大学物理实验——示波器的使用实验报告

实验3.11 示波器的原理与使用

实验者姓名：XXX 同组者姓名：XXX 实验日期：20XX.X.X

一、实验目的

1、了解示波器的基本结构和工作原理。

2、利用示波器观察测量正弦波、方波、锯齿波的振幅、频率。

3、观察电子束垂直正弦振动合成的轨迹（李萨如图形）并测定正弦振动频率比。

二、实验仪器

通用AOS1022C型数字存储示波器，TFG1900A型函数信号发生器。

三、实验原理

示波器是利用示波管内电子束在电场或磁场中的偏转，显示电压信号随时间变化波形的一种电子观测仪器。在各行各业与各个研究领域都有着广泛的应用。其基本结构与工作原理如下

1、示波器的基本结构与显示波形的基本原理

示波器种类很多，基本都包括几个组成部分：示波管（CRT）、竖直信号放大器（Y放大）、水平信号放大器（X放大）、扫描信号发生器、触发同步系统和直流电源等。

示波管是示波器的核心部件，如图1所示。可细分为电子枪、偏转系统和荧光屏三部分，均密封在抽成高真空的玻璃外壳内。

F灯丝，K阴极，G控制栅极，A1、A2第一、第二阳极，Y、X竖直、水平偏转板

图1示波管结构简图

1）电子枪

电子枪包括灯丝，阴极，控制栅极，第一阳极，第二阳极五部分。阴极被灯丝加热后，可沿轴向发射电子。并在荧光屏上显现一个清晰的小圆点。

2）偏转系统

偏转系统由两对互相垂直的金属偏转板X和Y组成，分别控制电子束在水平方向和竖直方向的偏转。

从电子枪射出的电子束若不受横向电场的作用，将沿轴线前进并在荧光屏的中心呈现静止的光点。若受到横向电场的作用，电子束的运动方向就会偏离轴线，屏上光点的位置就会移动。X偏转板之间的横向电场用来控制光点在水平方向的位移，Y偏转板用来控制光点在竖直方向的位移。如果两对偏转板都加上电场，则光点在二者的共同控制下，将在荧光屏平面二维方向上发生位移。

3）荧光屏

荧光屏上涂有荧光粉，它的作用是将电子束轰击点的轨迹显示出来以供观测。 4）显示波形的原理

在竖直偏转板上加一交变正弦电压，可看到一条竖直的亮线，如图3所示。在水平偏转板上加“锯齿波电压”扫描电压，使荧光屏上的亮点沿水平方向拉开。电子的运动是两相互相垂直运动的合成。当锯齿波电压与正弦电压的变化周期相等时，在荧光屏上将显示出一个稳定的正弦电压波形图如图4所示。

当波形信号的频率等于锯齿波频率的整数倍时，荧光屏上将呈现整数个完整而稳定的被测信号的波形，当两者不成整数倍时，对于被测信号来说，每次扫描的起点都不会相同，结果造成波形在水平方向上不断的移动。尤其是在频率较高时，造成图像不稳定。调节示波器面板上的触发电平通过电子电路调节扫描电压周期为输入信号周期整数倍的过程，称为“整步”或“同步”。

2、李萨如图形的基本原理

通过观察荧光屏上李萨如图形进行频率对比的方法称之为李萨如图形法。将被测正弦信号y f 加到Y 偏转板，将参考正弦信号x f 加到X 偏转板，当两者的频率之比

x

y f f 是整数时，在荧光屏上将出现李萨如图形。

图5给出了几种不同频率比的李萨如图形。判断两个电压信号频率比的条件是屏上出现了李萨如图形稳定不动，方法是对稳定不动的图形分别做水平直线和竖直直线与图形相切，设水平线上的切点数最多为，竖直线上的切点数最多

为，则

y

x

x

y n n f f

利用李萨如图形能方便地比较两正弦信号的频率。若已知其中一个信号的频率，便可算出另一待测信号的频率。

图2 图3 图4

图五

四、实验内容与步骤

1.熟悉示波器的使用，观察波形

（1）接通电源，熟悉面板上各旋钮的功能。

（2）Y轴输入信号源信号，X轴输入锯齿波扫描电压，并调节到合适的扫描频率范围，观察输入信号波形，调节扫描微调观察波形变化情况，使屏上出现1～3个稳定的波形。

（3）观察信号发生器的几种输出波形，按要求记录波形到表中。

2.观察李萨如图形并测定未知正弦信号频率

（1）选择信号源输出为正弦波接入Y轴，X轴选择标准的正弦波，并把方式放置在线入上，可看到李萨如图形。

（2）调节信号源可得各种比率的图形。因图形不太稳定，调节到变化最慢，记录信号源所显示的频率读数即可。

五、实验数据与实验结果

1000 1000 1000 2000 3000 4000

注意事项

1．信号发生器、示波器预热1～2分钟以后才能正常工作。

2．观察李萨如图形时，信号频率不要太高，否则看不清楚。

3．不要频繁开关机，示波器上光点的亮度不可调得太强，也不能让亮点长时间停在荧光屏的一点上，如果暂时不用，把辉度降到最低即可。

4．不要将开关和旋钮强行旋转、死拉硬拧。

参考资料：

《大学物理实验（第二版）》徐建强徐荣历