實驗報告
連續訊號與瞬態訊號的測量
【實驗目的】
1、學習數字存貯示波器的基本使用方法；
2、利用數字存貯示波器觀察和測量連續週期電訊號；
3、利用數字存貯示波器觀察和測量閃光燈瞬態訊號；
【實驗原理】
1．觀察和測量連續訊號的引數
測量訊號發生器輸出的交流波形，波形有：正弦波、方波，脈衝波和ttl電平的波形．分別用示波器的交直流輸入檔測量．粗略描繪波形，記錄其峰-峰值、週期或頻率．
2．相位差的測量
按圖1連線rc移相電路，利用示波器的游標（cursor）旋鈕測出輸入訊號電壓和電容兩端電壓之間的相位差圖2所示，尋找3個頻率，分別使得相位差接近0度、等於45度和接近90度．畫出向量圖（圖3所示的任意相位差的向量圖）．
（1）圖1 rc移相電路
圖3 uc、ur向量圖
3．瞬態訊號的測量
參見圖4，閃光燈屬氣體放電燈，內充有高壓氙氣，在兩端加有高壓的情況下，氣體迅速電離，形成電弧，此時電阻急劇下降，在燈管中流過很大的電流，儲能電容用來維持放電狀態初始的電離，由外加的乙個高壓脈衝引起．由於在放電過程中，儲能電容的能量迅速下降，電容兩端的電壓也迅速下降，當放電過程不能維持時，閃光就終止了．如果儲能電容的容量較小時，這個過程非常短，在微秒量級，要觀察其放電過程，較好的方法是用儲存示波器．
對於極短的閃光過程，要選用合適的光電感測器，響應時間要短．這裡我們給出了兩種光電感測器，一種是較小面積的pin型矽光電二極體，這種二極體在pn結中間夾了一層本徵材料層，在反向偏置使用時有更小的電容更快的響應和更好的線性．它的有光照變化下的伏-安特性曲線見圖５．
同時我們給出另一種cds光敏電阻．cds光敏電阻的響應時間比較長，不適應作快速測量，在這裡我們給出是為了作乙個比較，在快速測量中取樣電阻也要小，以減少高頻損失。
圖４中r1為儲能電容，ce為放電時的電流取樣電阻，r2為光電感測器d的光電流取樣電阻，ce與閃光燈併聯用這個電路，我們可以同時測量出閃光訊號和儲能電容ce的放電電流
如果ce兩端的電壓在放電前後分別為v充、v放，那麼ce輸出的總能量為
（2）（3）以訊號峰值的10% ~ 90%變化量作為基準，可計算出電流的上公升速率di/dt．
按圖４在外掛程式板上連線，檢查無誤後接通電源，當閃光發生器上的指示燈亮後，按下觸發按鈕，此時應有閃光發出．然後調整示波器的觸發模式，使其處於單次觸發狀態，適當調節觸發電平和通道靈敏度，就能在螢屏上看到兩個取樣波形，如圖6所示；
更換光電感測器，比較兩者的差別；
用兩個儲能電容，以串聯、單個和併聯的方式改變ce的容量，測量它們的波形，並計算ec，pr1和di/dt；
為了能正確測量ce放電的剩餘電壓，在按觸發按鈕前，應把電源開關k斷開．在更換
儲能電容時不要碰電容的電極，要確保電容已經放電．
圖6 兩個取樣電阻上訊號波形
為了保證矽光電二極體d始終保持反向偏置，要適當調整d與閃光燈的位置，使d上的最低電壓在3v左右。
【實驗資料記錄、實驗結果計算】
1． 相位差的測量
方法一方法二
根據理論
得 f=100.5hz 時， =0.271
f=1.003khz 時， =1.22
f=10.02khz 時， =1.53
2． 瞬態訊號的測量
放出的能量
峰值功率
90%左右的資料： 電壓 12.0v 時間 0.5
10%左右的資料： 電壓 1.3v 時間 3.0
【對實驗結果中的現象或問題進行分析、討論】
1. 相位差的測量
將方法一和方法二的值進行比較，並分別與理論值進行比較：
100.5hz時
1.003khz 時
10.02khz時
分析它們的相對誤差可看出：
1. 100.5hz時的測量值與理論值誤差比較大，而頻率越大，
誤差就越小，這可能是電容的特性使得在頻率較高時與理論值很接近，在頻率較低時和理論、值偏差較大。
2. 方法一和方法二相對誤差很小，驗證了這兩種方法的等效性。
2. 瞬態訊號的測量
從放出的能量0.18j和峰值功率可以看出，閃光發出的能量其實並不大，但是時間極短，所以導致其峰值功率非常高。
討論示波器顯示的波形不同的原因：
兩列波的起點和峰值出現的時間不同，ch2在前，ch1在後，這主要是因為光敏電阻具有一定的響應時間，雖然這個時間極短，但是由於整個閃光時間和放電時間也極短，所以光敏電阻的響應時間被如實反映在了影象之中。
【附頁】
思考題：
1. 分析實驗內容1引起相位差的原因。
答：這主要是電容引起的相位滯後導致的，由於電容兩端的電勢差取決於電容所帶電荷數，所以有交流電知識可知，當波源輸出正弦波時，電容兩端的電勢差落後電阻的相位差，經過電勢差的相位合成，最終引起相位差。如圖：
2. 在上述瞬態訊號測量中，如果的阻值增大，放電曲線會有什麼變化？
答：的阻值增大，則相同情況下通過的的電流較小，所以放電曲線的坡度會變緩。
3. 如果在上串乙個1的電感l，請問曲線會有什麼變化？
答：因為電感在電路中總是阻礙電流的變化的，所以加上電感後，曲線會變平坦,波峰也會後移。
4. 瞬態訊號測量中，我們注意到的兩個波形的起點不一致，光電流波形要滯後於放電電流波形，試提出自己對這一現象的解釋。
答：這在上面的討論中已經有作答，這主要是因為光敏電阻具有一定的響應時間，雖然這個時間極短，但是由於整個閃光時間和放電時間也極短，所以光敏電阻的響應時間被如實反映在了影象之中。
5. 為什麼不能取得過大？
答：因為加在矽光電二極體上的反向電壓至少要3v，如果太大，分得的電壓就大，就可能使得矽光電二極體上的電壓小於3v。所以不能加得過大。
實驗感想
本次實驗是我本學期做的第七個實驗，在這個實驗中我熟悉了數字萬用表的使用。數字萬用表是非常重要的實驗工具，熟悉數字萬用表的使用對以後很多電磁學的實驗都有很大的幫助。我也再次練習電路的連線，我的電路連線的能力不是很強，所以希望在每次電路實驗中有所加強，這次的電路圖比較繁瑣，正好使我得到了充分的鍛鍊。
感謝助教老師在實驗中給予我的幫助!
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