示波器的原理和使用方法
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在單位輸入信號(hào)作用下，光點(diǎn)在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度，這一定義對(duì)X軸和Y軸都適用。靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直靈敏度的單位是為cm/V，cm／mV或者DIV／mV，DIV／V，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的單位是V／cm，mV／cm或者V／DIV，mV／DIV。實(shí)際上因習(xí)慣用法和測(cè)量電壓讀數(shù)的方便，有時(shí)也把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當(dāng)靈敏度。
蹤示波器中每個(gè)通道各有一個(gè)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇波段開關(guān)。一般按1，2，5方式從 5mV／DIV到5V／DIV分為10檔。波段開關(guān)指示的值代表熒光屏上垂直方向一格的電壓值。例如波段開關(guān)置于1V／DIV檔時(shí)，如果屏幕上信號(hào)光點(diǎn)移動(dòng)一格，則代表輸入信號(hào)電壓變化1V。
每個(gè)波段開關(guān)上往往還有一個(gè)小旋鈕，微調(diào)每檔垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。將它沿順時(shí)針方向旋到底，處于“校準(zhǔn)”位置，此時(shí)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值與波段開關(guān)所指示的值一致。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)此旋鈕，能夠微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)后，會(huì)造成與波段開關(guān)的指示值不一致，這點(diǎn)應(yīng)引起注意。許多示波器具有垂直擴(kuò)展功能，當(dāng)微調(diào)旋鈕被拉出時(shí)，垂直靈敏度擴(kuò)大若干倍(偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小若干倍)。例如，如果波段開關(guān)指示的偏轉(zhuǎn)因數(shù)是1V/DIV，采用×5擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)時(shí)，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)是0．2V／DIV。
在做數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，在屏幕上被測(cè)信號(hào)的垂直移動(dòng)距離與+5V信號(hào)的垂直移動(dòng)距離之比常被用于判斷被測(cè)信號(hào)的電壓值。
2．時(shí)基選擇(TIME／DIV)和微調(diào)
時(shí)基選擇和微調(diào)的使用方法與垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇和微調(diào)類似。時(shí)基選擇也通過一個(gè)波段開關(guān)實(shí)現(xiàn)，按1、2、5方式把時(shí)基分為若干檔。波段開關(guān)的指示值代表光點(diǎn)在水平方向移動(dòng)一個(gè)格的時(shí)間值。例如在1μS／DIV檔，光點(diǎn)在屏上移動(dòng)一格代表時(shí)間值1μS。
“微調(diào)”旋鈕用于時(shí)基校準(zhǔn)和微調(diào)。沿順時(shí)針方向旋到底處于校準(zhǔn)位置時(shí)，屏幕上顯示的時(shí)基值與波段開關(guān)所示的標(biāo)稱值一致。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕，則對(duì)時(shí)基微調(diào)。旋鈕拔出后處于掃描擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。通常為×10擴(kuò)展，即水平靈敏度擴(kuò)大10倍，時(shí)基縮小到1／10。例如在2μS/DIV檔，掃描擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)下熒光屏上水平一格代表的時(shí)間值等于
2μS×(1/10)=0.2μS
示波器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源CAL，專門用于校準(zhǔn)示波器的時(shí)基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。例如COS5041型示波器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源提供一個(gè)VP-P=2V,f=1kHz的方波信號(hào)。
示波器前面板上的位移(Position)旋鈕調(diào)節(jié)信號(hào)波形在熒光屏上的位置。旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕(標(biāo)有水平雙向箭頭)左右移動(dòng)信號(hào)波形，旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕(標(biāo)有垂直雙向箭頭)上下移動(dòng)信號(hào)波形。
2.4 輸入通道和輸入耦合選擇
1．輸入通道選擇
輸入通道至少有三種選擇方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)、雙通道(DUAL)。選擇通道1時(shí)，示波器僅顯示通道1的信號(hào)。選擇通道2時(shí)，示波器僅顯示通道2的信號(hào)。選擇雙通道時(shí)，示波器同時(shí)顯示通道1信號(hào)和通道2信號(hào)。測(cè)試信號(hào)時(shí)，首先要將示波器的地與被測(cè)電路的地連接在一起。根據(jù)輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上，示波器探頭上的地與被測(cè)電路的地連接在一起，示波器探頭接觸被測(cè)點(diǎn)。示波器探頭上有一雙位開關(guān)。此開關(guān)撥到“×1”位置時(shí)，被測(cè)信號(hào)無衰減送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信號(hào)的實(shí)際電壓值。此開關(guān)撥到“×10"位置時(shí)，被測(cè)信號(hào)衰減為1／10，然后送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號(hào)的實(shí)際電壓值。
2．輸入耦合方式
輸入耦合方式有三種選擇：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。當(dāng)選擇“地”時(shí)，掃描線顯示出“示波器地”在熒光屏上的位置。直流耦合用于測(cè)定信號(hào)直流絕對(duì)值和觀測(cè)極低頻信號(hào)。交流耦合用于觀測(cè)交流和含有直流成分的交流信號(hào)。在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中，一般選擇“直流”方式，以便觀測(cè)信號(hào)的絕對(duì)電壓值。
2.5 觸發(fā)
第一節(jié)指出，被測(cè)信號(hào)從Y軸輸入后，一部分送到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上，驅(qū)動(dòng)光點(diǎn)在熒光屏上按比例沿垂直方向移動(dòng)；另一部分分流到x軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，觸發(fā)掃描發(fā)生器，產(chǎn)生重復(fù)的鋸齒波電壓加到示波管的X偏轉(zhuǎn)板上，使光點(diǎn)沿水平方向移動(dòng)，兩者合一，光點(diǎn)在熒光屏上描繪出的圖形就是被測(cè)信號(hào)圖形。由此可知，正確的觸發(fā)方式直接影響到示波器的有效操作。為了在熒光屏上得到穩(wěn)定的、清晰的信號(hào)波形，掌握基本的觸發(fā)功能及其操作方法是十分重要的。
1．觸發(fā)源(Source)選擇
要使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形，則需將被測(cè)信號(hào)本身或者與被測(cè)信號(hào)有一定時(shí)間關(guān)系的觸發(fā)信號(hào)加到觸發(fā)電路。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號(hào)由何處供給。通常有三種觸發(fā)源：內(nèi)觸發(fā)(INT)、電源觸發(fā)(LINE)、外觸發(fā)EXT)。
內(nèi)觸發(fā)使用被測(cè)信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，是經(jīng)常使用的一種觸發(fā)方式。由于觸發(fā)信號(hào)本身是被測(cè)信號(hào)的一部分，在屏幕上可以顯示出非常穩(wěn)定的波形。雙蹤示波器中通道1或者通道2都可以選作觸發(fā)信號(hào)。
電源觸發(fā)使用交流電源頻率信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)。這種方法在測(cè)量與交流電源頻率有關(guān)的信號(hào)時(shí)是有效的。特別在測(cè)量音頻電路、閘流管的低電平交流噪音時(shí)更為有效。
外觸發(fā)使用外加信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，外加信號(hào)從外觸發(fā)輸入端輸入。外觸發(fā)信號(hào)與被測(cè)信號(hào)間應(yīng)具有周期性的關(guān)系。由于被測(cè)信號(hào)沒有用作觸發(fā)信號(hào)，所以何時(shí)開始掃描與被測(cè)信號(hào)無關(guān)。
正確選擇觸發(fā)信號(hào)對(duì)波形顯示的穩(wěn)定、清晰有很大關(guān)系。例如在數(shù)字電路的測(cè)量中，對(duì)一個(gè)簡單的周期信號(hào)而言，選擇內(nèi)觸發(fā)可能好一些，而對(duì)于一個(gè)具有復(fù)雜周期的信號(hào)，且存在一個(gè)與它有周期關(guān)系的信號(hào)時(shí)，選用外觸發(fā)可能更好。
2．觸發(fā)耦合(Coupling)方式選擇
觸發(fā)信號(hào)到觸發(fā)電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發(fā)信號(hào)的穩(wěn)定、可靠。這里介紹常用的幾種。
AC耦合又稱電容耦合。它只允許用觸發(fā)信號(hào)的交流分量觸發(fā)，觸發(fā)信號(hào)的直流分量被隔斷。通常在不考慮DC分量時(shí)使用這種耦合方式，以形成穩(wěn)定觸發(fā)。但是如果觸發(fā)信號(hào)的頻率小于10Hz，會(huì)造成觸發(fā)困難。
直流耦合(DC)不隔斷觸發(fā)信號(hào)的直流分量。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)的頻率較低或者觸發(fā)信號(hào)的占空比很大時(shí)，使用直流耦合較好。
低頻抑制(LFR)觸發(fā)時(shí)觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過高通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號(hào)的低頻成分被抑制；高頻抑制(HFR)觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)信號(hào)通過低通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號(hào)的高頻成分被抑制。此外還有用于電視維修的電視同步(TV)觸發(fā)。這些觸發(fā)耦合方式各有自己的適用范圍，需在使用中去體會(huì)。
3．觸發(fā)電平(Level)和觸發(fā)極性(Slope)
觸發(fā)電平調(diào)節(jié)又叫同步調(diào)節(jié)，它使得掃描與被測(cè)信號(hào)同步。電平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)電平。一旦觸發(fā)信號(hào)超過由旋鈕設(shè)定的觸發(fā)電平時(shí)，掃描即被觸發(fā)。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平上升；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平下降。當(dāng)電平旋鈕調(diào)到電平鎖定位置時(shí)，觸發(fā)電平自動(dòng)保持在觸發(fā)信號(hào)的幅度之內(nèi)，不需要電平調(diào)節(jié)就能產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的觸發(fā)。當(dāng)信號(hào)波形復(fù)雜，用電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時(shí)，用釋抑(Hold Off)旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時(shí)間(掃描暫停時(shí)間)，能使掃描與波形穩(wěn)定同步。
極性開關(guān)用來選擇觸發(fā)信號(hào)的極性。撥在“+”位置上時(shí)，在信號(hào)增加的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)超過觸發(fā)電平時(shí)就產(chǎn)生觸發(fā)。撥在“-”位置上時(shí)，在信號(hào)減少的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)超過觸發(fā)電平時(shí)就產(chǎn)生觸發(fā)。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平共同決定觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)點(diǎn)。
2.6 掃描方式(SweepMode)
掃描有自動(dòng)(Auto)、常態(tài)(Norm)和單次(Single)三種掃描方式。
自動(dòng)：當(dāng)無觸發(fā)信號(hào)輸入，或者觸發(fā)信號(hào)頻率低于50Hz時(shí)，掃描為自激方式。
常態(tài)：當(dāng)無觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)，掃描處于準(zhǔn)備狀態(tài)，沒有掃描線。觸發(fā)信號(hào)到來后，觸發(fā)掃描。
單次：單次按鈕類似復(fù)位開關(guān)。單次掃描方式下，按單次按鈕時(shí)掃描電路復(fù)位，此時(shí)準(zhǔn)備好(Ready)燈亮。觸發(fā)信號(hào)到來后產(chǎn)生一次掃描。單次掃描結(jié)束后，準(zhǔn)備燈滅。單次掃描用于觀測(cè)非周期信號(hào)或者單次瞬變信號(hào)，往往需要對(duì)波形拍照。
上面扼要介紹了示波器的基本功能及操作。示波器還有一些更復(fù)雜的功能，如延遲掃描、觸發(fā)延遲、X-Y工作方式等，這里就不介紹了。示波器入門操作是容易的，真正熟練則要在應(yīng)用中掌握。值得指出的是，示波器雖然功能較多，但許多情況下用其他儀器、儀表更好。例如，在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中，判斷一個(gè)脈寬較窄的單脈沖是否發(fā)生時(shí)，用邏輯筆就簡單的多；測(cè)量單脈沖脈寬時(shí)，用邏輯分析儀更好一些。
評(píng)論