資源簡介

(共48張PPT)
學生示波器的使用
示波器是用來直接觀測電信號隨時間變化的情況的電子儀器. 振動、溫度、光等的變化，都可以通過各種傳感器轉化為電壓的變化，然后用示波器來對比、分析、測量，這是萬用表等普通儀表所做不到的. 現代示波器甚至可以把波形儲存起來，供以后的分析使用. 有的可以做自動提取數據，并進行自動分析，大大地方便了使用. 但示波器的基本原理和基本操作都是相同的，熟練掌握學生示波器的使用對于以后的學習、工作都有重要的作用.
示波管掃描原理
由電子槍發出的電子束穿過Y、X偏轉板打在熒光屏上. 當Y偏轉電極加上電壓時，電子束的偏轉角度和偏轉位移的大小隨輸入電壓而變化，在熒光屏上產生的亮斑可以沿豎直方向上下移動；當X偏轉電極加上電壓時，電子束沿水平方向偏移. 如果這個電壓是變化的，則電子束造成的亮斑就沿水平方向移動，我們稱之為“掃描”.
示波原理
如果我們讓Y偏轉電極加上需要顯示的信號電壓，同時在X偏轉電極上加上掃描電壓，電子束產生的亮斑在兩個電壓的共同作用下，既隨Y信號電壓上下移動，又在X信號的作用下向右勻速運動，就可以在熒光屏上“畫出”電壓信號的波形圖來.
偏轉量與偏轉電壓的關系
偏轉量與偏轉電壓的關系
若Y偏轉板的兩板間距為d，電子的質量為m，經過加速電場以后進入偏轉板的初速度為v0，則有：
②
對于電子槍，設加速電場的電壓為U1，由于逸出的熱電子初動能可以忽略不計，所以有：
③
偏轉量與偏轉電壓的關系
由此可以得到：
④
⑤式代入①式，可得
⑤
偏轉量與偏轉電壓的關系
我們得到一個重要結果，當電子槍的加速電壓一定時：
這個結論無論對于x偏轉還是y偏轉都是成立的。
偏轉量與偏轉電壓的關系
如果加在y偏轉電極上的電壓是個交變電壓：
則
上式表明熒光屏上的亮斑會隨輸入電壓的變化而上下振動。
掃描顯示原理
為了使電壓波形圖顯示在示波器的熒光屏上，應該使亮斑在水平方向上勻速運動。
由 可知X方向的電壓應該隨時間均勻變化，這樣掃描亮斑的移動速度才是勻速的。
掃描顯示原理
當亮斑移動到熒光屏的最右側時，又必須使它迅速回到左側，重新開始另一個周期的掃描，因此，X軸上的掃描電壓一般如圖所示，電壓與時間成線性關系，我們常常形象地稱之為“鋸齒電壓”
X 掃描電壓信號
掃描電壓
Y輸入電壓
UX
-UXm
Ux
T
2T
3T
t
圖4
UX
-Uym
Uym
T
2T
t
t
X 掃描電壓信號
掃描電壓
Y輸入電壓
當掃描電壓周期為輸入電壓周期的兩倍時將一次顯示兩個波形
UX
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T
2T
3T
圖4
UX
-Uym
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掃描周期與輸入電壓周期必須成比例
掃描周期與信號周期相等時.
掃描周期等于信號周期的2倍時.
只有當掃描周期與輸入電壓周期成比例時才能通過同步顯示出穩定的波形圖線
掃描頻率設置不當產生的情況
圖6（a）
掃描電壓頻率遠小于輸入信號頻率的情況（這時可能同步也可能不同步），波形太密集。
圖6（b）
掃描頻率大于信號頻率時：信號一定不能同步，不能顯示出穩定的波形圖象
“掃描范圍”和“掃描微調”旋鈕
鋸齒電壓由示波器里的掃描信號發生器產生，其周期可以通過“掃描范圍”旋鈕和“掃描微調”旋鈕調節. “掃描范圍”調節鈕每變化一擋，掃描頻率變化10倍，因此“掃描范圍”調節鈕相當于粗調，需要“掃描微調旋鈕”配合進行細調，才能精確調準所需的掃描頻率.
“掃描范圍”和“掃描微調”旋鈕
J2459學生用示波器的掃描頻率可調范圍是10Hz～100kHz.
當掃描范圍旋鈕置于最右邊的“外X擋”時，機內掃描信號發生器停止工作，水平掃描信號由機外的其他儀器產生并可通過“X輸入端”直接送入“X通道（水平）放大器”，從而完成一些特殊的顯示.
示波器的電原理與使用
在示波器里，為了推動X、Y偏轉板工作，只靠輸入信號直接推動往往是不夠的，所以需要對輸入的Y信號和掃描電路產生的X掃描信號進行放大，因此在示波器中設置了兩個放大電路，我們稱之為Y通道放大電路和X通道放大電路.
示波器的電原理與使用
Y通道放大電路的放大倍數很高，因此示波器才能顯示出微小的輸入電壓.
示波器能夠顯示出來的最小電壓越低，我們就說這個示波器的靈敏度越高.
我們可以用“mV/格”或“mV / div”來表示示波器的靈敏度.
J2459學生示波器的最高靈敏度（衰減調節鈕放在“1”擋，Y增益調節旋鈕順時針旋足時）被校準為50mVpp/格.
衰減旋鈕的作用
因為示波器的靈敏度都設計得很高，這就帶來了一個問題：如果輸入信號本來就比較大，經示波器的放大電路的放大后的信號電壓就會過大.
為了解決這個問題，常常在輸入電路中，加入了一個衰減器，使用它對輸入信號進行衰減，得到幅度合適的信號以后，再讓信號進入Y放大電路進行放大和顯示。這就是輸入“衰減”控制電路，它實際上是個分壓器。
衰減旋鈕的作用
在J2459示波器中，衰減調節旋鈕共有四個擋，分別是“1”、“10”、“100”和“1000”. 當該旋鈕置于“1”位置時，表示進入放大電路的信號衰減為原來的1/1，也就是說不衰減；當衰減調節鈕置于“10”位置時，表示輸入信號將衰減為原來的1/10. 余可類推……. 所以，當衰減調節鈕置于“1”的位置時，示波器的靈敏度最高. 當該鈕置于“1000”位置時，靈敏度最低.
衰減擋的數字表示的是衰減的比率，而不是放大的倍數.
“增益”調節旋鈕的作用
經過衰減調節鈕調節后進入放大電路放大以后，再去驅動偏轉板的信號幅度隨著衰減調節鈕的位置不同做每擋10倍的變化. 可能會造成有些信號的顯示在某一擋顯示時過大，在另一擋顯示時，幅度又過小. 為了解決這個問題，在示波器的放大電路中，加入了放大倍數調節環節，這就是“Y增益”旋鈕和“X增益”旋鈕。
“增益”調節旋鈕的作用
使用增益調節鈕可以對示波器顯示的電壓波形幅度在一定范圍內進行調節，與輸入衰減調節配合，可以使波形在Y方向上有合適的幅度
“輸入衰減”和“增益”調節可以理解為就是對顯示波形的粗調和微調，兩者必須互相配合同時調節。
“增益”是一個專業名詞，可以把它理解為就是放大電路的放大量.
“Y增益”旋鈕調節效果示意圖，可以使顯示的波形y方向幅度合適
“X增益”調節效果示意圖. 可以使顯示的波形在X方向上得到合適的寬度
“豎直位移”和“水平位移”調節
“豎直位移”和“水平位移”兩個旋鈕，它們在電路中的作用效果是改變Y（或X）偏轉板的兩板間（預加）的直流電壓，從而使掃描線發生平移.
要注意平移調節的過程中，圖象的大小是不變的.
“X位移”調節效果示意圖
“Y位移”調節效果示意圖
“同步”開關的作用
同步極性選擇開關用于控制掃描電路掃描的起點. 當掃描同步極性選擇開關位于“＋”位置時，顯示的波形從正半周開始掃描，當位于“－”位置時，顯示的波形從負半周開始掃描.
“同步”開關的作用
如圖為一個非正弦信號的顯示示意圖，左圖為“＋”同步時顯示的波形，右圖為“－”同步時的情況. 需要注意的是，同步極性變化時，顯示的波形只是掃描起點的不同而并非圖形的上下或左右的對稱翻轉
圖10
“同步”選擇開關調節效果示意圖. 置于“+”位置時，從輸入信號的正半周開始掃描，置于“－”時，從輸入信號的負半周開始掃描.
交直流選擇（DC/AC）開關的作用
當交直流選擇開關置于“DC”位置時，Y輸入所加的信號不論是直流信號還是交流信號都能進入示波器進行放大和顯示. 如果輸入的電壓既有交流成分又有直流成分，則顯示的交流信號部分的波形就會隨直流電壓信號的電壓大小和極性的不同而上移或下移；
當置于“AC”位置時，輸入信號通過一個電容器才進入電路，這時即使信號電壓中存在直流分量，顯示的也只是隔斷了直流部分的純交流信號，顯示的波形圖線水平軸在屏中央.
交直流選擇（DC/AC）開關的作用
圖7a
“DC/AC”選擇開關置于“DC”位置時，如果輸入的信號既有交流成分又有直流成分，顯示的交變波形會按比例上移（或下移）.
圖7b
“DC/AC”選擇開關置于“AC”檔時，即使輸入信號中有直流電壓成分，也不會顯示出來，示波器只顯示交流信號部分。
輔助電路部分
輔助電路部分主要包括電源、開關、指示燈、輝度、聚焦、輔助聚焦等.有下列幾項需要注意：
輔助電路部分
為了防止示波管的陰極過早老化，接通電源之前，必須將“輝度調節”旋鈕調在最低位置（反時針轉到底），接通電源，待示波器預熱一、兩分鐘后，再調節輝度調節旋鈕，使屏幕上出現的亮斑亮度合適. 示波器中的電子電路也必須經過幾分鐘的預熱后才進入比較穩定（這時亮斑的位置較為穩定）的狀態.
輔助電路部分
“聚焦”和“輔助聚焦”需要互相配合反復調節才能得到合適的亮斑－－小而圓的亮點。
由于輝度調節鈕的位置會影響亮斑的聚焦情況，所以，每次開機或重調示波器的輝度后，都應該重新調整聚焦和輔助聚焦旋鈕，使亮斑最圓最小.
輔助電路部分
如果示波器的顯示屏上的亮斑長時間停留在某一點上不動，應把亮斑的輝度減弱，以免該點的熒光粉老化，日久在該處會出現黑斑.
例題與練習1
如圖所示（a）是示波器面板，圖（b）是信號源。
（1）若要觀測此信號的正弦交流信號的波形（正弦交流信號的電壓u隨時間作周期性變化的圖象），
a
b
如圖所示，應將信號源的a端與示波器面板上的_____接線柱相連，b端與_____接線柱相連。
例題與練習1（圖）
a
b
例題與練習1
（2）若示波器的輸入波形如圖所示，
要將波形上移，應調節面板上的_____旋鈕；要使波形橫向展寬，應調節_____旋鈕；
要使屏上能夠顯示3個完整的波形，應調節____旋鈕
例題與練習2
在觀察亮斑在豎直方向的偏移時，如果把y增益調節旋鈕順時針轉到底，衰減調節旋鈕處在“1”的位置，給示波器輸入0.1V的直流電壓，發現亮斑正好偏移兩格。如果給示波器輸入另一直流電壓，當衰減調節旋鈕處于“100”擋時，熒光屏上亮斑也恰好偏移兩格，則在一直流電壓的值是________.
例題3. 如圖所示為示波器的部分構造，真空室中電極K連續不斷地發射電子（初速不計），經過電壓為U0的加速電場后，由小孔C沿水平金屬板A、B間的中心軸線射入兩板間，板長為l，兩板相距為d，電子穿過兩板后，打在熒光屏上，屏到兩板邊緣的距離為L，A、B間不加電壓時，電子打在熒光屏的中點O，屏上a、b兩點到O點的距離均為S/2。若在A、B兩板間加上變化的電壓，在每個電子通過極板的極短時間內，電場可視為恒定的。現要求t=0時，進入兩板間的電子打在屏上的a點，然后在時間T內亮點勻速上移到b點，在屏上形成一條豎直亮線，亮點到b點后又立即跳回到a點，以后不斷重復這一過程。設電子的電荷量為e，質量為m
（1）求出A、B間所在電壓的最大值。
（2）寫出加在A、B兩板間電壓U與時間t的關系式。
（3）畫出U—t圖象。
（1）設電子經加速電場加速后速度大小為v0，
根據動能定理：
設電子在偏轉電場中運動時間為t1，側移量為y1， 則:
則：
設電子打在熒屏上的側移量為y，則
當 時，U最大，
（2）依題意得，亮點移動速度 （T為偏轉電壓變化的周期），則
（3）U—t圖象如圖所示
講完了，謝謝大家！
講完了，謝謝大家！
再見
Y電路部分
“衰減調節”其實是一個分壓器
Y放大器
“Y增益”調節
Y輸入端
接地端
1
衰減調節旋鈕
10
100
豎直“位移”
調節
DC/AC選擇開關
C
輸入電路部分
Y偏轉板
X電路部分
“X增益”調節
掃描信號（鋸齒波）發生器
“掃描頻率微調”
X輸入端
掃描信號部分
X放大器
水平位移調節
X放大和顯示部分
X偏轉板
掃描范圍選擇旋鈕
內、外“X”信號切換開關

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