示波器的使用概述

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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象，便於人們研究各種電現象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在塗有螢光物質的屏面上，就可產生細小的光點。在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以用它測試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等等。

示波器使用方法

本節介紹示波器的使用方法。示波器種類、型號很多，功能也不同。數字電路實驗中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器。這些示波器用法大同小異。本節不針對某一型號的示波器，只是從概念上介紹示波器在數字電路實驗中的常用功能。
1 螢光屏
螢光屏是示波管的顯示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，指示出信號波形的電壓和時間之間的關係。水平方向指示時間，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格，垂直方向分為8格，每格又分為5份。垂直方向標有0％，10％，90％，100％等標誌，水平方向標有10％，90％標誌，供測直流電平、交流信號幅度、延遲時間等參數使用。根據被測信號在屏幕上佔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。
2 示波管和電源系統
（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。
一般不應太亮，以保護螢光屏。
（3）．聚焦(Focus)
聚焦旋鈕調節電子束截面大小，將掃描線聚焦成最清晰狀態。
（4）．標尺亮度(Illuminance)
此旋鈕調節螢光屏後面的照明燈亮度。正常室內光線下，照明燈暗一些好。室內光線不足的環境中，可適當調亮照明燈。
3 垂直偏轉因數和水平偏轉因數
（1）．垂直偏轉因數選擇(VOLTS／DIV)和微調
在單位輸入信號作用下，光點在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度，這一定義對X軸和Y軸都適用。靈敏度的倒數稱為偏轉因數。垂直靈敏度的單位是為cm/V，cm／mV或者DIV／mV，DIV／V，垂直偏轉因數的單位是V／cm，mV／cm或者V／DIV，mV／DIV。實際上因習慣用法和測量電壓讀數的方便，有時也把偏轉因數當靈敏度。
蹤示波器中每個通道各有一個垂直偏轉因數選擇波段開關。一般按1，2，5方式從 5mV／DIV到5V／DIV分為10檔。波段開關指示的值代表螢光屏上垂直方向一格的電壓值。例如波段開關置於1V／DIV檔時，如果屏幕上信號光點移動一格，則代表輸入信號電壓變化1V。
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，處於「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。垂直偏轉因數微調後，會造成與波段開關的指示值不一致，這點應引起注意。許多示波器具有垂直擴展功能，當微調旋鈕被拉出時，垂直靈敏度擴大若干倍(偏轉因數縮小若干倍)。例如，如果波段開關指示的偏轉因數是1V/DIV，採用×5擴展狀態時，垂直偏轉因數是0．2V／DIV。
在做數字電路實驗時，在屏幕上被測信號的垂直移動距離與+5V信號的垂直移動距離之比常被用於判斷被測信號的電壓值。
（2）．時基選擇(TIME／DIV)和微調
時基選擇和微調的使用方法與垂直偏轉因數選擇和微調類似。時基選擇也通過一個波段開關實現，按1、2、5方式把時基分為若干檔。波段開關的指示值代表光點在水平方向移動一個格的時間值。例如在1μS／DIV檔，光點在屏上移動一格代表時間值1μS。
「微調」旋鈕用於時基校準和微調。沿順時針方向旋到底處於校準位置時，屏幕上顯示的時基值與波段開關所示的標稱值一致。逆時針旋轉旋鈕，則對時基微調。旋鈕拔出後處於掃描擴展狀態。通常為×10擴展，即水平靈敏度擴大10倍，時基縮小到1／10。例如在2μS/DIV檔，掃描擴展狀態下螢光屏上水平一格代表的時間值等於

2μS×(1/10)=0.2μS

TDS實驗臺上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的時鐘信號，由石英晶體振蕩器和分頻器產生，準確度很高，可用來校準示波器的時基。
示波器的標準信號源CAL，專門用於校準示波器的時基和垂直偏轉因數。例如COS5041型示波器標準信號源提供一個VP-P=2V,f=1kHz的方波信號。
示波器前面板上的位移(Position)旋鈕調節信號波形在螢光屏上的位置。旋轉水平位移旋鈕(標有水平雙向箭頭)左右移動信號波形，旋轉垂直位移旋鈕(標有垂直雙向箭頭)上下移動信號波形。
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信號和通道2信號。測試信號時，首先要將示波器的地與被測電路的地連接在一起。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「×1」位置時，被測信號無衰減送到示波器，從螢光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值。此開關撥到「×10"位置時，被測信號衰減為1／10，然後送往示波器，從螢光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值。
（2）．輸入耦合方式
輸入耦合方式有三種選擇：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。當選擇「地」時，掃描線顯示出「示波器地」在螢光屏上的位置。直流耦合用於測定信號直流絕對值和觀測極低頻信號。交流耦合用於觀測交流和含有直流成分的交流信號。在數字電路實驗中，一般選擇「直流」方式，以便觀測信號的絕對電壓值。
5 觸發
第一節指出，被測信號從Y軸輸入後，一部分送到示波管的Y軸偏轉板上，驅動光點在螢光屏上按比例沿垂直方向移動；另一部分分流到x軸偏轉系統產生觸發脈衝，觸發掃描發生器，產生重複的鋸齒波電壓加到示波管的X偏轉板上，使光點沿水平方向移動，兩者合一，光點在螢光屏上描繪出的圖形就是被測信號圖形。由此可知，正確的觸發方式直接影響到示波器的有效操作。為了在螢光屏上得到穩定的、清晰的信號波形，掌握基本的觸發功能及其操作方法是十分重要的。
（1）．觸發源(Source)選擇
要使屏幕上顯示穩定的波形，則需將被測信號本身或者與被測信號有一定時間關係的觸發信號加到觸發電路。觸發源選擇確定觸發信號由何處供給。通常有三種觸發源：內觸發(INT)、電源觸發(LINE)、外觸發EXT)。
內觸發使用被測信號作為觸發信號，是經常使用的一種觸發方式。由於觸發信號本身是被測信號的一部分，在屏幕上可以顯示出非常穩定的波形。雙蹤示波器中通道1或者通道2都可以選作觸發信號。
電源觸發使用交流電源頻率信號作為觸發信號。這種方法在測量與交流電源頻率有關的信號時是有效的。特別在測量音頻電路、閘流管的低電平交流噪音時更為有效。
外觸發使用外加信號作為觸發信號，外加信號從外觸發輸入端輸入。外觸發信號與被測信號間應具有周期性的關係。由於被測信號沒有用作觸發信號，所以何時開始掃描與被測信號無關。
正確選擇觸發信號對波形顯示的穩定、清晰有很大關係。例如在數字電路的測量中，對一個簡單的周期信號而言，選擇內觸發可能好一些，而對於一個具有複雜周期的信號，且存在一個與它有周期關係的信號時，選用外觸發可能更好。
（2）．觸發耦合(Coupling)方式選擇
觸發信號到觸發電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發信號的穩定、可靠。這裡介紹常用的幾種。
AC耦合又稱電容耦合。它只允許用觸發信號的交流分量觸發，觸發信號的直流分量被隔斷。通常在不考慮DC分量時使用這種耦合方式，以形成穩定觸發。但是如果觸發信號的頻率小於10Hz，會造成觸發困難。
直流耦合(DC)不隔斷觸發信號的直流分量。當觸發信號的頻率較低或者觸發信號的佔空比很大時，使用直流耦合較好。
低頻抑制(LFR)觸發時觸發信號經過高通濾波器加到觸發電路，觸發信號的低頻成分被抑制；高頻抑制(HFR)觸發時，觸發信號通過低通濾波器加到觸發電路，觸發信號的高頻成分被抑制。此外還有用於電視維修的電視同步(TV)觸發。這些觸發耦合方式各有自己的適用範圍，需在使用中去體會。
（3）．觸發電平(Level)和觸發極性(Slope)
觸發電平調節又叫同步調節，它使得掃描與被測信號同步。電平調節旋鈕調節觸發信號的觸發電平。一旦觸發信號超過由旋鈕設定的觸發電平時，掃描即被觸發。順時針旋轉旋鈕，觸發電平上升；逆時針旋轉旋鈕，觸發電平下降。當電平旋鈕調到電平鎖定位置時，觸發電平自動保持在觸發信號的幅度之內，不需要電平調節就能產生一個穩定的觸發。當信號波形複雜，用電平旋鈕不能穩定觸發時，用釋抑(Hold Off)旋鈕調節波形的釋抑時間(掃描暫停時間)，能使掃描與波形穩定同步。
極性開關用來選擇觸發信號的極性。撥在「+」位置上時，在信號增加的方向上，當觸發信號超過觸發電平時就產生觸發。撥在「-」位置上時，在信號減少的方向上，當觸發信號超過觸發電平時就產生觸發。觸發極性和觸發電平共同決定觸發信號的觸發點。
6 掃描方式(SweepMode)
掃描有自動(Auto)、常態(Norm)和單次(Single)三種掃描方式。
自動：當無觸發信號輸入，或者觸發信號頻率低於50Hz時，掃描為自激方式。
常態：當無觸發信號輸入時，掃描處於準備狀態，沒有掃描線。觸發信號到來後，觸發掃描。
單次：單次按鈕類似復位開關。單次掃描方式下，按單次按鈕時掃描電路復位，此時準備好(Ready)燈亮。觸發信號到來後產生一次掃描。單次掃描結束後，準備燈滅。單次掃描用於觀測非周期信號或者單次瞬變信號，往往需要對波形拍照。
上面扼要介紹了示波器的基本功能及操作。示波器還有一些更複雜的功能，如延遲掃描、觸發延遲、X-Y工作方式等，這裡就不介紹了。示波器入門操作是容易的，真正熟練則要在應用中掌握。值得指出的是，示波器雖然功能較多，但許多情況下用其他儀器、儀表更好。例如，在數字電路實驗中，判斷一個脈寬較窄的單脈衝是否發生時，用邏輯筆就簡單的多；測量單脈衝脈寬時，用邏輯分析儀更好一些。 1．獲得基線：當操作者在使用無使用說明書的示波器時，首先要獲得一條最細的水平基線，然後才能用探頭進行其他測量，其具體方法如下：
(1)預置面板各開關、旋鈕。
亮度置適中，聚焦和輔助聚焦置適中，垂直輸入耦合置「AC，，，垂直電壓量程選擇置"5mv／div"，垂直工作方式選擇置「CHl」，垂直靈敏度微調校準位置置「CAL"，垂直通道同步源選擇置中間位置，垂直位置置中間位置，A和B掃描時間因數一起預置在「0．5ms／div"，A掃描時間微調置校準位置「CAL』』，水平位移置中間位置，掃描工作方式置「A」，觸發同步方式置「AUTO"，斜率開關置「+」
，觸發耦合開關置「AC』』，觸發源選擇置"INT"。
(2)按下電源開關，電源指示燈點亮。
(3)調節A亮度聚焦等有關控制旋鈕，可出現纖細明亮的掃描基線，調節基線使其位置於屏幕中間與水平坐標刻度基本重合。
(4)調節軌跡平行度控制使基線與水平坐標平行。
2．顯示信號：一般情況下，示波器本身均有一個0．5Vp—p標準方波信號輸出口，當獲得基線後，即可將探頭接到此處，此時屏幕應有一串方波信號，調節電壓量程和掃描時間因數旋鈕，方波的幅度和寬窄應變化，至此說明示波器基本調整完畢可以投入使用。
3．測量信號：將測試線接在CHl或CH2輸入插座，測試探頭觸及測試點，即可在示波器上觀察到波形。如果波形幅度太大或太小，可調整電壓量程旋鈕；如果波形周期顯示不適合，可調整掃描速度旋鈕。
三、特殊使用方法
1．交流峰值電壓測量
(1)獲得基線。
(2)調整V／div旋鈕，使波形在垂直方向顯示5div(即5格)。
(3)調節「A觸發電平」獲得穩定顯示。
(4)用以下公式計算峰值電壓。
電壓(p—p)：垂直偏轉幅度／度x(VOLTS／div)／開關檔極x探極衰減倍率。
例如：測得上峰到下峰偏轉是5．6度，VOLTS／dir開關置0．5，用x10探極衰減倍率，將數據代人：電壓二5．6X0．5 X 10二28 V。
2．上升時間測量
上升時間：水平距離(度)x時間／度(檔極)／擴展係數。
例如：波形兩點間的距離為5度，時間／度檔級為1Us，x10擴展末擴展(即x1)，將給定值代人：上升時I司；5X1／1；51xs。
3．相位差測量
相位差：水平差值(度)x水平刻度校準值(度／度)。
例如：水平差值為0．6度，每度校準到45度，將給定值代人公式：相位差：0．6x45：27。

4.頻率的測量

用示波器測量信號頻率的方法很多，下面介紹常用的兩種基本方法。

　　1．周期法

　　對於任何周期信號，可用前述的時間間隔的測量方法，先測定其每個周期的時間T，再用下式求出頻率f ：f=1/T

　　例如示波器上顯示的被測波形，一周期為8div，「t/div」開關置「1μs」位置，其「微調」置「校準」位置。則其周期和頻率計算如下：

　　T=1us/div×8div = 8us

　　f= 1/8us =125kHz

　　所以，被測波形的頻率為125kHz。

　　2．李沙育圖形法測頻率

　　將示波器置X-Y工作方式，被測信號輸入Y軸，標準頻率信號輸入「X外接」，慢慢改變標準頻率，使這兩個信號頻率成整數倍時，例如fx :

　　fy=1:2，則在螢光屏上會形成穩定的李沙育圖形。

　　李沙育圖形的形狀不但與兩個偏轉電壓的相位有關，而且與兩個偏轉電壓的頻率也有關。用描跡法可以畫出ux與uy的各種頻率比、不同相位差時的李沙育圖形，幾種不同頻率比的李沙育圖形如圖5-15所示。

　　利用李沙育圖形與頻率的關係，可進行準確的頻率比較來測定被測信號的頻率。其方法是分別通過李沙育圖形引水平線和垂直線，所引的水平線垂直線不要通過圖形的交叉點或與其相切。若水平線與圖形的交點數為m，垂直線與圖形的交點數n，則

　　fy / fx=m / n

　　當標準頻率fx（或fy）為已知時，由上式可以求出被測信號頻率fy（或fx）。顯然，在實際測試工作中，用李沙育圖形進行頻率測試時，為了使測試簡便正確，在條件許可的情況下，通常儘可能調節已知頻率信號的頻率，使螢光屏上顯示的圖形為圓或橢圓。這時被測信號頻率等於已知信號頻率。

　　圖5-16常用頻率比的李沙育圖形

　　由於加到示波器上的兩個電壓相位不同，螢光屏上圖形會有不同的形狀，但這對確定未知頻率並無影響。

　　李沙育圖形法測量頻率是相當準確的，但操作較費時。同時，它只適用於測量頻率較低的信號

常見現象

沒有光點或波形

　　電源未接通。

　　輝度旋鈕未調節好。

　　X，Y軸移位旋鈕位置調偏。

　　Y軸平衡電位器調整不當，造成直流放大電路嚴重失衡。

水平方向展不開

　　觸發源選擇開關置於外檔，且無外觸發信號輸入，則無鋸齒波產生。

　　電平旋鈕調節不當。

　　穩定度電位器沒有調整在使掃描電路處於待觸發的臨界狀態。

　　X軸選擇誤置於X外接位置，且外接插座上又無信號輸入。

　　兩蹤示波器如果只使用A通道（B通道無輸入信號），而內觸發開關置於拉YB位置，則無鋸齒波產生。

垂直方向無展示

　　輸入耦合方式DC-接地-AC開關誤置於接地位置。

　　輸入端的高、低電位端與被測電路的高、低電位端接反。

　　輸入信號較小，而V/div誤置於低靈敏度檔。

波形不穩定

　　穩定度電位器順時針旋轉過度，致使掃描電路處於自激掃描狀態（未處於待觸發的臨界狀態）。

　　觸發耦合方式AC、AC（H）、DC開關未能按照不同觸發信號頻率正確選擇相應檔級。

　　選擇高頻觸發狀態時，觸發源選擇開關誤置於外檔（應置於內檔。）

　　部分示波器掃描處於自動檔（連續掃描）時，波形不穩定。

垂直線條密集或呈現一矩形

　　t/div開關選擇不當，致使f掃描<

水平線條密集或呈一條傾斜水平線

　　t/div關選擇不當，致使f掃描>>f信號。

垂直方向的電壓讀數不準

　　未進行垂直方向的偏轉靈敏度（v/div）校準。

　　進行v/div校準時，v/div微調旋鈕未置於校正位置（即順時針方向未旋足）。

　　進行測試時，v/div微調旋鈕調離了校正位置（即調離了順時針方向旋足的位置）。

　　使用l0 ：1衰減探頭，計算電壓時未乘以10倍。

　　被測信號頻率超過示波器的最高使用頻率，示波器讀數比實際值偏小。

　　測得的是峰-峰值，正弦有效值需換算求得。

水平方向的讀數不準

　　未進行水平方向的偏轉靈敏度（t/div）校準。

　　進行t/div校準時，t/div微調旋鈕未置於校準位置（即順時針方向未旋足）。

　　進行測試時，t/div微調旋鈕調離了校正位置（即調離了順時針方向旋足的位置）。

　　掃速擴展開關置於拉（×10）位置時，測試未按t/div開關指示值提高靈敏度10倍計算。

交直流疊加信號的直流電壓值分辨不清

　　Y軸輸入耦合選擇DC-接地-AC開關誤置於AC檔（應置於DC檔）。

　　測試前未將DC-接地-AC開關置於接地檔進行直流電平參考點校正。

　　Y軸平衡電位器未調整好。

測不出兩個信號間的相位差

　　測不出兩個信號間的相位差（波形顯示法）

　　雙蹤示波器誤把內觸發（拉YB）開關置於按（常態）位置應把該開關置於拉YB位置。

　　雙蹤示波器沒有正確選擇顯示方式開關的交替和斷續檔。

　　單線示波器觸發選擇開關誤置於內檔。

　　單線示波器觸發選擇開關雖置於外檔，但兩次外觸發未採用同一信號。

調幅波形失常

　　t/div開關選擇不當，掃描頻率誤按調幅波載波頻率選擇（應按音頻調幅信號頻率選擇）。

波形調不到要求的起始時間和部位

　　穩定度電位器未調整在待觸發的臨界觸發點上。

　　觸發極性（+、-）與觸發電平（+、-）配合不當。

　　觸發方式開關誤置於自動檔（應置於常態檔）。

觸發或同步掃描

　　緩緩調節觸發電平（或同步）旋鈕，屏幕上顯現穩定的波形，根據觀察需要，適當調節電平旋鈕，以顯示相應起始位置的波形。

　　如果用雙蹤示波器觀察波形，作單蹤顯示時，顯示方式開關置於YA或YB。被測信號通過YA或YB輸入端輸入示波器。Y軸的觸發源選擇「內觸發一拉YB」開關置於按（常態）位置。若示波器作兩蹤顯示時，顯示方式開關置於交替檔（適用於觀察頻率不太低的信號），或斷續檔（適用於觀察頻率不太高的信號），此時Y軸的觸發源選擇「內觸發-拉YB」開關置「拉YB」檔。

示波器使用不當可能造成的異常現象

　　示波器在使用過程中，往往由於操作者對於示波原理不甚理解和對示波器面板控制裝置的作用不熟悉，會出現由於調節不當而造成異常現象

參考視頻：http://v.youku.com/v_show/id_XMjI3NTExMzA0.html

http://v.youku.com/v_show/id_XMjAxODEwMjQ0.html