大学物理实验讲义实验09-示波器原理和使用

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1、实验5示波器原理和使用示波器是利用示波管内电子射线的偏转，在荧光屏上显示出电信号波形的仪器。用它能直接观察电信号的波形，也能测定电信号的幅度、周期、频率和相位，凡能转化为电压信号的其它电学量（电流、电功率、阻抗等）和非电学量（温度、位移、速度、压力、声强、光强、磁场等），其随时间的变化都能用示波器来观测。由于电子射线的惯性小，示波器扫描发生器的频率较高（可达几百兆赫），轴和轴放大器的增益很大，输入阻抗高，所以示波器特别适合于观测瞬时变化的过程，并可测量微伏级的电压，而对被测试系统的影响很小。因此示波器是一种应用广泛的综合性电信号测试仪器。示波器按用途和特点可以分为：通

2、用示波器。它是根据波形显示基本原理而构成的示波器。取样示波器，它是先将高频信号取样，变为波形与原始信号相似的低频信号，再应用基本原理显示波形的示波器。与通用示波器相比，取样示波器具有频带极宽的优点。记忆与存储示波器。这两种示波器均有存储信号的功能，前者是采用记忆示波管，后者是采用数字存储器来存储信息。专用示波器。为满足特殊需要而设计的示波器，如电视示波器、高压示波器等。智能示波器。这种示波器内采用了微处理器，具有自动操作、数字化处理、存储及显示等功能。它是当前发展起来的新型示波器。也是示波器发展的方向。本实验以SS—7802型通用示波器为例，说明示波器的原理和使用方法

3、，并介绍GFG—8016G型数字式函数信号发生器的使用方法。【实验目的】1．了解示波器显示图象的原理。2．较熟练地掌握示波器的调整和使用方法。3．掌握函数信号发生器的使用方法。4．学习用示波器观察电信号的波形，测量电信号的电压幅度和频率。【仪器用具】SS—7802型示波器（或DS-5000型存储示波器）、GFG—8016G型数字式函数信号发生器(或SPF05A型数字合成函数信号发生器)。【实验原理】1.示波器的基本结构和工作原理示波器内部结构复杂，型号很多，但从功能上看，大致可分为示波管、电压放大装置（包括轴放大和轴放大两部分）、扫描与整步装置和电源四个部分。如图5-

4、1所示。（1）示波管：它包括电子枪、偏转板和荧光屏三部分。图5-1示波器结构方框图示波管是示波器的核心，它的构造如图5-2所示，左端为一电子枪，电子枪又包括旁热式阴极、加热阴极的灯丝、控制栅极和第一、第二阳极等，阴极经灯丝加热后发出一束电子，电子被第一和第二阳极电场加速及聚焦后，形成一束很细的高速电子流打在右端的荧光屏上，屏上的荧光物图5-2示波管的构造发光形成一亮点。调节第一阳极电压（即调“聚焦”旋钮）和调节第二阳极电压(即调“辅助聚焦”旋钮）可达到聚焦的目的，使荧光屏上出现清晰的图象。在电子枪和荧光屏之间装有两对相互垂直的平行板，称为偏转板。如果板上加有电压，则电

5、子束经过偏转板时受正电极吸引，受负电极排斥，从而使电子束在荧光屏上的亮点位置也跟着改变，所以偏转板是用来控制亮点位置的。两对偏转板中，横方向的一对称为轴偏转板（或叫水平偏转板），纵方向的一对称为轴偏转板（或叫垂直偏转板）。在一定范围内，亮点的位移与偏转板上所加电压成正比，调节“轴移位”和“轴移位”旋钮可以改变亮点的位置。由于控制栅极的电位低于阴极，调节栅极电位可控制穿过栅极的电子数，即控制了电子流的强度。荧光屏上亮点的亮度决定于射到屏上电子的数目和能量（由加速阳极的电压决定），从而调节栅极电位（即调“辉度”旋钮）可以改变亮点的亮度。（2）电压放大装置（包括轴放大和轴放

6、大两部分）示波器的输入分为轴、轴两个通道，输入信号电压经输入端的衰减器衰减后，送到电压放大器放大。放大后的信号电压最终加到示波器的轴偏转板或轴偏转板上，亮点随信号电压的变化沿左右或上下作直线运动，形成一条水平或垂直亮线。调节“轴增益”或“轴增益”旋钮，可以控制输入信号的放大幅度（注意只是将显示比例放大或缩小，而不能改变信号电压本身的幅值大小）。在示波器的轴和轴输入端还设置有衰减器，如果信号电压过大，可利用轴（或轴）衰减器使信号电压变小，以适应电压放大器的要求。这些都是通过“V/cm”偏转灵敏度选择开关实现。（3）扫描与整步装置这是示波器的关键部分。它主要由锯齿波电压发

7、生器（即扫描电压发生器）构成。图5-3锯齿波波形图如果在轴偏转板上加上锯齿形电压，如图5-3（a）所示，锯齿形电压的特点是：电压从负开始（）随时间成正比地增加到正（），然后又突然返回负（）。再从此开始与时间成正比地增加（）……,如此重复，这时，荧光屏上的亮点从左（）匀速地向右运动（），到右端后马上回到左端（），然后再从左端匀速地向右运动（）……,不断重复前述过程。亮点只在水平方向运动，我们在荧光屏上看到的便是一条水平线，如图5-3（b）所示。如果在轴偏转板上加上正弦电压，如图5-4（a）所示，而轴偏转板上不加任何电压，则亮点的运动是在纵方向作正弦式振