示波器使用大学物理实验报告[1]

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《示波器的使用》实验示范报告 【实验目的】 1.了解示波器显示波形的原理,了解示波器各主要组成部分及它们之间的 联系和配合; 2.熟悉使用示波器的基本方法,学会用示波器测量波形的电压幅度和频率; 3.观察李萨如图形。

【实验仪器】 1、双踪示波器 GOS-6021 型 1台 2、函数信号发生器 YB1602 型 1台 3、连接线 示波器专用 2根 示波器和信号发生器的使用说明请熟读常用仪器部分。

[实验原理] 示波器由示波管、扫描同步系统、Y 轴和 X 轴放大系统和电源四部分组成, 1、示波管 如图所示,左端为一电子枪,电子枪加热后发出一束电子,电子经电场加速 以高速打在右端的荧光屏上, 屏上的荧光物发光形成一亮点。

亮点在偏转板电压 的作用下,位置也随之改变。

在一定范围内,亮点的位移与偏转板上所加电压成 正比。

示波管结构简图 示波管内的偏转板 2、扫描与同步的作用 如果在 X 轴偏转板加上波形为锯齿形的电压, 在荧光屏上看到的是一条水平 1

线,如图 图扫描的作用及其显示 如果在 Y 轴偏转板上加正弦电压,而 X 轴偏转板不加任何电压,则电子束的 亮点在纵方向随时间作正弦式振荡,在横方向不动。

我们看到的将是一条垂直的 亮线,如图 如果在 Y 轴偏转板上加正弦电压,又在 X 轴偏转板上加锯齿形电压,则荧光 屏上的亮点将同时进行方向互相垂直的两种位移,其合成原理如图所示,描出了 正弦图形。

如果正弦波与锯齿波的周期(频率)相同,这个正弦图形将稳定地停 在荧光屏上。

但如果正弦波与锯齿波的周期稍有不同,则第二次所描出的曲线将 和第一次的曲线位置稍微错开, 在荧光屏看到定的图形或不断地移动的 图形,甚至很复杂的图形。

由此可见: (1) 要想看到 Y 轴偏转板电压的图形,必须加上 X 轴偏转板电压把它展开, 这个过程称为扫描。

如果要显示的波形不畸变,扫描必须是线性的,即必须加锯 齿波。

(2)要使显示的波形稳定,Y 轴偏转板电压频率与 X 轴偏转板电压频率的 比值必须是整数,即: fy fx  n n=1,2,3, 示波器中的锯齿扫描电压的频率虽然可调,但要准确的满足上式,光靠人工 调节还是不够的,待测电压的频率越高,越难满足上述条件。

为此,在示波器内 部加装了自动频率的装置,称为“同步” 。

在人工调节到接近满足式频率整 数倍时的条件下,再加入“同步”的作用,扫描电压的周期就能准确地等于待测 电压周期的整数倍,从而获得稳定的波形。

(1)如果 Y 轴加正弦电压,X 轴也加正弦扫描电压,得出的图形将是李萨 如图形,如表所示。

李萨如图形可以用来测量未知频率。

令 fy、fx 分别代表 Y 轴 和 X 轴电压的频率,nx 代表 X 方向的切线和图形相切的切点数,ny 代表 Y 方向的 2

切线和图形相切的切点数,则有 fy fx  nx ny 李萨如图形举例表 如果已知 fx,则由李萨如图形可求出 fy。

【实验内容】 1.示波器的调整 (1)不接外信号,进入非 X-Y 方式 (2)调整扫描信号的位置和清晰度 (3)设置示波器工作方式 2.正弦波形的显示 (1)熟读示波器的使用说明,掌握示波器的性能及使用方法。

(2)把信号发生器输出接到示波器的 Y 轴输入上,接通电源开关,把示波 器和信号发生器的各旋钮调到正常使用位置, 使在荧光屏上显示便于观测的稳定 波形。

3.示波器的定标和波形电压、周期的测量 (1)把 Y 轴偏转因数和扫描时间偏转因数旋钮都放在“校准”位置(指示 灯“VAR”熄灭) 。

(2)把校准信号输出端接到 Y 轴输入插座 (3)把信号发生器的正弦电压接到 Y 轴输入端,用示波器测量正弦电压的 幅值和周期,并和信号发生器上显示的频率值比较。

(4)选择不同幅值和频率的 5 种正弦波,重复步骤(3) ,记下测量结果。

4.李莎如图形的观测 (1) 把信号发生器后面 50Hz 输出信号接到 X 通道, Y 通道接入可调的 而 正弦信号 (2) 分别调节两个通道让他们能够正常显示波形 (3) 切换到 X-Y 模式,调整两个通道的偏转因子,使图形正常显示 (4) 调节 Y 信号的频率,观测不同频率比例下的李萨如图 3

数据记录 1、频率测量 示波器频率计数器的测频精度 0.01% 示波器测频仪器误差 3% 函数信号发生器测频仪器误差 1%+1 字 I 1 2 3 示波器计数器频率 f0(KHz) 示波器测量频率 f1(KHz) 信号发生器频率 f2(KHz) 百分差 55.454 57.4 55.45 3.5% 21.210 22.3 21.21 5.1% 15.328 15.8 15.33 3.1% 4 8.1696 8.19 8.17 0.2% 5 4.4138 4.38 4.42 -0.8% 2、电压测量 示波器测量电压仪器误差 3% 函数信号发生器仪器误差 15%+1 字 I 1 2 示波器测量电压(V) 信号发生器显示电压(V) 百分差 5.68 5.3 7.2% 4.52 4.6 -1.7% 3 3.64 3.6 1.1% 4 2.96 3.0 -1.3% 5 1.84 1.8 2.2% 3、李莎如图形观察 fy : fx 1:1 李萨如图形 1:2 1:3 nx 1 1 ny 1 2 fy(Hz) 50 50 fX(Hz) 50 100 4、不确定度的计算(以第一组数据为例) (1) 示波器测量频率 f=57.4KHz f  f  E f 1 3 50 150  57 . 4  3 %  1 . 72  2 KHz f  57 . 4  1 . 8 KHz 或 f  57  2 KHz (2) 函数信号发生器测频 f=55.45 KH f  f  E f 0 . 0 1  5 5 . 4  5 1 %  0 .0 1 K H z 0 .6 K H z 0 .5 6 或 f  5 5 .4 5  0 .5 6 K H z 或 f  5 5 .4  0 .6 K H z (3) 示波器测量电压 V1=5.68V  V1  V1  E V  5 .6 8  3 %  0 .1 6V 或 0 . 2V V1  5 .6 8  0 .1 6V 或 V 1  5 . 7  0 . 2V 4

(4) 函数信号发生器测量电压 V2=5.3V  V 2  V 2  E V  1字  5 .3  1 5 %  0 .1  0 .8 1V 或 0 . 9V V 2  5 . 30  0 . 81 V 或 V 2  5 . 3  0 . 9V 注意:一般可写为后面的形式更加科学,因为原始数据的有效数字只有 2 位,不可能经处理后提高精度变成 3 个有效数字。

5、示波器操作总结表格 要求 示波器输入接地 选择输入通道 选择信号输入方式 根据输入通道选择触发源 根据信号选择耦合方式 纵向调节 横向调节 调节图形稳定 测量物理量的选择 选择操作标尺 移动操作标尺 切换移动标尺的粗调细调 处于校准状态 调节按钮 GND CH1 或 CH2 AC/DC SOURCE COUPLING VOLTS/DIV TIME/DIV LEVEL COURSORE TRK 旋 VARIABLE 按 VARIABLE 按 TIME/DIV VAR 红灯灭 TAG 亮 Δ T-Δ V-1/Δ T 变化 标尺上有 出现 标记 左下角有 相应指示灯亮 交流~直流 右下角有 CH1-CH2-。

变化 。

右下角有 AC-HFR-。

变化 现象 中间水平一条直线 图形纵向缩放 图形横向缩放 图形稳定 标尺变化 位置变化 标尺移动 5

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