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实验九 示波器的使用 示波器是极为常用的电子仪器之一，它可以将人眼无法直接观测的电压随时 间变化的情况（即 V(t)）直观地显示出来，以供观察、测量或分析。对于一切可 以转化为电压的物理量(如温度、位移、速度、压力、光强、磁场等) 随时间的变 化情况，也都可以用示波器来间接进行观察。 【预习思考题】 1. 示波器可以实现什么功能？ 2. 利用示波器可以实现的最基本的测量是什么？利用数字示波器进行测量， 除了自动测量外，还有哪两种方法？ 3. 信号发生器可以实现什么功能？本次实验中是否需要从信号发生器的显示 屏上读取数据？ 【实验目的】 1．了解示波器的类型、构造及基本工作原理； 2．学习数字存储示波器和信号发生器的使用方法； 3．利用示波器来观察周期电压信号波形，并测量波形的峰-峰值、周期； 4．利用示波器和信号发生器，观察相互垂直方向上两个简谐振动的合成， 并学习通过李萨如图判断两个正弦信号之间的频率比及初相位差的方法。 【实验仪器】 数字存储示波器 1 台、函数信号发生器 1 台、信号传输线 2 条、整流滤波电 路板 1 个。 【示波器的简单介绍】 一、示波器的发展概况 电子示波器自 1933 年诞生至今已有 70 多年的历史，初期主要为模拟示波器； 第二次世界大战前后，随着无线电通讯和雷达技术的发展，对电子示波器的性能 提出了越来越高的要求，促使示波器技术快速发展；五十年代半导体和电子计算 机的问世，促进电子示波器的带宽达到 100MHz；六十年代美国、日本、英国、法 国在电子示波器开发方面各有不同的贡献，出现带宽6GHz 的取样示波器、带宽4GHz 的行波示波管、1GHz 的存储示波管；便携式、插件式示波器成为系列产品；七十 78 年代模拟电子示波器达到高峰，带宽 1GHz 的多功能插件式示波器标志着当时科学 技术的高水平，为测试数字电路又增添逻辑示波器和数字波形记录器；模拟示波 器从此没有更大的进展，开始让位于数字示波器。 八十年代示波器引入数字处理和微处理器，出现数字示波器；由于采用微处 理器作控制和数据处理，使数字示波器具有丰富的触发功能（超前触发、组合触 发、毛刺触发等），并且可观察非周期的、单次的、低频的信号，这些都是优于 模拟示波器的地方；在使用上，数字示波器也越来越简单，接近于甚至超过模拟 示波器。在发展初期，数字示波器在性能方面尚不及模拟示波器，但数字示波器 技术的进步非常快，进入九十年代，数字示波器除了提高带宽到 1GHz 以上，更重 要的是它的性能几乎全面超越模拟示波器，已大有全面取代模拟示波器之势。 二、数字存储示波器的基本结构和基本工作原理 数字存储示波器的基本结构和基本工作原理如图 1 所示： 图 1 数字存储示波器的基本结构 数字示波器对输入信号进行采样和 A/D 转换，将模拟信号转换成数字信号 （成 为数字“0”和“1”码），然后将其存储在半导体存储器 RAM 中；微处理器对数 字信号进行处理之后，再经 D/A 转换使其恢复成模拟量显示在示波器的屏幕上。 数字存储示波器不仅可以观测周期重复信号，而且也可以观测非周期的、单 次的或随机的信号，这是因为数字存储示波器采用的是实时取样，即每隔一个时 钟周期取样一次，所以可以观测单次信号，而模拟示波器只能满意地观测周期性 重复信号，对变化很快的非重复信号则无法记录。 三、示波器功能概要 一般情况下，示波器水平轴（X 轴）表示时间变量 t，垂直轴（Y 轴）表示随 时间变化的被测电量，该被测电量通常是电压，因此屏幕上描绘出来的图形表示 了被测电量随时间变化的情况，称为被测电量的“波形”。 广义地说，示波器实际上是一台 X—Y 图示仪，只要把两个有关系的变量（甚 79 至是非电量）转化为电参数，分别加到示波器的 X、Y 通道，就可以在屏幕上显示 这两个变量之间的关系曲线了。电子测量中使用的频谱分析仪、幅频特性