117实验19 示波器的使用[实验目的]⒈ 了解示波器的基本结构和工作原理； ⒉ 了解示波器及信号发生器的使用方法； ⒊ 观察周期信号的波形和李萨如图形。

[实验仪器]⑴YB4320F 双踪示波器；⑵YB1602P 低频信号发生器（2台）。

[实验原理]示波器能够简便地显示各种电信号的波形，一切可以转化为电压的电学量和非电学量及它们作周期性变化的过程都可以用示波器来观测。

示波器一般由示波管、衰减和放大系统、扫描和整步系统以及电源等部分组成。

为了适应各种测量的要求，示波器的电子线路是多种多样而且很复杂。

这里仅就通用双踪示波器的主要部分的功能，用方框图来加以介绍。

1.示波管的基本结构 示波管主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，如图3-44所示。

（1）电子枪：由灯丝H 、阴极C 、栅极G 、第一加速极A 1、聚焦极A F 、第二加速极2A 等组成。

电位器1W 调节光点的亮度，即“辉度”调节，调节聚焦电位器4W 、5W 使电子会聚在荧光屏上，从而使荧光屏上的亮点最清晰。

（2）偏转系统：由法线相互垂直的两对 图3-44 示波管示意图 金属板即X 偏转板和Y 偏转板组成。

当在偏 转板加上偏转电压，电子通过偏转板时，电子在电场力的作用下发生偏转。

改变偏转电压就能改变亮点在荧光屏的位置。

（3）荧光屏：荧光屏内表面涂有荧光物质，荧光物质在电子撞击时发光，能在荧光屏上形成亮斑。

不同的荧光物质有不同的余辉时间。

2.电压放大器和衰减器由于示波管本身的X 及Y 轴的偏转灵敏度不高（约0.1—1mm/V ），当加于偏转板的信号电压较小时，电子束不能发生足够的偏转，致使荧光屏上光点位移过小，不便观察。

故需 图3-45 示波器方框原理图 先把小的信号电压放大后再加到偏转板上，为Y 轴放大器X 轴放大器示波管锯齿波电压发生器衰减器Y 轴输入地内外外整输入X 轴输入地W 辉度W 聚焦W 辅助聚焦－1200V +150V H C G F A Y XA 2A 1W 1345118 此设置X 轴和Y 轴放大器，如图3-45所示。

率减器的作用是使过大的输入电压信号减小，以适应放大器的要求，否衰减器的作用是使过大的输入电压信号减小，以适应放大器的要求，否则放大器不能正常工作，甚至损坏。

YB4320F 双踪示波器的衰减器共有十二档，通常用垂直偏转因数（垂直输入灵敏度）表示，范围为1mV/div —5V/div ，按1—2—5进位（div 表示荧光屏上的一格）。

3.扫描与整步、波形显示通常情况是要在示波器上观测从Y 轴输入的周期信号电压的波形，即必须使信号电压随时间的变化而稳定地出现在荧光屏上。

但如果只把一个周期交变信号如t U U y ωsin 0=加到Y 轴偏转板上，而X 轴偏转板不加信号电压，则屏上的光点仅作上下方向的正弦振动，振动频率较快时，看到的只是一条直线。

当同时在X 轴偏转板加上线性锯齿波扫描电压时，光点沿X 轴方向随时间展开，屏上即出现正弦波形。

扫描电压波形如图3-46。

这个展开过程称为“扫描”。

扫描电压周期是Y 轴信号周期的n （整数）倍时，屏上将稳定地出现n 个完整的U y函数波形。

在示波器中，用Y 轴信号频率去控制扫描发生器的频率，使信号频率准确地等于扫描频率的整数倍。

电路的这个作用称“整步”。

对于双踪示波器，除上述基本原理外，由于需要同时显示两路信号波形，因此，设计有Y1、Y2两个输入端，由电子开关自动将两路信号间歇交替地将其中一路（Y1或Y2）送入Y 轴放大器，如图3-47所示。

当电子开关K 接至位置1时，示波管电子束受Y1信号的控 制，荧光屏上显示Y1信号波形；反之，则显示Y2信号波形。

这样，就能在荧光屏上两个不同位置交替显示这两个信号 图3-47 双踪示波器的原理方框图 波形，当切换速度很快时，由于人眼的视觉暂留，就可同时在荧光屏上看到两个稳定的波形。

双踪示波器有“交替”与“断续”两种工作方式。

当两路信号为不相关的信号时，必须使用“交替”方式，两路不相关的信号波形才能被稳定同步显示。

[实验内容与要求]一、信号发生器的基本调节方法YB1602P 信号发生器面板见图3-48，下面以产生一个频率为1.500KHz ，输出幅度为5.0Vp-p 的正弦电压信号为例，简单介绍信号发生器的基本调节方法。

① 波形选择：按下波形选择键（12）的正弦波按钮； ② 频率调节：按下频率范围开关（2）“2K ”档，调节“频率调节”旋钮（18）的“0.1—1”及“微调”旋钮，使窗口（17）显示“001.500”即频率为1.500KHz 。

由于仪器本身图3-46 锯齿波电压119的原因，进行频率调节时，频率显示有点滞后，特别是“2K ”档以下的频段。

因此，在调节“频率调节”旋钮（18）的“0.1—1”及“微调”旋钮后，应稍等片刻，再观察窗口（17）的频率显示值；③ 电压调节：调节“幅度”旋钮（8），使窗口（14）显示“05.0”即为5.0Vp-p ； ④ 信号电压从（7）输出。

注意：其它未涉及按键应处于弹出状态，旋钮逆时针旋到底；频率单位是“KHz ”；窗口（14）显示的是电压的峰—峰值，单位是“V ”或“mV ”，相应的指示灯点亮。

图3-48 YB1602P 信号发生器面板图二、示波器的基本调节及测量方法图3-49 YB4320F 型示波器面板图波形选择功率衰减幅度电平扫频占空比频率调节微调计数复位计数/频率CMOS 功率输出电压输出位移位移位移垂直水平释抑电平触发CH1CH2双踪叠加扩展×5CH2反相锁定触发耦合触发源AC 高频TV DC CH1X-Y CH2电源外接常态自动VOLIS/DIV V mVVOLIS/DIVVmV TIME/DIV微调微调微调校准校准校准极性交替触发DC ACGNDACDC GND2Vp-p校准信号辉度聚焦光迹旋转CH1输入（X ）1M Ω//25pF 400VpkMAXCH2输入（Y ）1M Ω//25pF 400VpkMAX外接输入1M Ω//35pF 100VpkMAX（一）示波器常用旋钮功能介绍YB4320F型示波器面板见图3-49，下面介绍示波器常用旋钮的基本功能。

（9）仪器电源开关：当此开关按下置“1”时，指示灯发绿光，经预热后，仪器即可正常工作。

(8) 电源指示灯。

（2）辉度调节装置：顺时针方向转动辉度加亮，反之减弱，直至辉度消失。

如光点长期停留在屏上不动时，应将辉度减弱或熄灭，以延长示波管的使用寿命。

（40）（43）↑↓垂直移位：用以调节屏幕上光点或信号波形在垂直方向上的位置，顺时针方向转动，光点或信号波形向上移动，反之向下移动。

（42）垂直方式工作开关：CH1：屏幕上仅显示CH1的信号；CH2：屏幕上仅显示CH2的信号；双踪：以交替或断续方式，同时显示CH1和CH2上的信号波形；叠加：显示CH1和CH2输入信号的代数和。

（10）（15）VOLTS/DIV(V/div)：垂直输入灵敏度步进式选择开关，输入灵敏度自1m V/div—5V/div按1—2—5进位分十二个档级，可根据被测信号的电压幅度，选择适当的档级位置以利观测。

当（14）（19）“微调”旋钮位于校准位置（顺时针旋到底“关”）时，“V/div”档级的标称值即可视为示波器的垂直输入灵敏度。

（14）（19）微调：用以连续改变垂直放大器的增益，当“微调”旋钮顺时针旋满至“关”位置时，即处于校准位置，增益最大。

其微调范围大于2.5倍。

（11）（16）AC—DC：输入信号与放大器耦合方式的选择开关。

AC：放大器的输入端与信号连接由电容器来耦合；DC：放大器的输入端与信号输入端直接耦合。

（12）（18）：输入信号与放大器断开，并且放大器的输入端接地。

（13）CH1（X）：Y1输入插座；X—Y方式时为X轴输入端。

（17）CH2（Y）：Y2输入插座；X—Y方式时为Y轴输入端。

（35）↔水平位移旋钮：用以调节屏幕上光点或信号波形在水平方向的位置，顺时针方向转动，光点或信号波形向右移动，反之向左移动。

（30）X—Y控制键：按下此键，CH1为X轴输入端，CH2为Y轴输入端。

（20）TIME/DIV（t/div）：主扫描时间系数选择开关，扫描速率范围由0.1sμ/div—0.5s/div按1—2—5进位分二十一档，可根据被测信号频率的高低，选择适当的档级。

当扫描“微调”（24）旋钮位于校准位置（顺时针旋到底“关”）时，“t/div”档级的标称值即可视为时基扫描速率。

（24）扫描微调旋钮：用于连续调节时基扫描速率，当该旋钮顺时针方向旋至满度“关”位置，即处于“校准”状态。

微调扫描的调节范围大于2.5倍。

（34）释抑：当信号波形复杂，用电平旋钮不能稳定触发时，可用“释抑”旋钮使波形稳定同步。

（33）触发电平旋钮：用于调节被测信号在某选定电平触发。

（32）电平锁定：无论信号如何变化，触发电平自动保持在最佳位置，无需人工调节。

(31) 触发方式选择：120121自动：在没有信号输入时，屏幕上仍然可以显示扫描基线； 常态：有信号才能扫描，否则屏幕上无扫描线显示。

（29）触发信号源选择开关：CH1 X —Y ：CH1通道信号为触发信号，当工作在X —Y 方式时，拨动开关应设置于此档；CH2：CH2通道信号为触发信号； 电源触发：电源为触发信号；外触发：外触发输入端触发信号是外部信号，用于特殊信号的触发。

（27）交替触发：在双踪交替显示时，触发信号来自于两个垂直通道，此方式可用于同时观察两路不相关信号。

适用于显示较高频率信号波形。

（44）断续方式：CH1、CH2二个通道按断续方式工作，断续频率为250kHz 。

适用于显示较低频率信号波形。

（二）测量内容1. 显示正弦波形并测量周期及峰—峰值电压 ① 打开电源（9），预热仪器约3分钟，分别调节旋钮（2）、（4），使辉度、聚焦合适。

注意：辉度不能太亮，以免损伤荧光物质。

② 在信号发生器上调出一定频率、电压的信号作为被测信号，从CH1（13）【或CH2（17）】插座输入被测信号。

“垂直方式”（42）扳至CH1【或CH2】，“水平位移”（35）、“垂直位移”（40）、（43）居中，“X —Y ”方式（30）弹起，“自动—常态”（31）按下，“锁定”（32）按下，“释抑”（34）逆时针旋到底，“触发耦合”（28）扳至AC ，“交替触发”（27）按下，“触发源”（29）扳至CH1【或CH2】，“微调”（14）、（19）、（24）顺时针旋至“关”校准位置。

【注意：如果要同时观察两路信号波形，则“垂直方式（42）”扳至“双踪”，“触发源”（29）扳至CH1或CH2，其余不变】；其它未提及的按键全部弹起。

③ 分别调节扫描时间x d （20）、灵敏度yd （10）【或（15）】，使屏上显示最适合测量的波形。