用示波器測量時間01754

1、實驗題目：用示波器測量時間實驗?zāi)康模毫私馐静ㄆ鞯幕驹砗徒Y(jié)構(gòu)，學習使用示波器觀察波形和測量信號周期及其時間參數(shù)。實驗原理：1.示波器的基本結(jié)構(gòu) （1）示波器的結(jié)構(gòu)（圖1），由示波管（又稱陰極射線管）、放大系統(tǒng)、衰減系統(tǒng)、掃描和同步系統(tǒng)及電源等部分組成。 （2）為了適用于多種量程，對于不同大小的信號，經(jīng)衰減器分壓后，得到大小相同的信號，經(jīng)放大器放大后產(chǎn)生最大約20V左右的電壓送至示波管的偏轉(zhuǎn)板。 （3）示波管是示波器的基本構(gòu)件，它由電子槍、偏轉(zhuǎn)板和熒光屏三部分組成，被封裝在高真空的玻璃管內(nèi)，其結(jié)構(gòu)（圖2）所示。電子槍是示波管的核心部分，它由陰極、柵極和陽極構(gòu)成。 （4）垂直偏轉(zhuǎn)板（常稱y軸）及

2、水平偏轉(zhuǎn) 板（常稱x軸）所形成的二維電場，使電子束發(fā)生位移，位移的大小，與y偏轉(zhuǎn)板及x偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓有關(guān)： （1）式（1）中的Sy和Dy為y軸偏轉(zhuǎn)板的偏轉(zhuǎn)靈敏度和偏轉(zhuǎn)因數(shù)，Sx和Dx為x軸偏轉(zhuǎn)板的偏轉(zhuǎn)靈敏度和偏轉(zhuǎn)因數(shù)。它們均與偏轉(zhuǎn)板的參數(shù)有關(guān)，是示波器的主要技術(shù)指標之一。2.示波器顯示波形的原理（1）為了得到清晰穩(wěn)定的波形，上述掃描電壓的周期Tx（或頻率fx）與被測信號的周期Ty（或fy）必須滿足：，n=1,2, （2）以保證Tx軸的起點始終與y軸周期信號固定一點相對應(yīng)（稱“同步”），波形才穩(wěn)定。否則，波形就不穩(wěn)定而無法觀測。（2）由于掃描電壓發(fā)生器的掃描頻率不會很穩(wěn)定。因此，要保證式（2

3、）始終成立，示波器需設(shè)置掃描電壓同步電路，即觸發(fā)電路，如（圖1）所示，利用它提供一種觸發(fā)信號來使掃描電壓頻率與外加信號同步，從而獲得穩(wěn)定的信號圖形。3.用X軸時基測時間參數(shù)（1）在實驗中或工程技術(shù)上都經(jīng)常用示波器來測量信號的時間參數(shù)，如信號的周期或頻率，信號波形的寬度、上升時間或下降時間，信號的占空比（寬度/周期）等。（2）從式（2）出發(fā)，設(shè)待測信號接y軸輸入端，則Ty是待測信號的周期，Tx是x軸掃描信號的周期，N是一個掃描周期內(nèi)所顯示的待測信號的波形周期個數(shù)。（3）x軸掃描信號的周期，實際上是以時基單位（時間/cm或時間/度）來標示的，一般的示波管熒光屏直徑以10cm的居多，則式（2）的Tx

4、，由時基（時間/cm）乘上10cm，因此： （3）4.用李薩如圖形測信號的頻率將不同的信號分別輸入到y(tǒng)軸和x軸的輸入端，當兩個信號的頻率滿足一定的關(guān)系時，在熒光屏上將顯示出李薩如圖形，可用測量李薩如圖形的相位參數(shù)或波形的切點數(shù)來測量時間參數(shù)。二個互相垂直的振動（有相同的自變量）的合成李薩如圖形。（1）頻率相同而振幅和相位不同時，兩正交正弦電壓的合成圖形。設(shè)此兩正弦電壓分別為： （4）消去自變時t，得到的軌跡方程為： （5）這是一個橢圓方程。當兩個正交電壓的相位差取02的不同值時，合成的圓形如（圖3）所示。（2）兩正交正弦電壓的相位差一定，頻率比為一 個有理數(shù)時，合成的圓形是一條穩(wěn)定的閉合曲線。

5、圖4是幾種頻率比時的圖形，頻率比與圖形的切點數(shù)之間有下列關(guān)系：實驗步驟：1.用x軸的時基測信號的時間參數(shù)（1） 測量示波器自備方波輸出信號的周期（時基分別為0.1ms/cm，0.2ms/cm，0.5ms/cm）。（2） 選擇信號發(fā)生器的對稱方波接y輸入（幅度和y軸量程任選），信號頻率為200Hz2kHz（每隔200Hz測量一次），選擇示波器合適的時基，測量對應(yīng)頻率的厘米數(shù)、周期和頻率（注明x軸的時基）。以信號發(fā)生器的頻率為x軸，示波器測量的頻率為y軸，作y-x曲線，求出斜率并討論。（3） 選擇信號發(fā)生器的非對稱方波接y軸，頻率分別為200Hz、500Hz、1kHz、2kHz、5kHz、10kH

6、z、20kHz，測量各頻率時的周期和正波的寬度（或占空比），用內(nèi)容（2）的方法作曲線。（4） 選擇信號發(fā)生器的輸出為三角波，頻率為500Hz、1kHz、1.5kHz、測量各個頻率時的上升時間、下降時間及周期。2.觀察李薩如圖形并測頻率用兩臺信號發(fā)生器（一臺為本組專用，一臺為公用）分別接y軸和x軸（x軸選擇外輸入），取 時，測出對應(yīng)的，畫有關(guān)圖形并求公用信號發(fā)生器的頻率。實驗桌號：9號數(shù)據(jù)處理和誤差分析： 1.（1）測量示波器自備方波輸出信號的周期表1哪種時基測出的數(shù)據(jù)更準確？為什么？答：0.1cm/ms更為準確,因為時基越小,讀數(shù)帶來的誤差就越小,數(shù)據(jù)也就越準確。解釋不太好（2）選擇信號發(fā)生器

7、的對稱方波接Y輸入，信號頻率為200Hz2kHz，測量對應(yīng)頻率的厘米數(shù)、周期和頻率。 表2以信號發(fā)生器的頻率為x軸，示波器測量的頻率為y軸，作出的y-x曲線圖圖5 對稱方波信號發(fā)生器的頻率-示波器測量的頻率曲線圖 斜率(3) 選擇信號發(fā)生器的非對稱方波接Y軸,頻率分別為200Hz、500Hz、1kHz、2kHz、5kHz、10kHz、20kHz，測量各頻率時的周期和正波的寬度（或占空比），用內(nèi)容（2）的方法作圖。占空比也應(yīng)列出來！表3以信號發(fā)生器的頻率為x軸，示波器測量的頻率為y軸，作出的y-x曲線圖 圖6 非對稱方波信號發(fā)生器的頻率-示波器測量的頻率曲線圖 斜率（4） 選擇信號發(fā)生器輸出為三

8、角波，頻率為500Hz、1kHz、1.5kHz測量各個頻率的上升時間、下降時間及周期。 表32 觀察李薩如圖形并測頻率公共信號發(fā)生器頻率約為500Hz（1） 圖形為： （2） 圖形為：（3） 圖形為： （4） 圖形為：（5） 圖形為：思考題1. 用示波器測量時間有何優(yōu)缺點？答：優(yōu)點是：把測量時間的轉(zhuǎn)化為測量長度，把較難的測的物理量轉(zhuǎn)化為容易測量的物理量。缺點是：用熒光屏讀數(shù)誤差太大，導致測量值與真實值有較大偏差。2.在本實驗中，觀察李薩如圖形時，為什么得不到穩(wěn)定的圖形？答：信號發(fā)生器的頻率不穩(wěn)定，導致 不為一個確定的有理數(shù)。以致得不到穩(wěn)定的圖形。3. 假設(shè)示波器Y軸輸入一個正弦電壓，所用的水平掃描頻率為120Hz，在熒光屏上出現(xiàn)三個穩(wěn)定完整的正弦波形，那么輸入信號的頻率是多少？這是否是測量信號頻率的