示波器的使用学生实验设计报告

广州大学学生实验报告

院（系）名称 物理系 专业名称 物理教育 实验课程名称 实验项目名称 实验时间 实验成绩 班别 姓名 学号 普通物理实验I 电学实验：示波器的使用 实验地点 指导老师签名 【实验目的】 1．了解示波器显示波形的原理，了解示波器各主要组成部分及它们之间的联系和配合； 2．熟悉使用示波器的基本方法，学会用示波器测量波形的电压幅度和频率； 3．观察李萨如图形。 【实验仪器】 1、 双踪示波器 SS-7802A型 1台 2、 函数信号发生器 1台 3、 连接线 示波器专用 2根 【实验原理】 示波器由示波管、扫描同步系统、Y轴和X轴放大系统和电源四部分组成， 1.示波管 如图所示，左端为一电子，电子加热后发出一束电子，电子经电场加速以高速打在右端的荧光屏上，屏上的荧光物发光形成一亮点。亮点在偏转板电压的作用下，位置也随之改变。在一定范围内，亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。 .

资料

示波管结构简图 示波管内的偏转板 2.扫描与同步的作用 如果在X轴偏转板加上波形为锯齿形的电压，在荧光屏上看到的是一条水平线，如图 图扫描的作用及其显示 如果在Y轴偏转板上加正弦电压，而X轴偏转板不加任何电压，则电子束的亮点在纵方向随时间作正弦式振荡，在横方向不动。我们看到的将是一条垂直的亮线，如图 如果在Y轴偏转板上加正弦电压，又在X轴偏转板上加锯齿形电压，则荧光屏上的亮点将同时进行方向互相垂直的两种位移，其合成原理如图所示，描出了正弦图形。如果正弦波与锯齿波的周期（频率）相同，这个正弦图形将稳定地停在荧光屏上。但如果正弦波与锯齿波的周期稍有不同，则第二次所描出的曲线将和第一次的曲线位置稍微错开，在荧光屏上将看到不稳定的图形或不断地移动的图形，甚至很复杂的图形。由此可见： .

资料

（1）要想看到Y轴偏转板电压的图形，必须加上X轴偏转板电压把它展开，这个过程称为扫描。如果要显示的波形不畸变，扫描必须是线性的，即必须加锯齿波。 （2）要使显示的波形稳定，Y轴偏转板电压频率与X轴偏转板电压频率的比值必须是整数，即： fyfxn n=1,2,3, 示波器中的锯齿扫描电压的频率虽然可调，但要准确的满足上式，光靠人工调节还是不够的，待测电压的频率越高，越难满足上述条件。为此，在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置，称为“同步”。在人工调节到接近满足式频率整数倍时的条件下，再加入“同步”的作用，扫描电压的周期就能准确地等于待测电压周期的整数倍，从而获得稳定的波形。 如果Y轴加正弦电压，X轴也加正弦扫描电压，得出的图形将是李萨如图形，如表所示。李萨如图形可以用来测量未知频率。令fy、fx分别代表Y轴和X轴电压的频率，nx代表X方向的切线和图形相切的切点数，ny代表Y方向的切线和图形相切的切点数，则有 nx fxny 李萨如图形举例表 fy 如果已知fx，则由李萨如图形可求出fy。 .

资料

【基本调节】 5 非自动扫描 5 自动扫描 5 单次扫描 6 时间分度，按下为微调状态 4 XY模式，显示李萨如图形 10 波形上下移动 9 纵轴分度,表示纵轴上一格代表多大电压 8 打开通道1 4 A模式，水平轴为时间轴 7 信号2 亮度 2 亮度 3 聚焦 1电源 输入端 【准备工作】 1、 打开电源 2、 调节亮度旋钮至中间位置 3、 调节聚焦旋钮使显示清晰 【扫描方式选择】 4、 交替按下A键和X-Y键，感受屏幕的变化，最后按A键使水平轴作为时间轴 5、 交替按下AUTO、NORM、SGL/RST三个键，感受屏幕的变化，最后按AUTO键使扫描自动进行 6、 转动时间分度旋钮，感受水平扫描速度的变化，注意屏幕左上角的时间分度值变化，最后使扫描成一直线 7、 打开函数信号发生器，输出任意一正弦波信号，并把信号接入到示波器的通道1信号输入端 【输入并显示信号】 8、 按CH1键打开通道1，使屏幕显示通道1的信号波形，留意屏幕左下角有标记1：表示通道1已打开 9、 转动电压分度旋钮，感受波形高度的变化，注意屏幕左下角标记1：后面的电压值即为纵轴上一格代表的电压，此旋钮同时也是一个按钮，按下后该旋钮即变为微调状态，在标记1：后面会多了一个>表示，再按一下即取消微调功能，测量数据时必须退出微调状态（上述第6项时间分度旋钮具有相同功能） 10、 来回转动垂直位置旋钮，把波形定位在中间高度 11、 按下GND键若干次，观察并体会输入信号接地前后的变化 .

11 输入信号接地,波形变为一水平线 资料

【稳定信号显示】 12、 按SOURCE键若干次，注意屏幕顶部中间位置的信息变化，最后选择CH1作为触发信号来源，触发源的作用是用来产生与信号本身周期相等或成整数倍关系的锯齿波，以便使波形不会产生左右移动 13、 按COUPL键若干次，注意屏幕顶部中间位置的信息变化，最后选择AC作为触发信号的输入方式（交流） 14、 按TV键若干次，注意屏幕顶部中间位置的信息变化，最后使该处显示信息为一电压值，表示以电平触发 15、 转动触发电平旋钮，使上述第14项的电压值往0V方向变化，直到波形稳定显示为止 【函数信号发生器调节】 16、 调节函数信号发生器，改变波形的高度（电压）和宽度（周期/频率） 【波形观测】 信号输入与波形显示 1、调节函数信号发生器，输出一电压峰峰值为2Vpp，频率为1kHz的正弦波 2、按实验内容一的方法使波形稳定地显示于屏幕中间 信号的电压峰峰值测量 3、参照实验内容一中第9项操作使波形的高度约占屏幕高度的2/3左右，记录屏幕左下角标记1：后面的电压值即为Ku，它表示波形每1cm高度代表的电压的大小 4、目测波形从波谷到波峰的高度，即为App，单位为cm 5、把第3、4项所得的数据记录到表中，两者相乘即为测得信号电压峰峰值Upp，检验是否与第1项中设定值相近 信号的周期和频率测量 6、参照实验内容一第6项操作使屏幕在水平方向上显示出波形的2个周期左右，记录屏幕左上角标记A后面的时间值即为Kt，它表示波形每1cm宽度代表的时间大小 7、目测波形一个周期内的宽度，即为波长，单位为cm 8、把第6、7项所得的数据记录到表中，两者相乘即为测得信号的周期T，从而可算得其频率f,与设定值比较 【实验内容】 1． 示波器的调整 （1）不接外信号，进入非X-Y方式 （2）调整扫描信号的位置和清晰度 （3）设置示波器工作方式 2． 正弦波形的显示 （1）熟读示波器的使用说明，掌握示波器的性能及使用方法。 （2）把信号发生器输出接到示波器的Y轴输入上，接通电源开关，把示波器和信号发生器的各旋钮调到正常使用位置，使在荧光屏上显示便于观测的稳定波形。 3．示波器的定标和波形电压、周期的测量 （1）把Y轴偏转因数和扫描时间偏转因数旋钮都放在“校准”位置（指示灯“VAR”熄灭）。 （2）把校准信号输出端接到Y轴输入插座 （3）把信号发生器的正弦电压接到Y轴输入端，用示波器测量正弦电压的幅值和周期，并和信号发生器上显示的频率值比较。 （4）选择不同幅值和频率的5种正弦波，重复步骤（3），记下测量结果。 .

资料

4．李萨如图形的观测 (1) 把信号发生器后面50Hz输出信号接到X通道，而Y通道接入可调的正弦信号 (2) 分别调节两个通道让他们能够正常显示波形 (3) 切换到X-Y模式，调整两个通道的偏转因子，使图形正常显示 (4) 调节Y信号的频率，观测不同频率比例下的李萨如图 【实验内容与步骤】 １、示波器的调整 ａ、（用ＡＵＴＯ扫描，以便无信号输入时显示水平亮线。 ｂ、调整扫描信号的位置和清晰度 ｃ、选择信号的输入方式和触发方式 ２、测量信号的幅度和周期 （１）正弦波信号 a、 将函数信号发生器的输出信号（50Ω）输出A端输到示波器的CH1或CH2输入端 a、 调节函数信号发生器的频率和幅度旋钮，输出1kHz、1Vpp的正弦波 b、 调节Y轴“VOLTS/DIV”（偏转因数）旋钮，使波形峰峰值在Y方向占3-5打格。调节X轴“TIME/DIV”（扫描转速）旋钮，使荧光屏X方向显示1-5个周期的波形，按“SOURCE”（触发源）键选VERT（垂直）触发方式，调节“TRIG LEVEL”触发电平旋钮，使波形稳定显示。 c、 用示波器间距测量法和光标测量法分别测出信号的电压、周期，将数据分别记录在表中，并比较“间距测量法”与“光标测量法”的测量结果，指出哪个测量准确。 （２）矩形波信号 调节函数发生器“输出波形选择”键（即依次按{shift},{1}键），输出矩形波，调节频率为10kHz。按照上述正弦波的测量方法，用示波器测出矩形波的幅度、周期，将数据分别记录在表中，并比较“间距测量法”与“光标测量法”的测量结果。 （３） 三角波信号 调节函数发生器“输出波形选择”键（即依次{shift}、{2}键），输出三角波，调节频率为100kHz。按照上述正弦波的测量方法，用示波器测出矩形波的幅度、周期，将数据分别记录在表中，并比较“间距测量法”与“光标测量法”的测量结果。 1、 观察李萨如图，用李萨如图测量正弦信号频率 （1） 用函数发生器的输出A端，从示波器CH1通道（X轴）输入1V、100Hz（fx）的正弦波，按“CH1”，使荧光屏底部显示“1：”调节示波器有关旋钮，观察到稳定的正弦波。 （2） 用函数发生器的输出B端，从CH2通道（Y轴）输入1V、50Hz（fy）的正弦波，按“CH2”键，使荧光屏显示“2：”，调节示波器有关旋钮，观察到稳定的正弦波。 （3） 按“X-Y”键，使“水平显示”置“X-Y”工作方式，按一次“CH1”键使CH1通道关闭，则荧光屏出现李萨如图，调节CH1和CH2的偏转因数，使李萨如图大小适中。 （4） 缓慢调节CH2的函数发生器的频率fy，使李萨如图稳定。画出李萨如图，测量相应的X方向切点数Nx和Y方向切点数Ny，将数据记入表中 （5） 再将频率fy调节为300Hz，画出李萨如图，测量相应的X方向切点数Nx和Y方向切点数Ny，将数据记入表中，柄判断式子是否成立 （6） 做完李萨如图实验后，必须按“A”键，使水平显示置“A”工作方式，以便荧光屏出现水平亮线，保护荧光屏 .

资料

【数据记录及处理】 1、 测量信号的电压和周期： 信号发生器 频率/Hz 1000 500 电表电压/V 2 2 输出衰减/dB 0 0 波形 函数发生器的显示参数 观测的波形 Y偏转因数K(mV/cm) 峰峰垂直距离y（cm） 间距测量法 峰峰电压Upp=k·y（V） 扫描速率P（s/cm） 波长（cm） 周期T=P·(s) 频率f=1/T(kHz) 峰峰电压Upp（V） 光标测量法 周期T=t光标(s） 频率f=1/T(kHz) 2、用李萨如图测量正弦信号频率 fx(Hz) (CH1) Fy(HZ) (CH2) 50 100 100 300 Y轴灵敏度（V/格） 2 1 示波器 测量结果 y（格） 扫描速度x（格） UPP//V T/s （s/格） 1 2 正弦波 1kHz,1Vpp 200 5.00 1.00 200 5.00 1000 1.00 1.008 1004 0.996 0.001 0.001 1 2 矩形波 10kHz,1Vpp 200 5.00 1.00 20 5.00 100 10.0 1.008 100.4 9.96 99.6 2 2 0.001 0.002 三角波 100kHz,1Vpp 200 5.00 1.00 2.00 5.00 10 100.0 1.008 10.04 1、测量三种不同波形信号的幅度、周期和频率 李萨如图 X方向切点数Nx Y方向切点数Ny Ny/Nx fx/fy 1 2 1 1 1 3 12 12 11 11 13 13 .

资料

【讨论、建议与质疑】 （1） 在示波器显示扫描波形图和李萨如图形的原理中， 不同之处在与它们所使用的扫描电压（即水平方向的输入电压）不同。 显示扫描波形时， 水平方向加载的是锯齿波的扫描电压， 它能够使电子束从左向右地单方向扫描， 当扫描频率和输入信号的频率相配合时， 就能够显示输入信号的波形； 显示李萨如图形时， 水平方向接入的是未知的正弦信号， 它使电子束在水平方向上做简谐往复运动， 与竖直方向的另一简谐运动相叠加后， 在荧光屏上形成李萨如图形。 （2） 形成椭圆的条件较为简单， 当输入的两个同频正弦信号相位差存在， 且大小在+π~ -π之间时， 即可形成椭圆图形。 圆可以认为是一种特殊条件下形成的椭圆图形。 当输入的两个正弦信号频率相同， 信号振幅相同， 且两者的相位差为±π/2时， 李萨如图形为圆形。 （3） 实验中Y轴信号为已知正弦信号， X轴为未知信号， 经过实验， 发现 当fy比fx大很多时， 荧光屏上的线条之间不可分辨， 形成一个矩形块状图案； 当fy比fx小很多时，荧光屏上显示一条上下振荡的水平线段。 【分析讨论】 输出负载：幅度设定值是在输出端开路时校准的，输出负载上的实际电压值为幅度设定值乘以负载阻抗与输出阻抗的分压比，仪器的输出阻抗约为50Ω，当负载阻抗足够大时，分压比接近于1，，输出阻抗上的电压损失可以忽略不计。但当负载阻抗较小时，输出阻抗上的电压损失补课忽略，负载上的实际电压值与幅度设定值是不相符的，这点应予注意 A路输出具有过压保护和过流保护，输出端短路几分钟或反馆电压小于30V一般不会损坏，但应尽量防止这种情况的发生，以免对仪器造成潜在的伤害。特别注意：A路B路端不能短路，以免损坏仪器。 【思考题】 １、当示波器出现下面的不良波形时，请选择合适的操作方法，使波形正常。 （１）波形超出荧光屏 ；（２）波形太密 ；（３）亮点，不显示波形 可选答案：①调大“偏转因数（VOLTS/DIV）”;②调小“偏转因数”；③调大“扫描速率（TIME/DIV）”;④调小“扫描速率”；⑤水平显示置“A”（常规）方式；⑥水平显示“X-Y”方式。 2、观察李萨如图时，要改变的垂直大小，应调节 通道的“偏转因数（VOLTS）”；要改变图形的水平大小，应调节 通道的“偏转因数（VOLTS）”；要改变的垂直位置，应调节 通道的“垂直位移（POSITON）” 。 3、用示波器测得的CH1（X）信号的波形如图所示，CH1(X)信号与CH2（Y）信号合成的李萨如图如图所示，示波器荧光屏上已显示了必要参数，图中每一大格为1cm。 （1）CH1（X）信号的UPP为 V； （2）CH1信号的周期为 ms; (3)CH2(Y)信号的频率为 Hz .

资料

【实验心得】 本次实验相比与其他实验， 更加接近于一种体验性的实验， 目的并不在于获得最终的实验数据结果， 而在于让我们更好地理解实际生产生活中常用的示波器； 通过操作示波器， 一方面我能够熟悉仪器的使用方法， 认识到书本理论和实际操作存在的差距， 一方面也体会了示波器中所表现的将一些不可见的动态量转化为另一种量直观地表现出来的方法（锯齿波扫描电压与信号电压的组合是其表现思想的精髓）。另外， 本次实验中， 我也体会到了书本上的理论知识和实际应用的差异所在， 具体地说即是全波整形电流波形理论值和实际图样的差别。 通过实际的操作和观察， 我能够从差异出发， 从一些错误出发， 通过比较以不同地角度更好的理解所学的知识， 这是单独阅读书本所不能做到的。

.

资料

.

资料

.