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 DS1000型数字存储示波器，DG 1 0 2 2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。

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 丫偏

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

Y CHI

—

Y CH2

一

A

人

魅

J ....

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：

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In put 图3.数字存储示波器的基本原理框图

Display

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（DEMU X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，他将采样数据按照安排好的地址存储下来，当采集存储器内的数据足够复原波形的时候，再送入后级处理，用于复原波形并显示。

处理器（卩P）及显示内存（Display Memory）。处理器用于控制和处理所有的控制信息，并把采样点复原为波形点，存入显示内存区，并用于显示。显示单元（Display）将显示内存中的波形点显示出来，显示内存中的数据与LCD显示面板上的点是对应的关系。

4、李萨如图形的基本原理

如果在示波器的CH1通道加上一正弦波，在示波器的CH2通道加上另一

正弦波，当两正弦波信号的频率比值为简单整数比时，在荧光屏上将得到李萨如图形，如下图所示。这些李萨如图形是两个相互垂直的简谐振动合成的

结果，它们满足

n y

其中，f x代表CH1通道上正弦波信号的频率，f y代表CH2通道上正弦波信号的频率，n x代表李萨如图形与假想水平线的切点数目，n y代表李萨如图形与假想垂直线的切点数目。

n x =2 f y n x =4 f y n x =8

f y

f x n y 1 f x n y 3 f x n y 5

四、实验内容与步骤

1、观察各种波形并测量正弦波形的电压、周期和频率。

调节信号发生器，分别观察三角波、方波、正弦波形三种，熟悉信号发

生器和示波器的使用。选择三个频率段正弦波形，分别测量对应波形电压（峰-峰值）、周期和频率。将数据填入表格，并计算绝对误差。（注：标准值即

信号发生器显示的值）

2、利用李萨如图形测频率

将两信号发生器分别从示波器的CH1输入端和CH2输入端输入,将CH1和CH2输入端信号置于XY模式，可保持CH1输入端信号发生器的频率不变（例如f x=100Hz）,调节CH2输入端信号发生器的频率，使屏中出现大小适中的图形，即出现如讲义中所示的李莎如图形,计算出f y，读出信号发生器上CH2输入端信号的频率f y：比较f y和f y :