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示波器的使用实验9示波器的使用示波器是一种利用阴极射线管来显示电学量随时间周期性变化的仪器,它除了能观察电压随时间变化的波形外,还能够定量测量波形的幅值、频率、相位等,是当前科学实验、科研生产常用的电子仪器。[实验目的]。-6021型示波器、GFG-8250A型函数信号发生器的操作使用方法。,测量信号周期及电压峰峰值。。[实验原理]示波器的具体电路比较复杂,超出了本课程的范围,因此本实验只介绍示波器的大致结构与工作原理。示波器主要由示波管、电压放大系统、扫描与触发系统以及电源等部分构成。,其结构如图9-2所示,大致可分为三部分,前端为荧光屏,中间为偏转板,后端为电子枪。(1)荧光屏。示波管前端的玻璃屏上涂有一层荧光粉,当电子束打到荧光屏上时可使荧光粉发光,从而显示电子束的运动轨迹,即被测信号的波形。当电子束停止轰击荧光屏时,荧光作用要经过一定时间之后才能停止,这段时间称为“余辉时间”。如果电子束长时间轰击荧光屏上固定一点,则这一点会被烧坏,形成暗斑,所以使用示波器时要避免电子束长时间轰击荧光屏上固定一点。(2)电子枪。电子枪由灯丝1、阴极2、栅极3、阳极4、聚焦极5等部分组成,它的作用是发射电子束,并通过一定的电场分布控制到达荧光屏上的电子数量以及电子图9-1双踪示波器结构方框图图9-2示波器结构示意图束的形状和尺寸大小。当阴极被点燃的灯丝1加热之后,向外发射电子,通过栅极后形成一电子束,栅极的电位相对阴极为负,因此调节栅极相对阴极的电位,能够控制通过栅极的电子数目,从而控制到达荧光屏上的电子数目。打到荧光屏上的电子数目越多,则荧光屏上发出的光越强,因而改变栅极电位,能够调节荧光屏上光点的亮度,示波器面板上辉度调节旋钮就是起这一作用的。图9-3聚焦电极内电场分布示意图图9-4电子通过偏转板时的运动轨迹示意图阳极相对栅极有很高的电位,对通过栅极的电子起加速作用,这些被加速的电子在向荧光屏运动的过程中将向四周发散,因而在荧光屏上观察到的不是一个很小的光点,而是模糊的一片。如果在电子运动的途径上建立一如图9-3所示的静电场(图中带箭头的实线为电力线,虚线为等位线,SZ线为电子运动轨迹),利用电场对电子的作用,能够使发散的电子束通过这一电场后重新会聚成一细小的电子束。这一电场对电子的作用就像会聚透镜对光的作用一样,所以称为“静电透镜”。电子枪中静电透镜的电场分布实际上是由阴极、栅极、阳极、聚焦极的几何形状、相对位置及电位决定的,各电极的几何形状与相对位置已事先仔细设计确定,实际使用时则通过调节聚焦极上的电位来改变电场分布。示波器面板上的聚焦旋钮就是起这一作用的。(3)偏转板。示波管内有两组平行板,一组竖直放置(如图9-2中的6),一组水平放置(如图9-2中的7)。通常在竖直放置的平行板上加上被测信号电压,则电子通过这一平行板间的电场时,受电场作用运动方向发生改变,如图9-4所示。当电子束到达荧光屏时,在垂直方向上偏转的距离为(1)式中,l、D分别为平行板的宽度与间距;L为平行板中心到荧光屏的距离;Ua为阳极电压;U为加在平行板上的信号电压。因为l、D、L、Ua为定值,所以电子束在荧光屏垂直方向的位置随所加信号电压线性变化。经过定标(即用一已知电压的信号加在垂直平行板上,测量相应在垂直方向的偏移y),即可通过测量电子束在垂直方向的偏移距离y确定信号的电压U。在水平放置的偏转板上加上电压,则可使通过水平偏转板间电场的电子束的运动沿水平方向发生偏转。(1)可知,要使光点在荧光屏上移动一定的距离,必须在偏转板上加足够的电压。一般示波管偏转板的灵敏度不高,偏转1cm得有几十伏的电压。被测信号的电压一般较低,只有几伏、几毫伏,甚至更低。因此为了使电子束能在荧光屏上获得明显的偏移,必须对被测信号进行电压放大,垂直(Y轴)和水平(X轴)放大器就起这一作用。,只能从荧光屏上观察到光点在垂直方向的运动。如果信号变化较快,看到的只是一条垂直的亮线,而看不到电压随时间变化的波形。如果在水平偏转板上加上一个电压与时间成正比的信号,使电子束在垂直方向运动的同时沿水平方向匀速移动,把垂直方向的运动在水平方向“展开”,就能够在荧光屏上显示出电压随时间变化的波形。实际上加在水平偏转板上的信号是如图9-5所示的“锯齿波”,它的特点是在一周内电压与时间成正比,到达最大值后又瞬即回到零。由于水平偏转板上锯齿波的作用,电子束在水平方向的运动是周期性地来回扫动,但回扫时间极短,所以把它称之为“扫描”。当扫描信号(锯齿波)的周期与垂直方向信号的周