03 示波器的原理及其应用(98pts)

03 示波器的原理及其应用

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实验目的

了解示波器的基本原理和使用方法。
掌握示波器的基本操作。
学会用示波器观察波形和测量信号周期及时间参数。
学习判断李萨如图的性质和测量频率比值。

实验原理

示波器是由电子元件和电路组成的测量仪器，用于显示电信号的波形。

图1 示波管

图2 示波器的基本结构

偏转电场控制电子束在视屏上的轨迹

偏转电压 $U$ 与偏转位移 $Y(X)$ 成正比关系, $Y\propto U_y$ 。在使用时，在水平偏转版上加上扫描电压产生波形，使 $Y$ 方向的变化与 $X$ 方向上的匀速形成合运动，同时扫描电压的周期应该信号周期的整数倍使图像稳定。

同步扫描

没有“扫描”，无法显示随时间变化的规律；没有“整步”，不能得到稳定的图像。
为了达到“整步”目的，示波器采用三种方式：“内整步”：将待测信号一部分加到扫描发生器，当待测信号频率 $f_y$ 有微小变化，它将迫使扫描频率 $f_x$ 追踪其变化，保证波形的完整稳定；“外整步”：从外部电路中取出信号加到扫描发生器，迫使扫描频率 $f_x$ 变化，保证波形的完整稳定；“电源整步”：整步信号从电源变压器获得。一般在观察信号时，都采用“内整步”。

李萨如图形

李萨如图形是由两个正弦波信号的叠加形成的图形，通常用于分析信号的相位关系和频率比。

\begin{cases} x=A_xsin(2\pi f_xt+\phi_x)\\ y=A_ysin(2\pi f_yt+\phi_y) \end{cases}

存在 $n_y:n_x=f_x：f_y$ 其中 $n_x,n_y$ 为图形与 $x,y$ 轴的切点数。

测正弦波的 $V_{p-p}$ 和 $T$

若输入信号标度因子为 $V_0$ ，正负峰值之间的差值为 $H$ ,则 $V_{p-p}=V_0 \times H$
若时间扫描轴的单位使为 $t$ ，一个周期的横轴所占长度为 $L$ ,则 $T=t \times L$

实验仪器

双踪示波器，函数信号发生器，接线板，导线若干

实验内容&实验数据&数据处理

用示波器测量信号的周期和幅度

（1）测量示波器自带方波信号的周期和幅度，并选择不同的时基与理论值
（ $1ms,1KHz$ ）比较。

$选择时基(ms/div)$	$0.10$	$0.20$	$0.50$
$每周期所占格数(div)$	$10.4$	$5.3$	$2.1$
$测量周期(ms)$	$1.04$	$1.06$	$1.05$
$测量频率(Hz)$	$961.54$	$943.40$	$952.38$

选择时基为 $1ms/div$ 测量最准确，原因：一个周期内占据的水平格数较多，减小了估读误差。

（2）选择信号发生器作为 $Y$ 输入，频率为 $2000Hz$ ，选择不同的幅值，测量出信号的幅度并拟合。

$输入幅值(V_{pp})$	$0.50$	$1.00$	$2.00$	$2.50$	$3.00$	$3.50$
$每格所代表的幅度(V/div)$	$0.1$	$0.2$	$0.5$	$0.5$	$0.5$	$0.5$
$Y方向上的格数(div)$	$5.1$	$5.1$	$4.2$	$5.2$	$6.2$	$7.3$
$测量幅值(V_{pp})$	$0.51$	$1.02$	$2.10$	$2.60$	$3.10$	$3.65$

（3）选择信号发生器作为 $Y$ 输入，幅度为 $5V_{pp}$ ，选择不同的频率，测量出信号的频率并拟合。

$输入频率(Hz)$	$200$	$500$	$1000$	$2000$	$5000$	$10000$	$20000$
$选择时基(ms/div)$	$1$	$0.5$	$0.2$	$0.1$	$0.05$	$0.02$	$0.01$
$一周期所占的格数(div)$	$5.1$	$4.1$	$5.2$	$5.1$	$4.1$	$5.0$	$5.0$
$测量周期(ms)$	$5.10$	$2.05$	$1.04$	$0.51$	$0.20$	$0.10$	$0.05$
$测量频率(Hz)$	$196.08$	$487.80$	$961.54$	$1960.78$	$4878.05$	$10000.00$	$20000.00$