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1、示波器的原理及使用,一、实验目的,1、了解通用双通道示波器的结构和工作原理，熟悉 示波器面板控制件的作用和使用方法,2、掌握用示波器观察波形、测量电压和频率的方法,3、掌握观察李萨如图形的方法，并能测量未知信号的 频率；能用示波器观察“拍”现象,难点：双通道示波器的结构和工作原理,重点：示波器面板控制件的作用和使用方法、测量原理,二、实验仪器,通用双通道示波器（DF4320 20MHz）,同轴电缆,函数信号发生器(EE1641D型),三、实验原理,1、示波器基本结构,示波器原理框图,示波管（CRT）、电子放大系统、扫描触发系统、电源,示波管（CRT）结构简介,A1：第一阳极,G：控制栅极,K：
2、阴极,F：灯丝,G：对应亮度旋钮,A2：第二阳极,K G A1 A2共同完成聚焦,X：水平偏转板,Y：竖直偏转板,荧光屏,电子枪、偏转系统、荧光屏,电子放大系统,竖直放大器、水平放大器,扫描触发系统,扫描发生器、触发电路,作用：在偏转板上加足够的电压，使电子束获得明显偏移；对较弱的被测信号进行放大,扫描发生器作用：产生一个与时间成正比的电压作为扫 描信号,触发电路作用：形成触发信号。示波器工作在自动（AUTO)方式时，扫描发生器始终有扫描信号输出；当示波器处于AC/DC触发方式工作时，扫描发生器必须有触发信号的激励才能产生扫描信号。一般对应：,内触发方式时，触发信号由被测信号产生，满足同步要求
3、,外触发方式时，触发信号由外部输入信号产生,电源（略）,波形显示原理,只在竖直偏转板上加正弦电压的情形,只在水平偏转板上加一锯齿波电压的情形,示波器显示正弦波原理图,波形显示原理演示,2、示波器面板控制件的作用简介,亮度：轨迹亮度调节,电源开关,电源指示灯,聚焦：轨迹清晰度调节,荧光屏,校准信号,被测信号耦合方式AC：交流输入,DC：直流输入,GND：输入零信号,垂直位移,水平位移,被测信号输入,ALT：两个通道交替显示,通道工作方式选择,CHOP：两个通道断续显示,ADD：显示两个通道信号幅度的代数和或差,通道2极性转换,电压衰减及扫描速率,VOLTS/DIV：调节垂直偏转灵敏度，指示垂直方
4、向每格的偏转电压值,VIRIABLE：连续调节垂直偏转灵敏度,SEC/DIV：调节扫描速率，指示水平方向每格的扫描时间X-Y工作方式：CH1输入x轴信号,VIRIABLE PLEE5：连续调节扫描速率,扫描方式选择,自动（AUTO)：扫描发生器自动工作,常态（NORM),单次（SINGLE),被触发或准备指示灯,电平（LEVEL）：调节被测信号在某一电平触发扫描,触发方式选择,选择触发源信号内：CH1 CH2外：LINE EXT,触发极性选择：选择上升或下降沿触发扫描,接地,外触发输入,CH1或CH2选择：“交替”或“断续”工作方式时，选择频率低的通道触发单踪显示时，任选其一，触发信号均来自于
5、被显示通道,选择触发信号耦合方式：AC/DC TV,30：CH1输出31：电源插座32：电源设置33：保险丝座,3、函数信号发生器简介,本实验所用函数信号发生器可以输出频率在0.2Hz-2MHz的正弦波、三角波、方波信号。,面板主要控制件的作用：,电源开关,频率显示,幅度显示,波形选择,频率范围选择,频率微调,幅度衰减,幅度微调,函数信号输出,4、测量前示波器面板控件的位置,注意：测量时对控件进行适当的调节,三、实验内容,1、观察波形,打开信号发生器电源开关，将其输出接CH1。调节信号发生器的输出频率和电压，调节示波器CH1通道偏转因数、扫描速率、电平等，使示波器显示稳定的波形。观察并画出示波
6、器上的波形。,2、测量正弦信号电压与周期,调好信号发生器的输出信号，选择示波器CH1通道合适的偏转因数、选择合适的扫描速率值，使屏上刻度范围内出现完整波形，将实验数据记录入下表,例:幅度测量读数,偏转因数：1V/格；,测量原理,偏转因数,时基因数,周期测量读数,扫描时因数：1ms；,峰峰值垂直距离：4.02格,一个波长的水平距离：5.10/31.70格,将信号分别输入CH1和CH2通道，扫描速率旋钮置X-Y（逆时针到底），调节信号幅度或改变通道偏转因数，使图形不超出荧光屏视场，观察李萨如图,3、测量信号的频率,观察李萨如图形,两个相互垂直的谐振动合成时，若其频率fx与fy 成简单的整数比，合成
7、的轨迹是封闭的稳定几何图形，称为李萨如图,测量原理,测量信号频率,调出=1:1、1:2、2:3、3:4的李萨如图形，在下表中描下李萨如图形并记下相应CH2通道信号的频率fy,nx2，ny3,nx3，ny4,4、观察“拍”现象,两个同方向的谐振动合成时，若其频率f1与f2 的差值远小于f1、f2，合成振动的振幅随时间缓慢的呈周期性变化，这种现象称为“拍”,“拍”频：,垂直方式选ADD，通道2极性选NORM，扫描速率调到合适值，调可调标准信号源信号频率，使屏上出现稳定的“拍”波形，观察“拍”现象。,四、注意事项,测信号电压和周期时，一定要将电压衰减旋纽的微调和扫描速率旋纽的微调顺时针旋足（校正位置
8、）。,示波器面板控制件的作用简介,亮度：轨迹亮度调节,电源开关,电源指示灯,聚焦：轨迹清晰度调节,荧光屏,校准信号,被测信号耦合方式AC：交流输入,DC：直流输入,GND：输入零信号,垂直位移,水平位移,被测信号输入,ALT：两个通道交替显示,通道工作方式选择,CHOP：两个通道断续显示,ADD：显示两个通道信号幅度的代数和或差,通道2极性转换,电压衰减及扫描速率,VOLTS/DIV：调节垂直偏转灵敏度，指示垂直方向每格的偏转电压值,VIRIABLE：连续调节垂直偏转灵敏度,SEC/DIV：调节扫描速率，指示水平方向每格的扫描时间X-Y工作方式：CH1输入x轴信号,VIRIABLE PLEE5
9、：连续调节扫描速率,扫描方式选择,自动（AUTO)：扫描发生器自动工作,常态（NORM),单次（SINGLE),被触发或准备指示灯,电平（LEVEL）：调节被测信号在某一电平触发扫描,触发方式选择,选择触发源信号内：CH1 CH2外：LINE EXT,触发极性选择：选择上升或下降沿触发扫描,接地,外触发输入,CH1或CH2选择：“交替”或“断续”工作方式时，选择频率低的通道触发单踪显示时，任选其一，触发信号均来自于被显示通道,选择触发信号耦合方式：AC/DC TV,测量前示波器面板控件的位置,注意：测量时对控件进行适当的调节,垂直位移,水平位移,电压衰减及扫描速率,VOLTS/DIV：调节垂直
10、偏转灵敏度，指示垂直方向每格的偏转电压值,VIRIABLE：连续调节垂直偏转灵敏度,SEC/DIV：调节扫描速率，指示水平方向每格的扫描时间X-Y工作方式：CH1输入x轴信号,VIRIABLE PLEE5：连续调节扫描速率,垂直灵敏度和水平扫描速率,垂直灵敏度选择开关又称Y轴灵敏度步进开关，简称V/div，它的作用是步进式调节屏幕上信号波形的幅度。,垂直灵敏度微调旋钮的作用是连续调节屏幕上信号波形的幅度。,水平扫描速率选择开关又称X轴扫描速率步进开关，简称t/div开关，它的作用是步进式调节屏幕上信号波形在水平方向的宽度。,水平扫描速度微调旋钮的作用是连续调节屏幕上信号波形在水平方向的宽度。,
11、示波器面板控制件的作用简介,亮度：轨迹亮度调节,电压衰减及扫描速率,VOLTS/DIV：调节垂直偏转灵敏度，指示垂直方向每格的偏转电压值,VIRIABLE：连续调节垂直偏转灵敏度,SEC/DIV：调节扫描速率，指示水平方向每格的扫描时间X-Y工作方式：CH1输入x轴信号,VIRIABLE PLEE5：连续调节扫描速率,示波器的应用,示波器是时域测量仪器，可以用来观测信号波形，测量电压、频率、相位、时间、调制系数等物理量。,（一）测量电压,（1）测量原理,1、测量交流电压,测量交流电压,（2）测量方法 垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置；接入待测信号；输入耦合开关置于“AC”；调节扫描速度使波形
12、稳定显示；调节垂直灵敏度开关；读出被测交流电压波峰和波谷的高度；计算被测交流电压的峰-峰值。,用示波器测量交流电压,例 示波器正弦电压如图所示，h=8cm、V/cm、若K=1：1，求被测正弦信号的峰-峰值和有效值。,V,（一）测量电压,（1）测量原理,利用被测电压在屏幕上呈现的直线偏离时间基线（零电平线）的高度与被测电压的大小成正比的关系进行的。,VDC为被测直流电压值，h为被测直流信号线的电压偏离零电平线的高度；Dy 为示波器的垂直灵敏度，k为探头衰减系数。,2、测量直流电压,（2）测量方法,1）将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置（CAL）。,2）将待测信号送至示波器的垂直输入端。
13、,3）确定零电平线。,4）将示波器的输入耦合开关拨向“DC”档，确定直流电压的极性。,5）读出被测直流电压偏离零电平线的距离h。,6）计算被测直流电压值。,2、测量直流电压,用示波器测量直流电压,例 示波器测直流电压及垂直灵敏度开关示意图如图所示，h=4cm、V/cm、若k=10：1，求被测直流电压值。,(V),（一）测量电压,3、测量含有直流成分的交流信号,左图为含有直流成分的正弦交流电压波形，在测量时，既要测出直流成分的大小，又要测出交流电压的大小（振幅值）。,测量含有直流成分的交流信号,测量步骤如下：,按照交流电压的上述测量方法进行测量，振幅值Um=Up-p/2。,1）、测量交流电压振幅
14、值,测量含有直流成分的交流信号,测量步骤如下：,首先选用AC耦合方式，调整有关旋钮得到正弦电压的稳定波形，选正弦波形的正峰点（或负峰点）作为零电平的假定位置。,2）、测量直流成分的大小,然后保持偏转因数S及其微调旋钮不变，选用DC耦合方式得到发生跳变的波形，由此确定出正峰点（或负峰点）的跳变距离（设为H），直流成分的大小等于H与S的乘积。,（二）用示波器测量时间,1、测量周期,（1）测量原理,被测交流信号的周期:,x为被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占距离；Dx 为示波器的扫描速度；Kx为X轴扩展倍率。,周期的倒数即为频率。,用示波器测量时间,例 荧光屏上的波形如图所示，信号一周期7c
15、m，扫描速度开关置于“10ms/cm”位置，扫描扩展置于“拉出10”位置，求被测信号的周期。,（三）用示波器测量相位差,将欲测量的两个信号A和B分别接到示波器的两个输入通道。,利用荧光屏上的坐标测出信号的一个周期在水平方向上所占的长度。,再测量两波形上对应点之间的水平距离x，则两信号的相位差为,用示波器测量相位差实例,测出AB、AC长度，计算相位差：,式中，AB、AC的单位为“cm”或“div”；为两个信号的相位差，单位为度“”。,（四）用示波器测量频率,1、周期法,周期法测量时，根据周期、频率之间的关系，首先测量出周期，然后再换算出被测信号的频率。为了减小测量误差，可采用多个周期测量求平均的
16、方法测量周期。,2、李沙育图形法,李沙育图形法测量频率时，示波器工作于X-Y方式下，频率已知的信号与频率未知的信号加到示波器的两个输入端，调节已知信号的频率，使荧光屏上得到李沙育图形，由此可测出被测信号的频率。,用示波器测量频率周期法实例,1、周期法,例 已知示波器时基因数为2ms/div，扫速扩展为10，求图4-26所示的被测信号的频率是多少？,f=1/T=1/0.8ms=1.25kHz,被测信号周期为：,被测信号频率为：,用示波器测量频率李沙育图形法,2、李沙育图形法,示波器工作于X-Y方式时，X、Y两信号对电子束的作用时间总是相等的，而且X、Y信号分别确定的是电子束水平、垂直方向的位移，
17、所以信号频率越高，波形经过垂直线、水平线的次数越多（如正弦波每个周期经过两次），即垂直线、水平线与李沙育图形的交点数分别与X、Y信号频率成正比。因此，李沙育图形存在关系：,测量频率李沙育图形法实例,解：分别在李沙育图形上画出垂直线和水平线，则NH=2、NV=6，或NH=1、NV=3。注意必须在交点数最多的位置画线。由式（4-7）得：,如图所示的李沙育图形，已知X信号频率为6MHz，问Y信号的频率是多少？,当示波器用于显示被测信号波形时，X放大器的输入信号是扫描电压。,当示波器工作在“X-Y”方式时，输入信号是外加的X信号。,测量前示波器面板控件的位置,注意：测量时对控件进行适当的调节,（四）示
18、波器的校准,示波器上有内部校准源，产生频率1KHz，峰峰值0.5V的方波。面板上有两个校准端口，一个是校准信号输出，一个是地。校准时，探头接校准端口，并且把地相连，按autoscale，看方波是否准确平滑。测试前要校准一下，这样可以提高测试结果的精确度。,(五）通用示波器的面板控制件,（1）CH1（X）通道1：垂直输入端。（2）CH2（Y）通道2：垂直输入端。（3）VOLTS/DIV输入衰减器。（4）VERT MODE：垂直方式选择开关。（5）SOURCE触发源选择开关。（6）COUPLING触发信号耦合方式开关。（7）TIME/DIV扫描时间选择开关。,(五）通用示波器的面板控制件,（8）S
19、WEEP MODE扫描方式选择开关。（9）EXT TRIG和EXT HOR外触发和外水平共用输入端。（10）LEVEL HOLD OFF触发电平和释抑时间双重控制旋钮。（11）X-Y方式。,问题及解决,请按键选择,问题1及解决,返回首页,结束放映,问题2及解决,返回首页,结束放映,问题3及解决,返回首页,结束放映,问题4及解决,返回首页,结束放映,问题5及解决,返回首页,结束放映,问题6及解决,结束放映,返回首页,波和波形,随时间变化的模式称为波，声波、脑电波、海浪、电压波形都是波波形能够揭示信号的许多特性当看到波形的高度变化，则表示电压值在变化当看到的是平坦的水平线，则表示在一段时间内，信号
20、没有变化。平直斜线表示线性变化，电压以恒定的斜率上升或下降。波形中的尖角指示的是突然的变更,波的类型,大多数波都属于如下类型：正弦波方波和矩形波三角波和锯齿波阶跃波和脉冲波噪声波 复杂波还有很多波是上述波形的组合,常见波形参数,频率和周期,幅度与相位,波的常见参数,周期 频率 峰-峰值 平均值 周期均值 均方根值 周期均方值 上升时间 下降时间 相位差,什么是示波器,示波器是形象地显示信号随时间变化波形地仪器，是一种综合的信号特性测试仪，是电子测量仪器的基本种类。示波器的用途：电压表，电流表，功率计频率计，相位计脉冲特性，阻尼振荡示波器的应用：电子，电力，电工压力，振动，声，光，热，磁,示波器
21、的组成,水平系统垂直系统扫描系统触发系统显示系统,示波器的类型,模拟示波器 模拟数字混合示波器 数字示波器 数字荧光示波器 取样示波器,示波器的刻度,刻度格线,垂直刻度,水平刻度,触发电平,TDS1002示波器的基本介绍,一般功能介绍 示波器的功能 基本操作,一般功能,上下文相关帮助系统黑白LCD显示可选的20MHz带宽限制自动设置菜单探头检查向导光标带有读数触发频率读数11种自动测量波形平均和峰值检测双时基,每个通道2500点记录长度数学快速傅立叶变换（FFT）脉冲宽度出发能力带可选行触发的视频触发能力外部触发设置和波形储存变量持续显示可选通信扩充模块十种用户可自选语言的用户界面,TDS10
22、02数字存储示波器具有双通道，60M带宽，1.0GS/s的取样速率，采用黑白显示屏。,示波器不同功能及其彼此关系的模块图,TDS1002示波器前面板示意图,显示屏幕说明,显示图标表示采集模式。触发状态显示如下。使用标记显示水平触发位置。旋转“水平位置”旋钮调整标记位置。用读数显示中心刻度线的时间，触发时间为零。使用标记显示“边沿”脉冲宽度触发电平，或选定的视频线或场。使用屏幕标记表明显示波形的接地参考点。如果没有标记，不会显示通道。箭头图标表示波形是反相的。以读数显示通道的垂直刻度系数。Bw图标表示通道是带宽限制的。,以读数显示主时基设置。如果使用窗口时基，以读数显示窗口时基设置。以读数显示触
23、发使用的触发源。显示区域中将暂时显示“帮助向导”信息。采用图标显示以下选定的触发类型：用读数表示“边沿”脉冲宽度触发电平。显示区显示有用信息；有些信息仅显示三秒钟。如果调出某个储存的波形，读数就显示基准波形的信息，如RefA 1.00V 500s。,菜单系统,按下前面板按钮，示波器将在显示屏的右侧显示相应的菜单。选择菜单时，按下显示屏右侧所对应的未标记选项按钮。菜单显示的四种方式：,菜单和控制按钮,保存/调出：显示设置和波形的“保存/调出菜单”。测量：显示“动测量菜单”。采集：显示“采集菜单”显示：显示“显示菜单”。光标：当显示“光标菜单”并且光标被激活时，“垂直位置”控制方式可以调整光标的位
24、置。离开“光标菜单”后，光标保持显示（除非“类型”选项设置为“关闭”），但不可调整。,菜单和控制按钮,辅助功能：显示“辅助功能菜单”。帮助：显示“帮助菜单”。默认设置：调出厂家设置。自动设置：自动设置示波器控制状态，以产生适用于输出信号的显示图形。单次序列：采集单个波形，然后停止。运行/停止：连续采集波形或停止采集。打印：要求有适用于Centronics、RS-232或GPIB端口的扩充模块。,CH 1、CH 2、光标1和光标2位置：可垂直定位波形。显示和使用光标时，LED变亮以指示移动光标时，按钮的可选功能。CH 1、CH 2菜单：垂直菜单选择项并打开或关闭对通道波形显示。伏/格（CH 1、
25、CH 2）：择标定的刻度系数。数学计算菜单：示波形的数学运算并可用于打开和关闭数学波形。,垂直控制,水平控制,位置：调整所有通道和数学波形的水平位置。这一控制的分辨率随时基值设置的不同而改变。若要对水平位置进行大幅度调整，可将秒/格旋钮旋转到较大数值，更改水平位置，然后再将此旋钮转到原来的数值。当显示帮助主题时，可使用此旋钮滚动选择链接或索引条目。水平菜单：显示“水平菜单”设置为零：将水平位置设置为零。秒/格：为主时基或窗口时基选择水平的时间/格（刻度系数）。如“窗口区”被激活，通过更改窗口时基可以改变窗口宽度。,触发控制,“电平”和“用户选择”：使用“边沿”触发时，“电平”旋钮的基本功能是设置电平幅度，信号必须高于它才能进行采集。还可使用此旋钮执行“用户选择”的其他功能。旋钮下的LED发亮以指示相应功能。具体的“用户选择”说明请参阅教材附录或示波器说明书触发菜单：显示“触发菜单”设置为50%：触发电平设置为触发信号峰值的垂直中点。强制触发：不管触发信号是否适当都完成采集。若采集已停止，则该按钮不产生影响。触发视图：显示触发波形而不显示通道波形。可用此按钮查看诸如触发耦合之类的触发设置对触发信号的影响。,
