1、大学物理实验-示波器的原理与使用实验实验 11 11 示波器的原理与使用示波器的原理与使用大学物理实验中心大学物理实验中心侯晨霞侯晨霞20182018年年3 3月月2022-12-24郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 大学物理实验-示波器的原理与使用 示波器示波器是一种常用的电子测量仪器，它能把眼睛看不见是一种常用的电子测量仪器，它能把眼睛看不见的电信号变换成看得见的图像显示在屏幕上，便于人们研究的电信号变换成看得见的图像显示在屏幕上，便于人们研究各种电现象的变化过程，所以示波器被誉为各种电现象的变化过程，所以示波器被誉为“电子工程师的电子工程师的眼睛眼睛”。通过通过示波器示波器可以可以观
2、察电压随时间变化的波形，并能测量观察电压随时间变化的波形，并能测量电压、周期、频率、相位差等电学量的数值。因此示波器在电压、周期、频率、相位差等电学量的数值。因此示波器在科研、教学及应用技术等很多科研、教学及应用技术等很多领域领域都有着都有着广泛广泛的应用的应用。引引 言言2022-12-24郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 大学物理实验-示波器的原理与使用引引 言言在家电维修上的应用在家电维修上的应用2022-12-24郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 大学物理实验-示波器的原理与使用引引 言言在医疗上的应用在医疗上的应用2022-12-24郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 大学
3、物理实验-示波器的原理与使用 在军事、气象、交通上的应用在军事、气象、交通上的应用2022-12-24郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 一、实验一、实验目的目的 1 1.了解示波器的结构和工作原理；了解示波器的结构和工作原理；2 2.学习使用示波器观察各种信号波形，并会测学习使用示波器观察各种信号波形，并会测量电压、周期和频率等电学量的数值；量电压、周期和频率等电学量的数值；3 3.掌握观察李萨如图形，测量未知正弦信号的掌握观察李萨如图形，测量未知正弦信号的频率频率。2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑
4、州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理、实验原理 1.1.示波器示波器的基本的基本结构结构:（1 1）示波管示波管（CRTCRT）（2 2）放大放大与衰减与衰减系统系统（3 3）扫描扫描同步同步系统系统（4 4）电源电源系统四个部分系统四个部分2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理、实验原理UYyUY A1：第一阳极：第一阳极G：控制栅极：控制栅极K：阴极：阴极F：灯丝：灯丝G：对应亮度旋钮：对应亮度旋钮A2：第二阳极：第二阳极 G A1 A2共同完成聚焦共同完成聚焦X：水平：水平偏转板偏转板Y：竖直偏转板：竖直偏转
5、板荧光屏荧光屏2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理、实验原理 （2 2）放大和衰减）放大和衰减系统系统 为了为了适应被测信号幅值的范围（从最小幅值到最大适应被测信号幅值的范围（从最小幅值到最大幅值），对小信号进行放大，对大信号进行衰减，用于幅值），对小信号进行放大，对大信号进行衰减，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。于观测。2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理实验原理 （3 3）扫描系统
6、）扫描系统 扫描扫描系统的作用是产生锯齿波扫系统的作用是产生锯齿波扫描电压描电压(如如右右图所示图所示)，即在水平偏转即在水平偏转板上加上扫描电压，使电子束在这个板上加上扫描电压，使电子束在这个电压的作用下匀速地在电压的作用下匀速地在荧光屏荧光屏上上周期周期性性地自左向右运动，这一过程称为地自左向右运动，这一过程称为扫扫描描。Uxt2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理实验原理Uxt2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理实验原理 1.1.示波器的基本结构示波器的基
7、本结构 (4)(4)电源电源2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理实验原理 2 2.示波器显示波形的示波器显示波形的原理原理 如果如果只在水平偏转板只在水平偏转板X X上加上上加上扫描电压，而竖直扫描电压，而竖直偏转板偏转板Y Y上不加上不加电压，电子束在水平方向上来回电压，电子束在水平方向上来回运动而形成一条运动而形成一条水平水平亮线亮线，如果，如果只在竖直偏转板只在竖直偏转板Y Y上加上交变电压，上加上交变电压，而而X X偏转板上不加偏压，电子束在偏转板上不加偏压，电子束在竖直方向竖直方向上动上动而形成一条亮而形成一条亮线线
8、。2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验、实验原理原理 如果如果在在Y Y轴轴偏转板偏转板和和X X轴轴偏转板偏转板上同时分别加上正弦上同时分别加上正弦电压和扫描电压电压和扫描电压，电子束同电子束同时受竖直和水平两个方向电时受竖直和水平两个方向电场力的作用，电子的运动是场力的作用，电子的运动是两互相垂直运动的合成。当两互相垂直运动的合成。当扫描电压与正弦电压变化周扫描电压与正弦电压变化周期相等时，在荧光屏上能显期相等时，在荧光屏上能显示完整周期的正弦波电压的示完整周期的正弦波电压的波形图波形图2022-12-24大学物理实验-示波器
9、的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理实验原理 为了为了获得稳定获得稳定波形，波形，X轴上的轴上的扫描扫描周期周期TX 和和Y 轴轴上被测信号周期上被测信号周期TY之间应满足之间应满足TX=nTY（n n是整数是整数）2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理实验原理 3 3.同步扫描同步扫描 为了为了获得稳定波形获得稳定波形(单一波形单一波形)，X轴上的轴上的扫描扫描周期周期TX和和Y轴上被测信号周期轴上被测信号周期TY之间应满足之间应满足TX=nTY（n n是整数是整数）每次每次扫描在扫描在Y Y 轴上
10、应有相同的轴上应有相同的起点起点。在在示波器上设有扫描范围和扫描微调以及整步调节，示波器上设有扫描范围和扫描微调以及整步调节，用来调节用来调节TX，使之使之满足满足TX=nTY2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理实验原理 3 3.同步扫描同步扫描 TX=nTY2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理实验原理 在在触发扫描中，锯齿波的起点由触发扫描中，锯齿波的起点由被测信号的某一斜率和电平点触发产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，一个锯齿生，一
11、个锯齿波显示一屏，一个锯齿波结束后，等候待测信号波结束后，等候待测信号UY相同的相同的斜率和电平点再次触发产生下一个锯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齿波。由于每屏波形起点对应待测信号号UY相同的斜率和电平（每屏有相相同的斜率和电平（每屏有相同的起点），所以波形自然稳定同的起点），所以波形自然稳定(各各屏重迭屏重迭)。2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理实验原理 4.4.利用李萨如图测正弦电压的频率利用李萨如图测正弦电压的频率基本原理基本原理 如果如果给示波器的给示波器的X X轴和轴和Y Y轴都
12、输入正弦电压，当这轴都输入正弦电压，当这两个正弦电压的频率相等或两个正弦电压的频率相等或成成简单的简单的整数整数比比时时，则屏，则屏上将呈现特殊形状的图形，这种图形称为李萨如（法上将呈现特殊形状的图形，这种图形称为李萨如（法国数学家）国数学家）图形图形。）都为整数、（babaffyx2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理实验原理1：11：21：32：32022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 二二、实验原理实验原理 4.4.利用李萨如图测正弦电压的频率利用李萨如图测正弦电压的频率基
13、本原理基本原理 yxyxfnnf2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 三、实验三、实验仪器仪器1.函数函数信号发生器信号发生器 (SDG805)2.双双通道示波器通道示波器（DOS-620）2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 三、实验三、实验仪器仪器2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 示波器示波器面板控制件的作用简介面板控制件的作用简介郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 水平控制区显示区竖直控制区触发区2022-12-24大学物理实验
14、-示波器的原理与使用亮度：轨迹亮度：轨迹亮度调节亮度调节电源开关电源开关电源指示灯电源指示灯聚焦：轨迹聚焦：轨迹清晰度调节清晰度调节荧光屏荧光屏校准校准信号信号（方波）（方波）郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用（2）水平控制区）水平控制区郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 水平位移水平位移10 MAG：扫描：扫描速率扩展速率扩展10倍倍TIME/DIV：调节扫描：调节扫描速率，指示水平方向速率，指示水平方向每格的每格的扫描时间扫描时间SWP.VAR：扫描速率连续扫描速率连续调节调节2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州
15、工业应用技术学院大学物理实验中心 微调旋钮，微调旋钮，校正位置校正位置CALVOLTS/DIV：偏转因数，偏转因数，指指示垂直方向每示垂直方向每格的偏转电压格的偏转电压值值CH1或或CH2：1或或2单独显示单独显示CH1：被被测信号输入端口测信号输入端口CH1垂直垂直位移位移选择触发信号耦合方选择触发信号耦合方式：式：AC/DC GNDADD：显示两个通道信：显示两个通道信号幅度的代数和或差号幅度的代数和或差2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用（4）触发区）触发区郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 电平（电平（LEVEL）：）：调节被测信号在某调节被测信号在某一电平触发一电平
16、触发扫描，扫描，稳定信号稳定信号 触发旋钮，扫面信触发旋钮，扫面信号与被测信号同步号与被测信号同步 2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用输出输出频率频率在在1Hz-10MHz的正弦波、三角波、的正弦波、三角波、方波、脉冲方波、脉冲波、噪声、任意波信号波、噪声、任意波信号。面板主要控制件的作用：面板主要控制件的作用：电源开关电源开关彩色液晶显示屏彩色液晶显示屏返回返回波形选择波形选择触发控制：手动触发触发控制：手动触发通道控制，通道控制，波形输出波形输出数字键，输入参数数字键，输入参数参数连续调参数连续调节旋钮节旋钮参数数值参数数值位数切换位数切换辅助功能键辅助功能键菜单软键，改
17、变波的周期菜单软键，改变波的周期/频频率、峰值率、峰值/高电平、偏移量高电平、偏移量/低低电平、起始相位、占空比电平、起始相位、占空比2022-12-24郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 1 1.示波器的预置示波器的预置 将将各个旋钮、按钮、切换开关等调节到预置位置各个旋钮、按钮、切换开关等调节到预置位置（1 1）旋钮预置）旋钮预置【POSITION】居中居中 【SWP.VAR】置于置于CAL【TIME/DIV】0.2 ms 【LEVEL】居中居中【VOLTS/DIV】居中居中 【I
18、NTEN】居中居中【FOCUS】居中居中2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤（2 2）各按钮预置：弹出）各按钮预置：弹出（3 3）切换开关预置）切换开关预置【TRIGGER.MODE】AUTO【SOURCE】/【ACGNDDC】AC【MODE】/2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 2 2.测量校正信号的电压测量校正信号的电压频率频率2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验
19、中心 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 2 2.测量校正信号的电压频率测量校正信号的电压频率 （1 1）校正信号输入）校正信号输入 ，调节，调节【TIME/DIV】、【VOLTS/DIV】，使波形显示适中，使波形显示适中（竖直竖直方向占方向占2/32/3，水平方向，水平方向1 1 2 2个完整波形个完整波形）（2 2）测量电压、）测量电压、频率，频率，即垂直衰减分即垂直衰减分度度格数，格数，即扫描速率分即扫描速率分度度格数格数2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 2 2.测量校正信号的电压测量校正信号
20、的电压频率频率2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 2 2.测量校正信号的电压测量校正信号的电压频率频率计算：计算：kHzHzTfSmsDIVDIVmsT1101110152033/.2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 2 2.测量校正信号的电压测量校正信号的电压频率频率计算：计算：VDIVDIVVVPP2450/.2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 数据记录与
21、处理数据记录与处理 1.1.测量校正信号的电压测量校正信号的电压频率频率将实验数据记录下将实验数据记录下表表校正校正信号信号标准值标准值偏转偏转因数因数(V/(V/格格)格数格数(div)扫描扫描速率速率（T/divT/div）格格数数(div)实测值实测值频率频率1 KHz电压电压VP-P 2 VP-P 2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 3.3.测量正弦电压波信号电压、频率测量正弦电压波信号电压、频率 （1 1）正弦信号输入）正弦信号输入 ，调节，调节【TIME/DIV】、【VOLTS/DIV】，使
22、波形显示适中（数值方向占，使波形显示适中（数值方向占2/32/3，水平方向，水平方向1 1 2 2个完整波形）个完整波形）（2 2）测量电压、）测量电压、频率，频率，即垂直衰减分度即垂直衰减分度*格格数，数，即扫描速率分度即扫描速率分度*格格数数2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 3.3.测量正弦电压波信号电压、频率测量正弦电压波信号电压、频率 （1 1）正弦信号输入）正弦信号输入 ，调节，调节【TIME/DIV】、【VOLTS/DIV】，使波形显示适中（数值方向占，使波形显示适中（数值方向占2/32/
23、3，水平方向，水平方向1 1 2 2个完整波形）个完整波形）（2 2）测量电压、）测量电压、频率，频率，即垂直衰减分度即垂直衰减分度*格格数，数，即扫描速率分度即扫描速率分度*格格数数2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 数据记录与处理数据记录与处理 2.2.测量测量正弦电压波正弦电压波信号信号电压电压、频率频率将实验数据记录下将实验数据记录下表表待测待测信号信号偏转偏转因数因数(V/div)格格数数(div)信号信号电压电压(VP-P)扫描扫描速率速率(T/div)格格数数(div)信号信号频率频率HZ信号信号波形波形电信号电信号1附图附图
24、1电信号电信号2附图附图22022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 4.4.观察李萨如图形，测量信号频率观察李萨如图形，测量信号频率 （1 1）重新重新预置，预置，【TIME/DIV】X-Y （2 2）调节调节【VOLTS/DIV】，使图像显示适，使图像显示适中（水平、竖直方向各占中（水平、竖直方向各占2/32/3）（3 3）观察观察李萨如图形，计算李萨如图形，计算 2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 数据记录与处理数据记录与处理 3.3.观察李萨如图形观
25、察李萨如图形.测量测量信号信号频率频率将实验数据记录下将实验数据记录下表表待测信号待测信号参考信参考信号频率号频率n nx xn ny y信号信号频率频率信号信号波形波形电信号电信号1 1附图附图1 1电信号电信号2 2附图附图2 22022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 五五、数据记录与处理、数据记录与处理 1.1.测量校正信号的电压测量校正信号的电压频率频率将实验数据记录下将实验数据记录下表表校正校正信号信号标准值标准值偏转偏转因数因数(V/(V/格格)格数格数(div)扫描扫描速率速率（T/divT/div）格格数数(div)实测值实测值
26、频率频率1 KHz电压电压VP-P 2 VP-P 2022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 五五、数据记录与处理、数据记录与处理 2.2.测量测量正弦电压波正弦电压波信号信号电压电压、频率频率将实验数据记录下将实验数据记录下表表待测待测信号信号偏转偏转因数因数(V/div)格格数数(div)信号信号电压电压(VP-P)扫描扫描速率速率(T/div)格格数数(div)信号信号频率频率HZ信号信号波形波形电信号电信号1附图附图1电信号电信号2附图附图22022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 五五、数据
27、记录与处理、数据记录与处理 3.3.观察李萨如图形观察李萨如图形.测量测量信号信号频率频率将实验数据记录下将实验数据记录下表表待测信号待测信号参考信参考信号频率号频率n nx xn ny y信号信号频率频率信号信号波形波形电信号电信号1 1附图附图1 1电信号电信号2 2附图附图2 22022-12-24大学物理实验-示波器的原理与使用郑州工业应用技术学院大学物理实验中心 六六、思考题、思考题 1 1.荧光屏荧光屏上所观察到的波形实际上是哪两上所观察到的波形实际上是哪两个个电信电信号号的的合成？合成？2 2.用示波器观测用示波器观测50Hz和和250Hz的正弦波，当调出的正弦波，当调出两个周期稳定的波形时，其扫描电压的周期是多少两个周期稳定的波形时，其扫描电压的周期是多少？2022-12-24
