用示波器测量时间
示波器测信号的周期和频率实验报告
示波器的使用1、了解通用双通道示波器的结构和工作原理，熟悉各个旋钮的作用和使用方法。
2、掌握用示波器观察波形、测量电压和频率的方法；了解用示波器测量相位差的方法。
3、掌握观察李萨如图形的方法，并能用李萨如图形测量未知正弦信号的频率；能用示波器观察“拍”现象。
1、通用双通道示波器的结构，面板旋钮的作用和使用方法；2、通用双通道示波器的工作原理，李萨如图形测量未知正弦信号频率的原理，观察“拍”现象的原理。
一、前言示波器是利用电子束的电偏转来观察电压波形的一种常用电子仪器，主要用于观察电信号随时间变化的波形，定量测量波形的幅度、周期、频率、相位等参数。
一般的电学量（如电流、电功率、阻抗等）和可转化为电学量的非电学量（如温度、位移、速度、压力、光强、磁场、频率）以及它们随时间变化的规律都可以用示波器来观测。
由于电子的惯性很小，电子射线示波器一般可在很高的频率范围内工作。
采用高增益放大器的示波器可以观察微弱的信号；具有多通道的示波器，则可以同时观察几个信号，并比较它们之间的相应关系（如时间差或相位差），是目前科学实验、科研生产常用的电子仪器。
二、实验仪器通用双通道示波器，函数信号发生器、同轴电缆等。
三、实验原理1、仪器工作原理（1）通用双通道示波器的介绍主要结构：示波管、电子放大系统、扫描触发系统、电源工作原理： （a ）示波管示波管是呈喇叭形的玻璃泡，被抽成高真空，内部装有电子枪和两对相互垂直的偏转板，喇叭口的球面内壁上涂有荧光物质，构成荧光屏。
下图是示波管的构造图。
电子枪由灯丝F 、阴极K 、栅极G 以及一组阳极A 所组成。
灯丝通电后炽热，使阴极发热而发射电子。
由于阳极电位高于阴极，所以电子被阳极电压加速。
当高速电子撞击在荧光屏上会使荧光物质发光，在屏上就能看到一个亮点。
改变阳极组电位分布，可以使不同发射方向的电子恰好会聚在荧光屏某一点上，这种调节称为聚焦。
栅极G 电位较阴极K 为低，改变G 电位的高低，可以控制电子枪发射电子流的密度，甚至完全不使电子通过，这称为辉度调节，实际上就是调节荧光屏上亮点的亮暗。
示波器的作用及使用常见问题解析
示波器的作用及使用常见问题解析示波器对于很多平常人来说可能听都没听说过，但是对于电气工程师来说示波器的作用无可取代，它一直是工程师设计、调试产品的好帮手。
但随着计算机、半导体和通信技术的发展，示波器的种类、型号越来越多，从而使示波器的作用得到详细的划分。
示波器虽然分成好几类，各类又有许多种型号，但是一般的示波器除频带宽度、输入灵敏度等不完全相同外，但示波器的使用方法在基本方面都是相同的。
下面从测试应用方面来介绍一下示波器的作用和它的基础使用方法。
示波器的作用是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。
它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。
示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。
一、示波器的作用1.广泛的电子测量仪器;2.测量电信号的波形(电压与时间关系);3.测量幅度、周期、频率和相位等参数;4.配合传感器，测量一切可以转化为电压的参量(如电流、电阻、温度磁强等)二、示波器的作用-测量电压利用示波器所做的任何测量，都是归结为对电压的测量。
示波器可以测量各种波形的电压幅度，既可以测量直流电压和正弦电压，又可以测量脉冲或非正弦电压的幅度。
更有用的是它可以测量一个脉冲电压波形各部分的电压幅值，如上冲量或顶部下降量等。
这是其他任何电压测量仪器都不能比拟的。
三、示波器的作用-测量时间示波器时基能产生与时间呈线性关系的扫描线，因而可以用荧光屏的水平刻度来测量波形的时间参数，如周期性信号的重复周期、脉冲信号的宽度、时间间隔、上升时间(前沿)和下降时间(后沿)、两个信号的时间差等等。
将示波器的扫速开关“t/div”的“微调”装置转至校准位置时，显示的波形在水平方向刻度所代表的时间可按“t/div”开关的指示值直读计算，从而较准确地求出被测信号的时间参数。
四、示波器的作用-测量相位利用示波器测量两个正弦电压之间的相位差具有实用意义，用计数器可以测量频率和时间，但不能直接测量正弦电压之间的相位关系。
示波器测时间的原理
示波器测时间的原理示波器测时间的原理是通过观察和测量电信号的时间特性来进行。
示波器可以显示电信号的波形，并根据波形的特征来测量不同的时间参数。
示波器通常使用垂直和水平的坐标系来显示电信号的波形。
垂直轴表示电压或电流的幅值，而水平轴表示时间。
示波器的屏幕由一系列的水平线组成，称为扫描线或扫描周期。
每个扫描周期都对应于示波器屏幕上的一个水平刻度。
示波器利用水平扫描周期来测量信号的时间。
通过调整扫描速度或时间基准，可以改变每个扫描周期的时间跨度。
较慢的时间基准使得每个扫描周期的时间跨度更长，从而能够更精确地测量慢速信号的时间参数。
相反，较快的时间基准使得每个扫描周期的时间跨度更短，适用于测量快速信号的时间。
示波器还经常配备触发电路，用于确定何时开始扫描电信号。
通过设置合适的触发电平或触发边沿，示波器可以稳定地捕捉和显示特定的波形。
测量时间参数的常见功能包括：频率、周期、脉宽、占空比、上升时间和下降时间等。
示波器通过在波形上标记垂直和水平的参考点来实现这些测量。
测量结果可以直接在示波器的屏幕上显示，也可以通过示波器的接口传输给计算机或其他设备进行进一步分析和处理。
需要注意的是，示波器测量的时间参数受到示波器的带宽限制和采样率限制。
带宽限制指示波器能够显示的最高频率范围，超过该频率范围的信号将无法正确显示。
采样率限制指示波器对信号进行采样的速率，采样率较低可能会导致信号的细节丢失或失真。
综上所述，示波器通过显示和测量电信号的时间特性，包括波形的形状、频率、周期等参数，来进行时间测量。
这些测量结果可以用于分析和诊断电路和信号的性能和特征。
示波器的时间测量和时钟同步技巧
示波器的时间测量和时钟同步技巧示波器是在电子行业中广泛使用的一种测量仪器，其主要功能是展示电压随时间的变化情况，并进行各种信号的分析和测量。
然而，在使用示波器进行时间测量时，由于外部环境的干扰和示波器本身的误差等原因，可能存在一定的不准确性。
因此，本文将介绍一些示波器的时间测量和时钟同步技巧，以提高测量结果的准确性和可靠性。
一、示波器的时间测量技巧1. 选择合适的触发源：在进行时间测量时，触发源的选择非常重要。
触发信号的稳定性和准确性将直接影响到示波器的测量结果。
因此，根据具体需求选择合适的触发源，如外部触发、内部触发或自动触发等。
2. 合理设置时间基准：示波器的时间基准是进行测量的基础，因此必须正确设置和校准时间基准。
可以使用外部时间基准或内部时间基准，通过与标准时间源进行对比和校准，确保时间测量的准确性。
3. 调整水平和垂直缩放：在进行时间测量时，通过调整示波器的水平和垂直缩放，可以使观测信号完整地显示在示波器的屏幕上，从而准确地进行时间测量。
二、示波器的时钟同步技巧1. 外部时钟同步：当需要对示波器进行时间同步时，可以通过外部设备提供的时钟信号进行同步。
将外部时钟源连接到示波器的外部时钟输入端口，并确保外部时钟源的稳定性和准确性，以实现示波器的时钟同步。
2. 内部时钟校准：示波器的内部时钟是进行时间测量的关键，因此需要定期校准示波器的内部时钟。
可以使用标准时间源进行校准，根据校准结果调整示波器的内部时钟，以确保示波器测量结果的准确性。
3. 信号触发和同步：在进行时钟同步时，需要确保待测信号与示波器的时钟信号同步。
可以通过信号触发设置和同步信号源的选择来实现信号的触发和同步，从而保证测量结果的准确性。
总结：对于示波器的时间测量和时钟同步技巧，需要充分考虑信号触发和同步，选择合适的触发源和时钟源，并进行适当的调整和校准。
只有确保示波器的测量准确性和时钟同步性，才能得到可靠的测量结果，并满足实际应用的需求。
示波器的使用
示波器的使用一、操作方法1)、电源检查CA8020双踪示波器电源电压为220V±10%。
接通电源前，检查当地电源电压，如果不相符合，则严格禁止使用！2)、面板一般功能检查A．将有关控制件按下表置位控制件名称作用位置控制件名称作用位置亮度居中触发方式峰值自动聚焦居中扫描速率0.5mS/div位移居中极性正垂直方式CH1 触发源INT灵敏度选择10mV/div 内触发源CH1微调校正位置输入耦合ACB．接通电源，电源指示灯亮，稍预热后，屏幕上出现扫描光迹，分别调节亮度、聚焦、辅助聚焦、迹线旋转、垂直、水平移位等控制件，使光迹清晰并与水平刻度平行。
C．用10∶1探极将校正信号输入至CH1输入插座。
D．调节示波器有关控制件，使荧光屏上显示稳定且易观察方波波形。
E．将探极换至CH2输入插座，垂直方式置于“CH2”，内触发源置于“CH2”，重复D 操作。
3)、垂直系统的操作A．垂直方式的选择当只需观察一路信号时，将“垂直方式”开关置“CH1”或“CH2”，此时被选中的通道有效，被测信号可从通道端口输入。
当需要同时观察两路信号时，将“垂直方式”开关置“交替”，该方式使两个通道的信号被交替显示，交替显示的频率受扫描周期控制。
当扫速低于一定频率时，交替方式显示会出现闪烁，此时应将开关置于“断续”位置。
当需要观察两路信号代数和时，将“垂直方式”开关置于“代数和”位置，在选择这种方式时，两个通道的衰减设置必须一致，CH2移位处于常态时为CH1＋CH2，CH2移位拉出时为CH1－CH2。
B．输入耦合方式的选择直流（DC）耦合：适用于观察包含直流成份的被测信号，如信号的逻辑电平和静态信号的直流电平，当被测信号的频率很低时，也必须采用这种方式。
交流（AC）耦合：信号中的直流分量被隔断，用于观察信号的交流份量，如观察较高直流电平上的小信号。
接地（GND）：通道输入端接地（输入信号断开），用于确定输入为零时光迹所处位置。
用示波器测量两个电压时间差的方法
用示波器测量两个电压时间差的方法示波器是一种常用的电子测量仪器，可以用于测量和显示电压、电流等信号的波形和参数。
在实际应用中，有时需要测量两个电压信号之间的时间差，以确定它们的相位差或信号传播延迟。
下面将介绍一种基于示波器的方法来测量两个电压信号的时间差。
我们需要准备好示波器和被测电路。
示波器的选择应根据被测信号的频率范围、波形形状和精度要求来确定。
被测电路可以是两个电压源之间的差分信号，也可以是两个电压信号的输出端口。
确保被测信号的幅值适中，以避免信号过大或过小导致的测量误差。
接下来，将被测信号分别连接到示波器的两个通道上。
示波器通常有多个通道，可以同时测量多个信号。
通过选择合适的通道和设置相应的测量参数，可以实现对两个电压信号的同时测量。
在示波器上，我们可以选择合适的触发方式来确保测量的准确性。
触发方式可以是边沿触发、脉冲触发或视频触发等。
通过调整触发电平和触发沿的选择，可以实现对被测信号的稳定触发，并确保测量结果的可靠性。
在示波器上，我们可以选择时间基准和水平控制参数来调整波形的显示和测量。
时间基准可以选择自动或手动方式，以适应不同的测量需求。
水平控制参数可以用于调整波形的显示位置和大小，以便更清晰地观察和测量信号。
在示波器上，我们可以选择合适的测量功能来获取两个电压信号的时间差。
示波器通常提供多种测量选项，如峰峰值、平均值、周期、占空比等。
通过选择时间差测量功能，并指定两个信号的特征点，如上升沿、下降沿或零点，示波器可以自动计算出两个信号之间的时间差。
在进行测量时，需要注意示波器的采样率和触发延迟。
采样率决定了示波器对信号进行采样的速度和精度，过低的采样率可能导致测量误差。
触发延迟是触发信号与被测信号之间的时间差，需要在测量结果中进行补偿，以获得准确的时间差值。
我们可以通过示波器上的显示功能来观察和记录测量结果。
示波器通常提供多种显示模式，如时域显示、频域显示和矢量显示等。
通过选择合适的显示模式和调整显示参数，可以清晰地显示两个信号的波形和测量结果。
示波器使用方法
3、“×10 MAG”：扫描 扩展开关。按下时扫描速 度扩展10倍。
4、“POSITION”：水平 位置调节钮。调节显示波 形在荧光屏上的水平位置。
五、触发操作部分
1、“TRIG IN”： 外触发输入端子。用于输 入外部触发信号。当使用 该功能时，“SOURCE” 开关应设置在EXT位置。
2、“SOURCE”：触发源选择开关。 “CH1”：当垂直系统工作模式开 关定在DUAL或ADD时，选择 通道1作为内部触发信号源； “CH2”： 当垂直系统工作模式开 关设定在DUAL或ADD时，选择 通道2作为内部触发信号源； “LINE”： 选择交流电源作为触 发信号源； “EXT”： 选择“TRIG IN”端子 输入的外部信号作为触发信号源。
2
由此可见：两个频率相同的正弦量间的相位差是常数，并等于两正 弦量的初相之差。
测量相位差的方法很多，主要有：
简单直观的示波器测量方法（比现在实验室高级一点的示波器可以
直接读数） 把相位差转化为时间间隔，测量出时间间隔再换算为相位差
测量相位差的方法有很多，今天只介绍转化为时间的方法。
示波器相位差测量
3、“AC-GND-DC”： 垂直系统输入耦合开关。 选择被测信号进入垂直 通道的耦合方式。 “AC”：交流耦合； “DC”：直流耦合； “GND”：接地。
4、“CH1X”：通道1被 测信号输入连接器。在XY模式下，作为X轴输入 端。
5、“CH2X”：通道2被测 信号输入连接器。在X-Y模 式下，作为X轴输入端。
u1(t)=Umsin(ω 1t+φ 1）
u2(t)=Umsin(ω 2t+φ 2）
则，它们的瞬时相位差θ (t)＝ (ω 1t+φ 1）- (ω 2t+φ 2） ＝ （ω 1-ω 2)t＋(φ 1-φ 2)
数字示波器上升时间测量结果的不确定度评定
数字示波器上升时间测量结果的不确定度评定发表时间：2020-03-10T11:41:35.063Z 来源：《中国电业》2019年21期作者：张贵荣[导读] 评定了数字示波器检定中实时上升时间测量结果的不确定度摘要：评定了数字示波器检定中实时上升时间测量结果的不确定度，讨论了影响测量结果不确定度的主要误差来源，包括示波器校准仪快沿脉冲、测量重复性、垂直分辨力、水平分辨力、读数分辨力。
同时，以一组实验结果为例，给出了不确定度评定结果。
关键词：数字示波器；上升时间；不确定度0 引言在脉冲测量技术中，数字示波器是应用最为广泛的观测仪器。
上升时间是数字示波器的一个重要技术指标，上升时间愈小，示波器所能观测的脉冲信号包含的频谱分量愈丰富，谐波次数愈高，对应的频带宽度愈宽。
本文主要讨论数字示波器检定过程中上升时间测量结果的不确定度评定。
1 测量方法1.1依据：GJB7691－2012《数字示波器检定规程》。
1.2环境条件：温度（18～28）℃，相对湿度≤80%。
1.3实验过程：Fluke5520A（SC600）示波器校准仪输出上升时间为300ps的快沿脉冲信号（频率为1MHz，幅度为500mV），TDS3032数字示波器选置128次平均采集模式，垂直偏转系数置100mV/div，扫描时间系数置2ns/div,用数字示波器的上升时间测量功能直接测量脉冲上升时间，在重复性测量条件下独立测量6次。
2影响测量结果不确定度的主要来源分析在上升时间测量时，采用的是直接测量法，因此在分析其不确定度时按直接测量进行评定。
在实验中，示波器校准仪输出快沿脉冲上升时间为300ps，与TDS3032数字示波器标称上升时间1.2ns之比为1:4，因此上升时间测量值不需要进行修正。
使用的测量仪器的技术指标按B类方法评定，测量数据的分散性按A类方法评定，然后计算其合成标准不确定度及扩展不确定度：(1)=k (2)影响测量结果不确定度的主要来源有：（1）测量数据的分散性引入的标准不确定度，用测量重复性表征；（2）示波器校准仪快沿脉冲信号引入的标准不确定度；（3）数字示波器垂直分辨力引入的标准不确定度；（4）数字示波器水平分辨力引入的标准不确定度；（5）上升时间测量读数分辨力引入的不确定度。
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实验报告
姓名：叶洪波 学号：PB05000622
用示波器测量时间
实验原理
1、 示波器的基本结构（略）
2、 示波器显示波形的原理
扫描电压的周期T x （或频率
x ν）与被测信号的周期T y
（或y ν）必须满足
n
T T x
y =
，y ν=n x ν，n=1,2,… 3、 用x 轴时基测时间参数
一个周期的时间=时基*一个周期的波形厘米数 4、 李萨如图形测信号的频率
（1）、频率相同而振幅和相位不同时，两正交正弦电压的合成图形为椭圆。
（2）、两正交正弦电压的相位差一定，频率比为一个有理数时，合成的圆形是一条稳定的闭合曲线。
频率比与图形的切点数之间有如下关系：
竖直切线上的切点数
水平切线上的切点数
=
x y νν 实验内容
1、 x 轴的时基测信号的时间参数
（1） 测量示波器自备方波输出信号的周期（时基分别为0.1ms/cm ，0.2ms/cm ，0.5ms/cm ）。
哪种时基测
出的数据更准确？为什么？
荧光屏上的最小刻度为0.2cm 。
测量厘米数时基分别为0.1ms/cm 、 0.2ms/cm 、 0.5ms/cm 时， 时间的最大误差分别为0.02ms 、0.04ms 、0.10ms 。
因此应选择时基为0.1ms/cm ，这样结果的误差较小，置信度较大。
（2） 选择信号发生器的对称方波接y 输入（幅度和y 轴量程任选），信号频率为200Hz~2kHz （每隔200Hz
测量一次），选择示波器合适的时基，测量对应频率的厘米数、周期和频率（注明x 轴的时基）。
以信号发生器的频率为x 轴，示波器测量的频率为y 轴，作y-x 曲线，求出斜率并讨论。
对称方波
信号发生器的频率(Hz) 厘米数(cm) x 轴时基(ms/cm) 测量周期数 周期（ms ） 测得的频率(Hz)
200 5.1 0.5 0.5 5.100 196.078 400 7.6 0.5 1.5 2.533 394.737 600 8.6 0.2 1.0 1.720 581.395 800 9.8 0.2 1.5 1.307 765.306 1000 8.8 0.2 1.5 1.173 852.273 1200 8.6 0.2 2.0 0.860 1162.791 1400 9.3 0.2 2.5 0.744 1344.086 1600 9.6 0.2 3.0 0.640 1562.500 1800 8.6 0.5 1.5 2.867 348.837 2000
9.1
0.2
3.5
0.520
1923.077
信号发生器的频率为1800Hz 时的数据有很大的偏差,为测量时的错误导致,因此舍去。
以信号发生器的频率为X 轴，测得的频率为Y 轴，作散点图并作线性拟合如下。
测得的频率(H z )
信号发生器的频率(Hz)
斜率为0.9640，理论上斜率应为1.0000。
因此绝对误差为1.0000-0.9640=0.0360，相对误差为0.0360/1.0000=3.60% Y = A + B * X
Parameter Value Error
A -9.59121 29.3321
B 0.96397 0.02523
R SD N P
0.99761 41.88922 9 <0.0001
（3） 选择信号发生器的非对称方波接y 轴，频率分别为200Hz 、500Hz 、1kHz 、2kHz 、5kHz 、10kHz 、20kHz ，
测量各频率时的周期和正波的宽度（或占空比），用内容（2）的方法作曲线。
非对称方波
信号发生器的频率(Hz) 厘米数(cm) 正波厘米数(cm)
占空比 x 轴时基(ms/cm) 测量周期数 周期（ms ） 测得的频率
(Hz)
200 5.0 1.5 0.300 1 1.0 5.000 200.000 500 8.1 2.4 0.296 0.5 2.0 2.025 493.827 1000 5.2 1.6 0.308 0.2 1.0 1.040 961.538 2000 8.7 2.4 0.276 0.2 3.0 0.580 1724.138 5000 8.2 2.6 0.317 0.05 2.0 0.205 4878.049 10000 8.2 2.8 0.341 0.05 4.0 0.103 9756.098 20000
7.6
2.4
0.316
0.02
3.0
0.051
19736.842
以信号发生器的频率为X 轴，测得的频率为Y 轴，作散点图并作线性拟合如下。
测得的频率(H z )
信号发生器的频率(Hz)
斜率为0.9884，理论上斜率为1.0000。
因此绝对误差为1.0000-0.9884=0.0116，相对误差为0.0116/1.0000=1.16% Y = A + B * X
Parameter Value Error A -71.75188 49.02749 B 0.98844 0.00563
R SD N P 0.99992 100.18555 7 <0.0001
（4） 选择信号发生器的输出为三角波，频率为500Hz 、1kHz 、1.5kHz 、测量各个频率时的上升时间、下
降时间及周期。
三角波
信号发生器的频率(Hz) 上升厘米数(cm) 下降厘米数(cm) x 轴时基(ms/cm) 上升时间(ms) 下降时间(ms) 总时间(ms) 测量周期数 一个周期中的上升时间（ms ） 一个周
期中的下降时间（ms ） 周期(ms) 测得的频率(Hz) 500 3.6 0.5 0.500 1.800 0.250 2.050 1.0 1.800 0.250 2.050 487.805 1000 4.6
0.5
0.200 0.920 0.100 1.020 1.0 0.920 0.100 1.020
980.392 1500 6.05 1.35 0.100 0.605 0.135 0.740 1.0 0.605 0.135 0.740
1351.351
2、观察李萨如图形并测频率
用两台信号发生器（一台为本组专用，一台为公用）分别接y 轴和x 轴（x 轴选择外输入），取
4/33/22/11/、、、=y x νν 时，测出对应的x y νν和，画有关图形并求公用信号发生器的频率。
注意：观察李萨如图形时，通过本组信号发生器的频率微调旋钮，使李萨如图形尽可能稳定时，再读y 轴和x 轴的切点数。
Y 轴输入频率(Hz)
500
1000
250
750
665~666
李萨如图形
Y 轴切点数 1 2 4 4 6 X 轴切点数
1
4
2
6
8
轴切点数
轴切点数
X Y
1
21 2
32 43 y
x
νν 1 2
1 2
3
2 4
3 ∴ X
轴输入即公用信号发生器的频率为500Hz 。
思考题
1、示波器测频率有何优缺点？
优点：直观，简便
缺点：（1）测量的误差较大，包括测量者的调节的误差和读数的误差等。
（2）输出的图形不稳定。
2、在本实验中，观察李萨如图形时，为什么得不到稳定的图形？
可能的原因有：（1）两台信号发生器输出的频率都有可能不稳定。
（2）手动调节的精度达不到输出的频率的精度，因而不能完全相等。
3、假定在示波器的y轴输入一个正弦电压，所用的水平扫描频率为120Hz，在荧光屏上出现三个稳定完整的正弦波形，那么输入信号的频率是多少？这是否是测量信号频率的好方法？为什么？
输入信号的频率=120*3=360（Hz）
但是这样的误差比较大，因而不是测量信号频率的好方法。
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