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）。

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。

图1

（3）实验内容

单击主菜单中的“实验内容”，将会弹出一个确认是否正式进行示波器实验的对话窗口。

单击“正式完成实验”按钮，正式完成实验。实验中的待测信号为随机产生，信号真实值将在做完实验后自动传入实验报告。单击“只做示波器练习”按钮，只做示波器练习，不记录数据。

图2

图3

在确认完是否正式完成示波器实验后，对话窗口消失，弹出一个示波器面板（图4）。

面板上的按钮、开关的作用和真实示波器的旋钮、开关的作用是相同的。对面板上的旋钮、开关功能不清楚时，可将鼠标移动到该旋钮（或开关）的位置上，停留几秒种不动，系统将会给出该旋钮（或开关）的名称，此时按下F1键时，会得到相应的功能解释，如上图所示（以上操作时，若没有出现提示，请稍微移动一下鼠标位置）。

面板上按钮、开关的通用操作方法是：

单击鼠标左键，旋钮逆时针方向转动，单击鼠标右键，旋钮顺时针方向转动。

单击鼠标左键，开关向上扳动，单击鼠标右键，开关向下扳动。

【校准示波器】

校准示波器的步骤是：

(1) 调节示波器聚焦。在示波器使用前必须调节好聚焦。必须在校准示波器后，示波器才能用直接法准确测量信号。

图

4

(2) 如图5所示，在通道CH1输入校准信号。用鼠标点击校准信号输入口，则在通道CH1的输入端出现红色插头，表明校准信号已经接入CH1（同样当把垂直方式选择开关拨到CH2档处便可把校准信号接入CH2通道，校准通道CH2）。

(3) 分别调节通道1的 V/DIV 衰减开关，通道1的位移调整，同步（LEVEL ）钮，水平位移及×10扩展，水平时基开关调节扫速及细调开关，用来校准示波器。

【直接法测量未知信号电压】

可利用CH1，CH2中任意一路进行测量，现在以CH1为例说明测量过程（如图6）。

(1) 将鼠标移到CH1的INPUT 处单击，弹出信号选择菜单，从中选取一个待测信号。当CH1的输入端出现黑色插头时，表明已经接入信号。

(2) 分别调节通道1的 V/DIV 衰减开关，通道1的位移调整，同步（LEVEL ）钮，水平位移及×10扩展，水平时基旋钮调节扫速，根据V/DIV 和波形在示波器的格子数算出待测波形的电压。

【测量未知信号频率】

直接测量法：

(1) 利用CH1，CH2中任意一路进行测量，现在以CH1为例说明实验过程。

(2) 将鼠标移到CH1的INPUT 处单击，弹出信号选择菜单，从中选取一个待测信号。CH1的输入端出现黑色插头时，表明已经接入信号。

(3) 分别调节通道1的V/DIV 衰减开关，通道1的位移调整，同步（LEVEL ）钮，水平位移及×10扩展，水平时基旋钮调节扫速，根据水平时基刻度和格数算出待测波的频率。

图

5

图

6

图7

李萨如图测量法：

内部触发方式（如图7）：

(1) 在CH1或CH2通道加上待测波（以CH1加上待测波为例说明实验过程）。

(2) 在CH2输入端加上信号源，并选择一合适频率。

(3) 把内触发源方式选择开关扳到CH2档处，用信号发生器输出信号作为触发源。

(4) 把Norm-Auto-X-Y开关扳到X→Y档处。

(5) 分别调节通道1，2的V/DIV衰减开关，通道1，2的位移调整，同步（LEVEL）钮，水平位移，通过改变信号发生器输出信号频率使示波器中出现的李萨如图为环形。

(6) 同理，在CH2加上待测波，在CH1加上信号源，同样可以完成测量。

外部触发方式方法和过程与内部触发方式大致一样，差别是：

a．触发源方式选择开关拨到EXT档（外部触发方式）。

b．外部触发输入端口输入信号发生器信号，另外一路信号由CH1或CH2的输入端输入。调节信号发生器的输出信号频率，使示波器上出现李萨如图形。此时，根据李萨如图形和信号发生器的输出频率可以求出待测信号的频率。

【观测两个通道信号的组合】

把垂直方式选择开关拨到ADD档处，在屏幕上显示输入CH1和CH2的两路信号的叠加。

把垂直方式选择开关拨到ALT档处，在屏幕上交替显示两路信号。

把垂直方式选择开关拨到CHOP档处，在屏幕上同时显示两路信号。

【信号发生器使用方法】

图8

(1) 鼠标单击信号发生器面板（图8）的“电源开关”按钮，打开信号发生器电源。

(2) 鼠标单击“频率选择”按钮，开始输入信号频率。

(3) 鼠标单击“KHZ/V”按钮，选择读数的频率单位。

(4) 鼠标单击数字按钮，输入信号频率数值，此时显示窗口显示的是输出信号的频率数值。

(5) 鼠标单击“波幅选择”按钮，开始输入信号幅度。

(6)鼠标单击“KHZ/V”按钮，选择读数的幅度单位。