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(cè)量儀器，它能把肉眼看不見的電信號(hào)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(xì)小的光點(diǎn)。在被測(cè)信號(hào)的作用下，電子束在屏面上描繪出被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線。

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

　　在示波器顯示屏上，橫坐標(biāo)（X）代表時(shí)間，縱坐標(biāo)（Y）代表電壓，（注：如果示波器有測(cè)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(cè)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(cè)電流的波形外，還可以測(cè)定頻率、電壓強(qiáng)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(jìn)行觀測(cè)。

三、示波器的分類：

　?。?）按照信號(hào)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(diǎn)就會(huì)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(cè)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(duì)樣值進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)限度是判斷累計(jì)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(chǔ)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(jìn)。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(duì)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(chǔ)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(shì)，模擬示波器的確從前臺(tái)退到后臺(tái)。

　?。?）按照結(jié)構(gòu)和性能不同分類

　?、倨胀ㄊ静ㄆ?電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻帶較窄，掃描線性差，僅用于觀察波形。

　　②多用示波器:頻帶較寬，掃描線性好，能對(duì)直流、低頻、高頻、超高頻信號(hào)和脈沖信號(hào)進(jìn)行定量測(cè)試。借助幅度校準(zhǔn)器和時(shí)間校準(zhǔn)器，測(cè)量的準(zhǔn)確度可達(dá)±5%。

　　③多線示波器:采用多束示波管，能在熒光屏上同時(shí)顯示兩個(gè)以上同頻信號(hào)的波形，沒有時(shí)差，時(shí)序關(guān)系準(zhǔn)確。

　?、芏噗櫴静ㄆ?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(shí)顯示兩個(gè)以上同頻信號(hào)的波形。但存在時(shí)差，時(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換成模擬低頻信號(hào)進(jìn)行顯示，有效頻帶可達(dá)GHz級(jí)。

　?、抻洃浭静ㄆ?采用存儲(chǔ)示波管或數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)，將單次電信號(hào)瞬變過程、非周期現(xiàn)象和超低頻信號(hào)長時(shí)間保留在示波管的熒光屏上或存儲(chǔ)在電路中，以供重復(fù)測(cè)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(cè)信號(hào)經(jīng)模一數(shù)變換器（A/D變換器）送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，通過鍵盤操作，可對(duì)捕獲的波形參數(shù)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行加、減、乘、除、求平均值、求平方根值、求均方根值等的運(yùn)算，并顯示出答案數(shù)字。

四、簡(jiǎn)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(gè)部分。示波管是一種特殊的電子管，是示波器一個(gè)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(gè)部分組成。

　　（1）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(duì)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(yùn)動(dòng)。

　?。?）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(cè)信號(hào)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(gè)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(shí)間成正比的水平位移，即形成時(shí)間基線。這樣，才能把加在垂直方向的被測(cè)信號(hào)按時(shí)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(fù)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(hào)，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。

　?。ㄒ唬┟姘逖b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）。現(xiàn)分別介紹這3個(gè)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(diǎn)亮度。

　?。?）聚焦調(diào)整光點(diǎn)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(shí)，使偏離熒光屏的光點(diǎn)回到顯示區(qū)域，而尋到光點(diǎn)位置。

　?。?）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出1kHz、1V方波校準(zhǔn)信號(hào)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(gè)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(shí)，電子開關(guān)受掃描信號(hào)控制轉(zhuǎn)換，每次掃描都輪流接通YA或YB信號(hào)。當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率越高，掃描信號(hào)頻率也越高。電

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

　　“斷續(xù)”：當(dāng)顯示方式開關(guān)置于“斷續(xù)”時(shí)，電子開關(guān)不受掃描信號(hào)控制，產(chǎn)生頻率固定為200kHz方波信號(hào)，使電子開關(guān)快速交替接通YA和YB。由于開關(guān)動(dòng)作頻率高于被測(cè)信號(hào)頻率，因此屏幕上顯示的兩個(gè)通道信號(hào)波形是斷續(xù)的。當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較高時(shí)，斷續(xù)現(xiàn)象十分明顯，甚至無法觀測(cè)；當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，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(gè)工作頻率較低的信號(hào)。

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

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

　?。?）“DC-⊥-AC”Y軸輸入選擇開關(guān)，用以選擇被測(cè)信號(hào)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(hào)；置于“AC”位置，實(shí)現(xiàn)交流耦合，只能輸入交流分量；置于“⊥”位置時(shí)，Y軸輸入端接地，這時(shí)顯示的時(shí)基線一般用來作為測(cè)試直流電壓零電平的參考基準(zhǔn)線。

　?。?）“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(xì)調(diào)裝置，順時(shí)針方向增加到滿度時(shí)為校準(zhǔn)位置，可按粗調(diào)旋鈕所指示的數(shù)值，讀取被測(cè)信號(hào)的幅度。當(dāng)此旋鈕反時(shí)針轉(zhuǎn)到滿度時(shí)，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(shí)現(xiàn)各檔級(jí)之間的靈敏度覆蓋，在作定量測(cè)量時(shí)，此旋鈕應(yīng)置于順時(shí)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(shí)，顯示的光點(diǎn)或波形就會(huì)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。

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

　　（6）“極性、拉YA”YA通道的極性轉(zhuǎn)換按拉式開關(guān)。拉出時(shí)YA通道信號(hào)倒相顯示，即顯示方式（YA+YB）時(shí)，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(hào)分別取自YA及YB通道的輸入信號(hào)，適應(yīng)于單蹤或雙蹤顯示，但不能夠?qū)﹄p蹤波形作時(shí)間比較。當(dāng)把開關(guān)拉出時(shí)，掃描的觸發(fā)信號(hào)只取自于YB通道的輸入信號(hào)，因而它適合于雙蹤顯示時(shí)對(duì)比兩個(gè)波形的時(shí)間和相位差。

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

　　3．X軸插件部分

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

　?。?）“擴(kuò)展、拉×10”掃描速度擴(kuò)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(jì)取。采用“擴(kuò)展拉×10”適于觀察波形細(xì)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(shí)針方向旋轉(zhuǎn)基線右移，反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)則基線左移。置于套軸上的小旋鈕為細(xì)調(diào)裝置，適用于經(jīng)擴(kuò)展后信號(hào)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(shí)，作為連接外觸發(fā)信號(hào)的插座。也可以作為X軸放大器外接時(shí)信號(hào)輸入插座。其輸入阻抗約為1MΩ。外接使用時(shí)，輸入信號(hào)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(hào)波形的觸發(fā)點(diǎn)。具體地說，就是調(diào)節(jié)開始掃描的時(shí)間，決定掃描在觸發(fā)信號(hào)波形的哪一點(diǎn)上被觸發(fā)。順時(shí)針方向旋動(dòng)時(shí)，觸發(fā)點(diǎn)趨向信號(hào)波形的正向部分，逆時(shí)針方向旋動(dòng)時(shí)，觸發(fā)點(diǎn)趨向信號(hào)波形的負(fù)向部分。

　?。?）“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(jí)，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(shí)針方向旋到底，則掃描電路產(chǎn)生自激掃描，此時(shí)屏幕上出現(xiàn)掃描線；然后逆時(shí)針方向慢慢旋動(dòng)，使掃描線剛消失。此時(shí)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(jìn)行測(cè)量時(shí)，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(diǎn)位置。少數(shù)示波器，當(dāng)穩(wěn)定度電位器逆時(shí)針方向旋到底時(shí)，屏幕上出現(xiàn)掃描線；然后順時(shí)針方向慢慢旋動(dòng)，使屏幕上掃描線剛消失，此時(shí)掃描電路即處于待觸發(fā)狀態(tài)。

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

　?。?）“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(hào)。“AC”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。“AC（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(shí)，觸發(fā)信號(hào)通過高通濾波器進(jìn)行耦合，抑制了低頻噪聲和低頻觸發(fā)信號(hào)（2MHz以下的低頻分量），免除因誤觸發(fā)而造成的波形幌動(dòng)。

　　（9）“高頻、常態(tài)、自動(dòng)”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(cè)信號(hào)與測(cè)試目的?！案哳l”檔，頻率甚高時(shí)（如高于5MHz），且無足夠的幅度使觸發(fā)穩(wěn)定時(shí)，選該檔。此時(shí)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(hào)（200kHz信號(hào)），對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)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(hào)波形?！俺B(tài)”檔，采用來自Y軸或外接觸發(fā)源的輸入信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)掃描，是常用的觸發(fā)掃描方式?！白詣?dòng)”擋，掃描處于自動(dòng)狀態(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(hào)。

　?。?0）“+、－”觸發(fā)極性開關(guān)。在“+”位置時(shí)選用觸發(fā)信號(hào)的上升部分，在“－”位置時(shí)選用觸發(fā)信號(hào)的下降部分對(duì)掃描電路進(jìn)行觸發(fā)。

　　（二）使用步驟

　　用示波器能觀察各種不同電信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，在這個(gè)基礎(chǔ)上示波器可以應(yīng)用于測(cè)量電壓、時(shí)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(hào)波形的使用步驟。

　　1．選擇Y軸耦合方式

　　根據(jù)被測(cè)信號(hào)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(cè)信號(hào)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(shí)，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(jí)。實(shí)際使用中如不需讀測(cè)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(hào)來源與極性

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

　　4．選擇掃描速度

　　根據(jù)被測(cè)信號(hào)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(jí)。實(shí)際使用中如不需讀測(cè)時(shí)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(cè)試所需周期數(shù)的波形。如果需要觀察的是信號(hào)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(cè)信號(hào)

　　被測(cè)信號(hào)由探頭衰減后（或由同軸電纜不衰減直接輸入，但此時(shí)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(shí)，有必要進(jìn)行一次能否工作的簡(jiǎn)單檢查和進(jìn)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(jìn)行電壓和時(shí)間的定量測(cè)試時(shí)，還必須進(jìn)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(hào)示波器的校準(zhǔn)信號(hào)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。