示波器的使用--内页.doc

新会冈州职业技术学校教案 第 页

[复习旧课]
①复述电路板制作关健点。
②指出制作过程中要注意的问题。
[引入新课]
①分别演示大型厂家及学生制作的电路底板。挑选部分优秀作品演示，引起学生兴趣，进入新课教学。
[新课教学]
双踪示波器的使用
[实验目的]
1．了解示波器的结构;
2．学习示波器的使用方法,用示波器测量电压、频率和位相.
[仪器及用具]
双踪示波器、低频信号发生器、移相器、数字电压表.
[示波器原理]
示波器由四部分组成(如图2.20-1所示):示波管(也叫阴极射线管,简称CRT)、放大部分(包括Y轴放大和X轴放大两部分)、扫描整步装置和电源部分.
一、 示波管
示波管的结构如图2.20-2所示,主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成.
1．电子枪由灯丝F、阴极K、控制栅极G、第一阳极A1、第二阳极A2五部分组成.灯丝加6.3V交流电加热阴极.阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒,受热后发射电子.控制栅极电位低于阴极,只有动能大的电子才能通过其顶端的小孔.调节示波器面板上的“亮度”旋钮,即可调节栅极电位,从而改变电子流的强弱.阳极电位比阴极电位高得多,电子流被加速形成的射线,打在荧光屏上形成亮斑,使屏上光点的亮度(辉度)发生变化,即所谓“辉度调节”.若阴极、第一阳极、第二阳极电位调节适当,这一部分的电场分布将迫使电子束会聚而在屏上聚焦成一个很小的亮点.所以第一阳极也叫聚焦极.第二阳极电位更高,又称加速极.面板上的“聚焦”旋钮用来调节第一阳极电位,使聚焦良好.有的示波器还有“辅助聚焦”旋钮,实际上就是调节第二阳极电位的.
2．偏转系统由法线互相垂直的两对金属板组成,即X偏转板和Y偏转板.
3．荧光屏上涂有荧光物质,电子打上形成亮斑.
Y放大
同步扫描装置
直流电源
X放大
Y输入
外触发
X输入
CRT
图2.20-1 示波器的组成
图2.20-2 示波管的结构
F
K
G

A1
A2
Y
X
偏转系统
辅助
聚焦
聚焦
亮度
-1500V
电子枪
荧光屏

Y轴偏转板
X轴偏转板
图2.20-3

二、放大部分
如果偏转板上加有电压,则电子束通过偏转板时受正电极吸引,受负电极排斥,从而使电子束在荧光屏上的亮点位置也跟着改变,所以偏转板是用来控制亮点位置的.两对偏转板的符号如图2.20-3所示,其中横方向的一对称为X偏转板(简称横偏),纵向的一对称为Y轴偏转板(简称纵偏).在一定范围内,亮点的位移与偏转板上所加电压成正比.
t
uy
0
0
ux
t
(a)
(b)
图2.204 屏上竖直线和水平线的形成
+u0
-u0
为了观察不同电信号的波形,可利用X放大或Y放大的VOLTS/DIV旋钮,对观察的小信号放大,对大信号衰减,因此能观察到合适大小的波形.
三、波形显示与扫描整步装置
1．CRT上竖直线和水平线的形成
如果在Y偏转板上加正弦电压而X偏转板不加电压,则电子束的亮点在纵方向随时间作正弦式振荡,而在横方向不动,我们看到的将是的一条垂直的亮线,如图2.20-4(a)所示.
如果在横偏板上加上波形为锯齿形的电压(纵偏转板不加电压),电压从负开始随时间成正比的增加到正,然后又突然返回到负,再从此开始电压随时间成正比的增加,…….重复前述过程,这时电子束在荧光屏上的亮点,将相应的由左端匀速地向右运动到右端,然后马上返回到左端,然后再从左端匀速地向右运动,……,不断重复上述过程.亮点只在横方向运动，我们在荧光屏上看到的是一条水平线,这条线称为X轴扫描线.由于这条线反映了锯齿波电压随时间成正比地增加,所以称为线性扫描,如图2.20-4(b)所示.
uy
0
t
0
ux
t
图2.20-5
2．波形显示
如图2.20-5所示,如果在纵偏上加正弦电压,又在横偏上加锯齿形电压,则荧光屏上的亮点将同时进行方向互相垂直的两种位移,我们看到的是亮点的合成位移,即正弦图形.
3．CRT上显示稳定波形的条件

由图2.20-5可知,只有纵偏电压和横偏电压的振动周期严格地相同或者纵偏电压频率与横偏电压频率的比值是整数,图形才会简单而稳定.因此,CRT上显示稳定波形的条件为

4．扫描整步装置
实际上,由于产生纵偏电压和产生横偏电压的振荡源是互相独立的,它们之间的频率比不会自然满足简单整数比,所以示波器中的锯齿波扫描电压的频率必须可调.调节它的频率,可以基本满足(2.20-1)式.但要准确地满足(2.20-1)式,光靠人工调节还是不够的,特别是待测电压的频率越高,问题就越加突出.为了解决这一问题,在示波器内部安装了自动频率跟踪装置,称为“整步”.自动频率跟踪装置可由Y轴输入的被测信号的一部分来控制.在人工调节到接近满足(2.20-1)式的条件下,再加上“整步”的作用,扫描电压的周期就能准确地等于待测电压周期的整数倍,从而获得稳定的波形.
5．李萨如图形
如果纵偏和横偏均加正弦电压,得出的图形将是李萨如图形,如图2.20-6所示.李萨如图形可用来测量未知信号的频率.令fy、fx分别代表纵偏和横偏电压的频率,ny代表X方向的切线与图线相切的切点数,nx代表Y方向的切线与图形相切的切点数,则

fx=fy
(1)j=0
(2)0
(8)fy:fx=3:1

(9)fy:fx=3:2

图2.20-6

如果已知fx,则由李萨如图形和(2.20-2)式可求出fy.
四、测量两个同频率正弦信号的位相差
1．李萨如图形法
将待测信号u1和u2分别输入到双踪示波器的x轴和y轴,可以测量两个同频率信号的相位差,屏幕上显示的图形如图2.20-7所示,则位相差j为

2．双踪示波法
若将两个被测信号接于双踪示波器的y输入(即纵轴),展现的波形如图2.20-8所示.如果显示信号周期宽度在X轴上的刻度为L(DIV),对应的时间为T,两信号的两个相应的

特定点P1、P2间的距离为D(DIV),对应的时间差为Δt,则两信号的位相差为
B
A
图2.20-7
L
P1
D
P2
图2.20-8

五、测量电压和周期
T
标准方波
0.5V
待测信号
图2.20-9
1．示波器自校准
本实验用示波器的标准方波幅值为0.5V,频率为1000Hz,接Y输人,调节Y轴每格伏数(VOLTS／DIV)的粗调和微调旋钮,使标准方波高度占整数格,定准每格代表多少伏(伏／每格)叫偏转因数.偏转因数校准后在测量中不得随意改变偏转因数微调,由于粗调改变是使偏转因数成倍的改变,所以在测量中可以改变,只是改变后的偏转因数要乘以相应的倍数.
调节扫描粗调和微调旋钮(TIME/DIV),使标准方波每周期在x轴上占整数格,定准每格代表的时间.时基因数校准后在测量中不得随意改变扫描微调,粗调可以改变.
例如,在图2.20-9中标准方波的幅度为0.5伏，垂直方向占四格，则偏转因数为0.125V／DIV.标准方波的周期为1毫秒,横方向占两格,则时基因数为0.5ms/DIV.
2．测量电压
把接Y输人的标准方波换上待测信号,测定其幅值大小及周期.对于正弦信号,有效值U与峰一峰值UPP之间的关系为

例如,图2.20-9中待测信号UPP=2´0.125V =0.25V,其有效值为
U=UPP/=0.0884V=88.4mV,偏转因数为0.125V／DIV.
3．测量周期
例如,图2.20-9中待测信号的周期为T=0.5ms/DIV´4DIV=2ms,时基因数为0.5ms/DIV.
[实验内容]
1．示波器自校准
将示波器附件探头倍率开关置于´1位置,并分别接于CH-1(或CH-2)和校准信号输出端(CAL 0.5Vp-p),面板控制部件按下表设置.
面板控制件
作用位置
面板控制件
作用位置
输入端
CH-1（或CH-2）
扫描方式
自动
AC^DC
AC或DC
SOURCE(触发源)
CH-1（或CH-2）
VOLTS/DIV(偏转因数)
50mV/DIV

COUPLING(偶合方式)
AC
POSITION(X、Y位移)
居中
SLOPE(极性)
+
X、Y微调
´1校准
TIME/DIV(时基因数)
0.5ms
打开电源,经预热后,调节INTEN“辉度”、FOUCS“聚焦”旋钮,使亮度适中,聚焦最佳.再调节“触发电平”使波形同步,或将电平电位器置于锁定位置,即可显示稳定波形.按下表分别校准CH-1和CH-2信道.
表1 CH-1、CH-2信道校准

VOLTS/DIV位置
VP-P(cm)
V(V)
TIME/DIV位置
T(cm)
T(ms)
f(Hz)
CH-1

CH-2

2．测量信号的电压、周期或频率
在示波器自校准的基础上,保持X、Y微调均处于校准位置,取U=1V,f=1000Hz,将测量结果填入表2.
表2 测量信号的电压、周期和频率
VOLTS/DIV位置
VP-P(cm)
V(V)
TIME/DIV位置
T(cm)
T(ms)
f(Hz)

3．利用李萨如图形测定信号频率,数据记入表3.

表3 利用李萨如图形测定信号频率

加在x偏转板上的信号频率(信号发生器读数)(Hz)
计算Y偏转板上信号的频率(Hz)
2:1

3:1

3:2

4．测量两同频正弦信号的位相差
实验中利用移相器改变两输入信号的位相差,移相器电路如图2.20-10所示.当改变电阻时,可以改变UOB与UOA的位相差j值,但并不改变UOB和UOA的幅值大小.当R=0时,j=180°,当R足够大时,j=0.
用两种方法测量两同频正弦信号的位相差,数据填入表4.
图2.20-10 移相器电路和矢量图
O
A
B
D
j
A
B
C
R1
R2
uS
R

表4 测量两同频正弦信号的位相差
李萨如图形法
双踪示波法
A(cm)
B(cm)
j(度)
D(cm)
L(cm)
j(度)

[思考题]
1．示波器通电工作后,屏上无光点出现,可能有哪几种原因？应怎样调节？
2．示波器的水平扫描时间是指光点从屏幕左端到右端扫描一次所需要的时间,试分析扫描速度、扫描时间和时基因数的关系.
3．示波器显示稳定波形的条件是什么？如何调节？
附录一 LBO一522型双踪示波器简介
本实验所使用的示波器为LBO一522型双踪示波器,其主要功能为:工作频率接近20MHz时,最高灵敏度为 5mV／DIV,工作频率在5MHz以下时,灵敏度可达 500μV／DIV.最大的时基因数为40ns／DIV配有一个6英寸的阴极射线示波管(CRT),具有高亮度的内部标线和垂直灵敏度放大器.各旋钮的名称及作用如下:
1．POWER ON/OFF 电源开关:按进开,按出关.
2．ILLum 标尺辉度调节
3．Rotation 转动调整:调节转动螺丝即转动束线旋转器,可连续调节踪迹线的水平.
4．Focus 聚焦调节:可调节显示光点大小及踪线锐度.
5．Inten 增加亮度调节:调节阴极射线管显示亮度.
6．Position 位置调节
7．VOLTS/DIV 垂直电压偏转因数(单位:伏／格5mV/DIV到5V/DIV范围,适于全部带宽;0.5mV／DIV到2mV／DIV范围时适于5MHz以下,(最大可增益十倍).具有按1—2—5的顺序,可步进10个等级的变化,在各档之间是连续可调的.在电压测量时,可转动“垂直增益微调”钮,顺时针旋转至校准位置.当旋钮被拉出时,其灵敏度可放大十倍.在不要求超高灵敏度时,旋钮保持在推进状态.
8．CH—1 OR X IN
双踪显示时,此插座为Y信道的1通道输人端.在X —Y操作时为X输入端.
9．CH—2 OR Y IN
双踪显示时,此插座为Y信道的2通道输人端.在X一Y操作时为Y输入端.
10．CAL 0.5Vp—p
校准方波信号输出端,频率为1KHz幅度为0.5V.
11．CH一2 POL INV
通道2的极性变换开关,按键推出为正常操作,变换(INV)推进时,通道2的信号极性将被颠倒.
12．VERT MODE:垂直方式确定输入的显示方式
按下CH—1则 l输入信号被显示;按下CH－2则2通道输入信号被显示.
CHOP:系统变换(快速转换)双踪显示.当置于CHOP位置时,扫描踪线被约为 250KHz的方波高速改变,显示虚线,一般用于低频双踪显示．
ALT:为1通道和2通道信号交替显示,一般用于高频下双踪显示.
ADD:为两通道信号幅度代数和并被显示,当第二通道极性变化时,执行减法.
13．AC一GND——DC 交流—地—直流:是改变垂直输入信号的耦合开关.
在 DC 位置时,获得直流耦合．
在AC 位置时,用一个电容使直流成份被截止.
在GN D位置时,为放大器的地输入,并断开 Y信道输入端.
14．SLOPE 斜度:测试电压极性的同步斜度,当用荧光屏上波形的正斜率去触发扫描时,选择“＋”;用负斜率触发扫描时选择“一”.
15．LEVEL 触发电平:整步位置调节.拉出为手动调节,推进为自动整步.为了起动时间触发扫描,可将此置于一方便的位置.当触发方式置于PULL NORM位置时,荧光屏上的波形消失;置于PUSH AUTO位置时,踪迹将在流动;置于PRESE(拉出、反时针转到槽口位置)时,电平调整起动点在波形的中央附近.
16．HOLD OFF 延时:调整延时(中止、暂停)时间的间隔.当旋钮转动到PINC（增加）方向时,中止时间变得较长,并且显示的辉度减小.
正常情况下,旋钮的白色标志置于NORM位置,切口在中间.
17．EXT、TRIG、INPU 外触发输入端,是外接整步信号的输入端.它和输入放大器一样为直流耦合.当一个交流信号叠加于大于土2伏的直流之上时,直流部分将被一个电容器(约为0.1µF)滤掉.使用时应注意,施加输入信号电压（A CVP-P＋DC）最高不得超过600伏.
18．SOURCE 触发源选择
按照如下方式选择整步信号源:
ALT:l通道和2通道的垂直输入信号同步地交替地选择其中之一.这种情况下,垂直方式(VERT MODE)必须置于ALT.(当垂直方式选择相加时,整步是由通道2完成.)
CH—1:1通道的垂直输入信号被取出用于整步．
CH—2:2通道的垂直输入信号被取出用于整步．
LINE:线性触发器,利用电源供给信号被用于整步.
EXT:外触发(外部整步),用于外部施加整步信号.
19．COUPRLTNG 整步信号耦合选择
选择整步信号的耦合方式如下：
AC:可选用2Hz ~ 20MHz的交流整步信号.在正常情况下,应选择交流耦合,但 当整步信号频率低于30Hz时,电平钮(LEVEL)应拉出并置于PULL NORM位置.
HF REJ:高频泄漏,在测量时使用此耦合方式,可以消除频率在10KHz以下的噪声和频率高于100KHz以上的信号寄生振荡的波形,以便获得一个稳定的同步.
TV-H 电视行频,TV-V电视帧频:电视画面信号的同步分离.当耦合被置于这些方式之一时,可以从电视机\录象机的合成电视画面信号中得到同步信号,从而达到稳定的显示.
20．:水平位置调节.顺时针旋转时,可使图形右移,逆时针时图形左移.在X—Y操作中,用这个控制系统调节X轴(1通道)的水平位置.
21．TIME/DIV 扫描时间选择:转动示数是校准的每一格表示的时间数.即为时基因数,根据示波形的水平方向上的占据格数和时基因数示值,可测量时间.当开关旋钮置于X—Y位置时,仪器的操作将CH—1分配做X轴,CH—2分配作Y轴.
22．TIME VARIABLE时间增益微调控制器:此旋钮可使“扫描时间选择”量程之间连续微调.正常情况下,在测量时间时,应将此旋钮右旋于校准(CALD)位置.当旋钮被拉出时，波形沿水平方向扩展十倍.

一、没有光点或波形
　　电源未接通。
　　辉度旋钮未调节好。
　　X，Y轴移位旋钮位置调偏。
　　Y轴平衡电位器调整不当，造成直流放大电路严重失衡。
二、水平方向展不开
　　触发源选择开关置于外档，且无外触发信号输入，则无锯齿波产生。
　　电平旋钮调节不当。
　　稳定度电位器没有调整在使扫描电路处于待触发的临界状态。
　　X轴选择误置于X外接位置，且外接插座上又无信号输入。
　　两踪示波器如果只使用A通道（B通道无输入信号），而内触发开关置于拉YB位置，则无锯齿波产生。
　　三、垂直方向无展示
　　输入耦合方式DC-接地-AC开关误置于接地位置。
　　输入端的高、低电位端与被测电路的高、低电位端接反。
　　输入信号较小而V/div误置于低灵敏度档。
四、波形不稳定。
　　稳定度电位器顺时针旋转过度，致使扫描电路处于自激扫描状态（未处于待触发的临界状态）。
　　触发耦合方式AC、AC（H）、DC开关未能按照不同触发信号频率正确选择相应档级。
　　选择高频触发状态时，触发源选择开关误置于外档（应置于内档。）
　　部分示波器扫描处于自动档（连续扫描）时，波形不稳定。
五、垂直线条密集或呈现一矩形
　　t/div开关选择不当，致使f扫描＜＜f信号。
六、水平线条密集或呈一条倾斜水平线
　　t/div关选择不当，致使f扫描＞＞f信号。
七、垂直方向的电压读数不准
　　未进行垂直方向的偏转灵敏度（v/div）校准。
　　进行v/div校准时，v/div微调旋钮未置于校正位置（即顺时针方向未旋足）。
　　进行测试时，v/div微调旋钮调离了校正位置（即调离了顺时针方向旋足的位置）。
　　使用l0 ：1衰减探头，计算电压时未乘以10倍。
　　被测信号频率超过示波器的最高使用频率，示波器读数比实际值偏小。
　　测得的是峰-峰值，正弦有效值需换算求得。
八、水平方向的读数不准
　　未进行水平方向的偏转灵敏度（t/div）校准。
　　进行t/div校准时，t/div微调旋钮未置于校准位置（即顺时针方向未旋足）。
　　进行测试时，t/div微调旋钮调离了校正位置（即调离了顺时针方向旋足的位置）。
　　扫速扩展开关置于拉（×10）位置时，测试未按t/div开关指示值提高灵敏度10倍计算。
九、交直流叠加信号的直流电压值分辨不清
　　Y轴输入耦合选择DC-接地-AC开关误置于AC档（应置于DC档）。
　　测试前未将DC-接地-AC开关置于接地档进行直流电平参考点校正。
　　Y轴平衡电位器未调整好。
十、测不出两个信号间的相位差（波形显示法）
　　双踪示波器误把内触发（拉YB）开关置于按（常态）位置应把该开关置于拉YB位置。
　　双踪示波器没有正确选择显示方式开关的交替和断续档。
　　单线示波器触发选择开关误置于内档。
　　单线示波器触发选择开关虽置于外档，但两次外触发未采用同一信号。
十一、调幅波形失常
　　t/div开关选择不当，扫描频率误按调幅波载波频率选择（应按音频调幅信号频率选择）。
十二、波形调不到要求的起始时间和部位
　　稳定度电位器未调整在待触发的临界触发点上。
　　触发极性（+、-）与触发电平（+、-）配合不当。
触发方式开关误置于自动档（应置于常态档）。
　　示波器的使用注意事项
　　(1)热电子仪器一般要避免频繁开机、关机，示波器也是这样.
　　(2)如果发现波形受外界干扰，可将示波器外壳接地.
　　(3)“Y输入”的电压不可太高，以免损坏仪器，在最大衰减时也不能超过400 V.“Y输入”导线悬空时，受外界电磁干扰出现干扰波形，应避免出现这种现象.
　　(4)关机前先将辉度调节旋钮沿逆时针方向转到底，使亮度减到最小，然后再断开电源开关.
　　(5)在观察荧屏上的亮斑并进行调节时，亮斑的亮度要适中，不能过亮.

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