一、实训目标
1.了解示波器的结构和原理;
2.知道示波器各旋钮和开关的作用;
3.学会用示波器测量直流电压、交流电压、观察整流滤波波形。
二、实训器材
ST-16B示波器1台、低压电源1台、干电池1节、2CP晶体二极管4只、100μF电解电容器两个、电感线圈1个、1kΩ电阻1个、开关1个、导线若干。
三、实训原理
ST-16B示波器
（1)工作原理
示波器是一种测量电压、观察波形的电子仪器。它是利用电子束偏离示波器荧光屏中心的距离与被测信号电压成正比的原理,来测量和观察电压幅值、频率和相位随时间变化的情况。凡是能够用传感器转化电信号的非电学量,都可以用示波器来研究。例如,临床上使用的重症监护仪,就是用传感器将病人的体温信号、脉搏信号、血压信号等转换为电压信号,然后用示波器显示这些生命体征信号。示波器在检测、维修各种电子仪器等在科学研究中都是非常重要的工具。
示波器的核心部件是示波管,如图6-1所示。如示波管的两对偏转板不加电压时,电子束直线前进打在荧光屏正中,出现一个亮点;若只在垂直偏转板加上正弦电压Uy＝U0sinωt,电子束偏离荧光屏中心的距离与所加电压随时间按正弦规律变化,由于变化得快,则电子束打在荧光屏上,在竖直方向出现一条亮线;若只在水平偏转板加上扫描电压,则荧光屏水平方向出现扫描的亮线,该线称为扫描线;若在竖直偏转板加上正弦信号,同时在水平偏转板加一个扫描电压,则荧光屏将出现正弦信号电压的波形。
图6-1 示波管示意图
如果在水平偏转板加上扫描电压,在垂直偏转板加上直流电压,则水平亮线上移或下移。若将Y微调旋钮旋到校准位置,则其水平亮线移动的距离与所加电压成正比,所以示波器可以测量电压的大小。
（2)面板介绍
ST-16B示波器的面板,如图6-2所示。
①电源开关:接通或关闭电源。
②电源指示灯:接通电源时指示灯亮。
③亮度调节旋钮:调节图像的亮暗,顺时针旋图像变亮,逆时针旋图像变暗。
④聚集旋钮:调节图像的清晰度。
⑤校准信号:输出频率为1kHz,幅度为0.5V的方波信号,用于校正10∶1探极与示波器的垂直和水平偏转因素。
⑦微调旋钮:连续调节图像的垂直偏转因素,顺时针旋到底为校准位置。
⑧VOLTS/DIV（Y衰减开关):调节示波器的垂直偏转因素,10mV/div～10V/div。
⑨信号输入端:Y信号输入端。
⑩耦合方式选择开关:选AC经电容器输入,选DC为直接输入,选⊥Y放大器的输入端接地。
微调X增益:当在“自动、常态”方式,可连续调节扫描时间因素,顺时针旋到底为校准位置。当在“外接”时,可连续调节X增益。
TIME/DIV（扫描时间调节旋钮):调节示波器的扫描时间因素。0.1μs/div～0.1s/div。
锁定:按进此键,能自动锁定触发电平,显示稳定的被测信号。
触发极性选择开关:选择＋,信号上升沿触发;选择－,信号下降沿触发;选择电视,用于同步电视信号触发。
触发源选择开关:选择内,用示波器内部信号触发,选择外、用外部信号触发,选择电源,用电源信号触发。
图6-2 示波器面板示意图
触发方式择开关:选择自动,无信号时,屏幕上光迹;有信号时,与电平配合,显示稳定的波形。选择常态,无信号时,屏幕上无光迹;有信号时,与电平配合,显示稳定的波形。选择外接,X-Y工作方式。
（3)探极补偿
在测试信号时,常用探极将信号源与示波器连接。该示波器的探极分两挡,一般使用10∶1挡,其输入电阻为10MΩ、电容16pF;测试小信号时,使用1∶1挡,其输入电阻为1MΩ、电容30pF。为了减小探极对示测试信号的影响,应考虑探极输入阻抗对被测电路的影响。在测试前,必须对探极进行检查,探极选择10∶1挡,探极的输入端接本机校正信号,即面板⑤,其波形如图6-3所示。若波形有过冲或下榻现象,可用高频旋具调节图6-3（d)的调整元件,使补偿适中,出现图6-3（a)的最佳波形,这时示波器处于正常状态。
图6-3 探极补偿
四、实训内容及步骤
1.熟悉示波器各旋钮
①把衰减旋钮置于0.5V挡。
②将微调旋钮顺时针旋到底,处于校准位置。
③扫描范围置于2ms。
④耦合方式旋钮置于DC位置。
⑤打开电源开关等待2min。
⑥调整辉度旋钮,使图像亮度适中。
⑦调整聚焦旋钮,使图像清晰。
⑧调整Y位移调旋钮和X位移调旋钮使扫描线处于荧光屏的正中,使示波器处于工作。
2.测量直流电压
①示波器的Y输入探极接电源正、负极。
②测出一节干电池的电压值,并将结果填入表6-1中。
3.用示波器观察整流前的电压波形,测量其交流电压UP-P
①如图6-4所示接好电路。
②将衰减旋钮置于0.5挡。
③将微调旋钮顺时针旋到底,处于校准位置。
④将示波器Y输入端的探极接在R两端。
⑤按下锁定旋钮,使图像稳定。
⑥观察整流前的电压波形,将其波形画在表6-2中。
⑦测出整流前电压的“峰-峰”值,并将结果填入表6-2中。
4.观察整流后的电压波形,测量其交流电压UP-P
①如图6-5所示接好电路,将示波器Y输入端的探极接在R两端。
图6-4 观察整流前的电压波形
图6-5 观察整流后的电压波形
②按下锁定旋钮,使图像稳定。
③观察整流前的电压波形,将其波形画在表6-2中。
④测出整流前电压的“峰-峰”值,并将结果填入表6-2中。
5.观察整流滤波后的电压波形,测量其电压值
①如图6-6所示接好电路,将示波器Y输入端的探极接在R两端。
图6-6 桥式整流、π型滤波电路图
②按下锁定旋钮,使图像稳定。
③观察整流前的电压波形,将其波形画在表6-2中。
④测出整流前电压的“峰-峰”值,并将结果填入表6-2中。
6.用示波器观察半波整流,电容滤波的电压波形
（1)观察10μF电容滤波的波形。
①如图6-7所示接好电路。
②将示波器Y输入端的探极接在R两端。
③观察电容滤波的波形。
图6-7 电容滤波电路
（2)将6-7图中的电容换为100μF,观察100μF电容滤波的波形。
注意事项:
①图像亮度合适,不能太亮,否则缩短荧光屏的寿命。
②测量前应将示波器的扫描线调到荧光屏正中位置,否则测量读数值不准确,观察的图像不对称。
③测量时,应将微调旋钮调到校准位置,否则测试不准。读数方法如图6-8、图6-9所示。
图6-8 交流电压的测定
图6-9 间隔时间的测定
五、数据记录与分析
1.数据记录
表6-1 测量干电池的直流电压
表6-2 测量整流前、后的电压波形及电压
2.计算电压值
（1)一节干电池的电压U＝
（2)桥式整流前交流电压的有效值U1＝
（3)桥式整流后交流电压的有效值U2＝
（4)π型滤波后R两端的电压有效值U3＝
六、思考题
1.当图像亮度、清晰度不好时,你应调节哪些旋钮？
2.当输入号后,荧光屏上没有信号波形,你应调节哪些旋钮？
3.当信号波形不稳定时,你应如何调节才能使波形稳定？
4.如何调节,才能使输入信号波形在荧光屏上正中全部显示？
5.在观察桥式整流、π型滤波中,滤波后是直流,还是交流,经过整流？“DC、AC”开关置于“AC”,还是“DC”位置？
6.测量直流、交流电压值时,为什么要将Y增益旋钮顺时针旋到底？此时,荧光屏上每一大格表示多少伏？
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