第三章日电磁学实验实验十示波器的原理和使用示波器是一种用途广泛的基本的电子测量仪器，用它能直接观察电信号的波形，也能测定电压信号的幅度、周期和频率等参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差或相位差。一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。在实际应用中凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观测【实验目的】1.了解示波器的基本结构和工作原理。2.学会用示波器观察电信号的波形。3.观察利萨如图形，学会一种测量正弦波频率的方法。【实验仪器】GOS-620示波器、信号发生器【示波器的原理】示波器主要由示波管（CRT），放大与衰减电路，扫描发生器，触发同步，电源等组成。示波管产生电子束，经加速聚焦和偏转系统到达荧光屏。竖直方向（Y轴偏转板）输入待测信号，水平方向（X轴偏转板）加上示波器内部产生的锯齿波扫描电压，则水平轴光点的移动与时间成正比，可以代表t轴，竖直方向的运动与信号电压变化规律一致，代表U，如果二者的重复周期满足整数比关系：f,=nf，n=1，2，3，荧光屏上将出现1个，2个，3个稳定的波形。为满足上述要求，示波器内部设有扫描触发电路（Trigger），用Y轴信号电压自动控制x轴扫描电路的发生，从而起到整步的作用，这样显示的波形图象更加稳定
第三章 电磁学实验 实验十 示波器的原理和使用 示波器是一种用途广泛的基本的电子测量仪器，用它能直接观察电信号的波 形，也能测定电压信号的幅度、周期和频率等参数。用双踪示波器还可以测量两 个信号之间的时间差或相位差。一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号 存储起来以备分析和比较。在实际应用中凡是能转化为电压信号的电学量和非电 学量都可以用示波器来观测 【实验目的】 1. 了解示波器的基本结构和工作原理。 2. 学会用示波器观察电信号的波形。 3. 观察利萨如图形，学会一种测量正弦波频率的方法。 【实验仪器】 GOS-620 示波器、信号发生器 【示波器的原理】 示波器主要由示波管（CRT），放大与衰减电路，扫描发生器，触发同步，电 源等组成。示波管产生电子束，经加速聚焦和偏转系统到达荧光屏。竖直方向（Y 轴偏转板）输入待测信号，水平方向（X轴偏转板）加上示波器内部产生的锯齿 波扫描电压，则水平轴光点的移动与时间成正比，可以代表t轴，竖直方向的运 动与信号电压变化规律一致，代表U，如果二者的重复周期满足整数比关系：fy= nfx ，n= 1，2，3.，荧光屏上将出现 1 个，2 个，3 个.稳定的波形。为满足 上述要求，示波器内部设有扫描触发电路（Trigger），用Y轴信号电压自动控制X 轴扫描电路的发生，从而起到整步的作用，这样显示的波形图象更加稳定
示波管的基本结构如图3-10-1所示。主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分，全都密封在玻璃外壳内，里面抽成高真空。(1)电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用。只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔，然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“亮度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，所以，第一阳极也称聚焦阳极。第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚焦”调节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚焦”，实际是调节第二阳极电位。(2）偏转系统：它由两对相互垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，一对水平偏转板。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。（3）荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料的荧光粉发光的颜色不同，发光过程的延续时间（一般称为余辉时间）也不同。荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测定光点位置用。在性能较好的示波管中，将刻度线直接刻在屏玻璃内表面上，使与荧光粉紧贴在一起以消除视差光点位置可测得更准。荧光屏一电子枪偏转系统p++FKGA2A1T一正广亮度聚焦辅助聚焦图3-10-1示波管的结构简图F-灯丝K-阴极G-控制栅极A,-第一阳极A,-第二阳极Y-竖直偏转板X-水平偏转板
示波管的基本结构如图 3-10-1 所示。主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏 三个部分，全都密封在玻璃外壳内，里面抽成高真空。 (1)电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯 丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。 控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极 发射出来的电子起控制作用。只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔， 然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“亮度”调整就是通过调节电位 以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极 电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第 二阳极之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，所以，第 一阳极也称聚焦阳极。第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚焦”调 节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示 波器还有“辅助聚焦”，实际是调节第二阳极电位。 (2)偏转系统：它由两对相互垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，一对水 平偏转板。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从 而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。 (3)荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料 的荧光粉发光的颜色不同，发光过程的延续时间(一般称为余辉时间)也不同。荧 光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测定光点位置用。在性能较好的示波 管中，将刻度线直接刻在屏玻璃内表面上，使与荧光粉紧贴在一起以消除视差， 光点位置可测得更准。 图 3-10-1 示波管的结构简图 F-灯丝 K-阴极 G-控制栅极 -第一阳极 -第二阳极 Y-竖直偏转板 X-水平偏转板 A1 A2
1.示波器显示波形的原理（1）仅在垂直偏转板（Y偏转板）加一正弦交变电压：如果仅在Y偏转板加一正弦交变电压，则电子束所产生的亮点随电压的变化在Y方向来回运动，如果电压频率较高，由于人眼的视觉暂留现象，则看到的是一条竖直亮线，其长度与正弦信号电压的峰-峰值成正比。（2）仅在水平偏转板加一扫描（锯齿）电压：为了能使Y方向所加的随时间t变化的信号电压U(t)在空间展亮点在y轴方向的位移（垂直输入信号-正弦波）J4开，需在水平方向形成一时间轴。荧光屏这一t轴可通过在水平偏转板加BBCDy1-AyiAEyIy/E一如图所示的锯齿电压U,(t)，由YGy于该电压在0～1时间内电压随时间成线性关系达到最大值，使电亮点在x轴方向的位移（水平扫描信号-锯齿波）子束在荧光屏上产生的亮点随时间线性水平移动，最后到达荧光屏的最右端。在1～2时间内（最图3-10-2波形显示原理图理想情况是该时间为零）U,()突然回到起点（即亮点回到荧光屏的最左端）。如此重复变化，若频率足够高的话则在荧光屏上形成了一条水平亮线。常规显示波形：如果在Y偏转板加一正电压（实际上任何所想观察的波形均可）同时在X偏转板加一锯齿电压，电子束受竖直、水平两个方向的力的作用下，电子的运动是两相互垂直运动的合成。当两电压周期具有合适的关系时，在荧光屏上将能显示出所加正弦电压完整周期的波形图。如图3-10-2所示。2.利萨如图形的原理如果示波器的X和Y输入是频率相同或成简单整数比的两个正弦电压，则荧光屏上将呈现特殊的光点轨迹，这种轨迹图称为利萨如图形。图3-10-3所示的为f，f，=2：1的利萨如图形。频率比不同的输入将形成不同的利萨如图形。图3-10-4所示的是频率比成简单整数比值的几组利萨如图形。从中可总结出如下规律：如果作一个限制光点x、y方向变化范围的假想方框，则图形与此框相切时，横边上切点数n，与竖边上的切点数n，之比恰好等于Y和X输入的两正弦
1．示波器显示波形的原理 （1）仅在垂直偏转板（Y 偏转板）加一正弦交变电压：如果仅在 Y 偏转板加 一正弦交变电压，则电子束所产生的亮点随电压的变化在 Y 方向来回运动，如果 电压频率较高，由于人眼的视觉暂留现象，则看到的是一条竖直亮线，其长度与 正弦信号电压的峰-峰值成正比。 （2）仅在水平偏转板加一扫描（锯齿）电压：为了能使 Y 方向所加的随时间 t 化的信号电压U 空间展 开，需在水平方向形成一时间轴。 这一 t 轴可通过在水平偏转板加 一如图所示的锯齿电压 tU )( x ，由 压在 0～1时间内电压随时 间成线性关系达到最大值，使电 子束在荧光屏上产生的亮点随时 间线性水平移动，最后到达荧光 屏的最右端。在 1～2 时间内（最 理想情况是该时间为零） tU )( x 突 然回到起点（即亮点回到荧光屏的最左端）。如此重复变化，若频率足够高的话， 则在荧光屏上形成了一条水平亮线。 变 y 在 于该电 t)( 亮点在 轴方向的位移 y （垂直输入信号 正弦波 - ) 亮点在 轴方向的位移 x （水平扫描信号 锯齿波） - 荧光屏 A B C D E F G H I By By Dy Cy Ay Ey Iy Hy Gy Fy a b c d e f g h i t a b c d e f g h i U t 图 3-10-2 波形显示原理图 常规显示波形：如果在 Y 偏转板加一正电压（实际上任何所想观察的波形均 可）同时在 X 偏转板加一锯齿电压，电子束受竖直、水平两个方向的力的作用下， 电子的运动是两相互垂直运动的合成。当两电压周期具有合适的关系时，在荧光 屏上将能显示出所加正弦电压完整周期的波形图。如图 3-10-2 所示。 2．利萨如图形的原理 如果示波器的X和Y 输入是频率相同或成简单整数比的两个正弦电压，则 荧光屏上将呈现特殊的光点轨迹，这种轨迹图称为利萨如图形。图 3-10-3 所示 的为 的利萨如图形。频率比不同的输入将形成不同的利萨如图形。 图 3-10-4 所示的是频率比成简单整数比值的几组利萨如图形。从中可总结出如 下规律：如果作一个限制光点 x、y 方向变化范围的假想方框，则图形与此框相 切时，横边上切点数 与竖边上的切点数 之比恰好等于 Y 和 X 输入的两正弦 = 1:2: xy ff nx ny
信号的频率之比，即f：f，=n，：n，。但若出现图（b）或（f）所示的图形，有端点与假想边框相接时，应把一个端点计为1/2个切点。所以利用利萨如图形能方便地比较两正弦信号的频率。若已知其中一个信号的频率，数出图上的切点数n，和n，，便可算出另一待测信号的频率。（a）上bCXJ,-343(f)4-4(d)(e)T2f-3图3-10-3所示为f：、=2:1的利萨如图形图3-10-4所示的是几组利萨如图形【实验内容】1：观察了解示波器、信号发生器板面上各个旋钮的作用，及使用时应注意事项。2.打开信号发生器电源，选择一种波形及频率，从（CH2）通道2输入（或CH1通道1），观察该波形。变换不同波形及频率，观察波形。波形不稳定时，调节扫描微调。3.测量信号的电压与频率，调好信号发生器，选择合适的扫描速率值，从（CH2）通道2输入，使屏上刻度范围内出现一个完整波形，记下信号峰-峰值长度Y和一个周期的长度X。测量出信号的电压与周期，再根据周期求出频率。4：用示波器观察利萨如图形将频率f给出，依次求出信号发生器的输出频率f，。并与该信号发生器读数值f进行比较，一一求出它们的相对误差，并讨论之。数据表参考表3-10-1。表3-10-1数据表1:11:21:32:3n,:n,'图形
信号的频率之比，即 。但若出现图（b）或（f）所示的图形，有 端点与假想边框相接时，应把一个端点计为 1/2 个切点。所以利用利萨如图形能 方便地比较两正弦信号的频率。若已知其中一个信号的频率，数出图上的切点数 和 ，便可算出另一待测信号的频率。 nnff yxxy = :: nx ny 图 3-10-3 所示为 的利萨如图形 图 3-10-4 所示的是几组利萨如图形 实验内容】 1．观察了解示波器、信号发生器板面上各个旋钮的作用，及使用时应注意事项。 2．打开信号发生器电源，选择一种波形及频率，从（CH2）通道 2 输入（或 CH1 通道 1），观察该波形。变换不同波形及频率，观察波形。波形不稳定时，调 节扫描微调。 3．测量信号的电压与频率，调好信号发生器，选择合适的扫描速率值，从（CH2） 通道 2 输入，使屏上刻度范围内出现一个完整波形，记下信号峰-峰值长度 Y 和一个周期的长度 X。测量出信号的电压与周期，再根据周期求出频率。 4．用示波器观察利萨如图形 数值 一一求出它们的相对误差，并讨论之。数据表参考表 3-10-1。 y 1:1 1:2 1:3 2:3 U Y 0 t 1 2 3 4 5 6 7 8 5 1 0 2 7 3 6 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t U X （ ） a （ ） b （ ） d （ ） c （ ） e （ ）f f f y x = 1 1 f f y x = 2 1 f f y x = 1 2 f f y x = 3 1 f f y x = 3 2 f f y x = 4 3 = 1:2: xy ff 【 将频率 x f 给出，依次求出信号发生器的输出频率 y f 。并与该信号发生器读 y f ′ 进行比较， 表 3-10-1 数据表 n : nyx 图形
nf=n,f,-E-×100%Jy
x y x f n f y = n ' y f %100 ' × − = yy ff E y f