1、⽰波器显⽰原理及结构
当⼀个信号输⼊⽰波器时,⽰波器采集了信号中电压随时间的变化规律,是⼀维的信息,⽆法在屏幕上显⽰⼆维的图形,因此在⽰波器屏幕上要显⽰交流电压信号的波形,也还需要加⼀个沿x轴⽅向的匀速运动的扫描电压信号,如图1所⽰。Ux的正⽅向的匀速运动与Uy竖直⽅向的简谐振动相互显⽰了正弦波形,这就是⽰波器波形显⽰的原理。当然如果x轴外加其他电压信号,其显⽰的波形将会是Ux和Uy 叠加的结果,假设,则,,消去t即可得到y=y(x)的⽅程由此可以根据不同的⽬的在⽰波屏上显⽰各式各样的波形。
⽰波器的结构图如图2所⽰。交流信号输⼊后,经过增益等处理,把信号传递给采集模块和触发端,通过触发端来进⾏信号的触发和释抑,以控制何时采集数据、触发间隔以采集数据。⽽后通过采集系统采集后在显⽰屏上显⽰有意义的波形。
2、测量交流信号的电压、周期、频率的⽅法
当波形显⽰在屏幕上以后,可以通过测量⽅法来得到波形的相关信息,⼀般的测量⽅法有:直接测量法、光标法和⾃动测量法。
测量的基本原理:通过调节增益V/DIV,在⽰波器上显⽰⼤⼩适中、稳定的正弦波形,选择其中⼀个完整的波形,测算波形峰峰值的垂直距离DIV,则峰峰值电压Uy=DIV*V/DIV*探头增益;同理测算信号n个周期的⽔平距离DIV,则信号周期T=(DIV*T/DIV)/n.
3、相⼲信号位相差的测量1)双踪法
输⼊频率相同、初相位不同的两列波形信号,采⽤双踪法⽅式⼯作,触发源选择CH1或CH2,得到被测波形,其⼀个周期在坐标刻度⽚上占8DIV,即每1DIV相应为45°两列波相邻波峰的⽔平距离△x为1.5DIV,则两列信号的相位差为
2)李萨如图形法
将⼀个正弦波电压加到荧光屏垂直偏转板,把另⼀个正弦波电压加到⽔平偏转板。这样荧光屏上出现的图形为⼀个椭圆,有它能很容易求出两电压之间的相位差。同频率的两个交流电在荧光屏上的图形,由两电压的相位差确定,如图3所⽰。
如果两个交流电的最⼤值Ux和Uy相同,且⽰波器的放⼤器在⽔平和竖直⽅向的偏转灵敏度相同,根据振动的合成规律很容易知道,当两电压的相位差ψ=0°或ψ=180°时,图形是⼀条与x轴夹⾓为45°或135°
的直线;当ψ=90°或270°时,图形是⼀个圆。若两电压的频率成整数倍,屏上可得到⽐较复杂的稳定图形。现设从CH1和CH2通道分别输⼊两个同频率、有⼀定相位差的信号,选择合适的灵敏度,并采⽤外触发⼯作⽅式,即可在⽰波屏上观察到如图4的李萨如图形。
令,假定波形在x轴线上的截距为2,则对x轴上的P点有:及。所以相位差为:
本实验调节信号发⽣器,频率调到3.000kHz,电压调⾄5V。
1.⽰波器选中CH1通道并将⼀个探头接到CH1上,将探头与信号源的⼀个输出端相接,将探头接地端与信号源另⼀个输出端相接。
2.调节CH1通道的时间灵敏度和电压灵敏度,将图形调到适当⼤⼩,调节上下、左右位移旋钮,将图形调到合适位置。3.数出图形最⾼点和最低点相差格数,并记下此时的电压灵敏度。
4.选中光标键,光标模式设为⼿动,光标类型设为V,出现横向的两条光标,选择CURA,调节公⽤旋钮将光标调⾄最低端,在取消CURA,选择CURB,调公⽤旋钮将另⼀个光标调⾄图形最⾼端,读出的数值即为电压峰峰值。5.取消光标,按测量键,选择电压峰峰值测量,即读出电压峰峰值。6.读出图形6、7、8个周期所占格数,并记下此时的单位时间。
7.选中光标键,光标模式设为⼿动,光标类型设为T,出现纵向的两条光标,调节公⽤旋钮将两光标调⾄图形的6、7、8个周期,即读出6、7、8个周期的时间。
8.将CH2通道也选中,接好探头。将信号源的两个输出端分别接在移相器的A、B接点,CH1、CH2的接地端都接在O接点。CH1探头接在P接点,CH2探头接在A接点,⽰波器上会显⽰出两列正弦波。
9.按sweep键,将格式从Y-T调为X-Y,调节CH1、CH2下⽅的VOLTS/DIV旋钮来调整横向和纵向的拉伸,调节SEC/DIV旋钮调整光波数的密度,调节CH1、CH2的位移旋钮调节图像的位置,直到出现⼀个⽐较清晰的椭圆。10.调节椭圆位置,测出截距2和2b。
⽤⽰波器观察⼀正弦电信号,屏幕上正好出现⼀个完整的波形。此时衰减旋钮“VOLTS/DIV”旋钮置于“0.5V/DIV”,正弦波最⾼处到最低处相差4.0div。扫描时间“TIME/DIV”旋钮置于“1ms/div”,试回答:(1)该电压信号的最⼤值Um和有效值Ue等于多少?
(2)该信号的频率f为多少?
(3)欲使屏幕上出现两个完整波形,应将“TIME/DIV”旋钮置于多少?
(4)⽤⽰波器测定两个正弦信号的相位差,得到李萨如图形是⼀、三象限内的⼀条直线,那么这两个正弦信号的相位差是多少?
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容