[综合研究性试验报告] 数字示波器和任意波形信号发生器应用

报告编号：

综合研究性试验报告

实验名称：数字示波器和任意波形信号发生器应用 操 作 人： 海洋科学专业08级

01022008012 黄楚逸

实验日期： 2010年3月23日~3月30日 联系方式: huangchuyi50709@http://www.77cn.com.cn 13808995331

中 国 海 洋 大 学

二○一○年

实验名称

数字示波器和任意波形信号发生器应用

一、

实验目的 1.通过测量贡原子的第一激发电位，证明院子内能的量子化—原子能级的存在 2.了解电子与原子碰撞和能量交换机理及影响该过程的主要物理因素

二、

摘要 为了研究氩原子的激发电位,对充氩弗兰克-赫兹管在不同的灯丝电压、栅极电

压和加速电压下进行了实验,分析了获得的实验曲线;得到使用该弗兰克-赫兹管实验 时的最佳参数为灯丝电压 3.2 V、栅极电压 1.0 V、拒斥电压 10.0 V.在该参数下测得 氩原子的激发电位为 11.61 V,并进行了详细的讨论;表明该值本质上应为氩原子第一 亚稳态的激发电位,或两个亚稳态激发电位的一定概率比.

三、

关键词

第一激发电位 能量量子化效应 亚稳态 氩原子 灯丝电压 加速电压 栅极电压

正文： 实验仪器及实验原理

示波器包括了如图 1 所示的几个基本组成部分： 示波器 (又称阴极射线管， cathode ray tube,简称 CRT) 、垂直放大电路(Y 放大) 、水平放大电路(X 放大) 、 扫描信号发生电路(锯齿波发生器) 、自检标准信号发生电路(自检信号) 、触发同 步电路、电源等。 1. 示波管的基本结构 示波管的基本结构如图 2 所示。主要由电子枪、偏 转系统和荧光屏三部分组 成， 全都密封在玻璃壳体内， 里面抽成高真空。 (1) 电子枪由灯丝、 阴 极、控制栅极、第一阳极和 第二阳极五部分组成。灯丝 通电后加热阴极。阴极是一 个表面涂有氧化物的金属圆 筒，被加热后发射电子。控制 栅极是一个顶端有小孔的圆 筒，套在阴极外面。它的电位 比阴极低，对阴极发射出来的调 辉

衰减 器 Y轴输 入 1 10 100 R 地 90R 9R Y 轴 电 压 放 大 器

Y2 示波 管 X1 X2

Y1 X轴电 压放大器

内 外 外部 输入 K1

锯齿 波 电 压

K2 90R 1偏转系统

9R 100

R

发生 器电子枪

10

衰 减 器 地荧 光

H H

K

Y 图 1 示波器基本组成框图 G1 G2 V2聚 焦

X轴输 入 X

A 1 A2 Y辅 助 聚 焦

X

屏

R1

R3

R2

图 2 示波管结构图 H-灯丝 K-阴极 G1,G2- 控制栅极 A1第一阳极 A2-第二阳极 Y-竖直偏转板 X-水平偏转板3

电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速 下奔向荧光屏。示波器面板上的“辉度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏 的电子流密度，从而改变了荧光屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很

多，电 子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极与第二阳极电位之间电 位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，所以，第一阳极也称聚焦 阳极。第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚焦”调节，就是调第一阳 极电位， 使荧光屏上的光斑成为明亮、 清晰的小圆点。 有的示波器还有 “辅助聚焦” , 实际是调节第二阳极电位。 (2)偏转系统：它由两对互相垂直的偏转板组成 ，一对竖直偏转板，一对水 平偏转板。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而 使电子束在荧光屏上产生的光斑位置也发生改变。 (3)荧光屏：荧光屏上涂有荧光粉，电子打上去它就发光，形成光斑。不同 材料的荧光粉发光的颜色不同， 发光过程的延续时间 (一般称为余辉时间) 也不同。 荧光屏前有一块透明的、带刻度的坐标板，供测定光点的位置用。在性能较好的示 波管中，将刻度线直接刻在荧光屏玻璃内表面上，使之与荧光粉紧贴在一起以消除 视差，光点位置可测得更准。 2. 波形显示原理 (1)仅在垂直偏转板(Y 偏转板)加一正弦交变电压：如果仅在 Y 偏转板加 一正弦交变电压，则电子束所产生的亮点随电压的变化在 y 方向来回运动，如果电 压频率较高，由于人眼的视觉暂留现象，则看到的是一条竖直亮线，其长度与正弦 信号电压的峰-峰值成正比，如图 3 所示。 (2)仅在水平偏转板加一扫描(锯齿)电压：为了能使 y 方向所加的随时间 t 变化的信号电压 Uy(t)在空间展开，需在水平方向形成一时间轴。这一 t 轴可通过在 水平偏转板加一如图 26-4 所示的锯齿电压 Ux(t), 由于该电压在 0~1 时间内电压随4

时间成线性关系达到最大值，使电子束在荧光屏上产生的亮点随时间线性水平移 动，最后到达荧光屏的最右端。在 1~2 时间内(最理想情况是该时间为零)Ux(t) 突然回到起点(即亮点回到荧光屏的最左端) 。如此重复变化，若频率足够高的话，

O Ux 2 O t 1

Ux

t图 3 在垂直偏转板加一正弦交变电压 图 4 在水平偏转板加一扫描(锯齿)电压

则在荧光屏上形成了一条如图 4 所示的水平 亮线，即 t 轴。 常规显示波形：如果在 Y 偏转板加一正 电压(实际上任何所想观察的波形均可)同 时在 X 偏转板加一锯齿电压， 电子束受竖直、 水平两个方向的力的作用下，电子的运动是 两相互垂直运动的合成。 当两 电压周期具有合适的关系时， U y 在荧光屏上将能显示出所加 正弦电压完整周期的波形图。 如图 5 所示。 3.同步原理 (1)同步的概念：为了Ty 0 1 6 9

2 4 Tx 3

5

7

荧 光屏 C t D

10 By B E I A 11 H FG

U0 4

1 点在y轴方 向的 位移 亮6 9 ( 垂直 输入 信号-正弦 波)Cy By 5 Dy

2

7

Iy Ey Ay a b c d ef g h i Fy Hy Gy

t8

8a b c d e f g h i

12

亮 点在x轴方 向的 位移 ( 水平 扫描 信号-锯齿 波)7 Tx T y 8 Ux

t

图 图 65 波形显示原理图

t5

显示如图 5 所示的稳定图形，只有保证正弦波到 Iy 点时，锯齿波正好到 i 点，从而 亮点扫完了一个周期的正弦曲线。 由于锯齿波这时马上复原， 所以亮点又回到 A 点， 再次重复这一过程。光点所画的轨迹和第一周期的完全重合，所以在荧光屏上显示 出一个稳定的波形，这就是所谓的同步。 由此可知同步的一般条件为： Tx = nTy, n = 1,2,3 其中 Tx 为锯齿波周期，Ty 为正弦周期。若 n = 3,则能在荧光屏上显示出三个 完整周期的波形。 如果正弦波和锯齿波电压的周期稍微不同，荧光屏上出现的是一移动着的不稳 定图形。这情形可用图 6 说明。设锯齿波形电压的周期 Tx 比正弦波电压周期 Ty 稍 小，比方说 Tx = nTy,n =7/8。在第一扫描周期内，荧光屏上显示正弦信号 0~4 点 之间的曲线段；在第二周期内，显示 4~8 点之间的曲线段，起点在 4 处；第三周 期内，显示 8~11 点之间曲线段，起点在 8 处。这样，荧光屏上显示的波形每次都 不重叠，好像波形在向右移动。同理，如果 Tx 比 Ty 稍大，则好像在向左移动。 以上描述的情况在示波器使用过程中经常会出现。其原因是扫描电压的周期与被测 信号的周期不相等或不成整数倍，以致每次扫描开始时波形曲线上的起点均不一样 所造成的。 (2)手动同步的调节：为了获得一定数量的稳定波形，示波器设有“扫描周 期”“扫描微调”旋钮，用来调节锯齿波电压的周期 Tx(或频率 fx) 、 ,使之与被测 信号的周期 TY(或频率 fY)成整数倍关系，从而，在示波器荧光屏上得到所需数 目的完 …… 此处隐藏：2639字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……