数字示波器的使用_实验报告册.pdf
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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 复旦大学物理教学实验中心 http://phylab.fudan.edu.cn/ 数字示波器的使用 实验内容 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。 提醒：实验开始前请按示波器面板上的【DEFAULT SETUP】键，使示波器恢 复出厂设置。 1、自动监测——【AUTO】 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（CH1）连接（参阅 “用户手册” （以下简称“手册”）图 1-6）。操作时，将探头连接器上的插槽对准 CH1 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“ ”（参阅“手册”图 1-1）。 按下【AUTO】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：自动监测【AUTO】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。 Mean 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。 水平时基 M 水平轴上每大格所代表的时间长度。 1) 调节电压档位调节旋钮“VOLTS/DIV”，观测并记录电压档位及波形的变化情况。注意 观测“手册”图 1-2 中位置 8 所示的电压档位的变化。 现象描述： 2) 调节水平时基调节旋钮“SEC/DIV”, 观测并记录水平时基及波形的变化情况。注意观测 “手册”图 1-2 中位置 10 所示的水平时基的变化。 现象描述： 复旦大学物理教学实验中心 http://phylab.fudan.edu.cn/ 3) 调节垂直控制区 CH1 的“POSITION”（上下）旋钮，观测并记录波形的变化情况： 现象描述： 思考：“手册”图 1-2 中位置 6 所指的通道标志后面的水平小箭头表示什么？ 4) 调节水平控制区的“POSITION”（左右）旋钮，观测并记录波形的变化情况。注意观测 “手册”图 1-2 中位置 12 所指触发位置的变化。 现象描述： 5) 按下【Trig Menu】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“LEVEL”旋钮，观测并记录波形的变化情况。注意观测“手册”图 1-2 中位置 13 处所示触发电平的变化，以及位置 6 处附近所示触发电平标志线的移动。 现象描述： 6) 以上旋钮均可按下，通过实际操作推断“按下旋钮”的具体作用： 描述： 2、数据和图像的保存： 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【SAVE/RECALL】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】 ； 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 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。 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） 复旦大学物理教学实验中心 http://phylab.fudan.edu.cn/ 3、利用屏幕刻度进行测量： 继续使用示波器自带的校准信号，在屏幕上有稳定的波形显示（如按过【AUTO】键） 之后，按下【Run/Stop】。调节“VOLTS/DIV” 、 “SEC/DIV”、水平和垂直两个方向的“Position” 旋钮，直至屏幕上留下两到三个完整波形。 1) 读取一个高电平所占时间： 信号从一个上升沿到下一个下降沿的格数：______________； 示波器读数要求：估读到最小分度格的下一位，采用五分之一估读，下同。 时基 SEC/DIV 的设置：________________； （请勿遗漏单位） 一个高电平所占时间：________________。（请勿遗漏单位，下同。 ） 2) 读取方波的周期，并计算频率： 信号从一个上升沿到下一个上升沿的格数：______________； 时基 SEC/DIV 的设置：________________； 方波信号的周期：________________； 信号的频率：________________。 3) 读取信号的幅度： 方波信号从低电平到高电平的格数：________________； 电压档位 VOLTS/DIV 设置：________________； 信号电压的峰峰值 Vp-p：________________。 4、自动测量——【MEASURE】 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 和数字示波器 CH1。将函数信号发生器的 CH1 的输出设为：脉冲信号、频率 50Hz、Vpp10V、占空比 60%。 （请参阅信号发生器的操作指南） 电压测量： 按下示波器【AUTO】按钮，使信号在屏幕上稳定显示。 按下【MEASURE】进入自动测量功能菜单。 按下【全部测量】，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】 ， 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：自动测量【MEASURE】所显示的信号电压有关的各个参数 名称 测量结果 物理意义 名称 CH1 信号源 Vmin 测量结果 物理意义 名称 测量结果 Vpp 峰峰值 Vmax 最大值 最小值 Vamp 幅值 Vtop 顶端值 Vbase 底端值 Vmea 周期平均值 Mean 平均值 Vrms 均方根 Crms 周期均方根 FOV 下降过激 FPRE 下降前激 ROV 上升过激 RPRE 上升前激 物理意义 同学可阅读用户手册 P50 的内容了解“均方根”、“过激”、“前激”的物理意义（选做） 。 时间测量： 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。 复旦大学物理教学实验中心 http://phylab.fudan.edu.cn/ 表 3：自动测量【MEASURE】所显示的信号的时间特性有关的各个参数 名称 测量结果 物理意义 名称 CH1 信号源 +Wid 测量结果 物理意义 名称 测量结果 物理意义 Prd 周期 Freq 频率 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 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、光标测量——【CURSORS】 1) 手动光标测量方式。 仪器接线如内容 4，函数信号信号发生器输出设为 500Hz、5V 的三角波信号。 按下【AUTO】信号在屏幕上稳定显示； 按下【CURSORS】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（本实验选择 CH1） ； 按下【类型】选择【电压】或【时间】。 选择【CurA】，旋转万能旋钮调节光标 A 的位置。 选择【CurB】 ，旋转万能旋钮调节光标 B 的位置。 表 4：光标测量【CURSORS】的数据记录表： 待测量 峰峰值 周期 名称 测量结果 物理意义 CurA 光标 A 的值 CurB 光标 B 的值 ∆V 光标 A 和光标 B 间的电压增量 CurA 光标 A 的值 CurB 光标 B 的值 ∆T 光标 A 和光标 B 间的时间增量 1/∆T 光标 A 和光标 B 间的时间增量的倒数 光标追踪测量方式（相位差测量） 用两条 BNC 同轴电缆将函数信号发生器的两“电压输出”端分别与示波器的信号输入端 “CH1”和“CH2”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“60°”的两正弦信号 i．李萨如图形测绘。 按下【AUTO】使得信号在屏幕上稳定显示。 按【MEASURE】按钮进入自动测量功能菜单。 分别测出两信号的幅值和频率填入表５。 按【DISPLAY】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。 通道 1 的【Volts/Div】和垂直【POSITION】设置图形的水平刻度和位置。 通道 2 的【Volts/Div】和垂直【POSITION】设置图形的垂直刻度和位置。 2) 复旦大学物理教学实验中心 http://phylab.fudan.edu.cn/ 表 5：李萨如图形观测的数据记录表（注意单位） 信源 幅度 频率 李萨如图形 CH1 CH2 同学可自己尝试改变两路输出信号的参数，记录不同条件下的李萨如图形。 ii．相位差测量。 按【DISPLAY】按钮，在【格式】菜单选择【YT】模式。 按【CURSORS】按钮，显示光标菜单。 按下【光标模式】选择【追踪】 。 按【光标 A】选择追踪信号的输入通道（如 CH1)。 按【光标 B】选择追踪信号的输入通道（如 CH2)。 选择【CurA】，旋转【万能】旋钮移动光标 A。 选择【CurB】 ，旋转【万能】旋钮移动光标 B。 将光标 A 和光标 B 移动至合适位置，请在表 6 中记录测量结果，并计算两路信号的相 位差。 表 6：两路信号相位差光标测量【CURSORS】模式测量结果记录表 参数名称 测量结果 物理意义 A→T= 光标 A 在水平方向上的位置（即时间，以水平中心位置为基准） A→V= 光标 A 在垂直方向上的位置（即电压，以通道接地点为基准） B→T= 光标 B 在水平方向上的位置（即时间，以水平中心位置为基准） B→V= ∆T= 光标 B 在垂直方向上的位置（即电压，以通道接地点为基准） 1/∆T= 两光标间时间差值的倒数 ∆V= 两光标间的电压差值 两光标间的时间差值 6、交直流混合信号测量 接线方式同实验内容 4，设置函数信号发生器的输出信号为：1KHz、5V、偏置为 2V 的正弦交流信号。 按下【AUTO】波形稳定显示在屏幕上。 按【CH1】选择【耦合】为【直流】 。 利用【MEASURE】功能测量直流耦合状态下信号的“幅值”和“平均值”。 选择【耦合】为【交流】或【接地】 ，重复上面的操作。 注意观测“手册”图 1-2 中位置 11 所示耦合方式的变化。请将测量结果填入表 7. 复旦大学物理教学实验中心 http://phylab.fudan.edu.cn/ 表 7：交直流混合信号测量结果记录表 f=_______kHz 耦合模式 幅度 Vamp 平均值 Mean 波形示意图 AC DC 接地 将设置函数信号发生器的输出频率改为：20Hz，操作同前，将测量结果填入表 8. 表 8：交直流混合信号测量结果记录表 f=_______Hz 耦合模式 幅值 Vamp 平均值 Mean 波形示意图 AC DC 接地 分析“直流”耦合与“交流”耦合的区别。举例说明其应用。 7、衰减信号的测量 接线同内容 4，将函数信号发生器的输出信号设为：1KHz、10V 的正弦交流信号，依 次将输出衰减分别设为 0db、20db、40db、60db，用数字示波器测量信号的幅度，将测量结 果填入表 9（请别忘了信号幅度的单位） 。 表 9：不同衰减倍率下的信号幅度 衰减倍率 0db 20db 40db 60db 幅度 建议：当信号衰减倍率较大时，背景环境中的电磁波干扰、线路中的热噪声会等比较明显的 显像出来，此时可以调整采样方式，以便于减小测量随机误差，具体操作如下： 按【ACQUIRE】进入信号获取系统功能菜单。 按【获取方式】选择【平均值】 。 按【平均次数】选择次数（建议选 4 次） 。次数越大，随机噪声的影响越小，但测量更 新时间也延长。 按【采样方式】选择【等效采样】 。 复旦大学物理教学实验中心 http://phylab.fudan.edu.cn/ 结合上面测量结果，尝试推导出 db 的数学表达式（选做）。 8、周围空间电磁信号测量（选做） 1) 同轴电缆一端链接示波器信号输入端 CH1，另一端放置在周围空间中。 按【AUTO】得到自动测量结果。 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？ 2） 交流电源触发： 按【TRIG MENU】进入触发菜单。 按【信源】选择【AC Line】交流电源线。 描述你看到的现象。能解释看到的信号的来源吗？ 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 复旦大学物理教学实验中心 http://phylab.fudan.edu.cn/