e10SS7802A示波器的使用说明

示波器是现代科学技术中应用非常广泛的测量工具。其最大的功能和特点是能够将各种复杂多变的电压信号直观地二维显示在示波器的屏幕上，因而从形象直观而言，是众多指针式和数字显示式的仪器不能替代的。示波器依据能够同时监测信号的多少，分为单通道、双通道和多通道示波器多种。目前实验室配置较多的是双通道示波器，能够同时反映两路信号，并进行比较。而最新研制的示波器则能够进行数据存贮和由计算机对数据进行适时监控和处理，即示波器已经实现了智能化、 自动控制和自动调节。

【实验目的】

本实验通过对电压波形和利萨如图形的观察，交流电信号的电压幅度或频率的测量，来学习和掌握示波器的使用。

【实验仪器】

1. SS-7802A双通道示波器、低频信号发生器、交流毫伏表等，其中SS-7802A的工作面板如图1所示。

图1 SS-7802A 工作面板

2. SS-7802A示波器的主要功能键

VOLTS/DIV：电压分度 TIME/DIV：时间分度 ADD，INV：波形的加减功能 MAG×10：波形放大 ALT CHOP：显示模式选择 DC/AC，GND：耦合方式选择 FUNCTION组：电压、频率差值测量 POSITION：位置垂直、水平方向调节。

3. SS-7802A示波器的显示面板

SS-7802A示波器的显著特点为，示波器的各种参量值均显示在屏幕上，它们在屏幕上的位置如图2所示。

以图1中屏幕上所显示的信息为例，扫描速率为1毫秒，触发源为CH1，触发斜率为+,采用DC耦合，触发电平为-135毫伏，释抑时间为0，CH1通道的分度值为100毫伏，CH2通道的分度值为500毫伏，频率值为0。

图2 如何读屏幕

4. SS-7802A示波器使用注意事项

（a） 确保水不沾在仪器上。避免把物体放在本仪器上，否则会造成盖子变形，进而有可能使内部电路短路，这些会造成触电、受伤、 失火或是故障。

（b） 探头和测量线连接到仪器时，小心操作。如果造成设备电极颠覆，会造成触电、受伤、 失火或是故障。

（c） 在连接或者断开电源线前置电源开关于OFF。 （d） 不要将物品放在仪器的空气孔和风扇附近。阻碍空气流通会造成内部温度过高以致失火或是漏电。

【实验原理】

1．CRT示波器的工作原理

图3 示波器的内部结构

示波器的主要部件是能将连续的电子束喷射到真空环境的电子枪（如图3）。随着电子束在电子枪中产生，它穿过一系列水平放置的平行板（垂直偏转板）。待显示的信号电压被放大并作用在这些极板上，进而产生一个能使电子轨迹产生垂直偏移的电场。电压信号的极性决定向上还是向下偏移，信号强度决定电子的偏移量。

图4 同一电场下电子的偏移

电子束经过垂直偏转板之后，经过一系列相似的垂直放置的极板，电势差使这些极板产生一个能使电子向左或向右偏转的电场。大多数设置情况下（常见的一个特例就是即将要讨论的XY模式），这些水平偏转板使电子束以恒定的速度向侧向偏移。通过调整扫描旋钮可以调整该速度，并使屏幕上的轨迹被拉伸或压缩。

如果这两个偏转电压保持不变，电子束就会打在荧光膜某个确定的点上，屏幕上将看到一个固定的点。然而，多数被测电压是随时间变化的，所以作用在水平偏转板上的电压也是随时间变化的因而（图像上的）点也将随时间的推移从屏幕的左端移到右端。因为荧光材料具有在电子通过后的数微妙内仍能发光的性质，整体的效果就是电子留下一道可见的痕迹——随时间变化的波形。

水平偏转电压（或“扫描电压”）变化方式相同，当电子束到达屏幕的右侧边沿后，又重新从左侧开始。如果待测信号为周期性信号，能够作到使扫描电压和信号同步，这样波形在屏幕上看起来是静止的。这由触发电平来控制，当测量到电压达到一定值时，示波器才开始有轨迹。“+”“-”（按键）用于选择示波器是在正电压还是负电压时触发。通过调整除触发电平可以使屏幕上的轨迹变得稳定（只要波形是周期的）。

2. 波形的调节及测量

示波器的VOLTS/DIV功能键用来将波形尺寸设置为易于观察的大小。使用过程中按下VOLTS/DIV功能键，还可以进行精密调节。当测量待测信号的电压幅值时，首先要知道垂直方向的电压分度值VOLTS/DIV（可以从屏幕的下侧观察到数字显示），此时若待测电压幅度占A格，则待测信号的峰峰值电压为两者的乘积。

示波器面板上的TIME/DIV键可以用来用来控制时间轴的标度，从而能够调节电压波形在屏幕上所显示的周期。如果SEC/DIV设置为1秒，然后每10份垂直的分份表示1秒，那么整个屏幕可以显示10秒。

3. 耦合方式的改变

示波器面板上的两个功能键DC/AC，GND为使用者提供了耦合方式的选择。根据输入信号的类型选择适合于观察的耦合方式。GND能够使输入信号和垂直系统分开，让你在屏幕上看到零伏的位置。从DC拨到GND再拨回去是测量信号对地的电压的一种便捷方法。所有的信号都可以分成两个基本的分量：恒定分量（直流）被定义为时间的信号平均值，随时间变化的分量（交流）被定义为原始信号减去平均值。DC耦合设置显示所有输入信号（随时间变化分量加上恒定分量），而AC耦合设置阻拦住信号的DC分量，使随时间变化的波形出现在零电压的附近。当整个信号对于电压/分度设置来说太大或AC分量相比于DC分量来说太小的时候，AC耦合是很方便的。

4. FUNCTION功能组用来测量时间（频率）和电压差值

示波器面板上的FUNCTION键组包括了FUNCTION旋钮、t-V-OFF选择按钮及TCK/C2跟踪功能键。使用光标测量时间和频率差值（t,1/t,）及电压差值V，下面以测量时

间间隔为例来说明该功能组的使用方法。

(1) 选择测量对象

按△t-△V–OFF选择△t（时间量测），这个时候将显示两条测量光标（光标1和光标2）。此时时间间隔（Dt）及频率（1/Dt）的测量值显示于屏幕的左下角。 (2) 光标的操作

旋转FUNCTION 键调整光标位置，移动光标1和2 至需要量测的位置。当FUNCTION 被按下或连续按下时，是对位置方向的粗调。

每按一次TCK/C2，光标及其序号按如下顺序改变： C1（光标1）→C2（光标2）→TCK（跟踪）→C1（光标1） (3) 光标设置

按TCK/C2选择C1（光标1），功能显示为f：H-C1，光标1 上方的“1”表示光标1 可移动。通过旋转FUNCTION 将光标1移至测量位置。

按TCK/C2选择C2（光标2），功能显示为f：H-C2，光标2 上方的“1”表示光标2 可移动。通过旋转FUNCTION 将光标2移至测量位置。

(4) 最新光标1 和2 间的时间间隔（Dt）及频率（1/Dt）测量值显示于屏幕的左下角。

Φ=180° 180°＞Φ＞90° Φ=90° 180°＞Φ＞90° Φ=0°

图5 利萨如图形

5. 利萨如图形的观测

示波器的水平轴除了可以显示时间外还可以显示其它输入信号。这种设置称为XY模式，因为X轴和Y轴都显示输入电压的轨迹。两个不同周期的周期信号的XY波形，称之为利萨如波形，图5是一系列的利萨如图形。从利萨如波形的形状，可以确定信号的相位、频率比等信息。

比如，如果将信号sin(ωt)输入到频道1和频道2。用XY模式，就可以在屏幕上看到单位斜率的直线（因为在每一时刻频道1和频道2的电压是等同的，也就是X = Y）。现在，而如果在频道1输入函数sin(ωt)，同时在频道2输入sin(ωt + π/2) = cos(ωt)。在这种情况下，y = sin(ωt)，x = cos(ωt)，信号的波形为一个圆。

与y轴的切点 y x 与x轴的切点

图6 利萨如图形切点数的读法

两个信号的频率值之比由下式确定：

fx与y轴的切点数 （1） fy与x轴的切点数切点数的读法参见图6。据此，若已知其中一个信号的频率，则可推算出另一个信号的频率。 利用利萨如图形可以计算出频率相同两个信号的固定位相差。

y A B x

图7 用利萨如图形计算两个频率相同波形的位相差

如图7所示，两个波形的位相差arcsinB。 A【实验内容】

1 电压波形的观测

打开低频信号发生器、示波器及交流毫伏表。调整低频信号发生器输出一定频率和电压幅度的波形。调整示波器的电压分度、时间分度及触发设置，使在屏幕上稳定显示易于观察的CH1和CH2两个通道的电压信号。

2 电压值、周期和频率的测量

利用FUNCTION键组测量在1中所观察到的波形的峰-峰值电压，换算为有效值，同时记录下毫伏表以及信号发生器的指示值，将这三者相比较。

利用FUNCTION键组测量在1中所观察的波形的周期以及频率，与低频信号发生器的指示值相比较。

3 调整低频信号发生器输出不同的波形，重复以上步骤进行测量。 波形 描绘 VP-P(V) VP-P化为有效值Ve(V) 毫伏表读数Ve1(V) 信号发生器的指示值Ve0(V) 1 2 3 Ef波形 描绘 T(s) f(Hz) 信号发生器的指示值f0(Hz) 1 2 3 EVVeVe1Ve1100% ff0f0100% 4 观察和测量利萨如图形

可以固定fx（或fy），改变fy（或fx），由利萨如图形找出切点数，求出频率比，计算

相应的fy（或fx）。对于频率相同的两个波形，求出其位相差。

【思考题】

1. 示波器的主要功能是什么？能否用示波器测量电压、周期、频率和相位差？ 2. 观察波形的几个主要步骤是什么？ 3. 能否使用示波器测量非电量？

4. 利萨如图形法测量两个相同频率波形的原理是什么？