二十六示波器的原理和使用Word文件下载.docx
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为了能使y方向所加的随时间t变化的信号电压Uy（t）在空间展开，需在水平方向形成一时间轴。
这一t轴可通过在水平偏转板加一如图4所示的锯齿电压Ux（t），由于该电压在0～1时间内电压随时间成线性关系达到最大值，使电子束在荧光屏上产生的亮点随时间线性水平移动，最后到达荧光屏的最右端。
在1～2时间内（最理想情况是该时间为零）Ux（t）突然回到起点（即亮点回到荧光屏的最左端）。
如此重复变化，若频率足够高的话，则在荧光屏上形成了一条如图4所示的水平亮线，即t轴。
常规显示波形：
如果在Y偏转板加一正电压（实际上任何所想观察的波形均可）同时在X偏转板加一锯齿电压，电子束受竖直、水平两个方向的力的作用下，电子的运动是两相互垂直运动的合成。
当两电压周期具有合适的关系时，在荧光屏上将能显示出所加正弦电压完整周期的波形图。
如图5所示。
图3在垂直偏转板加一正弦交变电压图4在水平偏转板加一扫描（锯齿）电压
3．同步原理
（1）同步的概念：
为了显示如图5所示的稳定图形，只有保证正弦波到Iy点时，锯齿波正好到i点，从而亮点扫完了一个周期的正弦曲线。
由于锯齿波这时马上复原，所以亮点又回到A点，再次重复这一过程。
光点所画的轨迹和第一周期的完全重合，所以在荧光屏上显示出一个稳定的波形，这就是所谓的同步。
由此可知同步的一般条件为：
Tx=nTy，
=1，2，3…
其中Tx为锯齿波周期，Ty为正弦周期。
若n=3，则能在荧光屏上显示出三个完整周期的波形。
如果正弦波和锯齿波电压的周期稍微不同，荧光屏上出现的是一移动着的不稳定图形。
这情形可用图6说明。
设锯齿波形电压的周期Tx比正弦波电压周期Ty稍小，比如Tx=nTy，n=7/8。
在第一扫描周期内，荧光屏上显示正弦信号0～4点之间的曲线段；
在第二周期内，显示4～8点之间的曲线段，起点在4处；
第三周期内，显示8～11点之间曲线段，起点在8处。
这样，荧光屏上显示的波形每次都不重叠，好像波形在向右移动。
同理，如果Tx比Ty稍大，则好像在向左移动。
以上描述的情况在示波器使用过程中经常会出现。
其原因是扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不成整数倍，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。
（2）手动同步的调节：
为了获得一定数量的稳定波形，示波器设有“扫描周期”、“扫描微调”旋钮，用来调节锯齿波电压的周期Tx（或频率fx），使之与被测信号的周期TY（或频率fY）成整数倍关系，从而，在示波器荧光屏上得到所需数目的完整被测波形。
（3）自动触发同步调节：
输入Y轴的被测信号与示波器内部的锯齿波电压是相互独立的。
由于环境或其它因素的影响，它们的周期（或频率）可能发生微小的改变。
这时虽通过调节扫描旋钮使它们之间的周期满足整数倍关系，但过了一会可能又会变，使波形无法稳定下来。
这在观察高频信号时就尤其明显。
为此，示波器内设有触发同步电路，它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”。
操作时，首先使示波器水平扫描处于待触发状态，然后使用“电平”（LEVEL）旋钮，改变触发电压大小，当待测信号电压上升到触发电平时，扫描发生器才开始扫描。
若同步信号是从仪器外部输入时，则称“外同步”。
4.李萨如图形的原理
如果示波器的X和Y输入是频率相同或成简单整数比的两个正弦电压，则荧光屏上将呈现特殊的光点轨迹，这种轨迹图称为李萨如图形。
图7所示的为fY：
fx=2：
1的李萨如图形。
频率比不同的输入将形成不同的李萨如图形。
图8所示的是频率比成简单整数比值的几组李萨如图形。
从中可总结出如下规律：
如果作一个限制光点x、y方向变化范围的假想方框，则图形与此框相切时，横边上切点数nx与竖边上的切点数ny之比恰好等于Y和X输入的两正弦信号的频率之比，即fy：
fx=nx：
ny。
但若出现图（b）或（f）所示的图形，有端点与假想边框相接时，应把一个端点计为1/2个切点。
所以利用李萨如图形能方便地比较两正弦信号的频率。
若已知其中一个信号的频率，数出图上的切点数nx和ny，便可算出另一待测信号的频率。
5.整流滤波原理
整流电路的任务是将交流电变换成直流。
完成这一任务是靠二极管的单向导电作用，常见的是半波、全波、桥式整流电路。
为简单起见，二极管用理想模型来处理，并以桥式整流电路图9为例分析，交流电压
是要求支流供电的负载电阻。
在电压
的正、负半周（设a端为正，b端为负是正半周）内电流通路分别用图10中的实线和虚线箭头表示。
通过负载
的电流
以及电压
的波形如图10所示。
显然，它们是单方向的全波脉动波形，单个二极管的导通角为
。
加一滤波电容
，并联的电容
在电源供给电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即
具有平波的作用，降低纹波。
【实验仪器】
（1）XJ4321示波器（面板分布图及功能请参见附录1）。
（2）DF-1010超低频信号发生器（面板分布图及功能请参见附录2）。
（3）EM1643信号发生器（面板分布图及功能请参见附录3）。
【实验内容】
1.观测信号波形并测量峰-峰电压值和频率
（1）DF-1010超低频信号发生器的调节
打开电源开关，调节波形选择1在“～”正弦波位置。
倍乘为“1ms”,周期挡4为“2”位置，周期挡3为“5”位置，周期挡2为“0”位置，衰减挡6为“15V”，幅度挡7为“6V”,输出8接“0，+A”。
此时从DF-1010超低频信号发生器输出VPP＝6V，频率为400HZ的正弦波。
（2）示波器的使用
仪器使用时面板控制件位置（以CH1输入为例），其它按键为弹出位置，见表1。
表26-1面板控制件位置
面板控制件
作用位置
DUAL（34）
CH1
FOCUS（4）
信号线变细
AC.GND.DC（29）
AC
TRIGMODE（16）
AUTO
VOLTS/DIV（33）
1
SOURCE（18）
INT
VARIABLE（12）（25）（32）
右旋到底CAL
SLOPE（10）
+
POSITION（14）（23）（35）
居中
TIME/DIV（15）
0.5ms
通过CH1输入从DF-1010超低频信号发生器输出VPP＝6V，频率为400Hz的正弦波。
调节TRIGLEVEL（17）使波形稳定,调节POSITION，读出测量值。
根据探头上的衰减比（×
10，×
1），计算VP-P和周期。
VP-P=A×
V/div
T=B×
time/div
式中A为波形在荧光屏上所占垂直格数，B为一个波形周期在荧光屏上所占水平格数。
在读Ａ和B时，注意还要估读小格，旋钮每一级对应一大格，每一大格分为5小格，例如3.3大格。
2.观察并绘出李萨如图形
（1）X轴输入正弦波
从DF-1010超低频信号发生器输出频率为500HZ的正弦波作为标准信号，从CH1（X）输入。
（2）Y轴输入正弦波
EM1643信号发生器：
按下电源开关，按下FUNCTION开关2选“～”正弦波，根据信号频率选“RANGE”挡位，从“OUTPUT”输出信号，若信号太强，改变“AMPLITUDE”旋钮，注意面板上所有二极管不亮。
改变“FREQVAR”旋钮，得到所需频率。
信号从CH2（Y）输入。
（3）按下示波器的X-Y11键，观察并绘出李萨如图形。
【数据与结果】
1.观察波形及对电压和频率的测量
（1）在坐标纸上将所观察到的正弦波形用曲线板按1:
1的比例绘出。
（2）电压和频率测量数据记录见表2。
表26-2电压和频率数据表
DF1010信号
发生器上读数
示波器观测数据
电压VP-P（V）
频率f（Hz）
垂直格数
V'
P-P
Time/div
水平格数
（Hz）
（3）比较VP-P与V'
P-P；
f和f’'
若把VP-P和f作为约定真值，分析示波器在量值测量上的误差。
2.绘出所观察到的各种频率比的李萨如图形
若
=500Hz为约定真值，依次求出EM1643信号发生器的输出频率
，并与该信号发生器读数值
进行比较，一一求出它们的相对误差，并讨论之。
数据表参考表26-3。
表26-3数据表
nx:
ny
1:
2
3
2:
图形
F'
y
3.多种整流滤波电路
（1）观察半波整流的波形
通过CH1输入端观察从DF-1010超低频信号发生器正端和地之间输出的ＶP-P＝6V，频率为400Hz的正弦波（以示波器为准）。
然后将信号发生器正端的信号接到测试盒的A端，地线接测试盒的D端，将VL两端的信号接CH1，输入示波器，观察半波整流的波形（示波器的面板位置见图26-11）。
在测试盒电容位置处分别插入一个4.7uF和1uF的电解电容（注意极性）进行滤波，测量交流纹波的VP-P（必要时VOLTS/DIV33可以换到0.5V/div），记下读数。
（2）观察全波整流的波形
通过CH1输入端观察从DF-1010超低频信号发生器正端、负端与地之间输出的ＶP-P＝6V，频率为400Hz的正弦波（以示波器为准）。
然后将信号发生器正端的信号接到测试盒的A端，负端接C端，地线接测试盒的D端，将VL两端的信号接CH1，输入示波器，观察全波整流的波形（示波器的面板位置见图26-11）。
在测试盒电容位置处分别插入一个4.7uF和1uF的电解电容（注意极性）进行滤波，测量交流纹波的VP-P（必要时VOLTS/DIV33可以换到0.5V/div），记下读数。
（3）观察桥式整流的波形
通过CH1输入端观察从DF-1010超低频信号发生器正端、地之间输出的ＶP-P＝6V，频率为400Hz的正弦波（以示波器为准）。
然后将信号发生器正端的信号接到测试盒的A端，地线接接C端，将VL两端的信号接CH1，输入示波器，观察桥式整流的波形（示波器的面板位置见图26-11）。
在测试盒电容位置分别插入一个4.7uF和1uF的电解电容（注意极性）进行滤波，测量交流纹波的VP-P（必要时VOLTS/DIV33可以换到0.5V/div），记下读数。
【思考题】
（1）如果被观测的图形不稳定，出现向左移或向右移的原因是什么？
该如何使之稳定？
（2）观察李萨如图形时，能否用示波器的“同步”把图形稳定下来？
李萨如图形为什么一般都在动？
主要原因是什么？
（3）什么是同步？
实现同步有几种调整方法？
如何操作？
（4）若被测信号幅度太大（在不引起仪器损坏的前提下），则在示波器上看到什么图形？
要完整地显示图形，应如何调节？
（5）示波器能否用来测量直流电压？
如果能测，应如何进行？
【附录】
1.XJ4321示波器面板分布图及功能（图11）
图11示波器面板分布图
面板控制键作用：
（1）主机电源
①电源开关（POWER）：
将电源开关按键弹出即为“关”位置，将电源接入，按电源开关，以接通电源。
②电源指示灯：
电源接通时指示灯亮。
③亮度旋钮（INTENSITY）：
顺时针方向旋转旋钮，亮度增强。
接通电源之前将该旋钮逆时针方向旋转到底。
④聚焦旋钮（FOCUS）：
用亮度控制钮将亮度调节至合适的标准，然后调节聚焦控制钮直至轨迹达到最清晰的程度，虽然调节亮度时聚焦可自动调节，但聚焦有时也会轻微变化。
如果出现这种情况，需重新调节聚焦。
⑤光迹旋转旋钮（TRACEROTATION）：
由于磁场的作用，当光迹在水平方向轻微倾斜时，该旋钮用于调节光迹与水平刻度线平行。
⑥刻度照明控制钮（SCALEILLUM）：
该旋钮用于调节屏幕刻度的亮度。
如果该旋钮顺时针方向旋转，亮度将增加。
（2）垂直方向部分
通道1输入端[CH1INPUT（X）]：
该输入端用于垂直方向的输入。
在X-Y方式时输入端的信号成为X轴信号。
通道2输入端[CH2INPUT（Y）]：
和通道1一样，但在X-Y方式时输入端的信号仍为Y轴信号。
、
交流—接地—直流耦合选择开关（AC-GND-DC）：
选择垂直放大器的耦合方式。
交流（AC）：
垂直输入端由电容器来耦合。
接地（GND）：
放大器的输入端接地。
直流（DC）：
垂直放大器的输入端与信号直接耦合。
衰减器开关（VOLT/DIV）：
用于选择垂直偏转灵敏度的调节。
如果使用的是10:
1的探头，计算时将幅度×
10。
垂直微调旋钮（VARIBLE）：
垂直微调用于连续改变电压偏转灵敏度，此旋钮在正常情况下应位于顺时针方向旋转到底的位置。
将旋钮逆时针方向旋转到底，垂直方向的灵敏度下降到2.5倍以下。
CH1×
5扩展、CH2×
5扩展（CH1×
5MAG、CH2×
5MAG）：
按下×
5扩展按键，垂直方向的信号扩大5倍，最高灵敏度变为1mV/div。
垂直移位（POSITION）：
调节光迹在屏幕中的垂直位置。
垂直方式工作按钮,选择垂直方向的工作方式。
通道1选择（CH1）：
屏幕上仅显示CH1的信号。
通道2选择（CH2）：
屏幕上仅显示CH2的信号。
双踪选择（DUAL）：
同时按下CH1和CH2按钮，屏幕上会出现双踪并自动以断续或交替方式同时显示CH1和CH2上的信号。
叠加（ADD）：
显示CH1和CH2输入电压的代数和。
CH2极性开关（INVERT）：
按此开关时CH2显示反相电压值。
（3）水平方向部分
扫描时间因数选择开关（TIME/DIV）：
共20挡在0.1μs/div∽0.2s/div范围选择扫描速率。
X-Y控制键：
如X-Y工作方式时，垂直偏转信号接入CH2输入端，水平偏转信号接入CH1输入端。
通道2垂直移位键（POSITION）：
控制通道2在屏幕中的垂直位置，当工作在X-Y方式时，该键用于Y方向的移位。
扫描微调控制键（VARIBLE）：
此旋钮以顺时针方向旋转到底时处于校准位置，扫描由Time/div开关指示。
该旋钮逆时针方向旋转到底，扫描减慢2.5倍以上。
正常工作时，该旋钮位于校准位置。
水平移位（POSITION）：
用于调节轨迹在水平方向移动。
顺时针方向旋转该旋钮向右移动光迹，逆时针方向旋转向左移动光迹。
扩展控制键（MAG×
5）、（MAG×
10，仅YB4360）：
按下去时，扫描因数×
5扩展或×
10扩展。
扫描时间是Time/div开关指示数值的1/5或1/10。
例如：
×
5扩展时，100μs/div为20μs/div。
部分波形的扩展：
将波形的尖端移到水平尺寸的中心，按下×
5或×
10扩展按钮，波形将扩展5倍或10倍。
ALT扩展按钮（ALT-MAG）：
按下此键，扫描因数×
1、×
10同时显示。
此时要把放大部分移到屏幕中心，按下ALT-MAG键。
扩展以后的光迹可由光迹分离控制键
移位距×
1光迹1.5div或更远的地方。
同时使用垂直双踪方式和水平ALT-MAG可在屏幕上同时显示四条光迹。
（4）触发（TRIG）
触发源选择开关（SOURCE）：
选择触发信号源。
内触发（INT）：
CH1或CH2上的输入信号是触发信号。
通道2触发（CH2）：
CH2上的输入信号是触发信号。
电源触发（LINE）：
电源频率成为触发信号。
外触发（EXT）：
触发输入上的触发信号是外部信号，用于特殊信号的触发。
交替触发（ALTTRIG）：
在双踪示波器交替显示时，触发信号交替来自于两个Y通道，此方式可用于同时观察两路不相关信号。
外触发输入插座（EXTINPUT）：
用于外部触发信号的输入。
触发电平旋钮（TRIGLEVEL）：
用于调节被测信号在某地电平触发同步。
触发极性按钮（SLOPE）：
触发极性选择。
用于选择信号的上升沿或下降沿触发。
触发方式选择（TRIGMODE）：
自动（AUTO）：
在自动扫描方式时扫描电路自动进行扫描。
在没有信号输入或输入信号没有被触发同时，屏幕上仍然可以显示扫描基线。
常态（NORM）：
有触发信号才能扫描，否则屏幕上无扫描显示。
当输入信号的频率低于20Hz时，请用常态触发方式。
TV-H：
用于观察电视信号中行信号波形。
TV-V：
用于观察电视信号中场信号波形。
（注意：
仅在触发信号为负同步信号时，TV-V和TV-H同步。
）
校准信号（CAL）：
电压幅度为0.5VP-P，频率为1kHz的方波信号。
接地柱┴：
接地端。
2．DF-1010超低频信号发生器
图12为DF-1010超低频信号发生器面板图，其各部分功能如下：
（1）波形选择开关：
可选择输出信号的波形。
（2）输出周期选择旋钮：
2为×
0.01挡，3为×
0.1挡，4×
为1挡。
图12DF-1010超低频信号发生器
1-波形选择工关2、3、4-输出周期选择5-输出频率选择6-输出衰减选择
7-输出幅度调节按钮8-信号输出接线柱9-电源指示灯10-电源开关
（3）输出频率倍乘选择：
输出频率（周期）调节举例：
若要输出一频率为f=400Hz（T=0.00250s=2.50ms）的信号，则1/f=（4所示的值+3所示的值+2所示的值）×
5所示的值=2.50ms。
（4）输出衰减选择:
可选定最大输出电压。
（5）输出幅度调节旋钮：
可在最大输出电压与零输出之间连续调节输出电压大小。
（6）信号输出接线柱：
可用+A与接地或-A与接地输出信号。
（7）电源指示灯。
（8）电源开关。
3．EM1643信号发生器面板分布图及功能（图13）
（1）电源开关（ON／OFF）：
按入开。
（2）功能开关（FUNCTION）：
波形选择。
∽：
正弦波。
：
方波和脉冲波（具有占空比可变）。
三角波和锯齿波（具有占空比可变）。
（3）频率微调FREQVAR：
频率覆盖范围10倍。
（4）分挡开关（RANGE－Hz）：
20Hz～2ＭHz，分六挡选择。
（5）衰减器（ATT）：
开关按入时，衰减20dB，30dB。
（6）幅度（AMPLITUDE）：
幅度可调。
（7）直流偏移调节（DCOFFSET）：
当开关按入时，直流电平为－10V～＋10V连续可调。
当开关弹出时，直流电平为零。
（8）占空比调节（RAMP/PULSE）：
当开关弹出时，占空比为50％。
当开关按入时，占空比在10％～90％内连续可调。
实际频率为指示值÷
10
（9）输出（OUTPUT）：
波形输出端。
（10）TTL电平（TTLOUT）：
只有TTL电平输出端。
幅度3.5VP－P。
操作步骤：
（1）将仪器接入AC电源，按下电源开关。
（2）根据需要选择波形的功能开关。
（3）当需要脉冲波和锯齿波时，转动FREQVAR，调节频率，按下RAMP／PULSE开关，调节占空比，此时频率显示值÷
10，其它状态时关掉。
如果选定正弦波，关掉RAMP/PULSE开关。
（4）当需小信号输出时，按入衰减器。
（5）调节幅度至需要的输出幅度。
（6）调节直流电平偏移至需要设置的电平值，其它状态时关掉，直流电平将为零。
（7）当需要TTL信号时，从脉冲输出端输出，此电平将不随功能开关改变。
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