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![示波器的原理和使用[详细讲解]](https://img.taocdn.com/s1/m/f74489f3162ded630b1c59eef8c75fbfc77d94ca.png)
项目编号：12011109示波器的原理和使用示波器能够显示各种电信号的波形，一切可以转化为电压的电学量和非电学量及它们随时间作周期性变化的过程都可以用示波器来观测，示波器是一种用途十分广泛的测量和显示仪器。
目前大量使用的示波器有两种：模拟示波器和数字示波器。
模拟示波器发展较早，技术已经非常成熟。
随着数字技术的飞速发展，数字示波器拥有了许多模拟示波器不具备的优点：能长时间保存信号；测量精度高；具有很强的信号处理能力；具有输入输出功能，可以与计算机或其它外设相连实现更复杂的数据运算或分析；具有先进的触发功能等等。
而且随着相关技术的进一步发展，其使用范围将更加广泛。
所以，学习示波器，尤其是数字示波器的使用十分重要。
本实验介绍模拟示波器的主要结构和基本原理，重点学习数字示波器的使用。
【实验目的】1、了解模拟示波器的主要结构和基本原理。
2、熟悉数字示波器的特点，学会使用数字示波器观察波形以及测量未知信号的信息。
3、学会使用信号发生器。
4、利用李萨如图形测频率。
【实验仪器】模拟示波器，数字示波器，信号发生器，信号线【实验原理】1、模拟示波器示波器的电路组成是多样而复杂的，这里仅就主要部分加以介绍。
示波器的主要部分有示波管、带衰减器的Y轴放大器、带衰减器的X轴放大器、扫描发生器（锯齿波发生器）、触发同步和电源等，其结构如图1所示。
图1模拟示波器主要结构图⑴示波管示波管是示波器的主要部分，如同示波器的心脏。
示波管主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三部分，全都密封在高真空的玻璃外壳内。
下面分别说明各部分的作用。
电子枪：由灯丝H、阴极K、控制栅极G、第一阳极A1、第二阳极A2五部分组成。
灯丝通电后加热阴极，阴极被加热后发射电子。
控制栅极是一个顶端开孔的圆筒，套在阴极外面。
它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。
示波器面板上的“亮度”调整就是通过调节栅极电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变屏上的光斑亮度。
示波器的使用方法图文版作者一生无悔本教程将指导你使用示波器的基础知识，适用于对电子或示波器经验很少或没有经验的人。
那里有很多类型的示波器，每种类型都有点不同，因此，我将重点介绍所有示波器中发现的，在入门时最有用的基本组件。
示波器对于观察电压随时间的快速变化非常有用，这是万用表无法测量的。
通常，当使用示波器进行测量时，你会看到一条从屏幕一侧延伸到另一侧的线。
这条线实际上是电压与时间的关系图，其中沿y轴测量电压，沿x方向测量时间。
示波器分为两种：模拟和数字（本教程中将使用数字示波器）。
两种类型的控件基本相同；请注意，数字示波器可能会将某些控件隐藏在LCD显示屏上的菜单中，而不是使用旋钮或按钮。
步骤1：控件概述所有示波器都有一些共同的基本控件，请确保你可以在示波器上识别这些控件：-至少一个可以连接示波器探头（也称为同轴电缆）的输入（请确保你具有以下电缆之一）-具有网格覆盖的屏幕-当你要使用示波器进行测量时，此网格非常有用-伏特/格-此控件可让你更改屏幕上网格覆盖的每个垂直增量所代表的伏特数。
基本上，它允许你沿y轴放大和缩小。
-时间/格-此控件可让你更改屏幕上网格叠加层的每个水平增量所代表的时间。
它使你可以沿x轴放大和缩小。
-垂直位置/偏移-允许你在y方向上上下移动-水平位置/偏移-左右移动-触发电平-此工具可让你稳定屏幕上的波形，我将介绍本教程后面的详细信息，请参见上面的图像以获取示例。
步骤2：设定打开示波器。
如果示波器上没有任何东西插入，你应该看到一条扁平线，这意味着输入电压不会随时间变化。
如果你看到一条不平坦的线，请尝试从示波器上断开探头的连接。
如果屏幕为黑屏，请尝试以下操作（请记住所有示波器都有些不同，如果不确定，请不要担心按按钮，不会损坏任何东西）：-我的示波器是双通道示波器，这意味着它有两个输入。
如图2所示，按下“通道1”按钮会使该输入在屏幕上以黄色显示。
再按一次将使其消失。
按下通道2将以蓝色显示该输入。
示波器的基础操作初学者必看教程•示波器概述与基本原理•示波器基本结构与组成部分•示波器基本操作方法与步骤•典型信号测量实例分析目•示波器在电子实验和维修中应用举例•示波器使用注意事项和故障排除方法录01示波器概述与基本原理0102示波器定义示波器是一种电子测量仪器，用于显示和测量电信号的波形。
它能够将随时间变化的电压信号转换为可见的光信号，从而在屏幕上显示出波形的形状、幅度、频率和相位等信息。
示波器作用示波器在电子测量领域具有广泛的应用，主要用于以下几个方面信号波形的显示和观测通过示波器的屏幕，可以直观地观察信号波形的形状、幅度和频率等特征。
信号参数的测量示波器可以测量信号的幅度、频率、周期、相位等参数，为电子设备的调试和维修提供依据。
故障诊断通过观察信号波形的异常变化，可以判断电子设备是否存在故障，并定位故障点。
030405示波器定义及作用工作原理简介垂直系统示波器的垂直系统负责将输入信号进行放大和偏转，使其在屏幕上形成垂直方向的波形。
该系统包括输入耦合电路、衰减器、放大器和偏转板等部分。
水平系统水平系统控制信号在屏幕水平方向上的扫描速度和时间基准。
它主要由扫描发生器、触发电路和水平偏转板等组成。
扫描发生器产生与时间相关的扫描电压，触发电路则根据输入信号的特征控制扫描的起始点和稳定性。
显示系统显示系统负责将经过垂直和水平系统处理的信号转换为可见的光信号，并在屏幕上显示出来。
该系统包括示波管或液晶显示屏等显示器件，以及相应的驱动电路和亮度控制电路等。
模拟示波器采用模拟电路技术，具有较快的响应速度和较高的带宽。
它们通常使用示波管作为显示器件，能够提供较为直观的波形显示。
但是，模拟示波器的精度和稳定性相对较低，且功能较为单一。
模拟示波器数字示波器采用数字化技术，具有较高的精度、稳定性和灵活性。
它们使用高速模数转换器将输入信号转换为数字信号，然后通过数字信号处理技术对信号进行处理和分析。
数字示波器通常具有较大的存储深度和多种触发模式，能够实现复杂的波形分析和测量功能。
示波器基本使用方法
示波器是一种用于测试电信号的仪器，它可以显示出电信号的形状、振幅、频率等信息，具体使用方法如下：
1. 将示波器与被测试的电路连接。
要测试的电路应该是在电路板上或其他如PCB上的电路。
2. 调节示波器的设置。
调节示波器的时间基底，从而改变水平轴上的时间尺度。
然后，选择适当的垂直放大因子和信号耦合方式，以便读取准确的信号值。
3. 观察显示屏。
在示波器的显示屏上，可以观察到被测信号的波形形状、振幅等信号参数。
4. 调整参数。
根据需要，可以更改示波器的时间基准、垂直放大倍数，以便调整波形的显示。
5. 分析数据。
根据示波器的显示结果，可以分析出信号的特征，例如脉冲宽度、周期、占空比等。
注意事项：
1. 确保被测试电路的所有电源都关闭。
2. 电压范围和耦合方式应该基于测试信号的类型和振幅来选择。
3. 如果被测试的信号具有高频率，请选择适当的示波器和探头。
4. 一旦测试结果满意，应该关闭示波器和其他测试设备，并拆下连接线，以避免可能的损害。
示波器实验原理
示波器是一种用于测量电信号波形的仪器，常用于电子工程、通信工程、计算机科学等领域。
示波器的实验原理主要包括以下几个方面：
一、示波器的基本原理
示波器的基本原理是利用电子束在荧光屏上形成的亮度变化来显示电信号波形。
当电信号进入示波器后，经过放大、整形等处理后，被送入电子枪，电子枪发射出的电子束在荧光屏上形成亮度变化，从而显示出电信号的波形。
二、示波器的工作方式
示波器的工作方式分为模拟示波器和数字示波器两种。
模拟示波器利用模拟电路实现信号放大、整形等处理，显示出连续的波形。
数字示波器则将信号转换为数字信号，通过数字信号处理器进行处理后显示出数字波形。
三、示波器的参数
示波器的参数包括带宽、灵敏度、时间基准等。
带宽是指示波器能够显示的最高频率，灵敏度是指示波器对输入信号的响应能力，时间基准则是指示波器能够显示的最短时间间隔。
四、示波器的应用
示波器广泛应用于电子工程、通信工程、计算机科学等领域。
在电子工程中，示波器可以用于测量电路中的信号波形、电压、电流等参数；在通信工程中，示波器可以用于分析信号的频率、幅度、相位等特性；在计算机科学中，示波器可以用于调试计算机硬件和软件中的信号问题。
综上所述，示波器的实验原理包括基本原理、工作方式、参数和应用。
了解这些原理可以帮助我们更好地理解示波器的工作原理和应用范围。
示波器的基本原理及结构示波器是一种重要的电子测量设备，常用于电子工程和科学实验中。
它能够显示电压信号的波形图像，帮助工程师和科学家分析和诊断电路故障。
本文将介绍示波器的基本原理及其结构。
一、基本原理示波器的基本原理是利用电子束在荧光屏上绘制电压变化的波形图像。
当电压信号输入示波器后，通过垂直放大器进行信号放大，然后送到电子束发射系统。
电子束发射系统由电子枪和偏转系统组成。
电子枪发射出高速电子，在偏转系统的控制下，沿水平方向和垂直方向进行偏转操作。
电子束在荧光屏上扫描，形成波形图像。
二、结构组成示波器的结构主要由下述部分组成：1.输入部分：示波器有一个输入接口，用于连接待测电路。
输入部分通常包括探头和电缆。
探头用于将电路的信号引入示波器，电缆用于传输信号。
2.垂直放大器：垂直放大器负责对输入的电压信号进行放大。
通常示波器具有多个垂直放大器通道，可以同时显示多个信号。
3.水平系统：水平系统控制电子束在荧光屏上的扫描速度和位置。
通过水平系统，我们可以调整波形图像的时间和水平位置。
4.触发器：触发器用于确定波形图像在荧光屏上显示的起始位置。
触发器可以根据输入信号的特定条件来确定开始扫描的时机，以确保波形图像的稳定显示。
5.时间基准：示波器有一个内置的时间参考信号源，称为时间基准。
时间基准负责生成和控制水平扫描的时间基准。
6.显示部分：示波器采用荧光屏来显示波形图像。
荧光屏上涂有荧光物质，当电子束照射到荧光屏上时，荧光物质会发光，形成波形图像。
三、使用示例为了更好地理解示波器的基本原理及结构，下面以一个示例来说明示波器的使用过程。
假设我们要测量一个电路中的正弦信号。
首先，将待测电路的信号源与示波器的输入部分连接。
然后，调整垂直放大器和水平系统，使得信号在荧光屏上显示为适当大小和位置的波形。
接下来，我们可以通过调整触发器来实现波形图像的稳定显示。
触发器可以根据信号的特定条件，例如信号的上升沿或下降沿，来确定波形图像的开始扫描时机，确保波形图像稳定。
示波器基础（一）——示波器基础知识之一1．1 说明和功能我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。
普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测量读数。
而示波器则与共不同。
示波器具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化，即波形。
示波器和电压表之间的主要区别是：1.电压表可以给出祥测信号的数值，这通常是有效值即RMS值。
但是电压表不能给出有关信号形状的信息。
有的电压表也能测量信号的峰值电压和频率。
然而，示波器则能以图形的方式显示信号随时间变化的历史情况。
2.电压表通常只能对一个信号进行测量，而示波器则能同时显示两个或多个信号。
显示系统示波器的显示器件是阴极射线管，缩写为CRT，见图1。
阴极射线管的基础是一个能产生电子的系统，称为电子枪。
电子枪向屏幕发射电子。
电子枪发射的电子经聚焦形成电子束，并打在屏幕中心的一点上。
屏幕的内表面涂有荧光物质，这样电子束打中的点就发出光来。
图1 阴极射线管图电子在从电子枪到屏幕的途中要经过偏转系统。
在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动。
偏转系统由水平（X）偏转板和垂直（Y）偏转板组成。
这种偏转方式称为静电偏转。
在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络，称为标尺。
标尺通常在垂直方向有8个，水平方向有10个，每个格为1cm。
有的标尺线又进一步分成小格，并且还有标明0％和100％的特别线。
这些特别的线和标明10％和90％的标尺配合使用以进行上升时间的测量。
我们后面会讨论这个问题。
如上所述，受到电子轰击后，CRT上的荧光物质就会发光。
当电子束移开后，荧光物质在一个短的时间内还会继续发光。
这个时间称为余辉时间。
余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化。
最常用的荧光物质是P31，其余辉时间小于一毫秒(ms).而荧光物质P7的余辉时间则较长，约为300ms，这对于观察较慢的信号非常有用。
P31材料发射绿光，而P7材料发光的颜色为黄绿色。
将输入信号加到Y轴偏转板上，而示波器自己使电子束沿X轴方向扫描。
这样就使得光点在屏幕上描绘出输入信号的波形。
这样扫出的信号波形称为波形轨迹。
影响屏幕的控制机构有：—辉度辉度控制用来调切波形显示的亮度。
本书中用作示例的示波器所采用的电路能够根据不同的扫描速度自动调切辉度。
当电子束移动得比较快时，荧光物质受到激励的时间就变短，因此必须增加辉度才能看清轨迹。
相反，当电子束移动缓慢时，屏幕上的光点变得很亮，因此必须减小辉度以免荧光物质被烧坏。
从而延长示波管的寿命。
对于屏幕上的文字部分，另有单独的辉度控制机构。
—聚焦聚焦控制机构用来控制屏幕上光点的大小，以便获得清晰的波形轨迹。
有些示波器，例如本书用作示例的示波器上，聚集也是由示波器自己进行最佳控制的，从而能在不同的辉度和不同的扫描下保持清晰的波形轨迹。
另外也提供手动调节的聚集控制。
—扫描旋转这个控制机构使X轴扫描线和水平标尺线对齐。
由于地球的磁场在各个地方是不同的，这将会影响示波管显示的扫描线。
扫迹旋转功能就用来对此进行补偿。
扫描旋转功能是预先调好的，通常只需在示波器搬动后再行调节。
—标尺照明标尺亮度可以单独控制。
这对于屏幕摄影或在弱光线条件下工作时非常有用。
—Z调制扫描的辉度可以用电气的方法通过一个外加的信号来改变。
这对于由外部信号来产生水平偏转以及使用X－Y显示方式来寻找频率关系的应用中是十分有用的。
此信号输入端通常是示波器后面板上的一个BNC插座。
1．2 模拟示波器方框图CRT是所有示波器的基础。
现在我们已经对它有所了解。
下面我们就看一看示波管是怎样作为示波器的心脏来起作用的。
我们已经看到，示波器有两个垂直偏转板，两个水平偏转板和一个电子枪。
从电子枪发射出的电子束的强度可以用电气的办法来加以控制。
在上术基础上，再增添下面叙述的电路就可以构成一个完整的示波器（见图2）图2 模拟示波器方框图示波管的垂直偏转系统包括：—输入衰减器（每通道一个）—前置放大器（每通道一个）—用来选择使用哪一个输入通道的电子开关—偏转放大器示波器的水平偏转系统包括：时基、触发电路和水平偏转放大器辉度控制电路用电子学的方法在恰当的时刻点亮和熄灭扫迹。
为使所有这些电路工作，示波器需要有一个电源。
此电源从交流市电或者从机内或外部的电池获取能量，使示波器工作。
任何示波器的基本性能都是由它的垂直偏转系统的特性来决定的，所以我们首先来详细地考察这一部分。
1．3 垂直偏转灵敏度垂直偏转系统对输入信号进行比例变换，使之能在屏幕上表现出来。
示波器可以显示峰峰值电压为几毫伏到几十伏的信号。
因此必须把不同幅度的信号进行变换以适应屏幕的显示范围，这样就可以按照标尺刻度对波形进行测量。
为此就要求对大信号进行衰减、对小信号进行放大。
示波器的灵敏度或衰减器控制就是为此而设置的。
灵敏度是以每格的伏特数来衡量的看一下图3可以知道其灵敏度设置为1V/格。
因此，峰峰值为6V的信号使得扫迹在垂直方向的6个格内偏转变化。
知道了示波器的灵敏度设置值和电子束在垂直方向扫描的格数，我们就可以测量出信号的峰峰电压值。
在多数的示波器上，灵敏度控制都是按1－2－5的序列步进变化的。
即灵敏度。
设置颠倒为10mV/格、20mV/格、50mV/、100mV/格等等。
灵敏度通常是用幅度上升/下降钮来进行控制的，而在有些示波器则是用转动垂直灵敏度旋钮来进行。
如果使用这些灵敏度步进不能调节信号使之能够准确的按照要求在屏幕上显示，那么就可以使用可变（VAR）控制。
在第6章我们将会看到，使用标尺刻度来进行信号上升时间的测量就是一个很好的例子。
可变控制能够在1－2－5的步进值之间对灵敏度进行连续调节。
通常当使用可变控制时，准确的灵敏度值是不知道的。
我们只知道这时示波器的灵敏度是在1－2－5序列的两个步进值之间的某个值。
这时我们称该通道的Y偏转是未校准的或表示为"uncal"。
这种未校准的状态通常在示波器的前面板或屏幕上指示出来。
在更现代化的示波器，例如我们用作示例的示波器，由于彩用了现代先进的技术进行控制和校准。
因此示波器的灵敏度可以在最小值和最大值之间连续变化，而始终保持处于校准状态。
在老式的示波器上，通道灵敏度的设置值是从灵敏度控制旋钮周围的刻度上读出的。
而在新型的示波器上，通道灵敏度设置值清晰地显示在屏幕上，如图3所示，或者用一个单独的CD显示器显示出来。
图3 在灵敏度为1v/格的情况下，峰峰值为6v的信号使电子束在垂直方向偏转6格耦合耦合控制机构决定输入信号从示波器前面板上的BNC输入端通到该通道垂直偏转系统其它部分的方式。
耦合控制可以有两种设置方式，即DC耦合和AC耦合。
DC耦合方式为信号提供直接的连接通路。
因此信号提供直接的连接通路。
因此信号的所有分量（AC 和：DC）都会影响示波器的波形显示。
AC耦合方式则在BDC端和衰减器之间串联一个电容。
这样，信号的DC分量就被阻断，而信号的低频AC分量也将受阻或大为衰减。
示波器的低频截止频率就是示波器显示的信号幅度仅为其直实幅度为71％时的信号频率。
示波器的低频截止频率主要决定于其输入耦合电容的数值。
示波器的低频截止频率典型值为10Hz，见图4。
图4 说明AC及DC耦合、输入接地以及50Ω输入阻抗功能选择的简化输入电路和耦合控制机构有关的另一个功能是输入接地功能。
这时，输入信号和衰减器断开并将衰减器输入端连至示波器的地电平。
当选择接地时，在屏幕上将会看到一条位于0V电平的直线。
这时可以使用位置控制机构来调节这个参考电平或扫描基线的位置。
输入阻抗多数示波器的输入阻抗为1MΩ和大约25pF相关联。
这足以满足多数应用场合的要求，因为它对多数电路的负载效应极小。
有些信号来自50Ω输出阻搞的源。
为了准确的测量这些信号并避免发生失真，必须对这些信号进行正确的传送和端接。
这时应当使用50Ω特性阻抗的电缆并用50Ω的负载进行端接。
某些示波器，如PM3094和PM3394A，内部装有一个50Ω的负载，提供一种用户可选择的功能。
为避免误操作，选择此功能时需经再次确认。
由于同样的理由，50Ω输入阻抗功能不能和某些探头配合使用。
位置垂直位置控制或POS控制机构控制扫迹在屏幕Y轴的位置。
在输入耦合控制中选择接地，这时就将输入信号断开，这样就可以找到地电平的位置。
在更先进的示波器上设有单独的地电平指示器，它可以让用户能连续地获得波形的参考电平。
动态范围动态范围就是示波器能够不失真地显示信号的最大幅值，在此信号幅值下只要调节示波器的垂直位置仍能观察到波形的全部。
对于Fluke公司的示波器来说，动态范围的典型值为24路（3个屏幕）相加和反向简单的把两个信号相加起来似乎没有什么实际意义。
然百，把两个有关信号之一反向，再将二者相加，实际上就实现了两个信号的相减。
这对于消除共模干扰（即交流声），或者进行差分测量都是非常有用的。
从一个系统的输出信号中减去输入信号，再进行适当的比例变换，就可以测出被测系统引起的失真。
由于很多电子系统本身就具有反向的特性，这样只要把示波器的两个输入信号相加就能实现我们所期望的信号相减。
交替和断续示波器CRT本身一次只能显示一条扫迹。
然而，在很多示波器应用中，常常要进行信号的比较，例如，研究输入/输出信号间的关系，或者一个系统对信号的延迟等。
这就要求示波器实际上能同时显示不只一个信号。
为了达到这一目的，可以用两种办法来控制电子束：1.可以交替地画完一条扫迹，再画另一条扫迹。
这种方法称为交替模式，或简称为ALT模式。
2.可以在两条扫迹之间迅速的进行开关或斩波切换，从而分段的画出两条扫迹。
这称为断续模式或CHOP模式。
其结果是在一次扫描的时间里一段接一段的画出两条扫迹。
断续模式适合于在低时基速率下显示低频率信号，因为这时斩波器开关能快速进行切换。
交替模式适合于需要使用较快时基设置的高频率信号的显示。
本书中我们用作示例的示波器在不同的扫描速度下能自动地ALT或CHOP模式以给出最好的显示效果。
用户也可以手动选择ALT或CHOP模式以适合特殊信号的需求。
带宽示波器最生根的技术指标就是带宽。
示波器的带宽表明了该示波器垂直系统的频率响应。
示波器的带宽定义为示波器在屏幕上能以不低于真实信号3dB的幅度来显示信号的最高频率。
—3dB点的频率就是示波器所显示的信号幅度“Vdisp”为示波器输入端真实信号值“Vinput”的71％时的信号频率，如下式所示：设：dB(伏)＝20log(电压比)—3Db=20log(Vdisp/Vinput)—0.15＝log(Vdisp/Vinput)10-0.15=Vdisp/VinputVdisp=0.7Vinput图5表示出一个100MHz示波器的典型频率响应曲线。
图5 一台典型为100MHz示波器的频率响应曲线（简化的曲线和实际的曲线）出于现实的理由，通常把带宽想象成为叔响曲线一直平坦延伸至其截止频率，然后从该频率以－20dB/+倍频程的斜率下降。
