示波器自动检定系统
示波器自动检定系统
陆福敏
(上海市计量测试技术研究院200233)
=摘要>示波器自动检定系统是将微机技术与计量技术相结合,以提高示波器计量正确度、提高计量的工作效率、减轻计量人员的工作强度、规范计量证书格式、减少人为误差为宗旨而组建的。这篇文章从系统的组建原理和方法着手,详细介绍了利用G PIB技术组建自动测试系统的方法、GPI B接口卡的使用方法、可程控仪器的程控方法、各部分软件的功能及利用软件修正综合信号发生器输出信号的不平度的方法。文中所涉及的测试方法、测试项目、数据处理方法均符合JJG411-865300MHz宽带示波器6国家计量检定规程中的有关要求。
=关键词>自动测试系统;校准;示波器
1引言
示波器是一种最常用、最直观的,用于观察波形、研究脉冲参数的仪器,适用于各行各业,因此,示波器的检定量非常大。对示波器进行检定,一般是手工操作,需要同时操作数台标准器,步骤相当复杂,要对被检示波器的十几个项目参数进行重复测量、记录,要计算大量的数据,还要打印证书,检定人员摆脱不了这些枯燥单调的工作,这与当今飞速发展的科学技术非常不相协调。于是出现了这样一种情况,许多融合了现代科技的带有微处理器的可程控标准器和示波器只能用手动的方法进行操作,这不能不说是一种浪费,检定正确度的提高也受到一定的限制。现在,我们在示波器的检定中引入了微机,将计算机技术与计量技术结合起来,组建了一套示波器自动检定系统,使检定工作进入了一个全新时代,检定人员的工作效率提高了数倍,降低了劳动强度,摆脱了纸、笔、小计算器,使计量工作迈向了自动化。
2系统原理、组成框图及技术性能
在对各种类型的宽带示波器进行计量检定时,所需的标准器主要有示波器校准仪、稳幅信号发生器、频率计数器。随着微处理器的发
展,这些仪器已相继成为可
程控的仪器,带有标准的
GPIB接口,如果配上合适
的控制器)))微机,再编制
一套相应的控制软件,就可
以组成示波器自动检定系
统,其组成框图如图所示。
它的工作原理是这样
的,在微机的控制下,按照预
先编制的控制程序,示波器校准仪依次自动输出检定示波器所需的信号(如:检定垂直偏转系数时输出标准幅度信号,检定扫描时间系数时输出时标信号,检定瞬态响应时输出快沿脉冲信号),综合信号发生器输出检定示波器稳态频响和触发性能所需的稳幅正弦波信号,频率计测出校准信号的频率。微机对全部测试数据作误差计算,判断出检定结果合格与否,最后以中文方式打印出一份报告。
系统的技术性能如下:
幅度准确度优于0.5%电压偏差分辨率0.01%时标准确度优于0.01%时标偏差分辨率0.01%快前沿脉冲250ps 稳幅信号不平度优于0.3dB 频率范围50kHz~1000MHz 3综合信号发生器的频响修正
国家颁布的示波器计量检定规程规定,检定示波器的稳态频响必须用稳幅信号发生器,其电压不平度要优于0.3dB。本系统选用的FLUKE6060B综合信号发生器,电
压不平度出厂指标为1dB,若再加上高频同轴电缆的传输损耗,使得输入到示波器输入端的信号电压不平度可能大于1dB。这样,如果不经过修正就用于测量示波器的稳态频响,必然会产生测量误差,因此必须对此进行修正。修正的方法很多,本系统控制软件采用拉格朗日插值法的线性插值公式进行修正,具体的方法是这样的:先用标准接收机和标准功率计测出综合信号发生器经过高频同轴电缆输出的信号的频响,频率间隔为小于10MHz时,间隔1MHz;大于10MHz时,间隔为10MHz。将这一组频响数据输入软件,然后用线性插值法按相反的规律来修正。拉格朗日插值法的线性插值公式是:
若Y=f(X)在X0,X1处的值分别为Y0,Y1,则插值
L(X)=Y0+(Y1-Y0)(X-X0)/(X1-X0)
由于所测的频响曲线频率间隔比较密,利用上述公式求出的值L(X),与实际值的误差小于0.3dB。经过修正,输入到示波器的输入端的信号其电压不平度优于0.3dB。
4仪器的程控
本系统中的微机是通过GPIB接口与程控仪器交换指令和数据的,下面介绍微机是怎样发程控指令以及仪器程控指令的格式。
4.1GPIB接口卡
要将微机接入GPIB系统,必须为微机配置一块GPIB接口卡。接口卡的种类繁多,所用芯片各不相同,功能上有全也有简单的,实现三线握手的方法有用软件也有用硬件的。这里以日本NEC公司的L PD7210芯片组成的接口卡为例,介绍接口卡的应用。
表1G PIB接口卡指令表
指令作用
IBSYS%将微机设置为控制器并初始化
IBNSYS%将微机设置为听者和讲者并初始化
IBIFC%将母线上的仪器清除为不听、不讲状态
IBREN%使被寻址仪器自动成为遥控可能
IBALOC%使所遥控仪器成为本控方式
IBSLOC%将所选择的仪器置为本控方式
IBLLO%使处于遥控方式的仪器的面板旋钮不起作用IBSDC%将指定的仪器设置成初始状态
IBDCL%将母线上的仪器清除为初始状态
IBGET%使母线上的仪器同时开始工作
IBWRT%将所指定的仪器设置为听者、微机设置为讲者并发送数据
IBREAD%将所指定的仪器设置为讲者、微机设置为听者并接收数据
IBTLK%将微机设置为讲者并发送数据
IBLST%将微机设置为听者并接收数据
IBSPL%微机对指定的仪器作串行点名并接收状态字节IBPCNT%使微机把控功能转给另一控制器
该卡具有8个接口功能,即源握手功能、受者握手功能、基本讲功能、基本听功能、接口清除功能、遥控可能功能、器件清除功能和器件触发功能,可使微机在GPIB系统中起控制者的作用。随卡的软件包支持VBASIC语言,在VBASIC环境下,用CALL语句就可以调用GPIB指令。该卡的18条GPIB指令与作用见表1。调用表1中指令,就可使微机通过母线向挂在母线上的仪器发控制命令和从仪器接收测量数据了。
4.2NH4602示波器校准仪的程控方法
该示波器校准仪是国内第一台可程控校准仪,它的程控指令编码格式如表2。
表2示波器校准仪程控指令编码格式
指令码字节功能
M S D-0
M S D-1
TIM E/DIV及倍率
M S D-2触发周期与时间本控/遥控选择
M S D-3
M S D-4
M S D-5
偏差调节及电压/时间的偏差选择
M S D-6
M S D-7
VOLT/DIV及倍率
M S D-8输出方式及电压本控/遥控选择
每次发程控码时,必须按表2指定的格式一次发满九个字节的ASCII字符。例如要使示波器校准仪为如下状态:
T IME/DIV0.5L s
时标倍率@l
周期1L
时间R/L遥控
偏差T/V0%T
VOLT/DIV1mV
电压倍率@4
方式10kHz
电压R/L遥控
则程控指令格式为:AOAH@BAFE,当执行完下列例1的程序段:
例1:LSN%=I:ADR%=0
WRT$二/AOAH@BAFE0
CALL IBSYS%(ADR%,STA%)
CALL IBREN%(STA%)
CALL IBWRT%(LSN%,WRT$,STA%)
示波器校准仪就接收到了程控指令并按要求将仪器
调整到所指定状态,若要从示波器校准仪读取偏差值,只要执行完下列例2的程序段:
例2:TAK%=1:ADR%=0
RED$=SPACE$(40)
CALL IBSYS%(ADR%,STA%)
CALL IBREN%(STA%)
CALL IBREAD%(TAK%,RED$,STA%)
变量RED$内就存放有偏差值。
4.3PLUKE6060B综合信号发生器的程控方法
该综合信号发生器的程控方法比较简单,而且很直观,每次发出的程控指令字节数不受限制,可多可少,每条指令间用逗号隔开。例如要将综合信号发生器设置成如下状态:
频率210MH z
幅度6dBm
调制频率1000Hz
调频5kH z
内调频ON
调幅15%
外调幅ON
则程控指令格式为:FR210MZ,AP6DB,M Rl, FM5KZ,Fll,AMl5PC,AEl。仿照例1的程序段,将第一、第二语句改为:
LSN%=2:ADR%=0
WRT$=/FR210MZ,AP6DB,MRl,FM5KZ,F11, AM15PC,AE10
则执行完该程序后,综合信号发生器就按要求调整到了指定状态。
4.4RACAL9515频率计的程控方法
该频率计的程控指令格式与上述两种仪器不同,为两个ASCII字符,即一个字母后面跟一个数字,指令与指令之间直接连接,不用逗号分开。若要将仪器设置成下列状态:
A通道工作方式测频
分辨率10Hz
A通道工作方式直流耦合
A通道工作方式自动触发通道分离
则程控指令格式为:/FOG5A2COLAA0。仿照例1的程序段,将第一、第二语句改为:
LSN%=3:ADR%=0
WRT$=/FOG5A2COLAA0
则执行完该程序段后,频率计就按要求调整到了指定状态。仿照例2的程序段,将第一、第二语句改为:
TAK%=3:ADR%=0
RED$=SPACE$(20)
则执行完该程序段后,读取变量RED$就得到所测频率值。
5系统控制软件的编制
本系统的控制软件是一个以仪器控制为主、数据处理和管理为辅的、多个测量程序并列的软件,因此宜用模块化程序设计方法。这种方法思路清晰,阅读方便,有利于程序的修改、扩充。整个控制软件分成四个部分,第一部分为系统预置软件,装入GPIB接口卡驱动程序、鼠标器驱动程序等。
第二部分为被测示波器类型选择程序。按照示波器的分类法,可分成双踪双扫示波器、双踪单扫示波器、单踪单扫示波器,检定软件的编制也仿照这种分类法编制了三个通用的示波器自动检定软件。由于同类型的示波器性能差异很大,档级多少各不相同,软件尽可能考虑周到,按最大的组合来编制,因此软件复杂,操作时要将所检示波器的性能指标按微机提示输入到计算机,操作比较烦。为此,对于经常碰到的示波器,编制了专用的检定程序,将示波器的性能指标等一系列参数预先编入程序,这样大大方便了操作者。这部分的程序为一菜单式,菜单中除了通用检定程序、专用检定程序,还有一些管理文件,如生成或删除索引文件的程序等。
第三部分为系统控制软件的主体,对示波器的自动检定由这一部分程序完成。由于示波器的参数繁多,故采用菜单来选择检定项目。以双踪双扫示波器检定程序为例,可对下列示波器参数进行检定:
1.电性能检查(垂直位移特性、触发灵敏度)
2.校准信号(频率、幅度)
3.延迟特性(范围、晃动比、刻度线性)
4.扫描时间系数(A扫、B扫、扩展、线性)
5.垂直偏转系数(CH1、CH2、微调比)
6.瞬态响应(上升时间、上冲)
7.稳态频响(基准档、扩展档、带宽限制)
每个项目检定完成,自动给出结论,并及时存入磁盘。
第四部分为文件管理部分。当仪器检定完之后,操作人员按微机提示,依次输入被检示波器的名称、型号、编号、日期、制造商、送检者、检定者等等一些参数,软件将这些参数添加进索引文件以备索引,最后按国家计量检定规程规定的格式打印出证书。
6鼠标器的应用
人与微机的对话,一般是通过键盘进行的。一个标准键盘有101个键,在检定示波器中,只需用到几个键。要在101个键中找出几个键,对于不太熟悉键盘的人来说,并不太容易,而对熟悉键盘的人来说,在专心检定示波器、
注意力集中在示波器的屏幕上时,难免按错键而造成出错。应用了鼠标器之后,就可以基本脱离键盘。鼠标器上
有两个按键三种组合,即左键按下、右键按下、左右键同时按下,还有上、下、左、右的移动,经过合理安排,这七个动作完全够用。
在VBASIC环境下,有两种应用鼠标器的方法。一种是利用鼠标器指令,编入应用程序中,这种方法的特点是应用灵活,可随时变更鼠标器的按键功能,但编程比较复杂。另一种是利用鼠标器的POP-U P菜单程序,将鼠标器的七个动作对应标准键盘上的七个键,这种方法的特点是无需将鼠标器指令编入应用软件中,只要在POP-U P 菜单程序中设置好即可,缺点是在整个系统软件的操作过程中,不能变更七个动作所对应的键盘上的键,灵活性较差。本系统软件采用后者,鼠标器七个动作与键盘的对应关系及在程序中的作用如下:
鼠标器键盘作用
左键Y回答YES
右键N回答NO
左+右SPACE执行操作
上移{粗调(增量)
下移|粗调(减量)
左移z微调(增量)
右移y微调(减量)
The Automatic Calibrating System of Oscilloscope
L u Fumin
(Shanghai Institute of M easurement and
T est ing T echnolog y200233)
Abstract:T he article describes t he set-up of the A utomatic Calibrating System of Oscilloscope,by using G PIB technology, and the usag e of GP IB interface card and progr ammable instr u-ments.A lso,the article discusses the methods of technical pro-cessing on flatness of signal generator.
Key words:Auto matic system;Calibration;Oscilloscope
上海市计量测试学会动态
n2002年12月26日,上海市计量测试学会和上海市计量测试技术研究院联合召开了/远程计量校准学术报告会0。主讲人是中国工程院院士李同保教授和同济大学殳伟群教授。/远程计量校准0是当前国际上计量校准的前沿科学,为了使上海各计量校准实验室了解国际计量校准的最新发展动态,组织了上海市有关实验室主任、技术负责人、质量负责人等60余人参加,深受同行的欢迎。
n2003年1月7日~9日在上海核工业科技交流中心,上海市计量测试学会举办了/机械环境试验技术与设备研讨培训班0。参加培训的有来自华东地区的科研院所、检测机构、企事业单位的环境试验室负责人、技术人员近70人。随着我国加入WTO,对于产品质量的要求越来越高,环境试验是保证产品质量的重要一环。为提高我国机械环境试验技术和对振动台、冲击台、碰撞台等环境试验设备性能的了解,上海市计量测试学会邀请有关专家作了专题讲座:国内外环境试验标准的发展动态、可靠性试验强化技术、冲击碰撞试验方法和设备检定、振动台特性描述和选型、随机振动试验与系统检定方法等。培训班结束时,还对培训人员进行理论考核,并颁发了上海市计量测试学会培训证书。通过培训学习,对于专业技术人员掌握当前国内外发展趋势,提高检测技术水平起到了作用,受到与会者的一致好评。
(上海市计量测试学会办公室供稿)
示波器原理及其应用分析解析
示波器原理及其应用 示波器介绍 示波器的作用 示波器属于通用的仪器，任一个硬件工程师都应该了解示波器的工作原理并能够熟练使用示波器，掌握示波器是对每个硬件工程师的基本要求。 示波器是用来显示波形的仪器，显示的是信号电压随时间的变化。因此，示波器可以用来测量信号的频率，周期，信号的上升沿/下降沿，信号的过冲，信号的噪声，信号间的时序关系等等。 在示波器显示屏上，横坐标（X）代表时间，纵坐标（Y）代表电压，（注，如果示波器有测量电流的功能，纵坐标还代表电流。）还有就是比较少被关注的-亮度（Z），在TEK的DPO示波器中，亮度还表示了出现概率（它用16阶灰度来表示出现概率）。 1．1．示波器的分类 示波器一般分为模拟示波器和数字示波器；在很多情况下，模拟示波器和数字示波器都可以用来测试，不过我们一般使用模拟示波器测试那些要求实时显示并且变化很快的信号，或者很复杂的信号。而使用数字示波器来显示周期性相对来说比较强的信号，另外由于是数字信号，数字示波器内置的CPU或者专门的数字信号处理器可以处理分析信号，并可以保存波形等，对分析处理有很大的方便。
1.2.1 模拟示波器 模拟示波器使用电子枪扫描示波器的屏幕，偏转电压使电子束从上到下均匀扫描，将波形显示到屏幕上，它的优点在于实时显示图像。 模拟示波器的原理框图如下： 见上图所示，被测试信号经过垂直系统处理（比如衰减或放大，即我们拧垂直按钮－volts/div），然后送到垂直偏转控制中去。而触发系统会根据触发设置情况，控制产生水平扫描电压（锯齿波），送到水平偏转控制中。 信号到达触发系统，开始或者触发“水平扫描”，水平扫描是一个是锯齿波，使亮点在水平方向扫描。触发水平系统产生一个水平时基，使亮点在一个精确的时间内从屏幕的左边扫描到右边。在快速扫描过程中，将会使亮点的运动看起来
数字示波器水平扫描时间检定方法的研究
数字示波器水平扫描时间检定方法的研究 示波器是用量最多、用途最广的电子测量仪器，是观察和测量电子波形不可缺少的工具。随着科学技术的发展，数字示波器逐步代替模拟示波器，应用越来越广泛。针对数字示波器与模拟示波器的扫描时间工作原理不同，探讨了几种检定数字示波器水平扫描系数的方法。 标签：数字示波器；水平扫描时间；计量检定 1 前言 示波器作为一种通用测量仪器，在科研、教学、生产等方面得到广泛应用。它除了可以用于显示波形外，还可以用来测量各种波形参数。随着科学技术的发展，示波器从早期的模拟示波器发展至现阶段功能强大、性能卓越的数字示波器。数字示波器除了具有模拟示波器的功能外，还有强大的数据处理功能，在检定数字示波器时，扫描时间系数误差是必须检定的项目。由于数字示波器采用晶振作为其时间基准，时间测量准确度比起模拟示波器有了很大的提高，因此，检定数字示波器时间扫描准确度已不能照搬模拟示波器的检定方法。 2 示波器水平扫描工作原理 2.1 模拟示波器扫描时间工作原理 模拟示波器扫描系统，也称时基电路，用来产生一个随时间做线性变化的扫描电压，这种扫描电压随时间的变化关系如同锯齿，故称锯齿波电压，这个电压经过x轴放大器放大后加到示波管的水平偏转板上时，电子束产生水平扫描，这样屏幕上的水平坐标变成时间坐标，y轴输入的被测信号波形就可以在时间轴上展开。电子束在锯齿波电压的控制下，周而复始地从左到右沿x轴等速移动，这个过程被称之为”扫描”。由于光点在x轴的位置与时间有关，所以光点扫描的轨迹也称为”时间基线”，简称时基。扫描时基是指光迹在x方向偏转一格所对应的扫描时间，其单位是s/div、ms/div或μs/div。 2.2 数字示波器水平扫描工作原理 当信号进入数字示波器时，在信号到达显示器的偏转电路之前，示波器将按一定的时间间隔对信号进行采样。对输入信号进行采样的速度称为采样速率，由采样时钟控制，一般为每秒20MS/s到200MS/s，然后变换成二进制字，贮存在存储器中。数字示波器采用内置晶振作为时间基准，微处理器自动计算出两扫描点之间的时间差值，换算出相应的扫描时间并显示出来。数字示波器扫描时间的准确度主要取决于所采用晶振的频率准确度和稳定度，同时也与采样速率以及触发抖动有关，晶振的频率准确度一般为10-4～10-6量级。 3 模拟示波器和数字示波器水平扫描检定区别
示波器的基础学习知识原理和使用
示波器的原理和使用 示波器是一种用途广泛的基本电子测量仪器，用它能观察电信号的波形、幅度和频率等电参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差，一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。在实际应用中凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观测。 【实验目的】 1．了解示波器的基本结构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法。2．学会使用示波器观测电信号波形和电压幅值以及频率。 3．学会使用示波器观察李萨如图并测频率。 图1-1 示波器结构图 【实验原理】 不论何种型号和规格的示波器都包括了如图1-1所示的几个基本组成部分：示波管（又称阴极射线管，cathode ray tube，简称CRT）、垂直放大电路（Y放大）、水平放大电路（X放大）、扫描信号发生电路（锯齿波发生器）、自检标准信号发生电路（自检信号）、触发同步电路、电源等。 1．示波管的基本结构
示波管的基本结构如图1-2所示。主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，全都密封在玻璃壳体内，里面抽成高真空。 (1)电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“辉度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极电位之间电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚集作用，所以， H-灯丝；K-阴极；G1，G2- 控制栅极；A1-第一阳极；A2-第二阳极；Y-竖直偏转板；X-水平偏转板 图1-2 示波管结构图 第一阳极也称聚集阳极。第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚集”调节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚集”，实际是调节第二阳极电位。 (2)偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板，一对水平偏转板。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。 (3)荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料的荧光粉发光的颜色不同，发光过程的延续时间（一般称为余辉时间）也不同。荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测定光点的位置用。在性能较好的示波管中，将刻度线直接刻在荧光屏玻璃内表面上，使之与荧光粉紧贴在一起以消除视差，光点位置可测得更准。2．波形显示原理
数字示波器检定方法研究
第2卷第1期 信息与电子工程Vol No 1672-2892(2004)01-0065-05 数字示波器检定方法研究 郭伟民李 莉 中国工程物理研究院计量测试中心 摘 要针对其数字化的特点采用分项检定的方法带宽与上升时间等项目的检定 关键词检定方法上升时间 TM935.37 文献标识码 数字示波器正日益向宽带多功能发展技术指标较高虽然国家尚未出台检定规程 如出台了JJF1057-1998μè[1-7]1?óúêy×?ê?2¨?÷μ??ì?¨????ó?·?·¨éD?′′?3éò???òa??′óêμó? 1?μ???′???DDá?ì??÷ ?ù±??á11oí1¤×÷?-àíó??￡?aê?2¨?÷·￠éúá??? ′ó±??ˉòò′??ì?¨·?·¨ó??￡?aê?2¨?÷?èóD??±eó?óDáa?μ ?ì?¨ó|?÷òa????2aá?D??ü[2] ?è2éó??÷ μ￥????±ê·?±e?ì?¨???ì?¨óDèy???ù±?2aê? ?ì?¨ê?è?μ??1ó??￡êy±????÷ê?3?μè1??μ??ò?ì?D? μúèy??2aê?ê±?ùì?D??aàà?à??2aá???′óá??áêyμ? ×?è·D?2?ò??ìó??ùó|×￠òa?? ·? ??êy?Y?êá?ó°?ì?÷óD2?í??÷?ì?¨???? ó|±￡?¤?÷??éè??μ?o?àíD?oíè·?¨D?ò?°?2éó?êμê±2aá? ??á?éùó??÷??êy?§′|àí·?·¨ ??éù?áêy?·?úòyè?μ?2?è·?¨?èó|2é???÷3§ ?ò??2?í?2?êyμ?×?è·?¨ò?????3?2?êyμ?2aá??üê?×?è·?èá??? ????3?2?á?μ??ù′??÷3§éì??±é2éó?á?ó??ü?è·?2??úêy·¨?ù±?ò???μ?·?·¨ 模拟仪器检定中常采用调节误差表头的方式则采用检定标准直接给出确定值 检定时尽可能调用示波器的多种设置如多种触发功能在各检定项目中的运用 2003-10-092004-02-16 作者简介1970-男工程师主要是脉冲计量工作
示波器的原理与使用
实验七示波器的使用 【目的与任务】 1、了解低频信号发生器、交流毫伏表和示波器的结构和工作原理； 2、学会用示波器，观测电信号的波形并测量其电压、频率和周期； 3、学习用共振干涉法（即驻波法）测定声速。 【仪器与设备】 双踪示波器，声速测量仪，低频信号发生器（其上带有数字频率计），交流毫伏表，温度计等。 1、示波器 GOS—620型双踪示波器：频带宽度为0～20 MHz。有两垂直输入通道"CHl”和"CH2'’，可同时显示两个不同的电压信号波形以便进行分析比较，也可以把两个信号相加或相减后显示出来，还可以任选一个通道单独工作。可以从荧光屏上直接测出信号电压的幅度、频率(周期)。具有“X—Y工作方式”，将"CHI"作为水平通道、“CH2"作为垂直通道，可以观察由两通道输入的水平和垂直信号的合成图样，测出信号的频率和位相差。面板及各控制器件的作用简介见附录一。 2、低频信号发生器 MDl643/4函数信号发生器是一种小型便携式通用函数信号发生器，内部采用大规模精密函数信号发生集成电路，单片机控制，具有正弦波、三角波、方波、锯齿波、脉冲波等多种波形输出、频率范围0.2Hz～2MHz（7档调节）以及外部测频功能。它的结构和使用方法见附录二 3、交流毫伏表 现以GB—9B型电子管毫伏表说明交流毫伏表的使用方法。它可以测定正弦波电压的有效值，还可用来对无线电接收机、放大器和其它设备的电路进行测量。仪器带有分贝标尺，可用来作电平指示。 使用时，将两个输入接线柱短路。在核对仪器电源正确后，接通电源，待2－3分钟，此时电表指针将稍微偏转，看它是否回到零点，若指针不返回零点，则调节面板上的“零点校准”旋钮，调到零位，随后将面板上量程转换开关扳至所需的测量范围。再过十分钟后重调零点一次，即可进行测量。为降低测量误差和干扰，连接导线时应可靠地使毫伏表的地线接线柱与被测电路的零电位点相连。 4、声速测量仪 声速测量仪如图6所示，其上装有两个压电换能器S1、S2和螺旋测微器，转动手轮可以改变S1和S2的位置，它们之间的距离可由标尺读出。 【原理与方法】 示波器是一种用途广泛的电子测量仪器，用它能直接观察电压信号的波形，测定电压信号的幅度、频率等参数。一切能转化为电压信号的电学量(如电流、电功率、阻抗等)、非电学量(如温度、位移、速度、压力、光强、磁场、频率等)以及它们随时间的变化过程，都可用示波器进行观察和研究。由于电子射线的惯性小，又能在荧光屏上显示可见的图像，所以示波器特别适合于观察与测量瞬时变化过程。 示波器的种类型号很多，一般分为单踪示波器和双踪示波器，功能也各不相同，但都是由电子示波管、衰减电路、放大电路、扫描与整步电路、触发器选择逻辑电路、电源等部分
模拟示波器的使用1
参考规范报告： 模拟示波器的使用 一、实习目的 1．熟悉实验室的示波器、稳压电源、函数信号发生器的使用方法。 2．利用示波器观察信号波形，测量振幅和周期(频率)。 二.实习设备与元器件 1.数字万用表（UA58A）一块 2.稳压电源（SS3323）(SS1792F)一台 3.模拟示波器（GOS-620）一台 4.函数信号发生器（EE1641D）(EE1641B1)一台 三、仪器原理及使用说明 1.直流稳压电源 本实验室使用的是SS1792F三路可调直流稳压电源。能输出两路0-32V （0-3A）连续可调直流稳压电源和一路3-6V（5A）直流稳压电源所组成。 2.函数信号发生器 本实验室采用EE1641B1函数信号发生器。能直接产生3-3MHz正弦波，三角波，方波，锯齿波和脉冲波，且具有VCF输入控制功能。TTL / CMOS与OUTPUT 同步输出。直流电平可连续调节，频率计可作内部频率显示，也可作外测频率，电压用LED显示。 3. 模拟示波器（GOS-620）是一种小巧、台式的可以进行以接地电平为参考点测量的双踪示波器，式采用阴极射线管显示，能同时测量0-20MHz（1mV-200V）的信号。GOS-620有两输入通道，三种藕合方式；四种显示方式。 四.实习内容和数据测量及处理 1．用示波器和数字万用表测量直流电压。 选用直流稳压电源的CH1或CH2输出端，打开稳压电源（POWER）调节电流输出调节（CURRENT）为0.50。此时CH1、CH2或CH3都有电压输出。调节电压调节旋钮（VOLAGE）使直流稳压电源的面板数字指示分别为表中的数字。再分别用数万用表的直流电压档和模拟示波器的ＤＣ耦合对直流稳压电源的输出电压进行测量．将测量的结果分别填入表中。 2．用信号发生器分别输出f=100HZ,Vpp=5V； f=1000HZ,Vpp=300mV的不同信号，分别用GOS-620示波器，测出其峰峰值、频率、周期，并于信号发生器的输出比较。
示波器的原理和使用
示波器的原理和使用 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) 掌握模拟示波器和函数信号发生器的使用方法； (3) 观察正弦、矩形、三角波等信号发生器的使用方法； (4) 通过示波器观察李萨如图形，学会一种测量正弦振动频率的方法，并加深对互相垂直振动合成理论的理解。 实验方法原理 (1) 模拟示波器的基本构造 示波器主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描信号放大器、触发同步等几个基本部分组成。 (2) 示波器显示波形原理 如果只在垂直偏转板上加一交变正弦电压，则电子束的亮点随电压的变化在竖直方向上按正弦规律变化。要想显示波形，必须同时在水平偏转板上加一扫描电压，使电子束所产生的亮点沿水平方向拉开。 (3) 扫描同步 当扫描电压的周期T x 是被观察周期信号的整数倍时，扫描的后一个周期扫绘的波形与前一个周期完全一样，荧光屏上得到清晰而稳定的波形，这叫做信号与扫描电压同步。 (4) 多踪显示 根据开关信号的转换频率不同，有两种不同的时间分割方式，即“交替”和“断续”方式。 (5) 观察李萨如图形并测频率 x y y x f f N Y N X =数方向切线对图形的切点数方向切线对图形的切点 实验步骤 (1) 熟悉示波器各控制开关的作用，进行使用前的检查和校准。 (2) 将信号发生器的输出信号连接到示波器的CH1或CH2，观察信号波形。 (3) 用示波器测量信号的周期T 、频率f 、幅值U 、峰－峰值Up-p 、有效值Urms,频率和幅值任选。 (4) 观察李萨如图形和“拍”。 (5) 利用多波形显示法和李萨如图形判别法观测两信号的相位差 ① 多波形显示法观测相位差。 ② 李萨如图形判别法观测相位差。 数据处理 0p p u p p =-= --显显U U U E 000=-=T T T E T π 2 4 44 2 4 π2 0 频率相同位相不同时的李萨如图形
示波器的工作原理与使用
河南科技大学实验教学教案 课程名称大学物理实验A 指导教师李海生
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预习及实验课前提问： 1．示波器中第一阳极和第二阳极的作用分别是什么？ 解答：第二阳极电位比第一阳极高，当第一阳极与第二阳极间电位差调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，使屏上光斑成为明亮、清晰的小圆点，面板上的“聚焦”旋钮是用来调节第一阳极电位的，所以，第一阳极又称为聚焦阳极。第二阳极称为加速阳极。有些示波器还有“辅助聚焦”旋钮，是用来调节第二阳极电位的。 2．锯齿波如何形成？ 解答：如果只在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，则电子束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运动，如果电压频率较高，则看到的将是一条竖直亮线。要显示出波形，必须同时在水平偏转板上加一个扫描电压，使电子束的亮点同时沿着水平方向拉开。这种扫描电压的特点是电压随时间成线性关系增加到最大值，然后突然回到最小，此后再重复地变化。扫描电压随时间变化的关系曲线形同“锯齿”，故称“锯齿波”。 3．扫描图形在荧光屏上显示向左或向右移动的波形，为什么？如何使其稳定？ 解答：要在示波器荧屏上获得稳定的波形，被测信号的频率Y f 必须为扫描电压（锯齿波）频率X f 的整数（N ）倍，即有 X Y Nf f ，如果被测信号与锯齿波两者频率不满足上述整倍数的关系，每次扫描显示的图形就不能重合，结果荧光屏上呈现向左或向右移动的波形，这样就难以对信号进行观察和测量。必须设法调节使两者频率自动保持整数比。 实验原理： 示波器的结构主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描发生器、触发同步电路等组成。示波管是示波器的心脏部分，它是由电子枪、偏转系统、荧光屏构成。从电子枪发射出的电子束，经过加速电极和聚焦电极打到荧光屏上，形成一亮点。在偏转板上加适当电压，电子束的运动方向将发生偏转。当在y 板上加一交变信号时，在屏上将看到一条竖直亮线。若要观察交变信号的波形，需在x 板上加一锯齿波(扫描)电压，此电压由示波器内部提供。由于采用触发扫描方式，使得每一次扫描的起点位置都相同，因而得到的波形是稳定的。若在x 板和y 板上分别加上正弦信号，当他们的频率比为整数比时，屏上显示的稳定波形称为李萨如图形。频率比不同，李萨如图形的形状也不同。该图形在水平方向的切点数x n 和图形在垂直方向的切点数y n 与频率之间存在下列规律：
示波器的原理与使用实验报告
大学物理实验报告 实验名称示波器的原理与使用 实验目的与要求： （1）了解示波器的工作原理 （2）学习使用示波器观察各种信号波形 （3）用示波器测量信号的电压、频率和相位差 主要仪器设备： YB4320G 双踪示波器，EE1641B型函数信号发生器 实验原理和内容： 1.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。 2. 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： 3. 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： 1. 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 h a U p p ?=-， 1)(-?=l b f 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V/div 或mV/div ； h 为输入信号的峰-峰高度， 单位div ； b 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s/div 、ms/div 或μs/div ； l 为输入信号的单个周期宽度， 单位div 。 （1） 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。 （2） 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
示波器的原理和使用方法
示波器的原理和使用方法 在数字电路实验中，需要使用若干仪器、仪表观察实验现象和结果。常用的电子测量仪器有万用表、逻辑笔、普通示波器、存储示波器、逻辑分析仪等。万用表和逻辑笔使用方法比较简单，而逻辑分析仪和存储示波器目前在数字电路教学实验中应用还不十分普遍。示波器是一种使用非常广泛，且使用相对复杂的仪器。本章从使用的角度介绍一下示波器的原理和使用方法。 1 示波器工作原理 示波器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。 1．1 示波管 阴极射线管(crt)简称示波管，是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。正如图1所示，电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内，构成了一个完整的示波管。 1．荧光屏 现在的示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。 当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10％所经过的时间叫做“余辉时间”。余辉时间短于10μs为极短余辉，10μs—1ms为短余辉，1ms—0．1s为中余辉，0．1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。 由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛。 2．电子枪及聚焦 电子枪由灯丝(f)、阴极(k)、栅极(g1)、前加速极(g2)(或称第二栅极)、第一阳极(a1)和第二阳极(a2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极，阴极受热发射电子。栅极是一个顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低，对阴极发射的电子起控制作用，一般只有运动初速度大的少量电子，在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔，奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低，则全部电子返回阴极，即管子截止。调节电路中的w1电位器，可以改变栅极电位，控制射向荧光屏的电子流密度，从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极g2与a2相连，所加电位比a1高。g2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。 电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程。第一次聚焦由k、g1、g2完成，k、k、g1、g2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在g2、a1、a2区域，调节第二阳极a2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦。a1上的电压叫做聚焦电压，a1又被叫做聚焦极。有时调节a1电压仍不能满足良好聚焦，需微调第二阳极a2的电压，a2又叫做辅助聚焦极。 3．偏转系统 偏转系统控制电子射线方向，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波
示波器的原理和使用
清华大学实验报告 系别：机械工程系班号：机械72班姓名：车德梦（同组姓名：）作实验日期2008年11月19日教师评定： 实验3.12 示波器的原理和使用 一、示波器的原理 示波器的规格和型号很多，就其显示方式来说主要有阴极射线示波管和液晶显示两种。阴极射线示波器一般都包括示波管（阴极射线管，CRT）、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。 1．示波管的基本结构 示波管主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分，全都密封在玻璃外壳内，里面抽成高真空。 （1）电子枪：由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。灯丝通电后加热阴极，阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。控制栅极是野鸽顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制
作用，只有初速度较大的电子才能穿过其顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。可以通过调节札记电位来控制射向荧光屏的电子流密度从而改变荧光屏的光斑亮度。当控制栅极、第一阳极和第二阳极三者的电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦的作用，所以第一阳极也称聚焦阳极，第二阳极电位更高，又称加速阳极。 （2）偏转系统：它有两队互相垂直的偏转板组成，一对竖直偏转板和一对水平偏转板，加以适当电压可以使电子束运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上产生的光斑位置发生改变。 （3）荧光屏：屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同材料的荧光粉发光的颜色不同，发光过程的延续时间（一般成为余辉时间）也不同。在性能好的示波管中，荧光屏玻璃内表面上直接刻有坐标刻度，供测定光点位置用。荧光粉紧贴坐标刻度以消除视差，光点位置可测得准确。 2．示波器显示波形的原理 如果在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，同时在水平偏转板上加一扫描电压（锯齿波电压），电子受竖直、水平两个方向的力的作用，电子的运动是相互垂直的运动的合成。当锯齿波电压与正弦电压的变化周期相等时，在荧光屏上将能显示出完整周期的所加正弦电压的波形图。 3．同步的概念 如果正弦波和锯齿波电压的周期稍不同，屏上出现的将是一移动着的不稳定图形。如果T x稍小于T y，屏上显示的波形每次都不重叠，好像波形在向右移动。同理，如果T x比T y稍大，则好像在向左移动。以上描述的情况在示波器使用过程中经常会出现。其原因是扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不呈整数倍，以致每次扫描开始时波形曲线上的起点均不一样所造成的。 为了获得一定数量的完整周期波形，示波器上设有“TIME/DIV”（时间分度）调解旋钮，用来调节锯齿波电压的周期T x（或频率f x），使之与被侧信号的周期T y（或频率f y）呈合适的关系，从而，在示波器屏上得到所需数目的完整的被测波形。 输入Y轴的被测信号与示波器内部的锯齿波电压是互相独立的。由于环境或其它因素的影响，它们的周期会发生微小的改变。为此示波期内装有扫描同步装置，在适当调节后，让锯齿波电压的扫描起点自动跟着被测信号改变，这就称为整步（或同步）。调节示波器面板上的“TRIG LEVER（触发电平）”一般能使波形稳定下来。 4．利萨如图形的基本原理 如果示波器的X和Y输入时频率相同或者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，这种轨迹图形称为利萨如图形。如果做一个限制光点x、y方向变化范围的假象方框，则图形与此框相切时，横边上的切点数n x与竖边上的切点数n y 之比恰好是Y和X输入的两正弦信号的频率之比。若出现有端点与假想边框相接时，，应把一个端点计为半个切点。所以利用利萨如图形可以方便地比较出两个正弦信号的频率。若已知其中一个信号的频率，数出图上的切点数n x和n y，便可算出另一待测信号的频率。
示波器的调节与使用
数字示波器的调节与使用 一、实验目的 1.了解示波器的结构与示波原理 2.掌握示波器的使用方法，学会用示波器观测各种电信号的波形 3.学会用示波器测正弦交流信号的电压幅值及频率 4.学会用李萨如图法，测量正弦信号频率 二、实验仪器 RIGOL DS1000E型数字存储示波器，ＤＧ１０２２函数波形发生器 三、实验原理 1、双踪示波器的原理： 双踪示波器控制电路主要包括：电子开关、垂直放大电路、水平放大电路、扫描发生器、同步电路、电源等。 Y CH1 Y CH2 图1. 双踪示波器原理方框图 其中，电子开关使两个待测电压信号YCH1和YCH2周期性地轮流作用在Y偏转板，这样在荧光屏上忽而显示YCH1信号波形，忽而显示YCH2信号波形。由于荧光屏荧光物质的余辉及人眼视觉滞留效应，荧光屏上看到的是两个波形。 如果正弦波与锯齿波电压的周期稍不同，屏上出现的是一移动的不稳定图形，这是因为扫描信号的周期与被测信号的周期不一致或不呈整数倍，以致每次扫描开始时波形曲线上的起点均不一样所造成的。为了获得一定数量的完整周期波形，示波器上设有“time/div”调节旋钮，用来调节锯齿波电压的周期，使之与被测信号的周期呈合适的关系，从而显示出完整周期的正弦波形。
当扫描信号的周期与被测信号的周期一致或是整数倍，屏上一般会显示出完整周期的正弦波形，但由于环境或其他因素的影响，波形会移动，为此示波器内装有扫描同步电路，同步电路从垂直放大电路中取出部分待测信号，输入到扫描发生器，迫使锯齿波与待测信号同步，此称为“内同步”。如果同步电路信号从仪器外部输入，则称为“外同步”。 2．示波器显示波形原理： 如果在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波，在示波器的X偏转板加上示波器内部的锯齿波，当锯齿波电压的变化周期与正弦电压的变化周期相等时，则在荧光屏上将显示出完整周期的正弦波形，如图2所示。如果在示波器的YCH1、YCH2端口同时加上正弦波，在示波器的X偏转板加上示波器内部的锯齿波，则在荧光屏上将得到两个正弦波。 图2.示波器显示正弦波形的原理 3、数字存储示波器的基本原理 数字存储示波器的基本原理框图如图3所示： 图3.数字存储示波器的基本原理框图 数字示波器是按照采样原理，利用A/D变换，将连续的模拟信号转变成离散的数字序列，然后进行恢复重建波形，从而达到测量波形的目的。 输入缓冲器放大器（AMP)将输入的信号作缓冲变换，起到将被测体与示波器隔离的作用，示波器工作状态的变换不会影响输入信号，同时将信号的幅值切换至适当的电平范围（示波器可以处理的范围），也就是说不同幅值的信号在通过输入缓冲放大器后都会转变成相同电压范围内的信号。 A/D单元的作用是将连续的模拟信号转变为离散的数字序列，然后按照数字序列的先后顺序重建波形。所以A/D单元起到一个采样的作用，它在采样时钟的作用下,将采样脉冲到来时刻的信号幅值的大小转化为数字表示的数值。这个点我们称为采样点。A/D转换器是波形采集的关键部件。 多路选通器（DEMUX）将数据按照顺序排列，即将A/D变换的数据按照其在模拟波形上的先后顺序存入存储器，也就是给数据安排地址，其地址的顺序就是采样点在波形上的顺序，采样点相邻数据之间的时间间隔就是采样间隔。 数据采集存储器（Acquisition Memory)是将采样点存储下来的存储单元，他将
示波器 波形显示原理 示波器使用
3.1 波形显示原理 示波器是电子示波器的简称，是一种用途极为广泛的电子测量仪器。它的基本原理是利用电子束轰击阴极射线管（CRT），并使它发光来产生肉眼可见的光点。我们知道，电子学中的信号大都是时间的变量，信号随时间的变化可用函数f(t)来描述。在示波器上，如果用X轴代表时间，用Y轴代表f(t)，来描绘出被测信号随时间的变化规律，就把我们肉眼看不见的，非常抽象的电信号变化过程，转换为肉眼可以直接观看的波形，在荧光屏上显示出来，从而可以对电信号进行分析并测量其参数。示波器可以测量很多电参数，如电压、电流、功率、频率、周期、相位、脉冲宽度、脉冲上升及下降时间等。如果配上相应的传感器，还可以用来测量温度、压力、振动、密度、声、光、热、磁效应等非电量。因而示波器在各个领域中得到了越来越多的应用。 示波器对电信号的分析是按时域法进行的，研究信号的瞬间幅度与时间的函数关系，因此有捕获、显示及分析时域波形的功能。作为实验室常用的电子测量仪器，它具有下述特点： ①具有良好的直观性，能显示波形，能测信号瞬时值。 ②灵敏度高，显示速度快，工作频带宽，可方便观察瞬变信号细节。 ③输入阻抗高（MΩ级），对被测电路影响小，这对测量精度是很重要的。 ④是一种信号比较器，可显示、分析任意两个量之间的函数关系。 无论现在和将来，电子示波器都是一种不可缺少的电子测量仪器，它正向自动化、智能化方向发展。 3．1．1 波形显示原理 1．示波管工作原理： 电子示波器的心脏是示波管，又称阴极射线管（CRT），它是一种特殊的电子管，是能够把电信号转换为光信号的显示器件，因此是示波器能观测电信号波形的关键器件。示波管主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，它的基本结构如图2－1所示。 图3-1：示波管的基本原理图 电子枪的作用是产生极细的高速电子束，轰击荧光屏产生光点。目前绝大多数示波管采用无阳极电流型电子枪，它由灯丝（F）、阴极（K）、控制栅极（G）、第一阳极（A1）和第二阳极（A2）组成。除灯丝电极外，其余电极的结构均为金属圆筒形，且所有电极的轴心都保持在同一条轴线上。从电子枪射出的电子束，若不受电场的作用，则将沿直线前进在荧光屏上显示出静止光点；如果电子束受到垂直方向的电场作用，则其运动方向就会在垂直方向偏离中心轴线，即光屏上的光点位置就会在垂直方向产生位移。如电子束受到水平方向的电场作用，则其运动方向就会在水平方向偏离中心轴线，即荧光屏上的光点位置就会在水平方向产生位移。示波管第二阳极和荧光屏之间由两对互相垂直的偏转板X和Y组成静电偏转系统，分别称为水平偏转板和垂直偏转板；在每对偏转板上加上适当电压，分别控制电子束在水平方向和垂直方向的位移，根据运动的合成法则，两对偏转板共同配合，就决定了任一
示波器的原理及使用
实验4—11 示波器的原理及使用 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，它可以直接观察电信号的波形，测量电压的幅度、周期(频率)等参数。用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差或相位差，一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。在实际应用中凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量(如压力、温度、磁感应强度、光强等)都可以用示波器来观测。 【实验目的】 1.了解示波器的基本结构和工作原理，掌握示波器和信号发生器的基本使用方法。 2.学会使用示波器观察电信号波形，测量电压幅值及频率。 3.掌握利用李萨如图形测量频率的实验方法。 【实验原理】 不论何种型号和规格的示波器都包括了如图4-11-1所示的几个基本组成部分：示波管（又称阴极射线管，cathode ray tube，简称CRT）、垂直放大电路（Y放大）、水平放大电路（X放大）、扫描信号发生电路（锯齿波发生器）、自检标准信号发生电路（自检信号）、触发同步电路、电源等。 图4-11-1 示波器基本组成框图 1.示波原理 在中学物理课中有一个演示振动图形的沙斗实验，装置如图4-11-2所示。图中P为平面板，能在X方向上作匀速直线运动。S为沙斗，斗内装上细沙，细沙能从斗的下端慢慢漏出，沙斗通过细绳连接在支架H上，构成单摆。假定此单摆在与X的垂直方向Y上振动，P在X
实验4—11 示波器的原理及使用 95 方向匀速运动，那么在平面板上将有漏沙的径迹，这就是单摆的振动图线——正弦曲线。根据曲线和匀速运动的速率v 不难求得振动周期（或频率）和振幅等物理量的大小。 示波器的示波原理和沙斗实验中平面板上漏沙径迹的道理相同。 1） 如果仅在垂直偏转板上（Y 偏转板）加正弦交变电压U ()y t ，则电子束在荧光屏上所产生的亮点位置随着电压在y 方向作往复运动。如果电压频率较高，由于人眼的视觉暂留现象，则看到的是一条竖直 亮线，其长度与正弦交变电压的峰—谷值P P V 成正比。如图4-11-3所示。 图4-11-3 垂直偏转板加正弦交变电压 图4-11-4 水平偏转板加锯齿电压 图4-11-5 波形显示原理图 2）如果在水平偏转板（X 偏转板）加上扫描发生器所输出的扫描（锯齿）电压()x U t ，则能使y 轴方向所加的被观察信号电压()y U t 在空间展开，与沙斗实验中的平面板P 有同样 图4-11-2 沙斗实验
数字示波器及其简单原理图
数字示波器及其简单原理图 数字示波器可以分为数字存储示波器（DSO）数字荧光示波器（DP09、混合信 号示波器（MSO9和米样示波器。 数字式存储示波器与传统的模拟示波器相比，其利用数字电路和微处理器来增强对信号的处理能力、显示能力以及模拟示波器没有的存储能力。数字示波器的基本工 作原理如上图所示当信号通过垂直输入衰减和放大器后，到达模-数转换器（ADC。ADC 将模拟输入信号的电平转换成数字量，并将其放到存贮器中。存储该值得速度由触发电路和石英晶振时基信号来决定。数字处理器可以在固定的时间间隔内进行离散信号的幅值采样。接下来，数字示波器的微处理器将存储的信号读出并同时对其进行数字信号处理，并将处理过的信号送到数-模转换器（DAC、，然后DAC的输出信号去驱动垂直偏转放大器。DAC也需要一个数字信号存储的时钟，并用此驱动水平偏转放大器。与模拟示波器类似的，在垂直放大器和水平放大器两个信号的共同驱动下，完成待测波形的测量结果显示。数字存储示波器显示的是上一次触发后采集的存储在示波器内存中的波形，这种示波器不能实时显示波形信息。其他几种数字示波器的特点，请参考相关书籍。
Agile nt DSO-X 2002A 型数字示波器面板介绍 Rm — "P SiD (l#~j a o o o a 二 Mr 强 ； A T ef kiLol&￡i^ li^fiiu]\'ioan Svaixli | Analiif] PnOi 伽 Fui￡ Dto-X :ua ；A [*■4■討心十!?山皿町 p . * 3 ? ? ? 山唤附■血品 1 lnlensity(^fe ) 2 Entry HW 3 LCD^TF ◎IWI 控制 S 模拟示波器的使用方法简介 本节介绍示波器的使用方法。示波器种类、型号很多,功能也不同。数字电路实验中使用较多的是20MHz或者40MHz的双踪示波器。这些示波器用法大同小异。本节不针对某一型号的示波器,只是从概念上介绍示波器在数字电路实验中的常用功能。 2.1 荧光屏 荧光屏是示波管的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线,指示出信号波形的电压和时间之间的关系。水平方向指示时间,垂直方向指示电压。水平方向分为10格,垂直方向分为8格,每格又分为5份。垂直方向标有 0％,10％,90％,100％等标志,水平方向标有10％,90％标志,供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V／DIV,TIME／DIV)能得出电压值与时间值。 2．2 示波管和电源系统 1．电源(Power) 示波器主电源开关。当此开关按下时,电源指示灯亮,表示电源接通。 2．辉度(Intensity) 旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可小些,高频信号时大些。一般不应太亮,以保护荧光屏。 3．聚焦(Focus) 聚焦旋钮调节电子束截面大小,将扫描线聚焦成最清晰状态。 4．标尺亮度(Illuminance) 此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。正常室内光线下,照明灯暗一些好。室内光线不足的环境中,可适当调亮照明灯。 2．3 垂直偏转因数和水平偏转因数 1．垂直偏转因数选择(VOLTS／DIV)和微调 在单位输入信号作用下,光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度,这一定义对X轴和Y轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为cm/V,cm／mV或者DIV／mV,DIV／V,垂直偏转因数的单位是V／cm,mV／cm或者V／DIV,mV／DIV。实际上因习惯用法和测量电压读数的方便,有时也把偏转因数当灵敏度。 踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按1,2,5方式从 5mV／DIV到5V／DIV分为10档。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如波段开关置于1V／DIV档时,如果屏幕上信号光点移动一格,则代表输入信号电压变化1V。 电子测量实验 --示波器的原理和应用 学生姓名： 学号： 院（系）： 专业： 示波器的原理和应用 【目的】 1. 了解示波器的主要组成部分，扫描和同步的作用原理，加深对信号合成的理解。 2. 熟练使用示波器观察信号特征（正弦波、三角波、方波），利用李萨如图形测量信号频率。 【重点】 了解示波器的基本结构、工作原理及使用方法。 【难点】 1.熟练掌握示波器各主要旋钮的作用和用法。 2.能使用示波器观察信号特征（正弦波、三角波、方波），且会利用李萨如图形测量信号频率。【预习问题】 1. 示波器的工作原理以及主要组成部分是什么？其主要用途有哪些？ 2. 如何使用示波器观察各种信号特征以及测量信号频率？ 一、实验原理 示波器动态显示随时间变化的电压信号思路是将电压加在电极板上，极板间形成相应的变化电场，使进入这变化电场的电子运动情况相应地随时间变化，最后把电子运动的轨迹用荧光屏显示出来。示波器主要由示波管（见图1））和复杂的电子线路构成。示波器的基本结构见图2。 图1 示波管示意图 1.偏转电场控制电子束在视屏上的轨迹 偏转电压U 与偏转位移Y （或X ）成正比关系。如图3所示：y U Y 。 图3偏转电压U 与偏转位移Y 如果只在竖直偏转板（Y 轴）上加一正弦电压，则电子只在竖直方向随电压变化而往复运动，见图4a 。要能够显示波形，必须在水平偏转板（X 轴）上加一扫描电压，见图4b 。 图4a 信号随时间变化的规律 （加在Y 偏转板） 图4b 锯齿波电压（加在X 偏转板） 示波器显示波形实质：见图5，沿Y 轴方向的简谐运动与沿X 轴方向的匀速运动合成的一种合运动。显示稳定波形的条件：扫描电压周期应为被测信号周期的整数倍，即T x =nT y （ n=1，2，3…）（见图6） 2.同步扫描（其目的是保证扫描周期是信号周期的整数倍） （1）同步的概念：为了显示如图5所示的稳定图形，只有保证正弦波到I y 点时，锯齿波正好到i 点，从而亮点扫完了一个周期的正弦曲线。由于锯齿波这时马上复原，所以亮点又回到A 点，再次重复这一过程。光点所画的轨迹和第一周期的完全重合，所以在荧光屏上显示出一个稳定的波形，这就是所谓的同步。 由此可知同步的一般条件为： T x = nT y ，n = 1，2，3… 图2 示波器的基本结构简图模拟示波器的使用方法简介
实验一、示波器的原理及使用