示波器的基礎知識解析

　　示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。它是觀察數(shù)字電路實驗現(xiàn)象、分析實驗中的問題、測量實驗結果必不可少的重要儀器。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以用它測試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉系統(tǒng)、Y軸偏轉系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標準信號源組成。

　　示波器的原理的利用顯示在示波器上的波形幅度的相對大小來反映加在示波器Y偏轉極板上的電壓最大值的相對大小，從而反映出電磁感應中所產(chǎn)生的交變電動勢的最大值的大小。因此借助示波器可以研究感應電動勢與其產(chǎn)生條件的關系。它主要是用來測量交流電或脈沖電流波的形狀的儀器，由電子管放大器、掃描振蕩器、陰極射線管等組成。除觀測電流的波形外，還可以測定頻率、電壓強度等。凡可以變?yōu)殡娦闹芷谛晕锢磉^程都可以用示波器進行觀測。

　　二、示波器的測量方法分析

　　下面就示波器的電壓、時間、相位和頻率這4種測量方法進行分析。

　　A、電壓的測量

　　利用示波器所做的任何測量，都是歸結為對電壓的測量。示波器可以測量各種波形的電壓幅度，既可以測量直流電壓和正弦電壓，又可以測量脈沖或非正弦電壓的幅度。更有用的是它可以測量一個脈沖電壓波形各部分的電壓幅值，如上沖量或頂部下降量等。這是其他任何電壓測量儀器都不能比擬的。

　　1.直接測量法

　　所謂直接測量法，就是直接從屏幕上量出被測電壓波形的高度，然后換算成電壓值。定量測試電壓時，一般把Y軸靈敏度開關的微調(diào)旋鈕轉至“校準”位置上，這樣，就可以從“V/div”的指示值和被測信號占取的縱軸坐標值直接計算被測電壓值。所以，直接測量法又稱為標尺法。

　?。?）交流電壓的測量

　　將Y軸輸入耦合開關置于“AC”位置，顯示出輸入波形的交流成分。如交流信號的頻率很低時，則應將Y軸輸入耦合開關置于“DC”位置。

　　將被測波形移至示波管屏幕的中心位置，用“V/div”開關將被測波形控制在屏幕有效工作面積的范圍內(nèi)，按坐標刻度片的分度讀取整個波形所占Y軸方向的度數(shù)H,則被測電壓的峰-峰值VP-P可等于“V/div”開關指示值與H的乘積。如果使用探頭測量時，應把探頭的衰減量計算在內(nèi)，即把上述計算數(shù)值乘10.

　　例如示波器的Y軸靈敏度開關“V/div”位于0.2檔級，被測波形占Y軸的坐標幅度H為5div,則此信號電壓的峰-峰值為1V.如是經(jīng)探頭測量，仍指示上述數(shù)值，則被測信號電壓的峰-峰值就為10V.

　?。?）直流電壓的測量

　　將Y軸輸入耦合開關置于“地”位置，觸發(fā)方式開關置“自動”位置，使屏幕顯示一水平掃描線，此掃描線便為零電平線。

　　將Y軸輸入耦合開關置“DC”位置，加入被測電壓，此時，掃描線在Y軸方向產(chǎn)生跳變位移H,被測電壓即為“V/div”開關指示值與H的乘積。

　　直接測量法簡單易行，但誤差較大。產(chǎn)生誤差的因素有讀數(shù)誤差、視差和示波器的系統(tǒng)誤差（衰減器、偏轉系統(tǒng)、示波管邊緣效應）等。

　　2.比較測量法

　　比較測量法就是用一已知的標準電壓波形與被測電壓波形進行比較求得被測電壓值。

　　將被測電壓Vx輸入示波器的Y軸通道，調(diào)節(jié)Y軸靈敏度選擇開關“V/div”及其微調(diào)旋鈕，使熒光屏顯示出便于測量的高度Hx并做好記錄，且“V/div”開關及微調(diào)旋鈕位置保持不變。去掉被測電壓，把一個已知的可調(diào)標準電壓Vs輸入Y軸，調(diào)節(jié)標準電壓的輸出幅度，使它顯示與被測電壓相同的幅度。此時，標準電壓的輸出幅度等于被測電壓的幅度。比較法測量電壓可避免垂直系統(tǒng)引起和誤差，因而提高了測量精度。

　　B、時間的測量

　　示波器時基能產(chǎn)生與時間呈線性關系的掃描線，因而可以用熒光屏的水平刻度來測量波形的時間參數(shù)，如周期性信號的重復周期、脈沖信號的寬度、時間間隔、上升時間（前沿）和下降時間（后沿）、兩個信號的時間差等等。

　　將示波器的掃速開關“t/div”的“微調(diào)”裝置轉至校準位置時，顯示的波形在水平方向刻度所代表的時間可按“t/div”開關的指示值直讀計算，從而較準確地求出被測信號的時間參數(shù)。

　　C、相位的測量

　　利用示波器測量兩個正弦電壓之間的相位差具有實用意義，用計數(shù)器可以測量頻率和時間，但不能直接測量正弦電壓之間的相位關系。利用示波器測量相位的方法很多，下面，僅介紹幾種常用的簡單方法。

　　1.雙蹤法

　　雙蹤法是用雙蹤示波器在熒光屏上直接比較兩個被測電壓的波形來測量其相位關系。測量時，將相位超前的信號接入YB通道，另一個信號接入YA通道。選用YB觸發(fā)。調(diào)節(jié)“t/div”開關，使被測波形的一個周期在水平標尺上準確地占滿8div,這樣，一個周期的相角360°被8等分，每1div相當于45°。讀出超前波與滯后波在水平軸的差距T,按下式計算相位差φ：

　　φ=45°/div×T（div）

　　如T==1.5div ,則φ=45°/div×1.5div=67.5°

　　2.李薩如圖形法測相位

　　將示波器的X軸選擇置于X軸輸入位置，將信號u1接入示波器的Y軸輸入端，信號u2接入示波器的X軸輸入端。適當調(diào)節(jié)示波器面板上相關旋鈕，使熒光屏上顯現(xiàn)一個大小適宜的橢圓（在特殊情況下，可能是一個正圓或一根斜線）。

　　D、頻率的測量

　　用示波器測量信號頻率的方法很多，下面介紹常用的兩種基本方法。

　　1.周期法

　　對于任何周期信號，可用前述的時間間隔的測量方法，先測定其每個周期的時間T,再用下式求出頻率f :f=1/T

　　例如示波器上顯示的被測波形，一周期為8div,“t/div”開關置“1μs”位置，其“微調(diào)”置“校準”位置。則其周期和頻率計算如下：

　　T=1us/div×8div = 8us

　　f= 1/8us =125kHz

　　所以，被測波形的頻率為125kHz.

　　2.李薩育圖形法測頻率

　　將示波器置X-Y工作方式，被測信號輸入Y軸，標準頻率信號輸入“X外接”,慢慢改變標準頻率，使這兩個信號頻率成整數(shù)倍時，例如fx :

　　fy=1:2,則在熒光屏上會形成穩(wěn)定的李沙育圖形。

　　三、示波器使用中的注意事項

　　儀器操作人員的安全和儀器安全，儀器在安全范圍內(nèi)正常工作，保證測量波形準確、數(shù)據(jù)可靠。因此，在儀器使用中應注意：

　　1.通用示波器通過調(diào)節(jié)亮度和聚焦旋鈕使光點直徑最小以使波形清晰，減小測試誤差；不要使光點停留在一點不動，否則電子束轟擊一點宜在熒光屏上形成暗斑，損壞熒光屏。

　　2.測量系統(tǒng)- 例如示波器、信號源；打印機、計算機等設備等。被測電子設備- 例如儀器、電子部件、電路板、被測設備供電電源等設備接地線必須與公共地（大地）相連。

　　3.TDS200/TDS1000/TDS2000 系列數(shù)字示波器配合探頭使用時，只能測量（被測信號- 信號地就是大地，信號端輸出幅度小于300VCAT II）信號的波形。絕對不能測量市電AC220V 或與市電AC220V 不能隔離的電子設備的浮地信號。（浮地是不能接大地的，否則造成儀器損壞，如測試電磁爐。）

　　4.通用示波器的外殼，信號輸入端BNC 插座金屬外圈，探頭接地線，AC220V 電源插座接地線端都是相通的。如儀器使用時不接大地線，直接用探頭對浮地信號測量，則儀器相對大地會產(chǎn)生電位差；電壓值等于探頭接地線接觸被測設備點與大地之間的電位差。這將對儀器操作人員、示波器、被測電子設備帶來嚴重安全危險。

　　5. 用戶如須要測量開關電源（開關電源初級，控制電路） 、UPS（不間斷電源）、電子整流器、節(jié)能燈、變頻器等類型產(chǎn)品或其它與市電AC220V 不能隔離的電子設備進行浮地信號測試時，必使用DP100高壓隔離差分探頭。

　　除此之外，熱電子儀器還要避免頻繁開機、關機，并且關機前先將輝度調(diào)節(jié)旋鈕沿逆時針方向轉到底，使亮度減到最小，然后再斷開電源開關。