学习数字示波器的使用具有重要的意义。 实验目的 1. 了解数字示波器的工作原理； 2. 掌握数字示波器的使用方法； 3. 会用数字示波器测量未知信号的参数。 实验原理 数字存储示波器与模拟示波器不同在于信号进入示波器后立刻通过高速A/D转换器将模拟信号前端快速采样，存储其数字化信号。并利用数字信号处理技术对所存储的数据进行实时快速处理，得到信号的波形及其参数，并由示波器显示，从而实现模拟示波器功能。而且测量精度高，还可以存储和调用显示特定时刻信号。 一个典型的数字存储示波器原理框图如图1所示，模拟输入信号先适当地放大或衰减，然后再进行数字化处理。数字化包括“取样”和“量化”两个过程，取样是获得模拟输入信号的离散值，而量化则是使每个取样的离散值经A/D转换成二进制数字，最后，数字化的信号在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM（存储器）中，CPU从存储器中依次把数字信号读出并在显示屏上显示相应的信号波形。GPIB为通用接口总线系统，通过它可以程控数字存储示波器的工作状态，并且使内部存储器和外部存储器交换数据成为可能。 由此可见，数字示波器必须要完成波形的取样、存储和波形的显示，另外为了满足一般应用的需求，几乎所有微机化的数字示波器都提供了波形的测量与处理功能。 1. 波形的取样和存储 由于数字系统只能处理离散信号，所以必须对模拟连续波形先进行抽样，再进行A/D 转换。根据Nyquist定理，只有抽样频率大于要处理信号频率的两倍时，才能在显示端理想地复现该信号。 由此可见，数字示波器必须要完成波形的取样、存储和波形的显示，另外为了满足一般应用的需求，几乎所有微机化的数字示波器都提供了波形的测量与处理功能。
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
数字示波器及其简单原理图 数字示波器可以分为数字存储示波器（DSO）数字荧光示波器（DP09、混合信 号示波器（MSO9和米样示波器。 数字式存储示波器与传统的模拟示波器相比，其利用数字电路和微处理器来增强对信号的处理能力、显示能力以及模拟示波器没有的存储能力。数字示波器的基本工 作原理如上图所示当信号通过垂直输入衰减和放大器后，到达模-数转换器（ADC。ADC 将模拟输入信号的电平转换成数字量，并将其放到存贮器中。存储该值得速度由触发电路和石英晶振时基信号来决定。数字处理器可以在固定的时间间隔内进行离散信号的幅值采样。接下来，数字示波器的微处理器将存储的信号读出并同时对其进行数字信号处理，并将处理过的信号送到数-模转换器（DAC、，然后DAC的输出信号去驱动垂直偏转放大器。DAC也需要一个数字信号存储的时钟，并用此驱动水平偏转放大器。与模拟示波器类似的，在垂直放大器和水平放大器两个信号的共同驱动下，完成待测波形的测量结果显示。数字存储示波器显示的是上一次触发后采集的存储在示波器内存中的波形，这种示波器不能实时显示波形信息。其他几种数字示波器的特点，请参考相关书籍。
Agile nt DSO-X 2002A 型数字示波器面板介绍 Rm — "P SiD (l#~j a o o o a 二 Mr 强 ； A T ef kiLol&￡i^ li^fiiu]\'ioan Svaixli | Analiif] PnOi 伽 Fui￡ Dto-X :ua ；A [*■4■討心十!?山皿町 p . * 3 ? ? ? 山唤附■血品 1 lnlensity(^fe ) 2 Entry HW 3 LCD^TF ◎IWI 控制 S 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 数字示波器的使用 实验报告 姓名： 学号： 座位号： 指导教师： 报告箱号： 实验日期：年月日星期第节 数字示波器的使用 预习提示：完整地学习使用某一仪器的最好方法一般是对照着用户手册，按照提示一步一步地操作，并观察记录实验现象和结果，思考自己所完成的仪器操作的作用。但初次接触像示波器这样的通用仪器，一方面，我们不可能在短时间内学会其所有的操作；另一方面，通用仪器的各种功能之间并不一定有直接的相互关联，我们可以选择其中的部分功能进行学习，其他功能可以留到以后用到时再参考用户手册来学习和实践。实验预习时，学生可以粗读用户手册中与实验内容相关的章节（第一章和第二章），知道有关功能/操作大致是哪些步骤、可以得到哪些结果。千万不要尝试去“背诵”用户手册的某个章节甚至整本用户手册。 实验目的： 预习作业： 1.示波器是一个什么样的仪器？它有哪些应用？ 2.本实验所用数字示波器的电压显示范围V pp是_________；若待测量信号的V pp小于此值，则可将信号 直接接到数字示波器的信号输入端（通道1或通道2）；若待测量信号的V pp大于此值，则需用示波器10:1衰减探头，且在探头线___________开关打开的情况下才能将信号接入示波器。 3.信号接入示波器之后，如果发现信号幅度纵向只占屏幕的很小部分或上下均超出屏幕显示范围，应调 节相应通道的________旋钮；若信号纵向偏离屏幕中心位置，则应调节相应通道的_________旋钮。若屏幕上显示的信号周期数太少或太多，则应调节该通道的________旋钮。 4.若屏幕上显示的信号一直在左右移动，很可能是因为_________源/模式选择或________电平设置不当。 5.（本题可在实验过程中完成）电压档位显示在液晶屏的_________位置，时基档位显示在液晶屏的 _________位置，触发源和触发模式选择显示在液晶屏的________位置。 6.（本题可在实验过程中完成）屏幕上，信号电压的零点由显示屏________位置的_______符号来指示。 信号以直流耦合方式输入时的指示符号是________；信号以交流耦合方式输入时的指示符号是 ________。 数字示波器的调节与使用 一、实验目的 1.了解示波器的结构与示波原理 2.掌握示波器的使用方法，学会用示波器观测各种电信号的波形 3.学会用示波器测正弦交流信号的电压幅值及频率 4.学会用李萨如图法，测量正弦信号频率 二、实验仪器 RIGOL DS1000E型数字存储示波器，ＤＧ１０２２函数波形发生器 三、实验原理 1、双踪示波器的原理： 双踪示波器控制电路主要包括：电子开关、垂直放大电路、水平放大电路、扫描发生器、同步电路、电源等。 Y CH1 Y CH2 图1. 双踪示波器原理方框图 其中，电子开关使两个待测电压信号YCH1和YCH2周期性地轮流作用在Y偏转板，这样在荧光屏上忽而显示YCH1信号波形，忽而显示YCH2信号波形。由于荧光屏荧光物质的余辉及人眼视觉滞留效应，荧光屏上看到的是两个波形。 如果正弦波与锯齿波电压的周期稍不同，屏上出现的是一移动的不稳定图形，这是因为扫描信号的周期与被测信号的周期不一致或不呈整数倍，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”调节旋钮，用来调节锯齿波电压的周期，使之与被测信号的周期呈合适的关系，从而显示出完整周期的正 弦波形。 当扫描信号的周期与被测信号的周期一致或是整数倍，屏上一般会显示出完整周期的正弦波形，但由于环境或其他因素的影响，波形会移动，为此示波器内装有扫描同步电路，同步电路从垂直放大电路中取出部分待测信号，输入到扫描发生器，迫使锯齿波与待测信号同步，此称为“内同步”。如果同步电路信号从仪器外部输入，则称为“外同步”。 2．示波器显示波形原理： 如果在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波，在示波器的X 偏转板加上示波器内部的锯齿波，当锯齿波电压的变化周期与正弦电压的变化周期相等时，则在荧光屏上将显示出完整周期的正弦波形，如图2所示。如果在示波器的YCH1、YCH2端口同时加上正弦波，在示波器的X 偏转板加上示波器内部的锯齿波，则在荧光屏上将得到两个正弦波。 图2.示波器显示正弦波形的原理 3、数字存储示波器的基本原理 数字存储示波器的基本原理框图如图3所示： AMP A/D Display Input DeMUX Acquistion Memory uP Display Memory 图3.数字存储示波器的基本原理框图 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。 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。 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。 数字示波器的原理和使用方法 在数字电路实验中，需要使用若干仪器、仪表观察实验现象和结果。常用的电子测量仪器有万用表、逻辑笔、普通示波器、存储示波器、逻辑分析仪等。万用表和逻辑笔使用方法比较简单，而逻辑分析仪和存储示波器目前在数字电路教学实验中应用还不十分普遍。示波器是一种使用非常广泛，且使用相对复杂的仪器。本章从使用的角度介绍一下数字示波器的原理和使用方法。 1、数字示波器工作原理 示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。 1(1 示波管 阴极射线管(CRT)简称示波管，是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。正如图1所示，电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内，构成了一个完整的示波管。 1(荧光屏 现在的示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。 当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10,所经过的时间叫做“余辉时间”。余辉时间短于10μs为极短余辉，10μs—1ms为短余辉，1ms—0(1s为中余辉，0(1s-1s为长余辉，大于1s为极长 余辉。一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。 由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛。 2(电子枪及聚焦 电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极，阴极受热发射电子。栅极是一个顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低，对阴极发射的电子起控制作用，一般只有运动初速度大的少量电子，在阳极电压的作 用下能穿过栅极小孔，奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低，则全部电子返回阴极，即管子截止。调节电路中的W1电位器，可以改变栅极电位，控制射向荧光屏的电子流密度，从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连，所加电位比A1高。G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。 电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程。第一次聚焦由K、 G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域，调节第二阳极A2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦。A1上的电压叫做聚焦电压，A1又被叫做聚焦极。有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦，需微调第二阳极A2的电压，A2又叫做辅助聚焦极。 3(偏转系统 偏转系统控制电子射线方向，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。图8(1中，Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。Y轴偏转板在前，X轴偏转板在后，因此Y轴灵敏度高(被测信号经处理后加到Y 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。 新书《数字示波器原理和应用》介绍 内容简介 本书从理论和实践两方面介绍了数字示波器的基础理论和具体应用，分为上下两卷。上卷介绍数字示波器的工作原理，从被测对象的特征、示波器硬件结构、关键概念和技术点、波形参数测量定义、探头技术原理等角度探讨数字示波器工作原理和相关概念。下卷介绍数字示波器在测试各种总线和接口标准上的具体应用，从通用的测量分析（抖动、眼图、均衡、嵌入去嵌入），到具体的低速和高速总线和接口的测量，比较全面的介绍了数字示波器的各种具体应用。本书适合从事电子工程领域和通信工程领域的数字系统研发和测试的工作者，以及大学院校电子工程、通信工程、电子测量与仪器仪表等专业的师生阅读。 作者简介 孙灯亮：1999年毕业于西安电子科技大学，2003年底加入安 捷伦科技（中国）有限公司，负责电子测量仪器和方案的技术 咨询工作。加入安捷伦之前曾在华为技术和联想电脑负责技术 研究和产品开发工作。 目录 上卷数字示波器原理第一章示波器背景和被测对象简介 1.1 示波器背景简介 1.2 示波器的主要应用分类 1.3 电子信号简介 1.4 时钟信号和数据信号频谱的不同 1.5 时钟信号和数据信号的五次谐波点幅度 参考文献 第二章数字示波器硬件结构原理 2.1 数字示波器硬件架构 2.2 单片80G/s采样电路原理 参考文献 第三章数字示波器信号保真度和波形重建 3.1 数字技术的发展推动数字示波器的性能提升 3.2 探头系统对被测信号的影响和发展 3.3 数字示波器的体系结构及其带宽和频响 3.4 数字示波器模数转换器ADC的采样和波形重建 3.5 数字示波器高精度测量的要求小结 参考文献 第四章理解示波器的抖动测量本底和本底噪声 4.1 示波器抖动测量本底 4.1.1 固有抖动示波器的原理和使用
数字示波器的使用
示波器的调节与使用
示波器的原理和应用
示波器的原理和使用
示波器的原理和使用(仿真实验)
数字示波器的原理和使用方法
示波器的原理和使用实验报告
实验二十六示波器的原理和使用
《数字示波器原理和应用》介绍
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