示波器的使用

示波器的使用

【实验目的】

1. 了解示波器的结构和示波器的示波原理；

2. 掌握示波器的使用方法，学会用示波器观察各种信号的波形；

3. 学会用示波器测量直流、正弦交流信号电压；

3. 观察利萨如图，学会测量正弦信号频率的方法。

【实验仪器】

示波器，函数信号发生器，直流稳压电源，万用电表。

【实验原理】

示波器是一种能观察各种电信号波形并可测量其电压、频率等的电子测量仪器。示波器还能对一些能转化成电信号的非电量进行观测，因而它还是一种应用非常广泛的、通用的电子显示器。

1．示波器的基本结构

示波器的型号很多，但其基本结构类似。示波器主要是由示波管、X轴与Y

轴衰减器和放大器、锯齿波发生器、整步电路、和电源等几步分组成。其框图如图1所示。

图1

(1) 示波管

示波管由电子枪、偏转板、显示屏组成。

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组成。灯丝通电发热，使阴极受热后发射大量电子并经栅极孔出射。这束发散的电子经圆筒状的第一阳极A1和第二阳极A2所产生的电场加速后会聚于荧光屏上一点，称为聚焦。A1与K 之间的电压通常为几百伏特，可用电位器W2调节，A1与K之间的电压除有加速电子的作用外，主要是达到聚焦电子的目的，所以A1称为聚焦阳极。W2即为示波器面板上的聚焦旋钮。A2与K之间的电压为1千多伏以上，可通过电位器W3调节，A2与K之间的电压除了有聚焦电子的作用外，主要是达到加速电子的作用，因其对电子的加速作用比A1大得多，故称A2为加速阳极。在有的示波器面板上设有W3，并称其为辅助聚焦旋钮。

在栅极G与阳极K之间加了一负电压即UK﹥UG ，调节电位器W1可改变它们之间的电势差。如果G、K间的负电压的绝对值越小，通过G的电子就越多，电子束打到荧光屏上的光点就越亮，调节W1可调节光点的亮度。W1在示波器面板上为“辉度”旋钮。

偏转板：水平(X轴)偏转板由D1、D2组成，垂直(Y轴)偏转板由D3、、D4组成。偏转板加上电压后可改变电子束的运动方向，从而可改变电子束在荧光屏上产生的亮点的位置。电子束偏转的距离与偏转板两极板间的电势差成正比。

显示屏：显示屏是在示波器底部玻璃内涂上一层荧光物质，高速电子打在上面就会发荧光，单位时间打在上面的电子越多，电子的速度越大光点的辉度就越大。荧光屏上的发光能持续一段时间称为余辉时间。按余辉的长短，示波器分为长、中、短余辉三种。

(2) X轴与Y轴衰减器和放大器

示波管偏转板的灵敏度较低(约为0.1～1mm/V)当输入信号电压不大时，荧光屏上的光点偏移很小而无法观测。因而要对信号电压放大后再加到偏转板上，为此在示波器中设置了X轴与Y轴放大器。当输入信号电压很大时，放大器无法正常工作，使输入信号发生畸变，甚至使仪器损坏，因此在放大器前级设置有衰减器。X 轴与Y轴衰减器和放大器配合使用，以满足对各种信号观测的要求。

(3) 锯齿波发生器

锯齿波发生器能在示波器本机内产生一种随时间变化类似于锯齿状、频率调节范围很宽的电压波形，称为锯齿波，作为X轴偏转板的扫描电压。锯齿波频率的调节可由示波器面板上的旋钮控制。锯齿波电压较低，必须经X轴放大器放大后，再加到X轴偏转板上，使电子束产生水平扫描，即使显示屏上的水平坐标变成时间坐标，来展开Y轴输入的待测信号。

2．示波器的示波原理

示波器能使一个随时间变化的电压波形显示在荧光屏上，是靠两对偏转板对电子束的控制作用来实现的。如图a 所示，Y轴不加电压时，X轴加一由本机产生的锯齿波电压ux ，ux=0时电子在E的作用下偏至a点，随着ux 线性增大，电子

向b偏转，经一周期时间TX ，ux达到最大值uxm，电子偏至b点。下一周期，电子将重复上述扫描，就会在荧光屏上形成一水平扫描线ab。

图2

如图b所示，Y轴加一正弦信号uy ，X轴不加锯齿波信号，则电子束产生的光点只作上下方向上的振动，电压频率较高时则形成一条竖直的亮线cd。

如图3所示，Y轴加一正弦电压uy ，X轴加上锯齿波电压ux ，且fx=fy ，这时光点的运动轨迹是X轴和Y轴运动的合成。最终在荧光屏上显示出一完整周期的uy波形。

⒊整步

从上述分析中可知，要在荧光屏上呈现稳定的电压波形，待测信号的频率f y必须与扫描信号频率fx相等或是其整数倍，即fy=nfX(或TX= nTy)，只有满足这样的条件时，扫描轨迹才是重合的，故形成稳定的波形。通过改变示波器上的扫描频率旋钮，可以改变扫描频率fX ，使fy=nfX条件满足。但由于fX的频率受到电路噪声的干扰而不稳定，fy=nfX的关系常被破坏，这就要用整步(或称同步)的办法来解决。即从外面引入一频率稳定的信号(外整步)或者把待测信号(内整步)加到锯齿波发生器上，使其受到自动控制来保持fy=nfX的关系，从而使荧光屏上获得稳定的待测信号波形。

图3

【实验仪器介绍】

实验使用ST—16示波器。其面板如图4所示。

图4

下面介绍其面板上各种控制器及插孔的作用。

⒈辉度：控制荧光屏光迹的明暗程度。

⒉聚焦：调节聚焦可使光点圆而小，达到波形清晰。

⒊辅助聚焦：控制光点在有效工作面内的任何位置散焦最小，常与聚焦配合使用。

⒋电源开关：仪器电源总开关，扳向“开”时，指示灯亮，经预热后，仪器即可正常工作。

⒌ Y轴位移：控制光迹在荧光屏上Y方向的位置。

⒍ X轴位移：控制光迹在荧光屏上X方向的位置。

⒎ Y轴灵敏度选择开关：Y轴灵敏度自0·02V/div ~10V/div ，按1—2—5进位分九个档级，可根据被测信号的电压幅度，选择适当的位置，以利观测。当其上的“微调” 旋钮置于校准时，“V/div”档级的标示值即可视为示波器的Y轴灵敏度。

为100mv ，50HZ的方波校准信号。供Y轴与X轴灵敏度校准之用。

⒏ Y轴微调：用以连续调节Y轴放大器的增益。

⒐ X轴灵敏度选择开关：扫描速度的选择范围由0·1μs/div ~10ms/div 按1—2—5进位分十六档级。可根据待测信号频率的高低，选择适当的档级，当其上的“微调”旋钮置于校准时，“t/div”的标示值即为时基扫描速度。

10. X轴微调：用以连续调节时基扫描速度。

11. Y轴输入插座：Y轴信号输入端。

12. X轴输入插座：X轴或外触发信号输入端。

13. 电平：用以调节触发信号波形上触发点的相应电平值，使在这一电平上启动扫描。若顺时针将其旋至“自动”位置，此时扫描电路在没有触发信号输入的情况下，也能自动进行扫描。

14. AC ⊥ DC 开关：置于“AC”测交流信号；置于“DC”测直流信号；置于“⊥”输入端处于接地状态。

15. ﹢﹣ X 外接开关：用以选择触发信号的上升(+)或下降(﹣)部分来触发扫描电路。当开关置于X外接时，使“X外触发”插座成为水平信号的输入端。