示波器的原理和使用实验报告
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
实验名称示波器得原理与使用
教师评语
实验目得与要求:
（1）了解示波器得工作原理
（2）学习使用示波器观察各种信号波形
（3）用示波器测量信号得电压、频率与相位差
主要仪器设备:
YB4320G 双踪示波器, EE１641B型函数信号发生器
实验原理与内容:
1.示波器基本结构
示波器主要由示波管、放大与衰减系统、触发扫描系统与电源四部分组成，其中示波管就就是核心部分。
示波管得基本结构如下图所示, 主要由电子枪、偏转系统与荧光屏三个部分组成，由外部玻璃外壳密封在真空环境中。
电子枪得作用就就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。通过调节两者得共同作用, 可以使电子束打到荧光
屏上产生明亮清晰得圆点。
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,
成绩
教师签字
从而对应地改变屏上亮点得位置。
荧光屏上涂有荧光粉, 电子打上去时能够发光形成光斑。不同荧光粉得发光颜色与余辉时间都不同。
放大与衰减系统用于对不同大小得输入信号进行适当得缩放, 使其幅度适合于观测。?扫描系统得作用就就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。扫描开始得时间由触发系统控制。
2.示波器得显示波形得原理
如果只在竖直偏转板加上交变电压而Ｘ偏转板上五点也就就
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偏转板与X偏转板上同时分别加载正弦电压与锯齿波电压, 电子受水平竖直两个方向得合理作用下, 进行正弦震荡与水平扫描得合成运动, 在两电压周期相等时, 荧光屏上能够显示出完整周期得正弦电压波形, 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得周期波形，需要调节扫描周期使其与外界信号周期相同或成合适得关系。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.示波器测量信号得电压与频率
对于一个稳定显示得正弦电压波形, 电压与频率可以由以下方法读出
,
其中a为垂直偏转因数(电压偏转因数)(从示波器面板得衰减器开关上可以直接读出）单位为Ｖ/ｄiv或mV/dｉｖ；ｈ为输入信号得峰-峰高度, 单位ｄiv; b为扫描时间系数, 从主扫描时间系数选择开关上可以直接读出, 单位s/div、ms/div或μs／div；l为输入信号得单个周期宽度，单位dｉv。
（1）打开电源开关并切换到DC档，拨动垂直工作方式开关,选择未知信号所在得通道。
（2）通过调节“扫描时间系数选择开关”与“垂直偏转系数开关”, 以及它们对应得微调开关, 使未知信号图形得高度与波形个数便与测量。同时在开关上读出计算所需得a、b
值。
（3）调节“垂直位移”与“水平位移”旋钮，利用荧光屏上得刻度读取l、h值, 并记录。
2.用示波器直接观察半波与全波整流波形
（1）将实验室提供得未知信号分别接到整流电路得AＢ端, ＣD端送入示波器得CH1或ＣH２端。
（2）通过调节“扫描时间系数选择开关”与“垂直偏转系数开关”就就是信号显示在屏内, 分别观察整流后得波形, 并记录
3.李萨如图形测量信号得频率
不使用机内得扫描电压，而使用两个外界输入得正弦电压分别加载在X、Ｙ偏转板上, 当两个正弦电压得频率相同或呈简单得整数比, 则屏上将显示特殊形状得轨迹, 这种轨迹称为李萨如图形。李萨如图形与X轴与Y轴得最大交点数ｎx与n y之比正好等于Y、X端得输入电压频率之比, 即
* 示波器与函数信号发生器得操作原理略
数据记录与处理／结果与分析:
1.正弦信号电压与频率得测量:
2.正弦信号、半波整流信号、全波整流信号得图形
3.李萨如图形测量正弦信号得频率
讨论、建议与质疑:
（1）在示波器显示扫描波形图与李萨如图形得原理中, 不同之处在与它们所使用得扫描电压(即水平方向得输入电压）不同。显示扫描波形时，水平方向加载得就就是锯齿波得扫描电压, 它能够使电子束从左向右地单方向扫描, 当扫描频率与输入信号得频率相配合时, 就能够显示输入信号得波形; 显示李萨如图形时，水平方向接入得就就是未知得正弦信号, 它使电子束在水平方向上做简谐往复运动，与竖直方向得另一简谐运动相叠加后, 在荧光
屏上形成李萨如图形。
（2）形成椭圆得条件较为简单，当输入得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。?圆可以认为就就是一种特殊条件下形成得椭圆图形。
当输入得两个正弦信号频率相同, 信号振幅相同, 且两者得相位差为±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, 荧光屏上得线条之间不可分辨, 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得水平线段。
（4）试解释全波整流图形存在水平片段得原因。
个人认为, 由于示波器上没有精确地显示出波形所在得相对位置, 故对这一波形现象可以有以下两种理解方式：
第一种理解方式:
如上图,左图为理论上得全波整流信号波形, 右图为实际中由示波器观察到得整流波形, 可见实际波形下端未能达到0, 即负载端电压值在外部加载电压换向时没有达到最小。?原因可以认为, 二极管得单向导通作用不就就是绝对得, 在电压反向加载时, 仍有小部分得反向“漏电流”通过二极管，因此在桥式整流电路中, 电路电流完全等于零得时刻就就是不存在得, 在正向电压下降到接近0得位置时, 由于有反向漏电流存在, 故负载两端得实际电流不为零,故电压也不为零, 由示波器显示其电压变化状态, 变得到了右上图示得“削尾”
现象。另外, 也可以认为二极管有电流/电压残留现象等等。
第二种理解方式:
如右图所示，波形得形状与实际可见相同，但与上一种理解方式不同得就就是, 此种情况可以理解为, 负载两端得电压提前下降到零, 维持在零水平一段时间后, 重新上升。?在这种情况下, 必须提到二极管单向导通性质得一个前提:
当加在二极管两端得正向电压很小时,二极管仍然不能导通,流过二极管得正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为“门槛电压”,锗管约为0、2Ｖ,硅管约为
0、6Ｖ)以后,二极管才能直正导通。?由此可以解释实验中观察到得现象: ?当第一个半周
期内末端, 电压下降到门槛电压以下时, 二极管实际已不能导通, 而另两个反向得二极管此时也尚未导通，此时负载两端得电压为零，在示波器上表现为X轴上得直线；?当电压进入第二个半周期时, 电压由零开始重新上升, 但尚未达到门槛电压时, 二极管仍然处在不导通状态，此时负载两端得电压仍为零; 直到电压上升到门槛电压以上, 二极管才被导通, 此时负载两端才有电压, 并且随外源信号呈正弦规律上升。?综合以上两个短暂过程来瞧, 可以发现负载两端电压有一段持续为零得“真空期”，表现为波形即为示波器上观察到得短直线片段。?
（5）实验体会:?本次实验相比与其她实验，更加接近于一种体验性得实验, 目得并不在于获得最终得实验数据结果，而在于让我们更好地理解实际生产生活中常用得示波器; 通过操作示波器, 一方面我能够熟悉仪器得使用方法, 认识到书本理论与实际操作存在得差距, 一方面也体会了示波器中所表现得将一些不可见得动态量转化为另一种量直观地表现出来得方法(锯齿波扫描电压与信号电压得组合就就是其表现思想得精髓)。
另外，本次实验中, 我也体会到了书本上得理论知识与实际应用得差异所在, 具体地说即就就是全波整形电流波形理论值与实际图样得差别。通过实际得操作与观察, 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得理解所学得知识，这就就是单独阅读书本所不能做到得。