实验4.10示波器的使用实验报告
一、实验目的与实验仪器实验目的
1、了解示波器的结构和工作原理。
2、熟练掌握示波器的基本操作。
3、学会用示波器测量电压、频率和相位差的方法。
4、学会周期信号的频谱分析。
5、观察李萨如图形、拍现象，加深对振动合成的理解。实验仪器TBS1102B-EDU型数字存储示波器、TFG6920A型函数/任意波形发生器。
二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）
1、交变信号参数测量信号的幅度、周期、频率、相位是正弦波的主要测量参数，如左图所示，其波形的电压可用有效值URMS、零-峰值UOP、峰-峰值UPP、平均值UAVG来表示。方波常用作时钟信号来准确地触发同步电路，常关注对上升时间或下降时间、脉冲宽度、电压等参数测量，如右图所示。在一个频率周期内高电平所占的时间百分数称为占空比，即1个周期内高电平时间除以周期时长。
三角波是锯齿波的一种特殊形式。锯齿波的特点是电压渐渐增大突然降到零，主要用在CRT作显示器件的扫描电路中。这些参数可以用刻度法测量：峰-峰电压UPP:Upp=Hpp*S1式中，Hpp是屏上相邻两峰在垂直轴方向的距离，以格为单位;S1是垂直标度系数(伏/格)。
信号的周期T:T=L*S2式中，L是信号个周期在屏上两点间的距离，以格为单位;S2是水平标度系数(秒/格)。根据周期推算信号的频率f:f=1/T除此之外还可以用光标法和自动测量法进行侧量。
3、相位差测量相位(phase)是某一物理量随时间(或位置)作余弦(或正弦)变化时，决定该量在任一时间(或位置)状态的一个数值，两个频率相同正弦信号的相位差等于初相之差，是一个不随时间变化的常数。
采用双踪示波法测量，将欲测量的两个信号A和B分别接到示波器的两个输人通道，示波器设置为YT显示方式，调节有关旋钮，利用示波器屏幕上的刻度坐标，测出信号的一个周期T在时间基线(水平方向)上所占的格数L(T)，两波形对应点在时间基线上的间距Δt对应的格数L(Δt)，就可求得两信号的相位差:φ=2π*L(Δt)/L(T)
4、周期信号的频谱一个时域周期信号，只要满足狄里赫利条件，则可分解为一系列谐波分量(正弦波)之和。为了表征不同信号的谐波组成情况，时常画出周期信号各次谐波的分布图形，这种图形称为信号的频谱。使用示波器的FFT(快速傅氏变换)功能可将时域(YT)信号转换为频率分量(频谱)，使用缩放控制和光标可放大并测量FFT谱，进行信号分析。
5、拍现象及拍频拍现象是振动合成过程中产生的一种特有现象,频率较大而频率之差很小的两个同方向简谐振动的合成结果不再是一个简谐振动，其合振动的振幅时而加强时而减弱，这种现象叫作拍。振幅变化的周期为T拍=1/(ν1-ν2)振幅变化的频率为ν拍=1/T拍=ν1-ν
26、李萨如图形在互相垂直的方向上，两个频率成简单整数比的简谐振动所合成的规则的、稳定的闭合曲线称为李萨如图。根据已知信号的频率(或相位)便可求得被测信号的频率(或相位)，李萨如图形法既可测量频率又可测量相位。
令fx和fy,分别代表水平方向和垂直方向上的正弦信号的频率，当显示屏上显示出稳定的李萨如图形时，在水平和垂直方向分别作二组线与图形相交，如图所示，数出此直线与图形的交点数N,则fx/fy=Ny/Nx如图所示，从示波器屏幕上测出椭圆在X轴方向上的最大偏转距离A和在X轴的截距B的值，则信号的相位差为φ=arcsin(B/A)
三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）
1、使用“自动设置”，分别在示波器上观察稳定的正弦、方波、三角波信号波形。
2、调节信号发生器，使A路输出50Hz正弦信号，采用刻度法测量信号的峰-峰电压、周期并记录数据。
3、双踪示波法测量正弦信号的相位差，调节信号发生器，从示波器屏幕上读出L(T)和L(Δt)的值并记录数据。
4、调节信号发生器，设置方波信号的占空比为50%和25%，光标法显示方波的幅度ΔV和脉冲宽度Δ并记录数据。
5、调节信号发生器，分别输出方波信号和10kHz正弦信号，在示波器上观察到稳定的频谱图并记录数据；使用“FFT缩放”选项，依次测量记录谱线的幅度与频率并记录数据。
6、调节信号发生器，使A路输出100HZ三角波信号，采用自动法测量信号的各项参数并记录数据。
7、调节信号发生器使A、B路输出信号幅度相同的正弦信号，ν1=150Hz,ν2=130Hz,观察拍现象，并用刻度法测量拍的周期。
8、调节信号发生器使A路输出50HZ正弦信号，B路分别输出25HZ、75HZ、100HZ、200HZ正弦信号，观察李萨如图形并记录数据。调节信号发生器使A、B路分别输出50Hz正弦信号，分别调节A、B输出相位为0°、45°,得到李萨如图形，读出A和B的值并记录数据，计算相位差。
四、数据处理（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）
1、交变信号参数测量Hpp/格S1/(V/格)L/(格)S2/(s/格)5.20.220.01Upp=1.04V；T=0.02s；f=50Hz
2、相位差测量频率/HzL(Δt)/格L(T)/(格)501.32φ=1.3π
3、光标法测方波信号参数（5kHz）占空比ΔU/VΔ/s50%1.020.00010425%1.020.
0000524、方波频率观察与测量(f=10kHz)方波谱线12345谱频率/kHz9.00030.0050.0070.0089.00谱幅度/dB68.058.454.051.248.8方波频谱图形
5、正弦波频谱观察与测量（f=10kHz）正弦波谱线1谱频率/kHz9.000谱幅度/dB66.0正弦波频谱图形
6、三角波信号参数（100Hz）Upp/VT/sf/HzRMS/V上升时间/s下降时间/s1.020.011000.2920.0390.
0397、拍的周期测量L/格S2/(s/格)8.60.005T拍=0.043s；ν拍=23Hz
8、李萨如图形CHB信号频率fB/Hz2575100200李萨如图形X轴交点数NX2648Y轴交点数NY4422CHB信号计算频率fB’/Hz2575100200频率/HzA/格B/格505.24.6φ=62°12′15″
五、分析讨论（提示：分析讨论不少于400字）
1、在显示屏上数格数时，荧光线粗细会导致肉眼观察误差。
2、根据测量结果，相同频率方波信号的幅度ΔV为固定值，脉冲宽度Δ与占空比成正比关系。
3、根据10kHz方波频谱的观察结果，5条谱线的频率随幅度的减小，以20.00kHz等间隔增大，而谱幅度则以间隔逐渐减小的规律减小。
4、对比正弦波和方波频谱，正弦波只有一条谱线而方波有频率幅度不等的多条谱线。
5、根据拍现象形成的原理，可得拍的振动表达式为(ν1-ν2)/2为振幅变化的频率，(ν1+ν2)/2为拍的振动频率，二者比值越越小观察到振幅变化越明显，即拍现象越明显。
6、根据对不同频率比下的李萨如图形的观察，交点之比与频率之比成反比关系。
7、与模拟示波器相比，数字示波器可以显示被测量的瞬时值轨迹变化情况，显示重复波形和对低频信号做到无闪烁地清晰显示，并有捕获显示单次信号的能力；还具有FFT等数字运算和分析的能力。是一台具有波形显示的电压表、电流表、FFT频率计、功率测量和波形参数分析的综合性仪表。因此对于研究有更大的优势。
六、实验结论
1、对50Hz的正弦信号，Upp=1.04V；T=0.02s；f=50Hz。
2、对50Hz输出相位分别为0°和45°的两个信号，相位差φ=1.3π。
3、对150Hz和130Hz的两个信号形成的拍，T拍=0.043s；ν拍=23Hz。
4、对两个50Hz，输出相位差为45°的两个信号形成的李萨如图形，相位差φ=62°12′15″。
七、原始数据（要求与提示：此处将原始数据拍成照片贴图即可）
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