1、大 学 物 理 实 验 总 结 报 告1实 验 3.11 示 波 器 的 原 理 与 使 用实 验 者 姓 名 ： XXX 同 组 者 姓 名 ： XXX 实 验 日 期 ： 20XX.X.X一 、 实 验 目 的1、 了 解 示 波 器 的 基 本 结 构 和 工 作 原 理 。2、 利 用 示 波 器 观 察 测 量 正 弦 波 、 方 波 、 锯 齿 波 的 振 幅 、 频 率 。3、 观 察 电 子 束 垂 直 正 弦 振 动 合 成 的 轨 迹 （ 李 萨 如 图 形 ） 并 测 定 正 弦 振 动 频 率 比 。二 、 实 验 仪 器通 用 AOS1022C型 数 字 存 储 示
2、波 器 ， TFG1900A型 函 数 信 号 发 生 器 。三 、 实 验 原 理示 波 器 是 利 用 示 波 管 内 电 子 束 在 电 场 或 磁 场 中 的 偏 转 ， 显 示 电 压 信 号 随 时 间变 化 波 形 的 一 种 电 子 观 测 仪 器 。 在 各 行 各 业 与 各 个 研 究 领 域 都 有 着 广 泛 的 应 用 。其 基 本 结 构 与 工 作 原 理 如 下1、 示 波 器 的 基 本 结 构 与 显 示 波 形 的 基 本 原 理示 波 器 种 类 很 多 ， 基 本 都 包 括 几 个 组 成 部 分 ： 示 波 管 （ CRT） 、 竖 直 信 号
3、放 大器 （ Y放 大 ） 、 水 平 信 号 放 大 器 （ X放 大 ） 、 扫 描 信 号 发 生 器 、 触 发 同 步 系 统 和 直流 电 源 等 。示 波 管 是 示 波 器 的 核 心 部 件 ， 如 图 1所 示 。 可 细 分 为 电 子 枪 、 偏 转 系 统 和 荧光 屏 三 部 分 ， 均 密 封 在 抽 成 高 真 空 的 玻 璃 外 壳 内 。1） 电 子 枪电 子 枪 包 括 灯 丝 ， 阴 极 ， 控 制 栅 极 ， 第 一 阳 极 ， 第 二 阳 极 五 部 分 。 阴 极 被 灯丝 加 热 后 ， 可 沿 轴 向 发 射 电 子 。 并 在 荧 光 屏 上
4、 显 现 一 个 清 晰 的 小 圆 点 。2） 偏 转 系 统偏 转 系 统 由 两 对 互 相 垂 直 的 金 属 偏 转 板 X和 Y组 成 ， 分 别 控 制 电 子 束 在 水 平方 向 和 竖 直 方 向 的 偏 转 。从 电 子 枪 射 出 的 电 子 束 若 不 受 横 向 电 场 的 作 用 ， 将 沿 轴 线 前 进 并 在 荧 光 屏 的中 心 呈 现 静 止 的 光 点 。 若 受 到 横 向 电 场 的 作 用 ， 电 子 束 的 运 动 方 向 就 会 偏 离 轴 线 ，屏 上 光 点 的 位 置 就 会 移 动 。 X偏 转 板 之 间 的 横 向 电 场 用 来
5、 控 制 光 点 在 水 平 方 向 的位 移 ， Y偏 转 板 用 来 控 制 光 点 在 竖 直 方 向 的 位 移 。 如 果 两 对 偏 转 板 都 加 上 电 场 ，则 光 点 在 二 者 的 共 同 控 制 下 ， 将 在 荧 光 屏 平 面 二 维 方 向 上 发 生 位 移 。3） 荧 光 屏F 灯 丝 ， K阴 极 ， G控 制 栅 极 ， A1、 A2第 一 、 第 二 阳 极 ， Y、 X竖 直 、 水 平 偏 转 板图 1 示 波 管 结 构 简 图大 学 物 理 实 验 总 结 报 告2荧 光 屏 上 涂 有 荧 光 粉 ， 它 的 作 用 是 将 电 子 束 轰 击
6、 点 的 轨 迹 显 示 出 来 以 供 观 测 。4） 显 示 波 形 的 原 理在 竖 直 偏 转 板 上 加 一 交 变 正 弦 电 压 ， 可 看 到 一 条 竖 直 的 亮 线 ， 如 图 3所 示 。在 水 平 偏 转 板 上 加 “ 锯 齿 波 电 压 ” 扫 描 电 压 ， 使 荧 光 屏 上 的 亮 点 沿 水 平 方 向 拉 开 。电 子 的 运 动 是 两 相 互 相 垂 直 运 动 的 合 成 。 当 锯 齿 波 电 压 与 正 弦 电 压 的 变 化 周 期 相等 时 ， 在 荧 光 屏 上 将 显 示 出 一 个 稳 定 的 正 弦 电 压 波 形 图 如 图 4所
7、 示 。当 波 形 信 号 的 频 率 等 于 锯 齿 波 频 率 的 整 数 倍 时 ， 荧 光 屏 上 将 呈 现 整 数 个 完 整而 稳 定 的 被 测 信 号 的 波 形 ， 当 两 者 不 成 整 数 倍 时 ， 对 于 被 测 信 号 来 说 ， 每 次 扫 描的 起 点 都 不 会 相 同 ， 结 果 造 成 波 形 在 水 平 方 向 上 不 断 的 移 动 。 尤 其 是 在 频 率 较 高时 ， 造 成 图 像 不 稳 定 。 调 节 示 波 器 面 板 上 的 触 发 电 平 通 过 电 子 电 路 调 节 扫 描 电 压周 期 为 输 入 信 号 周 期 整 数 倍
8、的 过 程 ， 称 为 “ 整 步 ” 或 “ 同 步 ” 。2、 李 萨 如 图 形 的 基 本 原 理通 过 观 察 荧 光 屏 上 李 萨 如 图 形 进 行 频 率 对 比 的 方 法 称 之 为 李 萨 如 图 形 法 。 将被 测 正 弦 信 号 yf 加 到 Y偏 转 板 ， 将 参 考 正 弦 信 号 xf 加 到 X偏 转 板 ， 当 两 者 的 频率 之 比xyff 是 整 数 时 ， 在 荧 光 屏 上 将 出 现 李 萨 如 图 形 。图 5给 出 了 几 种 不 同 频 率 比 的 李 萨 如 图 形 。 判 断 两 个 电 压 信 号 频 率 比 的 条 件是 屏
9、上 出 现 了 李 萨 如 图 形 稳 定 不 动 ， 方 法 是 对 稳 定 不 动 的 图 形 分 别 做 水 平 直 线 和竖 直 直 线 与 图 形 相 切 ， 设 水 平 线 上 的 切 点 数 最 多 为 ， 竖 直 线 上 的 切 点 数 最 多为 ， 则 yxxy nnff 利 用 李 萨 如 图 形 能 方 便 地 比 较 两 正 弦 信 号 的 频 率 。 若 已 知 其 中 一 个 信 号 的 频 率 ，便 可 算 出 另 一 待 测 信 号 的 频 率 。图 2 图 3 图 4大 学 物 理 实 验 总 结 报 告3图 五四 、 实 验 内 容 与 步 骤1.熟 悉 示
10、 波 器 的 使 用 ， 观 察 波 形（ 1） 接 通 电 源 ， 熟 悉 面 板 上 各 旋 钮 的 功 能 。（ 2） Y轴 输 入 信 号 源 信 号 ， X轴 输 入 锯 齿 波 扫 描 电 压 ， 并 调 节 到 合 适 的 扫 描 频 率范 围 ， 观 察 输 入 信 号 波 形 ， 调 节 扫 描 微 调 观 察 波 形 变 化 情 况 ， 使 屏 上 出 现 1 3个 稳 定 的 波 形 。（ 3） 观 察 信 号 发 生 器 的 几 种 输 出 波 形 ， 按 要 求 记 录 波 形 到 表 中 。2.观 察 李 萨 如 图 形 并 测 定 未 知 正 弦 信 号 频 率（
11、 1） 选 择 信 号 源 输 出 为 正 弦 波 接 入 Y轴 ， X 轴 选 择 标 准 的 正 弦 波 ， 并 把 方 式 放置 在 线 入 上 ， 可 看 到 李 萨 如 图 形 。（ 2） 调 节 信 号 源 可 得 各 种 比 率 的 图 形 。 因 图 形 不 太 稳 定 ， 调 节 到 变 化 最 慢 ， 记录 信 号 源 所 显 示 的 频 率 读 数 即 可 。五 、 实 验 数 据 与 实 验 结 果表 1 对 信 号 波 形 的 观 察信 号 波 的 种 类 正 弦 波 方 波 锯 齿 波振 幅 /V 10.2 10.2 10.2信 号 频 率 （ 测 量 ） /kHz
12、 1.002 1.000 1.002信 号 频 率 （ 读 数 ） /kHz 1.000 1.000 1.000波 形大 学 物 理 实 验 总 结 报 告4表 二 李 萨 如 图 形 的 观 察xyff 1:1 2:1 3:1 3:2 2:3 3:4李 萨 如 图形 xf /Hz 1000 1000 1000 2000 3000 4000yf （ 测 量值 ） /Hz 1002 2000 3003 3003 2000 3003yf （ 标 准值 ） /Hz 1000 2000 3000 3000 2000 3000偏 差 y/Hz 2 0 3 3 0 3扫 描 电 压 ： 5V注 意 事 项1 信 号 发 生 器 、 示 波 器 预 热 1 2分 钟 以 后 才 能 正 常 工 作 。2 观 察 李 萨 如 图 形 时 ， 信 号 频 率 不 要 太 高 ， 否 则 看 不 清 楚 。3 不 要 频 繁 开 关 机 ， 示 波 器 上 光 点 的 亮 度 不 可 调 得 太 强 ， 也 不 能 让 亮 点 长时 间 停 在 荧 光 屏 的 一 点 上 ， 如 果 暂 时 不 用 ， 把 辉 度 降 到 最 低 即 可 。4 不 要 将 开 关 和 旋 钮 强 行 旋 转 、 死 拉 硬 拧 。参 考 资 料 ： 大 学 物 理 实 验 （ 第 二 版 ） 徐 建 强 徐 荣 历
