示波器实验报告

篇一：示波器的原理与使用实验报告

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。

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

up?p?a?h， f?(b?l)?1

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

关，使未知信号图形的高度和波形个数便与测量。同时在开关上读出计算所需的a、b值。（3）调节“垂直位移”与“水平位移”旋钮，利用荧光屏上的刻度读取l、h值，并记录。

2. 用示波器直接观察半波和全波整流波形

（1）将实验室提供的未知信号分别接到整流电路的ab端， cd端送入示波器的ch1或ch2 端。

（2）通过调节“扫描时间系数选择开关”和“垂直偏转系数开关”是信号显示在屏内，分别观察整流后的波形，并记录

3. 李萨如图形测量信号的频率

不使用机内的扫描电压，而使用两个外界输入的正弦电压分别加载在x、y偏转板上，当两个正弦电压的频率相同或呈简单的整数比，则屏上将显示特殊形状的轨迹，这种轨迹称为李萨如图形。李萨如图形与x轴和y轴的最大交点数nx与ny之比正好等于y、x端的输入电压频率之比，即

fy:fx?nx:ny

*示波器和函数信号发生器的操作原理略数据记录与处理/结果与分析： 1. 正弦信号电压和频率的测量：2. 正弦信号、半波整流信号、全波整流信号的图形

3. 李萨如图形测量正弦信号的频率

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。

（4）试解释全波整流图形存在水平片段的原因。

个人认为，由于示波器上没有精确地显示出波形所在的相对位置，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，左图为理论上的全波整流信号波形，右图为实际中由示波器观察到的整流波形，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，二极管的单向导通作用不是绝对的，在电压反向加载时，仍有小部分的反向“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的时刻是不存在的，在正向电压下降到接近0的位置时，由于有反向漏电流存在，故负载两端的实际电流不为零，