试验简介
示波器是运用示波管内电子束在电场或磁场中的偏转,显现随时刻改变的电信号的一种观测仪器。它不仅能够定性调查电路(或元件)的动态进程，而且还能够定量丈量各种电学量，如电压、周期、波形的宽度及上升、下降时刻等。还能够用作其他显现设备，如晶体管特性曲线、雷达信号等。配上各种传感器，还能够用于各种非电量丈量，如压力、声光信号、生物体的物理量(心电、脑电、血压)等。自1931年美国研制出榜首台示波器至今已有70年，它在各个研讨范畴都取得了广泛的运用，示波器自身也开展成为多种类型，如慢扫描示波器、各种频率规模的示波器、取样示波器、回忆示波器等，已成为科学研讨、试验教学、医药卫生、电工电子和仪器仪表等各个研讨范畴和职业最常用的仪器。
试验原理
示波器的结构如图1所示，
由示波管(又称阴极射线管)、扩大体系、衰减体系、扫描和同步体系及电源等部分组成。
为了习惯多种量程，关于不同巨细的信号，经衰减器分压后，得到巨细相同的信号，经过扩大器后产生大约20V左右电压送至示波管的偏转板。
示波管是示波器的根本构件，它由电子枪、偏转板和荧光屏三部分组成，被封装在高真空的玻璃管内，结构如图2所示。电子枪是示波管的中心部分，由阴极、栅极和阳极组成。
图2 示波管的结构
(1)阴极――阴极射线源：由灯丝(F)和阴极(K)构成，阴极外表涂有脱出功较低的钡、锶氧化物。灯丝通电后，阴极被加热，很多的电子从阴极外表逸出，在真空中自在运动然后完成电子发射。
(2)栅极――辉度操控：由榜首栅极G1( 又称操控极)和第二栅极G2(又称加快极)构成。栅极是由一个顶部有小孔的金属圆筒，它的电极低于阴极，具有反推电子效果，只要少数的电子能经过栅极。调理栅极电压可操控经过栅极的电子束强弱，然后完成辉度调理。在G1的操控下，只要少数电子经过栅极，G2与A2相连，所加相位比A1高，G2的正电位对阴极发射的电子奔向荧光屏起加快效果。
(3)榜首阳极――聚集：榜首阳极(A1)程圆柱形(或圆形)，有好几个间壁，榜首阳极上加有几百伏的电压，构成一个聚集的电场。当电子束经过此聚集电场时，在电场力的效果下，电子汇合于一点，结果在荧光屏上得到一个又小又亮的光电，调理加在A1上的电压可抵达聚集的意图。
(4)第二阳极――电子的加快：第二阳极(A2)上加有1000V以上的电压。聚集后的电子经过这个高电压场的加快取得满意的能量，使其成为一束高速的电子流。这些能量很大的电子打在荧光屏上可引起荧光物质发光。能量越大就越亮，但不能太大，不然将因发光强度过大导致烧坏荧光屏。一般来说，A2上的电压在1500V左右即可。
(5)偏转板：由两对彼此笔直的金属板构成，在两对金属板上别离加以直流电压以操控电子束的方位。恰当调理这个电压能够把光点或波形移到荧光屏的中心部位。偏转板除了直流电压外，还有待测物理量的信号电压，在信号电压的效果下，光点将随信号电压改变而改变，构成一个反映信号电压的波形。
(6)荧光屏：荧光屏(P)上面涂有硅酸锌、钨酸镉、钨酸钙等磷光物质，能在高能电子炮击下发光。辉光的强度取决于电子的能量和数量。在电子射线中止效果前，磷光要经过一段时刻才平息，这个时刻称为余辉时刻。余辉使咱们能在屏上调查到光电的接连轨道。
自阴极发射的电子束，经过榜首栅极(G1)、第二栅极(G2)、榜首阳极(A1)、第二阳极(A2)的加快和聚集后，构成一个细电子束。笔直偏转板(常称作y轴)及水平偏转板(常称x轴)所构成的二维电场，使电子束产生位移，位移的巨细与x、y偏转板上所加的电压有关：
式(1)
中的Sy和Dy为y轴偏转板的偏转灵敏度和偏转因数，Sx和Dx为x轴偏转板的偏转灵敏度和偏转因数。它们均与偏转板的参数有关，是示波器的首要技能目标之一。
由式(1)，y轴或x轴的位移与所加电压有关。如图3所示，在x轴偏转板上加一个随时刻t按必定份额添加的电压Vx，光点从A点到B点移动。假如光点抵达B点后，Vx降为零(图中坐标轴上的Tx点)，那么光点就返回到A点。若尔后Vx再按上述规则改变(Vx与Tx相同)，光点会从头由A移动到B。这样Vx周期性改变( 锯齿波)，而且因为发光物质的特性使光迹有必定的保存时刻，于是就得到一条“扫描线”，称为时刻基线。
图3 波形显现原理
假如在x轴加有锯齿形扫描电压的一起，在y轴上加一正弦改变的电压[如图(3)b]，则电子束遭到水平电场和笔直电场的一起效果而呈现二维图形。为得到可观测的图形，有必要使电子束的偏转屡次堆叠呈现，即重复扫描。
很明显，为得到清洗安稳的波形，上述扫描电压的周期Tx (或频率fx)与被测信号的周期Ty(或fy)有必要满意：
以确保Tx轴的起点一直与y轴周期信号固定一点想对应(称“同步”)，波形才安稳，不然波形就不安稳而无法观测。
因为扫描电压产生器的扫描频率fx不会很安稳，因而为确保式(2)
一直建立，示波器需求设置扫描电压同步电路，即触发电路，如图(1)所示。运用它供给一种触发信号来使扫描电压频率与外加信号同步，然后取得安稳的信号图形。图1中设置了三种同步触发办法：外信号触发、被测信号触发(内触发)、50Hz市电触发。
实践运用的示波器因为用处不同，它的示波管及扩大电路等也不尽相同。因而示波器有一系列的技能特性目标，如输入阻抗、频带宽度、余辉时刻、扫描电压线性度、y轴和x轴规模等。
在试验中或工程技能上都经常用示波器来丈量信号的时刻参数，如信号的周期或频率，信号波形的宽度、上升时刻或下降时刻，信号的占空比(宽度/周期)等。如雷达经过丈量发射脉冲与反射(承受)脉冲信号的时刻差来完成测间隔，其他无线电测距、声纳测潜艇方位等都归于这一原理。
从式(2)触发，设待测信号接y轴输入端，则Ty是待测信号的周期，Tx是x轴扫描信号的周期，N是一个扫描周期内所显现的待测信号的波形周期数。如荧光屏上显现2个信号波形，扫描信号周期是10ms，则待测信号的周期是5ms。
X轴扫描信号的周期实践上是以时基单位(时刻/cm)来标明的，一般示波管荧光屏的直径以10cm居多，则式(2)的Tx，由时基乘上10cm，如时基为0.1ms/cm，则扫描信号的周期为1ms。为此在实践丈量中，将式(2)改成(3)的方式
Ty = 时基单位×波形厘米数
式中的波形厘米数，能够是信号一个周期的读数(可测待测信号的周期)、正脉冲(或负脉冲)的信号宽度的读数或待测信号波形的其他参数。
假如将不同的信号别离输入y轴和x轴的输入端，当两个信号的频率满意必定联系时，荧光屏上会显现出李萨如图形。可用测李萨如图形的相位参数或波形的切点数来丈量时刻参数。
两个相互笔直的振荡(有相同的自变量)的组成为李萨如图形。
1．频率相同而振幅和相位不一起，两正交正弦电压的组成图形。设此两正弦电压别离为：
消去自变量t，得到轨道方程：
这是一个椭圆方程。当两个正交电压的相位差φ取0~2π的不同值时，组成的图形如图4所示。
图4 不同φ的李萨如图形
2．两正交正弦电压的相位差必定，频率比为一个有理数时，组成的图形为一条安稳的闭合曲线。图5是几种频率比时的图形，频率比与图形的切点数之间有下列联系：
图5 不同频率比的李萨如图形
学习要点
试验仪器
函数信号产生器2台， 通用示波器1台。
试验内容
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用两台信号产生器(一台自用，一台为共用)别离接y轴和x轴，取fx/fy =1、1/2、2、2/3、3/4时，测出对应的fx和fy，画出有关图形并求出共用信号的频率。
规划性内容
注意事项
调查李萨如图形时，经过自用信号产生器的频率微调旋钮，使李萨如图形尽可能安稳时，再丈量y轴和x轴的切点数。
思考题
