課程目標：

• 示波器的工作原理 / the working principle of a Oscilloscope

• 示波器的操作 / the operation of a Oscilloscope

• 拍頻 / Beat

• 呂氏圖形 / Lissajous Figures

實驗目的：

學習示波器的操作及熟悉訊號產生器的使用。
利用示波器測量訊號的頻率、週期、振幅等特性，以觀察當實驗條件變化之下實驗系統的反應。

原理：

利用橫向快速掃動的方式，示波器以橫軸為時間軸、縱軸為電壓軸的螢幕畫面，將高頻的週期訊號呈現出來，以利使用者進行後續之判讀與分析。

實驗項目：

本實驗利用｢訊號產生器｣，輸生實驗所要求之特定波形的週期訊號，如正弦波 、鋸尺波、方波 等波形，以及各訊號的振幅(電壓Vp-p)與頻率。

然而，所輸出的週期訊號的觀測，則需要透過｢示波器｣才得以觀測其電壓隨時間變化的關係，以判斷其訊號的各項特徵是否正確。｢示波器｣為一個檢測週期訊號的 檢測儀器。

實驗內容如下：

A. 熟悉儀器

• 示波器

• 訊號產生器

B. 交流訊號的測量

• 利用訊號產生器輸出以下各訊號，並連接至示波器進行觀測。
  1. 500 Hz V_p-p = 10 Volt 正弦波
  2. 1 kHz V_p-p = 2 Volt 鋸尺波
  3. 5 kHz V_p-p = 0.3 Volt 方波
  4. 500 Hz V_p-p = 0.1 Volt 方波
  (p-p: peak to peak)
  　

• 請調整示波器，使螢幕上出現清晰而穩定的波形，並請畫圖記錄之。
  (注意：X軸與Y軸的單位要標明)
  ※ 以頻率與週期的關係，確認你所量測到的結果是否正確。
  ※ 請在所記錄的訊號波形圖旁，紀錄你在示波器上的各項設定為何。包括 VOLTS/DIV、TIME/DIV 或者其他重要的設定選擇。(建議將此紀錄作的越詳細越好。之後實驗在操作示波器時，可以以此紀錄為參考。)

C. 拍頻 ( Beat )

• 利用 2 部訊號產生器，分別輸出頻率為 f1、f2 的弦波。

• 將上述 2 訊號送入示波器，並以電壓相加 (add) 的方式，模擬 2 弦波振幅相加的結果。

• 觀察 Beat 的現象，測量 Beat Frequency ( = f1 - f2 )。

D. 呂氏圖形 ( Lissajous Figures )

• 利用 2 部訊號產生器，分別輸出頻率為 f1、f2 的弦波。

• 將上述 2 訊號送入示波器，分別控制光點的 X 與 Y 方向動作。

• 觀察示波器上的圖形，並分析其結果。

參考資料：

• 教學影片 YouTube
• 模擬實驗 Python
• Concepts and History history
  　
• 使用手冊：
  類比訊號產生器 GFG-8216A GwINSTEK
  類比示波器 GOS-622G GwINSTEK
  數位示波器 TDS 1001B Tektronix