《示波器的的原理和使用》物理實驗報告

　　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，讓我受益菲淺，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。