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高中物理示波器到底咋学? - 知乎
高中物理示波器到底咋学? - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册示波器高中物理测量仪器高中物理示波器到底咋学?关注者2被浏览4,729关注问题写回答邀请回答好问题添加评论分享1 个回答默认排序卧龙05学长国涛法定代表人 关注示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像,便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束,打在涂有荧光物质的屏面上,就可产生细小的光点(这是传统的模拟示波器的工作原理)。在被测信号的作用下,电子束就好像一支笔的笔尖,可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种不同的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。内容简介示波器是一种用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器,由电子管放大器、扫描振荡器、阴极射线管等组成。除观测电流的波形外,还可以测定频率、电压强度等。凡可以变为电效应的周期性物理过程都可以用示波器进行观测。分类介绍按照信号的不同分类模拟示波器采用的是模拟电路(示波管,其基础是电子枪)电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。数字示波器则是数据采集,A/D转换,软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器的工作方式是通过模拟转换器(ADC)把被测电压转换为数字信息。数字示波器捕获的是波形的一系列样值,并对样值进行存储,存储限度是判断累计的样值是否能描绘出波形为止,随后,数字示波器重构波形。数字示波器可以分为数字存储示波器(DSO),数字荧光示波器(DPO)和采样示波器。模拟示波器要提高带宽,需要示波管、垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的A/D转换器的性能,对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用记忆、存储和处理,以及多种触发和超前触发能力。廿世纪八十年代数字示波器异军突起,成果累累,大有全面取代模拟示波器之势,模拟示波器的确从前台退到后台。按照结构和性能不同分类①普通示波器。电路结构简单,频带较窄,扫描线性差,仅用于观察波形。②多用示波器。频带较宽,扫描线性好,能对直流、低频、高频、超高频信号和脉冲信号进行定量测试。借助幅度校准器和时间校准器,测量的准确度可达±5%。③多线示波器。采用多束示波管,能在荧光屏上同时显示两个以上同频信号的波形,没有时差,时序关系准确。④多踪示波器。具有电子开关和门控电路的结构,可在单束示波管的荧光屏上同时显示两个以上同频信号的波形。但存在时差,时序关系不准确。⑤取样示波器。采用取样技术将高频信号转换成模拟低频信号进行显示,有效频带可达GHz级。⑥记忆示波器。采用存储示波管或数字存储技术,将单次电信号瞬变过程、非周期现象和超低频信号长时间保留在示波管的荧光屏上或存储在电路中,以供重复测试。⑦数字示波器。内部带有微处理器,外部装有数字显示器,有的产品在示波管荧光屏上既可显示波形,又可显示字符。被测信号经模一数变换器(A/D变换器)送入数据存储器,通过键盘操作,可对捕获的波形参数的数据,进行加、减、乘、除、求平均值、求平方根值、求均方根值等的运算,并显示出答案数字。仪器分类示波器可以分为模拟示波器和数字示波器,对于大多数的电子应用,无论模拟示波器和数字示波器都是可以胜任的,只是对于一些特定的应用,由于模拟示波器和数字示波器所具备的不同特性,才会出现适合和不适合的地方。模拟示波器的工作方式是直接测量信号电压,并且通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压。基本构成显示电路显示电路包括示波管及其控制电路两个部分。示波管是一种特殊的电子管,是示波器一个重要组成部分。示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏3个部分组成。(1)电子枪电子枪用于产生并形成高速、聚束的电子流,去轰击荧光屏使之发光。它主要由灯丝F、阴极K、控制极G、第一阳极A1、第二阳极A2组成。除灯丝外,其余电极的结构都为金属圆筒,且它们的轴心都保持在同一轴线上。阴极被加热后,可沿轴向发射电子;控制极相对阴极来说是负电位,改变电位可以改变通过控制极小孔的电子数目,也就是控制荧光屏上光点的亮度。为了提高屏上光点亮度,又不降低对电子束偏转的灵敏度,现代示波管中,在偏转系统和荧光屏之间还加上一个后加速电极A3。第一阳极对阴极而言加有约几百伏的正电压。在第二阳极上加有一个比第一阳极更高的正电压。穿过控制极小孔的电子束,在第一阳极和第二阳极高电位的作用下,得到加速,向荧光屏方向作高速运动。由于电荷的同性相斥,电子束会逐渐散开。通过第一阳极、第二阳极之间电场的聚焦作用,使电子重新聚集起来并交汇于一点。适当控制第一阳极和第二阳极之间电位差的大小,便能使焦点刚好落在荧光屏上,显现一个光亮细小的圆点。改变第一阳极和第二阳极之间的电位差,可起调节光点聚焦的作用,这就是示波器的“聚焦”和“辅助聚焦”调节的原理。第三阳极是示波管锥体内部涂上一层石墨形成的,通常加有很高的电压,它有三个作用:①使穿过偏转系统以后的电子进一步加速,使电子有足够的能量去轰击荧光屏,以获得足够的亮度;②石墨层涂在整个锥体上,能起到屏蔽作用;③电子束轰击荧光屏会产生二次电子,处于高电位的A3可吸收这些电子。(2)偏转系统示波管的偏转系统大都是静电偏转式,它由两对相互垂直的平行金属板组成,分别称为水平偏转板和垂直偏转板。分别控制电子束在水平方向和垂直方向的运动。当电子在偏转板之间运动时,如果偏转板上没有加电压,偏转板之间无电场,离开第二阳极后进入偏转系统的电子将沿轴向运动,射向屏幕的中心。如果偏转板上有电压,偏转板之间则有电场,进入偏转系统的电子会在偏转电场的作用下射向荧光屏的指定位置。如果两块偏转板互相平行,并且它们的电位差等于零,那么通过偏转板空间的,具有速度υ的电子束就会沿着原方向(设为轴线方向)运动,并打在荧光屏的坐标原点上。如果两块偏转板之间存在着恒定的电位差,则偏转板间就形成一个电场,这个电场与电子的运动方向相垂直,于是电子就朝着电位比较高的偏转板偏转。这样,在两偏转板之间的空间,电子就沿着抛物线在这一点上做切线运动。最后,电子降落在荧光屏上的A点,这个A点距离荧光屏原点(0)有一段距离,这段距离称为偏转量,用y表示。偏转量y与偏转板上所加的电压Vy成正比。同理,在水平偏转板上加有直流电压时,也发生类似情况,只是光点在水平方向上偏转。(3)荧光屏荧光屏位于示波管的终端,它的作用是将偏转后的电子束显示出来,以便观察。在示波器的荧光屏内壁涂有一层发光物质,因而,荧光屏上受到高速电子冲击的地点就显现出荧光。此时光点的亮度决定于电子束的数目、密度及其速度。改变控制极的电压时,电子束中电子的数目将随之改变,光点亮度也就改变。在使用示波器时,不宜让很亮的光点固定出现在示波管荧光屏一个位置上,否则该点荧光物质将因长期受电子冲击而烧坏,从而失去发光能力。涂有不同荧光物质的荧光屏,在受电子冲击时将显示出不同的颜色和不同的余辉时间,通常供观察一般信号波形用的是发绿光的,属中余辉示波管,供观察非周期性及低频信号用的是发橙黄色光的,属长余辉示波管;供照相用的示波器中,一般都采用发蓝色的短余辉示波管。Y轴放大电路由于示波管的偏转灵敏度甚低,例如常用的示波管13SJ38J型,其垂直偏转灵敏度为0.86mm/V(约12V电压产生1cm的偏转量),所以一般的被测信号电压都要先经过垂直放大电路的放大,再加到示波管的垂直偏转板上,以得到垂直方向的适当大小的图形。X轴放大电路由于示波管水平方向的偏转灵敏度也很低,所以接入示波管水平偏转板的电压(锯齿波电压或其它电压)也要先经过水平放大电路的放大以后,再加到示波管的水平偏转板上,以得到水平方向适当大小的图形。扫描同步电路扫描电路产生一个锯齿波电压。该锯齿波电压的频率能在一定的范围内连续可调。锯齿波电压的作用是使示波管阴极发出的电子束在荧光屏上形成周期性的、与时间成正比的水平位移,即形成时间基线。这样,才能把加在垂直方向的被测信号按时间的变化波形展现在荧光屏上。电源供给电路电源供给电路:供给垂直与水平放大电路、扫描与同步电路以及示波管与控制电路所需的负高压、灯丝电压等。由示波器的原理功能可见,被测信号电压加到示波器的Y轴输入端,经垂直放大电路加于示波管的垂直偏转板。示波管的水平偏转电压,虽然多数情况都采用锯齿电压(用于观察波形时),但有时也采用其它的外加电压(用于测量频率、相位差等时),因此在水平放大电路输入端有一个水平信号选择开关,以便按照需要选用示波器内部的锯齿波电压,或选用外加在X轴输入端上的其它电压来作为水平偏转电压。此外,为了使荧光屏上显示的图形保持稳定,要求锯齿波电压信号的频率和被测信号的频率保持同步。这样,不仅要求锯齿波电压的频率能连续调节,而且在产生锯齿波的电路上还要输入一个同步信号。这样,对于只能产生连续扫描(即产生周而复始、连续不断的锯齿波)一种状态的简易示波器(如国产SB10型等示波器)而言,需要在其扫描电路上输入一个与被观察信号频率相关的同步信号,以牵制锯齿波的振荡频率。对于具有等待扫描功能(即平时不产生锯齿波,当被测信号来到时才产生一个锯齿波,进行一次扫描)的示波器(如国产ST-16型示波器、SR-8型双踪示波器等)为了适应各种需要,同步(或触发)信号可通过同步或触发信号选择开关来选择,通常来源有3个:①从垂直放大电路引来被测信号作为同步(或触发)信号,此信号称为“内同步”(或“内触发”)信号;②引入某种相关的外加信号为同步(或触发)信号,此信号称为“外同步”(或“外触发”)信号,该信号加在外同步(或外触发)输入端;③有些示波器的同步信号选择开关还有一档“电源同步”,是由220V,50Hz电源电压,通过变压器次级降压后作为同步信号。基本原理波形显示由示波管的原理可知,一个直流电压加到一对偏转板上时,将使光点在荧光屏上产生一个固定位移,该位移的大小与所加直流电压成正比。如果分别将两个直流电压同时加到垂直和水平两对偏转板上,则荧光屏上的光点位置就由两个方向的位移所共同决定。如果将一个正弦交流电压加到一对偏转板上时,光点在荧光屏上将随电压的变化而移动。当垂直偏转板上加一个正弦交流电压时,在时间t=0的瞬间,电压为Vo(零值),荧光屏上的光点位置在坐标原点0上,在时间t=1的瞬间,电压为V1(正值),荧光屏上光点在坐标原点0点上方的1上,位移的大小正比于电压V1;在时间t=2的瞬间,电压为V2(最大正值),荧光屏上的光点在坐标原点0点上方的2点上,位移的距离正比于电压V2;以此类推,在时间t=3,t=4,…,t=8的各个瞬间,荧光屏上光点位置分别为3、4、…、8点。在交流电压的第二个周期、第三个周期……都将重复第一个周期的情况。如果此时加在垂直偏转板上的正弦交流电压之频率很低,仅为lHz~2Hz,那么,在荧光屏上便会看见一个上下移动着的光点。这光点距离坐标原点的瞬时偏转值将与加在垂直偏转板上的电压瞬时值成正比。如果加在垂直偏转板上的交流电压频率在10Hz~20Hz以上,则由于荧光屏的余辉现象和人眼的视觉暂留现象,在荧光屏上看到的就不是一个上下移动的点,而是一根垂直的亮线了。该亮线的长短在示波器的垂直放大增益一定的情况下决定于正弦交流电压峰一峰值的大小。如果在水平偏转板上加一个正弦交流电压,则会产生相类似的情况,只是光点在水平轴上移动罢了。如果将一随时间线性变化的电压(如锯齿波电压)加到一对偏转板上,则光点在荧光屏上又会怎样移动呢?当水平偏转板上有锯齿波电压时,在时间t=0瞬间,电压为Vo(最大负值),荧光屏上光点在坐标原点左侧的起始位置(零点上),位移的距离正比于电压Vo;在时间t=1的瞬间,电压为V1(负值),荧光屏上光点在坐标原点左方的1点上,位移的距离正比于电压V1;以此类推,在时间t=2,t=3,...,t=8的各个瞬间,荧光屏上光点的对应位置是2、3、…、8各点。在t=8这个瞬间,锯齿波电压由最大正值V8跃变到最大负值Vo,则荧光屏上光点从8点极其迅速地向左移到起始位置零点。如果锯齿波电压是周期性的,则在锯齿波电压的第二个周期、第三个周期、……都将重复第一个周期的情形。如果此时加在水平偏转板上的锯齿波电压频率很低,仅为1Hz ~2Hz,在荧光屏上便会看见光点自左边起始位置零点向右边8点处匀速地移动,随后光点又从右边8点处极其迅速地移动到左边起始位置零点。上述这个过程称为扫描。在水平轴加有周期性锯齿波电压时,扫描将周而复始地进行下去。光点距离起始位置零点的瞬时值,将与加在偏转板上的电压瞬时值成正比。如果加在偏转板上的锯齿波电压频率在10Hz~20Hz以上,则由于荧光屏的余辉现象和人眼的视觉暂留现象,就看到一根水平亮线,该水平亮线的长度,在示波器水平放大增益一定的情况下决定于锯齿波电压值,锯齿波电压值是与时间变化成正比的,而荧光屏上光点的位移又是与电压值成正比的,因此荧光屏上的水平亮线可以代表时间轴。在此亮线上的任何相等的线段都代表相等的一段时间。如果将被测信号电压加到垂直偏转板上,锯齿波扫描电压加到水平偏转板上,而且被测信号电压的频率等于锯齿波扫描电压的频率,则荧光屏上将显示出一个周期的被测信号电压随时间变化的波形曲线。在被测周期信号的第二个周期、第三个周期……都重复第一个周期的情形,光点在荧光屏上描出的轨迹也都重叠在第一次描出的轨迹上。所以,荧光屏上显示出来的被测信号电压是随时间变化的稳定波形曲线。为使荧光屏上的图形稳定,被测信号电压的频率应与锯齿波电压的频率保持整数比的关系,即同步关系。为了实现这一点,就要求锯齿波电压的频率连续可调,以便适应观察各种不同频率的周期信号。其次,由于被测信号频率和锯齿波振荡信号频率的相对不稳定性,即使把锯齿波电压的频率临时调到与被测信号频率成整倍数关系,也不能使图形一直保持稳定。因此,示波器中都设有同步装置。也就是在锯齿波电路的某部分加上一个同步信号来促使扫描的同步,对于只能产生连续扫描(即产生周而复始连续不断的锯齿波)一种状态的简易示波器(如国产SB-10型示波器等)而言,需要在其扫描电路上输入一个与被观察信号频率相关的同步信号,当所加同步信号的频率接近锯齿波频率的自主振荡频率(或接近其整数倍)时,就可以把锯齿波频率“拖入同步”或“锁住”。对于具有等待扫描(即平时不产生锯齿波,当被测信号来到时才产生一个锯齿波进行一次扫描)功能的示波器(如国产ST-16型示波器、SBT-5型同步示波器、SR-8型双踪示波器等等)而言,需要在其扫描电路上输入一个与被测信号相关的触发信号,使扫描过程与被测信号密切配合。这样,只要按照需要来选择适当的同步信号或触发信号,便可使任何欲研究的过程与锯齿波扫描频率保持同步。双线示波在电子实践技术过程中,常常需要同时观察两种(或两种以上)信号随时间变化的过程。并对这些不同信号进行电量的测试和比较。为了达到这个目的,人们在应用普通示波器原理的基础上,采用了以下两种同时显示多个波形的方法:一种是双线(或多线)示波法;另一种是双踪(或多踪)示波法。应用这两种方法制造出来的示波器分别称为双线(或多线)示波器和双踪(或多踪)示波器。双线(或多线)示波器是采用双枪(或多枪)示波管来实现的。下面以双枪示波管为例加以简单说明。双枪示波管有两个互相独立的电子枪产生两束电子。另有两组互相独立的偏转系统,它们各自控制一束电子作上下、左右的运动。荧光屏是共用的,因而屏上可以同时显示出两种不同的电信号波形,双线示波也可以采用单枪双线示波管来实现。这种示波管只有一个电子枪,在工作时是依靠特殊的电极把电子分成两束。然后,由管内的两组互相独立的偏转系统,分别控制两束电子上下、左右运动。荧光屏是共用的,能同时显示出两种不同的电信号波形。由于双线示波管的制造工艺要求高,成本也高,所以应用并不十分普遍。双踪示波双踪(或多踪)示波是在单线示波器的基础上,增设一个专用电子开关,用它来实现两种(或多种)波形的分别显示。由于实现双踪(或多踪)示波比实现双线(或多线)示波来得简单,不需要使用结构复杂、价格昂贵的“双腔”或“多腔”示波管,所以双踪(或多踪)示波获得了普遍的应用。为了保持荧光屏显示出来的两种信号波形稳定,则要求被测信号频率、扫描信号频率与电子开关的转换频率三者之间必须满足一定的关系。首先,两个被测信号频率与扫描信号频率之间应该是成整数比的关系,也就是要求“同步”。这一点与单线示波器的原理是相同的,区别在于被测信号是两个,而扫描电压是一个。在实际应用中,需要观察和比较的两个信号常常是互相有内在联系的,所以上述的同步要求一般是容易满足的。为了使荧光屏上显示的两个被测信号波形都稳定,除满足上述要求外,还必须合理地选择电子开关的转换频率,使得在示波器上所显示的波形个数合适,以便于观察。下面谈谈电子开关的工作方式问题,这个问题与电子开关的转换频率有关。电子开关的工作方式有“交替”转换和“断续”转换两种。采用交替转换工作方式的显示的波形与双线示波法所显示的波形非常相似,它们都没有间断点。但由于被测信号UA、UB的波形是依次交替地出现在荧光屏上的,所以,如果交替的间隙时间超过了人眼的视觉暂留时间和荧光屏的余辉时间,则人们所看到的荧光屏上的波形就会有闪烁现象。为了避免这种情况的出现,就要求电子开关有足够高的转换频率。这就是说当被测信号的频率较低时,不宜采用交替转换工作方式,而应采用断续转换工作方式。当电子开关用断续转换工作方式时,在X轴扫描的每一个过程中,电子开关都以足够高的转换频率,分别对所显示的每个被测信号进行多次取样。这样,即使被测信号频率较低,也可避免出现波形的闪烁现象。双踪示波器的主要是由两个通道的Y轴前置放大电路、门控电路、电子开关、混合电路、延迟电路、Y轴后置放大电路、触发电路、扫描电路、X轴放大电路、Z轴放大电路、校准信号电路、示波管和高低压电源供给电路等组成。当显示方式开关置于交替位置时,电子开关为一双稳态电路。它受由扫描电路来的闸门信号控制,使得Y轴两个前置通道随着扫描电路门信号的变化而交替地工作。每秒钟交替转换次数与由扫描电路产生的扫描信号的重复频率有关。交替工作状态适用于观察频率不太低的被测信号。为了观察被测信号随时间变化的波形,示波管的水平偏转板上必须加以线性扫描电压(锯齿波电压)。这个扫描电压是由扫描电路产生的。当触发信号加到触发电路时,触发了扫描电路,扫描电路就产生相应的扫描信号;当不加触发信号时,扫描电路就不产生扫描信号。触发有内触发、外触发两种,由触发选择开关来选择。当该开关置于内的位置时,触发信号来自经Y轴通道送入的被测信号。当该开关置于外的位置时,触发信号是由外部送入的。这个信号应与被测信号的频率成整数比的关系。示波器在使用中,多数采用内触发工作方式。高、低压电源供给电路中的低压是供给示波器各级所需的低压电源的,高压是供给示波管显示系统电源的。参数特征通道数分类通常无论是模拟示波器还是数字示波器,可以根据其通道数分为:单通道/单踪示波器;双通道/双踪示波器;2+1通道(1外部触发)/三踪示波器;四通道/四踪示波器。带宽分类带宽是根据示波器测试要求来定,5M/10M/20M/40M/60M/100M/1G......等分类选型。使用方法示波器虽然分成好几类,各类又有许多种型号,但是一般的示波器除频带宽度、输入灵敏度等不完全相同外,在使用方法的基本方面都是相同的。以SR-8型双踪示波器为例介绍。(一)模拟示波器面板装置SR-8型双踪示波器的面板图如上图所示。其面板装置按其位置和功能通常可划分为3大部分:显示、垂直(Y轴)、水平(X轴)。现分别介绍这3个部分控制装置的作用。1.显示部分主要控制件为:(1)电源开关。(2)电源指示灯。(3)辉度 调整光点亮度。(4)聚焦调整光点或波形清晰度。(5)辅助聚焦 配合“聚焦”旋钮调节清晰度。(6)标尺亮度调节坐标片上刻度线亮度。(7)寻迹 当按键向下按时,使偏离荧光屏的光点回到显示区域,而寻到光点位置。(8)标准信号输出1kHz、1V方波校准信号由此引出。加到Y轴输入端,用以校准Y轴输入灵敏度和X轴扫描速度。2.Y轴插件部分(1)显示方式选择开关用以转换两个Y轴前置放大器YA与YB 工作状态的控制件,具有五种不同作用的显示方式:“交替”:当显示方式开关置于“交替”时,电子开关受扫描信号控制转换,每次扫描都轮流接通YA或YB 信号。当被测信号的频率越高,扫描信号频率也越高。电子开关转换速率也越快,不会有闪烁现象。这种工作状态适用于观察两个工作频率较高的信号。“断续”:当显示方式开关置于“断续”时,电子开关不受扫描信号控制,产生频率固定为200kHz方波信号,使电子开关快速交替接通YA和YB。由于开关动作频率高于被测信号频率,因此屏幕上显示的两个通道信号波形是断续的。当被测信号频率较高时,断续现象十分明显,甚至无法观测;当被测信号频率较低时,断续现象被掩盖。因此,这种工作状态适合于观察两个工作频率较低的信号。“YA”、“YB ”:显示方式开关置于“YA ”或者“YB ”时,表示示波器处于单通道工作,此时示波器的工作方式相当于单踪示波器,即只能单独显示“YA”或“YB ”通道的信号波形。“YA + YB”:显示方式开关置于“YA + YB ”时,电子开关不工作,YA与YB 两路信号均通过放大器和门电路,示波器将显示出两路信号叠加的波形。(2)“DC-⊥-AC”Y轴输入选择开关,用以选择被测信号接至输入端的耦合方式。置于“DC”是直接耦合,能输入含有直流分量的交流信号;置于“AC”位置,实现交流耦合,只能输入交流分量;置于“⊥”位置时,Y轴输入端接地,这时显示的时基线一般用来作为测试直流电压零电平的参考基准线。(3)“微调V/div”灵敏度选择开关及微调装置。灵敏度选择开关系套轴结构,黑色旋钮是Y轴灵敏度粗调装置,自10mv/div~20v/div分11档。红色旋钮为细调装置,顺时针方向增加到满度时为校准位置,可按粗调旋钮所指示的数值,读取被测信号的幅度。当此旋钮反时针转到满度时,其变化范围应大于2.5倍,连续调节“微调”电位器,可实现各档级之间的灵敏度覆盖,在作定量测量时,此旋钮应置于顺时针满度的“校准”位置。(4)“平衡”当Y轴放大器输入电路出现不平衡时,显示的光点或波形就会随“V/div”开关的“微调”旋转而出现Y轴方向的位移,调节“平衡”电位器能将这种位移减至最小。(5)“↑↓” Y轴位移电位器,用以调节波形的垂直位置。(6)“极性、拉YA ”YA 通道的极性转换按拉式开关。拉出时YA 通道信号倒相显示,即显示方式(YA+ YB )时,显示图像为YB - YA 。(7)“内触发、拉YB ”触发源选择开关。在按的位置上(常态) 扫描触发信号分别取自YA 及YB 通道的输入信号,适应于单踪或双踪显示,但不能够对双踪波形作时间比较。当把开关拉出时,扫描的触发信号只取自于YB 通道的输入信号,因而它适合于双踪显示时对比两个波形的时间和相位差。(8)Y轴输入插座采用BNC型插座,被测信号由此直接或经探头输入。3.X轴插件部分(1)“t/div”扫描速度选择开关及微调旋钮。X轴的光点移动速度由其决定,从0.2μs~1s共分21档级。当该开关“微调”电位器顺时针方向旋转到底并接上开关后,即为“校准”位置,此时“t/div”的指示值,即为扫描速度的实际值。(2)“扩展、拉×10”扫描速度扩展装置。是按拉式开关,在按的状态作正常使用,拉的位置扫描速度增加10倍。“t/div”的指示值,也应相应计取。采用“扩展 拉×10”适于观察波形细节。(3)“→←” X轴位置调节旋钮。系X轴光迹的水平位置调节电位器,是套轴结构。外圈旋钮为粗调装置,顺时针方向旋转基线右移,反时针方向旋转则基线左移。置于套轴上的小旋钮为细调装置,适用于经扩展后信号的调节。(4)“外触发、X外接”插座采用BNC型插座。在使用外触发时,作为连接外触发信号的插座。也可以作为X轴放大器外接时信号输入插座。其输入阻抗约为1MΩ。外接使用时,输入信号的峰值应小于12V。(5)“触发电平”旋钮 触发电平调节电位器旋钮。用于选择输入信号波形的触发点。具体地说,就是调节开始扫描的时间,决定扫描在触发信号波形的哪一点上被触发。顺时针方向旋动时,触发点趋向信号波形的正向部分,逆时针方向旋动时,触发点趋向信号波形的负向部分。(6)“稳定性”触发稳定性微调旋钮。用以改变扫描电路的工作状态,一般应处于待触发状态。调整方法是将Y轴输入耦合方式选择(AC-地-DC)开关置于地档,将V/div开关置于最高灵敏度的档级,在电平旋钮调离自激状态的情况下,用小螺丝刀将稳定度电位器顺时针方向旋到底,则扫描电路产生自激扫描,此时屏幕上出现扫描线;然后逆时针方向慢慢旋动,使扫描线刚消失。此时扫描电路即处于待触发状态。在这种状态下,用示波器进行测量时,只要调节电平旋钮,即能在屏幕上获得稳定的波形,并能随意调节选择屏幕上波形的起始点位置。少数示波器,当稳定度电位器逆时针方向旋到底时,屏幕上出现扫描线;然后顺时针方向慢慢旋动,使屏幕上扫描线刚消失,此时扫描电路即处于待触发状态。(7)“内、外”触发源选择开关。置于“内”位置时,扫描触发信号取自Y轴通道的被测信号;置于“外”位置时,触发信号取自“外触发X 外接”输入端引入的外触发信号。(8)“AC”“AC(H)”“DC”触发耦合方式开关。 “DC”档,是直流藕合状态,适合于变化缓慢或频率甚低(如低于100Hz)的触发信号。“AC”档,是交流藕合状态,由于隔断了触发中的直流分量,因此触发性能不受直流分量影响。“AC(H)”档,是低频抑制的交流耦合状态,在观察包含低频分量的高频复合波时,触发信号通过高通滤波器进行耦合,抑制了低频噪声和低频触发信号(2MHz以下的低频分量),免除因误触发而造成的波形幌动。(9)“高频、常态、自动”触发方式开关。用以选择不同的触发方式,以适应不同的被测信号与测试目的。“高频”档,频率甚高时(如高于5MHz),且无足够的幅度使触发稳定时,选该档。此时扫描处于高频触发状态,由示波器自身产生的高频信号(200kHz信号),对被测信号进行同步。不必经常调整电平旋钮,屏幕上即能显示稳定的波形,操作方便,有利于观察高频信号波形。“常态”档,采用来自Y轴或外接触发源的输入信号进行触发扫描,是常用的触发扫描方式。“自动”挡,扫描处于自动状态(与高频触发方式相仿),但不必调整电平旋钮,也能观察到稳定的波形,操作方便,有利于观察较低频率的信号。(10)“+、-”触发极性开关。在“+”位置时选用触发信号的上升部分,在“-”位置时选用触发信号的下降部分对扫描电路进行触发。(二)使用前的检查示波器初次使用前或久藏复用时,有必要进行一次能否工作的简单检查和进行扫描电路稳定度、垂直放大电路直流平衡的调整。示波器在进行电压和时间的定量测试时,还必须进行垂直放大电路增益和水平扫描速度的校准。示波器能否正常工作的检查方法、垂直放大电路增益和水平扫描速度的校准方法,由于各种型号示波器的校准信号的幅度、频率等参数不一样,因而检查、校准方法略有差异。(三)使用步骤用示波器能观察各种不同电信号幅度随时间变化的波形曲线,在这个基础上示波器可以应用于测量电压、时间、频率、相位差和调幅度等电参数。下面介绍用示波器观察电信号波形的使用步骤。1.选择Y轴耦合方式根据被测信号频率的高低,将Y轴输入耦合方式选择“AC-地-DC”开关置于AC或DC。2.选择Y轴灵敏度根据被测信号的大约峰-峰值(如果采用衰减探头,应除以衰减倍数;在耦合方式取DC档时,还要考虑叠加的直流电压值),将Y轴灵敏度选择V/div开关(或Y轴衰减开关)置于适当档级。实际使用中如不需读测电压值,则可适当调节Y轴灵敏度微调(或Y轴增益)旋钮,使屏幕上显现所需要高度的波形。3.选择触发(或同步)信号来源与极性通常将触发(或同步)信号极性开关置于“+”或“-”档。4.选择扫描速度根据被测信号周期(或频率)的大约值,将X轴扫描速度t/div(或扫描范围)开关置于适当档级。实际使用中如不需读测时间值,则可适当调节扫速t/div微调(或扫描微调)旋钮,使屏幕上显示测试所需周期数的波形。如果需要观察的是信号的边沿部分,则扫速t/div开关应置于最快扫速档。5.输入被测信号被测信号由探头衰减后(或由同轴电缆不衰减直接输入,但此时的输入阻抗降低、输入电容增大),通过Y轴输入端输入示波器。故障及原因没有光点或波形电源未接通。辉度旋钮未调节好。X,Y轴移位旋钮位置调偏。Y轴平衡电位器调整不当,造成直流放大电路严重失衡。水平方向展不开触发源选择开关置于外档,且无外触发信号输入,则无锯齿波产生。电平旋钮调节不当。稳定度电位器没有调整在使扫描电路处于待触发的临界状态。X轴选择误置于X外接位置,且外接插座上又无信号输入。两踪示波器如果只使用A通道(B通道无输入信号),而内触发开关置于拉YB位置,则无锯齿波产生。垂直方向无展示输入耦合方式DC-接地-AC开关误置于接地位置。输入端的高、低电位端与被测电路的高、低电位端接反。输入信号较小,而V/div误置于低灵敏度档。波形不稳定稳定度电位器顺时针旋转过度,致使扫描电路处于自激扫描状态(未处于待触发的临界状态)。触发耦合方式AC、AC(H)、DC开关未能按照不同触发信号频率正确选择相应档级。选择高频触发状态时,触发源选择开关误置于外档(应置于内档。)部分示波器扫描处于自动档(连续扫描)时,波形不稳定。垂直线条密集或呈现一矩形t/div开关选择不当,致使f扫描< 高考物理示波器的构造及原理(共17张PPT) - 百度文库 首页 文档工具 更多 搜索文档 新客立减13元 客户端 看过 登录 高考物理示波器的构造及原理(详细分析“电压”共17张) - 百度文库 首页 文档工具 更多 搜索文档 新客立减13元 客户端 看过 登录 【橘老师实验室】示波管原理_哔哩哔哩_bilibili 首页番剧直播游戏中心会员购漫画赛事投稿【橘老师实验室】示波管原理 4028 7 2021-05-19 15:40:22 未经作者授权,禁止转载68156663有一种电子仪器叫示波器,可以用来观察电信号随时间变化的情况。示波器的核心部件是示波管。它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,管内抽成真空。电子枪的作用是产生高速飞行的一束电子。如果在偏转电极之间加上电压,则电子会在电场中受到静电力而发生偏转,电子最终打到荧光屏上显示出来。知识分享官知识科学科普物理实验科普高中物理物理示波管原理电子 橘老师实验室 发消息 VR/AR/MR+教育/教学应用 |XR智慧教学应用 「VR+」中学物化生/语文 /小学科学-新课堂 关注 1.5万 拒绝低效率学习,高效提高GPA! 高中物理 (52/82)自动连播9.6万播放简介 订阅合集 橘老师课堂第757期:【高中物理】光电效应 07:51 【橘老师实验室】用双缝干涉测量光的波长 06:48 【橘老师实验室】探秘“天宫课堂”毛细效应实验 04:03 【橘老师实验室】示波管的工作原理 04:13 【橘老师实验室】发电机工作原理(下) 06:15 【橘老师实验室】发电机的工作原理(上) 05:52 【橘老师实验室】导体框在磁场中自由下落 06:59 【橘老师实验室】导体棒在磁场中自由下落 05:04 【橘老师实验室】简单逻辑电路—与、或、非 03:28 【橘老师课堂】霍尔效应 04:29 橘老师课堂第678期:地震波——纵波和横波 04:27 【橘老师实验室】动量守恒、机械能守恒的应用 08:21 【橘老师实验室】超重和失重问题 06:28 【橘老师实验室】传送带问题 05:38 【橘老师实验室】牛顿运动定律的应用(二) 04:42 【橘老师实验室】牛顿运动定律的应用(一) 07:45 【橘老师实验室】牛顿第二定律 04:00 【橘老师实验室】牛顿第三定律 04:33 【橘老师实验室】练习使用多用电表 09:16 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17:49 10.伏安特性曲线 18:50 11.焦耳定律 14:37 12.【闭合电路】认识闭合电路 11:11 13.【闭合电路】程序法分析动态变化 12:41 14.【闭合电路】串反并同分析动态变化 14:06 15.【闭合电路】串反并同分析故障电路 08:22 16.【闭合电路】电源的三种功率及其效率 08:10 17.【闭合电路】闭合电路的计算 15:30 18.【闭合电路】△U比△I问题 13:42 19.【闭合电路】最值功率问题 14:02 20.【闭合电路】闭合电路图像问题 15:29 21.【闭合电路】闭合电路图像习题练习 14:32 22.【含容电路】含电容器简单计算 14:08 23.【含容电路】含电容器电量分配 17:47 24.【含容电路】含电容器选择题 05:45 25.【测电源】测电源电动势误差推导 19:31 26.【测电源】测电源电动势解题技巧 10:42 27.电表选取注意事项 12:10 磁场 1.【磁场】进入磁场前要了解的两个重要现象 11:28 2.【磁场】直导线右手螺旋定则 07:24 3.【磁场】环形电流右手螺旋定则 13:39 4.【磁场】左手定则 13:12 5.【磁场】左手右手重要总结 06:31 6.【磁场】小磁针旋转方向 10:48 7.【磁场】等效磁铁 08:18 8.【磁场】磁场叠加 08:54 9.【安培力】等效长度 21:44 10.【安培力】等效平面图 09:31 11.【安培力】电流间的相互作用 09:55 12.【安培力】正常流程分析运动 13:07 13.【安培力】电流方向判断安培力 10:35 14.【安培力】转换研究对象分析 07:15 15.【洛伦兹力】概念介绍方向判断 11:32 16.【洛伦兹力】基础牛二和能量的结合 16:00 17.【洛伦兹力】洛伦兹力做不做功 07:32 18.【洛伦兹力】运动多情况讨论 17:57 19.【洛伦兹力】复杂多情况例题 10:51 20.【磁场圆周】半径与周期公式的推导 14:51 21.【磁场圆周】三个必须要知道的几何关系 14:52 22.【磁场圆周】已知入射方向解题演示 15:46 23.【磁场圆周】圆形磁场--已知入射方向 07:22 24.【磁场圆周】放缩圆--概念介绍 15:36 25.【磁场圆周】放缩圆--例题演示 20:25 26.【磁场圆周】旋转圆--概念介绍 20:46 27.【磁场圆周】旋转圆--例题演示 29:00 28.【磁场圆周】最小磁场面积问题 07:52 29.【磁场圆周】地磁场类型题目 08:03 电磁感应 1.回顾磁通量 15:00 2.感应电流的产生条件 14:19 3.【楞次定律】感应电流的方向判断 16:57 4.【楞次定律】楞次定律的基础应用 07:21 5.【楞次定律】多段过程分析 06:54 6.【楞次定律】双圆环分析 13:15 7.【楞次定律】与牛二能量结合 10:01 8.【楞次定律】楞次定律总结 07:01 9.【电磁感应定律】介绍公式 19:00 10.【电磁感应定律】感生电动势 14:56 11.【电磁感应定律】感生本质 06:42 12.【电磁感应定律】动生本质 04:45 13.【电磁感应定律】动生电动势大小与右手定则 09:54 14.【电磁感应定律】切割和有效长度 13:51 15.【电磁感应定律】电压表有无示数 04:11 16.【电磁感应定律】动生切割-E和U的关系 09:26 17.【电磁感应定律】旋转切割 22:15 18.【电磁感应定律】旋转切割例题 11:36 19.【电磁感应定律】二次感应电流 20:10 20.【电磁感应定律】图像专题-原理 22:08 21.【电磁感应定律】图像专题-写题 23:50 22.【电磁感应定律】找电源/大题的几类基础问题 19:17 23.【力与运动】基础无电源 15:08 24.【力与运动】进阶无电源 11:42 25.【力与运动】电容器运动学解题模板 12:57 26.【力与运动】含电源力与运动 10:28 27.【动能定理】安培力功能关系 18:38 28.【动能定理】安培力做功基础例题讲解 18:35 29.【自感现象】自感解题介绍 17:37 30.【自感现象】自感练习讲解 13:07 187.【高中物理选修3-1】【电场】等效重力场HuangFuRen 91.6万 5744 【门捷列夫很忙】选修5-2:硅元素哔哩哔哩纪录片 83.5万 836 【纪录片】高考 01 毛坦厂的日与夜 上哔哩哔哩纪录片 851.3万 3.4万 高中物理动画第14章 电场(2)|24示波器原理一起来UP 3.5万 47 记住并远离这几本垃圾教辅,不然,你高考就完了。Heshawn高中数学何帅 170.1万 3345 教你上课犯困如何10秒快速清醒二二酸酸 277.6万 8582 182.【高中物理选修3-1】【电场】偏转电场注意事项HuangFuRen 86.4万 6032 学生用实验室的示波器看Bad apple,老师看到直接……召远号 32.2万 292 衡水中学的一分钟人民の教师 412.3万 2.2万 高中生,看完就有力气卷了树林同学- 528.7万 1.8万 177.【高中物理选修3-1】【电场】加速电场HuangFuRen 183.4万 1.1万 乐乐课堂:高中物理选修3-1 电荷及其守恒定律、库仑定律、电场强度乐乐课堂 165.7万 1.2万 带你探究示波器原理悟物学理 2029 2 看完这个视频你会爱上数学的!!!诺诺雾 1545.1万 5.6万 进来,跟你算笔高三的时间账树林同学- 220.7万 9157 电容器的原理夏沫メ浅雨 11.5万 321 示波管原理演示视频尤里卡学院 2.3万 36 示波器实验(物理老师制作,示波器原理讲解非常详细,非常适合初学者理解示波器原理与操作时使用)物理老师李传国 55.9万 1091 【选修3-2电磁感应】【楞次定律4】6.双圆环分析HuangFuRen 113.1万 2.3万 高中物理6本书难度排行物理侯老师 40.9万 214 展开 小窗 客服 顶部 赛事库 课堂 2021 高中物理教案|借助虚拟现实技术直观讲解《示波管的原理》 - 知乎首发于【教学设计】专栏切换模式写文章登录/注册高中物理教案|借助虚拟现实技术直观讲解《示波管的原理》矩道科技已认证账号《示波管的原理》,节选自高中必修三《带电粒子在电场中的运动》的第二课时。本课借助虚拟现实技术,将示波管内部的原理构造转换成可交互的3D模型,直观动态的呈现深奥、抽象的物理原理,让大家在自主探究中完成知识的探索。一、教学目标1. 认识示波管的结构,知道示波管的基本原理。2. 理解带电粒子在匀强电场中的运动规律,分析解决加速偏转方面的问题。3. 分析示波管得到正弦图像的条件。二、重难点1.教学重点:带电粒子在电场中的偏转规律。2.教学难点:综合运用电学和力学知识处理偏转问题。三、教学过程1、新课导入上一节我们已经讲过了电场对带电粒子的加速和偏转的作用。它的一个实际应用就是示波器,示波器的核心部件叫示波管,能够用来观察电信号随时间的波形,这种波形是如何产生的呢?今天的这节课我们就一起来探究示波管的工作原理。2、示波管的结构介绍示波器的组成,重点介绍核心部件——示波管。通过介绍电子枪、加速电极、相互垂直的偏转电极和荧光屏,让学生初步形成对示波管结构的认识。【VR观察环节】教师借助播控系统统一下发课件,让学生戴上VR设备进行沉浸式观察示波管的结构。3、示波管的工作原理【VR探究环节】让学生在VR下操作体验带电粒子在加速电压及偏转电压下的加速和偏转过程,并探究以下问题:(1)闭合电源开关,只调节加速电压大小,你观察到什么?为什么?(2)两偏转电极均不施加电压,电子打在何处?(3)在YY’电极上施加电压,电子打在何处?分析电子的受力,电子在电场中作何种运动?增大电压后电子打在何处?(4)同时在两偏转电极上施加电压,电子打在何处?【过程分析】电子在示波管中的三段运动示意图:加速电场:电子在加速电场中做匀加速直线运动。偏转电场:电子在偏转电场中做类平抛运动。电子在平行于电场方向的偏转距离y:电子射出偏转电场时速度与水平方向的夹角φ:荧光屏:电子射出偏转电场后做匀速直线运动。电子打在荧光屏上的位置距中心点的距离y’:4、各种图像的形成01.分析电子随电压变化时的位置变化在学生了解了示波管的基本工作原理后,向学生提问:(1)如果在YY’或XX’偏转电极上施加正弦交变电压,能在荧光屏上能看到什么?(2)如果一组偏转电极上施加正弦交变电压,另一组将电压调至某一定值,荧光屏上的图像如何变化?学生先自己猜想,然后在VR下操作验证是否正确,最后分析原因。【VR探究环节】在YY’偏转电极上施加正弦交变电压:在XX’偏转电极上施加一定的电压值:【分析】荧光屏上的亮斑会随着电子的移动在竖直方向或水平方向做简谐运动。由于电压变化快,亮斑移动速度快,加上人眼视觉暂留的影响,看起来就形成了一条竖直亮线或水平亮线。02.正弦图像的形成教师:如果在YY’偏转电极上施加正弦电压,在XX’偏转电极上施加同周期的扫描电压,能在荧光屏上得到什么图像?如果改变正弦电压初始相位(正弦电压的初始值),图像发生什么变化?为什么?【VR探究环节】在YY’偏转电极上施加正弦电压,在XX’偏转电极上施加同周期的扫描电压,能在荧光屏上得到在一个周期内随时间变化的稳定图像:改变正弦电压初始相位后得到的波形:【分析】在一个周期内,Ux∝t,说明电子在水平方向做匀速运动;而Uy是正弦变化,说明电子在竖直方向做简谐运动。水平方向和竖直方向的运动合成,形成如上图所示的正弦波。改变正弦电压的相位后,荧光屏上的图像也发生相应的变化。03.【拓展】圆或椭圆图像的形成教师:如果将XX’偏转电极上的扫描电压更改为正弦电压,能在荧光屏上得到什么图像?如果改变正弦电压的初始相位,图像会发生什么变化?为什么?【VR探究环节】将XX’偏转电极上的扫描电压更改为正弦电压后得到的图像:改变正弦电压的初始相位后得到的图像:【分析】从数学角度看,圆的方程为:可改写为:因此,如果在x方向输入正弦电压,y方向输入余弦电压,则电子在荧光屏上的轨迹是一个圆。如果改变电压的初始值,轨迹则为椭圆。04.【拓展】不同周期的电压教师:如果在两偏转电极上施加不同周期的电压,将会得到什么样的图像?这个问题留待课后供学生探讨。四、点评通过VR自主探究的教学方式,既降低了老师的讲解难度,又促进了学生的理解吸收;同时,突出了将学生作为主体、以学生为本的教育理念,符合新课标中“引导学生自主学习、积极参与、乐于探究、促进学生核心素养发展”的基本理念。发布于 2023-10-07 17:30・IP 属地上海虚拟现实(VR)VR虚拟课堂物理教案赞同1 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录【教学设计 高中物理第六节示波器的奥秘讲义 - 百度文库 首页 文档工具 更多 搜索文档 新客立减13元 客户端 看过 登录 15分钟轻松搞定示波管的原理_哔哩哔哩_bilibili 首页番剧直播游戏中心会员购漫画赛事投稿15分钟轻松搞定示波管的原理 9318 45 2022-04-28 15:26:59 未经作者授权,禁止转载302127181112-知识校园学习高中物理原理轻松打卡挑战示波管 悟理探花 发消息 关注 6775 拒绝留学低成绩,高GPA看这里! 高考必考知识点 (39/51)自动连播9.6万播放简介 订阅合集 本合集收集了高考必考知识点中较难理解或者容易出错的部分,希望能给考生一定的启示和帮助 丢掉容易算错的正交分解,理解平衡问题的本质—向量的加减法 10:37 3种方法巧妙理解系统电势能的意义 08:44 懂原理,不会分析?那是因为方法不对! 06:55 5分钟轻松理解电磁振荡 08:46 5分钟轻松搞定板块问题 09:45 解决运动问题的关键—v-t图像 08:48 10分钟图解比结合能 15:38 解决物理能量问题的一个法宝—能流图 02:36 10分钟轻松搞定速度的合成 15:06 10分钟搞定原子跃迁! 21:16 全网最简单的光电效应解析来了 27:45 运动的合成与分解的本质居然这么简单! 16:29 这种有效值的推导优秀的你一学就会! 09:22 等效思想帮你轻松搞定变压器难题 09:16 5分钟轻松搞定交流电原理 04:50 交变电场问题是这么解决的 00:16 电学实验小专题 20:03 交变电场专题精讲 35:50 5分钟搞懂薄膜干涉 16:20 干涉加强点怎么找? 05:16 折射定律的应用—视深公式 07:06 高中生能够看懂的光的折射推导过程 07:09 15分钟精通小球弹簧模型 19:20 15分钟精通弹性碰撞和非弹性碰撞! 15:17 15分钟轻松搞定动量定理 20:15 准确画出运动轨迹是解决运动学问题的关键 06:43 10分钟搞懂电源的效率功率问题 12:31 半偏法测电阻 14:38 伏安法测电源电动势和内阻的误差分析 27:15 20分钟搞懂欧姆表的原理 23:17 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