示波器信号电压和扫描电压的关系

一、实训目的与要求

(1)了解示波器的主要结构和基本工作原理。

(2)学会使用示波器和信号发生器。

(3)学会用示波器观察信号波形。

(4)学会用示波器观察李萨如图形并测量市电的频率。

二、实训设备、材料与工具

示波器、函数信号发生器、小变压器等。

三、实训内容

1.扫描作用

如果只在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，则电子束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运动，如果电压频率较高，则看到的将是一条竖直亮线。要显示出波形，必须同时在水平偏转板上加一个扫描电压，使电子束的亮点同时沿着水平方向拉开。这种扫描电压的特点是电压随时间成线性关系增加到最大值，然后突然回到最小，此后再重复地变化。扫描电压随时间变化的关系曲线形同“锯齿”，故称“锯齿波电压”。

图3-1 示波器显示正弦波形原理图

在竖直偏转板上加正弦电压，同时在水平偏转板上加锯齿波电压，电子同时受竖直、水平两个方向的力的作用，则电子的运动为两相互垂直的运动的合成。当锯齿波电压与正弦电压变化周期相等时，在荧光屏上将能显示出一个完整的正弦电压的波形图(随着时间的推移， X和Y信号同步周期性地出现)，见图3-1。

2.同步作用

要在示波器荧屏上获得稳定的波形，被测信号的频率f Y必须为扫描电压(锯齿波)频率f X的整数(N)倍，即有:

f Y=Nf X

如果被测信号与锯齿波两者频率不满足上述整倍数的关系，每次扫描显示的图形就不能重合，结果荧光屏上呈现向左或向右移动的波形，这样就难以对信号进行观察和测量。

电源电压不稳定或其他原因，都会引起被测信号和扫描信号频率的变化，所以必须设法使两者频率自动保持整数比。为此，可利用被测信号电压或与此有关的电压，去强迫控制锯齿波的频率，使之与被测信号频率保持整数比，这就是同步(或称为整步)，用来控制锯齿波频率的信号则称为同步信号。

3.李萨如图形

如果X、Y偏转板上加的电信号都是正弦波，当f X和f Y之比为整数时，电子束受到它们的合作用，光点将会描绘出特定的图形——李萨如图形，如图3-2所示。

图3-3给出了几种不同频率的李萨如图形。可以证明X、Y方向上正弦波的频率与李萨如图形在X、Y方向的切点数n X、n Y有如下关系:

根据已知频率可以利用李萨如图形求出未知频率。

图3-2 李萨如图形

图3-3 不同频率的李萨如图形

四、实训步骤

(1)打开示波器电源开关，预热2～3min。

(2)将扫描开关逆时针方向旋至X-Y位置，扫描方式置于“自动”。“CH1”、“CH2”通道“接地”。此时荧光屏上看到一个亮点，这是由阴极发射出来的一束电子经聚焦、加速到达荧光屏。调节“辉度”、“聚焦”“↔”、“↕”，使亮点亮度适中且处于居中位置。

(3)将扫描开关顺时针方向调节(扫描功能打开)。荧光屏上的亮点开始移动，调节扫描速率，直至观察到一条水平线。然后关闭扫描开关，即扫描开关逆时针方向旋至X-Y位置。

(4)打开信号源开关，按下“100”和“～”，调节频率使之在50Hz左右。将“CH1”的接地弹起，将“方式”的“CH1”按下，荧光屏上出现一条水平线，调节CH1的偏转因子开关，可以改变水平线的长度，即CH1通道的正弦波是加在水平方向。将扫描开关顺时针方向旋转时(此时打开扫描功能，水平方向为扫描锯齿波)，CH1通道的正弦波加在竖直方向，随即正弦波展开。

(5)同上步骤观察“CH2”通道的正弦波形，记录两相邻波峰或波谷间距L，计算“CH2”通道输入正弦波周期及频率。

(6)在CH1通道和CH2通道均为正弦波时，将扫描开关逆时针方向旋至X-Y位置，此时荧光屏上出现一个变化的封闭的李萨如图形。将“CH2”通道的信号设为未知，保持频率f Y在50Hz左右不变。调整“CH1”输入信号的频率f X，至封闭图形稳定或缓慢变化。

(7)记录不同李萨如图形“X”、“Y”方向的切点数、“CH1”通道的输入信号频率f X。

(8)根据f Y=f X·NX/NY计算f Y。

(9)将“CH1”信号接地，此时荧光屏上为一条竖线。

(10)记录“CH2”通道的灵敏度选择开关的读数(此时要求关掉“CH2”通道微调灵敏度选择开关)。

(11)从荧光屏上直接读出该竖线的长度M。计算出交流信号的峰峰值和有效值。

T=L格×_s/格; f=1/T。

表3-1 用李萨如图形测频率

五、相关知识

(1)信号发生器、示波器预热3min以后才能正常工作。

(2)测信号电压时，一定要将电压衰减旋钮的微调顺时针旋足(校正位置); 测信号周期时，一定要将扫描速率旋钮的微调顺时针旋足(校正位置)。

(3)不要频繁开关机，示波器上光点的亮度不可调得太强，也不能让亮点长时间停在荧光屏的一点上，如果暂时不用，把辉度降到最低即可。

(4)转动旋钮和按键时必须有的放矢，不要将开关和旋钮强行旋转、死拉硬拧，以免损坏按键、旋钮和示波器。

六、思考与练习

1.观察电信号频率和李萨如图形时，“触发方式”开关如何放置? 在什么情况下，扫描时间TIME/DIV、触发极性、触发源选择开关才起作用?

2.示波器使用过程中，常发现信号波形不稳定，此时应如何调节? 方法有几种? 分别说明。

3.随着被测量信号频率的升高，示波器扫描时间如何调节? 若被测信号频率f=10k Hz，扫描挡级应置何挡位，简单计算。