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示波器的使用. 【 实验目的 】. 【 预习重点 】. 1 ．从物理学角度了解示波器的结构和工作原理，为正确使用示波器打下理论基础。 2 ．观察双踪示波和利萨如图形，加深对振动合成的理解。. 1 ． 示波器的结构。 2 ．示波器的扫描原理。 3 ．示波器、函数信号发生器的调节方法。. 【 实验原理 】.
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【实验目的】 【预习重点】 1．从物理学角度了解示波器的结构和工作原理，为正确使用示波器打下理论基础。 2．观察双踪示波和利萨如图形，加深对振动合成的理解。 1．示波器的结构。 2．示波器的扫描原理。 3．示波器、函数信号发生器的调节方法。
【实验原理】 示波器（Cathode ray oscilloscope，CRO）是直接观察和测量电压信号的通用仪器，具有十分广泛的用途。示波器的关键部件是示波管，示波管内电子射线的惯性很小，可用来观测上百兆赫的高频信号；输入通道放大器的增益很高，可观测毫伏量级的微弱信号；多踪示波器可以比较几个信号之间的波形、相位、频率、幅度等关系；配合相应的传感器，可把各种非电量转化成电压量，用示波器进行观测。随着现代数字技术的引入，示波器的性能更加优良。 示波器显示波形的原理由示波管、电源、锯齿波发生器、信号放大器构成。
一、示波管（Oscillograph tube,CRT） 示波管是一个漏斗状的多极真空管，内含电子枪、偏转板和萤光屏三大部件，如图3.5.1所示。电视机和计算机监视器的显像管也属于这类器件。 图3.5.1 示波管示意图
荧光屏：显示波形，电子流射到荧光屏上时荧光物质会发光。荧光屏：显示波形，电子流射到荧光屏上时荧光物质会发光。 电子枪：发射高速电子流，射到萤光屏上激发萤光粉产生一个光点。 偏转板：水平偏转板X1X2上自动加有锯齿波扫描电压UX，迫使电子束沿X方向周期性偏转，表现为光点在萤光屏上自左向右匀速移动。由于萤光粉的余辉效应和人眼的视觉暂留效应，我们将看到一条稳定的水平亮线，称为扫迹（Trace），它为我们建立了一条时间t轴。 垂直偏转板Y1Y2加上待观测电压UY（多为交流电），迫使电子束同时沿Y方向偏转，表现为扫迹发生上下弯曲，逼真地刻画出电压幅值随时间变化的规律，我们就“看”到了UY的“波形”，此“波形”的幅值就是交流电信号UY的电压幅值。
因此，萤光屏的Y轴是表达电压量值UY的，扫迹波形就是UY—t曲线。当UY是直流时，水平扫迹将向上（或向下）平移一个确定高度（直流电压值）。因此，萤光屏的Y轴是表达电压量值UY的，扫迹波形就是UY—t曲线。当UY是直流时，水平扫迹将向上（或向下）平移一个确定高度（直流电压值）。 二、同步扫描原理 只在Y偏转板加上交变电压UY，光点只沿Y方向往复移动，扫迹是一段稳定竖线，其长度显示UY的峰-峰值UP-P。此时若在X偏转板加上锯齿波电压UX，UX上升沿的持续时间tf为正程扫描时间，此期间UX随t正比增大，迫使光点自左向右匀速移动，同时仍保持沿Y方向按UY的规律移动，两种运动合成的结果便把UY的一段波形（可以含n个周期）自左向右展开在萤光屏上。 UX下降沿的持续时间tr为逆程扫描时间，trtf，UX在tr期间迅速减小到初始值，迫使光点迅速返回左端起始位置。为防止逆程扫迹扰乱波形，有专门电路在tr期间令电子枪停止发射，屏上便不会出现逆程扫迹，称为逆程消隐。下一个正程tf到来时，又重复以上过程。
把水平电压的这种将垂直方向电压 展示为随时间 变化规律的作用称为扫描作用。 待观察的UY信号对于时间轴来说，是一条无穷长波列。扫描过程就是逐次从这条波列上剪下等长（含有n个周期）的一段，贴在萤光屏上。如果每个正程扫描都从UY的n个周期以后的同一相位点开始，则每次的扫迹都与上次重合，由于视觉暂留和余辉效应，就可看到一段含有n个稳定周期的UY波形。可见显示稳定波形的条件是 或 n=1，2，…
三,整步作用 从物理光学我们得知，任何两个独立光源都不具有相干性；在示波器中，锯齿波UX是由示波器内的振荡电路产生的，本机振荡器产生的锯齿波UX和外来的待测信号UY同样不具有相干性，虽然震荡器的频率fx（周期TX）可以由微调扫速VARIABLE旋钮改变，但是只能暂时满足稳定波形的条件，由于UX波源和UY波源内各自都存在随机变化，TX、TY的随机漂移很快便积累到足以破坏稳定波形的条件，屏上波形由滚动变得错乱。为此，示波器内专门设置了同步电路，该电路将待测信号UX经过必要的波形变换后作为同步信号，强迫UX的频率随时与之同步，实现了稳定波形条件的持续成立。此时UX、UY便成为相干波源，同步信号仿佛是UX振荡电路的定时助推器。
【实验仪器】 一、SS—5702A型示波器 SS—5702A型示波器的面板见图3.5.5，可以分为左、中、右三个部分。 图3.5.5 SS—5702A型示波器的面板图
注意：工作方式 双踪示波器面板的有CH1、CH2两个区，之间有一个VERT MODE（Y向工作方式）选择开关，它有以下4档：①CH1为单踪显示；②CH2也为单踪显示；③DUAL为双踪显示 ④ADD为代数和显示 选定Y向工作方式后，还应关注面板右下角的SOURCE-X MODE（触发信号源）开关，令其档位与所要稳定示波的通道一致，例如要稳定显示CH1的信号，则要把SOURCE-X MODE拨至CH1，确保触发电路能得到期望的信号源。当使用外部触发信号时需将外部信号电缆头插入右下角的EXT TRIG（外触发）插座，并将SOURCE-X MODE 开关打到EXT档。
X—Y显示 将SEC/DIV旋钮反时针旋到底，指向X—Y档，Y MODE设到DUAL档，X MODE设到CH2档，示波器进入X—Y显示状态。 仪器介绍 1.中部主要是显示屏，其上有横竖刻线，横线与每个通道的偏转因数调节旋钮配合可定量测量波形的电压峰值，竖线与扫描速度调节旋钮配合可定量测量波形的周期。显示屏下面有电源开关、扫迹旋转螺旋、辉度（INTEN）旋钮、标尺亮度（SCALE）旋钮、聚焦（FOCUS）旋钮。
2. 左部是垂直偏转调节区，具有两个输入通道CH1和CH2，分上下两个小区。CH1区和CH2区各有一个探头插座在小区的左下角，将待测信号UY1、UY2分别送往前置放大—衰减器。 3.右部是水平偏转调节区，上方设有一组同轴旋钮来调节扫描速度（亦即改变fx、Tx），其根钮为SEC/DIV（秒/格）调节旋钮，作为粗调，与该旋钮同轴设置的VARIABLE（微调）旋钮（端钮），可实现各粗调档位之间的连续细调，从而对任意频率的UY均能提供满足（3.5.1）式的扫描速度，在测量波形周期时，为使根钮所指的SEC/DIV数值正确，必须把端钮顺时针旋到底并听到“卡哒”声，即进入CAL（校正）状态，此时显示屏上横方向一个大格所表示的时间就是根钮的指示值，数出波形一个周期所占据的大格数乘以根钮的指示值就是该信号的周期。
在两个通道小区的中间还有一个Y MODE选择开关，用来选择当前信号的显示模式。选择CH1只显示1通道的信号；选择CH2只显示2通道的信号；选择DUAL同时独立显示两个通道的信号；选择ADD显示两个通道的迭加信号。 往下是COUPLING（触发信号耦合方式）选择开关。右部下方是SOURCE-X MODE（触发信号源）选择开关，使用中要令其档位与要稳定显示波形的通道一致。当使用外部触发信号时需将外部信号电缆头插入右下角的EXT TRIG（外触发）插座，并将SOURCE-X MODE 开关打到EXT档。
二、函数信号发生器 GFG—8216A函数信号发生器面板见图3.5.6。 1. COUNTER DISPLAY 频率显示屏 2. 按键指示灯 3. 1～1M 频率范围按键(见下表3.5.1) 4. GATE 内外信号选择按键 5.方波输出按键 6. 三角波输出按键 7. 正弦波输出按键 8. ATT 20dB分贝衰减按键 9. POWER 电源开关。 10. FREQUENCY频率调节旋钮 11.TTL/COMS OUTPUT TTL/COMS输出接线端口 12. DUTY 输出信号波形微调旋钮 13.COMS/TTL TTL/COMS输出信号控制旋钮
14.OFFSET 直流准位设定旋钮 15.Ampl 分贝衰减 顺时针旋转分贝数减小，逆时针旋转分贝数增加，拉起此钮衰减20dB 16. OUTPUT 输出信号接线端 图3.5.6 GFG—8216A函数信号发生器板图
【实验内容】 • 利用SS—5702A型双踪示波器测试GFG—8216A型函数信号发生器输出的信号波形。 • 利用SS—5702A型双踪示波器观察两个相近频率正弦波的拍频现象。 • 由GFG—8216A型函数信号发生器输出可调的已知频率，利用SS—5702A型双踪示波器形成的利萨如图形，测量未知信号的频率 。
【注意事项】 • 1.示波器开机前，逐一分析各调节钮的功能，分别将它们调到安全合理的初设档位上。工作方式档位应与使用目的相吻合，量程、衰减档位就大不就小，增益档位（如亮度、扫描扩展以及信号发生器的输出调节等）就低不就高，聚焦、扫描速度、触发电平、位移、信号发生器的频率微调等调节钮应置于中间档位。确认各类输入、输出接插件连接齐全后，方可通电开机。 • 2.示波器开机后，应仔细观察现象，认真分析原因，选准应该调节的机件，遵循“分析→试调→观察无反应→将试调机件复位→有反应→分析→修改调节”的工作程序，轻调慢转，切不可随意试碰，一转到底，或者盲目改动“工作方式”、“聚焦”等与当前现象无关的机件，导致更远地偏离期望状态，甚至损坏仪器。更不应养成揪扯拍打、牢骚抱怨等不良习惯。旋钮转到极限位置后不应用力再拧，以免与转轴打滑，造成标记错位，甚至拧断内部导线，损坏内部器件。多数电子仪器开机后需要预热一定时间，使用间隙不必关机。实验完毕应将各有关调节钮恢复到安全合理的初设档位，方可关断电源，以免下次开机出现故障。
【思考题】 • 1．在荧光屏上能看到锯齿波扫描电压的波形吗？为什么？ • 2．试描述：在TX=nTY+△t，且△t从零趋于TY的过程中，荧光屏上的波形怎样变化。 • 3．一台SS—5702A型示波器正常显示波形，SWEEP MODE开关处在NORM档位。欲令扫迹突然熄灭，试列出有哪些方法可行。 • 4．打算用SS—5702A型示波器测量市电的周期（SEC/DIV测读法），试列出操作步骤。 • 5．SS—5702A型示波器面板右下角有一个“CAL 0.3V”测试端，试查阅有关资料了解它的用途及使用方法。 • 6．如何利用双踪示波观察到的拍频波形，测量两个相近频率的频率差？
