示波器實(shí)驗(yàn)報(bào)告(5篇)
在日常生活和工作中，我們使用報(bào)告的情況越來(lái)越多，報(bào)告中提到的所有信息應(yīng)該是準(zhǔn)確無(wú)誤的。那么你真正懂得怎么寫(xiě)好報(bào)告嗎？下面是小編整理的示波器實(shí)驗(yàn)報(bào)告，僅供參考，大家一起來(lái)看看吧。
示波器實(shí)驗(yàn)報(bào)告1
示波器的使用
預(yù)習(xí)思考題
1.示波器的功能是什么?
2.掃描同步如何理解?
3.什么是李薩如圖?
1.電子示波器是用來(lái)直接顯示，觀察和測(cè)量電壓波形機(jī)器參數(shù)的電子儀器。
2.用每一個(gè)觸發(fā)脈沖產(chǎn)生于同觸發(fā)電壓所對(duì)應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)的同相位點(diǎn)，故每次掃描起點(diǎn)會(huì)準(zhǔn)確地落在同相位點(diǎn)于是每次掃描的起始點(diǎn)會(huì)準(zhǔn)確地落在同相位點(diǎn)，于是每次掃描出的波形完全重復(fù)而穩(wěn)定地顯示被測(cè)波的波形。就是觸發(fā)掃描實(shí)現(xiàn)同步的原理。
3.當(dāng)示波器在Y軸與X軸同時(shí)輸入正弦信號(hào)電壓且他們的頻率式簡(jiǎn)單的整數(shù)比時(shí)熒光屏上出現(xiàn)各式各樣的圖形這類(lèi)圖形稱(chēng)作“李薩如圖”
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄
實(shí)驗(yàn)儀器：
YB4320F雙追蹤示波器，SG1642函數(shù)信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)步驟：
1.用示波器觀察信號(hào)波形
(1)調(diào)節(jié)掃描旋鈕，使示波器的掃描線至長(zhǎng)短適當(dāng)?shù)姆�(wěn)定水平亮線
(2)將信號(hào)發(fā)生器接到ch1或ch2輸入上，頻率選用數(shù)百或數(shù)千赫茲方式開(kāi)關(guān)及觸發(fā)源開(kāi)關(guān)的位置與信號(hào)輸入通道一致的出穩(wěn)定的波形。
(3)改變輸入信號(hào)電壓的波形，如正弦波，三角波，方波調(diào)節(jié)掃描微調(diào)，以得到2個(gè)
(4)可以在調(diào)節(jié)其他該掃描熟悉示波器2.用李薩如圖測(cè)定頻率
(1)當(dāng)示波器在Y軸與X軸同時(shí)輸入正弦信號(hào)電壓，且他們的頻率式簡(jiǎn)單的整數(shù)比的的熒光屏上出現(xiàn)各種形式的圖形，這類(lèi)圖形稱(chēng)作“李薩如圖”
(2)當(dāng)fg:fx=1:1時(shí)輸入fg=50hz.fx=50hz，繪出一種李薩如圖
(3)當(dāng)fg:fx=1:2時(shí)輸入fg=300hz.fx=200hz，繪出一種李薩如圖
數(shù)據(jù)處理如上
思考題
1.示波器為接通前，有那些注意事項(xiàng)?
2.波形不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)那個(gè)旋鈕?
3.為了觀察李薩如圖，應(yīng)該怎樣設(shè)置按鈕?
4.欲關(guān)閉示波器，首先應(yīng)把那個(gè)旋鈕扭到最小?
1、確定是否接地
2、是否正確連接探頭
3、查看所有的終端額定值
4、在是使用一個(gè)通道的情況下觸發(fā)源選的通用一致
5、應(yīng)調(diào)節(jié)水平微調(diào)使之穩(wěn)定，再調(diào)節(jié)CH通道
6、首先示波器應(yīng)該在XY軸輸入正弦電壓，且加上fg與fx上的頻率成整數(shù)比
7、將示波器探頭脫開(kāi)測(cè)量電路，將輸入選擇開(kāi)關(guān)，達(dá)到接地位置，關(guān)機(jī)，如果是模擬示波器的話(huà)，需要將聚集旋鈕和亮度旋鈕調(diào)低，然后在關(guān)閉電源。
示波器的使用實(shí)驗(yàn)報(bào)告
示波器實(shí)驗(yàn)報(bào)告2
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙螅?/strong>
�。�1）了解示波器的基本工作原理。
�。�2）學(xué)習(xí)示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的使用方法。
�。�3）學(xué)習(xí)用示波器觀察信號(hào)波形和利用示波器測(cè)量信號(hào)頻率的方法。
二、 實(shí)驗(yàn)原理：
1) 示波器的基本組成部分：示波管、豎直放大器、水平放大器、掃描發(fā)生器、觸發(fā)同步和直流電源等。
2) 示波管左端為一電子槍?zhuān)娮訕尲訜岷蟀l(fā)出一束電子，電子經(jīng)電場(chǎng)加速以高速打在右端的熒光屏上，屏上的熒光物發(fā)光形成一亮點(diǎn)。亮點(diǎn)在偏轉(zhuǎn)板電壓的作用下，位置也隨之改變。在一定范圍內(nèi)，亮點(diǎn)的位移與偏轉(zhuǎn)板上所加電壓成正比。
3) 示波器顯示波形的原理：如果在X軸偏轉(zhuǎn)板加上波形為鋸齒形的電壓，在熒光屏上看到的是一條水平線，如果在Y軸偏轉(zhuǎn)板上加正弦電壓，而X軸偏轉(zhuǎn)板不加任何電壓，則電子束的亮點(diǎn)在縱方向隨時(shí)間作正弦式振蕩，在橫方向不動(dòng)。我們看到的將是一條垂直的亮線，如果在Y軸偏轉(zhuǎn)板上加正弦電壓，又在X軸偏轉(zhuǎn)板上加鋸齒形電壓，則熒光屏上的亮點(diǎn)將同時(shí)進(jìn)行方向互相垂直的兩種位移，兩個(gè)方向的位移合成就描出了正弦圖形。如果正弦波與鋸齒波的周期（頻率）相同，這個(gè)正弦圖形將穩(wěn)定地停在熒光屏上。但如果正弦波與鋸齒波的周期稍有不同，則第二次所描出的曲線將和第一次的曲線位置稍微錯(cuò)開(kāi)，在熒光屏上將看到不穩(wěn)定的圖形或不斷地移動(dòng)的圖形，甚至很復(fù)雜的圖形。要使顯示的波形穩(wěn)定，掃描必須是線性的，即必須加鋸齒波；Y軸偏轉(zhuǎn)板電壓頻率與X軸偏轉(zhuǎn)板電壓頻率的比值必須是整數(shù)。示波器中的鋸齒掃描電壓的頻率雖然可調(diào)，但光靠人工調(diào)節(jié)還是不夠準(zhǔn)確，所以在示波器內(nèi)部加裝了自動(dòng)頻率跟蹤的裝置，稱(chēng)為“同步”。在人工調(diào)節(jié)接近滿(mǎn)足式頻率整數(shù)倍時(shí)條件下，再加入“同步”的作用，掃描電壓的周期就能準(zhǔn)確等于待測(cè)電壓周期的整數(shù)倍，從而獲得穩(wěn)定的波形。
4) 李薩如圖形的基本原理：如果同時(shí)從示波器的x軸和y軸輸入頻率相同或成簡(jiǎn)單整數(shù)比的兩 個(gè)正弦電壓，則屏幕上將呈現(xiàn)出特殊形狀的、穩(wěn)定的光點(diǎn)軌跡，這種軌跡圖稱(chēng)為李薩如圖形。李薩如圖形的形成規(guī)律為：如果沿x，y分別作一條直線，水平方向的直線做多可得的交點(diǎn)數(shù)為N（x），豎直方向最多可得的交點(diǎn)數(shù)為N（y），則x和y方向輸入的兩正弦波的頻率之比為 f（x）：f（y）=N（y）：N（x）。
三、 實(shí)驗(yàn)儀器：
示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。
四、 實(shí)驗(yàn)操作的主要步驟：
(一) 示波器的使用與調(diào)節(jié)
1) 將各控制旋鈕置于相關(guān)位置。
2) 接通電源，按下面板左下角的“POWER”鈕，指示燈亮，稍待片刻，儀器進(jìn)入正常工作狀 態(tài)。
3) 經(jīng)示波管燈絲預(yù)熱后，屏上出現(xiàn)綠色亮點(diǎn)，調(diào)節(jié)INTEN、FOCUS、POSITION，使亮點(diǎn)清晰。
4) 將TIME/DIV逐漸旋到2ms或5ms，觀察光點(diǎn)由慢變快移動(dòng)，直至屏上顯示一條穩(wěn)定的水 平掃描線，按(3)使線清晰。
(二) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
1) 觀察正弦波波長(zhǎng)：
a)將AC GND DC轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于AC
b)講面板右上角的SOURCE置于CH2
c)將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的50Hz信號(hào)源直接輸入CH2-Y輸入端（紅插頭應(yīng)接函數(shù)發(fā)生器輸出的紅接線柱）
d)屏上顯示出正弦波（調(diào)V/DIV調(diào)節(jié)大小，TIME/DIV掃描開(kāi)關(guān)使之出現(xiàn)正弦波，IEVEL使波形穩(wěn)定）
e)改變掃描電壓的頻率(TIME/DIV)觀察正弦波得變化，使屏上出現(xiàn)多個(gè)完整的波形圖。
2) 觀察并描繪李薩如圖形，測(cè)量正弦信號(hào)頻率。
利用利薩如圖測(cè)正弦電壓的頻率基本原理
通過(guò)觀察熒光屏上利薩如圖形進(jìn)行頻率對(duì)比的方法稱(chēng)之為利薩如圖形法。此法于1855年由利薩如所證明。將被測(cè)正弦信號(hào)fx加到y(tǒng)偏轉(zhuǎn)板，將參考正弦信號(hào)fx加到x偏轉(zhuǎn)板，當(dāng)兩者的頻率之比f(wàn)y/fx是整數(shù)時(shí)，在熒光屏上將出現(xiàn)利薩如圖。
不同頻率比的利薩如圖形。判斷兩個(gè)電壓信號(hào)頻率比的條件是屏上出現(xiàn)了利薩如圖形穩(wěn)定不動(dòng)，方法是對(duì)穩(wěn)定不動(dòng)的圖形分別做水平直線和豎直直線與圖形相切，設(shè)水平線上的切點(diǎn)數(shù)最多為Nx，豎直線上的切點(diǎn)數(shù)最多為Ny，則
fy/fx=Nx/Ny
圖1 李薩如圖與信號(hào)頻率的關(guān)系
圖2 fx/fy=1：1時(shí)李薩如圖與信號(hào)相位差的關(guān)系
五、數(shù)據(jù)記錄及處理：
用李薩如圖測(cè)量正弦信號(hào)頻率
六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) ：
1．信號(hào)發(fā)生器、示波器預(yù)熱3分鐘以后才能正常工作。
2．測(cè)信號(hào)電壓時(shí)，一定要將電壓衰減旋紐的微調(diào)順時(shí)針旋足（校正位置）；測(cè)信號(hào)周期時(shí)，一定要將掃描速率旋紐的微調(diào)順時(shí)針旋足（校正位置）；
3．不要頻繁開(kāi)關(guān)機(jī)，示波器上光點(diǎn)的亮度不可調(diào)得太強(qiáng)，也不能讓亮點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間停在熒光屏的一點(diǎn)上，如果暫時(shí)不用，把輝度降到最低即可。
4．轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕和按鍵時(shí)必須有的放矢，不要將開(kāi)關(guān)和旋鈕強(qiáng)行旋轉(zhuǎn)、死拉硬擰，以免損壞按鍵、旋鈕和示波器，示波器探頭與插座的配合方式類(lèi)似于掛口燈泡與燈座的鎖扣配合方式，切忌生拉硬拽。
七、趣味物理實(shí)驗(yàn)心得：
一個(gè)學(xué)期就要過(guò)去了，在本學(xué)期里，老師又教了很多實(shí)驗(yàn)，我做了許多類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)，讓我受益匪淺，我又學(xué)會(huì)了很多東西，其中很多知識(shí)在平時(shí)的學(xué)習(xí)中都是無(wú)法學(xué)習(xí)到的，其中很多實(shí)驗(yàn)都開(kāi)闊了我們的視野，讓我們獲得了許多平時(shí)課堂上得不到的知識(shí)。
通過(guò)高中以及大學(xué)兩個(gè)學(xué)期的物理實(shí)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，我們學(xué)到的許多理論都來(lái)源于實(shí)驗(yàn)，也學(xué)到了許多物理課上沒(méi)有教到的理論。很多實(shí)驗(yàn)都是需要花費(fèi)許多心思去學(xué)習(xí)的，也是非常復(fù)雜的。經(jīng)過(guò)這一年的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，讓我收獲多多。想要做好物理實(shí)驗(yàn)容不得半點(diǎn)馬虎，她培養(yǎng)了我們耐心、信心和恒心。當(dāng)然，我也發(fā)現(xiàn)了我存在的很多不足。我的動(dòng)手能力還不夠強(qiáng)，當(dāng)有些實(shí)驗(yàn)需要比較強(qiáng)的動(dòng)手能力的時(shí)侯我還不能從容應(yīng)對(duì)，實(shí)驗(yàn)就是為了讓你動(dòng)手做，去探索一些你未知的或是你尚不是深刻理解的東西�，F(xiàn)在，大學(xué)生的動(dòng)手能力越來(lái)越被人們重視，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)正好為我們提供了這一平臺(tái)讓我們?nèi)ュ憻捵约旱膭?dòng)手能力。我的學(xué)習(xí)方式還有待改善，當(dāng)面對(duì)一些復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)時(shí)我還不能很快很好的完成。偉大的科學(xué)家之所以偉大就是他們利用實(shí)驗(yàn)證明了他們的偉大。唯有實(shí)驗(yàn)才是檢驗(yàn)理論正確與否的唯一方法。為了要使你的理論被人接受，你必須用事實(shí)來(lái)證明。
示波器實(shí)驗(yàn)報(bào)告3
【實(shí)驗(yàn)題目】示波器的'原理和使用
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/strong>
1.了解示波器的基本機(jī)構(gòu)和工作原理，掌握使用示波器和信號(hào)發(fā)生器的基本方法。
2.學(xué)會(huì)使用示波器觀測(cè)電信號(hào)波形和電壓副值以及頻率。
3.學(xué)會(huì)使用示波器觀察李薩如圖并測(cè)頻率。
【實(shí)驗(yàn)原理】
1.示波器都包括幾個(gè)基本組成部分：
示波管(陰極射線管)、垂直放大電路(Y放大)、水平放大電路(X放大)、掃描信號(hào)電路(鋸齒波發(fā)生器)、同步電路、電源等。
2.李薩如圖形的原理：
如果示波器的X和Y輸入時(shí)頻率相同或成簡(jiǎn)單整數(shù)比的兩個(gè)正弦電壓，則熒光屏上將呈現(xiàn)特殊的光點(diǎn)軌跡，這種軌跡圖稱(chēng)為李薩如圖形。
如果作一個(gè)限制光點(diǎn)x、y方向變化范圍的假想方框，則圖形與此框相切時(shí)，橫邊上的切點(diǎn)數(shù)nx與豎邊上的切點(diǎn)數(shù)ny之比恰好等于Y與X輸入的兩正弦信號(hào)的頻率之比，即fy:fx=nx:ny。
【實(shí)驗(yàn)儀器】
示波器×1，信號(hào)發(fā)生器×2，信號(hào)線×2。
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】
1.基礎(chǔ)操作：
了解示波器工作原理的基礎(chǔ)上閱讀所用機(jī)器的說(shuō)明書(shū)，了解每個(gè)旋鈕的作用。其中最主要也是經(jīng)常使用的旋鈕為橫向和縱向兩個(gè)。橫向旋鈕是控制掃描時(shí)間的旋鈕，調(diào)節(jié)時(shí)表現(xiàn)為熒光屏上顯示波形發(fā)生橫向的壓縮或展開(kāi);縱向旋鈕是調(diào)節(jié)垂直放大電路的旋鈕，調(diào)節(jié)時(shí)表現(xiàn)為熒光屏上顯示波形發(fā)生縱向的展開(kāi)或壓縮，次旋鈕為兩個(gè)，分別控制示波器的兩個(gè)輸入信號(hào)。
明確操作步驟及注意事項(xiàng)后，接通示波器電源開(kāi)關(guān)。先找到掃描線并調(diào)至清晰。
2.觀測(cè)李薩如圖形：
向CH1、CH2分別輸入兩個(gè)信號(hào)源的正弦波，“掃描時(shí)間”的“粗調(diào)”旋鈕置于“X-Y”方式(即使兩路信號(hào)進(jìn)行合成)。調(diào)出不同比值的李薩如圖形來(lái)，畫(huà)出草圖，并分析圖形的特點(diǎn)與兩個(gè)信號(hào)頻率之間的關(guān)系。繪出所觀察到的各種頻率比的李薩如圖形。
設(shè)fx=1000Hz為約定真值，依次求出另一信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率fy，并與該信號(hào)發(fā)生器讀數(shù)值f′y進(jìn)行比較，一一求出它們的相對(duì)誤差。
【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】
【實(shí)驗(yàn)結(jié)果】
【誤差分析】
1.兩臺(tái)信號(hào)發(fā)生器不協(xié)調(diào)。
2.桌面振動(dòng)造成的影響。
3.示波器上顯示的熒光線較粗，取電壓值時(shí)的熒光線間寬度不準(zhǔn)，使電壓值不準(zhǔn)。
4.取正弦周期時(shí)肉眼調(diào)節(jié)兩熒光線間寬度不準(zhǔn)，導(dǎo)致周期不準(zhǔn)。
5.機(jī)器系統(tǒng)存在系統(tǒng)誤差。
6.fy選取時(shí)上下跳動(dòng)，可能取值不準(zhǔn)。
相關(guān)知識(shí)
1示波器工作原理
示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無(wú)法直接觀測(cè)的交變電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上以便測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x器。它是觀察數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題、測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器。示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源組成。
1.1示波管
陰極射線管(CRT)簡(jiǎn)稱(chēng)示波管，是示波器的核心。它將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。正如圖1所示，電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個(gè)真空玻璃殼內(nèi)，構(gòu)成了一個(gè)完整的示波管。
1.熒光屏
現(xiàn)在的示波管屏面通常是矩形平面，內(nèi)表面沉積一層磷光材料構(gòu)成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜。高速電子穿過(guò)鋁膜，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點(diǎn)。鋁膜具有內(nèi)反射作用，有利于提高亮點(diǎn)的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。
當(dāng)電子停止轟擊后，亮點(diǎn)不能立即消失而要保留一段時(shí)間。亮點(diǎn)輝度下降到原始值的10%所經(jīng)過(guò)的時(shí)間叫做“余輝時(shí)間”。余輝時(shí)間短于10μs為極短余輝，10μs—1ms為短余輝，1ms—0.1s為中余輝，0.1s-1s為長(zhǎng)余輝，大于1s為極長(zhǎng)余輝。一般的示波器配備中余輝示波管，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長(zhǎng)余輝。
由于所用磷光材料不同，熒光屏上能發(fā)出不同顏色的光。一般示波器多采用發(fā)綠光的示波管，以保護(hù)人的眼睛。
2.電子槍及聚焦
電子槍由燈絲(F)、陰極(K)、柵極(G1)、前加速極(G2)(或稱(chēng)第二柵極)、第一陽(yáng)極(A1)和第二陽(yáng)極(A2)組成。它的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。燈絲通電加熱陰極，陰極受熱發(fā)射電子。柵極是一個(gè)頂部有小孔的金屬園筒，套在陰極外面。由于柵極電位比陰極低，對(duì)陰極發(fā)射的電子起控制作用，一般只有運(yùn)動(dòng)初速度大的少量電子，在陽(yáng)極電壓的作用下能穿過(guò)柵極小孔，奔向熒光屏。初速度小的電子仍返回陰極。如果柵極電位過(guò)低，則全部電子返回陰極，即管子截止。調(diào)節(jié)電路中的W1電位器，可以改變柵極電位，控制射向熒光屏的電子流密度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)亮點(diǎn)的輝度。第一陽(yáng)極、第二陽(yáng)極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個(gè)金屬圓筒。前加速極G2與A2相連，所加電位比A1高。G2的正電位對(duì)陰極電子奔向熒光屏起加速作用。
電子束從陰極奔向熒光屏的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)兩次聚焦過(guò)程。第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一電子透鏡。第二次聚焦發(fā)生在G2、A1、A2區(qū)域，調(diào)節(jié)第二陽(yáng)極A2的電位，能使電子束正好會(huì)聚于熒光屏上的一點(diǎn)，這是第二次聚焦。A1上的電壓叫做聚焦電壓，A1又被叫做聚焦極。有時(shí)調(diào)節(jié)A1電壓仍不能滿(mǎn)足良好聚焦，需微調(diào)第二陽(yáng)極A2的電壓，A2又叫做輔助聚焦極。
3.偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子射線方向，使熒光屏上的光點(diǎn)隨外加信號(hào)的變化描繪出被測(cè)信號(hào)的波形。圖8.1中，Y1、Y2和Xl、X2兩對(duì)互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。Y軸偏轉(zhuǎn)板在前，X軸偏轉(zhuǎn)板在后，因此Y軸靈敏度高(被測(cè)信號(hào)經(jīng)處理后加到Y(jié)軸)。兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓，使兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場(chǎng)，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn)。
4.示波管的電源
為使示波管正常工作，對(duì)電源供給有一定要求。規(guī)定第二陽(yáng)極與偏轉(zhuǎn)板之間電位相近，偏轉(zhuǎn)板的平均電位為零或接近為零。陰極必須工作在負(fù)電位上。柵極G1相對(duì)陰極為負(fù)電位(—30V~—100V)，而且可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)輝度調(diào)節(jié)。第一陽(yáng)極為正電位(約+100V~+600V)，也應(yīng)可調(diào)，用作聚焦調(diào)節(jié)。第二陽(yáng)極與前加速極相連，對(duì)陰極為正高壓(約+1000V)，相對(duì)于地電位的可調(diào)范圍為±50V。由于示波管各電極電流很小，可以用公共高壓經(jīng)電阻分壓器供電。
1.2示波器的基本組成
從上一小節(jié)可以看出，只要控制X軸偏轉(zhuǎn)板和Y軸偏轉(zhuǎn)板上的電壓，就能控制示波管顯示的圖形形狀。我們知道，一個(gè)電子信號(hào)是時(shí)間的函數(shù)f(t)，它隨時(shí)間的變化而變化。因此，只要在示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)與時(shí)間變量成正比的電壓，在y軸加上被測(cè)信號(hào)(經(jīng)過(guò)比例放大或者縮小)，示波管屏幕上就會(huì)顯示出被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的圖形。電信號(hào)中，在一段時(shí)間內(nèi)與時(shí)間變量成正比的信號(hào)是鋸齒波。
示波器的基本組成框圖如圖2所示。它由示波管、Y軸系統(tǒng)、X軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)和電源等五部分組成。
被測(cè)信號(hào)①接到“Y"輸入端，經(jīng)Y軸衰減器適當(dāng)衰減后送至Y1放大器(前置放大)，推挽輸出信號(hào)②和③。經(jīng)延遲級(jí)延遲Г1時(shí)間，到Y(jié)2放大器。放大后產(chǎn)生足夠大的信號(hào)④和⑤，加到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上。為了在屏幕上顯示出完整的穩(wěn)定波形，將Y軸的被測(cè)信號(hào)③引入X軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路，在引入信號(hào)的正(或者負(fù))極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖⑥，啟動(dòng)鋸齒波掃描電路(時(shí)基發(fā)生器)，產(chǎn)生掃描電壓⑦。由于從觸發(fā)到啟動(dòng)掃描有一時(shí)間延遲Г2，為保證Y軸信號(hào)到達(dá)熒光屏之前X軸開(kāi)始掃描，Y軸的延遲時(shí)間Г1應(yīng)稍大于X軸的延遲時(shí)間Г2。掃描電壓⑦經(jīng)X軸放大器放大，產(chǎn)生推挽輸出⑨和⑩，加到示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上。z軸系統(tǒng)用于放大掃描電壓正程，并且變成正向矩形波，送到示波管柵極。這使得在掃描正程顯示的波形有某一固定輝度，而在掃描回程進(jìn)行抹跡。
以上是示波器的基本工作原理。雙蹤顯示則是利用電子開(kāi)關(guān)將Y軸輸入的兩個(gè)不同的被測(cè)信號(hào)分別
顯示在熒光屏上。由于人眼的視覺(jué)暫留作用，當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率高到一定程度后，看到的是兩個(gè)穩(wěn)定的、清晰的信號(hào)波形。
示波器中往往有一個(gè)精確穩(wěn)定的方波信號(hào)發(fā)生器，供校驗(yàn)示波器用。
2示波器使用
本節(jié)介紹示波器的使用方法。示波器種類(lèi)、型號(hào)很多，功能也不同。數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器。這些示波器用法大同小異。本節(jié)不針對(duì)某一型號(hào)的示波器，只是從概念上介紹示波器在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中的常用功能。
2.1熒光屏
熒光屏是示波管的顯示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，指示出信號(hào)波形的電壓和時(shí)間之間的關(guān)系。水平方向指示時(shí)間，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格，垂直方向分為8格，每格又分為5份。垂直方向標(biāo)有0%，10%，90%，100%等標(biāo)志，水平方向標(biāo)有10%，90%標(biāo)志，供測(cè)直流電平、交流信號(hào)幅度、延遲時(shí)間等參數(shù)使用。根據(jù)被測(cè)信號(hào)在屏幕上占的格數(shù)乘以適當(dāng)?shù)谋壤?shù)(V/DIV，TIME/DIV)能得出電壓值與時(shí)間值。
2.2示波管和電源系統(tǒng)
1.電源(Power)
示波器主電源開(kāi)關(guān)。當(dāng)此開(kāi)關(guān)按下時(shí)，電源指示燈亮，表示電源接通。
2.輝度(Intensity)
旋轉(zhuǎn)此旋鈕能改變光點(diǎn)和掃描線的亮度。觀察低頻信號(hào)時(shí)可小些，高頻信號(hào)時(shí)大些。
一般不應(yīng)太亮，以保護(hù)熒光屏。
3.聚焦(Focus)
聚焦旋鈕調(diào)節(jié)電子束截面大小，將掃描線聚焦成最清晰狀態(tài)。
4.標(biāo)尺亮度(Illuminance)
此旋鈕調(diào)節(jié)熒光屏后面的照明燈亮度。正常室內(nèi)光線下，照明燈暗一些好。室內(nèi)光線不足的環(huán)境中，可適當(dāng)調(diào)亮照明燈。
2.3垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)和水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)
1.垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇(VOLTS/DIV)和微調(diào)
在單位輸入信號(hào)作用下，光點(diǎn)在屏幕上偏移的距離稱(chēng)為偏移靈敏度，這一定義對(duì)X軸和Y軸都適用。靈敏度的倒數(shù)稱(chēng)為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直靈敏度的單位是為cm/V，cm/mV或者DIV/mV，DIV/V，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的單位是V/cm，mV/cm或者V/DIV，mV/DIV。實(shí)際上因習(xí)慣用法和測(cè)量電壓讀數(shù)的方便，有時(shí)也把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當(dāng)靈敏度。
蹤示波器中每個(gè)通道各有一個(gè)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇波段開(kāi)關(guān)。一般按1，2，5方式從5mV/DIV到5V/DIV分為10檔。波段開(kāi)關(guān)指示的值代表熒光屏上垂直方向一格的電壓值。例如波段開(kāi)關(guān)置于1V/DIV檔時(shí)，如果屏幕上信號(hào)光點(diǎn)移動(dòng)一格，則代表輸入信號(hào)電壓變化1V。
每個(gè)波段開(kāi)關(guān)上往往還有一個(gè)小旋鈕，微調(diào)每檔垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。將它沿順時(shí)針?lè)较蛐降�，處于“校�?zhǔn)”位置，此時(shí)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值與波段開(kāi)關(guān)所指示的值一致。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)此旋鈕，能夠微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)后，會(huì)造成與波段開(kāi)關(guān)的指示值不一致，這點(diǎn)應(yīng)引起注意。許多示波器具有垂直擴(kuò)展功能，當(dāng)微調(diào)旋鈕被拉出時(shí)，垂直靈敏度擴(kuò)大若干倍(偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小若干倍)。例如，如果波段開(kāi)關(guān)指示的偏轉(zhuǎn)因數(shù)是1V/DIV，采用×5擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)時(shí)，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)是0.2V/DIV。
在做數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，在屏幕上被測(cè)信號(hào)的垂直移動(dòng)距離與+5V信號(hào)的垂直移動(dòng)距離之比常被用于判斷被測(cè)信號(hào)的電壓值。
2.時(shí)基選擇(TIME/DIV)和微調(diào)
時(shí)基選擇和微調(diào)的使用方法與垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇和微調(diào)類(lèi)似。時(shí)基選擇也通過(guò)一個(gè)波段開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，按1、2、5方式把時(shí)基分為若干檔。波段開(kāi)關(guān)的指示值代表光點(diǎn)在水平方向移動(dòng)一個(gè)格的時(shí)間值。例如在1μS/DIV檔，光點(diǎn)在屏上移動(dòng)一格代表時(shí)間值1μS。
“微調(diào)”旋鈕用于時(shí)基校準(zhǔn)和微調(diào)。沿順時(shí)針?lè)较蛐降滋幱谛?zhǔn)位置時(shí)，屏幕上顯示的時(shí)基值與波段開(kāi)關(guān)所示的標(biāo)稱(chēng)值一致。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕，則對(duì)時(shí)基微調(diào)。旋鈕拔出后處于掃描擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。通常為×10擴(kuò)展，即水平靈敏度擴(kuò)大10倍，時(shí)基縮小到1/10。例如在2μS/DIV檔，掃描擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)下熒光屏上水平一格代表的時(shí)間值等于2μS×(1/10)=0.2μS
示波器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源CAL，專(zhuān)門(mén)用于校準(zhǔn)示波器的時(shí)基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。例如COS5041型示波器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源提供一個(gè)VP-P=2V,f=1kHz的方波信號(hào)。
示波器前面板上的位移(Position)旋鈕調(diào)節(jié)信號(hào)波形在熒光屏上的位置。旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕(標(biāo)有水平雙向箭頭)左右移動(dòng)信號(hào)波形，旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕(標(biāo)有垂直雙向箭頭)上下移動(dòng)信號(hào)波形。
2.4輸入通道和輸入耦合選擇
1.輸入通道選擇
輸入通道至少有三種選擇方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)、雙通道(DUAL)。選擇通道1時(shí)，示波器僅顯示通道1的信號(hào)。選擇通道2時(shí)，示波器僅顯示通道2的信號(hào)。選擇雙通道時(shí)，示波器同時(shí)顯示通道1信號(hào)和通道2信號(hào)。測(cè)試信號(hào)時(shí)，首先要將示波器的地與被測(cè)電路的地連接在一起。根據(jù)輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上，示波器探頭上的地與被測(cè)電路的地連接在一起，示波器探頭接觸被測(cè)點(diǎn)。示波器探頭上有一雙位開(kāi)關(guān)。此開(kāi)關(guān)撥到“×1”位置時(shí)，被測(cè)信號(hào)無(wú)衰減送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信號(hào)的實(shí)際電壓值。此開(kāi)關(guān)撥到“×10"位置時(shí)，被測(cè)信號(hào)衰減為1/10，然后送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號(hào)的實(shí)際電壓值。
2.輸入耦合方式
輸入耦合方式有三種選擇：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。當(dāng)選擇“地”時(shí)，掃描線顯示出“示波器地”在熒光屏上的位置。直流耦合用于測(cè)定信號(hào)直流絕對(duì)值和觀測(cè)極低頻信號(hào)。交流耦合用于觀測(cè)交流和含有直流成分的交流信號(hào)。在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中，一般選擇“直流”方式，以便觀測(cè)信號(hào)的絕對(duì)電壓值。
2.5觸發(fā)
第一節(jié)指出，被測(cè)信號(hào)從Y軸輸入后，一部分送到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上，驅(qū)動(dòng)光點(diǎn)在熒光屏上按比例沿垂直方向移動(dòng);另一部分分流到x軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，觸發(fā)掃描發(fā)生器，產(chǎn)生重復(fù)的鋸齒波電壓加到示波管的X偏轉(zhuǎn)板上，使光點(diǎn)沿水平方向移動(dòng)，兩者合一，光點(diǎn)在熒光屏上描繪出的圖形就是被測(cè)信號(hào)圖形。由此可知，正確的觸發(fā)方式直接影響到示波器的有效操作。為了在熒光屏上得到穩(wěn)定的、清晰的信號(hào)波形，掌握基本的觸發(fā)功能及其操作方法是十分重要的。
1.觸發(fā)源(Source)選擇
要使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形，則需將被測(cè)信號(hào)本身或者與被測(cè)信號(hào)有一定時(shí)間關(guān)系的觸發(fā)信號(hào)加到觸發(fā)電路。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號(hào)由何處供給。通常有三種觸發(fā)源：內(nèi)觸發(fā)(INT)、電源觸發(fā)內(nèi)觸發(fā)使用被測(cè)信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，是經(jīng)常使用的一種觸發(fā)方式。由于觸發(fā)信號(hào)本身是被測(cè)信號(hào)的一部分，在屏幕上可以顯示出非常穩(wěn)定的波形。雙蹤示波器中通道1或者通道2都可以選作觸發(fā)信號(hào)。
電源觸發(fā)使用交流電源頻率信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)。這種方法在測(cè)量與交流電源頻率有關(guān)的信號(hào)時(shí)是有效的。特別在測(cè)量音頻電路、閘流管的低電平交流噪音時(shí)更為有效。
外觸發(fā)使用外加信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，外加信號(hào)從外觸發(fā)輸入端輸入。外觸發(fā)信號(hào)與被測(cè)信號(hào)間應(yīng)具有周期性的關(guān)系。由于被測(cè)信號(hào)沒(méi)有用作觸發(fā)信號(hào)，所以何時(shí)開(kāi)始掃描與被測(cè)信號(hào)無(wú)關(guān)。
正確選擇觸發(fā)信號(hào)對(duì)波形顯示的穩(wěn)定、清晰有很大關(guān)系。例如在數(shù)字電路的測(cè)量中，對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的周期信號(hào)而言，選擇內(nèi)觸發(fā)可能好一些，而對(duì)于一個(gè)具有復(fù)雜周期的信號(hào)，且存在一個(gè)與它有周期關(guān)系的信號(hào)時(shí)，選用外觸發(fā)可能更好。
2.觸發(fā)耦合(Coupling)方式選擇
觸發(fā)信號(hào)到觸發(fā)電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發(fā)信號(hào)的穩(wěn)定、可靠。這里介紹常用的幾種。
AC耦合又稱(chēng)電容耦合。它只允許用觸發(fā)信號(hào)的交流分量觸發(fā)，觸發(fā)信號(hào)的直流分量被隔斷。通常在不考慮DC分量時(shí)使用這種耦合方式，以形成穩(wěn)定觸發(fā)。但是如果觸發(fā)信號(hào)的頻率小于10Hz，會(huì)造成觸發(fā)困難。
直流耦合(DC)不隔斷觸發(fā)信號(hào)的直流分量。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)的頻率較低或者觸發(fā)信號(hào)的占空比很大時(shí)，使用直流耦合較好。
低頻抑制(LFR)觸發(fā)時(shí)觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過(guò)高通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號(hào)的低頻成分被抑制;高頻抑制(HFR)觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)信號(hào)通過(guò)低通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號(hào)的高頻成分被抑制。此外還有用于電視維修的電視同步(TV)觸發(fā)。這些觸發(fā)耦合方式各有自己的適用范圍，需在使用中去體會(huì)。
3.觸發(fā)電平(Level)和觸發(fā)極性(Slope)
觸發(fā)電平調(diào)節(jié)又叫同步調(diào)節(jié)，它使得掃描與被測(cè)信號(hào)同步。電平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)電平。一旦觸發(fā)信號(hào)超過(guò)由旋鈕設(shè)定的觸發(fā)電平時(shí)，掃描即被觸發(fā)。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平上升;逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平下降。當(dāng)電平旋鈕調(diào)到電平鎖定位置時(shí)，觸發(fā)電平自動(dòng)保持在觸發(fā)信號(hào)的幅度之內(nèi)，不需要電平調(diào)節(jié)就能產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的觸發(fā)。當(dāng)信號(hào)波形復(fù)雜，用電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時(shí)，用釋抑(Hold Off)旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時(shí)間(掃描暫停時(shí)間)，能使掃描與波形穩(wěn)定同步。
極性開(kāi)關(guān)用來(lái)選擇觸發(fā)信號(hào)的極性。撥在“+”位置上時(shí)，在信號(hào)增加的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)超過(guò)觸發(fā)電平時(shí)就產(chǎn)生觸發(fā)。撥在“-”位置上時(shí)，在信號(hào)減少的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)超過(guò)觸發(fā)電平時(shí)就產(chǎn)生觸發(fā)。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平共同決定觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)點(diǎn)。
2.6掃描方式(SweepMode)
掃描有自動(dòng)(Auto)、常態(tài)(Norm)和單次(Single)三種掃描方式。
自動(dòng)：當(dāng)無(wú)觸發(fā)信號(hào)輸入，或者觸發(fā)信號(hào)頻率低于50Hz時(shí)，掃描為自激方式。
常態(tài)：當(dāng)無(wú)觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)，掃描處于準(zhǔn)備狀態(tài)，沒(méi)有掃描線。觸發(fā)信號(hào)到來(lái)后，觸發(fā)掃描。
單次：?jiǎn)未伟粹o類(lèi)似復(fù)位開(kāi)關(guān)。單次掃描方式下，按單次按鈕時(shí)掃描電路復(fù)位，此時(shí)準(zhǔn)備好(Ready)燈亮。觸發(fā)信號(hào)到來(lái)后產(chǎn)生一次掃描。單次掃描結(jié)束后，準(zhǔn)備燈滅。單次掃描用于觀測(cè)非周期信號(hào)或者單次瞬變信號(hào)，往往需要對(duì)波形拍照。
上面扼要介紹了示波器的基本功能及操作。示波器還有一些更復(fù)雜的功能，如延遲掃描、觸發(fā)延遲、X-Y工作方式等，這里就不介紹了。示波器入門(mén)操作是容易的，真正熟練則要在應(yīng)用中掌握。值得指出的是，示波器雖然功能較多，但許多情況下用其他儀器、儀表更好。例如，在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中，判斷一個(gè)脈寬較窄的單脈沖是否發(fā)生時(shí)，用邏輯筆就簡(jiǎn)單的多;測(cè)量單脈沖脈寬時(shí)，用邏輯分析儀更好一些。
示波器實(shí)驗(yàn)報(bào)告4
一、 【實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)】
超聲波聲速的測(cè)量
二、 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/strong>
1、了解聲速的測(cè)量原理
2、學(xué)習(xí)示波器的原理與使用
3、學(xué)習(xí)用逐差法處理數(shù)據(jù)
三、 【儀器用具】
1、SV-DH-3型聲速測(cè)定儀段（資產(chǎn)編號(hào)）
2、雙蹤示波器（資產(chǎn)編號(hào)）
3、SVX-3型聲速測(cè)定信號(hào)源（資產(chǎn)編號(hào)）
四、 【儀器用具】
1.超聲波與壓電陶瓷換能器
頻率20Hz-20kHz的機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中傳播形成聲波，高于20kHz稱(chēng)為超聲波，超聲波的傳播速度就是聲波的傳播速度，而超聲波具有波長(zhǎng)短，易于定向發(fā)射等優(yōu)點(diǎn)，聲速實(shí)驗(yàn)所采用的聲波頻率一般都在20～60kHz之間。在此頻率范圍內(nèi)，采用壓電陶瓷換能器作為聲波的發(fā)射器、接收器效果最佳。
圖1縱向換能器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
壓電陶瓷換能器根據(jù)它的工作方式，分為縱向（振動(dòng)）換能器、徑向（振動(dòng)）換能器及彎曲振動(dòng)換能器。聲速教學(xué)實(shí)驗(yàn)中所用的大多數(shù)采用縱向換能器。圖1為縱向換能器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
2.共振干涉法（駐波法）測(cè)量聲速
假設(shè)在無(wú)限聲場(chǎng)中，僅有一個(gè)點(diǎn)聲源S1（發(fā)射換能器）和一個(gè)接收平面（接收換能器S2）。當(dāng)點(diǎn)聲源發(fā)出聲波后，在此聲場(chǎng)中只有一個(gè)反射面（即接收換能器平面），并且只產(chǎn)生一次反射。
在上述假設(shè)條件下，發(fā)射波ξ1=Acos（ωt+2πx /λ)。在S2處產(chǎn)生反射，反射波ξ2=A1cos（ωt+2πx /λ)，信號(hào)相位與ξ1相反，幅度A1＜A。ξ1與ξ2在反射平面相交疊加，3合成波束ξξ3=ξ1+ξ2=(A1+A2）cos（ωt-2πx /λ)+A1cos（ωt+2πx /λ) =A1cos(2πx /λ)cosωt+A2cos（ωt - 2πx /λ)
由此可見(jiàn)，合成后的波束ξ3在幅度上，具有隨cos(2πx /λ)呈周期變化的特性，在相位上，具有隨(2πx /λ)呈周期變化的特性。
圖4所示波形顯示了疊加后的聲波幅度，隨距離按cos(2πx /λ)變化的特征。
發(fā)射換能器與接收換能器之間的距離
圖2換能器間距與合成幅度
實(shí)驗(yàn)裝置按圖7所示，圖中S1和S2為壓電陶瓷換能器。S1作為聲波發(fā)射器，它由信號(hào)源供給頻率為數(shù)十千赫的交流電信號(hào)，由逆壓電效應(yīng)發(fā)出一平面超聲波；而S2則作為聲波的接收器，壓電效應(yīng)將接收到的聲壓轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。將它輸入示波器，我們就可看到一組由聲壓信號(hào)產(chǎn)生的正弦波形。由于S2在接收聲波的同時(shí)還能反射一部分超聲波，接收的聲波、發(fā)射的聲波振幅雖有差異，但二者周期相同且在同一線上沿相反方向傳播，二者在S1和S2區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了波的干涉，形成駐波。我們?cè)谑静ㄆ魃嫌^察到的實(shí)際上是這兩個(gè)相干波合成后在聲波接收器S2處的振動(dòng)情況。移動(dòng)S2位置（即改變S1和S2
之間的距離），你從示
波器顯示上會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)S2在某此位置時(shí)振幅有最小值。根據(jù)波的干涉理論可以知道：任何二相鄰的振幅最大值的位置之間（或二相鄰的振幅最小值的位置之間）的距離均為λ/ 2。為了測(cè)量聲波的波長(zhǎng)，可以在一邊觀察示波器上聲壓振幅值的同時(shí)，緩慢的改變S1和S2之間的距離。示波器上就可以看到聲振動(dòng)幅值不斷地由最大變到最小再變到最大，二相鄰的振幅最大之間的距離為λ/2；S2移動(dòng)過(guò)的距離亦為λ/2。超聲換能器S2至S1之間的距離的改變可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪
來(lái)實(shí)現(xiàn)，而超聲波的頻率又可由聲速測(cè)試儀信號(hào)源頻率顯示窗口直接讀出。
圖3用李薩如圖觀察相位變化
在連續(xù)多次測(cè)量相隔半波長(zhǎng)的S2的位置變化及聲波頻率f以后，我們可運(yùn)用測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出聲速，用逐差法處理測(cè)量的數(shù)據(jù)。
3.相位法測(cè)量原理
由前述可知入射波ξ1與反射波ξ2疊加，形成波束ξ3即ξ3 =A1cos(2πx /λ)cosωt+A2cos（ωt - 2πx /λ)即對(duì)于波束：ξ1 =Acos（ωt - 2πx /λ)
由此可見(jiàn)，在經(jīng)過(guò)△x距離后，接收到的余弦波與原來(lái)位置處的相位差（相移）為θ= 2π △x /λ。如圖5所示。因此能通過(guò)示波器，用李薩如圖法觀察測(cè)出聲波的波長(zhǎng)。
4.時(shí)差法測(cè)量原理
連續(xù)波經(jīng)脈沖調(diào)制后由發(fā)射換能器發(fā)射至被測(cè)介質(zhì)中，聲波在介質(zhì)中傳播，經(jīng)過(guò)t時(shí)
間后，到達(dá)L距離處的接收換能器。由運(yùn)動(dòng)定律可知，聲波在介質(zhì)中傳播的速度可由以下公式求出：
速度V=距離L/時(shí)間t
圖4發(fā)射波與接收波
通過(guò)測(cè)量二換能器發(fā)射接收平面之間距離L和時(shí)間t ,就可以計(jì)算出當(dāng)前介質(zhì)下的聲波傳播速度。五、【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】
1.儀器在使用之前，加電開(kāi)機(jī)預(yù)熱15min。在接通市電后，自動(dòng)工作在連續(xù)波方式，選擇的介質(zhì)為空氣的初始狀態(tài)。
2.駐波法測(cè)量聲速。 2.1測(cè)量裝置的連接：
圖5駐波法、相位法連線圖
如圖5所示，信號(hào)源面板上的發(fā)射端換能器接口（S1），用于輸出一定頻率的功率信號(hào)，請(qǐng)接至測(cè)試架的發(fā)射換能器（S1）；信號(hào)源面板上的發(fā)射端的發(fā)射波形Y1，請(qǐng)接至雙蹤示波器的CH1（Y1），用于觀察發(fā)射波形；接收換能器（S2）的輸出接至示波器的CH2（Y2）
2.2測(cè)定壓電陶瓷換能器的最佳工作點(diǎn)
只有當(dāng)換能器S1的發(fā)射面和S2的接收面保持平行時(shí)才有較好的接收效果；為了得到較清晰的接收波形，應(yīng)將外加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率調(diào)節(jié)到換能器S1、S2的諧振頻率點(diǎn)處時(shí)，才能較好的進(jìn)行聲能與電能的相互轉(zhuǎn)換（實(shí)際上有一個(gè)小的通頻帶），以得到較好的實(shí)驗(yàn)效果。按照調(diào)節(jié)到壓電陶瓷換能器諧振點(diǎn)處的信號(hào)頻率，估計(jì)一下示波器的掃描時(shí)基t/div，并進(jìn)行調(diào)節(jié)，使在示波器上獲得穩(wěn)定波形。
超聲換能器工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)方法如下：各儀器都正常工作以后，首先調(diào)節(jié)發(fā)射強(qiáng)度旋鈕，使聲速測(cè)試儀信號(hào)源輸出合適的電壓（8～10VP-P之間），再調(diào)整信號(hào)頻率（在25～45kHz），選擇合適的示波器通道增益（一般0.2V～1V/div之間的位置），觀察頻率調(diào)整時(shí)接收波的電壓幅度變化，在某一頻率點(diǎn)處（34.5～37.5kHz之間）電壓幅度最大，此頻率即是壓電換能器S1、S2相匹配頻率點(diǎn)，記錄頻率FN，改變S1和S2間的距離，適當(dāng)選擇位置，重新調(diào)整，再次測(cè)定工作頻率，共測(cè)5次，取平均頻率f。
2.3測(cè)量步驟
將測(cè)試方法設(shè)置到連續(xù)波方式，合適選擇相應(yīng)得測(cè)試介質(zhì)。完成前述2.1、2.2步驟后，觀察示波器，找到接收波形的最大值。然后轉(zhuǎn)動(dòng)距離調(diào)節(jié)鼓輪，這時(shí)波形的幅度會(huì)發(fā)生變化，記錄下幅度為最大時(shí)的距離Li-1，距離由數(shù)顯尺（數(shù)顯尺原理說(shuō)明見(jiàn)附錄2）或在機(jī)械刻度上讀出，再向前或者向后（必須是一個(gè)方向）移動(dòng)距離，當(dāng)接收波經(jīng)變小后再到最大時(shí)，記錄下此時(shí)的距離Li。即有：波長(zhǎng)λi=2│Li -Li-1│，多次測(cè)定用逐差法處理數(shù)據(jù)。
3.相位法/李薩如圖法測(cè)量波長(zhǎng)的步驟
將測(cè)試方法設(shè)置到連續(xù)波方式，合適選擇相應(yīng)的測(cè)試介質(zhì)。完成前述2.1、2.2步驟后，將示波器打到“X-Y”方式，并選擇合適的通道增益。轉(zhuǎn)動(dòng)距離調(diào)節(jié)鼓輪，觀察波形為一定角度的斜線，記錄下此時(shí)的距離Li-1；距離由數(shù)顯尺（數(shù)顯尺原理說(shuō)明見(jiàn)附錄2）或機(jī)械刻度尺上讀出，再向前或者向后（必須是一個(gè)方向）移動(dòng)距離，使觀察到的波形又回到前面所說(shuō)的特定角度的斜線，記錄下此時(shí)的距離Li。即有：波長(zhǎng)λi=│Li -Li-1│
用共振干涉法測(cè)量聲波的波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。
圖中S1和S2為壓電超聲換能器。信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦交流信號(hào)加到S1上，由S1完成電聲轉(zhuǎn)換，作為聲源，發(fā)出波前近似為平面的聲波；S2作為超聲波接收換能器，將接收到的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后接入示波器觀察。S2在接收聲波的同時(shí)，其表面還反射一部分聲波。當(dāng)S1與S2的表面互相平行時(shí)，往返于S1與S2之間的聲波發(fā)生干涉而形成駐波。
依波動(dòng)理論，設(shè)沿X方向射出的入射波方程為
y1=Acos(ωt-2πλx)
反射波方程為
y2=Acos(ωt+2πλx)
式中，A為聲源振幅；ω為角頻率；2πxλ為由于波動(dòng)傳播到坐標(biāo)x處(t時(shí)刻)引起的位相變化。
在任意時(shí)刻t，空氣中某一位置處的合振動(dòng)方程為
y=y1+y2=(2Acos2πλx)cosωt
上式即為駐波方程。
當(dāng)cos2πλx=1，即2πλx=kπ時(shí)，在x=k·λ2 (k=0,1,2?)處，合成振動(dòng)振幅最大，稱(chēng)為波腹或聲振幅的極大值。
當(dāng)cos2πλx=0，即2πλx=(2k+1)π2時(shí)，在x=(2k+1)·λ4 (k=0,1,2?)處，合成振動(dòng)振幅最小，稱(chēng)為波節(jié)或聲振幅的極小值。
改變兩換能器之間的距離，當(dāng)二者之間的距離是半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，在發(fā)射換能器和接收換能器處，聲波的幅度（聲壓）都達(dá)到極大值，此時(shí)稱(chēng)為“共振”。在相鄰極大值之間，兩換能器間的距離變化量為λ/2。由波腹(或波節(jié))條件可知，相鄰兩個(gè)波腹(或波節(jié))間的距離為λ2，當(dāng)S1和S2間的距離L恰好等于半波長(zhǎng)(5)
示波器實(shí)驗(yàn)報(bào)告5
一、【實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)】
示波器的使用
二、【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/strong>
1.了解示波器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握示波器的調(diào)節(jié)和使用方法
2.掌握用示波器觀察電信號(hào)波形的方法
3.學(xué)會(huì)使用雙蹤示波器觀察李薩如圖形和控制示波管工作的電路
三、【實(shí)驗(yàn)原理】
雙蹤示波器包括兩部分，由示波管和控制示波管的控制電路構(gòu)成
1.示波管 示波管是呈喇叭形的玻璃泡，抽成高真空，內(nèi)部裝有電子槍和兩隊(duì)相互垂直的偏轉(zhuǎn)板，喇叭口的球面壁上涂有熒光物質(zhì)，構(gòu)成熒光屏，高速電子撞擊在熒光屏上會(huì)使熒光物質(zhì)發(fā)光，在熒光屏上就能看到一個(gè)亮點(diǎn)。Y偏轉(zhuǎn)板是水平放置的兩塊電極。在Y偏轉(zhuǎn)板上和X偏轉(zhuǎn)板上分別加上電壓，可以在熒光屏上得到相應(yīng)的圖形。
2.雙蹤示波器的原理
雙蹤示波器控制電路主要包括：電子開(kāi)關(guān)，垂直放大電路，水平放大電路，掃描發(fā)生器，同步電路，電源等；
其中，電子開(kāi)關(guān)使兩個(gè)待測(cè)電壓信號(hào)YCH1和YCH2周期性的輪流作用在Y偏轉(zhuǎn)板，這樣在熒光屏上忽而顯示YCH1信號(hào)波形，忽而顯示YCH2信號(hào)波形，由于熒光屏熒光物質(zhì)的余暉及人眼視覺(jué)滯留效應(yīng)，熒光屏上看到的是兩個(gè)波形。
如果正弦波與鋸齒波電壓的周期稍不同，屏上呈現(xiàn)的是一移動(dòng)的不穩(wěn)定圖形，這是因?yàn)閽呙栊盘?hào)的周期與被測(cè)信號(hào)的周期不一致或不呈整數(shù)倍，以致每次掃描開(kāi)始時(shí)波形曲線上的起點(diǎn)均不一樣所造成的，為了獲得一定數(shù)量的完整周期波形，示波器上設(shè)有“Time/div”調(diào)節(jié)旋鈕，用來(lái)調(diào)節(jié)鋸齒波電壓的周期，使之與被測(cè)信號(hào)的周期呈合適的關(guān)系，從而顯示出完整周期的正弦波性。（看到穩(wěn)定波形的條件：只有一個(gè)信號(hào)同步）
當(dāng)掃描信號(hào)的周期與被測(cè)信號(hào)的周期一致或是整數(shù)倍，屏上一般會(huì)顯示出完整周期的正弦波形，但由于環(huán)境或其他因素的影響，波形會(huì)移動(dòng)，為此示波器內(nèi)裝有掃描同步電路，同步電路從垂直放大電路中取出部分待測(cè)信號(hào)，輸入到掃描發(fā)生器，迫使鋸齒波與待測(cè)信號(hào)同步，此稱(chēng)為“內(nèi)同步”；反之則為“外同步”。操作時(shí)，使用“電平旋鈕”，改變觸發(fā)電勢(shì)高度，當(dāng)待測(cè)電壓達(dá)到觸發(fā)電平時(shí)，開(kāi)始掃描，直到一個(gè)掃描周期結(jié)束。但如果觸發(fā)電勢(shì)超出所顯示波形最高點(diǎn)或最低點(diǎn)的范圍，則掃描電壓消失，掃描停止。
3.示波器顯示波形原理
如果在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波，在示波器的X偏轉(zhuǎn)板加上示波器內(nèi)部的鋸齒波，當(dāng)鋸齒波電壓的變化周期相等時(shí)，則在熒光屏上顯示出完整的正弦波形。
4.李薩如圖形的基本原理
如果在示波器的Y偏轉(zhuǎn)板上加上正弦波，在X偏轉(zhuǎn)板上加上另一正弦波，則當(dāng)兩正弦波信號(hào)的頻率比為簡(jiǎn)單整數(shù)比時(shí)，在熒光屏上將得到李薩如圖形。
四、【儀器用具】：
信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波頭、探頭
五、【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】
幾種李薩如圖形
nxny分別代表圖形在水平或垂直方向的切點(diǎn)數(shù)量
nx/ny=1/2 nx/ny=1/3 nx/ny=2/3 nx/ny=3/4
3.觀察李薩如圖形
a.開(kāi)通CH2及相應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器
b.調(diào)節(jié)該信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，直至觀察到第二條穩(wěn)定的正弦波
c.按下“HOR1 MENU”+F5（將CH2信號(hào)從γ輸入）
d.再次調(diào)節(jié)頻率，使得fx/fy分別等于1:1,1:2,1:3，畫(huà)下圖形
六、【數(shù)據(jù)處理】
七、【實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析小結(jié)】
示波器使顯示電壓隨時(shí)間變化的測(cè)試儀器，也就是電壓波形，是電子測(cè)試中最基礎(chǔ)也是最重要的儀器（以電子槍結(jié)構(gòu)和人臉滯留效應(yīng)為基礎(chǔ)）。利用示波器，可以觀測(cè)和比較單次過(guò)程和非周期現(xiàn)象、低頻和慢速信號(hào)，以及不同時(shí)間不同地點(diǎn)觀測(cè)到的信號(hào)。示波器的原理已應(yīng)用于生活中的各類(lèi)顯示屏上，極大地影響人類(lèi)的生活。
在醫(yī)學(xué)方面，示波器主要用于各類(lèi)影像圖形的呈現(xiàn)，如心電圖、CT、X光、核磁共振等。學(xué)習(xí)示波器的使用可以為以后的臨床工作增加經(jīng)驗(yàn)。
八、【誤差分析】
1.桌面振動(dòng)造成的影響。
2.示波器上顯示的熒光線較粗，取電壓值時(shí)的熒光線間寬度不準(zhǔn)，使電壓值不準(zhǔn)。
3.取正弦周期時(shí)肉眼調(diào)節(jié)兩熒光線間寬度不準(zhǔn)，導(dǎo)致周期測(cè)定不準(zhǔn)確。
4.在選確定fy的值時(shí)上下跳動(dòng)，可能造成取值不準(zhǔn)。
5.機(jī)器系統(tǒng)存在系統(tǒng)誤差。
九、【思考與討論】
1.簡(jiǎn)述示波器顯示u-t圖形（即電信號(hào)波形）的原理。
答：示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏幕上，就可以產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)直流電壓加到一對(duì)偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，將使光點(diǎn)在熒光屏上產(chǎn)生一個(gè)固定位移，該位移的大小與所加直流電壓成正比。如果分別將兩個(gè)直流電壓同時(shí)加到垂直和水平兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，則熒光屏上的光點(diǎn)位置就由兩個(gè)方向的位移所共同決定。在被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線,即u-t曲線。
2.怎樣用示波器定量地測(cè)量交流信號(hào)的電壓有效值和頻率？
答：用光標(biāo)法。
調(diào)節(jié)波形上下移動(dòng)鍵，使一條水平線對(duì)準(zhǔn)波谷或波峰，計(jì)算峰-峰值，除以二就是振幅，再除以√2（1.414）就是有效值。
3.觀察兩個(gè)信號(hào)的合成李薩如圖形時(shí)，應(yīng)如何操作示波器？
答：a.開(kāi)通CH2及相應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器fy
b.調(diào)節(jié)該信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，直至觀察到第二條穩(wěn)定的正弦波
c.按下“HOR1 MENU”+F5（將CH2信號(hào)從γ輸入）
4.為了使李薩如圖形穩(wěn)定下來(lái)，能否使用示波器上的同步旋鈕？為什么？
答：不能。因?yàn)槔钏_如圖形實(shí)際上是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)同時(shí)在x軸、y軸上振動(dòng)形成的；同步旋鈕是使每次掃描都掃描在同一個(gè)起始相位，使一個(gè)示波器內(nèi)只有一個(gè)穩(wěn)定的圖形。（例：當(dāng)你測(cè)正弦波時(shí)示波器內(nèi)有多個(gè)波形，這時(shí)就可以調(diào)節(jié)同步旋鈕）但從李薩如圖形的形成原理來(lái)看，調(diào)節(jié)同步旋鈕不能使它穩(wěn)定下來(lái)。
5.用示波器觀測(cè)周期為0.2ms的正弦電壓，若在熒光屏上呈現(xiàn)了3個(gè)完整而穩(wěn)定的正弦波形，掃描電壓的周期等于多少毫秒？
答： 0.2×3=0.6ms，所以周期是0.06ms.
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