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《示波器的使用》教案
项目名称  示 波 器 的 使 用
课 型 基本技能
知识目标 通过教学使学员理解和掌握示波器测量电流的原理和使用
能力目标 使学员在工作中能够熟练、规范、安全地使用示波器
德育目标 培养学员严谨的工作作风，从而提高工作效率，为安全生产提供保障
教学重点 示波器的使用方法
教学难点 示波器的使用方法
空 白 点
示波器的结构和使用方法。
教学方式 讲授：探究体验式、启发式、试验活动等方式
教学手段 多媒体：Microsoft PowerPoint
示波器的使用
一、示波器的结构 二、示波器的使用方法 三、示波器测量方法
1、Y轴系统(垂直系统) 1、开机前的准备工作 1、交、直流电压测量
2、X轴系统(水平系统) 2、接通电源后的控制步骤 2、周期和频率的测量
3、Z轴系统(主机系统) 3、输入信号的连接 3、相位的测量
4、探头的使用
教 学 过 程
组织教学 引导学员思考：将人们用肉眼看不见的电信号转换成具体的可见图像的仪表是什么？
课前活动
（3分） 学员活动：请你总结能将电信号转换成具体的可见图像的仪表有什么？
导入新课
（2分）
揭示课题
新授内容
（45分）
引言：示波器是利用阴极射线示波管(CRT)作为显示器的一种电子测量仪器。它可以将人们用肉眼看不见的电信号转换成具体的可见图像，既可以用于观测被测信号的波形，也可以用于测量被测信号的电压、频率、周期、相位和调幅系数等。示波器在科学研究和工业生产领域中得到了十分广泛的应用，是电子测量中十分重要的测量仪器之一。
示波器的使用
【教师活动】
1、介绍本节课的知识结构
1、示波器的结构和工作过程
示波器 2、示波器的使用方法
3、示波器的测量方法
2、【电脑投影：一些不同的示波器】 引导学员认识示波器。
教学重点
实际操作（25分）
巩固练习
4、示波器分类：
①通用电子示波器
②取样示波器
③存储示波器
④电视示波器
⑤逻辑分析仪
一、示波器的结构
【教师活动】
【电脑投影：示波器的基本组成框图】请大家结合实物观察示波器的组成。
【电脑板书】
㈠基本结构
① Y轴系统
由衰减器、放大器及延迟线等组成。其主要作用是放大被测信号电压使之达到适当的幅度，以驱动电子束作垂直偏转。
② X轴系统
由触发整形电路、扫描发生器及x轴放大器组成。其作用是产生扫描锯齿波并加以放大，驱动电子束进行水平方向扫描。触发整形电路则保证在荧光屏上显示的波形稳定，以利于对信号波形的观察。
③ Z轴系统
由示波管、增辉电路、电源和校准信号发生器组成。示波管由电子枪、X轴偏转板、Y轴偏转板和荧光屏组成，其主要作用是将电信号转换成光信号，用于对被测信号波形的显示。增辉电路的作用是在信号扫描正程使光迹变亮，而在信号扫描回程使光迹消隐。电源电路将交流市电变换成多种高压和低压电源，以满足示波管及其他电路工作的需要。校准信号发生器提供幅度、周期都十分准确的方波信号用于校准示波器的相关性能指标。
㈡工作过程
被测信号电压经过示波器探头加到Y轴输入端，经过衰减、前置放大和倒相后，再经延迟线延迟和Y轴后置放大器放大，输出足够大的推挽信号加到示波管的垂直偏转板上，控制电子束作垂直方向的偏移。
为了能够稳定的显示波形，使每次扫描的起点都对应于被测量信号的同一相位点上，可将被测信号送至触发整形电路。触发整形电路在被测信号的某个电子和极性下被触发，输出触发脉冲去启动扫描发生器产生锯齿波电压，经过x轴放大器放大后成为推挽信号加至示波管的水平偏转板上，以控制电子束作水平方向的偏转(即扫描过程)。同时，扫描信号发生器还输出脉宽与扫描正程相等的增辉脉冲，并经过z轴系统加至示波管的栅极使显示的光迹增亮。
二、示波器的使用方法 【电脑详细板书】
1. 开机前的准备工作及操作注意事项
① 检查电源电压是否与仪器电源电压要求一致，电源电压应适应220V±10％的范围。
② 其使用环境温度为-IO℃～+40℃
③ 示波器与被测电路之间的连线不宜过长，以免引入干扰，一般应使用屏蔽电缆及探头。
④ 显示光点的辉度不宜过亮，以免损坏屏幕。中途暂时不使用时应将亮度调低。
⑤ 定量观测应在屏幕的中心区域进行，以减小测量误差。
⑥ 转换各控制器件时不要用力过大，以免损坏机件。
2. 接通电源后的控制步骤
① 接通电源后应预热几分钟。
②显示光点或扫描线，各控制件置于如表1所示的作用位置后寻找光点。若看到光点或水平扫描线，可调整辉度、聚焦等旋钮，使显示的波形清晰。若没有出现光点，则可按下“寻迹”按键，确定光点所在的位置。调节Y轴和x轴的移位控制器，将光点(或扫描线)移至屏幕的中心位置，并将其调节清晰。
表1寻找光点各控制开关位置
3.输入信号的连接
以显示示波器的校准信号为例，先用同步电缆将校准信号的输出端与YＡ通道的输入端相连接，YＡ通道的输入耦合选择开关置于“AC”位置，其灵敏度开关“V/div”置于“0.2”挡级，并将其“微调”装置以顺时针转至“校准”的位置上，触发方式置于“自动”位置。此时，屏幕上显示约有5div的矩形波，由于属于自激扫描方式，波形可能不太稳定，若采用除法扫描方式，则不稳定现象将会减小。
对输入信号的连线应注意必须使用屏蔽电缆线，尤其是观察低电平信号且包含较高频率谐波成分的波形。同时，应注意将电缆的芯线和屏蔽地线直接连接在被测信号源附近，否则将会造成测量上的误差。在测量和观察一般波形时，示波器的输入端也应采用尽量短的连线。
4. 探头的使用
信号源在受到测试负载影响时将会产生一定的测量误差，为减小这类误差，通常在测量时需要使用探头，通过探头使信号源和测试负载实现隔离。由于探头的分压器可以进行一定的衰减，因此，测试探头适用于测量幅值较大的信号，具体的测试读数应取“V／div”开关刻度指示值的10倍。
三、测量方法
1.电压测量
在测量输入信号电压时，应将灵敏度选择开关“V/div”的“微调”旋钮顺时针方向旋至“校准”的位置，这样就可以按照“V/div”的指示值直接计算出被测信号的电压值。由于被测信号一般含有交流分量和直流分量，所以在测试时应注意选择输入耦合开关。
① 交流电压的测量
a.将Y轴输入耦合开关“DC-⊥-AC”置于“AC”处，若信号频率较低，则应置于“DC”处。
b.将被测信号波形移至示波器的示波管屏幕的中心位置，并按照坐标刻度的分度读取整个波形所占Y轴方向的刻度数。
c.如果使用探头测量，应将探头的衰减量计算在测量结果中。
例如：双踪示波器的Y轴灵敏度开关“V/div”位于“0.1V/div”的位置上，“微调”置于校准位置，如果被测量的信号波形所占Y轴的坐标幅度Y为4div(如图所示)，则此时的信号电压峰-峰值为0.4V。
即：
VP-P=V/div×Y(div)=O.1×4=0.4(V)
信号电压(有效值)为：
V=(0.4÷2) ×0.707=0.1414(V)
如果采用探头测量，示波器面板上的开关位置不变，显示的波形幅度仍为4div，则考虑探头衰减10倍的因素，被测信号电压的有效值为：
V=(0.4÷2) ×0.707×10=1.414(V)
② 直流电压的测量
a.将触发方式开关置于“自动”或“高频”的自激工作状态，调节相关旋钮使示波器的屏幕上显示出水平时基线。
b.将Y轴输入耦合开关“DC-⊥—AC”置于“⊥”位置，并调整垂直移位旋钮使时基线位于示波器屏幕中部的零电平参考基准线位置，此时的时基线位置即为零电平参考基准线的位置。
c.将Y轴输入耦合开关置于“DC”位置，记下示波器屏幕上时基线与零电平参考基准线之间的距离H，如图所示。
d.将“V/diV”的指示值与时基线和零电平参考基准线之间的距离H相乘，即可得到所测信号的直流电压值。
2. 周期和频率的测量
首先按照交流电压的测量操作步骤在示波器的屏幕上稳定地显示出被测信号的波形，然后将示波器的水平扫描开关“t/div”的“微调”旋钮按顺时针的方向旋至“校准”位置。 从示波器显示屏幕上直接读出被测信号波形一个周期在水平方向所占的格数A，如图所示，然后将其与“t/div”的指示值相乘便可得到被测信号的周期。
例如：双踪示波器的X轴灵敏度开关“t/div”位于“0.5ms/div”的位置上，“微调”置于校准位置，如果被测量的信号波形一个周期在水平方向所占的格数A为8div，则此时的该信号的周期为： T=t/div×A=0.5×8=4(ms)
由于信号的频率是周期的倒数，所以该被测信号的频率为： f=1/T=1/4=250(Hz)
如果能在示波器的屏幕上显示出多个被测信号的周期，则可读取在X轴方向lOdiv的范围内被测信号波形的周期数，再计算出信号频率的方法来进行测量。采用这种方法可以减小频率的测量误差，其计算公式如下：f=N/(10×t/div)
3. 相位的测量
采用双踪示波器可以测量两个同频率信号之间的相位关系，将示波器的Y轴触发源开关置于“YＢ”位置，然后利用内触发的形式启动示波器扫描，可以测得两个信号之间的相位差。
如图所示，信号的一个周期在示波器的水平方向上占8div。由于一个信号周期为360゜，因此一个div应为45゜。通过读取两个信号在水平方向上的间隔数T(div)，并由以下的计算方法得到两个被测信号的相位差。
Φ(相位差)=T(div) ×45゜／div=1×45゜=45゜
【教师提问：你知道示波器在使用中要注意什么吗？】
【学员分组研究讨论去获得答案】
【教师设计题目：用示波器观察50HZ交流电波形，并计算被测电压有效值】我们一起来练练手吧！
【学员体验式活动】
【学生快乐互动活动】：
用示波器观察两极负反馈电路输出波形的变化。
……