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文檔簡介
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
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