示波器的使用示波器是一种显示各种电压波形的仪器，它利用被测信号产生的电场对示波管中电子运动的影响来反映被测信号电压的瞬变过程。

由于电子质量、惯性小，荷质比大，因此它具有较宽的频率响应，用以观察变化极快的电压瞬变过程，因而它具有较广的应用范围。

一切能转换为电压信号的电学量（如电流、电功率、阻抗等）和非电学量（如温度、位移、速度、压力、光强、磁场、频率等），其随时间的瞬变过程都可以用示波器进行观察和测量分析。

【实验目的】1.了解示波器的基本结构，熟悉示波器的调节和使用。

2.学习用示波器观察电压波形和李萨茹图形。

3.学习用示波器测量电讯号的方法。

【实验原理】1．示波器的基本结构及其简单工作原理示波器有示波管、扫描发生器、同步电路、水平轴及垂直轴放大器和电源供给五部分组成，下面分别介绍。

图14-1 示波器基本结构图（1）．示波管示波管是示波器进行图形显示的核心部分，在一个抽成高真空的玻璃泡中，装有各种电极（图14─2），按其功能可分为三部分。

1）．电子枪。

用以产生定向移动的高速电子，它包括三个电极：①．热阴极板。

是一个罩在灯丝外面的小金属圆筒，其前端涂有氧化物，当灯丝中通入电流时，阴极板受热而发射电子，并形成电子流。

②．控制栅极板（辉度调节）。

是一个前端开有小孔的金属圆筒，罩在阴极板的外侧，电子可从小孔中通过，在工作时栅极板电势低于阴极板电势，即调节栅极板电势的高低可以控制到达荧光屏的电子流强度，使屏上光点的亮度发生变化，也就是“辉度调节”。

③．阳极板（聚焦调节）。

也是一个前端开有小孔的金属圆筒，阳极板上加有高压（约1000V），且其区域内的电场不均匀。

一是使电子流获得高速，二是将由栅极板过来的已散开的电子流聚焦成一很窄细的电子束。

改变阳极板的电压可以调节电子束的聚焦程度，即荧光屏上光点的大小，称为“聚焦调节”。

2）．偏转极板。

图14─2中的X 1X 2（水平X ）、Y 1Y 2（竖直Y ）为两对相互垂直的极板。

当两对偏转极板上均不加电压时，则电子束穿过极板间时不发生偏转，光点在荧光屏的中央；当在X 1X 2极板上加直流电压（设U X1＞U X2）时，则电子束穿过X 1、X 2两板间时向左偏转，屏上光点向左移动；当在Y 1Y 2极板上加直流电压（设U y1＞U y2）时，则电子束穿过Y 1、Y 2两板间时向上偏转，屏上光点向上移动；当在X 1X 2（或Y 1Y 2）极板上加交变电压时，则电子束穿过偏转极板间时将水平（或上下）振动，即屏上光点水平（或上下）振动，如振动较快，即屏上出现一条水平（或竖直）亮度线。

以上各情况分别如图14-3各图所示。

3）．荧光屏阴极射线管的前端的内表面涂有发光物质，高速运动的电子打在其上，其动能被发光物质吸收而发光，在电子轰击停止后，发光仍持续一段时间，称为余辉，余辉时间的长短和放光物质的成分有关。

荧光屏不仅能将电子的动能转换成光能，同时还转换成热能。

因此荧光屏上的光点长时间停在固定位置，可能将该处的发光物质烧毁，称为一暗斑，所以在操作时要注意不要使光点长时间停留在一处。

（2）．扫描发生器若将随时间作正弦变化的电压信号sin y ym U U t ω=只加在Y 偏转板上，荧光屏上显示出一条垂直亮度线，而看不到正弦曲线。

在上述条件下，若同时再在X 偏转板上加入一个与时间成正比增加的线性电压x U K t =⋅，则电子束在竖直方向上作简谐振动的同时，还必须在水平方向上作自左向右的匀速运动，这样才能在荧光屏上显示出信号电压U y 和时间t 的正弦变化曲线，其原理如图14-4所示。

图14-2示波管结构图设开始时X 1X 2间的电压为零，显示屏上的光点在最左侧，之后X 1X 2间的电压匀速增加，显示屏上的光点在沿Y 轴方向振动的同时，匀速向右移动，留下了亮的图线——亮点的径迹；当X 1X 2间的电压增加到最大值E 时，显示屏上的光点移到最右侧，与此同时X 1X 2间的电压降到零，显示屏上的光点又移到最左侧；随着时间的推移，依次不断重复上述过程，显示屏上便可显示出正弦波形来。

所以在显示屏上看到的正弦曲线实际上是两个相互垂直的运动的合成轨迹。

将加到Y 偏转板上的电压信号，在显示屏上展开成为函数曲线图形的过程称为扫描，获得扫描的方法是在X 1X 2偏转板上所加的与时间成正比增加的线性电压具有周期性，这个周期性变化的电压又叫锯齿形电压，称为扫描电压，如图14-5所示。

示波器由扫描发生器提供扫描电压。

（3）．同步电路由图14-4可知，如果T x =2T y ，在荧光屏上就显示出两个完整的正弦波；同理，如果T x =3T y ，则在荧光屏显示出三个完整的波形。

以此类推，如果要示波器显示出完整而稳定的波形，扫描电压的周期T x 必须为Y 偏转板电压周期T y 的整数倍数，即x y T nT = （或y x f nf =）， n = 1，2，3，… （14-1）式中，n 为荧光屏上所显出的完整波形的数目，f y 为所加在Y 偏转板电压的频率，f x 为扫描电压的频率。

稍有有差异，波形就不稳定，甚至更为复杂。

为此，在示波器上专门设置一种电路，来控制扫描电压的频率f x ，使f x 随着被观测信号的频率f y 变化，即用y 轴信号频率去控制扫描发生器的频率，使之始终满足整数倍的关系，此作用称为“同步”， 该电路称为“同步电路”。

使用示波器的关键，就是调节扫描电压的频率，使之与信号频率之间成整数倍关系，并加上“同步”作用，迫使这种关系保持稳定。

综上所述，示波管显示稳定波形的条件是：①在Y偏转板上必须加上足够大的待测电压信号；图14-5荧光屏②在X 偏转板上必须加上锯齿波电压；③锯齿波电压周期应保持为待测信号周期的整数倍。

（4）．水平轴及垂直轴放大器加在水平与垂直偏转板上的信号电压必须足够大，才能使电子束偏转一定角度。

因此，必须将输入的弱信号经放大器放大，并用水平及垂直增幅旋钮来调节放大量。

如输入信号过强，则需要分压电路进行衰减。

（5）．电源供给用以供给示波管及各部分电路所需要地各种交直流电源。

2．信号电压、频率的测量把待测信号电压输入到示波器的y 轴输入端。

调节示波器面板上各开关旋钮到适当的位置，荧光屏上显示一稳定波形。

根据荧光屏上的坐标格划线刻度，读出显示波形的电压值或周期值。

（1）．测量电压把待测信号输入到示波器的y 轴输入端，将y 轴输入耦合方式选择键“AC ”键按下，y 轴灵敏度旋钮“VOLTS/DIV ”旋到适当位置，调节有关控制开关及旋钮使显示波形稳定，读取所显波形波峰与波谷之间的垂直距离所占格数值N ，读取信号输入通道灵敏度旋钮挡位数，如图14-6所示，则电压峰-峰值)(/)(DIV N DIV VOLTS V P P ⨯=- 在测量被测信号的电压时，应通过调节y 轴灵敏度选择开关“VOLTS/DIV ”使其幅度尽量放大，但是不能超出显示屏幕。

（为什么？）（2）．测量频率把待测信号输入示波器的y 轴输入端，将扫描速率旋钮“SEC/DIV ” 旋到适当的位置，调节有关控制开关及旋钮使显示波形稳定，读取被测波形一个周期的波形所占格数M DIV , 读取扫描速率旋钮“SEC/DIV ”的挡位数，如图14-6所示，则信号周期/()T SEC DIV M DIV =⨯ 信号频率1f T=在测量被测信号的周期和频率时，应通过调节扫描速率旋钮“SEC/DIV”使被测信号相连两个波峰的水平距离尽量拉大，但是不能超过限时屏幕。

（为什么？） 3．李萨茹图形在x 轴输入端输入正弦信号，频率为f x ,在y 轴输入端输入另一个正弦信号，频率为f y ,当两者的频率成简单整数倍关系时，示波屏上就显示一稳定的图形，称为李萨如图形。

若以N x 和N y 分别表示水平切线和垂直切线对图形的切点数，则其切点数N x 、N y 与f x 、f y 的关系是,yy xx y x y xf N N f f f N N ==⋅或（14-2） 如果f y 已知，从荧光屏上的图形找出N x 及N y ，由上式可算出f x ，因而，可通过观察李萨茹图图14-6形可以同样测量待测信号的频率。

例如，Y 偏转板上输入f y =50HZ ，改变f x ，使显示屏上显示比较稳定的李萨茹图形，如图14-7所示，其中1x N =,2y N =，则待测信号的频率为250100()1yx y x N f f HZ N =⋅=⨯= 。

【实验内容及要求】1.示波器的基本操作（1）熟悉示波器各旋钮的作用（参照附录14-1），按表14-1 设置示波器的开关及控制旋钮或按键。

表14-1 示波器的基本操作方法控制键名称作用位置 控制键名称 作用位置 亮度 居中 输入耦合 DC 聚焦 居中 扫描方式 自动 位移（三只） 居中 极性 垂直方式 CH 1 扫描速率旋钮 0.5ms/div 电压灵敏度旋钮 0.5v/div 触发源 CH 1 微调旋钮（三只）顺时针方向旋足耦合方式AC 常态（2）接通电源，电源指示灯量。

稍等20s 后，示波器显示屏上显示光迹，如60s 后仍未光迹，应按上表检查开关及控制旋钮或按键的位置。

（3）通过连接电缆将示波器的探极校准信号输入至CH 1通道，调节电平旋钮使波形稳定，分别调节Y 轴、X 轴的位移旋钮，使波形与图14-9相吻合。

以同样方法检查CH 2通道。

上述为示波器的基本操作步骤。

CH 2的单通道操作方法与CH1类似，进一步的操作方法在下面内容中逐一学习。

2.示波器实现X-Y 状态下的操作在熟悉示波器、信号发生器各旋钮作用的基础上，先后调出“一个亮度点”、“一条水平亮度线”、“一条垂直亮度线”、“若干条李萨茹图形”并分别加以解释。

实现X-Y 状态。

示波器操作：按下X-Y 控制键（30），便可实现X-Y 状态，即CH 1 通道（13）自动与X 轴偏转板接通，CH 2通道（17）自动与Y 轴偏转板接通，，以完成下列各项。

（1）．“一个亮度点”的调节X 、Y 轴偏转板上不加电压信号。

示波器操作：将触发方式选择（31）的自动键按下；CH 1 通1090100图14-8 补偿适中道与CH2通道各输入端不输入电压信号；先后适当调节辉度旋钮②、聚焦旋钮④、水平位移调节旋钮（35）、竖直位移旋钮（40），观察示波器显示屏上所显示的亮度点情况，并将所显亮度点调节到示波器显示屏正中央处。

（2）．“一条水平亮度线”的调节在完成上述1项的基础上，向X轴偏转板加正弦波电压信号。

信号发生器操作：选择正弦波形—按下对应波形键⑤，选择适当频率—由频率范围选择键⑦、频率调节旋钮③调节，选择适当电压—由幅度调节旋钮（12）调节；示波器操作：由信号发生器电压输出端（13）通过探头导线给示波器CH１通道（13）输入正弦波电压信号，适当调节CH1通道的衰减器旋钮（10），在示波器显示屏上便可观察到大小合适的“一条水平亮度线”。