趙 艷，廖艷林

（1.安徽醫(yī)科大學(xué)，安徽 合肥 230032；2.安徽大學(xué)，安徽 合肥 230039）

示波器是一種電子信號(hào)測(cè)量儀器，廣泛應(yīng)用于電信號(hào)波形的直接觀測(cè)、電信號(hào)參數(shù)（頻率，幅度和周期）測(cè)定和兩個(gè)不同電信號(hào)之間相位差的測(cè)量［1－3］。另外，結(jié)合各種探測(cè)器，示波器還廣泛應(yīng)用于各種非電量變化過程的觀測(cè)。由于示波器應(yīng)用的廣泛性，示波器一直是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的核心內(nèi)容之一［4－9］。但是示波器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，操作要求高，導(dǎo)致學(xué)生在規(guī)定教學(xué)時(shí)間內(nèi)難以把握其工作原理，不能達(dá)到“舉一反三”，不利于學(xué)生操作新型號(hào)示波器。另一方面，Matlab是一種高級(jí)的矩陣／陣列語言，具有運(yùn)算表達(dá)式結(jié)構(gòu)簡單易讀的特點(diǎn)，同時(shí)該軟件還具有強(qiáng)大的繪圖能力，已在在科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文利用Matlab簡潔的語句表達(dá)方式和強(qiáng)大的繪圖能力，實(shí)現(xiàn)示波器中掃描方式、同步問題和李薩如圖形的演示。該研究不但可以幫助學(xué)生加深對(duì)示波器工作原理理解，同時(shí)也可以提高示波器實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

1 示波器工作原理仿真

示波器工作原理核心內(nèi)容包括掃描原理、同步和李薩如圖形，下面將利用Matlab編寫原理仿真語句。

1.1 掃描原理

構(gòu)建一正弦波作為輸入信號(hào)，另構(gòu)建一鋸齒波作為掃描信號(hào)，然后以輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的掃描信號(hào)數(shù)據(jù)作圖，重現(xiàn)輸入信號(hào)，完成掃描原理的演示。以下是掃描原理語句：

圖1為上述Matlab語句完成的繪圖，從圖1（c）可看出，編寫的語句很好的重現(xiàn)了輸入信號(hào)，另外，還可以從圖1（c）中看出，原始信號(hào)所沒有的一條水平線，這就是我們?cè)谑静ㄆ鹘虒W(xué)中常說的“回掃線”。在實(shí)驗(yàn)中這條線可能觀測(cè)不到，但是其與我們的理論模擬結(jié)果一樣是客觀存在的，只是因?yàn)檫@個(gè)水平線的時(shí)間很短，線條很暗，而且很多示波器還采用消隱電路將其消除，使其觀測(cè)不到。

1.2 同步

如果鋸齒波信號(hào)的周期不是輸入信號(hào)周期的整數(shù)倍時(shí)，將會(huì)在示波器屏幕上出現(xiàn)不穩(wěn)定的圖形，下面假定鋸齒波周期為輸入信號(hào)的周期的2.1倍。以下是示波器不同步時(shí)模擬語句：

圖1 掃描原理的演示

從圖2（c）可以看出，由于鋸齒波信號(hào)與輸入信號(hào)周期不滿足整數(shù)倍要求，模擬結(jié)果顯示每個(gè)周期繪出的圖形都不能重疊，好像波形在移動(dòng)，這與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的結(jié)果是一致的。另外，圖中的水平線是“回掃線”。

圖2 不同步掃描的演示

1.3 李薩如圖形

利用李薩如圖形可以方便的比較兩個(gè)信號(hào)頻率之間的關(guān)系，以下是不同周期比值的李薩如圖形的Matlab語句：

圖3 不同周期之比的李薩如圖形

2 結(jié) 論

文章利用Matlab簡潔的語句表達(dá)方式和強(qiáng)大的繪圖能力，實(shí)現(xiàn)了示波器中掃描方式、同步問題和李薩如圖形的演示。該研究不但可以幫助學(xué)生加深對(duì)示波器工作原理理解，同時(shí)也可以提高示波器實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

［1］張磊.淺談示波器實(shí)驗(yàn)的教學(xué)［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2008，21（3）：13－14.

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