中山大学：《大学物理实验》课程实验报告（讲义）实验A5 用示波器测量交流信号的基本参数.pdf_大学文库

中山大学《大学物理实验》课程报告模板实验A5用示波器测量交流信号的基本参数 (请自行加页) I实验目的了解示波器显示波形的原理(显示器、扫描、同步、整步) 2.了解双踪数字存储示波器的使用方法 3.学习用示波器测交流信号电压、频率和相位差。仪器用具编号仪器用具名称数量主要参数(型号,测量范围,测量精度等) 1双踪示波器 2双通道信号发生器 3双通道交流毫伏表 4台式数字万用表 5示波器训练模板 6导线原理概述电子示波器是用来直接显示、观察和测量电压波形及其参数的电子仪器。一切可转化为电压的电学量(如电流、电阻等)和非电学量(如温度、压力、磁场、光强等), 只要转换后的电压参数落在示波器的观察范围内,均可用示波器来观察和测量。示波器自1933年诞生以来已经有70多年的历史,已由模拟示波器发展到取样示波器、记忆示波器、数字存储示波器(DSO, Digital Storage Oscilloscope)、逻辑示波器、智能示波器、虚拟示波器等近十个系列数百个品种,频率响应可从直流至10°Hz,是用途极为广泛的种通用电子测量测试仪器。由于示波器种类繁多,外形、性能、功能差异很大,要想完全熟练地掌握一种示波器的使用方法,就必须认真阅读相关的使用说明书。这里只能介绍一些具有共性的基本知识。示波器的基本原理示波器实际上是一台电压信号的二维显示设备,任何种类的示波器,都主要由电源系统、信号检测和放大系统、扫描触发系统、波形显示系统等四部分组成。示波器的原理框图如图1所示,虚线框内的模块是数字示波器特有的功能模块,模拟示波器没有。不论哪种示波器,若设显示屏的水平方向为x,垂直方向为y,屏幕上光点的坐标是加中山大学物理学院物理实验教学中心编制,仅用于教学。未经允许,请不要擅自在网络上传播 2016年02月19日更新

中山大学《大学物理实验》课程报告模板实验 A5 用示波器测量交流信号的基本参数中山大学物理学院物理实验教学中心编制，仅用于教学。未经允许，请不要擅自在网络上传播。 Page / 2016 年 02 月 19 日更新（请自行加页） [ 实验目的 ] 1．了解示波器显示波形的原理（显示器、扫描、同步、整步）； 2．了解双踪数字存储示波器的使用方法； 3．学习用示波器测交流信号电压、频率和相位差。 [ 仪器用具 ] 编号仪器用具名称数量主要参数(型号，测量范围，测量精度等) 1 双踪示波器 2 双通道信号发生器 3 双通道交流毫伏表 4 5 台式数字万用表示波器训练模板 6 导线 [ 原理概述 ] 电子示波器是用来直接显示、观察和测量电压波形及其参数的电子仪器。一切可转化为电压的电学量（如电流、电阻等）和非电学量（如温度、压力、磁场、光强等），只要转换后的电压参数落在示波器的观察范围内，均可用示波器来观察和测量。示波器自 1933 年诞生以来已经有 70 多年的历史，已由模拟示波器发展到取样示波器、记忆示波器、数字存储示波器（DSO，Digital Storage Oscilloscope）、逻辑示波器、智能示波器、虚拟示波器等近十个系列数百个品种，频率响应可从直流至 9 10 Hz，是用途极为广泛的一种通用电子测量测试仪器。由于示波器种类繁多，外形、性能、功能差异很大，要想完全熟练地掌握一种示波器的使用方法，就必须认真阅读相关的使用说明书。这里只能介绍一些具有共性的基本知识。 1. 示波器的基本原理示波器实际上是一台电压信号的二维显示设备，任何种类的示波器，都主要由电源系统、信号检测和放大系统、扫描触发系统、波形显示系统等四部分组成。示波器的原理框图如图 1 所示，虚线框内的模块是数字示波器特有的功能模块，模拟示波器没有。不论哪种示波器，若设显示屏的水平方向为 x，垂直方向为 y，屏幕上光点的坐标是加

中山大学《大学物理实验》课程报告模板实验A5用示波器测量交流信号的基本参数在两个方向上的电压Ux和Uy的函数,这一函数通常为线性的,则光点的运动可用一个参数方程表示为 x=f[Ux(t)= K,Ux(t)=g(t) y=wlU(t)=K, U, (t)=v(t) (1) 两方程联立,消去参数t,所得方程就是屏幕上光点的运动轨迹方程。根据波形显示方式的不同,基本可将示波器分为模拟示波器、数字示波器、虚拟示波器三种类型。 CHI 取样保持口A/D转换采集存储 GND 垂直显示处理电路 CH2 取样保持HAD转换采集存储显示器 XY模式 K3触发电路 K4水平显示处理电路图1示波器原理框图 1、K2.输入端耦合方式选择,K3.触发源选择,K4.Y-T显示模式和Ⅹ-Y显示模式选择 2.示波器的工作模式示波器通常有两种工作模式,分别为 (1)波形显示模式(Y-T),对应图1中开关K4接“YT模式”。该模式下在x轴施加的信号Ux(t)为锯齿波,由于锯齿波的电压在一个周期内与时间t成正比,有 x∝Ux(t)∝t,相当于在显示屏上建立了一个以时间t为横坐标的线性坐标系。当y方向电压为零,对应图1中的开关K2接地(GND)时,Uy(t)=0,仅在水平方向上加周期电压Ux(t),则显示光点沿水平方向作往返运动,这种过程称为扫描,相应地U(t)称为扫描电压。当扫描电压频率f较高时,将显示为一条连续的直线,称为扫描线。当y方向加周期电压Uy(t),有y∝Uy(t),如图2(a)所示,y轴输入信号的波形就可以在屏幕上显示出来为显示波形的方便,示波器锯齿波的频率可通过扫描速度t旋钮( Horizontal scale) 来进行调节,其单位为s/div(秒每格),在一些老式的模拟示波器上也采用scm(秒每厘米)作单位。若选择了扫描速度t,则水平距离为l格的两点间的时间间隔t为中山大学物理学院物理实验教学中心编制,仅用于教学。未经允许,请不要擅自在网络上传播 2016年02月19日更新

中山大学《大学物理实验》课程报告模板实验 A5 用示波器测量交流信号的基本参数中山大学物理学院物理实验教学中心编制，仅用于教学。未经允许，请不要擅自在网络上传播。 Page / 2016 年 02 月 19 日更新在两个方向上的电压𝑈𝑥 和𝑈𝑦 的函数，这一函数通常为线性的，则光点的运动可用一个参数方程表示为 { 𝑥 = 𝑓[𝑈𝑥 (𝑡)] = 𝐾𝑥𝑈𝑥 (𝑡) = 𝑔 (𝑡); 𝑦 = 𝑤[𝑈𝑦 (𝑡)] = 𝐾𝑦𝑈𝑦 (𝑡) = 𝑣 (𝑡). （1）两方程联立，消去参数𝑡 ，所得方程就是屏幕上光点的运动轨迹方程。根据波形显示方式的不同，基本可将示波器分为模拟示波器、数字示波器、虚拟示波器三种类型。图 1 示波器原理框图 K1、K2. 输入端耦合方式选择，K3. 触发源选择，K4. Y-T 显示模式和 X-Y 显示模式选择 2. 示波器的工作模式示波器通常有两种工作模式，分别为：（1）波形显示模式（Y-T），对应图 1 中开关 K4 接“Y-T 模式”。该模式下在 x 轴施加的信号𝑈𝑥 (𝑡) 为锯齿波，由于锯齿波的电压在一个周期内与时间𝑡 成正比，有 𝑥 ∝ 𝑈𝑥 (𝑡) ∝ 𝑡 ，相当于在显示屏上建立了一个以时间𝑡 为横坐标的线性坐标系。当 y 方向电压为零，对应图 1 中的开关 K2 接地（GND）时，𝑈𝑦 (𝑡) = 0，仅在水平方向上加周期电压𝑈𝑥 (𝑡)，则显示光点沿水平方向作往返运动，这种过程称为扫描，相应地𝑈𝑥 (𝑡) 称为扫描电压。当扫描电压频率𝑓 较高时，将显示为一条连续的直线，称为扫描线。当 y 方向加周期电压𝑈𝑦 (𝑡)，有𝑦 ∝ 𝑈𝑦 (𝑡)，如图 2（a）所示， 𝑦 轴输入信号的波形就可以在屏幕上显示出来。为显示波形的方便，示波器锯齿波的频率可通过扫描速度𝑡0 旋钮（Horizontal Scale）来进行调节，其单位为 s/div（秒每格），在一些老式的模拟示波器上也采用 s/cm（秒每厘米）作单位。若选择了扫描速度𝑡0，则水平距离为 l 格的两点间的时间间隔𝑡 为

中山大学《大学物理实验》课程报告模板实验A5用示波器测量交流信号的基本参数扫描不同步。 (2)扫描同步的实现(整步) 实际使用示波器的过程中,很难通过调节Tx的方法满足上述的扫描同步状态,即使实现短暂的同步,对信号的任何扰动也会破坏这种状态,所以示波器中采用了特殊的方式来实现和保持扫描同步状态,这一过程称为“整步”。触发扫描同步:如图3所示,示波器将“触发电平”( trig level)与输入的被测信号进行比较,当输入信号电压等于触发电平(图中A点的电压)时,触发电路便输出触发脉冲,强制启动扫描电路进行扫描,光点自左向右由A点扫描至A'点。在该扫描周期内, 扫描电路不再受触发脉冲影响。本次扫描结束后,触发脉冲又可再次强制启动扫描电路, 进行下一次扫描。因每个触发脉冲产生于相同触发电平处,故每次扫描的起点都会准确地落在同相位点φ上,多次扫出的波形重叠,稳定地显示在屏幕上。注意:示波器的触发电平应调至信号的峰峰值之间,否则会因为信号电压始终达不到触发电平而无法产生触发脉冲。 4.判断波形是否稳定的三个原则在示波器屏幕上调节出波形后,可通过如下几个原则判断其是否稳定 (1)在任意位置画一垂直线与波形相交,交点数有且只有一个。若没有交点或交点数不止一个,则波形不稳定或不完整,需继续调节 (2)波形上的任意一点不左右移动。低频时光点会闪烁,但其位置不左右移动, 应认为是稳定的。 (3)屏幕上能看到两个以上完全一样的重复图形,即两个周期以上 5.DS1152D-EDU型混合信号数字示波器使用介绍 DS1152D-EDU是一种常用的混合信号数字示波器,带宽150MHz,同时具备2通道的模拟信号输入端和16通道的数字逻辑输入端。本节简单介绍DS152DED示波器面板 (图4)中11个主要部分的作用。更多的功能和调节方法需参阅说明书。 (1)Ds1152DEDU示波器前面板主要部分中山大学物理学院物理实验教学中心编制,仅用于教学。未经允许,请不要擅自在网络上传播 2016年02月19日更新

中山大学《大学物理实验》课程报告模板实验 A5 用示波器测量交流信号的基本参数中山大学物理学院物理实验教学中心编制，仅用于教学。未经允许，请不要擅自在网络上传播。 Page / 2016 年 02 月 19 日更新扫描不同步。（2）扫描同步的实现（整步）实际使用示波器的过程中，很难通过调节𝑇𝑥的方法满足上述的扫描同步状态，即使实现短暂的同步，对信号的任何扰动也会破坏这种状态，所以示波器中采用了特殊的方式来实现和保持扫描同步状态，这一过程称为“整步”。触发扫描同步：如图 3 所示，示波器将“触发电平”（trig level）与输入的被测信号进行比较，当输入信号电压等于触发电平（图中 A 点的电压）时，触发电路便输出触发脉冲，强制启动扫描电路进行扫描，光点自左向右由 A 点扫描至𝐴 ′点。在该扫描周期内，扫描电路不再受触发脉冲影响。本次扫描结束后，触发脉冲又可再次强制启动扫描电路，进行下一次扫描。因每个触发脉冲产生于相同触发电平处，故每次扫描的起点都会准确地落在同相位点𝜑0上，多次扫出的波形重叠，稳定地显示在屏幕上。注意：示波器的触发电平应调至信号的峰峰值之间，否则会因为信号电压始终达不到触发电平而无法产生触发脉冲。 4．判断波形是否稳定的三个原则在示波器屏幕上调节出波形后，可通过如下几个原则判断其是否稳定：（1）在任意位置画一垂直线与波形相交，交点数有且只有一个。若没有交点或交点数不止一个，则波形不稳定或不完整，需继续调节。（2）波形上的任意一点不左右移动。低频时光点会闪烁，但其位置不左右移动，应认为是稳定的。（3）屏幕上能看到两个以上完全一样的重复图形，即两个周期以上。 5. DS1152D-EDU 型混合信号数字示波器使用介绍 DS1152D-EDU 是一种常用的混合信号数字示波器，带宽 150MHz，同时具备 2 通道的模拟信号输入端和 16 通道的数字逻辑输入端。本节简单介绍 DS1152D-EDU 示波器面板（图 4）中 11 个主要部分的作用。更多的功能和调节方法需参阅说明书。（1） DS1152D-EDU 示波器前面板主要部分

中山大学《大学物理实验》课程报告模板实验 A5 用示波器测量交流信号的基本参数中山大学物理学院物理实验教学中心编制，仅用于教学。未经允许，请不要擅自在网络上传播。 Page / 2016 年 02 月 19 日更新（2） DS1152D-EDU 示波器调节出稳定波形的步骤以被测信号接入 CH1 通道为例说明，可采用两种方法。方法一，自动设置方法 a. 将被测信号接入 CH1 通道，按一下 CH1 按钮使 CH1 通道工作，CH1 按钮的绿色背景灯点亮。 b. 按 AUTO 键，等待若干秒至波形稳定地显示出来。方法二，手动设置方法（在采用方法一无法得到稳定波形时，需进行手动设置） a. 按 CH1，屏幕右侧显示 CH1 菜单，耦合方式选“接地”。 b. 调垂直部分的 POSITION 旋钮，将 CH1 扫描线调至屏幕中央，屏幕左侧的黄色三角形箭头指在相同位置。 c. 耦合方式选“交流”，调节电压灵敏度 SCALE 旋钮，使被测波形的上下边界均限制在屏幕范围内。 d. 按触发部分的 MENU 按钮显示触发菜单，触发源选 “CH1”，触发耦合模式选择交流“AC”。 e. 调节触发电平 LEVEL 旋钮，使触发电平在被测信号的峰峰值之间，显示波形稳定。 f. 调节水平部分的扫描速度 SCALE 旋钮，使屏幕上显示若干个波形，以便观察和测量。（3）用示波器测量电学量用示波器可以测定交流信号的电压、频率、周期等多种参数。 a.用示波器测电压调出稳定波形，调节电压灵敏度 K（V/div）使波形的波峰和波谷都限制在屏幕范围内，读出波形上任意两点间的垂直距离 y(div)，就可计算出两点的电压差 U Ky y  (V) （3）若两点正好分别取波峰和波谷，则测出的电压为该信号的峰峰值 U pp 。若两点分别在波峰（或波谷）和中线，则测出的电压为峰值 / 2 U U p pp  。若信号为简谐波，其有效值为 / 2 2 / 2 2 / 2 U U Ky U pp pp p     （4） b. 用示波器测周期和频率

中山大学《大学物理实验》课程报告模板实验A5用示波器测量交流信号的基本参数使用过程中注意信号端口的标识,不要接错。 2.若将电压信号直接接入数字万用表的电流通道,极易损坏万用表。 I实验内容及步骤参阅讲义和说明书,熟悉示波器各调节按键和旋钮的名称、功能。掌握调出稳定波形的方法,并用原理(一)4部分的三个标准判断波形是否稳定 2.测量交流信号的幅度 (1)用函数信号发生器产生正弦波,用示波器测量波形的电压峰峰值U,用数字万用表测量波形的电压有效值 (2)正弦信号的频率分别取100Hz、1kH、10kHz、100kHz、1MHz、10MHz, 用示波器测量波形的峰峰高度y和电压灵敏度K(V/div),计算电压的峰峰值U。和有效值U′。 (3)在单对数坐标系中作示波器的测量结果U与数字万用表的测量结果U随频率∫的变化关系曲线,进行比较并说明两者存在差异的原因 3.测量交流信号的周期和频率 (1)正弦信号频率分别取100Hz、1kHz、10kHz、100kH、1MHz、10MHz,用示波器测量一个周期的长度L和扫描速度,计算信号的周期T和频率∫。 (2)用数字万用表的频率测量功能测量交流信号的频率∫’,并与示波器的测量结果∫作比较,说明两者有差异的原因 4.观察李萨如图形 (1)用双通道信号发生器产生两个正弦波,分别接示波器的CH1通道和CH2通道,用x-y示方式观察李萨如图形。 (2)取CH1的频率为1kHz,改变CH2信号的频率和两者的相位差,观察并记录波形,找出交点数m和n,并计算相应的频率。取五种频率比,每种频率下取0、45°、90°三种相位差。 5.用示波器观测示波器训练模板各输出端口的波形、电压峰峰值和频率。 (1)采用示波器专用探头,衰减系数取“κ1”,调节探头补偿旋钮,使标准信号的显示波形如图9(b)所示则补偿正确,若出现图9(a和c)的图形,则补偿不正确 (2)测量出示波器训练模板输出的14种不同信号的波形、峰峰值Up和周期T(或中山大学物理学院物理实验教学中心编制,仅用于教学。未经允许,请不要擅自在网络上传播 2016年02月19日更新

中山大学《大学物理实验》课程报告模板实验 A5 用示波器测量交流信号的基本参数中山大学物理学院物理实验教学中心编制，仅用于教学。未经允许，请不要擅自在网络上传播。 Page / 2016 年 02 月 19 日更新 1. 使用过程中注意信号端口的标识，不要接错。 2. 若将电压信号直接接入数字万用表的电流通道，极易损坏万用表。 [ 实验内容及步骤 ] 1. 参阅讲义和说明书，熟悉示波器各调节按键和旋钮的名称、功能。掌握调出稳定波形的方法，并用原理（一）.4 部分的三个标准判断波形是否稳定。 2. 测量交流信号的幅度（1）用函数信号发生器产生正弦波，用示波器测量波形的电压峰峰值 U pp ，用数字万用表测量波形的电压有效值 Ueff 。（2）正弦信号的频率分别取 100Hz、1kHz、10kHz、100kHz、1MHz、10MHz，用示波器测量波形的峰峰高度 pp y 和电压灵敏度 K（ V/ div），计算电压的峰峰值 U pp 和有效值 U 。（3）在单对数坐标系中作示波器的测量结果 U 与数字万用表的测量结果 Ueff 随频率 f 的变化关系曲线，进行比较并说明两者存在差异的原因。 3. 测量交流信号的周期和频率（1）正弦信号频率分别取 100Hz、1kHz、10kHz、100kHz、1MHz、10MHz，用示波器测量一个周期的长度 L 和扫描速度 0 t ，计算信号的周期 T 和频率 f。（2）用数字万用表的频率测量功能测量交流信号的频率 f  ，并与示波器的测量结果 f 作比较，说明两者有差异的原因。 4. 观察李萨如图形（1）用双通道信号发生器产生两个正弦波，分别接示波器的 CH 1 通道和 CH 2 通道，用 x y  显示方式观察李萨如图形。（2）取 CH1 的频率为 1kHz，改变 CH2 信号的频率和两者的相位差，观察并记录波形，找出交点数 m 和 n，并计算相应的频率。取五种频率比，每种频率下取 0、45°、90°三种相位差。 5. 用示波器观测示波器训练模板各输出端口的波形、电压峰峰值和频率。（1）采用示波器专用探头，衰减系数取“x1”，调节探头补偿旋钮，使标准信号的显示波形如图 9（b）所示则补偿正确，若出现图 9（a 和 c）的图形，则补偿不正确。（2）测量出示波器训练模板输出的 14 种不同信号的波形、峰峰值𝑈𝑝𝑝和周期𝑇（或