大连理工大学大物实验 示波器的原理与使用 实验报告
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f y : fx nx : ny
* 示波器和函数信号发生器的操作原理略
-3-
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：
示波器
Y1 偏转因数 a/(V/div)
h/(div)
X 偏转因数 b/(ms/div)
l/(div)
5
12.5
1
31
实际电压（最大值）/V
31.25
2. 正弦信号、半波整流信号、全波整流信号的图形
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。
计算结果
Up-p/V
T/ms
62.5
31
信号频率/Hz
f/Hz
32.26 32.26
完整的正弦信号波形 半波整流图形 全波整流图形
3. 李萨如图形测量正弦信号的频率
nx:ny
1:1
1:2
2：3
3:2
2:1
图形形状
fx/Hz fy/Hz
160.5 160.5
160.4 80.2
160.5 107.0
160.4 240.6
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：
160.1 320.2
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
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
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。
-4-ຫໍສະໝຸດ Baidu
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：
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
成绩 教师签字
实验名称
教师评语
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
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
U pp a h ， f (b l)1
-2-
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μ s/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
-1-
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。
* 示波器和函数信号发生器的操作原理略
-3-
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：
示波器
Y1 偏转因数 a/(V/div)
h/(div)
X 偏转因数 b/(ms/div)
l/(div)
5
12.5
1
31
实际电压（最大值）/V
31.25
2. 正弦信号、半波整流信号、全波整流信号的图形
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。
计算结果
Up-p/V
T/ms
62.5
31
信号频率/Hz
f/Hz
32.26 32.26
完整的正弦信号波形 半波整流图形 全波整流图形
3. 李萨如图形测量正弦信号的频率
nx:ny
1:1
1:2
2：3
3:2
2:1
图形形状
fx/Hz fy/Hz
160.5 160.5
160.4 80.2
160.5 107.0
160.4 240.6
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：
160.1 320.2
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
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
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。
-4-ຫໍສະໝຸດ Baidu
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：
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
成绩 教师签字
实验名称
教师评语
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
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
U pp a h ， f (b l)1
-2-
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μ s/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
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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。