示波器的原理及使用

二、实验仪器
同轴电缆
函数信号发生器 (EE1641D型)
通用双通道示波器 （DF4320 20MHz）
三、实验原理
1、示波器基本结构
Y 输入
。
1
CRT Y 放大
。 K 。 外触发 。。 X 输入。
触发同步
扫描 发生器
。 K 。 。
2
X 放大
直流电源
示波器的原理框图
示波器原理框图
示波管（CRT）、电子放大系统、扫描触发系统、电源

示波管（CRT）结构简介
A1：第一阳极 A2：第二阳极 Y：竖直偏转板
G：控制栅极
K：阴极
X：水平 偏转板
F：灯丝
荧光屏
G：对应亮度旋钮
K G A1 A2共同完成聚焦
电子枪、偏转系统、荧光屏
电子放大系统 竖直放大器、水平放大器 作用：在偏转板上加足够的电压，使电子束获得明显偏移； 对较弱的被测信号进行放大
选择触发信号 耦合方式： AC/DC TV
接地
外触发输入
30：CH1输出 31：电源插座 32ห้องสมุดไป่ตู้电源设置 33：保险丝座
3、函数信号发生器简介
本实验所用函数信号发生器可以输出频率在0.2Hz-2MHz 的正弦波、三角波、方波信号。
面板主要控制件的作用： 频率显示
幅度显示
波形选择
函数信 号输出
电源开关
自动
0.5ms
电压衰减 （VOLTS/DIV）
微调（VIRIABLE）
0.1V(X)
顺时针旋足
CH1
AC常态
注意：测量时对控件进行适当的调节
三、实验内容
1、观察波形 打开信号发生器电 源开关，将其输出 接CH1。调节信号 发生器的输出频率 和电压，调节示波 器CH1通道偏转因 数、扫描速率、电 平等，使示波器显 示稳定的波形。观 察并画出示波器上 的波形。
VOLTS/DIV： 调节垂直偏转 灵敏度，指示 垂直方向每格 的偏转电压值 VIRIABLE：连续调 节垂直偏转灵敏度
VIRIABLE PLEE×5： 连续调节扫 描速率
SEC/DIV：调节扫描 速率，指示水平方向 每格的扫描时间 X-Y工作方式：CH1 输入x轴信号
扫描方式选择
电平（LEVEL）： 调节被测信号在某 一电平触发扫描
VIRIABLE PLEE×5： 连续调节扫 描速率
SEC/DIV：调节扫描 速率，指示水平方向 每格的扫描时间 X-Y工作方式：CH1 输入x轴信号
扫描方式选择
电平（LEVEL）： 调节被测信号在某 一电平触发扫描
自动（AUTO)：扫 描发生器自动工作
常态（NORM)
单次（SINGLE)
被触发或准 备指示灯

测量信号频率 测量原理
fx
ny nx
fy
调出 f y : f x nx : ny =1:1、1:2、2:3、3:4的李萨如图形， 在下表中描下李萨如图形并记下相应CH2通道信号的频率fy
nx＝2，ny＝3
nx＝3，ny＝4
nx ： ny 李萨如图形 nx ny
1:1
1:2
2:3
3:4

扫描触发系统 扫描发生器、触发电路 扫描发生器作用：产生一个与时间成正比的电压作为扫 描信号

触发电路作用：形成触发信号。示波器工作在自动（AUTO) 方式时，扫描发生器始终有扫描信号输出；当示波器处于 AC/DC触发方式工作时，扫描发生器必须有触发信号的激励 才能产生扫描信号。一般对应：
内触发方式时，触发信号由被测信号产生，满足同步要求
DC： 直流输入
CH1或CH2：被测信号输入端口
CH1或CH2：1 或2单独显示
ALT：两个通道 交替显示
通道工作方式选择
CHOP：两个通 道断续显示
ADD：显示两个 通道信号幅度的 代数和或差 通道2极 性转换
电压衰减及扫描速率
VOLTS/DIV： 调节垂直偏转 灵敏度，指示 垂直方向每格 的偏转电压值 VIRIABLE：连续调 节垂直偏转灵敏度
控制件名称
亮度（INTENSITV）
作用位置
居中
控制件名称
输入耦合
作用位置
DC
聚焦（FOCUS ）
位移（三只） （POSITION） 垂直方式（MODE）
居中
居中 CH1
扫描方式 （SWEEP MODE）
触发极性（SLOPE） 扫描速率（SEC/DIV） 触发源 （TRIGGER SOURCE） 触发耦合方式 （COUPL ING）
自动（AUTO)：扫 描发生器自动工作
常态（NORM)
单次（SINGLE)
被触发或准 备指示灯
触发方式选择
CH1或CH2选择： “交替”或“断续” 工作方式时，选择 频率低的通道触发 单踪显示时，任选 其一，触发信号均 来自于被显示通道
选择触发源信号 内：CH1 CH2 外：LINE EXT
触发极性选择： 选择上升或下降 沿触发扫描
例 示波器测直流电压及垂直灵敏度开关示意 图如图所示，h=4cm、V/cm、若k=10：1， 求被测直流电压值。
V/div 0.5 1 2 5 10 V 250 100 50 mV 25 5 显示波形 （直流电压） 零电平线
VDC h Dy k 4 0.5 10 20
(V)
用示波器测量交流电压 例 示波器正弦电压如图所示，h=8cm、V/cm、 若K=1：1，求被测正弦信号的峰-峰值和有效 值。
V/div 0.5 250 100 1 50 2 mV 25 V 5 5 10 显示波形 VPP h Dy k 8 11 8V （交流电压）
VP VPP 8 V V 2.3 2 2 2 2 2
触发方式选择
CH1或CH2选择： “交替”或“断续” 工作方式时，选择 频率低的通道触发 单踪显示时，任选 其一，触发信号均 来自于被显示通道
选择触发源信号 内：CH1 CH2 外：LINE EXT
触发极性选择： 选择上升或下降 沿触发扫描
选择触发信号 耦合方式： AC/DC TV
接地
外触发输入
测量前示波器面板控件的位置
fy(Hz)
fx(Hz)（待测）
f xi
nyi n xi
f yi
(i 1, 2, 3, 4)
4、观察“拍”现象 两个同方向的谐振动合成时，若其频率f1与f2 的差值远小 于f1、f2，合成振动的振幅随时间缓慢的呈周期性变化，这种 现象称为“拍”
“拍”频： f3 f2 f1
垂直方式选ADD，通道2极性选NORM，扫描速率调到 合适值，调可调标准信号源信号频率，使屏上出现稳定的 “拍”波形，观察 “拍”现象。
外触发方式时，触发信号由外部输入信号产生 电源（略）

波形显示原理
只在竖直偏转板上 加正弦电压的情形
只在水平偏 转板上加一 锯齿波电压 的情形
示波器显示正弦波原理图
波形显示原理演示
2、示波器面板控制件的作用简介 荧光屏 电源指示灯 校准信号 电源开关 亮度：轨迹 亮度调节 聚焦：轨迹 清晰度调节
2、测量正弦信号电压与周期
测量原理
U pp Y 偏转因数
T X 时基因数
调好信号发生器的输出信号，选择示波器CH1通道合 适的偏转因数、选择合适的扫描速率值，使屏上刻度范围 内出现完整波形，将实验数据记录入下表
信号发生器 频率 （Hz） 电压示数 （V ） 偏转因数 (V/格) 示波器 Y ( 格) 扫描速率 （s/格） X ( 格)
2、测量直流电压 （2）测量方法
1）将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置（CAL）。
2）将待测信号送至示波器的垂直输入端。
3）确定零电平线。 4）将示波器的输入耦合开关拨向“DC”档，确定直 流电压的极性。
5）读出被测直流电压偏离零电平线的距离h。
6）计算被测直流电压值。
用示波器测量直流电压
自动
0.5ms
电压衰减 （VOLTS/DIV）
微调（VIRIABLE）
0.1V(X)
顺时针旋足
CH1
AC常态
注意：测量时对控件进行适当的调节
水平位移
垂直位移
电压衰减及扫描速率
VOLTS/DIV： 调节垂直偏转 灵敏度，指示 垂直方向每格 的偏转电压值 VIRIABLE：连续调 节垂直偏转灵敏度
VIRIABLE PLEE×5： 连续调节扫 描速率
（一）测量电压
3、测量含有直流成分的交流信号
u (t )
左图为含有直流成 B 分的正弦交流电压 A 波形，在测量时， 0 t 既要测出直流成分 图3－20含有直流成分的正弦交流信号波形的大小，又要测出 交流电压的大小 （振幅值）。
示波器的应用
示波器是时域测量仪器，可以用来观测信号波形， 测量电压、频率、相位、时间、调制系数等物理 量。
1、测量交流电压 （1）测量原理
（一）测量电压
被测交流电压值（峰-峰值）
VP P h Dy k y
波峰和波谷 的高度 垂直灵敏度 探头衰减系数
测量交流电压
（2）测量方法 垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位 置；接入待测信号；输入耦合开关置于 “AC” ；调节扫描速度使波形稳定显示； 调节垂直灵敏度开关；读出被测交流电 压波峰和波谷的高度；计算被测交流电 压的峰-峰值。
零电平线
（一）测量电压
2、测量直流电压 （1）测量原理 利用被测电压在屏幕上呈现的直线偏离时间基线（零 电平线）的高度与被测电压的大小成正比的关系进行 的。
VDC h Dy k
VDC为被测直流电压值，h为被测直流信号线的电压偏 离零电平线的高度； Dy 为示波器的垂直灵敏度， k 为探头衰减系数。
水平位移
被测信号输入
垂直位移 GND： 输入零信号
被测信号耦合方式 AC：交流输入
DC： 直流输入
CH1或CH2：被测信号输入端口
CH1或CH2：1 或2单独显示
ALT：两个通道 交替显示
通道工作方式选择
CHOP：两个通 道断续显示
ADD：显示两个 通道信号幅度的 代数和或差 通道2极 性转换
电压衰减及扫描速率
频率范 围选择
频率微调
幅度衰减
幅度微调
4、测量前示波器面板控件的位置
控制件名称
亮度（INTENSITV）
作用位置
居中
控制件名称
输入耦合
作用位置
DC
聚焦（FOCUS ）
位移（三只） （POSITION） 垂直方式（MODE）
居中
居中 CH1
扫描方式 （SWEEP MODE）
触发极性（SLOPE） 扫描速率（SEC/DIV） 触发源 （TRIGGER SOURCE） 触发耦合方式 （COUPL ING）
示波器的原理及使用
一、实验目的
1、了解通用双通道示波器的结构和工作原理，熟悉 示波器面板控制件的作用和使用方法 2、掌握用示波器观察波形、测量电压和频率的方法
3、掌握观察李萨如图形的方法，并能测量未知信号的
频率；能用示波器观察“拍”现象 重点：示波器面板控制件的作用和使用方法、测量原理 难点：双通道示波器的结构和工作原理
SEC/DIV：调节扫描 速率，指示水平方向 每格的扫描时间 X-Y工作方式：CH1 输入x轴信号
垂直灵敏度和水平扫描速率
▼垂直灵敏度选择开关又称Y轴灵敏度步进开关， 简称V/div，它的作用是步进式调节屏幕上信号波 形的幅度。 ▼垂直灵敏度微调旋钮的作用是连续调节屏幕上 信号波形的幅度。 ▼水平扫描速率选择开关又称X轴扫描速率步进开 关，简称t/div开关，它的作用是步进式调节屏幕 上信号波形在水平方向的宽度。 ▼水平扫描速度微调旋钮的作用是连续调节屏 幕上信号波形在水平方向的宽度。
四、注意事项
测信号电压和周期时，一定要将电压衰减旋纽的微调和 扫描速率旋纽的微调顺时针旋足（校正位置）。
示波器面板控制件的作用简介
荧光屏 电源指示灯 校准信号 电源开关 亮度：轨迹 亮度调节 聚焦：轨迹 清晰度调节
水平位移
被测信号输入
垂直位移 GND： 输入零信号
被测信号耦合方式 AC：交流输入
例: 幅度测量读数 偏转因数：1V/格；峰峰值垂直距离：4.02格 周期测量读数
扫描时因数：1ms；一个波长的水平距离：5.10/3＝1.70格
3、测量信号的频率

观察李萨如图形
两个相互垂直的谐振动合成时，若其频率fx与fy 成简单的 整数比，合成的轨迹是封闭的稳定几何图形，称为李萨如图
将信号分别输入CH1和CH2通道，扫描速率旋钮置X-Y （逆时针到底），调节信号幅度或改变通道偏转因数，使图 形不超出荧光屏视场，观察李萨如图
示波器面板控制件的作用简介
亮度：轨迹 亮度调节
电压衰减及扫描速率
VOLTS/DIV： 调节垂直偏转 灵敏度，指示 垂直方向每格 的偏转电压值 VIRIABLE：连续调 节垂直偏转灵敏度
VIRIABLE PLEE×5： 连续调节扫 描速率
SEC/DIV：调节扫描 速率，指示水平方向 每格的扫描时间 X-Y工作方式：CH1 输入x轴信号