示波器(oscilloscope)是电子技术中一项极其重要的发明,是最经典、最通用的时域波形测试仪器,是电子测量仪器发展史中影响最大、用途最广的测量仪器。 顾名思义,示波器就是能显示波形的仪器,能将抽象的电信号变成直观可见可测的图像信息;它不仅可以用来测量电信号电压与时间的关系,配合各种传感器,把非电学量转换成电学量,还可以用来测量压力、振动、声、光、热等各种非电学信号与时间的关系,号称“万能”的变化记录仪。 诺贝尔奖获得者、德国物理学家K.F.布劳恩(Braun KF,1850-1918)在1897年发明了第一台阴极射线显像管(CRT)示波器。他向荧光阴极射线管上的水平偏转板施加一个振荡信号,然后向纵向偏转板加一个测试信号,这两个偏转板使射线电子束发生偏转,在小荧光屏上产生瞬态的电波图像。该发明逐步演变成一台测量仪器,并且其性能不断地在改善,1946 年 Tektronix 公司推出基于同步触发的稳定CRT示波器。 随着科学技术的不断发展,示波器的种类越来越多,功能也越来越强大;按示波器的技术特点,可以将示波器分为三类:
这三类示波器各具特点,随着数字技术快速发展和广泛应用,数字化在物理量的测量、数据处理、传输和存贮诸方面给人类带来极大的便捷,数字示波器的使用必将成为主流;从示波器的教学角度,模拟示波器涉及电子发射、电子在电磁场中运动控制,触发同步扫描,荧光余辉显示等技术和物理原理,测量过程直观实时、没有量化延迟,同时,示波器操作界面按键多、功能多、具有良好的人机交互功能,在模拟示波器的教学中训练学生的动手和动脑能力中有独特的优势。
物理与技术、工程的关系非常密切,物理的进步得益于新技术的应用,技术及工程上的难题的解决又常借助于新的科学知识的发现,技术是物理理论与实验的中介或桥梁。理解物理与技术的相互作用,培养学生将技术应用于科学实践活动甚至日常生活中的意识。 K.F.布劳恩发明“第一台阴极射线显像管(CRT)示波器”的科技创新。 示波器与时俱进的发展之道。
示波器的发展与现代科学技术密切相关; 示波器在科学研究和工程技术中都有广泛的应用,在信息、电力、电子、通信、控制、仪器等行业中的应用尤为特出。
参考文献:
[1]曹晟辰.示波器的前世今生[J].中国集成电路,2018,27(08):29-32+38.
[2]尹晓冬,蔡国英,刘战存.K.F.布劳恩对物理学的几个重要贡献[J].大学物理,2016,35(04):43-48+59
(1)了解示波器的结构,理解其工作原理,特别强调触发同步功能的实现机理;
(2)通过人机交互,快速学习示波器操作界面,熟悉面板上基本按键和旋钮的功能;
(3)熟悉信号发生器的功能和使用;
(4)观察周期性输入电压信号波形,改变扫描周期以获得左移、右移和稳定的波形;
(5)学习触发同步操作以得到稳定的波形,学习示波器进行校准;
(6)学习使用示波器观察各种电信号的波形,并直读法和光标法测量其电压大小、周期和频率。
(1)观察李萨如图的特征,学习李萨如图形法测定未知正弦信号的频率;
(2)用双踪示波器观察二极管的单向导电性,并测量二极管的导通电压;
(3)用双踪示波器观察观察RC电路的相位变化,并测量相位差。
(1)整流和滤波的观察和测量;
(2)设计制作一只稳压直流电源,并测试其性能参数。
(1)比较研究各种功能二极管的伏安曲线(整流二极管,稳压二极管,开关二极管,雪崩二极管,发光二极管等);
(2)研究二极管反向电流的温度或频率特性;
(3)研究二极管的动态电阻;
(4)研究电器的功率因素。
培养理论联系实际、动手动脑相结合的能力;
通过人机交互,培养快速学习现代仪器的基本操作能力;
学习正确使用示波器和信号发生器,培养测量电学量的能力;
设计制作训练,培育应用能力;
科研能力的训练。
振幅、周期、频率、相位 水平系统,垂直系统,触发系统,波形形成原理,X轴Y轴灵敏度 X-Y合成、李萨如图;
二极管的性能特征;
电功率因素。
物理、电子、测量、仪器仪表、自动化、计算机等工科专业。
示波器在磁滞回线、混沌电路、声速测量、光速测量以及RLC实验中的应用等等。
示波器在多学科多专业的科学研究和工程技术中应用。
欢迎大家留言讨论! — 乐永康 2019/12/05 13:01