示波器介紹與使用方法

一、示波器的介紹：

　　示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器，它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像。

　　示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細小的光點。在被測信號的作用下，電子束在屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。

　　示波器顯示的是信號電壓隨時間的變化。因此，示波器可以用來測量信號的頻率，周期，信號的上升沿/下降沿，信號的過沖，信號的噪聲，信號間的時序關(guān)系等等。

　　在示波器顯示屏上，橫坐標(biāo)（X）代表時間，縱坐標(biāo)（Y）代表電壓，（注：如果示波器有測量電流的功能，縱坐標(biāo)還代表電流。）還有就是比較少被關(guān)注的-亮度（Z），在TEK的DPO示波器中，亮度還表示了出現(xiàn)概率（它用16階灰度來表示出現(xiàn)概率）。

二、示波器的基本作用：

　　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?yīng)的周期性物理過程都可以用示波器進行觀測。

三、示波器的分類：

　　（1）按照信號的不同分類

　　模擬示波器采用的是模擬電路（示波管，其基礎(chǔ)是電子槍）電子槍向屏幕發(fā)射電子,發(fā)射的電子經(jīng)聚焦形成電子束,并打到屏幕上。屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物質(zhì),這樣電子束打中的點就會發(fā)出光來。

　　數(shù)字示波器則是數(shù)據(jù)采集，A/D轉(zhuǎn)換，軟件編程等一系列的技術(shù)制造出來的高性能示波器。數(shù)字示波器的工作方式是通過模擬轉(zhuǎn)換器（ADC）把被測電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。數(shù)字示波器捕獲的是波形的一系列樣值，并對樣值進行存儲，存儲限度是判斷累計的樣值是否能描繪出波形為止，隨后，數(shù)字示波器重構(gòu)波形。數(shù)字示波器可以分為數(shù)字存儲示波器（DSO），數(shù)字熒光示波器（DPO）和采樣示波器。

　　模擬示波器要提高帶寬，需要示波管、垂直放大和水平掃描全面推進。數(shù)字示波器要改善帶寬只需要提高前端的A/D轉(zhuǎn)換器的性能，對示波管和掃描電路沒有特殊要求。加上數(shù)字示波管能充分利用記憶、存儲和處理，以及多種觸發(fā)和超前觸發(fā)能力。廿世紀(jì)八十年代數(shù)字示波器異軍突起，成果累累，大有全面取代模擬示波器之勢，模擬示波器的確從前臺退到后臺。

　?。?）按照結(jié)構(gòu)和性能不同分類

　　①普通示波器:電路結(jié)構(gòu)簡單，頻帶較窄，掃描線性差，僅用于觀察波形。

　?、诙嘤檬静ㄆ?頻帶較寬，掃描線性好，能對直流、低頻、高頻、超高頻信號和脈沖信號進行定量測試。借助幅度校準(zhǔn)器和時間校準(zhǔn)器，測量的準(zhǔn)確度可達±5%。

　?、鄱嗑€示波器:采用多束示波管，能在熒光屏上同時顯示兩個以上同頻信號的波形，沒有時差，時序關(guān)系準(zhǔn)確。

　　④多蹤示波器:具有電子開關(guān)和門控電路的結(jié)構(gòu)，可在單束示波管的熒光屏上同時顯示兩個以上同頻信號的波形。但存在時差，時序關(guān)系不準(zhǔn)確。

　　⑤取樣示波器。采用取樣技術(shù)將高頻信號轉(zhuǎn)換成模擬低頻信號進行顯示，有效頻帶可達GHz級。

　?、抻洃浭静ㄆ?采用存儲示波管或數(shù)字存儲技術(shù)，將單次電信號瞬變過程、非周期現(xiàn)象和超低頻信號長時間保留在示波管的熒光屏上或存儲在電路中，以供重復(fù)測試。

　　⑦數(shù)字示波器：內(nèi)部帶有微處理器，外部裝有數(shù)字顯示器，有的產(chǎn)品在示波管熒光屏上既可顯示波形，又可顯示字符。被測信號經(jīng)模一數(shù)變換器（A/D變換器）送入數(shù)據(jù)存儲器，通過鍵盤操作，可對捕獲的波形參數(shù)的數(shù)據(jù)，進行加、減、乘、除、求平均值、求平方根值、求均方根值等的運算，并顯示出答案數(shù)字。

四、簡約介紹示波器的基本構(gòu)造：

　　顯示電路

　　顯示電路包括示波管及其控制電路兩個部分。示波管是一種特殊的電子管，是示波器一個重要組成部分。示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏3個部分組成。

　?。?）電子槍

　　電子槍用于產(chǎn)生并形成高速、聚束的電子流，去轟擊熒光屏使之發(fā)光。

　　(2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

　　示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)大都是靜電偏轉(zhuǎn)式，它由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為水平偏轉(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板。分別控制電子束在水平方向和垂直方向的運動。

　?。?）熒光屏

　　熒光屏位于示波管的終端，它的作用是將偏轉(zhuǎn)后的電子束顯示出來，以便觀察。

　　Y軸放大電路

　　由于示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度甚低，例如常用的示波管13SJ38J型，其垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.86mm/V（約12V電壓產(chǎn)生1cm的偏轉(zhuǎn)量），所以一般的被測信號電壓都要先經(jīng)過垂直放大電路的放大，再加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，以得到垂直方向的適當(dāng)大小的圖形。

　　X軸放大電路

　　由于示波管水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度也很低，所以接入示波管水平偏轉(zhuǎn)板的電壓（鋸齒波電壓或其它電壓）也要先經(jīng)過水平放大電路的放大以后，再加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，以得到水平方向適當(dāng)大小的圖形。

　　掃描同步電路

　　掃描電路產(chǎn)生一個鋸齒波電壓。該鋸齒波電壓的頻率能在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。鋸齒波電壓的作用是使示波管陰極發(fā)出的電子束在熒光屏上形成周期性的、與時間成正比的水平位移，即形成時間基線。這樣，才能把加在垂直方向的被測信號按時間的變化波形展現(xiàn)在熒光屏上。

　　電源供給電路

　　電源供給電路：供給垂直與水平放大電路、掃描與同步電路以及示波管與控制電路所需的負高壓、燈絲電壓等。

五、示波器的使用方法：

　　示波器雖然分成好幾類，各類又有許多種型號，但是一般的示波器除頻帶寬度、輸入靈敏度等不完全相同外，在使用方法的基本方面都是相同的。本章以SR-8型雙蹤示波器為例介紹。

　　（一）面板裝置SR-8型雙蹤示波器的面板圖如圖所示。其面板裝置按其位置和功能通常可劃分為3大部分：顯示、垂直（Y軸）、水平（X軸）?，F(xiàn)分別介紹這3個部分控制裝置的作用。

　　1．顯示部分主要控制件為：

　?。?）電源開關(guān)。

　?。?）電源指示燈。

　?。?）輝度調(diào)整光點亮度。

　?。?）聚焦調(diào)整光點或波形清晰度。

　?。?）輔助聚焦配合“聚焦”旋鈕調(diào)節(jié)清晰度。

　　（6）標(biāo)尺亮度調(diào)節(jié)坐標(biāo)片上刻度線亮度。

　?。?）尋跡當(dāng)按鍵向下按時，使偏離熒光屏的光點回到顯示區(qū)域，而尋到光點位置。

　?。?）標(biāo)準(zhǔn)信號輸出1kHz、1V方波校準(zhǔn)信號由此引出。加到Y(jié)軸輸入端，用以校準(zhǔn)Y軸輸入靈敏度和X軸掃描速度。

　　2．Y軸插件部分

　?。?）顯示方式選擇開關(guān)用以轉(zhuǎn)換兩個Y軸前置放大器YA與YB工作狀態(tài)的控制件，具有五種不同作用的顯示方式：

　　“交替”：當(dāng)顯示方式開關(guān)置于“交替”時，電子開關(guān)受掃描信號控制轉(zhuǎn)換，每次掃描都輪流接通YA或YB信號。當(dāng)被測信號的頻率越高，掃描信號頻率也越高。電

　　子開關(guān)轉(zhuǎn)換速率也越快，不會有閃爍現(xiàn)象。這種工作狀態(tài)適用于觀察兩個工作頻率較高的信號。

　　“斷續(xù)”：當(dāng)顯示方式開關(guān)置于“斷續(xù)”時，電子開關(guān)不受掃描信號控制，產(chǎn)生頻率固定為200kHz方波信號，使電子開關(guān)快速交替接通YA和YB。由于開關(guān)動作頻率高于被測信號頻率，因此屏幕上顯示的兩個通道信號波形是斷續(xù)的。當(dāng)被測信號頻率較高時，斷續(xù)現(xiàn)象十分明顯，甚至無法觀測；當(dāng)被測信號頻率較低時，斷續(xù)現(xiàn)象被掩蓋。因此，這種工作狀態(tài)適合于觀察兩個工作頻率較低的信號。

　　“YA”、“YB”：顯示方式開關(guān)置于“YA”或者“YB”時，表示示波器處于單通道工作，此時示波器的工作方式相當(dāng)于單蹤示波器，即只能單獨顯示“YA”或“YB”通道的信號波形。

　　“YA+YB”：顯示方式開關(guān)置于“YA+YB”時，電子開關(guān)不工作，YA與YB兩路信號均通過放大器和門電路，示波器將顯示出兩路信號疊加的波形。

　　（2）“DC-⊥-AC”Y軸輸入選擇開關(guān)，用以選擇被測信號接至輸入端的耦合方式。置于“DC”是直接耦合，能輸入含有直流分量的交流信號；置于“AC”位置，實現(xiàn)交流耦合，只能輸入交流分量；置于“⊥”位置時，Y軸輸入端接地，這時顯示的時基線一般用來作為測試直流電壓零電平的參考基準(zhǔn)線。

　　（3）“微調(diào)V/div”靈敏度選擇開關(guān)及微調(diào)裝置。靈敏度選擇開關(guān)系套軸結(jié)構(gòu)，黑色旋鈕是Y軸靈敏度粗調(diào)裝置，自10mv/div～20v/div分11檔。紅色旋鈕為細調(diào)裝置，順時針方向增加到滿度時為校準(zhǔn)位置，可按粗調(diào)旋鈕所指示的數(shù)值，讀取被測信號的幅度。當(dāng)此旋鈕反時針轉(zhuǎn)到滿度時，其變化范圍應(yīng)大于2.5倍，連續(xù)調(diào)節(jié)“微調(diào)”電位器，可實現(xiàn)各檔級之間的靈敏度覆蓋，在作定量測量時，此旋鈕應(yīng)置于順時針滿度的“校準(zhǔn)”位置。

　　（4）“平衡”當(dāng)Y軸放大器輸入電路出現(xiàn)不平衡時，顯示的光點或波形就會隨“V/div”開關(guān)的“微調(diào)”旋轉(zhuǎn)而出現(xiàn)Y軸方向的位移，調(diào)節(jié)“平衡”電位器能將這種位移減至最小。

　?。?）“↑↓”Y軸位移電位器，用以調(diào)節(jié)波形的垂直位置。

　?。?）“極性、拉YA”YA通道的極性轉(zhuǎn)換按拉式開關(guān)。拉出時YA通道信號倒相顯示，即顯示方式（YA+YB）時，顯示圖像為YB-YA。

　?。?）“內(nèi)觸發(fā)、拉YB”觸發(fā)源選擇開關(guān)。在按的位置上（常態(tài))掃描觸發(fā)信號分別取自YA及YB通道的輸入信號，適應(yīng)于單蹤或雙蹤顯示，但不能夠?qū)﹄p蹤波形作時間比較。當(dāng)把開關(guān)拉出時，掃描的觸發(fā)信號只取自于YB通道的輸入信號，因而它適合于雙蹤顯示時對比兩個波形的時間和相位差。

　　（8）Y軸輸入插座采用BNC型插座，被測信號由此直接或經(jīng)探頭輸入。

　　3．X軸插件部分

　?。?）“t/div”掃描速度選擇開關(guān)及微調(diào)旋鈕。X軸的光點移動速度由其決定，從0.2μs～1s共分21檔級。當(dāng)該開關(guān)“微調(diào)”電位器順時針方向旋轉(zhuǎn)到底并接上開關(guān)后，即為“校準(zhǔn)”位置，此時“t/div”的指示值，即為掃描速度的實際值。

　　（2）“擴展、拉×10”掃描速度擴展裝置。是按拉式開關(guān)，在按的狀態(tài)作正常使用，拉的位置掃描速度增加10倍?！皌/div”的指示值，也應(yīng)相應(yīng)計取。采用“擴展拉×10”適于觀察波形細節(jié)。

　?。?）“→←”X軸位置調(diào)節(jié)旋鈕。系X軸光跡的水平位置調(diào)節(jié)電位器，是套軸結(jié)構(gòu)。外圈旋鈕為粗調(diào)裝置，順時針方向旋轉(zhuǎn)基線右移，反時針方向旋轉(zhuǎn)則基線左移。置于套軸上的小旋鈕為細調(diào)裝置，適用于經(jīng)擴展后信號的調(diào)節(jié)。

　?。?）“外觸發(fā)、X外接”插座采用BNC型插座。在使用外觸發(fā)時，作為連接外觸發(fā)信號的插座。也可以作為X軸放大器外接時信號輸入插座。其輸入阻抗約為1MΩ。外接使用時，輸入信號的峰值應(yīng)小于12V。

　?。?）“觸發(fā)電平”旋鈕觸發(fā)電平調(diào)節(jié)電位器旋鈕。用于選擇輸入信號波形的觸發(fā)點。具體地說，就是調(diào)節(jié)開始掃描的時間，決定掃描在觸發(fā)信號波形的哪一點上被觸發(fā)。順時針方向旋動時，觸發(fā)點趨向信號波形的正向部分，逆時針方向旋動時，觸發(fā)點趨向信號波形的負向部分。

　　（6）“穩(wěn)定性”觸發(fā)穩(wěn)定性微調(diào)旋鈕。用以改變掃描電路的工作狀態(tài)，一般應(yīng)處于待觸發(fā)狀態(tài)。調(diào)整方法是將Y軸輸入耦合方式選擇（AC-地-DC）開關(guān)置于地檔，將V/div開關(guān)置于最高靈敏度的檔級，在電平旋鈕調(diào)離自激狀態(tài)的情況下，用小螺絲刀將穩(wěn)定度電位器順時針方向旋到底，則掃描電路產(chǎn)生自激掃描，此時屏幕上出現(xiàn)掃描線；然后逆時針方向慢慢旋動，使掃描線剛消失。此時掃描電路即處于待觸發(fā)狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，用示波器進行測量時，只要調(diào)節(jié)電平旋鈕，即能在屏幕上獲得穩(wěn)定的波形，并能隨意調(diào)節(jié)選擇屏幕上波形的起始點位置。少數(shù)示波器，當(dāng)穩(wěn)定度電位器逆時針方向旋到底時，屏幕上出現(xiàn)掃描線；然后順時針方向慢慢旋動，使屏幕上掃描線剛消失，此時掃描電路即處于待觸發(fā)狀態(tài)。

　　（7）“內(nèi)、外”觸發(fā)源選擇開關(guān)。置于“內(nèi)”位置時，掃描觸發(fā)信號取自Y軸通道的被測信號；置于“外”位置時，觸發(fā)信號取自“外觸發(fā)X外接”輸入端引入的外觸發(fā)信號。

　?。?）“AC”“AC（H）”“DC”觸發(fā)耦合方式開關(guān)。“DC”檔，是直流藕合狀態(tài)，適合于變化緩慢或頻率甚低（如低于100Hz）的觸發(fā)信號?！癆C”檔，是交流藕合狀態(tài)，由于隔斷了觸發(fā)中的直流分量，因此觸發(fā)性能不受直流分量影響?！癆C（H）”檔，是低頻抑制的交流耦合狀態(tài)，在觀察包含低頻分量的高頻復(fù)合波時，觸發(fā)信號通過高通濾波器進行耦合，抑制了低頻噪聲和低頻觸發(fā)信號（2MHz以下的低頻分量），免除因誤觸發(fā)而造成的波形幌動。

　?。?）“高頻、常態(tài)、自動”觸發(fā)方式開關(guān)。用以選擇不同的觸發(fā)方式，以適應(yīng)不同的被測信號與測試目的。“高頻”檔，頻率甚高時（如高于5MHz），且無足夠的幅度使觸發(fā)穩(wěn)定時，選該檔。此時掃描處于高頻觸發(fā)狀態(tài)，由示波器自身產(chǎn)生的高頻信號（200kHz信號），對被測信號進行同步。不必經(jīng)常調(diào)整電平旋鈕，屏幕上即能顯示穩(wěn)定的波形，操作方便，有利于觀察高頻信號波形。“常態(tài)”檔，采用來自Y軸或外接觸發(fā)源的輸入信號進行觸發(fā)掃描，是常用的觸發(fā)掃描方式?！白詣印睋酰瑨呙杼幱谧詣訝顟B(tài)（與高頻觸發(fā)方式相仿），但不必調(diào)整電平旋鈕，也能觀察到穩(wěn)定的波形，操作方便，有利于觀察較低頻率的信號。

　　（10）“+、－”觸發(fā)極性開關(guān)。在“+”位置時選用觸發(fā)信號的上升部分，在“－”位置時選用觸發(fā)信號的下降部分對掃描電路進行觸發(fā)。

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　　用示波器能觀察各種不同電信號幅度隨時間變化的波形曲線，在這個基礎(chǔ)上示波器可以應(yīng)用于測量電壓、時間、頻率、相位差和調(diào)幅度等電參數(shù)。

　　下面介紹用示波器觀察電信號波形的使用步驟。

　　1．選擇Y軸耦合方式

　　根據(jù)被測信號頻率的高低，將Y軸輸入耦合方式選擇“AC-地-DC”開關(guān)置于AC或DC。

　　2．選擇Y軸靈敏度

　　根據(jù)被測信號的大約峰-峰值（如果采用衰減探頭，應(yīng)除以衰減倍數(shù)；在耦合方式取DC檔時，還要考慮疊加的直流電壓值），將Y軸靈敏度選擇V/div開關(guān)（或Y軸衰減開關(guān)）置于適當(dāng)檔級。實際使用中如不需讀測電壓值，則可適當(dāng)調(diào)節(jié)Y軸靈敏度微調(diào)（或Y軸增益）旋鈕，使屏幕上顯現(xiàn)所需要高度的波形。

　　3．選擇觸發(fā)（或同步）信號來源與極性

　　通常將觸發(fā)（或同步）信號極性開關(guān)置于“+”或“-”檔。

　　4．選擇掃描速度

　　根據(jù)被測信號周期（或頻率）的大約值，將X軸掃描速度t/div（或掃描范圍）開關(guān)置于適當(dāng)檔級。實際使用中如不需讀測時間值，則可適當(dāng)調(diào)節(jié)掃速t/div微調(diào)（或掃描微調(diào)）旋鈕，使屏幕上顯示測試所需周期數(shù)的波形。如果需要觀察的是信號的邊沿部分，則掃速t/div開關(guān)應(yīng)置于最快掃速檔。

　　5．輸入被測信號

　　被測信號由探頭衰減后（或由同軸電纜不衰減直接輸入，但此時的輸入阻抗降低、輸入電容增大），通過Y軸輸入端輸入示波器。

六、示波器使用前的檢查：

　　示波器初次使用前或久藏復(fù)用時，有必要進行一次能否工作的簡單檢查和進行掃描電路穩(wěn)定度、垂直放大電路直流平衡的調(diào)整。示波器在進行電壓和時間的定量測試時，還必須進行垂直放大電路增益和水平掃描速度的校準(zhǔn)。示波器能否正常工作的檢查方法、垂直放大電路增益和水平掃描速度的校準(zhǔn)方法，由于各種型號示波器的校準(zhǔn)信號的幅度、頻率等參數(shù)不一樣，因而檢查、校準(zhǔn)方法略有差異。