5示波器的原理和使用

示波器的原理和使用

【实验简介】

示波器是用来显示被观测信号的波形的电子测量仪器，与其他测量仪器相比，示波器具有以下优点：能够显示出被测信号的波形；对被测系统的影响小；具有较高的灵敏度；动态范围大，过载能力强；容易组成综合测试仪器，从而扩大使用范围；可以描绘出任何两个周期量的函数关系曲线。从而把原来非常抽象的、看不见的电变化过程转换成在屏幕上看得见的真实图像。在电子测量与测试仪器中，示波器的使用范围非常广泛，它可以表征的所有参数，如电压、电流、时间、频率和相位差等。若配以适当的传感器，还可以对温度、压力、密度、距离、声、光、冲击等非电量进行测量。正确使用示波器是进行电子测量的前提。

第一台示波器由一只示波管，一个电源和一个简单的扫描电路组成。发展到今天已经由通用示波器到取样示波器、记忆示波器、数字示波器、逻辑示波器、智能化示波器等近十大系列，示波器广泛应用在工业、科研、国防等很多领域中。

【实验目的】

1、了解示波器的结构和工作原理，熟悉示波器和信号发生器的基本使用方法。

2、学习用示波器观察电信号的波形和测量电压、周期及频率值。

3、通过观察李萨如图形，学会一种测量正弦波信号频率的方法。

【实验仪器】

VD4322B型双踪示波器、EM1643型信号发生器、连接线等

图1 VD4322型双踪示波器面板

○1：电源开关○2：电源指示灯○3：聚焦旋钮○4：辉度旋钮○5：Y1(X)信号输入端口○6：Y2(Y)信号输入端口○7、○8：输入耦合选择开关（AC-GND-DC）○9、○10：垂直偏转因数选择开关（V/格）○11：Y1垂直位移旋钮○12：Y2垂直位移旋钮○13：工作方式选择开关（Y1、Y2、交替、断续和Y1+Y2）○14：扫描速度（时间/格）选择开关○15：扫描微调旋钮○16：水平位移旋钮○17：电平调节旋钮○18：外触发源输入端口○19：内触发选

择开关○20：触发方式选择开关

【实验原理】

示波器显示随时间变化的电压，将它加在电极板上，极板间形成相应的变化电场，使进入这个变化电场的电子运动情况随时间作相应地变化，从而通过电子在荧光屏上运动的轨迹反映出随时间变化的电压。

一、示波器的结构及简单工作原理

示波器一般由5个部分组成，如图2所示：（1）示波管；（2）信号放大器和衰减器；（3）扫描发生器；（4）同步触发系统；（5）电源。下面分别加以简单说明。

1、示波管

示波管主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三部分，全都密封在玻璃外壳内，里面抽成高真空。如图3所示，下面分别说明各部分的作用。

（1）荧光屏：它是示波器的显示部分，当加速聚焦后的电子打到荧光上时，屏上所涂的荧光物质就会发光，从而显示出电子束的位置。当电子停止作用后，荧光剂的发光需经一定时间才会停止，称为余辉效应。

（2）电子枪：由灯丝H、阴极K、控制栅极G、第一阳极A1、第二阳极A2五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属筒，被加热后发射电子。控制栅极

图3 示波管结构图

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“亮度”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、第二阳极之间的电位调节合适时，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。

（3）偏转系统：它由两对相互垂直的偏转板组成，一对垂直偏转板Y，一对水平偏转板X。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的光斑位置也发生改变。容易证明，光点在荧光屏上偏移的距离与偏转板上所加的电压成正比，因而可将电压的测量转化为屏上光点偏移距离的测量，这就是示波器测量电压的原理。

2、信号放大器和衰减器

示波管本身相当于一个多量程电压表，这一作用是靠信号放大器和衰减器实现的。由于示波管本身的X及Y轴偏转板的灵敏度不高（约0.1~1mm/V），当加在偏转板的信号过小时，要预先将小的信号电压加以放大后再加到偏转板上。为此设置X轴及Y轴电压放大器。衰减器的作用是使过大的输入信号电压变小以适应放大器的要求，否则放大器不能正常工作，使输入信号发生畸变，甚至使仪器受损。对一般示波器来说，X轴和Y轴都设置有衰减器，以满足各种测量的需要。

3、扫描系统（扫描信号发生器）

它是把—个随时间变化的电压信号V y＝V(t)加在示波器Y偏转板上，只能从荧光屏上观察到光点在垂直方向的运动。如果信号变化较快，荧光屏上光点有一定余辉，便能看到一条垂直的亮线，要想看到波形，则在水平偏转板上必须加上一个与时间成正比的电压信号，即V x＝kt（k为常数），使光点在垂直方向运动的同时沿水平方向匀速移动，将垂直方向的运动沿水平方向“展开”，从而在荧光屏上显示出电压随时间变化的波形。

图4扫描锯齿波电压

实际上加在水平偏转板上的信号是“锯齿波”，如图4所示，其特点是在一周期内电压与时间成正比，到达最大值后又突然变为零，然后进入下一个周期。由于水平偏转板上锯齿波的作用，使电子束在水平方向呈周期性地由左至右的运动（回扫时间极短可以忽略），所

以把该信号称为“扫描”信号。

4、同步触发系统

待测信号V y ＝V y (t )和扫描信号V x ＝kt 实际上是两个独立的电压信号，若要形成稳定的波形，则待测信号V y 的周期T y 与扫描锯齿波V x 的周期T x 之间必须满足：

T x ＝nT y （n ＝1，2，3…）

假设待测信号输入的是正弦波V y ＝V 0sin(wt )加在Y 偏转板上，扫描信号锯齿波V x ＝kt 加在X 偏转板上，锯齿波的周期T x 与正弦波的周期T y 相同，如图5所示，显示的是二者的合成图。

如果V y 为1点，而在同一时刻V x 也在1点，则屏上相应的光点位置为1；下一瞬间，V y 为2点时，V x 在2点，屏上相应的光点位置为2。以此类推，当V y 变化一个完整的周期时，荧光屏上的光点将正好描绘出与V y 随时间的变化规律完全相同的波形。若周期满足T x ＝nT y （n ＝1，2，3…）整数倍的情况，荧光屏上将出现一个、两个、三个完整的正弦波形。

图5示波器显示波形合成原理图

若锯齿波的周期T x 与正弦波的周期T y 稍有不同，会出现什么波形呢？利用图6来说明。当34

x y T T ，在扫描的第一周期，屏上只显0～3点间的波形；第二个周期显示3～6点间的波形；第三个周期以此类推。其结果屏上波形均不重合，就好像波形向右移动一样；同理，若T x 略大于T y ，波形好像向左移，这种现象称为不同步。造成原因是因为T x 、T y 不满足整数倍条件，使得每次扫描开始时起点不同。 V x

V y

（a ）

（c ）

（b ） t

图6 扫描不同步

如何才能始终保持二者的周期成整数倍，从而使波形保持稳定呢？常用“同步”的办法或用“触发扫描”的方法。“同步”的作法是将Y 轴输入的信号接到锯齿波发生器中，强迫T x 跟着T y 变化，以保证T x ＝nT y 条件得到满足，使波形稳定；或者用机外接入某一频率稳定的信号，作为同步用的信号源，使波形稳定。面板上的“同步增幅”、“同步水平”等旋钮即为此而设。需要注意的是，同步信号幅度的大小要适当。太小不起作用，太大会使波形严重失真。“触发扫描”是由于对窄脉冲信号难以看清脉冲信号的前后沿，而必须采取扫描方式。其基本原理是使扫描电路仅在被测信号触发下才开始扫描，过—段时间自动恢复始态，完成一次扫描。这样每次扫描的起点始终由触发信号控制，每次屏上显示的波形都重合，图像必然稳定。实际上，示波器中并非直接用被测信号触发扫描，而是从Y 轴放大器的被测信号取出—部分，使其变成与波形触发点相关的尖脉冲，去触发闸门电路，进而启动扫描电路输出锯齿波。由于脉冲“很窄”，所以它准确地反映了触发点的位置，从而保证了扫描与被测信号总是“同步”，屏上即会显示稳定图像。

5、电源

用以供给示波管及各部分电路所需要地各种交直流电源。

二、信号电压、频率的测量

将待观察信号从1Y 或2Y 端接入加到Y 偏转板，X 偏转板加上扫描电压信号，调节辉度旋钮、聚集旋钮、x 、y 位移旋钮,调节电压偏转因数旋钮和扫描时间旋钮，再调节同步触发电平旋钮，即看到待观察信号波形。

1、测量电压

把待测信号输入到示波器的y 轴输入端，将y 轴输入耦合方式选择键“AC ”键按下，y 轴灵敏度旋钮“VOLTS/DIV ”旋到适当位置，调节有关控制开关及旋钮使显示波形稳定，读取所显波形波峰与波谷之间的垂直距离所占格数值N （DIV ），读取信号输入通道灵敏度旋钮挡位数，如图7所示，则

图7

电压峰-峰值)(/)(DIV N DIV VOLTS V P P ?=-

在测量被测信号的电压时，应通过调节y 轴灵敏度选择开关“VOLTS/DIV ”使其幅度尽量放大，但是不能超出显示屏幕。（为什么？）

2、测量频率

把待测信号输入示波器的y 轴输入端，将扫描速率旋钮“TIME/DIV ” 旋到适当的位置，调节有关控制开关及旋钮使显示波形稳定，读取被测波形一个周期的波形所占格数M （DIV ）, 读取扫描速率旋钮“TIME/DIV ”的挡位数，如图7所示，则

信号周期：TIME /()T DIV M DIV =? 信号频率：1f T

= 在测量被测信号的周期和频率时，应通过调节扫描速率旋钮“TIME /DIV”使被测信号相连两个波峰的水平距离尽量拉大，但是不能超过限时屏幕。（为什么？）

三、李萨如图形

把两个正弦信号分别加到垂直偏转板与水平偏转板上，则光点的运动轨迹是两个互相垂直的简谐振动的合成。当两个正弦信号频率之比为整数倍时，其合成的图形是一个稳定的闭合曲线，称该闭合曲线为李萨如图，如图8所示。

1 9 1 0

令f y 和f x 分别代表垂直偏转板和水平偏转板的正弦信号的频率，当荧光屏上显示出稳定的李萨如图形时，在水平和垂直方向分别作二直线与图形相切或相交，数出此二直线与图形的切点数或交点数，则

y x f f ＝水平直线与图形的切点数垂直直线与图形的切点数 或y x f f ＝水平直线与图形相交的点数垂直直线与图形相交的点数

利用这一关系可以测量正弦信号频率。例如，输入的两个正弦信号中一个为已知频率的信号，则把两个正弦信号分别输入到垂直偏转板与水平偏转板上，调出稳定的李萨如图形，从上式中就可求出待测正弦信号的频率。

【实验内容】

1. 准备工作

开机前的准备工作：了解示波器面板上各功能键的作用。将示波器辉度调节旋钮、聚焦调节旋钮、水平位移按钮、垂直位移旋钮调至居中位置，按下电源开关。

2. 调节、观察、测量待测信号

信号源的两个输出分别接到Y 1和Y 2。两个通道的AC ⊥DC 按钮开关都处于AC 。

（1）观察Y 1的波形。工作方式选在Y 1挡位，内触发源选在Y 1处；调整Y 1通道的上下位移旋钮和Y 1通道的 VOLT/DIV 挡位开关，使图形在Y 向上获得较好显示。调整左右位移旋钮和TIME/DIV 挡位开关，使图形在X 向上获得较好显示，用TIME/DIV 调出Y 1的波形数。

图8 李莎如图

（2）观察Y2的波形。将信号输入Y2通道，调节与之对应的旋钮，显示稳定波形。

（3）观察和Y2的同时显示（双踪显示）。工作方式选在双踪挡位，触发源选在Y1处或Y2处，或按下交替触发按钮（观察现象，为什么？）。调出Y1和Y2的波形，方法同上。（4）观察Y1和Y2的相加波形。Y方式选在相加挡位，这时屏幕上出现的波形为Y1与Y2的叠加波形。这个叠加为同向叠加，而不是正交叠加（李萨如图）。分别改变Y1与Y2的频率，观察叠加图形的变化情况。

（5）测量信号的电压、周期（频率）。用示波器测量信号的电压过程可分为两部：

①定标。定出屏幕Y向上一格表示多大的电压值，即定出VOLTS/DIV的值。过程是：先输入一已知电压值V的信号，然后调节VOLTS/DIV旋钮，定出该信号在屏幕Y向上占的格数a，V/a则表示每格所代表的电压值。

注意：该值一旦确定下来，在以后的测量过程中绝不允许再调节VOLTS/DIV旋钮。但多数型号的示波器出厂时已完成定标工作，此种方法可校验VOLTS/DIV旋钮是否错位。

②测量。进入待测信号通道，读出该信号的振幅在屏幕Y向上的格数b，则其电压值就为。用示波器测量信号的周期与测量信号的电压过程一样。分为定标和测量两部，不同的是调节TIME/DIV旋钮确定其值，并在屏幕X向上读取格数。

3. 观察李萨如图，测量待测信号的频率

两个相互垂直、频率比为整数比的简谐振动的合成图形称为李萨如图，图形的形状与两个振动的频率及其相位差有关。图8是不同频率比、不同相位差的李萨如图。将已知频率的正弦信号接入Y1，待测信号接入Y2，示波器调整到李萨如图工作状态，即同时要求：Y方式选在Y2挡位，触发源选在Y1处，将时间扫描选择开旋转至X-Y方式。调整已知信号的频率，使屏幕上出现稳定的李萨如图。分别测出水平方向和垂直方向的切点数或交点数，计算出待测信号的频率。利用这种方法，通过一个已知频率的正弦信号就可以测出另一个正弦信号的频率。

【注意事项】

（1）双踪示波器是一种较为复杂的电子仪器，其面板上的旋钮和开关较多，因此在每一步的操作前应尽量做到清楚自己想做什么及要操作的旋钮或开关有什么作用，避免盲目操作。（2）禁止用力转动旋钮以免损坏仪器。

（3）荧光屏上光点亮度应适中，不宜太亮，并且不可将光点固定在屏上某一点过长，以免损坏荧光屏。

【思考题】

（1）双踪示波器面板上三大功能区如何划分的？

（2）若示波器电源打开后，屏幕上无光点出现，试分析原因，如何调整？

（3）Y方式选择开关的作用是什么？当选在双挡位时，能否调出Y1和Y2的波形出现在屏幕上？如何判断哪个图形是来自Y2通道的信号？

（4）如果打开VOLTS/DIV 旋钮下或TIME/DIV 旋钮下的微调开关或按钮，此时通过屏幕来测量电压或频率会准吗？

【附EM1643型函数发生器介绍】

（1）电源开关(POWER)：按入开。

（2）功能开关(FUNCTION)：波形选择正弦波、方波和三角波

（3）频率微调旋钮FREQV AR ：频率复盖范围10倍。

（4）分档开关(RANGE-HZ) ：（10HZ-2MHZ 分六档选择)。

（5）衰减器按钮(ATT)：开关按入时衰减低30Db 。

（6）电压幅度调节旋钮(AMPLITUDE)；幅度可调。

（7）直流偏移调节(DC OFF SET)：当开关拉出时:直流电平为-10~+10V 连续可调，当开关按入时:直流电平为零。

（8）占空比调节(PAMP/PULSE)：当开关按如时:占空比为本50%~50%；

当开关拉出时:占空比为10%~90%内连续可调；频率为指示值÷10。

（9）信号输出(OUTPUT)：波形输出端。

（10）TTL OUT ：TTL 电平输出端。

（11）VCF ：控制电压输入端。

（12）IN PUT ：外测频率输入端。

（13）OUT SIDE ：测频方式(内/外)。

（14）SPSS ：单次脉冲开关。

（15）OUT SPSS ：单次脉冲输出。

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示波器的基础学习知识原理和使用

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

示波器原理及其应用分析解析

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

示波器的原理与使用

实验七示波器的使用 【目的与任务】 1、了解低频信号发生器、交流毫伏表和示波器的结构和工作原理； 2、学会用示波器，观测电信号的波形并测量其电压、频率和周期； 3、学习用共振干涉法（即驻波法）测定声速。 【仪器与设备】 双踪示波器，声速测量仪，低频信号发生器（其上带有数字频率计），交流毫伏表，温度计等。 1、示波器 GOS—620型双踪示波器：频带宽度为0～20 MHz。有两垂直输入通道"CHl”和"CH2'’，可同时显示两个不同的电压信号波形以便进行分析比较，也可以把两个信号相加或相减后显示出来，还可以任选一个通道单独工作。可以从荧光屏上直接测出信号电压的幅度、频率(周期)。具有“X—Y工作方式”，将"CHI"作为水平通道、“CH2"作为垂直通道，可以观察由两通道输入的水平和垂直信号的合成图样，测出信号的频率和位相差。面板及各控制器件的作用简介见附录一。 2、低频信号发生器 MDl643/4函数信号发生器是一种小型便携式通用函数信号发生器，内部采用大规模精密函数信号发生集成电路，单片机控制，具有正弦波、三角波、方波、锯齿波、脉冲波等多种波形输出、频率范围0.2Hz～2MHz（7档调节）以及外部测频功能。它的结构和使用方法见附录二 3、交流毫伏表 现以GB—9B型电子管毫伏表说明交流毫伏表的使用方法。它可以测定正弦波电压的有效值，还可用来对无线电接收机、放大器和其它设备的电路进行测量。仪器带有分贝标尺，可用来作电平指示。 使用时，将两个输入接线柱短路。在核对仪器电源正确后，接通电源，待2－3分钟，此时电表指针将稍微偏转，看它是否回到零点，若指针不返回零点，则调节面板上的“零点校准”旋钮，调到零位，随后将面板上量程转换开关扳至所需的测量范围。再过十分钟后重调零点一次，即可进行测量。为降低测量误差和干扰，连接导线时应可靠地使毫伏表的地线接线柱与被测电路的零电位点相连。 4、声速测量仪 声速测量仪如图6所示，其上装有两个压电换能器S1、S2和螺旋测微器，转动手轮可以改变S1和S2的位置，它们之间的距离可由标尺读出。 【原理与方法】 示波器是一种用途广泛的电子测量仪器，用它能直接观察电压信号的波形，测定电压信号的幅度、频率等参数。一切能转化为电压信号的电学量(如电流、电功率、阻抗等)、非电学量(如温度、位移、速度、压力、光强、磁场、频率等)以及它们随时间的变化过程，都可用示波器进行观察和研究。由于电子射线的惯性小，又能在荧光屏上显示可见的图像，所以示波器特别适合于观察与测量瞬时变化过程。 示波器的种类型号很多，一般分为单踪示波器和双踪示波器，功能也各不相同，但都是由电子示波管、衰减电路、放大电路、扫描与整步电路、触发器选择逻辑电路、电源等部分

常见示波器的原理和使用方法

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示波器的原理和使用方法。 1 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。

图1 示波管的内部结构和供电图示 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

示波器的使用实验报告

示波器的使用实验报告 一、实验目的 二、1. 了解示波器的基本结构和工作原理，掌握示波器的调节和使用方法； 三、2. 学会利用双踪示波器观测电信号波形； 四、3. 学会利用双踪示波器观察李萨如图形，并利用其测量正弦信号的频率。 五、二、实验仪器 六、EE1642B型函数信号发生器、GDS-2062型双踪示波器、导线。 七、三、实验原理 双踪示波器包括两部分：示波管和控制示波管工作的电路。 1. 示波管 如下图所示，示波管是呈喇叭形的玻璃泡，抽成高真空，内部装有电子枪和两对相互垂直的偏转板，喇叭口的球面壁上涂有荧光物质，构成荧光屏。高速电子撞击在荧光屏上会使荧光物质发光，在荧光屏上就能看到一个亮点。Y偏转板是水平放置的两块电极。X偏转板是垂直放置的两块电极。在Y 偏转板和X偏转板上分别加电压，可以在荧光屏上得到相应的图形。 2. 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。 电子开关将两个待测的电压信号Y CH1和Y CH2周期性的轮流作用在Y偏转板上。由于视觉滞留效应，能在荧光屏上看到两个波形。 由示波器的原理功能方框图可见，被测信号电压加到示波器的Y轴输入端，经垂直放大电路加于示波管的垂直偏转板。示波管的水平偏转电压，虽然多数情况都采用锯齿电压（用于观察波形时），但有时也采用其它的外加电压（用于测量频率、相位差等时），因此在水平放大电路输入端有一个水平信号选择开关，以便按照需要选用示波器内部的锯齿波电压，或选用外加在X轴输入端上的其它电压来作为水平偏转电压。 此外，为了使荧光屏上显示的图形保持稳定，要求锯齿波电压信号的频率和被测信号的频率保持同步。这样，不仅要求锯齿波电压的频率能连续调节，而且在产生锯齿波的电路上还要输入一个同步信号。这样，对于只能产生连续扫描（即产生周而复始、连续不断的锯齿波）一种状态的简易示波器（如国产SB10型等示波器）而言，需要在其扫描电路上输入一个与被观察信号频率相关的同步信号，以牵制锯齿波的振荡频率。对于具有等待扫描功能（即平时不产生锯齿波，当被测信号来到时才产生一个锯齿波，进行一次扫描）功能的示波器（如国产ST-16型示波器、SR-8型双踪示波器等而言，需要在其扫描电路上输入一个与被测信号相关的触发信号，使扫描过程与被测信号密切配合。为了适应各种需要，同步（或触发）信号可通过同步或触发信号选择开关来选择，通常来源有3个：①从垂直放大电路引来被测信号作为同步（或触发）信号，此信号称为“内同步”（或“内触发”）信号；②引入某种相关的外加信号为同步（或触发）信号，此信号称为“外同步”（或“外触发”）

示波器的原理和使用

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

实验1 示波器函数信号发生器的原理及使用(实验报告之实验数据表)

实验1 示波器、函数信号发生器的原理及使用 【实验目的】 1. 了解示波器、函数信号发生器的工作原理。 2. 学习调节函数信号发生器产生波形及正确设置参数的方法。 3. 学习用示波器观察测量信号波形的电压参数和时间参数。 4. 通过李萨如图形学习用示波器观察两个信号之间的关系。 【实验仪器】 1. 示波器DS5042型，1台。 2. 函数信号发生器DG1022型，1台。 3. 电缆线（BNC 型插头），2条。 【实验内容与步骤】 1. 利用示波器观测信号的电压和频率 （1）参照“实验1 示波器函数信号发生器的原理及使用（实验指导书）”相关内容，产生如图1-1所示的正余弦波形，显示在示波屏上。 图1-1 函数信号发生器生成的正、余弦信号的波形 学生姓名/学号 指导教师 上课时间 第 周 节

（2）用示波器对图1-1中所示的正余弦波形进行测量并填写下表 表1-1 正余弦信号的电压和时间参数的测量 电压参数（V）时间参数 峰峰值最大值最小值频率（Hz）周期（ms）正弦信号 3sin(200πt) 余弦信号 3cos(200πt) 2. 用示波器观测函数信号发生器产生的正余弦信号的李萨如图形 （1）参照“实验1 示波器函数信号发生器的原理及使用（实验指导书）”相关内容，产生如图1-2所示的正余弦波形的李萨如图形，调节并正确显示在示波屏上。 图1-2 正弦信号3sin(200πt)和余弦信号3cos(200πt)的李萨如图形 3. 观测相同幅值、相同频率、不同相位差条件下的两正弦信号的李萨如图形 （1）在函数信号发生器CH1通道产生的正弦信号3sin(200πt)保持不变的情况下，调节函数信号发生器CH2通道产生正弦信号3sin(200πt+45o)，观测并记录两正弦信号的李萨如图形于图1-3中。 （2）在函数信号发生器CH1通道产生的正弦信号3sin(200πt)保持不变的情况下，调节函数信号发生器CH2通道产生正弦信号3sin(200πt+135o)，观测并记录两正弦信号的李萨如图形于图1-3中。

示波器的工作原理与使用

河南科技大学实验教学教案 课程名称大学物理实验A 指导教师李海生

河南科技大学实验教学教案首页

预习及实验课前提问： 1．示波器中第一阳极和第二阳极的作用分别是什么？ 解答：第二阳极电位比第一阳极高，当第一阳极与第二阳极间电位差调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，使屏上光斑成为明亮、清晰的小圆点，面板上的“聚焦”旋钮是用来调节第一阳极电位的，所以，第一阳极又称为聚焦阳极。第二阳极称为加速阳极。有些示波器还有“辅助聚焦”旋钮，是用来调节第二阳极电位的。 2．锯齿波如何形成？ 解答：如果只在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，则电子束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运动，如果电压频率较高，则看到的将是一条竖直亮线。要显示出波形，必须同时在水平偏转板上加一个扫描电压，使电子束的亮点同时沿着水平方向拉开。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，此后再重复地变化。扫描电压随时间变化的关系曲线形同“锯齿”，故称“锯齿波”。 3．扫描图形在荧光屏上显示向左或向右移动的波形，为什么？如何使其稳定？ 解答：要在示波器荧屏上获得稳定的波形，被测信号的频率Y f 必须为扫描电压（锯齿波）频率X f 的整数（N ）倍，即有 X Y Nf f ，如果被测信号与锯齿波两者频率不满足上述整倍数的关系，每次扫描显示的图形就不能重合，结果荧光屏上呈现向左或向右移动的波形，这样就难以对信号进行观察和测量。必须设法调节使两者频率自动保持整数比。 实验原理： 示波器的结构主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描发生器、触发同步电路等组成。示波管是示波器的心脏部分，它是由电子枪、偏转系统、荧光屏构成。从电子枪发射出的电子束，经过加速电极和聚焦电极打到荧光屏上，形成一亮点。在偏转板上加适当电压，电子束的运动方向将发生偏转。当在y 板上加一交变信号时，在屏上将看到一条竖直亮线。若要观察交变信号的波形，需在x 板上加一锯齿波(扫描)电压，此电压由示波器内部提供。由于采用触发扫描方式，使得每一次扫描的起点位置都相同，因而得到的波形是稳定的。若在x 板和y 板上分别加上正弦信号，当他们的频率比为整数比时，屏上显示的稳定波形称为李萨如图形。频率比不同，李萨如图形的形状也不同。该图形在水平方向的切点数x n 和图形在垂直方向的切点数y n 与频率之间存在下列规律：

示波器的原理与使用实验报告

大学物理实验报告 实验名称示波器的原理与使用 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。 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 其中a 为垂直偏转因数（电压偏转因数）（从示波器面板的衰减器开关上可以直接读出）单位为V/div 或mV/div ； h 为输入信号的峰-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 为输入信号的单个周期宽度， 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，选择未知信号所在的通道。 （2） 通过调节“扫描时间系数选择开关”和“垂直偏转系数开关”， 以及它们对应的微调开

数字示波器及其简单原理图

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

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

示波器的调节与使用

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： 图3.数字存储示波器的基本原理框图 数字示波器是按照采样原理，利用A/D变换，将连续的模拟信号转变成离散的数字序列，然后进行恢复重建波形，从而达到测量波形的目的。 输入缓冲器放大器（AMP)将输入的信号作缓冲变换，起到将被测体与示波器隔离的作用，示波器工作状态的变换不会影响输入信号，同时将信号的幅值切换至适当的电平范围（示波器可以处理的范围），也就是说不同幅值的信号在通过输入缓冲放大器后都会转变成相同电压范围内的信号。 A/D单元的作用是将连续的模拟信号转变为离散的数字序列，然后按照数字序列的先后顺序重建波形。所以A/D单元起到一个采样的作用，它在采样时钟的作用下,将采样脉冲到来时刻的信号幅值的大小转化为数字表示的数值。这个点我们称为采样点。A/D转换器是波形采集的关键部件。 多路选通器（DEMUX）将数据按照顺序排列，即将A/D变换的数据按照其在模拟波形上的先后顺序存入存储器，也就是给数据安排地址，其地址的顺序就是采样点在波形上的顺序，采样点相邻数据之间的时间间隔就是采样间隔。 数据采集存储器（Acquisition Memory)是将采样点存储下来的存储单元，他将

示波器的原理及使用

实验4—11 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，它可以直接观察电信号的波形，测量电压的幅度、周期(频率)等参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差或相位差，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(如压力、温度、磁感应强度、光强等)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，掌握示波器和信号发生器的基本使用方法。 2.学会使用示波器观察电信号波形，测量电压幅值及频率。 3.掌握利用李萨如图形测量频率的实验方法。 【实验原理】 不论何种型号和规格的示波器都包括了如图4-11-1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。 图4-11-1 示波器基本组成框图 1.示波原理 在中学物理课中有一个演示振动图形的沙斗实验，装置如图4-11-2所示。图中P为平面板，能在X方向上作匀速直线运动。S为沙斗，斗内装上细沙，细沙能从斗的下端慢慢漏出，沙斗通过细绳连接在支架H上，构成单摆。假定此单摆在与X的垂直方向Y上振动，P在X

实验4—11 示波器的原理及使用 95 方向匀速运动，那么在平面板上将有漏沙的径迹，这就是单摆的振动图线——正弦曲线。根据曲线和匀速运动的速率v 不难求得振动周期（或频率）和振幅等物理量的大小。 示波器的示波原理和沙斗实验中平面板上漏沙径迹的道理相同。 1） 如果仅在垂直偏转板上（Y 偏转板）加正弦交变电压U ()y t ，则电子束在荧光屏上所产生的亮点位置随着电压在y 方向作往复运动。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，其长度与正弦交变电压的峰—谷值P P V 成正比。如图4-11-3所示。 图4-11-3 垂直偏转板加正弦交变电压 图4-11-4 水平偏转板加锯齿电压 图4-11-5 波形显示原理图 2）如果在水平偏转板（X 偏转板）加上扫描发生器所输出的扫描（锯齿）电压()x U t ，则能使y 轴方向所加的被观察信号电压()y U t 在空间展开，与沙斗实验中的平面板P 有同样 图4-11-2 沙斗实验

《示波器的的原理和使用》物理实验报告

《示波器的的原理和使用》物理实验报告 一、实验目的及要求： 了解示波器的基本工作原理。 学习示波器、函数信号发生器的使用方法。 学习用示波器观察信号波形和利用示波器测量信号频率的方法。 二、实验原理： 1) 示波器的基本组成部分：示波管、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。 2) 示波管左端为一电子枪，电子枪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。 3) 示波器显示波形的原理：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，两个方向的位移合成就描出了正弦图形。如果正弦波与锯齿波的周期相同，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。要使显示的波形稳定，扫描必须是线性的，即必须加锯齿波；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。示波器中的锯齿扫描电压的频率虽然可调，但光靠人工调节还是不够准确，所以在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置，称为“同步”。在人工调节接近满足式频率整数倍时条件下，再加入“同步”的作用，扫描电压的周期就能准确等于待测电压周期的整数倍，从而获得稳定的波形。 4) 李萨如图形的基本原理：如果同时从示波器的x轴和y轴输入频率相同或成简单整数比的两个正弦电压，则屏幕上将呈现出特殊形状的、稳定的光点轨迹，这种轨迹图称为李萨如图形。李萨如图形的形成规律为：如果沿x，y分别作一条直线，水平方向的直线做多可得的交点数为N，竖直方向最多可得的交点数为N，则x和y方向输入的两正弦波的频率之比为 f：f=N：N。 三、实验仪器： 示波器、函数信号发生器。 四、实验操作的主要步骤： (一) 示波器的使用与调节 1) 将各控制旋钮置于相关位置。 2) 接通电源，按下面板左下角的“POWER”钮，指示灯亮，稍待片刻，仪器进入正常工作状态。 3) 经示波管灯丝预热后，屏上出现绿色亮点，调节INTEN、FOCUS、

示波器的原理和使用(仿真实验)

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。

实验一、示波器的原理及使用

电子测量实验 --示波器的原理和应用 学生姓名： 学号： 院（系）： 专业：

示波器的原理和应用 【目的】 1. 了解示波器的主要组成部分，扫描和同步的作用原理，加深对信号合成的理解。 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。 【重点】 了解示波器的基本结构、工作原理及使用方法。 【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。【预习问题】 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

1.偏转电场控制电子束在视屏上的轨迹 偏转电压U 与偏转位移Y （或X ）成正比关系。如图3所示：y U 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4a 。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4b 。 图4a 信号随时间变化的规律 （加在Y 偏转板） 图4b 锯齿波电压（加在X 偏转板） 示波器显示波形实质：见图5，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 x =nT y （ n=1，2，3…）（见图6） 2.同步扫描（其目的是保证扫描周期是信号周期的整数倍） （1）同步的概念：为了显示如图5所示的稳定图形，只有保证正弦波到I y 点时，锯齿波正好到i 点，从而亮点扫完了一个周期的正弦曲线。由于锯齿波这时马上复原，所以亮点又回到A 点，再次重复这一过程。光点所画的轨迹和第一周期的完全重合，所以在荧光屏上显示出一个稳定的波形，这就是所谓的同步。 由此可知同步的一般条件为： T x = nT y ，n = 1，2，3… 图2 示波器的基本结构简图