1、 1 / 10复旦大学物理教学实验中心 http:/数字示波器的使用实验报告姓 名： 学 号： 座 位 号： 指 导 教 师： 报 告 箱 号： 实 验 日 期： 年 月 日星期 第 节2017.02.282 / 10复旦大学物理教学实验中心 http:/数字示波器的使用预习提示：完整地学习使用某一仪器的最好方法一般是对照着用户手册，按照提示一步一步地操作，并观察记录实验现象和结果，思考自己所完成的仪器操作的作用。但初次接触像示波器这样的通用仪器，一方面，我们不可能在短时间内学会其所有的操作；另一方面，通用仪器的各种功能之间并不一定有直接的相互关联，我们可以选择其中的部分功能进行学习，其他功能
2、可以留到以后用到时再参考用户手册来学习和实践。实验预习时，学生可以粗读用户手册中与实验内容相关的章节（第一章和第二章） ，知道有关功能/操作大致是哪些步骤、可以得到哪些结果。千万不要尝试去“背诵”用户手册的某个章节甚至整本用户手册。预习作业：1. 本实验所用数字示波器的电压显示范围 Vpp 是_；若待测量信号的 Vpp 小于此值，则可将信号直接接到数字示波器的信号输入端（通道 1 或通道 2） ；若待测量信号的 Vpp 大于此值，则需用示波器 10:1 衰减探头，且在探头线_开关打开的情况下才能将信号接入示波器。2. 信号接入示波器之后，如果发现信号幅度纵向只占屏幕的很小部分或上下均超出屏幕显
3、示范围，应调节相应通道的_旋钮；若信号纵向偏离屏幕中心位置，则应调节相应通道的_旋钮。若屏幕上显示的信号周期数太少或太多，则应调节该通道的_旋钮。3. 若屏幕上显示的信号一直在左右移动，很可能是因为_源/模式选择或_电平设置不当。4. （本题可在实验过程中完成）电压档位显示在液晶屏的_位置，时基档位显示在液晶屏的_位置，触发源和触发模式选择显示在液晶屏的_位置。5. （本题可在实验过程中完成）屏幕上，信号电压的零点由显示屏_位置的_符号来指示。信号以直流耦合方式输入时的指示符号是_；信号以交流耦合方式输入时的指示符号是_。实验目的：请依照自己的理解画出数字示波器的工作原理框图:3 / 10复旦
4、大学物理教学实验中心 http:/实验内容：提醒：实验开始前请按示波器面板上的【默认设置】键，使示波器恢复出厂设置。第一部分：认识数字示波器的三个系统：垂直系统、水平系统、触发系统。用两端均为 BNC 端口的导线连接函数信号发生器的 CH1（电压输出）和数字示波器通道 1，导线连接好后，执行【自动】测量。(一) 垂直系统：“伏/格”按钮、 “位置”按钮的功能观测。1) 调节电压档位调节旋钮“伏/ 格”(VOLTS/DIV)，观测并记录电压档位及波形的变化情况。注意示波器操作面板中位置 13 所示电压档位的变化。请回答下列问题：a) 当顺时针旋转“伏/格”旋钮时，一个格子（Div）表示的电压是变
5、大，还是变小，变化间距有规律吗；逆时针呢；“伏/ 格”旋钮的调节范围是多大？b) 将“伏/格”旋钮按一下，再进行上述的观测，是否有新的发现？c) 当调节“伏/格”旋钮时，信号波峰到波谷在屏幕上所占格子数是否有变化；在调节过程中信号的峰峰值有变化吗，如果有，请描述你所看到的现象，并思考其原因。2) 调节垂直系统控制区通道 1 的“位置”旋钮，观测并记录波形的变化情况。请回答下列问题：a) 当旋转“位置”旋钮时，信号在水平轴上有变化吗？b) 当旋转“位置”旋钮时，信号在竖直轴上有变化吗？c) 当调节“位置”旋钮时，信号的峰峰值会变吗；信号的平均值会变吗？d) 当调节“位置”旋钮时，屏幕左侧通道标志
6、“ ” 在屏幕上的位置有变化吗；在波形上的相对位置有变化吗？e) 按一下该按钮，有什么新的发现。4 / 10复旦大学物理教学实验中心 http:/(二) 水平系统：“秒/格”按钮、 “位置”按钮的功能观测1) 调节时基档位调节旋钮“秒/ 格”(SEC/DIV), 观测并记录时基档位及波形的变化情况。注意观测示波器操作面板中位置 11 所示时基档位的变化。请回答下列问题：a) 当顺时针旋转“秒/格” 旋钮时，一个格子（Div）表示的时间是变大，还是变小，变化间距有规律吗；逆时针呢；“秒/格”旋钮的调节范围是多大？b) 当调节“秒/格”旋钮时，信号一个周期在屏幕上所占格子数是否有变化；在调节过程中
7、信号的频率有变化吗，如果有，请描述你所看到的现象，并思考其原因。c) 按一下该按钮，有什么新的发现。d) 若时间档位和信号频率已知，你能估算出屏幕上信号的周期数吗?2) 调节水平系统控制区的“位置”旋钮，观测并记录波形的变化情况。请回答下列问题：a) 当旋转“位置”旋钮时，信号在水平方向上有变化吗？b) 当旋转“位置”旋钮时，信号在竖直方向上有变化吗？c) 当调节“位置”旋钮时，信号的周期会变吗；信号的频率会变吗？d) 当调节“位置” 旋钮时，屏幕上方水平触发位置标志“ ”在波形上的相对位置有变化吗？ e) 按一下该按钮，有什么新的发现。(三) 触发系统：“触发电平” 按钮的功能观测按下【触发
8、菜单】按钮，确认当前的触发设置是：边沿触发、CH1 为触发源、上升沿触发。然后调节“触发电平”旋钮，观测并记录波形的变化情况。 请回答下列问题：5 / 10复旦大学物理教学实验中心 http:/a) 当旋转“触发电平”旋钮时，信号在水平方向上有变化吗？b) 当旋转“触发电平”旋钮时，信号在竖直方向上有变化吗？c) 示波器操作面板中位置 9 处所示触发电平如何变化？ d) 屏幕左侧“ ”所示触发电平标志线（白色虚线）与信号交点的电压值有变化吗？当此虚线与信号无交点时，你看到的波形还是稳定的吗，如果不是，请描述你看到的现象，并思考其原因。将信号换为“方波”，你看到的现象与“ 正弦 ”波形有区别吗？
9、e) 按一下该按钮，有什么新的发现。第二部分：学习数字示波器的四种测量方法待测信号：示波器自带校正信号（方波、1kHz 、3V）将示波器探头上的衰减开关设定到 1X 并将探头与示波器的通道 1 连接。操作时，将探头连接器上的插槽对准示波器通道 1 同轴电缆插接件（BNC）上的凸键，按下后向右旋转以拧紧探头。探头的接地鳄鱼夹与“探头元件”接地端“ ”相连，探头信号端连接校正信号“ ”。1. 【自动】功能利用【自动】按钮进行测量按下【自动】按钮可得到如表 1 所列各量的自动测量结果，请记录结果。表 1：自动测量所显示的各个量参数名称 屏幕显示结果 意义Vpp 峰峰值。峰位电压与谷位电压的差。Mea
10、n 平均值。整个记录内的测得电压的算术平均值。Prd 周期。Freq 频率。电压档位 垂直轴上每大格所代表的电压大小。时基档位 M 水平轴上每大格所代表的时间长度。2. 屏幕估读利用屏幕刻度进行测量示波器屏幕读数要求：估读到最小分度格的下一位，采用五分之一估读，估读精度为0.04Div。读取的格数应为 0.04 的整数倍。调节“伏/格”、 “秒/格”、水平和垂直两个方向的“位置”旋钮，使得一个周期的信号尽量占满屏幕（但不能少于一个周期） 。示意图见图 1。图 1：方波信号6 / 10复旦大学物理教学实验中心 http:/公式：时间= 格数时基档位电压= 格数电压档位1) 读取一个高电平段所占时
11、间：一个高电平段所占格数：_；时基档位“秒/格” 的设置：_；（请勿遗漏单位）高电平段所占时间：_。 （请勿遗漏单位，下同。 ）2) 读取方波的周期，并计算频率：一个周期所占格数：_；时基档位“秒/格” 的设置：_；方波信号的周期：_；信号的频率：_。3) 读取信号的峰峰值：方波信号从低电平到高电平的格数：_；电压档位“伏/格 ”的设置：_；信号电压的峰峰值 Vpp：_ 。注意上述所得结果的有效位数！3. 【光标】功能利用【光标】功能菜单对波形上的采样点进行坐标读取按【光标】按钮，显示光标菜单；按下【光标模式】选择【手动】 ；按下【信源】选择待测通道；按下【类型】选择【电压】 。选中【CurA
12、】 ，旋转【万能旋钮 】调节光标 A 至方波波峰所在位置。选中【CurB】 ，旋转【万能旋钮 】调节光标 B 至方波波谷所在位置。CurA： ，CurB： ，v： 。按下【类型】选择【时间】 。选中【CurA】 ，旋转【万能旋钮 】调节光标 A 至方波一个周期的左边界所在位置。选中【CurB】 ，旋转【万能旋钮 】调节光标 B 至方波同一周期的右边界所在位置。CurA： ，CurB： ，T： ，1/T： 。信号峰峰值为： V；信号频率为： Hz。4. 【测量】功能利用【测量】功能菜单进行电压测试、时间测试1) 电压参数测量：按下示波器【自动】按钮，使信号在屏幕上稳定显示。按下【测量】进入自动测
13、量功能菜单。按下显示屏右侧任意按钮，进入全部测量菜单。在【信源】菜单选择信号输入通道（本实验选择 CH1） 。在【电压测试】菜单选择【开启】 ，7 / 10复旦大学物理教学实验中心 http:/图 2：电压测量时各物理量相应图示此时如表 2 所列的电压参数值会同时显示在屏幕上，请在表中记录结果。表 2：电压测试显示结果2) 时间参数测量：（选做）类似上述操作，在【时间测试】菜单选择【开启】 ，此时所有的时间参数值会同时显示在屏幕上，请在表中记录结果。表 3：时间测试显示结果请参阅用户手册 P50 的内容解释 “脉宽” 、 “占空比” 、 “上升时间”的物理意义。5. 比较上述四种测量方法的优缺
14、点。名称 测量结果 物理意义信号源：Prd 周期Freq 频率+Wid 正脉宽-Wid 负脉宽Rise 上升时间Fall 下降时间BWid 脉宽+Dut 正占空比-Dut 负占空比图 3：时间测量时各物理量相应图示8 / 10复旦大学物理教学实验中心 http:/第三部分：综合练习1. 李萨如图形观测及相位差测量用两条 BNC 同轴电缆将函数信号发生器的两个“电压输出端口”分别与示波器的信号输入端“通道 1”和“ 通道 2”连接起来。信号发生器的两路输出信号分别设为：50Hz、10V、相位 “0”；50Hz、10V、相位“90”的正弦信号。1) 李萨如图形测绘。利用前面学过的测量方法分别测出两
15、信号的峰峰值和频率填入表 4。按下【自动】使得信号在屏幕上稳定显示。按【显示】进入显示系统功能菜单。按【下一页】进入 Page2/3。按【格式】选择【XY】模式，屏幕上显示两信号合成后形成的李萨如图。表 4：李萨如图形观测的数据记录表（注意单位）信源 峰峰值 频率 李萨如图形CH1CH2同学可自行尝试改变两路输出信号的参数（频率、峰峰值、相位） ，记录不同条件下的李萨如图形。2) 相位差测量。 （选做）实验原理：两个频率相同周期为 T 的交流信号相位的差叫做相位差，或者叫做相差。示意图如图 3 所示。实验中通过测量两信号达到同一相位（比如图例的峰值点 A 和 B）的时间差 T，即可测得两信号的
16、相位差 。 0=36T实验步骤：按【显示】按钮，在【格式】菜单选择【YT】模式。按【光标】按钮，显示光标菜单。 （参阅上面的“光标”的具体操作步骤）将光标 A 和光标 B 移动至合适位置，记录测量结果，并计算两路信号的相位差。CurA： ，CurB： ，T： ，相位差计算：2. 交直流混合信号测量图 4：频率相同的两正弦信号9 / 10复旦大学物理教学实验中心 http:/选用外接信号：用两端均为 BNC 端口的导线连接函数信号发生器的 CH1（电压输出）和数字示波器通道 1。设置函数信号发生器的输出信号为：1kHz、5V、偏置为 2V 的正弦信号。按下【自动】波形稳定显示在屏幕上。按【CH1
17、】选择【耦合】为【直流】 。测量直流耦合状态下信号的“峰峰值”和“ 平均值”。选择【耦合】为【交流】或【接地】 。此时需利用“测量” 功能测量相应电压参数。 （参阅上面的“测量”的具体操作步骤）注意示波器操作面板中位置 14 所示耦合标志的变化。将测量结果填入表 5。表 5：交直流混合信号测量结果记录表 信号频率 f =_kHz3. 周围空间电磁信号测量（选做）同轴电缆一端连接示波器信号输入端通道 1，另一端放置在周围空间中。按【自动】得到自动测量结果。1) 请描述你看到的现象，记录示波器参数设置（特别是触发相关的设置） 、屏幕显示的测量结果。和同学讨论观察到的信号有什么特点？可能的来源是什么
18、？2） 交流电源触发： 按【触发菜单】进入触发菜单。按【信源】选择【AC Line 】交流电源线。描述你看到信号的特点。并解释信号的来源。4. 数据和图像的存储：（选做）数据保存：把 U 盘插入示波器前面板上的 USB 接口，等待示波器完成对 U 盘初始化，并提示“USB 存储设备连接成功”。按【存储/调出】进入存储系统功能菜单；按【类型】选择【CSV】 ；按【数据长度】选择【内存】 ；按【参数保存】选择【开启】 ；按【储存】选择【新建文件】 ；10 / 10复旦大学物理教学实验中心 http:/输入文件名后，按【确定】 。说明：CSV 格式的文件将数据以文本的方式保存，可用 EXCEL 或
19、Origin 等软件打开并进行后续处理。图像保存：类似于上述保存数据的操作，在【类型】选择时选【图像储存】 ；可将波形以图片格式保存在 U 盘中。快捷键 示波器前面板“PRINT” 键。说明：示波器将整个屏幕上显示的波形和有关设置转换为“.jpg”格式的图形文件保存到 U盘或内存（由用户选择决定） 。建议：同学可尝试用自己的电脑读取保存下来的数据和图像文件，学习用电脑进行数据处理，如画图、函数拟合等。 （选做）参考资料：1 SDS1000CFL 系列数字存储示波器用户手册， 深圳市鼎阳科技有限公司。实验中心网页2 20M 系列双路直接数字合成信号发生器操作指南，江苏瑞特电子设备有限公司。实验中心网页
