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示波器的原理与使用 实验报告[宝典].doc

示波器的原理与使用 实验报告[宝典]

本人夏尕妖
2017-10-16 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《示波器的原理与使用 实验报告[宝典]doc》,可适用于职业岗位领域

示波器的原理与使用实验报告宝典大连理工大学大学物理实验报告院(系)材料学院专业材料物理班级成绩姓名童凌炜学号实验台号教师签字实验时间年月日第周星期二第节实验名称示波器的原理与使用教师评语实验目的与要求:()了解示波器的工作原理()学习使用示波器观察各种信号波形()用示波器测量信号的电压、频率和相位差主要仪器设备:YBG双踪示波器EEB型函数信号发生器实验原理和内容:示波器基本结构示波器主要由示波管、放大和衰减系统、触发扫描系统和电源四部分组成其中示波管是核心部分。示波管的基本结构如下图所示主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分组成由外部玻璃外壳密封在真空环境中。电子枪的作用是释放并加速电子束。其中第一阳极称为聚焦阳极第二阳极称为加速阳极。通过调节两者的共同作用可以使电子束打到荧光屏上产生明亮清晰的圆点。偏转系统由X、Y两对偏转板组成通过在板上加电压来使电子束偏转从而对应地改变屏上亮点的位置。荧光屏上涂有荧光粉电子打上去时能够发光形成光斑。不同荧光粉的发光颜色与余辉时间都不同。放大和衰减系统用于对不同大小的输入信号进行适当的缩放使其幅度适合于观测。扫描系统的作用是产生锯齿波扫描电压(如左上图所示)使电子束在其作用下匀速地在荧光屏周期性地自左向右运动这一过程称为扫描。扫描开始的时间由触发系统控制。示波器的显示波形的原理如果只在竖直偏转板加上交变电压而X偏转板上五点也是电子束在竖直方向上来回运动而形成一条亮线如左图所示:如果在Y偏转板和X偏转板上同时分别加载正弦电压和锯齿波电压电子受水平竖直两个方向的合理作用下进行正弦震荡和水平扫描的合成运动在两电压周期相等时荧光屏上能够显示出完整周期的正弦电压波形显像原理如右图所示:扫描同步为了完整地显示外界输入信号的周期波形需要调节扫描周期使其与外界信号周期相同或成合适的关系。当某些因素改变致使周期发生变化时使用扫描同步功能能够使扫描起点自动跟踪外界信号变化从而稳定地显示波形。步骤与操作方法:示波器测量信号的电压和频率对于一个稳定显示的正弦电压波形电压和频率可以由以下方法读出,U,ahf,(bl)p,p其中a为垂直偏转因数(电压偏转因数)(从示波器面板的衰减器开关上可以直接读出)单位为Vdiv或mVdivh为输入信号的峰峰高度单位divb为扫描时间系数从主扫描时间系数选择开关上可以直接读出单位sdiv、msdiv或μsdivl为输入信号的单个周期宽度单位div。()打开电源开关并切换到DC档拨动垂直工作方式开关选择未知信号所在的通道。()通过调节“扫描时间系数选择开关”和“垂直偏转系数开关”以及它们对应的微调开关使未知信号图形的高度和波形个数便与测量。同时在开关上读出计算所需的a、b值。()调节“垂直位移”与“水平位移”旋钮利用荧光屏上的刻度读取l、h值并记录。用示波器直接观察半波和全波整流波形()将实验室提供的未知信号分别接到整流电路的AB端CD端送入示波器的CH或CH端。()通过调节“扫描时间系数选择开关”和“垂直偏转系数开关”是信号显示在屏内分别观察整流后的波形并记录李萨如图形测量信号的频率不使用机内的扫描电压而使用两个外界输入的正弦电压分别加载在X、Y偏转板上当两个正弦电压的频率相同或呈简单的整数比则屏上将显示特殊形状的轨迹这种轨迹称为李萨如图形。李萨如图形与X轴和Y轴的最大交点数n与n之比正好等于Y、X端的输入电压频xy率之比即f:f,n:nyxxy*示波器和函数信号发生器的操作原理略数据记录与处理结果与分析:正弦信号电压和频率的测量:示波器计算结果Y偏转因数X偏转因数h(div)l(div)UVTmsfHzppa(Vdiv)b(msdiv)实际电压(最大值)V信号频率Hz正弦信号、半波整流信号、全波整流信号的图形完整的正弦信号波形半波整流图形全波整流图形李萨如图形测量正弦信号的频率n:n:::::xy图形形状fHzxfHzy讨论、建议与质疑:()在示波器显示扫描波形图和李萨如图形的原理中不同之处在与它们所使用的扫描电压(即水平方向的输入电压)不同。显示扫描波形时水平方向加载的是锯齿波的扫描电压它能够使电子束从左向右地单方向扫描当扫描频率和输入信号的频率相配合时就能够显示输入信号的波形显示李萨如图形时水平方向接入的是未知的正弦信号它使电子束在水平方向上做简谐往复运动与竖直方向的另一简谐运动相叠加后在荧光屏上形成李萨如图形。()形成椭圆的条件较为简单当输入的两个同频正弦信号相位差存在且大小在π~π之间时即可形成椭圆图形。圆可以认为是一种特殊条件下形成的椭圆图形。当输入的两个正弦信号频率相同信号振幅相同且两者的相位差为π时李萨如图形为圆形。()实验中Y轴信号为已知正弦信号X轴为未知信号经过实验发现当f比f大很多时荧光屏上的线条之间不可分辨形成一个矩形块状图案yx当f比f小很多时荧光屏上显示一条上下振荡的水平线段。yx()试解释全波整流图形存在水平片段的原因。个人认为由于示波器上没有精确地显示出波形所在的相对位置故对这一波形现象可以有以下两种理解方式:第一种理解方式:如上图左图为理论上的全波整流信号波形右图为实际中由示波器观察到的整流波形可见实际波形下端未能达到即负载端电压值在外部加载电压换向时没有达到最小。原因可以认为二极管的单向导通作用不是绝对的在电压反向加载时仍有小部分的反向“漏电流”通过二极管因此在桥式整流电路中电路电流完全等于零的时刻是不存在的在正向电压下降到接近的位置时由于有反向漏电流存在故负载两端的实际电流不为零故电压也不为零由示波器显示其电压变化状态变得到了右上图示的“削尾”现象。另外也可以认为二极管有电流电压残留现象等等。第二种理解方式:如右图所示波形的形状与实际可见相同但与上一种理解方式不同的是此种情况可以理解为负载两端的电压提前下降到零维持在零水平一段时间后重新上升。在这种情况下必须提到二极管单向导通性质的一个前提:当加在二极管两端的正向电压很小时二极管仍然不能导通流过二极管的正向电流十分微“门槛电压”锗管约为V硅管约为弱。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为V)以后二极管才能直正导通。由此可以解释实验中观察到的现象:当第一个半周期内末端电压下降到门槛电压以下时二极管实际已不能导通而另两个反向的二极管此时也尚未导通此时负载两端的电压为零在示波器上表现为X轴上的直线当电压进入第二个半周期时电压由零开始重新上升但尚未达到门槛电压时二极管仍然处在不导通状态此时负载两端的电压仍为零直到电压上升到门槛电压以上二极管才被导通此时负载两端才有电压并且随外源信号呈正弦规律上升。综合以上两个短暂过程来看可以发现负载两端电压有一段持续为零的“真空期”表现为波形即为示波器上观察到的短直线片段。

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