物理示波器实验报告

实验原理

1、双踪示波器的原理：

双踪示波器控制电路主要包括：电子开关、垂直放大电路、水平放大电路、扫描发生器、同步电路、电源等。

图1. 双踪示波器原理方框图

其中，电子开关使两个待测电压信号YCH1和YCH2周期性地轮流作用在Y偏转板，这样在荧光屏上忽而显示YCH1信号波形，忽而显示YCH2信号波形。由于荧光屏荧光物质的余辉及人眼视觉滞留效应，荧光屏上看到的是两个波形。

如果正弦波与锯齿波电压的周期稍不同，屏上出现的是一移动的不稳定图形，这是因为扫描信号的周期与被测信号的周期不一致或不呈整数倍，以致每次扫描开始时波形曲线上的起点均不一样所造成的。为了获得一定数量的完整周期波形，示波器上设有“time/div”调节旋钮，用来调节锯齿波电压的周期，使之与被测信号的周期呈合适的关系，从而显示出完整周期的正弦波形。

当扫描信号的周期与被测信号的周期一致或是整数倍，屏上一般会显示出完整周期的正弦波形，但由于环境或其他因素的影响，波形会移动，为此示波器内装有扫描同步电路，同步电路从垂直放大电路中取出部分待测信号，输入到扫描发生器，迫使锯齿波与待测信号同步，此称为“内同步”。如果同步电路信号从仪器外部输入，则称为“外同步”。操作时，使用“电平（LEVEL）”旋钮，改变触发电平高度，当待测电压达到触发电平时，扫描发生器开始扫描，直到一个扫描周期结束。但如果触发电位高度超出所显示波形最高点或最低点的范围，则扫描电压消失，扫描停止。

2．示波器显示波形原理：

如果在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波，在示波器的X偏转板加上示波器内部的锯齿波，当锯齿波电压的变化周期与正弦电压的变化周期相等时，则在荧光屏上将显示出完整周期的正弦波形，如图2所示。如果在示波器的YCH1、YCH2端口同时加上正弦波，在示波器的X偏转板加上示波器内部的锯齿波，则在荧光屏上将得到两个正弦波。

图2. 示波器显示正弦波形的原理

3、数字存储示波器的基本原理

数字存储示波器的基本原理框图如图3所示：

图3. 数字存储示波器的基本原理框图

数字示波器是按照采样原理，利用A/D变换，将连续的模拟信号转变成离散的数字序列，然后进行恢复重建波形，从而达到测量波形的目的。

输入缓冲器放大器（AMP)将输入的信号作缓冲变换，起到将被测体与示波器隔离的作用，示波器工作状态的变换不会影响输入信号，同时将信号的幅值切换至适当的电平范围（示波器可以处理的范围），也就是说不同幅值的信号在通过输入缓冲放大器后都会转变成相同电压范围内的信号。

A/D单元的作用是将连续的模拟信号转变为离散的数字序列，然后按照数字序列的先后顺序重建波形。所以A/D单元起到一个采样的作用，它在采样时钟的作用下,将采样脉冲到来时刻的信号幅值的大小转化为数字表示的数值。这个点我们称为采样点。A/D转换器是波形采集的关键部件。

多路选通器（DEMUX）将数据按照顺序排列，即将A/D变换的数据按照其在模拟波形上的先后顺序存入存储器，也就是给数据安排地址，其地址的顺序就是采样点在波形上的顺序，采样点相邻数据之间的时间间隔就是采样间隔。

数据采集存储器（Acquisition Memory)是将采样点存储下来的存储单元，他将采样数据按照安排好的地址存储下来，当采集存储器内的数据足够复原波形的时候，再送入后级处理，用于复原波形并显示。

处理器（μP）及显示内存（Display Memory)。处理器用于控制和处理所有的控制信息,并把采样点复原为波形点，存入显示内存区，并用于显示。显示单元（Display)将显示内存中的波形点显示出来，显示内存中的数据与LCD显示面板上的点是一一对应的关系。

4、李萨如图形的基本原理

如果在示波器的CH1通道加上一正弦波，在示波器的CH2通道加上另一正弦波，则当两正弦波信号的频率比值为简单整数比时，在荧光屏上将得到李萨如图形如下图所示。这些李萨如图形是两个相互垂直的简谐振动合成的结果，它们满足

其中，f_x代表CH1通道上正弦波信号的频率，f_y 代表CH2通道上正弦波信号的频率，n_x代表李萨如图形与假想水平线的切点数目，n_y代表李萨如图形与假想垂直线的切点数目。

实验内容

1、观察各种波形并测量正弦波形的电压、周期和频率。

调节信号发生器，分别观察三角波、方波、正弦波形三种，熟悉信号发生器和示波器的使用。选择三个频率段正弦波形，分别测量对应波形电压（峰-峰值）、周期和频率。将数据填入表格，并计算绝对误差。（注：标准值即信号发生器显示的值）

2、利用李萨如图形测频率

将两信号发生器分别从示波器的CH1输入端和CH2输入端输入,将CH1和CH2输入端信号置于XY模式，可保持CH1输入端信号发生器的频率不变（例如f₁=100Hz）,调节CH2输入端信号发生器的频率,使屏中出现大小适中的图形，即出现如讲义中所示的李莎如图形,记录示波器测得CH2输入端信号的频率（测量值）,比较计算值和测量值。

数据处理

1、观察各种波形并测量正弦波形的电压、频率和周期，计算绝对误差。（注：标准值即信号发生器显示的值）