示波器的原理和使用

一. 示波器的原理和使用--示波器簡介

　　示波器是能在屏幕上以圖形方式顯示、觀測被測信號的瞬時值軌跡變化情況的儀器。它是一種最常用的電子測量/電工測量儀器。

二. 示波器的原理和使用--示波器的基本組成

　　電子示波器由示波管、垂直偏轉系統(tǒng)、水平偏轉系統(tǒng)和主機等部分組成，基本框圖如下圖所示。

　　(1)示波管

　　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、偏轉系統(tǒng)和熒光屏3個部分組成。

　　(2)垂直偏轉系統(tǒng)

　　垂直偏轉系統(tǒng)包括垂直衰減器和垂直放大器。它將垂直輸人信號衰減或放大到一定幅度，輸出推挽信號，加到示波管的垂直偏轉板，使電子射線的垂直偏轉距離正比于被測信號的瞬時值。由于示波管的偏轉靈敏度甚低，所以一般的被測信號電壓都要先經過垂直放大電路的放大，再加到示波管的垂直偏轉板上，以得到垂直方向的適當大小的形。

　　(3)水平偏轉系統(tǒng)

　　水平偏轉系統(tǒng)從外觸發(fā)輸人端經觸發(fā)電路、掃描電路、水平放大器到示波管的水平偏轉板。觸發(fā)電路將被測信號或外觸發(fā)輸人信號置換成觸發(fā)脈沖啟動掃描電路。由于示波管水平方向的偏轉靈敏度也很低，所以接入示波管水平偏轉板的電壓(鋸齒波電壓或其它電壓)也要先經過水平放大電路的放大以后，再加到示波管的水平偏轉板上，以得到水平方向適當大小的形。

　　(4)電源供給電路

　　電源由高壓電源和低壓電源兩部分組成，供給示波管及各組成部分所需要的直流電壓和燈絲電壓。消隱與增輝電路用來傳送和放大增輝和消隱信號。

三. 示波器的原理和使用--示波器的工作原理

　　示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質的屏面上，就可產生細小的光點，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，便于人們研究各種電現象的變化過程。

　　如圖1所示，假設示波管的加速電壓為U1，偏轉電壓為U2，偏轉點擊長為L，極板間距為d，偏轉電極右端到熒光屏的距離為L 1，電子的質量為m ，帶電量為e。

　　首先，在加速場中，電場力對電子做功W=eU1。根據功能定理，電子在加速場中獲得了。

　　接著電子以初速進入偏轉電場，在電場力的作用下做a=eU2/md的類平拋運動，經過時間t=L/v，電子飛離偏轉電場。由下圖可知，電子離開偏轉電場時偏轉角的正切值為。電子離開偏轉電場時的偏轉距離為。

　　電子到達熒光屏時偏離中心的距離為，因為L、L 1、d都是定值，故Y2與U2成正比。所以只要在熒光屏上做適當的標度就可以根據電子束射到熒光屏時所形成的亮斑偏離中心的距離為Y2測出偏轉電壓U2的數值。

　　上面介紹了示波器測量電壓的原理，接下來介紹熒光屏上顯示波形的原因。當兩對電極上都沒有加電壓時，電子束從金屬板小孔射出后將沿直線傳播，直至打在熒光屏上，在熒光屏正中央產生一亮斑，當只在Y軸的偏轉電極上加偏轉電壓U2=U，亮斑就會偏離中心出現在Y軸上方，并且電壓越大，偏移越大，如圖2所示。改變電壓的極性，亮斑又會移至Y軸的下方。同理，若只在X軸掃描電極上加一恒定的電壓，則亮斑就會出現在X軸上，如圖3所示。

　　當X軸與Y軸同時加上一定的電壓，則會得到下面的正弦波形。

四. 示波器的原理和使用--示波器的使用

　　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，在這個基礎上示波器可以應用于測量電壓、時間、頻率、相位差和調幅度等電參數。下面介紹用示波器觀察電信號波形的使用步驟。

　　1 示波管和電源系統(tǒng)

　　1)電源(Power)-示波器主電源開關。當此開關按下時，電源指示燈亮，表示電源接通。

　　2)輝度(Intensity)-旋轉此旋鈕能改變光點和掃描線的亮度。觀察低頻信號時可小些，高頻信號時大些。

　　3)聚焦(Focus)-聚焦旋鈕調節(jié)電子束截面大小，將掃描線聚焦成最清晰狀態(tài)。

　　4)標尺亮度(Illuminance)-此旋鈕調節(jié)熒光屏后面的照明燈亮度。正常室內光線下，照明燈暗一些好。室內光線不足的環(huán)境中，可適當調亮照明燈。

　　2 熒光屏

　　根據被測信號在屏幕上占的格數乘以適當的比例常數(V/DIV，TIME/DIV)能得出電壓值與時間值。根據輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應通道插座上，示波器探頭上的地與被測電路的地連接在一起，示波器探頭接觸被測點。示波器探頭上有一雙位開關。此開關撥到“X1”位置時，被測信號無衰減送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值。此開關撥到“X10”位置時，被測信號衰減為1/10，然后送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值。

　　3 垂直偏轉因數和水平偏轉因數

　　每個波段開關上往往還有一個小旋鈕，微調每檔垂直偏轉因數。將它沿順時針方向旋到底，處于“校準”位置，此時垂直偏轉因數值與波段開關所指示的值一致。逆時針旋轉此旋鈕，能夠微調垂直偏轉因數。垂直偏轉因數微調后，會造成與波段開關的指示值不一致，這點應引起注意。示波器的標準信號源CAL，專門用于校準示波器的時基和垂直偏轉因數。示波器前面板上的位移(Position)旋鈕調節(jié)信號波形在熒光屏上的位置。

　　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，示波器僅顯示通道1的信號;選擇通道2時，示波器僅顯示通道2的信號;選擇雙通道時，示波器同時顯示通道1和通道2的信號。維修中以選擇通道1或通道2為多。

　　2)輸入耦合方式輸入耦合方式-交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。

　　5 觸發(fā)

　　(1)常態(tài)(NORM)：無信號時，屏幕上無顯示;有信號時，與電平控制配合顯示穩(wěn)定波形;

　　(2)自動(AUTO)：無信號時，屏幕上顯示光跡;有信號時與電平控制配合顯示穩(wěn)定的波形;

　　(3)電視場(TV)：用于顯示電視場信號;

　　(4)峰值自動(P-P AUTO)：無信號時，屏幕上顯示光跡;有信號時，無需調節(jié)電平即能獲得穩(wěn)定波形顯示。

　　6 掃描方式(SweepMode)

　　掃描有自動(Auto)、常態(tài)(Norm)和單次(Single)三種掃描方式。

　　舉例： 幅度和頻率的測量方法(以測試示波器的校準信號為例)

　　(1)將示波器探頭插入通道1插孔，并將探頭上的衰減置于"1"檔;

　　(2)將通道選擇置于CH1，耦合方式置于DC檔;

　　(3)將探頭探針插入校準信號源小孔內，此時示波器屏幕出現光跡;

　　(4)調節(jié)垂直旋鈕和水平旋鈕，使屏幕顯示的波形圖穩(wěn)定，并將垂直微調和水平微調置于校準位置;

　　(5)讀出波形圖在垂直方向所占格數，乘以垂直衰減旋鈕的指示數值，得到校準信號的幅度;

　　(6)讀出波形每個周期在水平方向所占格數，乘以水平掃描旋鈕的指示數值，得到校準信號的周期(周期的倒數為頻率);

　　(7)一般校準信號的頻率為1kHz，幅度為0.5V，用以校準示波器內部掃描振蕩器頻率，如果不正常，應調節(jié)示波器(內部)相應電位器，直至相符為止。

五. 示波器的原理和使用--示波器使用時的注意事項

　　(1)熱電子儀器一般要避免頻繁開機、關機，示波器也是這樣。

　　(2)作定量測量時，應先將示波器通電預熱10分鐘以上，使機中各元件在熱穩(wěn)定狀態(tài)下工作，否則由于機內元件溫度處于上升過程，影響測量結果。

　　(3)如果發(fā)現波形受外界干擾，可將示波器外殼接地.

　　(4)在觀察熒屏上的亮斑并進行調節(jié)時，亮斑的亮度要適中，不能過亮。

　　(5)“Y輸入”的電壓不可太高，以免損壞儀器，在最大衰減時也不能超過400 V。

　　(6)關機前先將輝度調節(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.

六. 示波器的原理和使用--參考資料

　　1. 如何捕捉非周期性突發(fā)脈沖信號

　　2. DSO數字存儲示波器原理

　　3.示波器基礎原理及基本指標