示波器的使用

本节介绍示波器的使用方法。

示波器种类、型号很多，功能也不同。

数字电路实验中使用较多的是20MHz或者40MHz的双踪示波器。

这些示波器用法大同小异。

本节不针对某一型号的示波器，只是从概念上介绍示波器在数字电路实验中的常用功能。

2.1 荧光屏荧光屏是示波管的显示部分。

屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的电压和时间之间的关系。

水平方向指示时间，垂直方向指示电压。

水平方向分为10格，垂直方向分为8格，每格又分为5份。

垂直方向标有0％，10％，90％，100％等标志，水平方向标有10％，90％标志，供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。

根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V／DIV，TIME／DIV)能得出电压值与时间值。

2．2 示波管和电源系统1．电源(Power)示波器主电源开关。

当此开关按下时，电源指示灯亮，表示电源接通。

2．辉度(Intensity)旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。

观察低频信号时可小些，高频信号时大些。

一般不应太亮，以保护荧光屏。

3．聚焦(Focus)聚焦旋钮调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态。

4．标尺亮度(Illuminance)此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。

正常室内光线下，照明灯暗一些好。

室内光线不足的环境中，可适当调亮照明灯。

2．3 垂直偏转因数和水平偏转因数1．垂直偏转因数选择(VOLTS／DIV)和微调在单位输入信号作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对X轴和Y 轴都适用。

灵敏度的倒数称为偏转因数。

垂直灵敏度的单位是为cm/V，cm／mV或者DI V／mV，DIV／V，垂直偏转因数的单位是V／cm，mV／cm或者V／DIV，mV／DIV。

实际上因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度。

踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。

一般按1，2，5方式从5mV／DIV到5V／DIV分为10档。

波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。

例如波段开关置于1V／DIV档时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变化1 V。

每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数。

将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。

逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数。

垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不一致，这点应引起注意。

许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍(偏转因数缩小若干倍)。

例如，如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采用×5扩展状态时，垂直偏转因数是0．2V／DIV。

在做数字电路实验时，在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5V信号的垂直移动距离之比常被用于判断被测信号的电压值。

2．时基选择(TIME／DIV)和微调时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。

时基选择也通过一个波段开关实现，按1、2、5方式把时基分为若干档。

波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值。

例如在1μS／DIV档，光点在屏上移动一格代表时间值1μS。

“微调”旋钮用于时基校准和微调。

沿顺时针方向旋到底处于校准位置时，屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值一致。

逆时针旋转旋钮，则对时基微调。

旋钮拔出后处于扫描扩展状态。

通常为×10扩展，即水平灵敏度扩大10倍，时基缩小到1／10。

例如在2μS/DIV 档，扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的时间值等于2μS×(1/10)=0.2μS。

TDS实验台上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的时钟信号，由石英晶体振荡器和分频器产生，准确度很高，可用来校准示波器的时基。

示波器的标准信号源CAL，专门用于校准示波器的时基和垂直偏转因数。

例如COS5041型示波器标准信号源提供一个VP-P=2V,f=1kHz的方波信号。

示波器前面板上的位移(Position)旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置。

旋转水平位移旋钮(标有水平双向箭头)左右移动信号波形，旋转垂直位移旋钮(标有垂直双向箭头)上下移动信号波形。

2.4 输入通道和输入耦合选择1．输入通道选择输入通道至少有三种选择方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)、双通道(DUAL)。

选择通道1时，示波器仅显示通道1的信号。

选择通道2时，示波器仅显示通道2的信号。

选择双通道时，示波器同时显示通道1信号和通道2信号。

测试信号时，首先要将示波器的地与被测电路的地连接在一起。

根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道插座上，示波器探头上的地与被测电路的地连接在一起，示波器探头接触被测点。

示波器探头上有一双位开关。

此开关拨到“×1”位置时，被测信号无衰减送到示波器，从荧光屏上读出的电压值是信号的实际电压值。

此开关拨到“×10"位置时，被测信号衰减为1／10，然后送往示波器，从荧光屏上读出的电压值乘以10才是信号的实际电压值。

2．输入耦合方式输入耦合方式有三种选择：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。

当选择“地”时，扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。

直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号。

交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号。

在数字电路实验中，一般选择“直流”方式，以便观测信号的绝对电压值。

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。

它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。

示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。

在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。

利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等以图像形式在阴极射线管荧光屏上显示两个或两个以上参数间的函数关系的电子测量仪器。

示波器根据对不同时域测量的要求有通用示波器、存储示波器和取样示波器三类。

目录[隐藏]1 发展简况2 仪器特点3 仪器分类4 工作原理5 显示原理6 使用方法7 现象原因8 参考书目9 参考连接示波器-发展简况阴极射线管将电信号变成荧光屏上可见的图像,是电子技术中一项极其重要的发明。

1879年, W.克鲁克斯利用磁场能使真空管中阴极射线偏转，以及荧光材料在电子束轰击下能发出荧光和磷光的原理制成了阴极射线管。

1897年,K.F.布劳恩改进了克鲁克斯管,使电子束电流可控以改变光点的亮度，从而制成了实用的阴极射线管，如示波管、电视显像管等。

示波器在电子测量仪器发展史中是影响最大、用途最广、生产品种最多的仪器，配上适当的非电量换能器后能测量和显示几乎一切物理量和动态过程。

在电子测量仪器中，示波器是一种电信号的时域测量和分析仪器；它显示信号随时间变化的波形，是一种非常直观的波形分析器。

第一台电子管示波器于1931年问世,随着晶体管、集成组件、超小型元件、器件和新型示波管的出现，现代示波器的性能和结构已有显著的改进。

示波器-仪器特点显著优点①非常直观，能将波形直接显示在荧光屏上，还可用照相方法取得永久性记录；②量程大，可测量从高灵敏示波器的数微伏至高压示波器的数万伏的信号；③输入阻抗高，对被测系统影响极小；④反应迅速，电子束惰性极小，能显示纳秒级的快速过程；⑤多信道，能在同一荧光屏上同时显示几个过程，便于观察、比较、测量和分析；⑥耐过载能力强，能在恶劣环境下工作。

性能指标示波器的主要性能指标是频率范围、灵敏度、信道数和存储功能。

①频率范围：指-3分贝时的上限、下限频率。

一般示波器下限频率可达直流或很低频率,上限频率具有重要意义,它决定可显示的最快速过程。

②灵敏度:指偏转一格刻度（8～10毫米）所需的输入电压,目前常用示波器灵敏度可达每格1～10毫伏。

③信道数目：指同时在荧光屏显示的输入信道的数目，最常见的为1～4个信道。

④存储功能：所有示波器都可用来观察重复性（即周期性）波形,但是,如果周期很长或是单次快速过程，普通示波器在显示时会出现闪烁、过暗或捕捉不住等现象，存储示波器具有存储功能，能观察上述特殊波形。

示波器-仪器分类通用示波器通用示波器通常采用80毫米×100毫米矩形荧光屏带内刻度和后加速电极的示波管。

时基发生器产生一电压随时间作线性变化的锯齿波，其重复频率在很大范围内可变，起始扫描时间受来自触发电路的触发脉冲控制。

图中为双通道双踪示波器，利用电子开关将A、B通道的图像分别显示在荧光屏上。

电子开关有两种工作模式：交替模式和断续模式。

在交替工作模式时，电子开关受时基产生器控制，每次扫描开始时，电子开关立即转换，这种方式适合于观察变化较快的信号。

在断续工作模式时，电子开关受方波振荡器（频率50千赫～1兆赫）控制，轮流接通A和B通道，适用于观察慢变化信号。

触发电路和时基发生器的动作都比触发信号有一定滞后。

为了显示信号的前沿，在信号回路中加入一段延迟回路。

早期示波器的时基发生器与图中的不同，没有触发回路,由输入信号直接与锯齿波发生器同步,时基发生器没有精确时间刻度。

后来加入触发电路，使波形稳定，且扫描速度不受输入信号影响。

这种示波器对观察脉冲信号特别方便，称为同步示波器。

随着示波器的发展，频率上限不断提高。

上限频率主要受放大器和示波管上限频率的限制，现代示波器已达到300～400兆赫,最高水平已达到1000兆赫。

输入阻抗通常为1兆欧的电阻与30～50皮法的等效电容并联。

高输入阻抗特别是低容抗有时对电路影响很大，且容易拾取干扰信号。

用衰减器探头可提高输入容抗。

探头用RC并联电路与示波器输入端串接。

一般采用1/10的探头，输入阻抗约为10兆欧与10皮法并联，能防止干扰串入。

现代示波器因有两路时基发生器，可交替扫描、交替触发，并有校正用方波发生器、聚焦调节和像差调节等电路，能对波形进行精密测量。

存储示波器用通用示波器观察重复频率为几赫的波形时，荧光屏会严重地闪烁。

补救的办法是采用长余辉示波管（余辉时间可长达1～3秒），这种办法虽很简单，但余辉时间不能随意调节，不适于观察高重复频率信号，而且普通示波器还不能观察单次过程。

存储示波器又称记忆示波器,能将波形记忆下来,显示在荧光屏上。

存储示波器采用特殊的阴极射线管，有栅网型和双稳态型荧光膜两类。

存储示波管和普通示波管不同，它有写入电子枪和读出电子枪（见示波器）。

栅网型示波管的优点是辉度连续可调,存储时间可从1小时到7天,可多次写入、一次读出。

双稳态型存储示波管结构简单，存储时间可达1小时，价格低廉,缺点是双稳态缺乏中间色调，不能快速写入，荧光膜易烧毁。