示波器的使用實驗報告

　　在經濟飛速發展的今天，報告使用的頻率越來越高，不同種類的報告具有不同的用途。那麼大家知道標準正式的報告格式嗎？下面是小編為大家收集的示波器的使用實驗報告，供大家參考借鑑，希望可以幫助到有需要的朋友。

示波器的使用實驗報告1

　　一、實驗目的及要求：

　　（1）瞭解示波器的基本工作原理。

　　（2）學習示波器、函式訊號發生器的使用方法。

　　（3）學習用示波器觀察訊號波形和利用示波器測量訊號頻率的方法。

　　二、實驗原理：

　　1) 示波器的基本組成部分：示波管、豎直放大器、水平放大器、掃描發生器、觸發同步和直流電源等。

　　2) 示波管左端為一電子槍，電子槍加熱後發出一束電子，電子經電場加速以高速打在右端的熒光屏上，屏上的熒光物發光形成一亮點。亮點在偏轉板電壓的作用下，位置也隨之改變。在一定範圍內，亮點的位移與偏轉板上所加電壓成正比。

　　3) 示波器顯示波形的原理：如果在X軸偏轉板加上波形為鋸齒形的電壓，在熒光屏上看到的是一條水平線，如果在Y軸偏轉板上加正弦電壓，而X軸偏轉板不加任何電壓，則電子束的亮點在縱方向隨時間作正弦式振盪，在橫方向不動。我們看到的將是一條垂直的亮線，如果在Y軸偏轉板上加正弦電壓，又在X軸偏轉板上加鋸齒形電壓，則熒光屏上的亮點將同時進行方向互相垂直的兩種位移，兩個方向的位移合成就描出了正弦圖形。如果正弦波與鋸齒波的週期（頻率）相同，這個正弦圖形將穩定地停在熒光屏上。但如果正弦波與鋸齒波的週期稍有不同，則第二次所描出的曲線將和第一次的曲線位置稍微錯開，在熒光屏上將看到不穩定的圖形或不斷地移動的圖形，甚至很複雜的圖形。要使顯示的波形穩定，掃描必須是線性的，即必須加鋸齒波；Y軸偏轉板電壓頻率與X軸偏轉板電壓頻率的比值必須是整數。示波器中的鋸齒掃描電壓的頻率雖然可調，但光靠人工調節還是不夠準確，所以在示波器內部加裝了自動頻率跟蹤的裝置，稱為“同步”。在人工調節接近滿足式頻率整數倍時條件下，再加入“同步”的作用，掃描電壓的週期就能準確等於待測電壓週期的整數倍，從而獲得穩定的波形。

　　4) 李薩如圖形的基本原理：如果同時從示波器的x軸和y軸輸入頻率相同或成簡單整數比的兩個正弦電壓，則螢幕上將呈現出特殊形狀的、穩定的光點軌跡，這種軌跡圖稱為李薩如圖形。李薩如圖形的形成規律為：如果沿x，y分別作一條直線，水平方向的直線做多可得的交點數為N（x），豎直方向最多可得的交點數為N（y），則x和y方向輸入的兩正弦波的頻率之比為 f（x）：f（y）=N（y）：N（x）。

　　三、實驗儀器：

　　示波器、函式訊號發生器。

　　四、實驗操作的主要步驟：

　　(一) 示波器的使用與調節

　　1) 將各控制旋鈕置於相關位置。

　　2) 接通電源，按下面板左下角的“POWER”鈕，指示燈亮，稍待片刻，儀器進入正常工作狀態。

　　3) 經示波管燈絲預熱後，屏上出現綠色亮點，調節INTEN、FOCUS、POSITION，使亮點清晰。

　　4) 將TIME/DIV逐漸旋到2ms或5ms，觀察光點由慢變快移動，直至屏上顯示一條穩定的水平掃描線，按(3)使線清晰。

　　(二) 實驗內容：

　　1) 觀察正弦波波長：

　　a)將AC GND DC轉換開關置於AC

　　b)講面板右上角的SOURCE置於CH2

　　c)將函式訊號發生器的50Hz訊號源直接輸入CH2-Y輸入端（紅插頭應接函式發生器輸出的紅接線柱）

　　d)屏上顯示出正弦波（調V/DIV調節大小，TIME/DIV掃描開關使之出現正弦波，IEVEL使波形穩定）

　　e)改變掃描電壓的頻率(TIME/DIV)觀察正弦波得變化，使屏上出現多個完整的波形圖。

　　2) 觀察並描繪李薩如圖形，測量正弦訊號頻率。

　　利用利薩如圖測正弦電壓的頻率基本原理

　　透過觀察熒光屏上利薩如圖形進行頻率對比的方法稱之為利薩如圖形法。此法於1855年由利薩如所證明。將被測正弦訊號fx加到y偏轉板，將參考正弦訊號fx加到x偏轉板，當兩者的頻率之比fy/fx是整數時，在熒光屏上將出現利薩如圖。

　　不同頻率比的利薩如圖形。判斷兩個電壓訊號頻率比的條件是屏上出現了利薩如圖形穩定不動，方法是對穩定不動的圖形分別做水平直線和豎直直線與圖形相切，設水平線上的切點數最多為Nx，豎直線上的切點數最多為Ny，則

　　fy/fx=Nx/Ny

　　圖1 李薩如圖與訊號頻率的關係

　　圖2 fx/fy=1：1時李薩如圖與訊號相位差的關係

　　五、資料記錄及處理：

　　用李薩如圖測量正弦訊號頻率

　　六、實驗注意事項：

　　1．訊號發生器、示波器預熱3分鐘以後才能正常工作。

　　2．測訊號電壓時，一定要將電壓衰減旋紐的微調順時針旋足（校正位置）；測訊號週期時，一定要將掃描速率旋紐的微調順時針旋足（校正位置）；

　　3．不要頻繁開關機，示波器上光點的亮度不可調得太強，也不能讓亮點長時間停在熒光屏的一點上，如果暫時不用，把輝度降到最低即可。

　　4．轉動旋鈕和按鍵時必須有的放矢，不要將開關和旋鈕強行旋轉、死拉硬擰，以免損壞按鍵、旋鈕和示波器，示波器探頭與插座的配合方式類似於掛口燈泡與燈座的鎖釦配合方式，切忌生拉硬拽。

　　七、趣味物理實驗心得：

　　一個學期就要過去了，在本學期裡，老師又教了很多實驗，我做了許多型別的實驗，讓我受益匪淺，我又學會了很多東西，其中很多知識在平時的學習中都是無法學習到的，其中很多實驗都開闊了我們的視野，讓我們獲得了許多平時課堂上得不到的知識。

　　透過高中以及大學兩個學期的物理實驗，我發現實驗是物理學的基礎，我們學到的許多理論都來源於實驗，也學到了許多物理課上沒有教到的理論。很多實驗都是需要花費許多心思去學習的，也是非常複雜的。經過這一年的大學物理實驗課的學習，讓我收穫多多。想要做好物理實驗容不得半點馬虎，她培養了我們耐心、信心和恆心。當然，我也發現了我存在的很多不足。我的動手能力還不夠強，當有些實驗需要比較強的動手能力的時侯我還不能從容應對，實驗就是為了讓你動手做，去探索一些你未知的或是你尚不是深刻理解的東西。現在，大學生的動手能力越來越被人們重視，大學物理實驗正好為我們提供了這一平臺讓我們去鍛鍊自己的動手能力。我的學習方式還有待改善，當面對一些複雜的實驗時我還不能很快很好的完成。偉大的科學家之所以偉大就是他們利用實驗證明了他們的偉大。唯有實驗才是檢驗理論正確與否的唯一方法。為了要使你的理論被人接受，你必須用事實來證明。

示波器的使用實驗報告2

　　在數位電路實驗中，需要使用若干儀器、儀表觀察實驗現象和結果。常用的電子測量儀器有萬用表、邏輯筆、普通示波器、儲存示波器、邏輯分析儀等。萬用表和邏輯筆使用方法比較簡單，而邏輯分析儀和儲存示波器目前在數位電路教學實驗中應用還不十分普遍。示波器是一種使用非常廣泛，且使用相對複雜的儀器。本章從使用的角度介紹一下示波器的原理和使用方法。

　　1 示波器工作原理

　　示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無法直接觀測的交變電訊號轉換成影象，顯示在熒光屏上以便測量的`電子測量儀器。它是觀察數位電路實驗現象、分析實驗中的問題、測量實驗結果必不可少的重要儀器。示波器由示波管和電源系統、同步系統、X軸偏轉系統、Y軸偏轉系統、延遲掃描系統、標準訊號源組成。

　　1.1 示波管

　　陰極射線管(CRT)簡稱示波管，是示波器的核心。它將電訊號轉換為光訊號。正如圖1所示，電子槍、偏轉系統和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內，構成了一個完整的示波管。

　　1.熒光屏

　　現在的示波管屏面通常是矩形平面，內表面沉積一層磷光材料構成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發鋁膜。高速電子穿過鋁膜，撞擊熒光粉而發光形成亮點。鋁膜具有內反射作用，有利於提高亮點的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。

　　當電子停止轟擊後，亮點不能立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的10%所經過的時間叫做“餘輝時間”。餘輝時間短於10μs為極短餘輝，10μs—1ms為短餘輝，1ms—0.1s為中餘輝，0.1s-1s為長餘輝，大於1s為極長餘輝。一般的示波器配備中餘輝示波管，高頻示波器選用短餘輝，低頻示波器選用長餘輝。

　　由於所用磷光材料不同，熒光屏上能發出不同顏色的光。一般示波器多采用發綠光的示波管，以保護人的眼睛。

　　2.電子槍及聚焦

　　電子槍由燈絲(F)、陰極(K)、柵極(G1)、前加速極(G2)(或稱第二柵極)、第一陽極(A1)和第二陽極(A2)組成。它的作用是發射電子並形成很細的高速電子束。燈絲通電加熱陰極，陰極受熱發射電子。柵極是一個頂部有小孔的金屬園筒，套在陰極外面。由於柵極電位比陰極低，對陰極發射的電子起控制作用，一般只有運動初速度大的少量電子，在陽極電壓的作用下能穿過柵極小孔，奔向熒光屏。初速度小的電子仍返回陰極。如果柵極電位過低，則全部電子返回陰極，即管子截止。調節電路中的W1電位器，可以改變柵極電位，控制射向熒光屏的電子流密度，從而達到調節亮點的輝度。第一陽極、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒。前加速極G2與A2相連，所加電位比A1高。G2的正電位對陰極電子奔向熒光屏起加速作用。

　　電子束從陰極奔向熒光屏的過程中，經過兩次聚焦過程。第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一電子透鏡。第二次聚焦發生在G2、A1、A2區域，調節第二陽極A2的電位，能使電子束正好會聚於熒光屏上的一點，這是第二次聚焦。A1上的電壓叫做聚焦電壓，A1又被叫做聚焦極。有時調節A1電壓仍不能滿足良好聚焦，需微調第二陽極A2的電壓，A2又叫做輔助聚焦極。

　　3.偏轉系統

　　偏轉系統控制電子射線方向，使熒光屏上的光點隨外加訊號的變化描繪出被測訊號的波形。圖8.1中，Y1、Y2和Xl、X2兩對互相垂直的偏轉板組成偏轉系統。Y軸偏轉板在前，X軸偏轉板在後，因此Y軸靈敏度高(被測訊號經處理後加到Y軸)。兩對偏轉板分別加上電壓，使兩對偏轉板間各自形成電場，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉。

　　4.示波管的電源

　　為使示波管正常工作，對電源供給有一定要求。規定第二陽極與偏轉板之間電位相近，偏轉板的平均電位為零或接近為零。陰極必須工作在負電位上。柵極G1相對陰極為負電位(—30V~—100V)，而且可調，以實現輝度調節。第一陽極為正電位(約+100V~+600V)，也應可調，用作聚焦調節。第二陽極與前加速極相連，對陰極為正高壓(約+1000V)，相對於地電位的可調範圍為±50V。由於示波管各電極電流很小，可以用公共高壓經電阻分壓器供電。

　　1.2 示波器的基本組成

　　從上一小節可以看出，只要控制X軸偏轉板和Y軸偏轉板上的電壓，就能控制示波管顯示的圖形形狀。我們知道，一個電子訊號是時間的函式f(t)，它隨時間的變化而變化。因此，只要在示波管的X軸偏轉板上加一個與時間變數成正比的電壓，在y軸加上被測訊號(經過比例放大或者縮小)，示波管螢幕上就會顯示出被測訊號隨時間變化的圖形。電訊號中，在一段時間內與時間變數成正比的訊號是鋸齒波。

　　示波器的基本組成框圖如圖2所示。它由示波管、Y軸系統、X軸系統、Z軸系統和電源等五部分組成。

　　被測訊號①接到“Y"輸入端，經Y軸衰減器適當衰減後送至Y1放大器(前置放大)，推輓輸出訊號②和③。經延遲級延遲Г1時間，到Y2放大器。放大後產生足夠大的訊號④和⑤，加到示波管的Y軸偏轉板上。為了在螢幕上顯示出完整的穩定波形，將Y軸的被測訊號③引入X軸系統的觸發電路，在引入訊號的正(或者負)極性的某一電平值產生觸發脈衝⑥，啟動鋸齒波掃描電路(時基發生器)，產生掃描電壓⑦。由於從觸發到啟動掃描有一時間延遲Г2，為保證Y軸訊號到達熒光屏之前X軸開始掃描，Y軸的延遲時間Г1應稍大於X軸的延遲時間Г2。掃描電壓⑦經X軸放大器放大，產生推輓輸出⑨和⑩，加到示波管的X軸偏轉板上。z軸系統用於放大掃描電壓正程，並且變成正向矩形波，送到示波管柵極。這使得在掃描正程顯示的波形有某一固定輝度，而在掃描回程進行抹跡。

　　以上是示波器的基本工作原理。雙蹤顯示則是利用電子開關將Y軸輸入的兩個不同的被測訊號分別顯示在熒光屏上。由於人眼的視覺暫留作用，當轉換頻率高到一定程度後，看到的是兩個穩定的、清晰的訊號波形。

　　示波器中往往有一個精確穩定的方波訊號發生器，供校驗示波器用。

　　2 示波器使用

　　本節介紹示波器的使用方法。示波器種類、型號很多，功能也不同。數位電路實驗中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器。這些示波器用法大同小異。本節不針對某一型號的示波器，只是從概念上介紹示波器在數位電路實驗中的常用功能。

　　2.1 熒光屏

　　熒光屏是示波管的顯示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，指示出訊號波形的電壓和時間之間的關係。水平方向指示時間，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格，垂直方向分為8格，每格又分為5份。垂直方向標有0%，10%，90%，100%等標誌，水平方向標有10%，90%標誌，供測直流電平、交流訊號幅度、延遲時間等引數使用。根據被測訊號在螢幕上佔的格數乘以適當的比例常數(V/DIV，TIME/DIV)能得出電壓值與時間值。

　　2.2 示波管和電源系統

　　1.電源(Power)

　　示波器主電源開關。當此開關按下時，電源指示燈亮，表示電源接通。

　　2.輝度(Intensity)

　　旋轉此旋鈕能改變光點和掃描線的亮度。觀察低頻訊號時可小些，高頻訊號時大些。

　　一般不應太亮，以保護熒光屏。

　　3.聚焦(Focus)

　　聚焦旋鈕調節電子束截面大小，將掃描線聚焦成最清晰狀態。

　　4.標尺亮度(Illuminance)

　　此旋鈕調節熒光屏後面的照明燈亮度。正常室內光線下，照明燈暗一些好。室內光線不足的環境中，可適當調亮照明燈。

　　2.3 垂直偏轉因數和水平偏轉因數

　　1.垂直偏轉因數選擇(VOLTS/DIV)和微調

　　在單位輸入訊號作用下，光點在螢幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度，這一定義對X軸和Y軸都適用。靈敏度的倒數稱為偏轉因數。垂直靈敏度的單位是為cm/V，cm/mV或者DIV/mV，DIV/V，垂直偏轉因數的單位是V/cm，mV/cm或者V/DIV，mV/DIV。實際上因習慣用法和測量電壓讀數的方便，有時也把偏轉因數當靈敏度。

　　蹤示波器中每個通道各有一個垂直偏轉因數選擇波段開關。一般按1，2，5方式從 5mV/DIV到5V/DIV分為10檔。波段開關指示的值代表熒光屏上垂直方向一格的電壓值。例如波段開關置於1V/DIV檔時，如果螢幕上訊號光點移動一格，則代表輸入訊號電壓變化1V。

　　每個波段開關上往往還有一個小旋鈕，微調每檔垂直偏轉因數。將它沿順時針方向旋到底，處於“校準”位置，此時垂直偏轉因數值與波段開關所指示的值一致。逆時針旋轉此旋鈕，能夠微調垂直偏轉因數。垂直偏轉因數微調後，會造成與波段開關的指示值不一致，這點應引起注意。許多示波器具有垂直擴充套件功能，當微調旋鈕被拉出時，垂直靈敏度擴大若干倍(偏轉因數縮小若干倍)。例如，如果波段開關指示的偏轉因數是1V/DIV，採用×5擴充套件狀態時，垂直偏轉因數是0.2V/DIV。

　　在做數位電路實驗時，在螢幕上被測訊號的垂直移動距離與+5V訊號的垂直移動距離之比常被用於判斷被測訊號的電壓值。

　　2.時基選擇(TIME/DIV)和微調

　　時基選擇和微調的使用方法與垂直偏轉因數選擇和微調類似。時基選擇也透過一個波段開關實現，按1、2、5方式把時基分為若干檔。波段開關的指示值代表光點在水平方向移動一個格的時間值。例如在1μS/DIV檔，光點在屏上移動一格代表時間值1μS。

　　“微調”旋鈕用於時基校準和微調。沿順時針方向旋到底處於校準位置時，螢幕上顯示的時基值與波段開關所示的標稱值一致。逆時針旋轉旋鈕，則對時基微調。旋鈕拔出後處於掃描擴充套件狀態。通常為×10擴充套件，即水平靈敏度擴大10倍，時基縮小到1/10。例如在2μS/DIV檔，掃描擴充套件狀態下熒光屏上水平一格代表的時間值等於2μS×(1/10)=0.2μS

　　示波器的標準訊號源CAL，專門用於校準示波器的時基和垂直偏轉因數。例如COS5041型示波器標準訊號源提供一個VP-P=2V,f=1kHz的方波訊號。

　　示波器前面板上的位移(Position)旋鈕調節訊號波形在熒光屏上的位置。旋轉水平位移旋鈕(標有水平雙向箭頭)左右移動訊號波形，旋轉垂直位移旋鈕(標有垂直雙向箭頭)上下移動訊號波形。

　　2.4 輸入通道和輸入耦合選擇

　　1.輸入通道選擇

　　輸入通道至少有三種選擇方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)、雙通道(DUAL)。選擇通道1時，示波器僅顯示通道1的訊號。選擇通道2時，示波器僅顯示通道2的訊號。選擇雙通道時，示波器同時顯示通道1訊號和通道2訊號。測試訊號時，首先要將示波器的地與被測電路的地連線在一起。根據輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應通道插座上，示波器探頭上的地與被測電路的地連線在一起，示波器探頭接觸被測點。示波器探頭上有一雙位開關。此開關撥到“×1”位置時，被測訊號無衰減送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是訊號的實際電壓值。此開關撥到“×10"位置時，被測訊號衰減為1/10，然後送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是訊號的實際電壓值。

　　2.輸入耦合方式

　　輸入耦合方式有三種選擇：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。當選擇“地”時，掃描線顯示出“示波器地”在熒光屏上的位置。直流耦合用於測定訊號直流絕對值和觀測極低頻訊號。交流耦合用於觀測交流和含有直流成分的交流訊號。在數位電路實驗中，一般選擇“直流”方式，以便觀測訊號的絕對電壓值。

　　2.5 觸發

　　第一節指出，被測訊號從Y軸輸入後，一部分送到示波管的Y軸偏轉板上，驅動光點在熒光屏上按比例沿垂直方向移動;另一部分分流到x軸偏轉系統產生觸發脈衝，觸發掃描發生器，產生重複的鋸齒波電壓加到示波管的X偏轉板上，使光點沿水平方向移動，兩者合一，光點在熒光屏上描繪出的圖形就是被測訊號圖形。由此可知，正確的觸發方式直接影響到示波器的有效操作。為了在熒光屏上得到穩定的、清晰的訊號波形，掌握基本的觸發功能及其操作方法是十分重要的。

　　1.觸發源(Source)選擇

　　要使螢幕上顯示穩定的波形，則需將被測訊號本身或者與被測訊號有一定時間關係的觸發訊號加到觸發電路。觸發源選擇確定觸發訊號由何處供給。通常有三種觸發源：內觸發(INT)、電源觸發內觸發使用被測訊號作為觸發訊號，是經常使用的一種觸發方式。由於觸發訊號本身是被測訊號的一部分，在螢幕上可以顯示出非常穩定的波形。雙蹤示波器中通道1或者通道2都可以選作觸發訊號。

　　電源觸發使用交流電源頻率訊號作為觸發訊號。這種方法在測量與交流電源頻率有關的訊號時是有效的。特別在測量音訊電路、閘流管的低電平交流噪音時更為有效。

　　外觸發使用外加訊號作為觸發訊號，外加訊號從外觸發輸入端輸入。外觸發訊號與被測訊號間應具有周期性的關係。由於被測訊號沒有用作觸發訊號，所以何時開始掃描與被測訊號無關。

　　正確選擇觸發訊號對波形顯示的穩定、清晰有很大關係。例如在數位電路的測量中，對一個簡單的週期訊號而言，選擇內觸發可能好一些，而對於一個具有複雜週期的訊號，且存在一個與它有周期關係的訊號時，選用外觸發可能更好。

　　2.觸發耦合(Coupling)方式選擇

　　觸發訊號到觸發電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發訊號的穩定、可靠。這裡介紹常用的幾種。

　　AC耦合又稱電容耦合。它只允許用觸發訊號的交流分量觸發，觸發訊號的直流分量被隔斷。通常在不考慮DC分量時使用這種耦合方式，以形成穩定觸發。但是如果觸發訊號的頻率小於10Hz，會造成觸發困難。

　　直流耦合(DC)不隔斷觸發訊號的直流分量。當觸發訊號的頻率較低或者觸發訊號的佔空比很大時，使用直流耦合較好。

　　低頻抑制(LFR)觸發時觸發訊號經過高通濾波器加到觸發電路，觸發訊號的低頻成分被抑制;高頻抑制(HFR)觸發時，觸發訊號透過低通濾波器加到觸發電路，觸發訊號的高頻成分被抑制。此外還有用於電視維修的電視同步(TV)觸發。這些觸發耦合方式各有自己的適用範圍，需在使用中去體會。

　　3.觸發電平(Level)和觸發極性(Slope)

　　觸發電平調節又叫同步調節，它使得掃描與被測訊號同步。電平調節旋鈕調節觸發訊號的觸發電平。一旦觸發訊號超過由旋鈕設定的觸發電平時，掃描即被觸發。順時針旋轉旋鈕，觸發電平上升;逆時針旋轉旋鈕，觸發電平下降。當電平旋鈕調到電平鎖定位置時，觸發電平自動保持在觸發訊號的幅度之內，不需要電平調節就能產生一個穩定的觸發。當訊號波形複雜，用電平旋鈕不能穩定觸發時，用釋抑(Hold Off)旋鈕調節波形的釋抑時間(掃描暫停時間)，能使掃描與波形穩定同步。

　　極性開關用來選擇觸發訊號的極性。撥在“+”位置上時，在訊號增加的方向上，當觸發訊號超過觸發電平時就產生觸發。撥在“-”位置上時，在訊號減少的方向上，當觸發訊號超過觸發電平時就產生觸發。觸發極性和觸發電平共同決定觸發訊號的觸發點。

　　2.6 掃描方式(SweepMode)

　　掃描有自動(Auto)、常態(Norm)和單次(Single)三種掃描方式。

　　自動：當無觸發訊號輸入，或者觸發訊號頻率低於50Hz時，掃描為自激方式。

　　常態：當無觸發訊號輸入時，掃描處於準備狀態，沒有掃描線。觸發訊號到來後，觸發掃描。

　　單次：單次按鈕類似復位開關。單次掃描方式下，按單次按鈕時掃描電路復位，此時準備好(Ready)燈亮。觸發訊號到來後產生一次掃描。單次掃描結束後，準備燈滅。單次掃描用於觀測非週期訊號或者單次瞬變訊號，往往需要對波形拍照。

　　上面扼要介紹了示波器的基本功能及操作。示波器還有一些更復雜的功能，如延遲掃描、觸發延遲、X-Y工作方式等，這裡就不介紹了。示波器入門操作是容易的，真正熟練則要在應用中掌握。值得指出的是，示波器雖然功能較多，但許多情況下用其他儀器、儀表更好。例如，在數位電路實驗中，判斷一個脈寬較窄的單脈衝是否發生時，用邏輯筆就簡單的多;測量單脈衝脈寬時，用邏輯分析儀更好一些。

示波器的使用實驗報告3

　　一、【實驗名稱】

　　超聲波聲速的測量

　　二、【實驗目的】

　　1、瞭解聲速的測量原理

　　2、學習示波器的原理與使用

　　3、學習用逐差法處理資料

　　三、【儀器用具】

　　1、SV-DH-3型聲速測定儀段（資產編號）

　　2、雙蹤示波器（資產編號）

　　3、SVX-3型聲速測定訊號源（資產編號）

　　四、【儀器用具】

　　1.超聲波與壓電陶瓷換能器

　　頻率20Hz-20kHz的機械振動在彈性介質中傳播形成聲波，高於20kHz稱為超聲波，超聲波的傳播速度就是聲波的傳播速度，而超聲波具有波長短，易於定向發射等優點，聲速實驗所採用的聲波頻率一般都在20～60kHz之間。在此頻率範圍內，採用壓電陶瓷換能器作為聲波的發射器、接收器效果最佳。

　　圖1縱向換能器的結構簡圖

　　壓電陶瓷換能器根據它的工作方式，分為縱向（振動）換能器、徑向（振動）換能器及彎曲振動換能器。聲速教學實驗中所用的大多數採用縱向換能器。圖1為縱向換能器的結構簡圖。

　　2.共振干涉法（駐波法）測量聲速

　　假設在無限聲場中，僅有一個點聲源S1（發射換能器）和一個接收平面（接收換能器S2）。當點聲源發出聲波後，在此聲場中只有一個反射面（即接收換能器平面），並且只產生一次反射。

　　在上述假設條件下，發射波ξ1=Acos（ωt+2πx /λ)。在S2處產生反射，反射波ξ2=A1cos（ωt+2πx /λ)，訊號相位與ξ1相反，幅度A1＜A。ξ1與ξ2在反射平面相交疊加，3合成波束ξξ3=ξ1+ξ2=(A1+A2）cos（ωt-2πx /λ)+A1cos（ωt+2πx /λ) =A1cos(2πx /λ)cosωt+A2cos（ωt - 2πx /λ)

　　由此可見，合成後的波束ξ3在幅度上，具有隨cos(2πx /λ)呈週期變化的特性，在相位上，具有隨(2πx /λ)呈週期變化的特性。

　　圖4所示波形顯示了疊加後的聲波幅度，隨距離按cos(2πx /λ)變化的特徵。

　　發射換能器與接收換能器之間的距離

　　圖2換能器間距與合成幅度

　　實驗裝置按圖7所示，圖中S1和S2為壓電陶瓷換能器。S1作為聲波發射器，它由訊號源供給頻率為數十千赫的交流電訊號，由逆壓電效應發出一平面超聲波；而S2則作為聲波的接收器，壓電效應將接收到的聲壓轉換成電訊號。將它輸入示波器，我們就可看到一組由聲壓訊號產生的正弦波形。由於S2在接收聲波的同時還能反射一部分超聲波，接收的聲波、發射的聲波振幅雖有差異，但二者週期相同且在同一線上沿相反方向傳播，二者在S1和S2區域內產生了波的干涉，形成駐波。我們在示波器上觀察到的實際上是這兩個相干波合成後在聲波接收器S2處的振動情況。移動S2位置（即改變S1和S2

　　之間的距離），你從示

　　波器顯示上會發現，當S2在某此位置時振幅有最小值。根據波的干涉理論可以知道：任何二相鄰的振幅最大值的位置之間（或二相鄰的振幅最小值的位置之間）的距離均為λ/ 2。為了測量聲波的波長，可以在一邊觀察示波器上聲壓振幅值的同時，緩慢的改變S1和S2之間的距離。示波器上就可以看到聲振動幅值不斷地由最大變到最小再變到最大，二相鄰的振幅最大之間的距離為λ/2；S2移動過的距離亦為λ/2。超聲換能器S2至S1之間的距離的改變可透過轉動鼓輪

　　來實現，而超聲波的頻率又可由聲速測試儀訊號源頻率顯示視窗直接讀出。

　　圖3用李薩如圖觀察相位變化

　　在連續多次測量相隔半波長的S2的位置變化及聲波頻率f以後，我們可運用測量資料計算出聲速，用逐差法處理測量的資料。

　　3.相位法測量原理

　　由前述可知入射波ξ1與反射波ξ2疊加，形成波束ξ3即ξ3 =A1cos(2πx /λ)cosωt+A2cos（ωt - 2πx /λ)即對於波束：ξ1 =Acos（ωt - 2πx /λ)

　　由此可見，在經過△x距離後，接收到的餘弦波與原來位置處的相位差（相移）為θ= 2π △x /λ。如圖5所示。因此能透過示波器，用李薩如圖法觀察測出聲波的波長。

　　4.時差法測量原理

　　連續波經脈衝調製後由發射換能器發射至被測介質中，聲波在介質中傳播，經過t時

　　間後，到達L距離處的接收換能器。由運動定律可知，聲波在介質中傳播的速度可由以下公式求出：

　　速度V=距離L/時間t

　　圖4發射波與接收波

　　透過測量二換能器發射接收平面之間距離L和時間t ,就可以計算出當前介質下的聲波傳播速度。五、【實驗內容】

　　1.儀器在使用之前，加電開機預熱15min。在接通市電後，自動工作在連續波方式，選擇的介質為空氣的初始狀態。

　　2.駐波法測量聲速。 2.1測量裝置的連線：

　　圖5駐波法、相位法連線圖

　　如圖5所示，訊號源面板上的發射端換能器介面（S1），用於輸出一定頻率的功率訊號，請接至測試架的發射換能器（S1）；訊號源面板上的發射端的發射波形Y1，請接至雙蹤示波器的CH1（Y1），用於觀察發射波形；接收換能器（S2）的輸出接至示波器的CH2（Y2）

　　2.2測定壓電陶瓷換能器的最佳工作點

　　只有當換能器S1的發射面和S2的接收面保持平行時才有較好的接收效果；為了得到較清晰的接收波形，應將外加的驅動訊號頻率調節到換能器S1、S2的諧振頻率點處時，才能較好的進行聲能與電能的相互轉換（實際上有一個小的通頻帶），以得到較好的實驗效果。按照調節到壓電陶瓷換能器諧振點處的訊號頻率，估計一下示波器的掃描時基t/div，並進行調節，使在示波器上獲得穩定波形。

　　超聲換能器工作狀態的調節方法如下：各儀器都正常工作以後，首先調節發射強度旋鈕，使聲速測試儀訊號源輸出合適的電壓（8～10VP-P之間），再調整訊號頻率（在25～45kHz），選擇合適的示波器通道增益（一般0.2V～1V/div之間的位置），觀察頻率調整時接收波的電壓幅度變化，在某一頻率點處（34.5～37.5kHz之間）電壓幅度最大，此頻率即是壓電換能器S1、S2相匹配頻率點，記錄頻率FN，改變S1和S2間的距離，適當選擇位置，重新調整，再次測定工作頻率，共測5次，取平均頻率f。

　　2.3測量步驟

　　將測試方法設定到連續波方式，合適選擇相應得測試介質。完成前述2.1、2.2步驟後，觀察示波器，找到接收波形的最大值。然後轉動距離調節鼓輪，這時波形的幅度會發生變化，記錄下幅度為最大時的距離Li-1，距離由數顯尺（數顯尺原理說明見附錄2）或在機械刻度上讀出，再向前或者向後（必須是一個方向）移動距離，當接收波經變小後再到最大時，記錄下此時的距離Li。即有：波長λi=2│Li -Li-1│，多次測定用逐差法處理資料。

　　3.相位法/李薩如圖法測量波長的步驟

　　將測試方法設定到連續波方式，合適選擇相應的測試介質。完成前述2.1、2.2步驟後，將示波器打到“X-Y”方式，並選擇合適的通道增益。轉動距離調節鼓輪，觀察波形為一定角度的斜線，記錄下此時的距離Li-1；距離由數顯尺（數顯尺原理說明見附錄2）或機械刻度尺上讀出，再向前或者向後（必須是一個方向）移動距離，使觀察到的波形又回到前面所說的特定角度的斜線，記錄下此時的距離Li。即有：波長λi=│Li -Li-1│

　　用共振干涉法測量聲波的波長的實驗裝置如圖所示。

　　圖中S1和S2為壓電超聲換能器。訊號發生器輸出的正弦交流訊號加到S1上，由S1完成電聲轉換，作為聲源，發出波前近似為平面的聲波；S2作為超聲波接收換能器，將接收到的聲訊號轉換成電訊號，然後接入示波器觀察。S2在接收聲波的同時，其表面還反射一部分聲波。當S1與S2的表面互相平行時，往返於S1與S2之間的聲波發生干涉而形成駐波。

　　依波動理論，設沿X方向射出的入射波方程為

　　y1=Acos(ωt-2πλx)

　　反射波方程為

　　y2=Acos(ωt+2πλx)

　　式中，A為聲源振幅；ω為角頻率；2πxλ為由於波動傳播到座標x處(t時刻)引起的位相變化。

　　在任意時刻t，空氣中某一位置處的合振動方程為

　　y=y1+y2=(2Acos2πλx)cosωt

　　上式即為駐波方程。

　　當cos2πλx=1，即2πλx=kπ時，在x=k·λ2 (k=0,1,2?)處，合成振動振幅最大，稱為波腹或聲振幅的極大值。

　　當cos2πλx=0，即2πλx=(2k+1)π2時，在x=(2k+1)·λ4 (k=0,1,2?)處，合成振動振幅最小，稱為波節或聲振幅的極小值。

　　改變兩換能器之間的距離，當二者之間的距離是半波長的整數倍時，在發射換能器和接收換能器處，聲波的幅度（聲壓）都達到極大值，此時稱為“共振”。在相鄰極大值之間，兩換能器間的距離變化量為λ/2。由波腹(或波節)條件可知，相鄰兩個波腹(或波節)間的距離為λ2，當S1和S2間的距離L恰好等於半波長(5)