3—5示波器实验讲义.docVIP

PAGE  PAGE 9 §3-5 示波器的使用 阴极射线示波器是一种用途较为广泛的电子仪器，它可以把原来肉眼看不见的电压变化变换成可见的图像，以供人们分析研究。示波器可用来测量电压的大小和一切可转换为电压的电学量(如电流、电功率、阻抗等)和非电学量(如位移、速度、压力、频率、温度、磁场、光强等)。在无线电制造工业和电子测量技术等领域，它是不可缺少的测试设备。 一、实验目的 1. 了解示波器的基本结构，熟悉示波器的调节和使用。 2. 学习用示波器观察电压波形及测量信号的电压和周期。 3. 通过观察李萨如图形，学会用示波器测量频率的方法。 二、实验仪器 示波器(GOS-620双轨迹示波器)、函数信号发生器、波形整流仪。 函数信号发生器的作用是产生各种波形、频率的电信号。整流波形仪的功能是将50Hz的照明电变成脉动直流电以及稳恒直流电。这些仪器的面板图请参见本实验的附录部分。 三、实验原理 示波器动态显示物理量随时间变化的思路是将这些物理量转换成随时间变化的电压，加在电极板上，极板间形成相应的变化的电场，使进入这个变化电场的电子运动情况相应的随时间变化，最后把电子运动的轨迹用荧光屏显示出来。 以GOS-620双轨迹示波器为例介绍示波器的基本结构和显示波形的原理。 GOS-620双轨迹示波器的基本结构原理如图1所示。 图1 示波器原理 电子示波器主要由四大部分组成：阴极射线示波器系统；扫描、触发系统；放大系统；电源系统。下面主要介绍与示波器显示波形原理相关的几个部分。 1. 示波管的内部结构。 图2 示波管结构 示波管内部结构如图2所示。阴极被加热发射出大量电子，经过各个电极的聚焦、加速后高速轰击荧光屏，发生荧光。在靠近阴极处设置控制栅极，调节其电位(相对阴极为负电位)来控制电子束流的强度，使荧光“辉度”改变。在电子束路径两旁设置两对平行板电极，改变加在其上的电压，可控制电子束的运动。 2. 电偏转系统。 在示波管内，有两对平行板电极，垂直方向的一对平行板电极称为水平(或)偏转板，简称为横偏板。水平方向的一对平行板电极称为垂直(或)偏转板，简称为纵偏板。在偏转板上加电压时，其电场致使飞速运动的电子束(及其在屏上的光点)沿水平、垂直方向发生偏移，这种现象称为电偏移。 若幅度为伏特的电压使电子束沿纵向(或横向)偏转(cm)，则定义为偏转电压灵敏度，简称为灵敏度，记作，即 (V/cm，读作伏每厘米) (1) 偏转电压灵敏度(也称‘伏/格’值)表示：使电子束沿纵向(或横向)偏转1cm(即一格)的电压幅度。显然，偏转电压灵敏度为(V/cm)时，使电子束偏转(cm)的电压幅度为： (2) 利用(2)式，从电子束的偏转格数，可测出被测电压值。 3. 扫描系统。 若仅在横偏板上加周期性变化的电压，则电子束(或光点)沿水平方向作周而复始的往返运动，其位移随电压增大而增大(电压达到最大值时它也达到最大)，随电压减小而减小。而当电压恢复到起始值时，电子束(或光点)便回到起始位置。电子束(或光点)的这种周而复始的往返运动称为扫描。此时称为扫描电压。当扫描较快(频率较高)时，荧光屏上仅显示一条水平亮线，称为扫描线。若是如图2中所示的周期为的线性锯齿波电压，则电子束的水平位移，即位移与时间成线性关系。 若在横偏板上加的扫描电压，使电子束在秒内沿水平方向位移厘米，则为每厘米扫描时间，简称为厘米扫描时间。记作，即 (S/cm，读作秒每厘米) (3) 厘米扫描时间(也称‘时间/格’值)表示电子束沿水平方向扫描1cm(即1格)的时间。显然，厘米扫描时间为(S/cm)时，电子束沿水平方向扫描(cm)所用的时间为： (4) 用(4)式，从电子束横向扫描距离，可测定时间间隔。 图3 扫描电压与信号同周期 图4 扫描电压与信号不同周期 4. 示波器显示波形原理。 在纵偏板上加周期为的被观测的信号(如正弦波)，而在横偏板上加周期为的线性锯齿波扫描电压时，后者使方向振动沿方向展开，呈现二维平面图形。当，……(如图3所示)时，每次锯齿波的扫描起始点会准确落到被观测信号的同相位点上，于是周而复始扫出完全相同的波形，从而稳定地显示，即扫描电压和被观测的信号达到同步，称为扫描同步。但若(如图4所示)时，则每次扫描起始点会落在非同相位点上，于是每次扫出的波形不重复，其结果屏上波形在不断地