大学物理实验报告
实验名称
姓名 学号_ ___
实验类型 (验证性、综合性)
指导教师 ___ ___ _ _
上课时间 年 月 日
实验名称: 示波器的原理和应用 | 实验时间: | ||
小组成员: | 实验地点: | ||
实验目的: 1.调整双踪示波器; 2.观察信号波形和李萨如图形,测量电压。 | |||
仪器、设备和材料: 示波形、信号发生器、信号线 | |||
实验原理: (一)示波器的组成 示波器的规格和型号很多,但无论什么示波器都包括 以下几个基本组成部分:示波管电压放大器、同步扫描系统和直流电源等。 1. 示波管 示波管是示波器的核心,其结构如图4-14-1所示,共分为三个部分:电子、偏转系统和荧光屏。 (1)、电子 电子由灯丝F、阴极K、栅极G、加速电极FA、第一阳极Al(又称聚焦电极)和第二阳极 A2(又称辅助聚焦电极)组成。 (2)、偏转系统 (3)、荧光屏 2.电压放大器 3.扫描、同步系统 4.电源 电源为示波器各部分提供能量。 (二)示波器波形显示原理 (三)示波器的控制电路 垂直放大电路:由于示波管本身的X及Y偏转的灵敏度不高,当加于偏转板的信号电压较小时,电子束不能发生足够的偏转,以致屏上光点位移过小,不便观测。这就需要先把小的信号电压加以放大后再加到偏转板上。 Y输入端与垂直放大电路之间有一个衰减器,其作用是使过大的输入信号电压减小,以适应放大器的要求。否则,放大器不能正常工作。 水平放大电路将锯齿波信号放大,输送到X偏转板,以保证扫描基线有足够的宽度。另外,水平放大电路也可直接放大外来信号,这样,示波器可作X-Y显示用。 扫描发生器:扫描发生器产生线性良好、频率连续可调的锯齿波信号,作为波形显示的时间基线。 同步电路:输入Y轴的被测信号与示波器内部的锯齿波电压是互相的,由于环境或其它因素的影响,它们的周期可能发生微小的变化。这时,虽然可通过调节扫描时间旋钮将周期调到整数倍数。但过一会又变了。波形又移动起来。为此,示波器内装有扫描同步装置,即从垂直放大电路中(被测信号)取出部分待测信号,输入到扫描发生器,使锯齿波电压的扫描起点自动跟着被测信号改变,这称为“内同步”;如果同步信号从仪器外部输入,则称“外同步”,如果同步信号从电源变压器获得,则称为“电源同步”。为了有效地稳定显示波形,多数示波器都采用触发扫描电路来达到同步的目的,设有“SOURCE”(触发源选择),可选择不同的触发工作状态。而使用“电平"(LEVEL)旋钮,来改变触发电平大小,当待测信号电压上升到触发电平时,扫描发生器便开始工作。扫描时间的长短,由扫描速度选择开关控制。由于每次波形的扫描起点都在荧光屏上的同一位置,所以,显示的波形极为稳定。 (四)用示波器观察李萨如图形与测量频率 示波管内电子束受X偏转板上正弦电压的作用时,屏上亮点作水平方向的谐振动;受Y偏转板上正弦电压的作用时,屏上亮点作垂直方向的谐振动;当X与Y同时加上正弦电压时,亮点运动是两个相互垂直振动的合成。当X方向的振动频率与Y方向振动频率相同时,亮点合成运动的轨迹一般是一个椭圆。一般地,如果频率比值为整数比,合成运动的轨迹是一个封闭的图形,称为李萨如图形。 李萨如图形与振动频率之间有如下的简单关系: 如果式中为已知(即标准频率),则可由李萨如图形的切点数来计算求出未知频率。表4-14-l中列举了比值等于不同整数比时的李萨如图形及有关数字。 | |||
实验内容: 一、熟悉示波器面板上各旋钮的功能(本实验采用双踪示波器,其面板示意图及其说明详见第3章仪器介绍。) l、观察CH1通道的正弦输入信号 (1)、按下垂直方式工作开关(14)中的CHl,把“内触发”开关(45)拨向 CH1,调节(9)和(32)使图形上、下、左、右位置适中,调节(4)(6)使图形清晰。 (2)、调节衰减开关(12)和(13),使波形大小合适:调节扫锚开关(30),使屏幕上出现2~3在个周期完整的波形,测出“峰一谷”间垂直距离Y(格数),记下此时的“衰减"旋钮上的读数。 2、观察CH2通道的正弦输入信号 (1)、按下垂直方式工作开关(14)中的CH2,把“内触发(30)”开关拨向CH2,调节(9)和(32)使图形上、下、左、右位置适中,调节(4)、(6)使图形清晰。 (2)、改变信号发生器的波形选择开关,观察示波器上输出的不同波形。 二、观察绘制李萨如图形 三、用示波器测电压 (1)、测方波信号的峰-峰值。 (2)、测正弦波信号的有效值。 | |||
数据记录与数据处理: 1、熟悉各旋钮的使用功能。 2、描绘出信号发生器输出的波形,测量信号的峰峰电压值,测量信号的周期。 表4-14-1 CH1 、CH2信号观察 观察信号 | 频率 | 扫描时间 | 一周期扫描格数 |
CH1 | |||
CH2 | |||
频率 | CH1 | 峰峰值格数 | 电压峰峰值 |
CH2频率显示 | 扫描时间 | 一个周期格数 | 周期 | 频率 |
表4-14-1 李莎如图形的描绘与信号频率的测定
已知频率 | 50 | |||||
李莎如图形 | ||||||
X、Y频率比 | 1:1 | 1:2 | 2:1 | 1:3 | 2:3 | |
理论值 | ||||||
实验值 | ||||||
百分误差 |
实验结果分析 | |
指导老师评语及得分: 签名: 年 月 日 |