实验报告2 波形观察与电压测量

一、实验目的

1 了解示波器的结构和工作原理，掌握示波器的使用方法； 2 学会用示波器观察电信号的波形，并测量其电压大小； 3学会用示波器观察电路输出信号波形有无失真； 4 学会“逐点法”研究幅频特性。 二、实验内容

1波形观察——示波器面板各旋钮的使用操作； 2用示波器测量信号幅度； 3测量放大电路电压放大倍数； 4放大电路幅频特性研究。 三、实验仪器及器材

1 示波器 1台 2 信号发生器 1台 3 实验箱 1台 4功率放大电路实验板 1块 四、数字存储示波器简介（以TDS1002型为例） 1 概述

TDS1002数字存储示波器是小型、轻便式的二通道台式仪器，可以用地电压为参考进行测量，主要用来观察与测量电路中各种波形的一种电子仪器。观察电路能否正常工作，测量波形的有效值、平均值、峰—峰值、上升时间、下降时间、频率、周期、正频宽、负频宽等。因此，在生产、实验和科研工作中，有着广泛的使用。 2 面板结构

前面板结构如图2-1所示。按功能可分为显示区、垂直控制区、水平控制区、触发区、功能区五个部分。另有5个菜单按钮，3个输入连接端口。下面将分别介绍各部分的控制钮以及屏幕上显示的信息。

图2-1 数字存贮示波器面板结构图

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2.1 显示区

示波器的显示区除了显示波形外,还显示关于波形和示波器控制设置的详细信息。显示区如图2-2所示 1

显示图标表示采集方式

取样模式 峰值检测模式 均值模式

2 触发状态显示如下:

□ 已配备。示波器正在采集预触发数据。在此状态下忽略所有触发。

R 准备就绪。示波器已采集所有预触发数据并准备接受触发。

T 已触发。示波器己发现一个触发并正在采集触发后的数据。

● 停止。示波器已停止采集波形数据。

● 采集完成。示波器已完成一个 \"单次序列\"采集。 R 自动。示波器处于自动模式并在无触发状态下采集波形。 扫描。在扫描模式下示波器连续采集并显示波形。

3 使用标记显示水平触发位置。旋转 \"水平位置\"旋钮调整标记位置。 4 用读数显示中心刻度线的时间。触发时间为零。

5 使用标记显示 \"边沿\"脉冲宽度触发电平，或选定的视频线或场。 6 使用屏幕标记表明显示波形的接地参考点。如没有标记，不会显示通道。 7 箭头图标表示波形是反相的。 8 以读数显示通道的垂直刻度系数。 9 BW图标表示通道是带宽的。 10 以读数显示主时基设置。

11 如使用窗口时基，以读数显示窗口时基设置。 12 以读数显示触发使用的触发源。 13 显示区域中将暂时显示 帮助向导\"信息。 14 用读数表示 \"边沿\"脉冲宽度触发电平。 15 显示区显示有用信息 。 16 以读数显示触发频率。

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图2-2 示波器显示区

2.2 信息区域

示波器在显示屏的底部显示 \"信息区域\"，以提供以下类型的信息: (1)访问另一菜单的方法，例如按下\"触发菜单\"按钮时: 要使用 \"触发释抑\"，请进入 \"水平\"菜单

(2)建议可能要进行的下一步操作，例如按下 \"测量\"按钮时: 按下某个选项按钮以更改其测量

(3)有关示波器所执行操作的信息，例如按下 “默认设置”按钮时: 调用默认设置

(4)波形的有关信息，例如按下“自动设置”按钮时: 在通道1上检测到矩形波或脉冲波

2.3 使用菜单系统

TDS 1002示波器的用户界面设计用于通过菜单结构方便地访问特殊功能。

按下前面板按钮，示波器将在显示屏的右侧显示相应的菜单。该菜单显示直接按下显示屏右侧未标记的选项按钮时可用的选项。(在某些文档+，选项按钮可能也指显示屏按钮、侧菜单按钮、bezel钮或软键。) 示波器使用下列四种方法显示菜单选项：如图2-3所示

2.3.1 页(子菜单)选择:对于某些菜单，可使用顶端的选项

按钮来选择两或三个子菜单。每次按下顶端按钮时，选项都会随之改变。例如，按下\"保存/调出\"菜单内的顶端按钮，示波器将在 \"设置\"和 \"波形\"子菜单间进行切换。 2.3.2

循环列表:每次按下选项按钮时，示波器都会将参数设定为不同的值。例如，可按下\"CH1菜单\"按

图2-3四种方法显示菜单选项

钮，然后按下顶端的选项按钮在 \"垂直(通道)藕合\"各选项切换。 2.3.3

动作：示波器显示按下“动作选项”按钮时间即发生的动作类型。例如，按下“显示菜单”按钮，

然后按下“对比度增加”选项按钮时，示波器会立即改变对比度。 2.3.4

单选钮：示波器为每一选项使用不同的按钮。当前选择的选项被加亮显示。例如，当按下“采集

菜单”按钮时，示波器会显示不同的采集模式选项。要选择某个选项，可按下相应的按钮。 2.4 垂直控制

如图2-4所示。

CH1.CH2.光标1及光标2位置。可垂直定位波形。显示和使用光标时，LED变亮以指示移动光标时，按钮的可选功能。

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CH1.CH2.菜单。显示垂直菜单选择项并打开或 关闭对通道波形显示。

伏/格 (CH1,CH2)。选择标定的刻度系数。 数学计算菜单。显示波形的数算并可用于 打开和关闭数学波形。

2.5 水平控制

如图2-5所示。

位置。调整所有通道和数学波形的水平位置。这一控制的分辨率随时基设置的不同而改变。

注释:要对水平位置进行大幅调整，可将秒/格旋钮旋转到较大教值，更改水平位置，然后再将此旋钮转到原来的数值。

当直示帮助主题时，可使用此旋钮滚动选择链接或索引条目。

水平菜单。显示 \"水平菜单\"。

设置为零。将水平位置设置为零。秒/格。为主时基或窗口时基选择水平的时间/格(刻度系数)。如 \"窗口区\"被激活，通过更改窗口时基可以改变窗口宽度。 2.6 触发控制

如图2-6所示。

电平”和“用户选择”。使用 \"边沿\"触发时，\"电平\"旋钮的基本功能是设置电平幅度，信号必需高于它才能进行采集。还可使用此旋钮执行 “用户选择\"的其它功能。旋钮下的LED发亮以指示相应功能。

释抑：设置可以接受另一触发事件之前的时间量。

视频线数：当“触发类型”选项设

置为 “视频”，“同步”选项设置为 “线数”时，将示波器设置为某一指定线数。

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图2-4 垂直控制系统

图2-5 水平控制系统

图2-6 触发控制

脉冲宽度：当“触发类型”选项设置为 “脉冲”，并选择了“设置脉冲宽度”选项时，设置脉冲宽度。

触发菜单。显示 “触发菜单”。设置为50%触发电平设置为触发信号峰值的垂直中点。 强制触发 不管触发信号是否适当，都完成采集。如采集已停止，则该按钮不产生影响。

触发视图。当按下“触发视图”按钮时，显示触发波形而不显示通道波形。可用此按钮查看诸如触发藕合之类的触发设置对触发信号的影响。 2.7 菜单和控制按钮 如图2-7所示。

2.7.1 保存/调出（SAVE/RECALL）：显示设置和波形的“保存/调出菜单”。

测量(MESURE)：显示自动测量菜单。 2.7.2采集（ACQUIRE）：显示“采集菜单”。 2.7.3 显示(DISPLY)：显示“显示菜单”。 2.7.4 光标(CURSOR)：显示“光标菜单”。当显示“光标菜单”并且光标被激活时，“垂直位置”控制

方式可以调整光标的位置。离开“光标菜单”后，光标保持显示（除非“类型”选项置为“关闭”），但不可调整。

2.7.5 辅助功能（UTILITY）：显示“辅助功能菜单”。 2.7.6 帮助(HELP)：显示“帮助菜单”

2.7.7 默认设置(DEFAULT SETUP)：调出厂家设置。

2.7.8 自动设置（AUTO SET）：自动设置示波器控制状态，以产生适用于输出信号的显示图形。 2.7.9 单次序列(SINGLE SEQ)：采集单个波形，然后停止。 运行/停止(RUN/STOP)：连续采集波形或停止采集。 2.7.10 打印（PRINT）：打印操作。 3 应用示例

3.1 使用“自动设置”

需要查看电路中的某个信号，在不了解该信号的幅值或频率。希望快速显示该信号，并 测量其频率、周期、峰峰值。可以使用“自动设置”。

按下CH1菜单按钮，将探头选项衰减设置成与探头上的开关设定一致。例如，探头上的开关设定在“×10”位置，则探头选项衰减设置成10X（如果设置不一致，结果怎样？）。

通道1的探头与信号连接。

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图2-7 菜单和控制按钮

按下“自动设置”按钮。

示波器自动设置垂直、水平和触发控制。若需要优化波形，可手动调整。

3.2 自动测量：示波器自动测量大多数显示出来的信号。要测量信号的频率、周期、峰峰值、上升时间以及正频宽等，按如下步骤进行：

按下“测量”按钮，查看“测量”菜单。 按下顶部的选项按钮，显示“测量1” 菜单。

按下“类型”选项按钮，选择频率。其读数将显示测量结果及更新信息。 按下返回选项按钮。

按下顶部第二个选项按钮，显示“测量2” 菜单。

按下“类型”选项按钮，选择周期。其读数将显示测量结果及更新信息。 按下返回选项按钮。

按下顶部中间的选项按钮，显示“测量3” 菜单。

按下“类型”选项按钮，选择峰—峰值。其读数将显示测量结果及更新信息。 按下返回选项按钮。

按下第四个选项按钮，显示“测量4” 菜单。

按下“类型”选项按钮，选择上升时间。其读数将显示测量结果及更新信息。 按下返回选项按钮。

按下底部的选项按钮，显示“测量5” 菜单。

按下“类型”选项按钮，选择正频宽。其读数将显示测量结果及更新信息。 按下返回选项按钮。 3.3 测量两个信号

假设正在测试放大器，需要测量放大器的输入和输出信号。可将示波器的两个通道分别与放大器的输入和输出端相连，使用测量结果计算出放大倍数。

要激活并显示连接到通道1和通道2的信号，按如下步骤进行： 如果未显示通道，可按下CH1菜单和CH2菜单按钮。

按下“自动设置”按钮。要选择两个通道进行测量，可执行以下步骤。 按下“测量”按钮，查看“测量”菜单。 按下顶部的选项按钮:显示“测量1菜单”。 按下信源选项按钮。选择CH1。 按下类型选项按钮，选择峰-峰值。 按下返回选项按钮。

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按下顶部第二个选项按钮：显示“测量2菜单”。 按下信源选项按钮。选择CH2。 按下类型选项按钮，选择峰-峰值。 按下返回选项按钮。 读取两个通道的峰峰幅值。

五、实验要求

1 复习有关示波器的结构原理，理解示波器显示波形的原理； 2 查阅有关示波器使用的资料，熟悉示波器的使用步骤； 3 查阅示波器应用的有关资料。

六．实验步骤

1 波形观察——示波器面板各旋钮的使用操作

用信号发生器输出正弦信号作为被测信号，按表2-1进行实验。

2、示波器测量信号参数 2.1 读波形高度测幅度

用信号发生器输出1kHz、Vp-p为10mV—1V的正弦波加到示波器，适当调节示波器各旋钮，读取波形峰峰高度，填表2-2，并以信号源指示的幅度为准，计算测量的相对误差。

2.2正弦波形参数测量

用信号发生器输出100Hz、Vp-p为20mV的正弦波加到示波器，适当调节示波器各旋钮或选项，使示波器直接显示信号频率、平均值、峰峰值、有效值，填表2-3。

2.3 矩形脉冲参数测量

观测实验箱上固定频率输出端Q15的信号峰峰值、上升时间、下降时间、正脉冲宽度、负脉冲宽度等参数，填表2-4。

2.4 观测实验箱上单脉冲输出。 3、测量集成功放放大倍数

实验板集成功放电路接+5V电源，用信号发生器输出频率为1kHz的正弦波加到放大器。用示波器同时观察放大电路输入信号和输出信号波形。适当调节示波器各旋钮，使波形清晰。在输出波形无失真情况下读取输入信号和输出信号的波形高度，填表2-5，计算集成功放电路电压放大倍数。

4、集成功放电路幅频特性研究

（1）用信号发生器输出频率为1kHz的正弦波加到集成功放电路，用示波器同时观察放大电路输入信号和输出信号波形。调节信号发生器输出信号幅度，使集成功放电路的输出信号幅度Vo1（V）。

（2）保持放大电路输入信号幅度不变，改变频率，按表2-6测量并记录。

（3）保持放大电路输入信号幅度不变，改变频率，使输出电压下降至中频1kHz时输出信号幅度的0.707倍，测出上限截止频率fh和下限截止频率fl。

（4）在fAV坐标中描点作出幅频特性曲线。 七、预习与思考题

1 .示波器显示被测信号的波形的原理？

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答：原理就是电子发射电子，经过加速和偏转后射在荧光屏上产生光。将屏幕看做一个直接坐标系，这样偏转有X Y偏转，Y偏转就是上下幅度。X偏转就是左右幅度。Y偏转的大小根据Y轴旋钮和波形的幅度控制。X偏转由X轴旋钮控制。这些旋钮就是幅度控制。

2 .旋钮“伏特/格”和“秒/格”的作用是什么？

答：通过控制伏特/格，可以把信号的幅度调整到期望测量范围内。通过控制秒/ 格，可以显示屏中每一水平刻度代表的时间量。 3 .如何用示波器测量信号电压？

答：在示波器的操作界面上有MEASUPE按钮。按下后可以选择自动的测量波形的电压值。 4 .如何用示波器测量电路的幅频特性？

答：要测量相频特性，则需要示波器至少有2个通道，另外肯定还需要一台信号发生器用于扫频

或手动改变频率；测量时，信号发生器的输出端接待测放大器的输入端，同时接到示波器的一个通道，放大器的输出端则接示波器的另一个通道。利用示波器的光标功能，可以读出两个通道之间的时间差，这个时间差可以进一步换算成相位差。稍微先进一点的数字示波器，会提供直接对两个通道相位差进行测量的功能，这样会更为方便。逐步改变信号发生器的频率，重复测量，可以得到不同频率下的相位差；以频率为横轴，相位差为纵轴，描点后即可得到放大器的相频特性。利用以上方法，可以测量出+/-180度以内的相移。 5 如何设置探头选项衰减？如果探头上的开关设定在“×1”位置，而探头选项衰减设置成10X，结果怎样？为什么？如果探头上的开关设定在“×10”位置，而探头选项衰减设置成1X呢？

答：按下CH1菜单按钮，将探头选项衰减设置成与探头上的开关设定一致。结果会衰减10x。 八、实验报告要求

1 根据实验3-1，说明示波器观察波形的操作步骤。

．答：将波形通过探头输入示波器，按下自动设置基本上能够看到完整的波形，如果不能看到可以检查探头上的衰减是否正确，还可以调节旋钮“伏特/格”和“秒/格”让波形更明显。 2.示波器测量信号幅度的方法，如何减小测量误差

答：选取合适的精度，这样才能有利于读数，还要避免人为的误差，这具体表现在示波器的使用调整是否正确，由于面板的坐标格和示波管的图形有一段距离，容易有视觉读数误差。另外在测量是最好将波形拉开些，观察的周期数少些，这样将有利于减少读数误差，等等。 3.说明“逐点法”测量幅频特性的原理

答：通过不断改变输入信号的频率，从示波器上读出V的值，直到找出上下截至频率，最后根据数据作幅频特性曲线图。

九 实验心得及体会

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学院： 班级： 学号： 组号： 姓名： 电子测量实验数据记录——实验二

表2-1波形观察——示波器面板各旋钮的使用操作

操作 顺序 1 操作内容 屏幕显示波形及变化情况描述 旋转 \"水平位置\"旋钮调整位置至中心刻度线 显示触发时间为零。 2 SAVE/RECALL 显示设置和波形的“保存/调出菜单” 3 Auto→CH1按钮→探头衰减设置成10X。 波形扩大了10倍 4 measure→顶部第一个按钮→周期 显示波形的周期读数 5 FFT 测量频谱 6 触发电平 调节采样的起始周期 7 反相 开启或关闭，调节是否反相 8 DISY LAY 调节对比度 9 measure→顶部中间的按钮→类型 显示峰峰值读数 10 SINGLE SEQ 采集单个波形，然后停止 11 “触发类型”选项设置为 “脉冲” 设置脉冲宽度 12 教师签名： 1

学院： 班级： 学号： 组号： 姓名：

表2-2示波器读波形高度测信号幅度

信号频率 输入通道 信号发生器输出信号幅度 （Vp-p） 10mV 200mV 500mV 1V

表2-3示波器测量正弦波形参数 信号频率 输入通道 100Hz 水平刻度系数 输入藕合方式 显示方式 触发极性 1kHz 采集方式 水平刻度系数 输入藕合方式 触发电平 垂直 刻度系数 Vp-p读数 （格或cm） 显示方式 触发极性 测得Vp-p 相对误差 信号发生器输出信号 f 100Hz Vp-p 20mV 频率 平均值 示波器显示波形参数 峰峰值 有效值 表2-4示波器测量Q15输出矩形脉冲参数 输入通道 输入藕合方式 峰峰值

表2-5集成功放电路电压放大倍数的测量 实 测 实测计算 水平刻度系数 垂直刻度系数 上升时间 下降时间 触发极性 触发电平 正脉冲宽度 负脉冲宽度 示波器显示波形参数 Vi （mV） 10 （最大不失真输入） Vo（mV） 表2-4 放大电路幅频特性研究 AV Vi f（Hz） 0．707V 100 300 500 1k 1V 10k 30k 50k 80k 100k 0．707V Vo Av

教师签名： 2