示波器的调整和使用(测声速)
声速的测量与示波器的使用实验报告(张志林)
声速的测量与示波器的使用实验报告(张志林)篇一：示波器的原理和使用及声速测量(预习报告)示波器和声速测量的原理和使用（预览报告）示波器的原理和使用实验目的1)学习使用示波器。
2)学会使用函数发生器。
实验原理示波器原理阴极射线示波器一般包括以下部分：示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描发生器、触发同步和直流电源。
如果将待测电压加到垂直偏转板上，并将与待测电压周期相同或整数倍的扫描电压加到水平偏转板上，则整个周期内待测电压的波形图可以显示在荧光屏上。
李萨如图形的基本原理如果示波器的X和Y输入是两个频率相同或简单整数比的正弦电压，屏幕上的光点将显示一个特殊形状的轨迹，称为李萨如图。
如果制作一个虚拟框来限制光点在X和Y方向上的变化范围，当图形与该框相切时，水平侧的切点数NX与垂直侧的切点数NY之比正好等于由Y和X输入的两个正弦信号的频率比。
即：FY:FX=NX:NY，如果存在与假想帧连接的端点，一个端点应记录为1/2个切点。
利用李萨如图可以很容易地比较两个正弦信号的频率。
实验步骤观察波形从自制多波形信号发生器输出正弦波、方波、三角波和尖脉冲四种波形。
分别用示波器测出其正弦波输出幅度的有效值，方波幅度的峰峰值，三角波的周期，尖脉冲的频率。
观察李萨如图（1）将自制信号源和函数信号发生器的正弦信号分别输入到示波器的两输入端，调出频率比为1:1或1:2的李萨如图，由此确定自制信号源正弦波信号的频率。
（2）将频率耦合信号发生器的两个正弦信号输入示波器，并调出1:2或1:3的稳定的李萨如图形。
记录下图形形状及fy:fx的值。
根据电容器充放电原理，研究了方波、三角波与尖脉冲的关系（1）从电容器的充放电波形到三角波。
用函数信号发生器输出方波u，加在由rc组成在巡回赛上。
用示波器同时观察u和UC。
然后改变R或F，观察并记录变化规律以及变化前后的频率、电阻、电容等参数。
（2）研究锐脉冲产生原理，在RC电路中加入方波（R较小），同时用示波器观察u和uc。
示波器原理使用与声速测量
示波器的原理和使用及声速测量一．实验目的（1）了解示波器的基本结构及其工作原理，学习并掌握示波器的基本使用方法（2）学习电信号有关参数的基本概念，使用示波器观察波形并进行测量(3)了解声波在空气中传播速度和气体状态参量的关系(4) 了解超声波产生和接受的原理，学习用相位法测量空气中的声速二．实验原理(1)示波器原理框图示波器按显示方式可分为阴极射线示波管和液晶显示两种。
阴极射线示波器一般包括示波管、竖直放大器、水平放大器、扫描发生器、触发同步和直流电源等。
(2)示波器基本结构示波管为示波器的主要部分，包括电子枪、偏转系统和荧光屏三部分，全部密封在真空玻璃外壳内。
电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极及第二阳极组成。
灯丝加热表面涂有氧化物的阴极，使其发射电子。
因控制栅极电位比阴极低，初速度较大的电子才能通过控制栅极，示波器上的亮度就是通过调整栅极电位来控制的。
阳极电位比阴极电位高很多，电子被阴阳极间的电场加速而形成阴极射线。
当控制栅极、第一阳极及第二阳极的电位调节合适时，射线收到聚焦。
所以第一阳极也称聚焦阳极，而第二阳极电位更高，称为加速阳极。
荧光屏上涂有荧光粉，电子打上去能发出荧光，形成光斑。
性能较好的示波管中，荧光屏玻璃内表面直接刻有坐标刻度，荧光粉紧贴坐标刻度以消除视差。
(3)示波器显示波形的原理竖直偏转板上加交变正弦电压使电子竖直运动，水平偏转板上加锯齿波扫描电压，使电子水平运动。
而电子的运动是竖直方向和水平方向的合成，所以当竖直偏转板电压与水平偏转板电压的周期相等时，在荧光屏上能显示出完整周期的波形图(4)同步触发(5)李萨如图形的基本原理如果示波器的X和Y输入是频率相同或成简单整数比的两个正弦电压，则屏上的光点将呈现特殊形状的轨迹，这种轨迹图称为李萨如图形。
如果做一个限制光点x、y方向变化范围的假想方框，则图形与此框相切时，横边上的切点数nx与竖边上的切点数ny之比恰好等于Y和X输入的两正弦信号的频率之比。
示波器原理与使用、声速测量
f = 5kHz，C = 11.07 10−9 F
所得数据为 R = 0, = 173 R = , = 0
理论值：
R = 2690, = 90
R = 0, = 180 R = , = 0 R = 1 = 2678, = 90
2 fC
与理论值贴近。实验效果良好。
【实验总结】
（1）在是用示波器测量波形的幅度和周期的时候，可以使用示波器的自动测量，但一般误
差较大，所以我们选用手动的光标法进行测量，可以减小一定的误差，但是在测量周期的时
候，比较难定位出 x 轴正好在幅度为 0 的位置，测量周期会有一定的操作难度。
（2）无论是测来波形的幅度周期还是观察利萨如图，选择合适的分度值和扫描频率，可以
v = (346.3 2.5)m / s
【理论值】
开始时室温 t1=21.6°C，湿度 r1=20.4%，结束时室温 t2=21.6℃，湿度 r2=20.4%
取平均值 t=21.6℃，湿度 r=20.4%，查询到 ps=0.0258×105Pa。
根据公式������ = 331.5√(1 + ������ ) (1 + 0.31 ������������������) = 344.6349396(m/s)
得到图像。
10k
20k
30k
40k
50k
增大电阻，三角波转换更明显，同时波峰越来越小。
分析：从 uc
=
−t
E 1− e RC
可以得到
U
' C
=
1
t
当电阻增大时，且 T
e RC RC
RC ，则此时还
示波器测量声速实验报告
一、实验目的1. 了解示波器的基本原理和使用方法。
2. 掌握声速测量的基本原理和方法。
3. 培养学生独立完成实验、分析实验数据的能力。
二、实验原理1. 声速的定义：声速是指声波在介质中传播的速度，其单位为m/s。
2. 声速的测量方法：本实验采用驻波法测量声速。
驻波法是利用声波在两个频率相同、振幅相等的声源之间传播时，产生干涉现象，从而确定声波在介质中的传播速度。
3. 驻波法测量声速的原理：当两个频率相同、振幅相等的声源在介质中传播时，它们产生的声波相互干涉，形成驻波。
驻波的特点是振幅在波节处为零，波腹处最大。
根据驻波的特点，我们可以通过测量波腹之间的距离来确定声波的波长，进而计算出声速。
三、实验器材1. 示波器一台2. 发射换能器一个3. 接收换能器一个4. 移动尺一把5. 函数信号发生器一台6. 音频连接线若干7. 调节螺丝若干四、实验步骤1. 将发射换能器与函数信号发生器相连，接收换能器与示波器相连。
2. 调整函数信号发生器的输出频率，使其在声波频率范围内。
3. 将发射换能器和接收换能器分别固定在实验平台上，使它们之间保持一定距离。
4. 打开函数信号发生器，观察示波器上的波形。
调整发射换能器和接收换能器之间的距离，使示波器上的波形出现明显的波腹和波节。
5. 记录波腹之间的距离，即为声波的波长。
6. 重复步骤4和5，测量多次，求平均值。
7. 根据公式v = λf，计算声速。
五、实验结果与分析1. 实验数据：频率f：XXX Hz波长λ：XXX m声速v：XXX m/s2. 结果分析：根据实验数据，计算得到的声速与理论值进行比较。
分析误差产生的原因，如测量误差、仪器误差等。
六、实验结论1. 通过本实验，掌握了示波器的基本原理和使用方法。
2. 学会了声速测量的基本原理和方法，验证了驻波法测量声速的可行性。
3. 培养了学生独立完成实验、分析实验数据的能力。
七、实验反思1. 在实验过程中，注意观察波形的变化，及时调整发射换能器和接收换能器之间的距离。
声速测量---接线图和操作步骤
实验6 声速测量四．实验步骤1.驻波法测声速（1）了解声速测试仪的基本结构，调节示波器面板获得扫描线。
（2）按图示1正确连线，调节两个换能器的间距3cm左右，信号源的频率取20kHz，电压幅度取10V。
（3）将示波器的水平扫描速率与通道2垂直偏转因数旋钮分别调至适当档位，缓慢顺时针方向转动换能器平移鼓轮至驻波波腹位置（示波器显示波形幅值最大）。
（4）调节信号源的频率旋钮，同时观察示波器显示波形幅值变化情况，幅值最大时所对应的频率即为谐振频率f，将f数值记录于表1。
（5）转动换能器平移鼓轮至两换能器端面距离约5厘米左右，确定所选第一个波腹的位置读数l1。
（6）缓慢顺时针方向转动换能器平移鼓轮至驻波波腹位置（示波器显示波形幅值最大）并记录相应的数显标尺读数于表1。
（7）重复步骤7连续记录12个波腹的位置读数并记录于表1。
（8）实时记录环境温度。
2.相位法测声速（1）保持驻波法连线不变，另用一根信号电缆线连接发射器S1的发射波形接口与示波器通道1输入端口，如图5所示。
（2）示波器置（按）X-Y方式，转动接收换能器平移鼓轮观察不同相位差时的李萨如图形（正斜线、椭圆、圆、……、正斜线、……）。
当两换能器端面距离约3厘米时停止转动。
（3）沿测量方向缓慢转动换能器平移鼓轮，当示波器显示一正斜线（/）时停止转动换能器读取读数标尺和鼓轮读数l1，连续测量12个正斜线（/）位置的读数并记录于表2。
注意事项：（1）示波器辉度调节应适度，不可调至最大！（2）两换能器发射端面不可接触！（l﹥3cm）（3）转动换能器平移鼓轮不可过快！注意避免回程差！（4）信号发生器只接A输出端，检查信号发生器的荧屏是否显示A路正弦波，A路幅度选10V，使接收信号适当大，可避免连线的干扰信号。
示波器的调整和使用(测声速)综述
为减少误差，可以采取一系列措施，如使用高精度测量设备、在稳定的实验环境下进行实验、严格遵守实验操作规程等。
误差来源分析与控制措施
采用专业的数据处理软件或程序，对实验数据进行处理和分析，包括数据清洗、数据转换和数据可视化等步骤。
数据处理方法
将处理后的数据以图表、图像等形式进行展示，以便更直观地观察和分析声速与频率之间的关系。同时，还可以将误差值与实验结果进行对比和分析，以便评估实验的准确性和可靠性。
研究方法与论文结构
02
示波器概述
示波器定义
示波器是一种用于观察、分析和测量电压或电流波形的电子仪器。
工作原理
示波器利用电子枪发射电子束，经过聚焦后打到涂有荧光粉的屏幕上，产生亮点或波纹，从而显示电压或电流的变化。
示波器定义与工作原理
模拟示波器
模拟示波器采用模拟电路技术，具有实时显示、高精度测量、低噪声等优点，但受限于带宽和稳定性。
参考文献2
陈伟，王五，李晓. 示波器在声速测量中的应用[J]. 实验技术与仪器，2015，31(2)：33-37.
参考文献3
THANK YOU.
谢谢您的观看
数字示波器
数字示波器采用数字信号处理技术，具有高精度、高分辨率、低噪声、高稳定性等优点，但需要一定的时间来处理数据。
示波器的种类与特点
1
示波器在科学实验中的应用
2
3
示波器在物理学、化学、生物学等科学领域中被广泛用于研究各种波动现象，例如声波、光波、电磁波等。
科学研究
在电子设备的设计、制造和维修中，示波器被用于测量电压、电流、频率等电参数，以及观察和分析电路的运行情况。
示波器调整的实验案例分析
04
示波器的使用（测声速）
大学物理实验声速的测量实验报告
大学物理实验声速的测量实验报告实验目的：
1. 掌握使用频率计测量频率的方法。
2. 掌握用相干法测量声速的方法。
3. 计算声速的大小。
实验原理：
在实验中使用了两种方法来测量声速。
首先，通过使用频率计测量频率的方法，可以计算出声波的频率。
其次，使用相干法测量声速的方法可以获得更为准确的结果。
实验步骤：
1. 将频率计连接到示波器上，并调整示波器的垂直位移和时间基准线。
然后使用示波器观察音叉的震动。
2. 从示波器的频率计读取频率信息。
3. 用相干法测量声速。
首先，先将一定距离内插入一个光栅。
通过观察出射光的相干度来确定光的相位差。
将光栅向远离音源的方向移动，并记录位移量和相位差。
4. 根据实验中测量所获得的结果，计算声速的大小。
实验结果：
1. 通过频率计测量出的音叉的频率为345.6Hz。
2. 通过相干法测量出的声速为342m/s。
实验分析：
两种方法所测出的声速值相差较大。
这是因为频率计所测量的只是频率，无法获得更多精确的信息，因此其测量结果存在一定
误差。
相干法则可以更加精确地测量声速，因为它可以测量实际的声源距离以及其他参数。
因此具有更高的准确度。
实验结论：
本次实验成功地掌握了使用频率计测量频率的方法以及相干法测量声速的方法，获得了精确的声速数值。
示波器的使用及声速的测定
1.驻波法测量声速的原理
由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波
与发射波叠加，叠加后合成波为：
y = ( 2Acos2πx/λ) cos2πft
cos2πx/λ=±1 的各点振幅最大称为波腹，对应的
位置：
X =±nλ/2
( n =0,1,2,3……)
cos2πx/λ = 0 的各点振幅最小称为波节，对应的
1.声速测定仪的谐振频率的调整
转动距离调节手把，使声速测试仪的发射端 和接收端的两个端面相距为1cm左右，并使 两个端面保持平行。调节信号发生器的频率 （换能器的谐振频率为37KHz左右），观察 示波器上波形幅度的变化，当接收到的信号 幅度最大时，记录信号发生器的频率f（f为谐 振频率），并在实验中保持f不变。
位置：
X = ±(2n+1) λ/4
( n =0,1,2,3……)
因此只要测得相邻两波腹的位置Xn、Xn-1即可得半 波长（ Xn-Xn-1） ，可算出声速。
2.相位比较法测量声速
从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所 以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：
⊿φ = 2πx/λ其中λ是波长，x为S1和S2之间
2.数据处理 驻波法实验数据 频率f = KHz 室温t = ℃ L = Xi+5－Xi
序号 Xi（cm) Xi+5－Xi
L
Li－L
12
345
6 7 8 9 10
波长 2 L
5
声速 V f
当温度为t 时，空气中声速
Vt V0
1 t 273 .15
相位法实验数据（计算方法同驻波法） 频率f = KHz 室温t = ℃ L = Xi+5－Xi
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【实验原理】
1．坐标法信号测量的周期和电压峰峰值
周期T=t/div/ × △T ，频率 f=1/T
电压的峰峰值UPP=U/div × △U (div)
2．光标法信号测量的周期和电压峰峰值
周期T=△T/n =(3.85ms/1)=3.85ms
电压的峰峰值UPP=△U
3. 李萨如图形的原理
fy
nx f x ny
不仅可以定性观察电路的动态过程，还可以定量测量电信 号的电压、电流、周期、频率、相位等各种参数。配合各 种传感器，还可以用于各种非电量的测量，如压力、声光 信号和人体各种生理参数。它是实验室或生产设备中最常 用的仪器设备之一
【实验目的】
1．了解示波器的主要结构和显示波形的基本原理。 2．学会使用信号发生器。 3．学会正确使用示波器观察波形以及测量电压、周期 和频率。
如图a。
图a
2、波形显示原理
如果在X轴偏转板加上波形为锯齿形的电压， 如图b所示。这时电子束在荧光屏上的亮点，
在波形线性上升时由左匀速地向右运动，当电
压突然返回（t = t1）时，亮点到达右端后 马上回到左端。这一过程不断重复，亮点只在 横向运动，在荧光屏上看到的是一条水平线， 如图b。 图b
2、波形显示原理
2. 观察李萨如图形 fx=500.0Hz
图形 Nx Ny fy（Hz） fy / fx = Nx / Ny
【课后思考题】 1. 用示波器观察波形时，如荧光屏上什么也看不到，会是那些原因，实
验中应怎样调出其波形？
2．用示波器观察波形时，示波器上的波形移动不稳定，为什么？应调节 哪几个旋钮使其稳定？
3． 测量时，为什么要将波形尽量调到满屏？n个周期长度尽量满屏？
4. 示波器的扫描频率远大于或远小于Y轴正弦波信号的频率时，屏上图 形将是什么情形？
声速的测定
【实验目的】 1. 通过测定声波在空气中传播的速度，了解声波的特性。 1.用共振干涉法和相位比较法测量空气中的声速，加深震动合成和波动干涉理论的 理解。 2.了解压电换能器的功能，进一步熟悉示波器、信号发生器的使用。
2. 观察和测量各种波形信号（正弦波、三角波、锯齿波、矩形波等）
将信号发生器输出信号输入CH2通道，选择触发源“SOURCE”为CH2， 使波形稳定；调节“VOLTS/DIV”和“TIME/DIV”得到一个以上完整周期且 图形尽可能占满屏幕的波形，观察和记录各信号的峰-峰值、周期和频率。 3. 观察李萨如图形
垂直控制 水平控制
触发控制
液晶显示屏 外触发输入 USB接口 逻辑分析仪接口 模拟信号输入 探头补偿信号输出
1、阴极射线管
如图所示，左端为一电子枪，电子枪加热后发出一束电子，电子经电场加速以 高速打在荧光屏上，在屏上形成一亮点在一定范围内，亮点的位移与偏转板上 所加电压成正比。
2、波形显示原理
（1）如果在Y轴偏转板上加正弦电压，波形 如图a，而X轴偏转板不加任何电压，则电子 束的亮点在纵方向随时间作正弦式振荡，在横 方向不动。我们看到的将是一条垂直的亮线，
相同的斜线时记录下接收器的位置li，连续测10个点，将数据记录表格中
【数据记录及处理】 1.仪器条件、温度测量值及共振频率记录
分度值 仪器 声速测定仪鼓轮 信号发生器 温度计 0.01mm 1Hz 0.005mm 1Hz 另表 37400Hz Δ 测量值
2. 驻波法测波长
共振次数n 测量次数i 1 0 li(mm) li+1- li (mm)
【数据记录及处理】 1. 观测信号数据
图形 正弦波 三角波 锯齿波 矩形波 四脉方波 八脉方波
待测信号频率（kHz）
电压灵敏度 （VOLTS/DIV），单位：
峰-峰垂直距离n1（格） 电压峰-峰值Up-p 电压有效值U 时间灵敏度 （TIME/DIV），单位： 周期个数n n个周期长度（格） 信号周期T，单位： 信号频率f，单位：
（2）要使显示的波形稳定，Y轴偏转板电压频率与X轴偏转板电压频率的 比值必须是整数，即
fy fx
n
n = 1,2,3,… （1）
要满足式(1),需在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置，称为“同 步”。在人工调节到接近满足式（1）的条件下，再加入“同步”的 作用，扫描电压的周期就能准确地等于待测电压周期的整数倍，从而 获得稳定的波形。
超声信号发生器 超声信号接收器 测微鼓轮 刻度尺
图4 声速测定仪
连接线路：将信号源的正弦波信号输出端与声速测定仪的超声波发生器连接（内正外负），示
波器CH1探极与正弦波信号输出端连接，示波器CH1探极与声速测定仪的超声波接收器连接， 两换能器间的距离调到5cm左右。 打开信号源电源，输出波形选正弦波，输出频率在30kHz-40 kHz。仔细调节示波器，使
2
3 4 5 6 7 8 9 10
1
2 3 4 5 6 7 8 9
3. 相位比较法测波长
测量次数i 1 2 3 4 共振次数n 0 1 2 3 li(mm) li+1- li (mm)
5
6 7 8 9
4
5 6 7
10
8
【课后思考题】
1. 分析实验误差的来源，比较两种测量方法的准确程度。 2. 产生驻波的调节是什么？ 3. 是否可利用此方法测定超声波在其他介质中的传播速度？
【实验内容】
1. 熟悉仪器 请参照有关内容，熟悉信号源及示波器面板上各按钮和旋钮的作用以及它们
的操作方法，特别应注意相关的注意事项。
2. 驻波法：逐步增加两换能器之间的距离，记录下每次信号振幅变化到最大 时的数据，此时接收换能器的位置li，连续测10点 3.相位比较法 保持相同连接，示波器水平显示选择X-Y，调节电压灵敏度，使屏幕上出现稳 定的、大小适中的李萨如图形，逐步增加两块换能器间的距离，屏幕上的李萨 如图形会做周期性的改变。选直线做初始状态，以后每当出现与初始直线斜率
4. 声速测量
示波器结构原理
扫描方式选择 测量功能选择 多功能旋钮
CH1基准线
水平调节
CH2基准线
扫描时间调节
信息字符， 由【READOUT】 旋钮调节亮度
触发模式选择
扫描选择
基本调节旋钮 外触发源输入端
测试方波信号
信号输入通道及调节旋钮
示波器面板示意图
初识前面板
多功能旋钮 菜单操作键 常用菜单 运行控制
屏幕上出现稳定的正弦波波形。此时示波器接收到的信号强度可能较弱，因此在调节时需适当
提高示波器的电压灵敏度以便放大信号。 寻找换能器的谐振频率ƒ0。调节信号源的输出频率，将输出频率从30kHz逐步增大，同时 仔细观察示波器屏幕上信号振幅的变化，当信号源的输出频率与换能器的谐振频率相差太大， 示波器上显示出的波形振幅就会很小甚至就是一条水平线（如左下图），当信号源的输出频率 与换能器的谐振频率接近甚至相等时，示波器上显示出的波形振幅达到最大（如右下图），此 时信号源的输出频率就是换能器的谐振频率。
（2）如果在Y轴偏转板上加 正弦电压，又在X轴偏转板 上加锯齿形电压，则荧光屏 上的亮点将同时进行方向互 相垂直的两种位移，其合成 原理如图8-5所示，描出了 正弦图形。如果正弦波与锯 齿波的周期（频率）相同， 这个正弦图形将稳定地停在 荧光屏上。
3.扫描与同步的作用
（1）要想看到Y轴偏转板电压的图形，必须加上X轴偏转板电压把它展开， 这个过程称为扫描。如果要显示的波形不畸变，扫描必须是线性的， 即必须加锯齿波。
预习思考题:
1.如果示波器是良好的，但由于各个旋钮位置并未调好，
荧光屏上看不见亮点，问哪几个旋钮位置不合适可能 会造成这种情况？应该怎样操作才能找到亮点？ 2.示波器和信号发生器都良好，但显示屏始终显示是二 条直线，这是什么原因造成的？如何解决？
【实验介绍】
示波器是显示电信号随时间变化波形的一种观测仪器。它
实验内容：
1.基本调节 接通电源开关，预热。 基本调节：各调节旋钮置于居中位置。按下扫描选择按钮A ，调节
INTEN “辉度”使扫描线亮度适中，过亮容易缩短示波器的使用寿命; 调
节“FOCUS”使扫描线清晰; 调节READOUT显示信息字符；调节X轴与 Y轴位移使扫描线位置居中。 将示波器自带校准方波信号分别输入两通道，熟悉各功能旋钮的使用， 练习单一通道和双通道的基本操作方法。