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。

　　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，信號間的時序關系等等。

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

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闹芷谛晕锢磉^程都可以用示波器進行觀測。

三、示波器的分類：

　?。?）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，其基礎是電子槍）電子槍向屏幕發(fā)射電子,發(fā)射的電子經聚焦形成電子束,并打到屏幕上。屏幕的內表面涂有熒光物質,這樣電子束打中的點就會發(fā)出光來。

　　數字示波器則是數據采集，A/D轉換，軟件編程等一系列的技術制造出來的高性能示波器。數字示波器的工作方式是通過模擬轉換器（ADC）把被測電壓轉換為數字信息。數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，數字示波器重構波形。數字示波器可以分為數字存儲示波器（DSO），數字熒光示波器（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。數字示波器要改善帶寬只需要提高前端的A/D轉換器的性能，對示波管和掃描電路沒有特殊要求。加上數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。廿世紀八十年代數字示波器異軍突起，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。

　?。?）按照結構和性能不同分類

　?、倨胀ㄊ静ㄆ?電路結構簡單，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。借助幅度校準器和時間校準器，測量的準確度可達±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，時序關系準確。

　?、芏噗櫴静ㄆ?具有電子開關和門控電路的結構，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，時序關系不準確。

　?、萑邮静ㄆ鳌２捎萌蛹夹g將高頻信號轉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字存儲技術，將單次電信號瞬變過程、非周期現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，以供重復測試。

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

四、簡約介紹示波器的基本構造：

　　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、偏轉系統和熒光屏3個部分組成。

　　（1）電子槍

　　電子槍用于產生并形成高速、聚束的電子流，去轟擊熒光屏使之發(fā)光。

　　(2)偏轉系統

　　示波管的偏轉系統大都是靜電偏轉式，它由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為水平偏轉板和垂直偏轉板。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

　　由于示波管的偏轉靈敏度甚低，例如常用的示波管13SJ38J型，其垂直偏轉靈敏度為0.86mm/V（約12V電壓產生1cm的偏轉量），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圖形。

　　X軸放大電路

　　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圖形。

　　掃描同步電路

　　掃描電路產生一個鋸齒波電壓。該鋸齒波電壓的頻率能在一定的范圍內連續(xù)可調。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?？蓜澐譃?大部分：顯示、垂直（Y軸）、水平（X軸）。現分別介紹這3個部分控制裝置的作用。

　　1．顯示部分主要控制件為：

　　（1）電源開關。

　?。?）電源指示燈。

　?。?）輝度調整光點亮度。

　?。?）聚焦調整光點或波形清晰度。

　?。?）輔助聚焦配合“聚焦”旋鈕調節(jié)清晰度。

　?。?）標尺亮度調節(jié)坐標片上刻度線亮度。

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

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

　　2．Y軸插件部分

　?。?）顯示方式選擇開關用以轉換兩個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”：當顯示方式開關置于“交替”時，電子開關受掃描信號控制轉換，每次掃描都輪流接通YA或YB信號。當被測信號的頻率越高，掃描信號頻率也越高。電

　　子開關轉換速率也越快，不會有閃爍現象。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)”：當顯示方式開關置于“斷續(xù)”時，電子開關不受掃描信號控制，產生頻率固定為200kHz方波信號，使電子開關快速交替接通YA和YB。由于開關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。當被測信號頻率較高時，斷續(xù)現象十分明顯，甚至無法觀測；當被測信號頻率較低時，斷續(xù)現象被掩蓋。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”：顯示方式開關置于“YA+YB”時，電子開關不工作，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。

　?。?）“DC-⊥-AC”Y軸輸入選擇開關，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線。

　?。?）“微調V/div”靈敏度選擇開關及微調裝置。靈敏度選擇開關系套軸結構，黑色旋鈕是Y軸靈敏度粗調裝置，自10mv/div～20v/div分11檔。紅色旋鈕為細調裝置，順時針方向增加到滿度時為校準位置，可按粗調旋鈕所指示的數值，讀取被測信號的幅度。當此旋鈕反時針轉到滿度時，其變化范圍應大于2.5倍，連續(xù)調節(jié)“微調”電位器，可實現各檔級之間的靈敏度覆蓋，在作定量測量時，此旋鈕應置于順時針滿度的“校準”位置。

　?。?）“平衡”當Y軸放大器輸入電路出現不平衡時，顯示的光點或波形就會隨“V/div”開關的“微調”旋轉而出現Y軸方向的位移，調節(jié)“平衡”電位器能將這種位移減至最小。

　?。?）“↑↓”Y軸位移電位器，用以調節(jié)波形的垂直位置。

　　（6）“極性、拉YA”YA通道的極性轉換按拉式開關。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。

　?。?）“內觸發(fā)、拉YB”觸發(fā)源選擇開關。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，適應于單蹤或雙蹤顯示，但不能夠對雙蹤波形作時間比較。當把開關拉出時，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探頭輸入。

　　3．X軸插件部分

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

　?。?）“擴展、拉×10”掃描速度擴展裝置。是按拉式開關，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，也應相應計取。采用“擴展拉×10”適于觀察波形細節(jié)。

　?。?）“→←”X軸位置調節(jié)旋鈕。系X軸光跡的水平位置調節(jié)電位器，是套軸結構。外圈旋鈕為粗調裝置，順時針方向旋轉基線右移，反時針方向旋轉則基線左移。置于套軸上的小旋鈕為細調裝置，適用于經擴展后信號的調節(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，輸入信號的峰值應小于12V。

　　（5）“觸發(fā)電平”旋鈕觸發(fā)電平調節(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。

　?。?）“穩(wěn)定性”觸發(fā)穩(wěn)定性微調旋鈕。用以改變掃描電路的工作狀態(tài)，一般應處于待觸發(fā)狀態(tài)。調整方法是將Y軸輸入耦合方式選擇（AC-地-DC）開關置于地檔，將V/div開關置于最高靈敏度的檔級，在電平旋鈕調離自激狀態(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，則掃描電路產生自激掃描，此時屏幕上出現掃描線；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，并能隨意調節(jié)選擇屏幕上波形的起始點位置。少數示波器，當穩(wěn)定度電位器逆時針方向旋到底時，屏幕上出現掃描線；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)。

　?。?）“內、外”觸發(fā)源選擇開關。置于“內”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。“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。用以選擇不同的觸發(fā)方式，以適應不同的被測信號與測試目的?！案哳l”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)，由示波器自身產生的高頻信號（200kHz信號），對被測信號進行同步。不必經常調整電平旋鈕，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。“自動”擋，掃描處于自動狀態(tài)（與高頻觸發(fā)方式相仿），但不必調整電平旋鈕，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。

　?。?0）“+、－”觸發(fā)極性開關。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)。

　?。ǘ┦褂貌襟E

　　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．選擇Y軸耦合方式

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

　　2．選擇Y軸靈敏度

　　根據被測信號的大約峰-峰值（如果采用衰減探頭，應除以衰減倍數；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（或Y軸衰減開關）置于適當檔級。實際使用中如不需讀測電壓值，則可適當調節(jié)Y軸靈敏度微調（或Y軸增益）旋鈕，使屏幕上顯現所需要高度的波形。

　　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）信號極性開關置于“+”或“-”檔。

　　4．選擇掃描速度

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

　　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。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方法，由于各種型號示波器的校準信號的幅度、頻率等參數不一樣，因而檢查、校準方法略有差異。