数字示波器实验报告（上）2026V1.0
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预习提示
  1. 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，按照提示一步一步操作，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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
预习练习
  1. 示波器是一个什么样的仪器？它有哪些应用？
  2. 在什么情况下需要用到探头的衰减功能？有关探头衰减功能的介绍在示波器使用手册的页码和章节？
    • 信号接入示波器之后，如果发现信号幅度纵向只占屏幕的很小部分或上下均超出屏幕显示范围，应调节相应通道的旋钮；
    • 若信号纵向偏离屏幕中心位置，则应调节相应通道的旋钮。
    • 若屏幕上显示的信号周期数太少或太多，则应调节该通道的旋钮。
  4. 若屏幕上显示的信号一直在左右移动，很可能是因为信源或电平设置不当。
  5. （本题可在实验过程中完成）电压档位显示在液晶屏的位置，时基档位显示在液晶屏的位置，触发源和触发模式选择显示在液晶屏的位置。
  6. （本题可在实验过程中完成）屏幕上，信号电压的零点由显示屏位置的符号来指示。信号以直流耦合方式输入时的指示符号是；信号以交流耦合方式输入时的指示符号是。
实验内容1-认识数字示波器的三个系统
  • 示波器一般存在三个最主要的功能系统：垂直系统、水平系统、触发系统。
  • 用两端均为BNC端口的导线连接函数信号发生器的CH1（电压输出，默认输出信号为Vpp=4V，f=1000Hz，正弦波）和数字示波器通道1（CH1），导线连接好后，执行 【AutoSet】（自动设置）测量。
  • 注意：信号发生器的 CH1/CH2 按键 用于切换当前通道（信息标签高亮），当对应通道已是当前通道时，再次按下该键可开启/关闭输出（背光灯亮表示输出开）。设置相位差时，需先分别激活 CH1 和 CH2，设置各自的相位值（如 CH1 相位 0°，CH2 相位 90°），并确保两路输出均开启。
1.1 垂直系统：【垂直SCALE】旋钮、【垂直POSITION】旋钮的功能观测
1.1.1 调节电压档位调节旋钮“【垂直SCALE】”（VOLTS/DIV），观测并记录电压档位及波形的变化情况。注意示波器电压档位的变化。请回答下列问题：
  1. 顺时针旋转“【垂直SCALE】”旋钮，一个格子（DIV）表示的电压是变大还是变小，变化间距有规律吗？逆时针呢？“【垂直SCALE】”旋钮的调节范围是多大？
  2. 将“【垂直SCALE】”旋钮按一下，再进行上述观测，是否有新的发现？（提示：切换粗调/微调模式）
  3. 当调节“【垂直SCALE】”旋钮时，信号波峰到波谷在屏幕上所占格子数是否有变化？在调节过程中信号的峰峰值有变化吗？如果有，请描述你所看到的现象，并思考原因。
1.1.2 调节垂直系统控制区通道1的“【垂直POSITION】” 旋钮，观测并记录波形变化情况。请回答下列问题：
  1. 当旋转“【垂直POSITION】” 旋钮时，信号在水平轴上有变化吗？
  2. 当旋转“【垂直POSITION】” 旋钮时，信号在竖直轴上有变化吗？
  3. 当调节“【垂直POSITION】” 旋钮时，信号的峰峰值会变吗？信号的平均值会变吗？
  4. 当调节“【垂直POSITION】” 旋钮时，屏幕左侧通道标识“1”在屏幕上的位置有变化吗？在波形上的相对位置有变化吗？
  5. 按一下该旋钮，有什么新的发现？
2 水平系统:“【水平SCALE】”旋钮、“【水平POSITION】” 旋钮的功能观测
1.2.1 调节时基档位调节旋钮“【水平SCALE】”（SEC/DIV），观测并记录时基档位及波形变化情况。请回答下列问题：
  1. 当顺时针旋转“【水平SCALE】”旋钮时，一个格子（DIV）表示的时间是变大，还是变小？变化间距有规律吗？逆时针呢？“【水平SCALE】”旋钮的调节范围是多大？
  2. 当调节“【水平SCALE】”旋钮时，信号一个周期在屏幕上所占格子数是否有变化？在调节过程中信号的频率有变化吗？如果有，请描述你所看到的现象，并思考其原因。
  3. 按一下该旋钮，有什么新发现？（提示：粗调/微调切换）
  4. 若时间档位和信号频率已知，你能估算出屏幕上信号的周期数吗？
1.2.2 调节水平系统控制区的 “【水平POSITION】” 旋钮，观测并记录波形的变化情况。请回答下列问题：

  1. 当旋转 “【水平POSITION】” 旋钮时，信号在水平方向有变化吗？
  2. 当旋转 “【水平POSITION】” 旋钮时，信号在竖直方向有变化吗？
  3. 当调节 “【水平POSITION】” 旋钮时，信号的周期会变吗？信号的频率会变吗？
  4. 当调节 “【水平POSITION】” 旋钮时，屏幕上方水平触发位置标志“T”在波形上的相对位置有变化吗？
  5. 按一下该旋钮，有什么新发现？

3 触发系统：“触发电平”旋钮的功能观测
1.3.1 将信号发生器输出信号频率改为100Hz，按下示波器前面板 【触发Menu】 键（或触摸屏幕上方的触发信息标签），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“触发电平”旋钮，观测并记录波形的变化情况。请回答下列问题：

  1. 当旋转“触发电平”旋钮时，信号在水平方向上有变化吗？
  2. 当旋转“触发电平”旋钮时，信号在竖直方向上有变化吗？
  3. 示波器屏幕右上角黄色（与通道颜色一致）数字所示触发电平如何变化？
  4. 触发电平标志线（与通道颜色一致，如CH1为黄色虚线）与信号交点的电压值有变化吗？当此虚线与信号无交点时，你看到的波形还是稳定的吗？如果不是，请描述你看到的现象，并思考其原因。将信号换为“方波”，你看到的信号与“正弦”波形有区别吗？
  5. 按一下该旋钮，有什么新的发现？

实验内容2-学习数字示波器的常用测量方法
  • 待测信号：示波器自带校正信号（方波、1kHz、Vpp =3V）。
  • 将探头的BNC端子与示波器通道1连接，将测试探针与示波器右下角的校正信号（示波器右下角上侧金属片）连接，鳄鱼夹与接地端子（示波器右下角下侧金属片）连接。 将示波器探头上的衰减开关设定到 1X。（参阅附录 1 和附录 [ 所示面板 图示）
图1：方波信号
2.1 利用网格刻度进行测量
  • 示波器屏幕读数要求：估读到最小分度格的下一位，采用五分之一估读，估读精度为0.04主格，读取的格数应为0.04的整数倍。请回答：格数为什么应为0.04的整数倍?
  • 调节水平和垂直两个方向的 【垂直SCALE】 / 【水平SCALE】 和 【垂直POSITION】 / 【水平POSITION】 旋钮，使得一个周期的信号尽量占满屏幕。请回答：为什么要这样做？
  1. 读取一个高电平段所占时间： 一个高电平段所占格数：；时基档位【水平SCALE】的设置：；（请勿遗漏单位） 高电平段所占时间：。（请勿遗漏单位，下同）
  2. 读取方波的周期，并计算频率： 一个周期所占格数：；时基档位【水平SCALE】的设置：； 方波信号的周期：；信号的频率：。
  3. 读取信号的峰峰值： 方波信号从低电平到高电平的格数：；电压档位【垂直SCALE】的设置：； 信号电压的峰峰值Vpp：。
注意所得结果的有效位数！
2.2 利用【光标】功能菜单对波形上的采样点进行坐标读取
  1. 按前面板 【Cursors】 键，打开光标菜单。设置“测量类型”为 电压，信源选择 CH1。旋转 Multipurpose A 调节光标A至方波波峰，旋转 Multipurpose B 调节光标B至方波波谷。光标测量结果将显示在屏幕左上角光标信息框中。 A→Y：，B→Y：，ΔV：。
  2. 再次按 【Cursors】 键，将“测量类型”改为 时间，信源选择 CH1。调节光标A、B至周期左右边界。 A→X：，B→X：，ΔT：，1/ΔT：。
  3. 信号峰峰值（计算结果）为：，信号频率（计算结果）为：。

三、综合练习
3.1 李萨如图形观测
  • 用两条BNC同轴电缆将函数信号发生器的两个“电压输出”端口分别与示波器的信号输入端“通道1”和“通道2”连接起来。
  • 信号发生器的两路输出信号分别设为：500Hz、Vpp =4V、相位“0°”和500Hz、Vpp =4V、相位“90°”的两正弦信号。
  • 注意：信号发生器的 CH1/CH2 按键用于切换当前通道和开启/关闭输出（背光灯亮表示输出开启）。设置相位差时，需分别激活 CH1 和 CH2，在波形参数菜单中设置相位值（如 CH1 相位 0°，CH2 相位 90°），并确保两路输出均已开启。
首先分别测出两信号的峰峰值和频率填入表，然后再：
  1. 按下【AUTOSET】使得信号在屏幕上稳定显示。
  2. 按水平调节区域的【MENU】按键，在水平菜单中将‘时基格式’设置为XY，屏幕上显示两信号合成后形成的李萨如图。
  3. 通过通道1的【垂直SCALE】和垂直【位置POSITION】设置图形的水平刻度和位置。
  4. 通过通道2的【垂直SCALE】和垂直【位置POSITION】设置图形的垂直刻度和位置。
表3：李萨如图形观测的数据记录表（注意单位）
信号通道 峰峰值 频率 李萨如图形
CH1
CH2
同学可自行尝试改变两路输出信号的参数（频率、峰峰值、相位），记录不同条件下的李萨如图形。
3.2 相位差测量

实验原理：两个频率相同周期为T的交流信号相位的差叫做相位差，或者叫做相差。示意图如图2所示。实验中通过测量两信号达到同一相位（比如图例的峰值点A和B）的时间差ΔT，即可测得两信号的相位差Δθ： $$ \Delta \theta = \frac{\Delta T}{T} \times {360°} $$

图2：频率相同的两正弦信号

实验步骤：

  1. 按水平调节区域的【MENU】按键，在水平菜单中将时基格式设为YT。
  2. 按【Cursors】按钮，显示光标菜单。（参阅上面的具体操作步骤）
  3. 将光标A和光标B移动至合适位置，记录测量结果并计算两路信号相位差。
  4. A→X：_，B→X：，B→X’：，T：，ΔT：。
  5. 相位差计算：

3.3 交直流混合信号测量

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（电压输出）和数字示波器【通道1】。设置函数信号发生器的输出信号为：1kHz、Vpp=5V、直流偏置为+2V的正弦交流信号。 （设置方法：按【CH1】键使其高亮→选择【正弦波】→ 按【频率】设1kHz→按 【幅度】设5Vpp→按【偏移】设+2V→再次按【CH1】键点亮背光灯开启输出。

  1. 按下【AUTOSET】波形稳定显示在屏幕上。
  2. 按【CH1】选择【耦合】为【直流】。
  3. 测量直流耦合状态下信号的“峰峰值”和“平均值”。
  4. 选择【耦合】为【交流】或【接地】。
  5. 此时需利用“测量”功能测量相应电压参数。
  6. 注意耦合标志的变化。
  7. 将测量结果填入表4。
表4 交直流混合信号测量结果记录表
耦合模式 峰峰值Vpp 平均值Mean 波形示意图；DC、AC在同一坐标下示意图，以此比较不同耦合模式下波形的区别 观测波形，分析直流耦合与交流耦合的区别与原因
DC（直流）
AC（交流）
接地
实验内容4 练一练

通过前三部分的学习，你是否对示波器的使用有了基本的了解，通过下面这个题目练一练吧。

图3：待测信号

用示波器测量两个待测信号，测量界面如上图所示，则从图中可以看出：

表5 综合练习
CH1 CH2
耦合方式
Vpp
频率
触发方式
触发电平

若保持示波器其它参数不变，只改变示波器的显示方式来观察这两路信号形成的李萨如图形，则观察到的图形可能是：。

实验内容5-应用
5.1 周围空间电磁信号测量（必做）

探头一端连接示波器信号输入端通道1，另一端测量端接一长导线，靠近一电源线。

调整示波器参数设置，使屏幕显示频率为50Hz的稳定波形。此时观察到的信号有什么特点？拍照记录并分析

参考资料