“练习使用示波器”的几个重、难点问题，本文主要内容关键词为：几个论文,示波器论文,难点论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
示波器由于其结构复杂和理论难理解(尤其对扫描电压和扫描电压的频率的作用的理解 )，使相当部分的学生望而生畏。在教学中若能突破以下几个重点难点问题，学生必定 能很快地掌握这部分知识。
一、示波器的主要结构与原理(竖直和水平偏转电压作用的理解是重点，对扫描电压作 用的理解是难点)
示波器的核心部件是示波管，掌握了示波管的结构和原理就能正确地理解与使用示波 器。
示波管(管内抽成真空)主要由电子枪(由金属丝、阴极和加速阳极组成)、偏转电极(水 平偏转电极、竖直偏转电极)和荧光屏三部分组成，其结构和原理如图1所示。从炽热金 属丝发射出的电子被加速电压U加速后形成细电子束，再经水平和竖直偏转电极上电压( 前者加的是扫描电压，后者加的是所要研究的信号电压)的作用后，使电子束的运动随 偏转电极上所加的电信号变化而变化，电子束离开偏转电极后沿直线前进打到荧光屏上 形成一个亮斑。这样荧光屏上亮斑的位置变化就反映了所加电信号的变化，所以荧光屏 上显示的图形就反映了所加电信号的变化规律。
附图
当竖直偏转电极YY′和水平偏转电极XX′都没有加电压时，电子束从金属板小孔射出 后沿直线传播打在荧光屏上，产生一个小亮斑。
当在竖直偏转电极YY′上加上所要研究的信号电压U[,y]时，亮斑在竖直方向上发生偏 转，偏移量为y = 
化，则偏移量为y = y[,m]sinωt也按正弦规律变化，但应 注意此时荧光屏上的亮斑只是在竖直方向按正弦规律上下移动(若U[,y]变化很快，亮斑 看起来是一条竖直的亮线)，并不能形成正弦曲线的波形。
要形成正弦曲线的波形，还必须在水平偏转电极XX′上加一个特定的周期性变化的电 压U[,x]，使亮斑在水平方向上从一侧匀速地移至另一侧，然后迅速返回原处，再匀速 移至另一侧，如此反复的过程称为扫描(若U[,x]变化很快，亮斑看起来成为一条水平亮 线)。
扫描电压U[,x]的作用就象演示振动图线的沙斗实验中匀速移动的硬纸板的作用一样。 扫描电压U[,x]是一个随时间变化的锯齿形电压(如图2所示)。开始时刻X、X′间的电压 为-U[,x]，荧光屏上的光斑被推到最左端，以后X、X′间的电压均匀增加(类似于沙斗 实验中硬纸板的匀速移动)的过程中亮斑在水平方向上的偏移量为
U[,x]随时 间均匀变化，故偏移量x也随时间均匀变化，即荧光屏上光斑在沿y轴振动的同时沿x轴 匀速向右移动，留下了亮斑的图线即径迹(相当于纸板上沙的径迹)。当X、X′间的电压 达最大值 + U[,x]时，亮斑运动到最右端，与此同时X、X′间的电压迅速降为-U[,x]， 又将亮斑迅速移到最左端，再重复上述过程。
附图
二、示波器面板上各个旋钮的作用与调节方法(这是正确使用的重点，尤其是扫描范围 (微调)旋钮的作用的理解)
示波器面板上各个旋钮(如图3所示)的名称与作用如下：
附图
1.辉度调节旋钮——调节图象亮度；
2.聚焦调节旋钮；
3.辅助聚焦调节旋钮——旋钮2和3二者配合使用使电子束会聚成一细束，使亮斑更小 或图像线条更清晰；
4.电源开关；
5.指示灯——指示电源的通断；
6.竖直位移旋钮；
7.水平位移旋钮——旋钮6和7分别用来调节图像在竖直方向和水平方向的位置；
8.Y增益旋钮；
9.X增益旋钮——旋钮8和9分别用来调节图像在竖直方向和水平方向的幅度；
10.衰减调节旋钮——分为1、10、100、1000四个挡，“1”挡不衰减，其余各挡分别 使加在竖直偏转电极上的信号电压衰减为原来的1/10、1/100、1/1000，使电信号的幅 度不致太大。最右端的“∞”挡表示在竖直方向由机内自行提供按正弦规律变化的交流 电压，在荧光屏上显示正弦波形。
11.扫描范围旋钮——用来改变扫描电压的频率范围，有四个挡，左边第一挡是10Hz～ 100Hz，向右旋转每升高一挡，扫描频率增大10倍。最右边是“外X挡”，使用此挡时机 内不提供扫描电压，水平方向的扫描电压可从外部输入。
12.扫描微调旋钮——对扫描电压的频率微调；
13.“Y输入”“X输入”“地”——分别是对应方向的信号输入电压的接线柱和公共接 地的接线柱；
14.交直流选择开关——置于“DC”位置时，所加信号电压是直接输入的；置于“AC” 位置时，所加信号电压是通过一个电容器输入的，可以让交流信号通过而隔断直流成分 ；
15.同步极性开关——调节图形是从正半周(置于“+”位置)开始还是从负半周开始(置 于“-”位置)。
使用示波器时要注意它的调节方法与技巧。
(1)使用前将辉度调节旋钮逆时针转到底，竖直位移旋钮和水平位移旋钮转到中间位置 ，衰减调节旋钮置于最高挡，扫描范围旋钮置于“外X”挡。
(2)打开电源开头，预热一两分钟。
(3)顺时针旋转辉度调节旋钮，直到屏上出现一个亮度适中的亮斑，旋转聚焦调节旋钮 和辅助聚焦调节旋钮，使亮斑最圆最小，旋转竖直位移和水平位移旋钮，使亮斑位于荧 光屏的正中间位置。
(4)将X增益旋钮顺时针转到三分之一处，扫描微调旋钮逆时针转到底，扫描范围旋钮 置于最低挡，可看到亮斑从左向右反复移动。顺时针转动扫描微调旋钮，增大扫描频率 ，使亮斑迅速移动形成一条直线。调节X增益旋钮，使亮线长度适中。
(5)在“Y输入”和“地”之间输入待测电压。要观察到清晰的正弦图线，应将扫描范 围旋钮置于第一挡，将衰减调节旋钮置于“∞”挡，由机内提供竖直方向的按正弦规律 变化的电压，调节扫描微调旋钮，当扫描频率为正弦交变电压的频率(50Hz)时，屏上将 出现一个完整的正弦波形图线。若扫描频率为25Hz，则屏上将出现两个完整的正弦波形 图线。
三、扫描频率对图线波形的影响(这是理论上理解波形个数的重点，也是难点)
理解了竖直偏转电压和水平偏转电压分别对电子束偏移的作用尤其是水平偏转电压的 作用，就不难理解扫描频率对图线波形个数的影响：在用示波器观察按正弦规律变化的 电压的图线时，若水平方向扫描电压的频率f[,x]为加在竖直方向的正弦交变电压的频 率f[,y]的1/n(n为整数)，则在扫描电压使电子束沿水平方向自左向右完成一次扫描的 过程中，竖直偏转电压使电子束在竖直方向已完成n次振动，故荧光屏上将显示出个完 整的正弦波形图线；若f[,x]≠f[,y]/n，则将观察不到完整的正弦波形图线。
下面通过几个例子说明。
例1 在使用示波器时调节好亮斑后，保持扫描范围旋钮在“外X”挡。
(1)在“X输入、地”之间加上如图4丙所示的电压，在“Y输入、地”之间加上如图4乙 所示的电压，屏上将出现什么曲线?说明你的依据。
(2)在“X输入、地”“Y输入、地”之间分别加上如图4甲、乙所示的电压，屏上将出 现什么曲线?说明你的依据。
(3)在“X输入、地”“Y输入、地”之间都加上如图4丙所示的电压，屏上将出现什么 曲线?说明你的依据。
附图
分析与解 此题考察竖直和水平偏转电压对电子束运动的作用。先确定两种电压分别 对电子的偏移量与对应电压间的关系
附图
(1)U[,x]为锯齿形扫描电压，使电子在每个周期内沿水平方向匀速移动；U[,y]为余弦 交变电压，使电子在竖直方向按余弦规律做简谐运动。所以综合的结果是图线为余弦曲 线。
(2)U[,x]、U[,y]为余弦交变电压，使电子在水平方向、竖直方向均按余弦规律做简谐 运动。所以图线为椭圆。
(3)U[,x]、U[,y]为锯齿形电压，使电子在每个周期内在水平方向、竖直方向都匀速移 动。所以图线为过原点的倾斜直线。
例2 为了用示波器观察如图5所示的信号电压必须(
)
附图
A.将“DC、AC”开关置于“DC”位置
B.将扫描范围旋钮转到第三挡
C.将此信号电压接到“X输入、地”之间
D.将此信号电压接到“Y输入、地”之间
分析与解 此题考察示波器面板上各个旋钮的作用与调节，这需要理解地记忆。由于 要显示交变电压的波形，所以要将直流成分用电容器隔断而让纯交流成分通过，应将“ DC、AC”开关置于“AC”位置；由于竖直偏转电压频率为20000Hz，且要显示3个完整波 形，故扫描电压频率应在
Hz左右，扫描范围旋钮转到第三挡1000Hz处；显然 该信号电压是接到“Y输入、地”之间。正确答案为选项B、D。
例3 观察正弦交变电压的图线时，将衰减调节旋钮置于“∞”挡(机内提供50Hz的正 弦交变电压)，扫描范围旋钮置于第一挡，扫描微调旋钮顺时针旋到底，此时屏上显示 的图形(如图6所示)是(
)
附图
分析与解 此题考察扫描频率对图线波形个数的影响的理解。由题意“扫描范围旋钮 置于第一挡，扫描微调旋钮顺时针旋到底”知此时扫描电压的频率为100Hz，扫描周期 为交变电压周期的
，第一次扫描只显示交变电压半个周期的图形，第二次扫 描再显示接下来的半个周期的图形。又由于视觉暂留(只要扫描周期大于人眼视觉暂留 时间0.1s就存在)和屏上图线(电子激发荧光物质时形成的)不会立即消失这两方面的原 因，屏上将可观察到如图6D所示的图线。正确答案为选项D。
想一想 若扫描频率为待观察的交变电压频率的3倍或4倍，则屏上将出现什么样的图 线?
可见，在“练习使用示波器”的实验教学中若真正理解了示波器的原理(尤其是水平和 竖直偏转电压对电子束偏移的作用)，掌握了面板上各个旋钮的作用(尤其是衰减旋钮中 的“外X”挡、扫描范围(微调)旋钮)以及各旋钮沿顺时针方向转动时对应功能加强的特 点，弄懂了扫描频率对波形个数影响的原因，则涉及示波器的问题就都能迎刃而解。