1、数字存储示波器的使用示波器是一种常用的电子仪器，主要用于观察和测量各种电信号。配合各种传感器把非电量转换成电量，示波器也可以用来观察各种非电量的变化过程。示波器有多种类型和型号，但它们基本原理是相同的。本实验是用双信号发生器的输出信号在示波器中合成李萨如图形。实验目的1了解示波器的主要结构和显示波形的基本原理。2学会使用函数信号发生器。3学会用示波器观察波形以及测量电压、周期和频率等。4、理解李萨如图形合成原理及方法。实验仪器DS1052E 型数字存储示波器、DG1022 双通道函数/任意波形发生器、连接线（2 根）【实验仪器功能介绍】（1） 熟悉示波器上各旋钮的功能和用法设置垂直系统 VER
2、TICAL（ CH1、CH2、MATH、REF、OFF、POSITION（垂直位置） 、SCALE（垂直范围） ）CH1、CH2 可设置耦合的方式：直流、交流、接地探头的衰减系数数字滤波的频率上线MATH 为系统的数学运算界面 REF 为导入导出已保存的文件菜单或保存文件，但不存储 X-Y 方式的波形设置水平系统 HORIZONTAL（MENU、POSITION( 水平位置 ) SCALE(水平范围) MENU 延迟扫描：用来放大一段波形，以便查看图形细节 时基：Y-T 、X-Y （水平轴上显示通道 1 电压，垂直轴上显示通道 2 电压） 、Roll采样率：显示系统采样率设置触发系统 TRIG
3、GER（LEVEL、MENU、50% 、FORCE）MENU 中的触发模式有边沿触发、脉宽触发、斜率触发、视频触发、交替触发（稳定触发双通道不同步信号，此触发模式下，不能产生 X-Y 波形，且交替触发菜单中触发类型为视频触发时它的同步分为：所有行、指定行、奇数场、偶数场） 。触发方式：自动、普通、单次，如在自动下无法稳定两波形，可选择单次稳定波形。触发设置：灵敏度、触发抑制：设置重新启动触发电路的时间间隔，时间范围为：500ns-1.5s、触发释抑：使触发释抑复位到 500ns.设置采样系统（Acquire） 获取方式：普通、平均、峰值检测，其中平均采样方式图像更细，期望减少所显示信号中的随机
4、噪声。如期望观察信号的包络，避免混淆，选用峰值检测方式；采样方式：观察单次信号选用实时采样方式，观察高频周期性信号选用等效采样方式。设置显示系统(Display) 显示类型：矢量（采样点之间通过连线的方式显示） 、点（直接显示采样点）清除显示：（清除所有先前采集的显示及任何从内部存储区或 USB 存储设备中调出的轨迹存储和调出（Storage ） 存储类型：位图存储与 CSV 存储（适用于外部存储器）波形存储与设置存储（适用于内部存储） ，可从存储位置中调出或删除已存文件。出厂设置则设置调出出厂设置操作设置辅助系统(Utility) 接口设置、声音、频率计、Language（1/3）通过测试、
5、波形录制、打印设置（2/3 ）参数设置、自校正(3/3)按 Utility通过测试规则设置中的 Mask 可进行设置水平容限范围与垂直容限范围，均为（0.04div-4.00div）按 Utility波形录制模式录制可对波形进行录制，最大帧数为 1000，各帧之间时间间隔设置为 1.00ms-1000s按 Utility波形录制模式回放 执行 RUN/STOP 键停止或继续波形回放功能按 Utility波形录制模式存储 根据当前设置的帧数存储或调出当前录制的波形按 Utility参数设置 可设置屏幕保护、界面方案、键盘密码设置等运行自校正程序以前，请确认示波器已预热或运行达 30 分钟以上。如
6、果操作温度变化范围达到或超过 5，必须打开系统功能菜单，执行“自校正”程序。自动测量（Measure） 该示波器提供 20 种自动测量的波形参数，包括 10 种电压参数和 10种时间参数：峰峰值（Vpp） 、最大值(Vmax)、最小值(Vmin)、顶端值(Vtop)、底端值（Vbase ） 、幅值（ Vamp） 、平均值（Average） 、均方根值（Vrms） 、过冲（Overshoot ） 、预冲（Preshoot） 、频率、周期、上升时间（RiseTime） 、下降时间（FallTime） 、正占空比（+Duty） 、负占空比（-Duty ） 、延迟、正脉宽（+Width）和负脉宽（-W
7、idth） 。光标测量（Cursor） 手动模式：出现水平调整或垂直调整的光标线。追踪模式：水平与垂直光标交叉构成十字光标。自动测量模式：系统会显示对应的电压或时间光标。此方式在未选择任何自动测量参数时无效。使用执行按键（AUTO、RUN/STOP ） AUTO(自动设置 )：自动设定仪器各项控制值，以产生适宜观察的波形显示。RUN/STOP(运行/ 停止) ：运行和停止波形采样。（2） DG1022 型函数/任意波形发生器发生器提供了 3 种界面显示模式：单通道常规模式、单通道图形模式及双通道常规模式。这 3 种显示模式可通过前面板左侧的 View 按键切换。用户可通过 来切换活动通21CH
8、道，以便设定每通道的参数及观察、比较波形。操作面板左侧下方有一系列带有波形显示的按键，它们分别是：Sine(正弦波)、Squar( 方波)、Ramp(锯齿波)、Pulse(脉冲波) 、Noise(噪声波)、 Arb(任意波)输出设置 Output调制/扫描/脉冲串设置 Mod（调制） 、Sweep（扫描） 、Burst(脉冲串)。在本信号发生器中，这三个功能只适用于通道 1。1.使用 Mod 键，可输出经过调制的波形。并可以通过改变类型、内调制/外调制、深度、频率、调制波等参数，来改变输出波形。DG1022 可用 AM、FM、FSK 或 PM 调制波形。2.使用 Sweep 按键扫描，可调制或
9、扫描正弦波、方波、锯齿波或任意波形（不能调制或扫描脉冲、噪声）在扫描模式中，可在指定的扫描时间内从开始频率到终止频率而变化输出。3.使用 Burst 按键，可以产生正弦波、方波、锯齿波、脉冲波或任意波的脉冲串波形输出，噪声只能用于门控脉冲串。存储和调出/辅助系统功能/帮助功能1.使用 Store/Recall 按键，存储或调出波形数据和配置信息。2.使用 Utility 按键，可以进行设置同步输出开/ 关、输出参数、通道耦合、通道复制、频率计测量；查看接口设置、系统设置信息；执行仪器自检和校准等操作。3.使用 Help 按键，查看帮助信息列表。获得任意键帮助：要获得任何面板按键或菜单按键的上下
10、文帮助信息，按下并按住该键23 秒，显示相关帮助信息。用户自定义任意波形按 Arb 编辑 创建 1.选择点数，设置任意波形的初始化点数，在默认情况下，点 1 设置为高电平，固定在 0 秒，点 2 设置为低电平，设置为指定循环周期的一半。2.设置插值，选择插值开，启用在波形点之间进行线性内插。选择插值关，在波形点之间维持不变的电压电平，并创建一个类似的数字波形。3.编辑波形点。4.存储波形至非易失存储器，波形创建完毕后按保存键进入 Store/Recall 功能界面，将波形保存到非易失性存储器或外部存储器中。在非易失存储器中，每个波形存储的位置，只能存储一个波形，只能存储一个波形，如果有新波形存
11、储进来，旧的波形将被覆盖。存储完毕后，按 View 键切换为图形显示模式，可查看所创建的波形。编辑已存储波形按 Arb 编辑 已存，按读取将其读入易失存储器中进行编辑，用户可以重新编辑已存波形的频率/周期，幅值/高电平，偏移/低电平，相位参数。调制波形设置使用 Mod 按键，可输出经过调制的波形。DG1022 可输出 AM、FM、FSK 或 PM 调制波形。调制波形由载波和调制波形组成,波 Sine、Square、Ramp、Arb 可进行调制。幅度调制(AM)：按 Mod类型AM,可调制振幅变化深度（0%-120%）频率调制(FM)：按 Mod类型FM 调制波形的频率（2mHz20KHz） ，
12、其中设置的频偏必须小于或等于载波频率。频移键控（FSK）按 Mod类型FSK，可进行跳频，内调制时设置跳跃频率范围不超过载波的频率范围。相位调制（PM）Mod类型PM ，进行相位调制（0360） 。四种调制波形都可以按 View 键切换为图形显示模式，查看波形参数。设置扫频波形脉冲串按键可为用户提供多种波形函数的脉冲串输出，可持续特定数目的波形循环（N 循环脉冲串） ，可使用任何波形函数，但是噪声只能用于门控脉冲串。按 View 键切换为图形显示模式，查看波形参数。（3）实验原理电子示波器（简称示波器）能够简便地显示各种电信号的波形，一切可以转化为电压的电学量和非电学量及它们随时间作周期性变化
13、的过程都可以用示波器来观测，示波器是一种用途十分广泛的测量仪器。一、示波器的基本结构示波器的主要部分有示波管、带衰减器的 Y 轴放大器、带衰减器的 X 轴放大器、扫描发生器（锯齿波发生器） 、触发同步和电源等，其结构方框图如图 1 所示。为了适应各种测量的要求，示波器的电路组成是多样而复杂的，这里仅就主要部分加以介绍。1示波管如图 1 所示，示波管主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三部分，全都密封在玻璃外壳内，里面抽成高真空。下面分别说明各部分的作用。（1）荧光屏：它是示波器的显示部分，当加速聚焦后的电子打到荧光上时，屏上所涂的荧光物质就会发光，从而显示出电子束的位置。当电子停止作用后，荧光剂的
14、发光需经图一定时间才会停止，称为余辉效应。 （2）电子枪：由灯丝 H、阴极 K、控制栅极 G、第一阳极 A1、第二阳极 A2五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属筒，被加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“亮度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极、第二阳极之间的电位调节合适时，电子枪内的电场对
15、电子射线有聚焦作用，所以第一阳极也称聚焦阳极。第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚焦”调节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚焦”，实际是调节第二阳极电位。（3）偏转系统：它由两对相互垂直的偏转板组成，一对垂直偏转板 Y，一对水平偏转板 X。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上的光斑位置也发生改变。2信号放大器和衰减器示波管本身相当于一个多量程电压表，这一作用是靠信号放大器和衰减器实现的。由于示波管本身的 X 及 Y 轴偏转板的灵敏度不高（约 0.11mm/V） ，当加在偏转板的信号过小时，要预
16、先将小的信号电压加以放大后再加到偏转板上。为此设置 X 轴及 Y 轴电压放大器。衰减器的作用是使过大的输入信号电压变小以适应放大器的要求，否则放大器不能正常工作，使输入信号发生畸变，甚至使仪器受损。对一般示波器来说，X 轴和 Y 轴都设置有衰减器，以满足各种测量的需要。3扫描系统扫描系统也称时基电路，用来产生一个随时间作线性变化的扫描电压，这种扫描电压随时间变化的关系如同锯齿，故称锯齿波电压，这个电压经 X 轴放大器放大后加到示波管的水平偏转板上，使电子束产生水平扫描。这样，屏上的水平坐标变成时间坐标，Y 轴输入的被测信号波形就可以在时间轴上展开。扫描系统是示波器显示被测电压波形必需的重要组成
17、部分二、示波器显示波形的原理如果只在竖直偏转板上加一交变的正弦电压，则电子束的亮点将随电压的变化在竖直方向来回运动，如果电压频率较高，则看到的是一条竖直亮线，如图 2 所示。要能显示波形，必须同时在水平偏转板上加一扫描电压，使电子束的亮点沿水平方向拉开。这种扫描电压的特点是电压随时间成线性关系增加到最大值，最后突然回到最小，此后再重复地变化。这种扫描电压即前面所说的“锯齿波电压”，如图 3 所示。当只有锯齿波电压加在水平偏转板上时，如果频率足够高，则荧光屏上只显示一条水平亮线。如果在竖直偏转板上（简称 Y 轴）加正弦电压，同时在水平偏转板上（简称图X 轴）加锯齿波电压，电子受竖直、水平两个方向
18、的力的作用，电子的运动就是两相互垂直的运动的合成。当锯齿波电压比正弦电压变化周期稍大时，在荧光屏上将能显示出完整周期的所加正弦电压的波形图。如图 4 所示。三、同步的概念如果正弦波和锯齿波电压的周期稍微不同，屏上出现的是一移动着的不稳定图形。这种情形可用图 5 说明。设锯齿波电压的周期 Tx 比正弦波电压周期 Ty 稍小，比方说Tx/Ty=7/8。在第一扫描周期内，屏上显示正弦信号 04 点之间的曲线段；在第二周期内，显示 48 点之间的曲线段，起点在 4 处；第三周期内，显示 811 点之间的曲线段，起点在 8 处。这样，屏上显示的波形每次都不重叠，好象波形在向右移动。同理，如果 Tx比 T
19、y稍大，则好象在向左移动。以上描述的情况在示波器使用过程中经常会出现。其原因是扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不成整数倍，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。为了使屏上的图形稳定，必须使 Tx/Ty=n（ n1，2，3，）， n是屏上显示完整波形的个数。为了获得一定数量的波形，示波器上设有“扫描时间”（或“扫描范围”）、“扫描微调”旋钮，用来调节锯齿波电压的周期 Tx（或频率 fx），使之与被测信号的周期 Ty（或频率 fy）成合适的关系，从而在示波器屏上得到所需数目的完整的被测波形。输入 Y 轴的被测信号与示波器内部的锯齿波电压是互相独立的。由于环境或其它因素的影响，它
20、们的周期（或频率）可能发生微小的改变。这时，虽然可通过调节扫描旋钮将周期调到整数倍的关系，但过一会儿又变了，波形又移动起来。在观察高频信号时这种问题尤为突出。为此示波器内装有扫描同步装置，让锯齿波电压的扫描起点自动跟着被测信号改变，这就称为整步（或同步）。有的示波器中，需要让扫描电压与外部某一信号同步，因此设有“触发选择”键，可选择外触发工作状态，相应设有“外触发”信号输入端。（4）实验操作步骤1观察信号发生器波形（1）将两探头上的衰减系数调为 10X 档，使探勾连接到示波器右下角的接头上，探头上的夹子接地，调节探头上的十字接口分别对 CH1 和 CH2 进行补偿，直到波形为补偿正确图示。（2
21、）拔出探头，将信号发生器的输出端 CH1 或 CH2 接到示波器对应的 CH1 和 CH2 通道输入端上，开启信号发生器，按下发生器的 Output 按钮，启动 AuTo 键。调节示波器（注意信号发生器频率与扫描频率） ，观察波形，并使其稳定。2测量周期、频率、电压在示波器上调节出大小适中、稳定的波形，选择按下正弦波、方波、锯齿波、脉冲波、噪声波、任意波中其中一个，按下 Measure 键打开全部测量，从表中读出周期 Prd、频率Freq、电压值 Upp，正弦波电压峰峰值=U pp（探头衰减率）理论上波形发生器的幅值=正弦波电压峰峰值也可以选择 Cursor 光标键进行手动或追踪测量。注意：每
22、换一种波形，示波器屏幕上的波形如不自动转换，可按 RUN/STOP 键转换对应选择的波形。3李萨如图形合成如果，示波器的 X、Y 偏转板都加上随时间变化的正弦信号，电子束在荧光屏上形成的轨迹是两个互相垂直的振动的合成。当两个正弦信号或一个正弦信号与一个锯齿波信号合成，二者频率简单整数比利时，亮点轨迹为一稳定的闭合曲线李萨如图形。（1）接上示波器 CH1、CH2 通道探头。并按下 CH1 和 CH2 将衰减系数设定为10X（与补偿值一致）（2）打开两台函数信号发生器，保持两台信号发生器的频率基本相同。（3）将 CH1、CH2 通道探头各自与信号发生器相连。并按下 CH1 和 CH2 的 Outp
23、ut键。（4）若通道未被显示，则按下 CH1 和 CH2 菜单按钮。（5）按下 AUTO（自动设置）按钮。如图形不稳定按下触发设置 TRIGGER 中的MENU 键中选择触发方式自动选为单次。（6）调整垂直 SCALE 旋钮使两路信号显示的幅值大约相等。（7）按下水平控制区域 HORIZONTAL 的 MENU 菜单按钮以调出水平控制菜单。（8）按下水平控制区域的 MENU 按钮选择时基中的 X-Y 模式。（9）调整垂直 SCALE、垂直 POSITION和水平 SCALE 旋钮使波形达到最佳效果。（10）用发生器中的旋钮改变 CH1 或 CH2的频率，会得到一系列的李萨如图形，CH1 和CH
24、2 通道输入成倍数关系的频率信号，测试如下倍数的李萨如图形（CH1：CH2）：1：1、1：2、1：3、2：3。令 fx、fy 分别代表Y 轴和 X 轴电压的频率，nx 代表 X 方向的切切线和图形相切的切点数，ny 代表 Y 方向的切线和图形相切的切点数。当 CH1：CH2=1：2时（fy/fx=nx/ny=2/1） ，李萨如图形形成原理如右图 6a： 21)(nxxyyfyx轴 的 切 点 数图 形 与 轴 的 切 点 数图 形 与其中 fy/fx=1/1,2/1,3/1,3/2 李萨如图大致形状如图 6b：图 6图 6a图 6b图 6实验记录1.观察与测量示波器电压及波形电压峰-峰值 周期
25、波形V/div div Up-p/V ms/div div Ty/ms频率fy/kHz正弦波方波锯齿波脉冲波任意波2电压测量I 1 2 3 4 5示波器测量波形幅值 U(V)信号发生器显示幅值 U(V)百分差（ %）3李萨如图形观察参数选择fx ：f y 1：1 1：2 1：3 2：3 3：2 3:4 2:1李萨如图形NxNyfy(Hz)fy (Hz)如果已知 fy，则由李萨如图形可求出通过李萨如图形求出未知信号的频率 fy。思考题1. 示波器为什么能显示被测信号的波形？电子束在被测电压与同步扫描电压的共同作用下，亮点在荧光屏上所描绘的图形反映了被测信号随时间的变化过程，当多次重复就构成稳定的
26、图像。2. 荧光屏上无光点出现，有几种可能的原因？怎样调节才能使光点出现？（1）检查探头是否正常接在信号连接线上。 （2）检查信号连接线是否正常接在 BNC（即通道连接器）上。 （3）检查探头是否与待测物正常连接。 （4）检查待测物是否有讯号产生（可将探头补偿输出信号连接到有问题的通道确定是通道还是待测物的问题） 。 （5）在重新采集信号一次。重按一次 AUTO 键或 RUN/STOP 键（6）屏幕辉度是否调的太低了。3. 荧光屏上波形移动，可能是什么原因引起的？(1)检查触发面板的信源选择项是否与实际的信号通道相符。(2) 检查触发类型：一般的信号应使用边沿触发方式，视频信号应使用视频触发方式。只有应用适合的触发方式，波形才能稳定显示。(3)尝试改变耦合为高频抑制和低频抑制显示，以滤除干扰触发的高频或低频噪声。(4)改变触发灵敏度和触发释抑设置。(5)改变触发方式为单次。
