电子测量波形观察与电压测量.docx
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电子测量波形观察与电压测量
电子测量实验
实验二波形观察与电压测量
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
实验时间：
波形观察与电压测量
一、实验目的
1了解示波器的结构和工作原理，掌握示波器的使用方法；
2学会用示波器观察电信号的波形，并测量其电压大小；
3学会用示波器观察电路输出信号波形有无失真；
4学会“逐点法”研究幅频特性。
二、实验内容
1波形观察——示波器面板各旋钮的使用操作；
2用示波器测量信号幅度；
3测量放大电路电压放大倍数；
4放大电路幅频特性研究。
三、实验仪器及器材
1示波器1台
2信号发生器1台
3实验箱1台
4功率放大电路实验板1块
四、数字存储示波器简介（以TDS1002型为例）
1概述
TDS1002数字存储示波器是小型、轻便式的二通道台式仪器，可以用地电压为参考进行测量，主要用来观察与测量电路中各种波形的一种电子仪器。
观察电路能否正常工作，测量波形的有效值、平均值、峰—峰值、上升时间、下降时间、频率、周期、正频宽、负频宽等。
因此，在生产、实验和科研工作中，有着广泛的使用。
2面板结构
图2-1数字存贮示波器面板结构图
前面板结构如图2-1所示。
按功能可分为显示区、垂直控制区、水平控制区、触发区、功能区五个部分。
另有5个菜单按钮，3个输入连接端口。
下面将分别介绍各部分的控制钮以及屏幕上显示的信息。
2.1显示区
示波器的显示区除了显示波形外,还显示关于波形和示波器控制设置的详细信息。
显示区如图2-2所示
1显示图标表示采集方式
取样模式
峰值检测模式
均值模式
2触发状态显示如下:
□已配备。
示波器正在采集预触发数据。
在此状态下忽略所有触发。
R准备就绪。
示波器已采集所有预触发数据并准备接受触发。
T已触发。
示波器己发现一个触发并正在采集触发后的数据。
●停止。
示波器已停止采集波形数据。
●采集完成。
示波器已完成一个"单次序列"采集。
R自动。
示波器处于自动模式并在无触发状态下采集波形。
扫描。
在扫描模式下示波器连续采集并显示波形。
3使用标记显示水平触发位置。
旋转"水平位置"旋钮调整标记位置。
4用读数显示中心刻度线的时间。
触发时间为零。
5使用标记显示"边沿"脉冲宽度触发电平，或选定的视频线或场。
6使用屏幕标记表明显示波形的接地参考点。
如没有标记，不会显示通道。
7箭头图标表示波形是反相的。
8以读数显示通道的垂直刻度系数。
9BW图标表示通道是带宽限制的。
10以读数显示主时基设置。
11如使用窗口时基，以读数显示窗口时基设置。
12以读数显示触发使用的触发源。
13显示区域中将暂时显示帮助向导"信息。
14用读数表示"边沿"脉冲宽度触发电平。
15显示区显示有用信息。
16以读数显示触发频率。
2.2信息区域
示波器在显示屏的底部显示"信息区域"，以提供以下类型的信息:
（1）访问另一菜单的方法，例如按下"触发菜单"按钮时:
要使用"触发释抑"，请进入"水平"菜单
（2）建议可能要进行的下一步操作，例如按下"测量"按钮时:
按下某个选项按钮以更改其测量
（3）有关示波器所执行操作的信息，例如按下“默认设置”按钮时:
调用默认设置
（4）波形的有关信息，例如按下“自动设置”按钮时:
在通道1上检测到矩形波或脉冲波
2.3使用菜单系统
TDS1002示波器的用户界面设计用于通过菜单结构方便地访问特殊功能。
图2-3四种方法显示菜单选项
按下前面板按钮，示波器将在显示屏的右侧显示相应的菜单。
该菜单显示直接按下显示屏右侧未标记的选项按钮时可用的选项。
（在某些文档+，选项按钮可能也指显示屏按钮、侧菜单按钮、bezel钮或软键。
）示波器使用下列四种方法显示菜单选项：
如图2-3所示
2.3.1页（子菜单）选择:
对于某些菜单，可使用顶端的选项按钮来选择两或三个子菜单。
每次按下顶端按钮时，选项都会随之改变。
例如，按下"保存/调出"菜单内的顶端按钮，示波器将在"设置"和"波形"子菜单间进行切换。
2.3.2循环列表:
每次按下选项按钮时，示波器都会将参数设定为不同的值。
例如，可按下"CH1菜单"按钮，然后按下顶端的选项按钮在"垂直（通道）藕合"各选项切换。
2.3.3动作：
示波器显示按下“动作选项”按钮时间即发生的动作类型。
例如，按下“显示菜单”按钮，然后按下“对比度增加”选项按钮时，示波器会立即改变对比度。
2.3.4单选钮：
示波器为每一选项使用不同的按钮。
当前选择的选项被加亮显示。
例如，当按下“采集菜单”按钮时，示波器会显示不同的采集模式选项。
要选择某个选项，可按下相应的按钮。
2.4垂直控制
如图2-4所示。
CH1.CH2.光标1及光标2位置。
可垂直定位波形。
显示和使用光标时，LED变亮以指示移动光标时，按钮的可选功能。
CH1.CH2.菜单。
显示垂直菜单选择项并打开或
关闭对通道波形显示。
伏/格（CH1,CH2）。
选择标定的刻度系数。
数学计算菜单。
显示波形的数学运算并可用于
打开和关闭数学波形。
2.5水平控制
如图2-5所示。
位置。
调整所有通道和数学波形的水平位置。
这一控制的分辨率随时基设置的不同而改变。
注释:
要对水平位置进行大幅调整，可将秒/格旋钮旋转到较大教值，更改水平位置，然后再将此旋钮转到原来的数值。
当直示帮助主题时，可使用此旋钮滚动选择链接或索引条目。
水平菜单。
显示"水平菜单"。
设置为零。
将水平位置设置为零。
秒/格。
为主时基或窗口时基选择水平的时间/格（刻度系数）。
如"窗口区"被激活，通过更改窗口时基可以改变窗口宽度。
2.6触发控制
如图2-6所示。
电平”和“用户选择”。
使用"边沿"触发时，"电平"旋钮的基本功能是设置电平幅度，信号必需高于它才能进行采集。
还可使用此旋钮执行“用户选择"的其它功能。
旋钮下的LED发亮以指示相应功能。
释抑：
设置可以接受另一触发事件之前的时间量。
视频线数：
当“触发类型”选项设置为“视频”，“同步”选项设置为“线数”时，将示波器设置为某一指定线数。
脉冲宽度：
当“触发类型”选项设置为“脉冲”，并选择了“设置脉冲宽度”选项时，设置脉冲宽度。
触发菜单。
显示“触发菜单”。
设置为50%触发电平设置为触发信号峰值的垂直中点。
强制触发不管触发信号是否适当，都完成采集。
如采集已停止，则该按钮不产生影响。
触发视图。
当按下“触发视图”按钮时，显示触发波形而不显示通道波形。
可用此按钮查看诸如触发藕合之类的触发设置对触发信号的影响。
2.7菜单和控制按钮
如图2-7所示。
2.7.1保存/调出（SAVE/RECALL）：
显示设置和波形的“保存/调出菜单”。
测量（MESURE）：
显示自动测量菜单。
2.7.2采集（ACQUIRE）：
显示“采集菜单”。
2.7.3显示（DISPLY）：
显示“显示菜单”。
2.7.4光标（CURSOR）：
显示“光标菜单”。
当显示“光标菜单”并且光标被激活时，“垂直位置”控制方式可以调整光标的位置。
离开“光标菜单”后，光标保持显示（除非“类型”选项置为“关闭”），但不可调整。
2.7.5辅助功能（UTILITY）：
显示“辅助功能菜单”。
2.7.6帮助（HELP）：
显示“帮助菜单”
2.7.7默认设置（DEFAULTSETUP）：
调出厂家设置。
2.7.8自动设置（AUTOSET）：
自动设置示波器控制状态，以产生适用于输出信号的显示图形。
2.7.9单次序列（SINGLESEQ）：
采集单个波形，然后停止。
运行/停止（RUN/STOP）：
连续采集波形或停止采集。
2.7.10打印（PRINT）：
打印操作。
3应用示例
3.1使用“自动设置”
需要查看电路中的某个信号，在不了解该信号的幅值或频率。
希望快速显示该信号，并测量其频率、周期、峰峰值。
可以使用“自动设置”。
按下CH1菜单按钮，将探头选项衰减设置成与探头上的开关设定一致。
例如，探头上的开关设定在“×10”位置，则探头选项衰减设置成10X（如果设置不一致，结果怎样？
）。
通道1的探头与信号连接。
按下“自动设置”按钮。
示波器自动设置垂直、水平和触发控制。
若需要优化波形，可手动调整。
3.2自动测量：
示波器自动测量大多数显示出来的信号。
要测量信号的频率、周期、峰峰值、上升时间以及正频宽等，按如下步骤进行：
按下“测量”按钮，查看“测量”菜单。
按下顶部的选项按钮，显示“测量1”菜单。
按下“类型”选项按钮，选择频率。
其读数将显示测量结果及更新信息。
按下返回选项按钮。
按下顶部第二个选项按钮，显示“测量2”菜单。
按下“类型”选项按钮，选择周期。
其读数将显示测量结果及更新信息。
按下返回选项按钮。
按下顶部中间的选项按钮，显示“测量3”菜单。
按下“类型”选项按钮，选择峰—峰值。
其读数将显示测量结果及更新信息。
按下返回选项按钮。
按下第四个选项按钮，显示“测量4”菜单。
按下“类型”选项按钮，选择上升时间。
其读数将显示测量结果及更新信息。
按下返回选项按钮。
按下底部的选项按钮，显示“测量5”菜单。
按下“类型”选项按钮，选择正频宽。
其读数将显示测量结果及更新信息。
按下返回选项按钮。
3.3测量两个信号
假设正在测试放大器，需要测量放大器的输入和输出信号。
可将示波器的两个通道分别与放大器的输入和输出端相连，使用测量结果计算出放大倍数。
要激活并显示连接到通道1和通道2的信号，按如下步骤进行：
如果未显示通道，可按下CH1菜单和CH2菜单按钮。
按下“自动设置”按钮。
要选择两个通道进行测量，可执行以下步骤。
按下“测量”按钮，查看“测量”菜单。
按下顶部的选项按钮:
显示“测量1菜单”。
按下信源选项按钮。
选择CH1。
按下类型选项按钮，选择峰-峰值。
按下返回选项按钮。
按下顶部第二个选项按钮：
显示“测量2菜单”。
按下信源选项按钮。
选择CH2。
按下类型选项按钮，选择峰-峰值。
按下返回选项按钮。
读取两个通道的峰峰幅值。
五、实验要求
1复习有关示波器的结构原理，理解示波器显示波形的原理；
2查阅有关示波器使用的资料，熟悉示波器的使用步骤；
3查阅示波器应用的有关资料。
六．实验步骤
1波形观察——示波器面板各旋钮的使用操作
用信号发生器输出正弦信号作为被测信号，按表2-1进行实验。
要求理解：
在观察大小不同的信号时采集方式、触发电平、垂直刻度系数等应如何调节？
2、示波器测量信号参数
2.1读波形高度测幅度
用信号发生器输出1kHz、Vp-p为20mV—1V的正弦波加到示波器，适当调节示波器各旋钮，读取波形峰峰高度，填表2-2，并以信号源指示的幅度为准，计算测量的相对误差。
2.2三角波波形参数测量
用信号发生器输出100Hz、Vp-p为1V的正弦波加到示波器，适当调节示波器各旋钮或选项，使示波器直接显示信号频率、平均值、峰峰值、有效值，填表2-3，并计算其波形系数和波峰系数。
2.3矩形脉冲参数测量
观测实验箱上固定频率输出端Q15的信号峰峰值、上升时间、下降时间、正脉冲宽度、负脉冲宽度等参数，填表2-4。
2.4观测实验箱上单脉冲输出。
3、测量集成功放放大倍数
实验板集成功放电路接+5V电源，用信号发生器输出频率为1kHz的正弦波加到放大器。
用示波器同时观察放大电路输入信号和输出信号波形。
适当调节示波器各旋钮，使波形清晰。
在输出波形无失真情况下读取输入信号和输出信号的波形高度，填表2-5，计算集成功放电路电压放大倍数。
4、集成功放电路幅频特性研究
4.1用信号发生器输出频率为1kHz的正弦波加到集成功放电路，用示波器同时观察放大电路输入信号和输出信号波形。
调节信号发生器输出信号幅度，使集成功放电路的输出信号幅度
（V）。
4.2保持放大电路输入信号幅度不变，改变频率，按表2-6测量并记录。
4.3保持放大电路输入信号幅度不变，改变频率，使输出电压下降至中频1kHz时输出信号幅度的0.707倍，测出上限截止频率
和下限截止频率
。
4.4在
坐标中描点作出幅频特性曲线。
七、预习与思考题
1示波器显示被测信号的波形的原理？
答：
原理就是电子枪发射电子，经过加速和偏转后射在荧光屏上产生光。
将屏幕看做一个直接坐标系，这样偏转有XY偏转，Y偏转就是上下幅度。
X偏转就是左右幅度。
Y偏转的大小根据Y轴旋钮和波形的幅度控制。
X偏转由X轴旋钮控制。
这些旋钮就是幅度控制。
2.旋钮“伏特/格”和“秒/格”的作用是什么？
答：
通过控制伏特/格，可以把信号的幅度调整到期望测量范围内。
通过控制秒/格，可以显示屏中每一水平刻度代表的时间量。
3.如何用示波器测量信号电压？
答：
在示波器的操作界面上有MEASUPE按钮。
按下后可以选择自动的测量波形的电压值。
4.如何用示波器测量电路的幅频特性？
答：
要测量相频特性，则需要示波器至少有2个通道，另外肯定还需要一台信号发生器用于扫频或手动改变频率；测量时，信号发生器的输出端接待测放大器的输入端，同时接到示波器的一个通道，放大器的输出端则接示波器的另一个通道。
利用示波器的光标功能，可以读出两个通道之间的时间差，这个时间差可以进一步换算成相位差。
稍微先进一点的数字示波器，会提供直接对两个通道相位差进行测量的功能，这样会更为方便。
逐步改变信号发生器的频率，重复测量，可以得到不同频率下的相位差；以频率为横轴，相位差为纵轴，描点后即可得到放大器的相频特性。
利用以上方法，可以测量出+/-180度以内的相移。
5如何设置探头选项衰减？
如果探头上的开关设定在“×1”位置，而探头选项衰减设置成10X，结果怎样？
为什么？
如果探头上的开关设定在“×10”位置，而探头选项衰减设置成1X呢？
答：
按下CH1菜单按钮，将探头选项衰减设置成与探头上的开关设定一致。
结果会衰减10x。
八、实验报告要求
1根据实验3-1，说明示波器观察波形的操作步骤。
．答：
将波形通过探头输入示波器，按下自动设置基本上能够看到完整的波形，如果不能看到可以检查探头上的衰减是否正确，还可以调节旋钮“伏特/格”和“秒/格”让波形更明显。
2.示波器测量信号幅度的方法，如何减小测量误差
答：
选取合适的精度，这样才能有利于读数，还要避免人为的误差，这具体表现在示波器的使用调整是否正确，由于面板的坐标格和示波管的图形有一段距离，容易有视觉读数误差。
另外在测量是最好将波形拉开些，观察的周期数少些，这样将有利于减少读数误差，等等。
3.说明“逐点法”测量幅频特性的原理
答：
通过不断改变输入信号的频率，从示波器上读出V的值，直到找出上下截至频率，最后根据数据作幅频特性曲线图。
九、注意事项
1实验前注意打开电源预热，实验过程中不要关电源。
2定量测量时，注意微调旋钮应置“校准”位置。
10、实验心得及体会
通过本次实验，我了解了示波器的结构和工作原理，掌握了示波器的基本使用方法；学会了用示波器观察电信号的波形，并测量其电压大小；学会了用示波器观察电路输出信号波形有无失真；学会了“逐点法”研究幅频特性。
对实验中遇到的问题，能自己先思考，经思考之后自己还是能解决绝大部分问题，自己解决不了的再请教老师，总的来说通过这次实验还是学到了很多有实际用处的东西，受益匪浅。
电子测量实验数据记录——实验二
表2-1波形观察——示波器面板各旋钮的使用操作
操作
顺序
操作内容
屏幕显示波形及变化情况描述
1
旋转"水平位置"旋钮调整位置至中心刻度线
显示触发时间为零。
2
SAVE/RECALL
显示设置和波形的“保存/调出菜单”
3
Auto→CH1按钮→探头衰减设置成10X。
波形扩大了10倍
4
measure→顶部第一个按钮→周期
显示波形的周期读数
5
FFT
测量频谱
6
触发电平
调节采样的起始周期
7
反相
开启或关闭，调节是否反相
8
DISYLAY
调节对比度
9
measure→顶部中间的按钮→类型
显示峰峰值读数
10
SINGLESEQ
采集单个波形，然后停止
11
“触发类型”选项设置为“脉冲”
设置脉冲宽度
12
RUN/STOP
截图保存图像
表2-2示波器读波形高度测信号幅度
信号频率
1kHz
水平刻度系数
500us
显示方式
矢量
输入通道
CH1
输入藕合方式
直流
触发极性
边沿触发
信号发生器输出信号幅度
（Vp-p）
采集方式
触发电平
垂直
刻度系数
Vp-p读数
（格或cm）
测得Vp-p
相对误差
20mV
采样
4mV
5mv
4
20.2mv
1%
245mV
采样
4mV
50mv
5
250mv
2.04%
567mV
采样
4mV
100mv
5.8
576mv
1.58%
1V
采样
4mV
200mv
5
998mv
0.2%
表2-3示波器测量三角波波形参数
输入通道
BCH1
水平刻度系数
100us
显示方式
矢量
输入藕合方式
直流
触发极性
边沿触发
采集方式
采样
信号发生器输出信号
示波器显示波形参数
f
Vp-p
频率
平均值
峰峰值
有效值
100Hz
1V
99.8Hz
17.1mV
1.02V
293mV
波形系数
59.06
波峰系数
0.293
表2-4示波器测量Q15输出矩形脉冲参数
输入通道
CH1
水平刻度系数
20.0uS
触发极性
边沿触发
输入藕合方式
直流
垂直刻度系数
0.40V
触发电平
253mV
示波器显示波形参数
峰峰值
上升时间
下降时间
正脉冲宽度
负脉冲宽度
5.04V
586.0nS
552.9nS
122.0uS
122.0uS
表2-5集成功放电路电压放大倍数的测量
实测
实测计算
（mV）
（mV）
10
196
19.6
（最大不失真输入）19
368
19.37
表2-4放大电路幅频特性研究
Vi（mV）
44
f（Hz）
100
300
500
1k
10k
30k
50k
80k
100k
Vo（V）
0．707
0.768
0.952
0.976
1
0.992
0.984
0.944
0.864
0.792
0．707
Av
16.07
17.45
21.64
22.18
22.73
22.55
22.36
21.45
19.64
18
16.07
升级会员 