示波器的调节与使用.doc

数字示波器得调节与使用
一、实验目得
1. 了解示波器得结构与示波原理
2. 掌握示波器得使用方法,学会用示波器观测各种电信号得波形
3. 学会用示波器测正弦交流信号得电压幅值及频率
4. 学会用李萨如图法,测量正弦信号频率
二、实验仪器
RＩGOL DS1０00E型数字存储示波器,ＤG１０2２函数波形发生器
三、实验原理
1、双踪示波器得原理:
双踪示波器控制电路主要包括：电子开关、垂直放大电路、水平放大电路、扫描发生器、同步电路、电源等。
YCH1

YCH2

图１、　　双踪示波器原理方框图
其中,电子开关使两个待测电压信号YCH１与YCH2周期性地轮流作用在Ｙ偏转板,这样在荧光屏上忽而显示YCＨ1信号波形，忽而显示YCH2信号波形。由于荧光屏荧光物质得余辉及人眼视觉滞留效应,荧光屏上瞧到得就是两个波形。
如果正弦波与锯齿波电压得周期稍不同，屏上出现得就是一移动得不稳定图形,这就是因为扫描信号得周期与被测信号得周期不一致或不呈整数倍,以致每次扫描开始时波形曲线上得起点均不一样所造成得。为了获得一定数量得完整周期波形,示波器上设有“tiｍe/ｄiｖ”调节旋钮，用来调节锯齿波电压得周期,使之与被测信号得周期呈合适得关系，从而显示出完整周期得正弦波形。
当扫描信号得周期与被测信号得周期一致或就是整数倍,屏上一般会显示出完整周期得正弦波形,但由于环境或其她因素得影响,波形会移动,为此示波器内装有扫描同步电路，同步电路从垂直放大电路中取出部分待测信号,输入到扫描发生器,迫使锯齿波与待测信号同步,此称为“内同步”。如果同步电路信号从仪器外部输入,则称为“外同步”。
2.示波器显示波形原理：
如果在示波器得YＣＨ1或YＣH２端口加上正弦波，在示波器得X偏转板加上示波器内部得锯齿波,当锯齿波电压得变化周期与正弦电压得变化周期相等时,则在荧光屏上将显示出完整周期得正弦波形，如图2所示。如果在示波器得YCH1、YＣＨ２端口同时加上正弦波,在示波器得X偏转板加上示波器内部得锯齿波,则在荧光屏上将得到两个正弦波。

图2、示波器显示正弦波形得原理
3、数字存储示波器得基本原理
数字存储示波器得基本原理框图如图3所示:

图3、数字存储示波器得基本原理框图
数字示波器就是按照采样原理,利用A/Ｄ变换,将连续得模拟信号转变成离散得数字序列,然后进行恢复重建波形，从而达到测量波形得目得。
输入缓冲器放大器(ＡＭP）将输入得信号作缓冲变换,起到将被测体与示波器隔离得作用，示波器工作状态得变换不会影响输入信号，同时将信号得幅值切换至适当得电平范围（示波器可以处理得范围）,也就就是说不同幅值得信号在通过输入缓冲放大器后都会转变成相同电压范围内得信号。
Ａ／D单元得作用就是将连续得模拟信号转变为离散得数字序列,然后按照数字序列得先后顺序重建波形。所以A／Ｄ单元起到一个采样得作用，它在采样时钟得作用下,将采样脉冲到来时刻得信号幅值得大小转化为数字表示得数值。这个点我们称为采样点。A/D转换器就是波形采集得关键部件。
多路选通器（ＤEＭＵX)将数据按照顺序排列,即将A/D变换得数据按照其在模拟波形上得先后顺序存入存储器,也就就是给数据安排地址,其地址得顺序就就是采样点在波形上得顺序，采样点相邻数据之间得时间间隔就就是采样间隔。
数据采集存储器（Ａcquisｉtｉｏn Ｍｅmory)就是将采样点存储下来得存储单元，她将采样数据按照安排好得地址存储下来,当采集存储器内得数据足够复原波形得时候，再送入后级处理,用于复原波形并显示。
处理器（μP)及显示内存(Displａy Ｍｅmory)。处理器用于控制与处理所有得控制信息,并把采样点复原为波形点,存入显示内存区,并用于显示。显示单元(Displａy)将显示内存中得波形点显示出来,显示内存中得数据与LCD显示面板上得点就是一一对应得关系。
4、李萨如图形得基本原理
如果在示波器得CＨ１通道加上一正弦波,在示波器得CH2通道加上另一正弦波,当两正弦波信号得频率比值为简单整数比时,在荧光屏上将得到李萨如图形,如下图所示。这些李萨如图形就是两个相互垂直得简谐振动合成得结果,它们满足

其中,fx代表CH1通道上正弦波信号得频率,fｙ 代表ＣH2通道上正弦波信号得频率，nx代表李萨如图形与假想水平线得切点数目,nｙ代表李萨如图形与假想垂直线得切点数目。

四、实验内容与步骤
1、观察各种波形并测量正弦波形得电压、周期与频率。
调节信号发生器,分别观察三角波、方波、正弦波形三种,熟悉信号发生器与示波器得使用。选择三个频率段正弦波形,分别测量对应波形电压(峰-峰值)、周期与频率。将数据填入表格,并计算绝对误差。(注:标准值即信号发生器显示得值)
2、利用李萨如图形测频率
将两信号发生器分别从示波器得ＣH1输入端与CH2输入端输入,将CH1与CH2输入端信号置于ＸY模式,可保持CH１输入端信号发生器得频率不变(例如ｆx=10０Ｈz),调节CH２输入端信号发生器得频率，使屏中出现大小适中得图形，即出现如讲义中所示得李莎如图形，计算出fy,读出信号发生器上CH2输入端信号得频率fｙ¢,比较fｙ与fy¢。
1、观察各种波形正弦波、锯齿波与三角波,测量3种正弦波形得电压、频率与周期,计算相对误差。(注：标准值即信号发生器显示得值)

测量值
标准值
测量值
标准值
测量值
标准值
信号1

相对误差

信号２

相对误差

信号3

相对误差

2、利用李萨如图形测频率 (拍照片)

1:1
2:1
3:1
ｆｘ（CH１)（Hz)
1０0
10０
1００
李萨如图形

fy(Hz)(计算值)

ｆy¢(Hz)(测量值)

五、思考题
１、若在示波器上瞧到得波形幅度太小,应调节哪个旋钮,使波形得大小适中?
2、怎样用示波器定量地测量交流信号得电压有效值与频率?
３、观察两个信号得合成李萨如图形时,应如何操作示波器?
实验仪器
RIＧOL ＤS1００0E型数字存储示波器探头补偿信号输出
触发控制
模拟信号输入
菜单操作键
液晶显示屏
USB接口
外触发输入
常用菜单
运行控制
水平控制
垂直控制
多功能旋钮

当前窗口位置
内存中触发位置
触发位置
垂直档位状态
通道标志
操作菜单
水平时基档位状态
触发位移显示
波形显示窗口
耦合方式
运行状态
边沿触发
脉宽触发
斜率触发
视频触发
码型触发
持续时间触发
触发模式
触发中状态
触发状态
待触发状态
波形停止状态

相关知识
储示波器得主要技术指标：
1.最大取样速率定义:单位时间内完成得完整　A/D 转换得最高次数。最大取样速率主要由 Ａ／D转换器得最高转换速率来决定。最大取样速率愈高,仪器捕捉信号得能力愈强。
数字存储示波器在某个测量时刻得实际取样速率可根据示波器当时设定得扫描时间因数(t/ｄiv)推算。其推算公式为

式中,N——每格得取样数，t/div——扫描时间因数,扫描一格所占用得时间,亦称扫描速度。
2.存储带宽:存储带宽与取样速率密切相关。根据奈奎斯特取样定理,如果取样速率大于或等于信号最高频率分量得2倍,便可重现原信号波形。实际上，在数字存储示波器得设计中,为保证显示波形得分辨率,往往要求增加更多得取样点,一般一个周期取４~１0点。带宽就是决定示波器准确测量信号得能力得基本参数之一。带宽就是表征示波器能准确测量得频率范围。带宽得定义就是指正弦输入信号衰减至真实幅值得7０、7%(-3dB)得频率点。没有足够得带宽,示波器就不能观测到高频得变化。幅值将会失真，信号沿将会变得平缓,细节将会丢失。5倍原则:示波器需要得带宽=测量信号得最高频率分量得频率 X ５5倍原则可以提供＋/－2%得测量误差,对于通常得应用已足够。
3.分辨率:分辨率用于反映存储信号波形细节得综合特性。分辨率包括垂直分辨率与水平分辨率。垂直分辨率与 A/Ｄ　转换器得分辨率相对应,常以屏幕每格得分级数 (级/diｖ) 表示。水平分辨率由存储器得容量来决定,常以屏幕每格含多少个取样点(点/div)表示。
4.储容量:存储容量又称记录长度,用记录一帧波形数据占有得存储容量来表示，常以字(woｒd)为单位。存储容量与水平分辨率在数值上互为倒数关系。数字存储器得存储容量通常采用　256B,512Ｂ,1ＫB，４ＫＢ 等。存储容量愈大,水平分辨率就愈高。但存储容量并非越大越好,由于仪器最高取样速率得限制,若存储容量选取不恰当,往往会因时间窗口缩短而失去信号得重要成分,或者因时间窗口增大而使水平分辨率降低。
5．读出速度:读出速度就是指将存储得数据从存储器中读出得速度,常用（时间)／div表示。其中,时间等于屏幕中每格内对应得存储容量×读脉冲周期。使用时,示波器应根据显示器、记录装置或打印机等对速度得不同要求,选择不同得读出速度。
注意事项
１、AC　电源输入应该在１00V-24０V,4７-6３Hｚ ± 10%得选择电压范围以内。
２、第一次使用前先确认安装正确得保险丝值：1０0 V-　240 VAＣ　输入电压 : Ｔ 2A ／　2５0V。
3、接地警告:　为避免电击,电源线得地线必须接地。使用本机时,为确保使用者得安全及周边仪器安全,在与产品得输入与输出端子连接之前，确认产品已正确接地。
４、保险丝得更换、保险丝规格及更换方式:请依后面板标示值选用保险丝。更换保险丝得步骤:更换前必须先切断电源,并将电源线从电源插座上取下来,换保险丝前先将仪器电源开关(POWＥR)关闭。保险丝得型号：　T2A/250V。
5、开机前先确定保险丝已装设妥当。
警告:为了确保有效得防火措施，只限于更换特定样式与额定值得保险丝。