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標題: 简单介绍示波器的原理和使用方法 [打印本頁]

作者: admin 時間: 2022-7-15 18:19
標題: 简单介绍示波器的原理和使用方法
示波器是一種利用很是遍及，且利用相對于繁杂的仪器。本章從利用的角度先容一下示波器的道理和利用法子。

01示波器事情道理

示波器是操纵電子示波管的特征，将人眼没法直接觀测的交变電旌旗灯号转换成圖象，显示在荧光屏上以便丈量的電子丈量仪器。它是察看数字電路实行征象、阐發实行中的問题、丈量实行成果必不成少的首要仪器。示波器由示波管和電源體系、同步體系、X轴偏转體系、Y轴偏转體系、延迟扫描體系、尺度旌旗灯号源構成。

一、示波管

阴极射線管(CRT)简称示波管，是示波器的焦點。它将電旌旗灯号转换為光旌旗灯号。正如圖1所示，電子枪、偏转體系和荧光屏三部門密封在一個真空玻璃壳内，構成為了一個完备的示波管。

圖1 示波管的内部布局和供電圖示

圖1 示波管的内部布局和供電圖示

（1）荧光屏如今的示波管屏面凡是是矩形平面，内概况沉积一层磷光质料组成荧光膜。在健康瘦身方法推薦,荧光膜上常又增长一层蒸發铝膜。高速電子穿過铝膜，撞击荧光粉而發光構成亮點。铝膜具备内反射感化，有益于提高亮點的辉度。铝膜另有散热等其他感化。

當電子遏制轰击後，亮點不克不及當即消散而要保存一段時候。亮點辉度降低到原始值的10％所颠末的時候叫做“余晖時候”。余晖時候短于10μs為极短余晖，10μs—1ms為短余晖，1ms—0.1s為中余晖，0.1s-1s為长余晖，大于1s為极长余晖。一般的示波器配备中余晖示波管，高频示波器选用短余晖，低频示波器选用长余晖。

因為所用磷光质料分歧，荧光屏上能發出分歧色彩的光。一般示波器多采纳發绿光的示波管，以庇护人的眼睛。

（2）電子枪及聚焦電子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加快极(G2)(或称第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)構成。它的感化是發射電子并構成很细的高速電子束。灯丝通電加热阴极，阴极受热發射電子。

栅极是一個顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面。因為栅极電位比阴极低，對阴极發射的電子起節制感化，一般只有活動初速率大的少许電子，在阳极電压的感化下能穿過栅极小孔，奔向荧光屏。初速率小的電子仍返回阴极。

若是栅极電位太低，则全数電子返回阴极，即管子截止。调理電路中的W1電位器，可以扭转栅极電位，節制射向荧光屏的電子流密度，從而到达调理亮點的辉度。第一阳极、第二阳极和前加快极都是與阴极在统一条轴線上的三個金属圆筒。前加快极G2與A2相連，所加電位比A1高。G2的正電位對阴极電子奔向荧光屏起加快感化。

電子束從阴极奔向荧光屏的進程中，颠末两次聚焦進程。第一次聚焦由K、G一、G2完成，K、K、G一、G2叫做示波管的第一電子透镜。第二次聚焦產生在G二、A一、A2區域，调理第二阳极A2的電位，能使電子束正好汇聚于荧光屏上的一點，這是第二次聚焦。A1上的電压叫做聚焦電压，A1又被叫做聚焦极。有時调理A1電压仍不克不及知足杰出聚焦，需微调第二阳极A2的電压，A2又叫做辅助聚焦极。

（3）偏转體系偏转體系節制電子射線标的目的，使荧光屏上的光點随外加旌旗灯号的变革刻画出被测旌旗灯号的波形。圖8.1中，Y一、Y2和Xl、X2两對相互垂直的偏转板構成偏转體系。Y轴偏转板在前，X轴偏转板在後，是以Y轴活络度高(被测旌旗灯号經处置後加到Y轴)。两對偏转板别离加之電压，使两對偏转板間各自構成電場，别离節制電子束在垂直标的目的和程度标的目的偏转。

（4）示波管的電源為使示波管正常事情，對電源供應有必定请求。划定第二阳极與偏转板之間電位附近，偏转板的均匀電位為零或靠近為零。阴极必需事情在负電位上。栅极G1相對于阴极其负電位(—30V~—100V)，并且可调，以实現辉度调理。第一阳极其正電位(约+100V~+600V)，也應可调，用作聚焦调理。

第二阳极與前加快极相連，對阴极其正高压(约+1000V)，相對付地電位的可调范畴為±50V。因為示波管各電极電流很小，可以用大眾高压經電阻分压器供電。

02示波器的根基構成

從上一末節可以看出，只要節制X轴偏转板和Y轴偏转板上的電压，就可以節制示波管显示的圖形外形。咱们晓得，一個電子旌旗灯号是時候的函数f(t)，它随時候的变革而变革。是以，只要在示波管的X轴偏转板上加一個與時候变量成正比的電压，在y轴加之被测旌旗灯号(颠末比例放大或缩小)，示波管屏幕上就會显示出被测信号随時候变革的圖形。電旌旗灯号中，在一段時候内與時候变量成正比的旌旗灯号是锯齿波。

示波器的根基構成框圖如圖2所示。它由示波管、Y轴體系、X轴體系、Z轴體系和電源等五部門構成。

圖2示波器根基構成框圖

圖2示波器根基構成框圖

被测旌旗灯号①接到“Y"输入端，經Y轴衰减器得當衰减後送至Y1放大器(前置放大)，推挽输出旌旗灯号②和③。經延迟级延迟Г1時候，到Y2放大器。放大後發生足够大的旌旗灯号④和⑤，加到示波管的Y轴偏转板上。為了在屏幕上显示出完备的不乱波形，将Y轴的被测旌旗灯号③引入X轴體系的触發電路，在引入旌旗灯号的正(或负)极性的某一電平值發生触發脉冲⑥，启動锯齿波扫描電路(時基產生器)，發生扫描電压⑦。

因為從触發到启動扫描有一時候延迟Г2，為包管Y轴旌旗灯号达到荧光屏以前X轴起头扫描，Y轴的延迟時候Г1應稍大于X轴的延迟時候Г2。扫描電压⑦經X轴放大器放大，發生推挽输出⑨和⑩，加到示波管的X轴偏转板上。z轴體系用于放大扫描電压正程，而且酿成正向矩形波，送到示波管栅极。這使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度，而在扫描回程举行抹迹。

以上是示波器的根基事情道理。双踪显示则是操纵電子開關将Y轴输入的两個分歧的被测旌旗灯号别离显示在荧光屏上。因為人眼的視觉暂留感化，當转换频率高到必定水平後，看到的是两個不乱的、清楚的旌旗灯号波形。

示波器中常常有一個切确不乱的方波旌旗灯号產生器，供校驗示波器用。

03示波器利用

本節先容示波器的利用法子。示波器種类、型号不少，功效也分歧。数字電路实行中利用较多的是泡泡面膜,20MHz或40MHz的双踪示波器。這些示波器用法大同小异。本節不针對某一型号的示波器，只是從觀點上先容示波器在数字電路实行中的經常使用功效。

一、荧光屏

荧光屏是示波管的显示部門。屏上程度标的目的和垂直标的目的各有多条刻度線，批示出旌旗灯号波形的電压和時候之間的瓜葛。程度标的目的批示時候，垂直标的目的批示電压。程度标的目的分為10格，垂直标的目的分為8格，每格又分為5份。垂直标的目的标有0％，10％，90％，100％等标記，程度标的目的标有10％，90％标記，供测直流電平、交换旌旗灯号幅度、延迟時候等参数利用。按照被测旌旗灯号在屏幕上占的格数乘以得當的比例常数(V／DIV，tiME／DIV)能得出電压值與時候值。

二、示波管和電源體系

（1）電源(Power)示波器主電源開關。當此開關按下時，電源批示灯亮，暗示電源接通。

（2）辉度(Intensity)扭转此旋钮能扭转光點和扫描線的亮度。察看低频旌旗灯号時可小些，高频旌旗灯号時大些。

一般不该太亮，以庇护荧光屏。

（3）聚焦(Focus)聚焦旋钮调理電子束截面巨细，将扫描線聚焦成最清楚状况。

（4）标尺亮度(Illuminance)此旋钮调理荧光屏後面的照明灯亮度。正常室内光芒下，照明灯暗一些好。室内光芒不足的情况中，可得當调亮照明灯。

三、垂直偏转因数和程度偏转因数

（1）垂直偏转因数选擇(VOLTS／DIV)和微调在单元输入旌旗灯号感化下，光點在屏幕上偏移的間隔称為偏移活络度，這中華職棒ptt,必定义對X轴和Y轴都合用。活络度的倒数称為偏转因数。垂直活络度的单元是為cm/V，cm／mV或DIV／mV，DIV／V，垂直偏转因数的单元是V／cm，mV／cm或V／DIV，mV／DIV。現实上因習習用法和丈量電压读数的便利，有時也把偏转因数當活络度。

踪示波器中每一個通道各有一個垂直偏转因数选擇波段開關。一般按1，2，5方法從5mV／DIV到5V／DIV分為10档。波段開關批示的值代表荧光屏上垂直标的目的一格的電压值。比方波段開關置于1V／DIV档時，若是屏幕上旌旗灯号光點挪動一格，则代表输入旌旗灯号電压变革1V。

每一個波段開關上常常另有一個小旋钮，微调每档垂直偏转因数。将它沿顺時针标的目的旋到底，处于“校准”位置，此時垂直偏转因数值與波段開關所批示的值一致。逆時针扭转此旋钮，可以或许微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调後，會造成與波段開關的批示值纷歧致，這點應引發注重。很多示波器具备垂直扩大功效，當微调旋钮被拉出時，垂直活络度扩展若干倍(偏转因数缩小若干倍)。比方，若是波段開關批示的偏转因数是1V/DIV，采纳×5扩大状况時，垂直偏转因数是0.2V／DIV。

在做数字電路实行時，在屏幕上被测旌旗灯号的垂直挪動間隔與+5V旌旗灯号的垂直挪動間隔之比常被用于果断被测旌旗灯号的電压值。

（2）時基选擇(TIME／DIV)和微调時基选擇和微调的利用法子與垂直偏转因数选擇和微调雷同。時基选擇也經由過程一個波段開關实現，按一、二、5方法把時基分為若干档。波段開關的批示值代表光點在程度标的目的挪動一個格的時候值。比方在1μS／DIV档，光點在屏上挪動一格代表時候值1μS。

“微调”旋钮用于時基校准和微调。沿顺時针标的目的旋到底处于校准位置時，屏幕上显示的時基值與波段開關所示的标称值一致。逆時针扭转旋钮，则對時基微调。旋钮拔出後处于扫描扩大状况。凡是為×10扩大，即程度活络度扩展10倍，時基缩小到1／10。比方在2μS/DIV档，扫描扩大状况下荧光屏上程度一格代表的時候值即是

2μS×(1/10)=0.2μS

TDS实行台上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的時钟旌旗灯号，由石英晶體振荡器和分频器發生，正确度很高，可用来校准示波器的時基。

示波器的尺度旌旗灯号源CAL，專門用于校准示波器的時基和垂直偏转因数。比方COS5041型示波器尺度旌旗灯号源供给一個VP-P=2V,f=1kHz的方波旌旗灯号。

示波器前面板上的位移(Position)旋钮调理旌旗灯号波形在荧光屏上的位置。扭转程度位移旋钮(标有程度双向箭头)摆布挪動旌旗灯号波形，扭转垂直位移旋钮(标有垂直双向箭头)上下挪動旌旗灯号波形。

四、输入通道和输入耦合选擇

（1）输入通道选擇输入通道最少有三種选擇方法：通道1(CH1)、通道2(CH2)、双通道(DUAL)。选擇通道1時，示波器仅显示通道1的旌旗灯号。选擇通道2時，示三重汽車借款,波器仅显示通道2的旌旗灯号。选擇双通道時，示波器同時显示通道1旌旗灯号和通道2旌旗灯号。测试旌旗灯号時，起首要将示波器的地與被测電路的地毗連在一块兒。

按照输入通道的选擇，将示波器探头插到响應通道插座上，示波器探头上的地與被测電路的地毗連在一块兒，示波器探头接触被测點。示波器探头上有一双位開關。此開關拨到“×1”位置時，被测旌旗灯号無衰减送到示波器，從荧光屏上读出的電压值是旌旗灯号的現实電压值。此開關拨到“×10"位置時，被测旌旗灯号衰减為1／10，然後送往示波器，從荧光屏上读出的電压值乘以10才是旌旗灯号的現实電压值。

（2）输入耦合方法输入耦合方法有三種选擇：交换(AC)、地(GND)、直流(DC)。被选擇“地”時，扫描線显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。直流耦适用于测定旌旗灯号直流绝對值和觀测极低频旌旗灯号。交换耦适用于觀测交换和含有直流成份的交换旌旗灯号。在数字電路实行中，一般选擇“直流”方法，以便觀测旌旗灯号的绝對電压值。

五、触發

第一節指出，被测旌旗灯号從Y轴输入後，一部門送到示波管的Y轴偏转板上，驱動光點在荧光屏上按比例沿垂直标的目的挪動；另外一部門分流到x轴偏转體系發生触發脉冲，触發扫描產生器，發生反复的锯齿波電压加到示波管的X偏转板上，使光點沿程度标的目的挪動，二者合一，光點在荧光屏上刻画出的圖形就是被测旌旗灯号圖形。

由此可知，准确的触發方法直接影响到示波器的有用操作。為了在荧光屏上获得不乱的、清楚的旌旗灯号波形，把握根基的触發功效及其操作法子是十分首要的。

（1）触發祥(Source)选摘要使屏幕上显示不乱的波形，则需将被测旌旗灯号自己或與被测旌旗灯号有必定時候瓜葛的触發旌旗灯号加到触發電路。触發祥选擇肯定触發旌旗灯号由那邊供應。凡是有三種触發祥：内触發(INT)、電源触發(LINE)、外触發EXT)。

内触發利用被测旌旗灯号作為触發旌旗灯号，是常常利用的一種触發方法。因為触發旌旗灯号自己是被测旌旗灯号的一部門，在屏幕上可以显示出很是不乱的波形。双踪示波器中通道1或通道2均可以选作触發旌旗灯号。

電源触發利用交换電源频率旌旗灯号作為触發旌旗灯号。這类法子在丈量與交换電源频率有關的旌旗灯号時是有用的。出格在丈量音频電路、闸流管的低電平交换噪音時更加有用。

外触發利用外加旌旗灯号作為触發旌旗灯号，外加旌旗灯号從外触發输入端输入。外触發旌旗灯号與被测旌旗灯号間應具备周期性的瓜葛。因為被测旌旗灯号没有效作触發旌旗灯号，以是什麼時候起头扫描與被测旌旗灯号無關。

准确选擇触發旌旗灯号對波形显示的不乱、清楚有很大瓜葛。比方在数字電路的丈量中，對一個简略的周期旌旗灯号而言，选擇内触發可能好一些，而對付一個具备繁杂周期的旌旗灯号，且存在一個與它有周期瓜葛的旌旗灯号時，选用外触發可能更好。

（2）触發耦合(Coupling)方法选擇触發旌旗灯号到触發電路的耦合方法有多種，目标是為了触發旌旗灯号的不乱、靠得住。這里先容經常使用的几種。

AC耦合又称電容耦合。它只容许用触發旌旗灯号的交换份量触發，触發旌旗灯号的直流份量被隔绝距离。凡是在不斟酌DC份量時利用這类耦合方法，以構成不乱触發。可是若是触發旌旗灯号的频率小于10Hz，會造成触發坚苦。

直流耦合(DC)不隔绝距离触發旌旗灯号的直流份量。當触發旌旗灯号的频率较低或触發旌旗灯号的占空比很大時，利用直流耦合较好。

低频按捺(LFR)触發時触發旌旗灯号颠末高通滤波器加到触發電路，触發旌旗灯号的低频成份被按捺；高频按捺(HFR)触發時，触發旌旗灯号通太低通滤波器加到触發電路，触發旌旗灯号的高频成份被按捺。别的另有用于電視维修的電視同步(TV)触發。這些触發耦合方法各有本身的合用范畴，需在利用中去领會。

（3）触發電平(Level)和触發极性(Slope)触發電平调理又叫同步伐節，它使得扫描與被测旌旗灯号同步。電平调理旋钮调理触發旌旗灯号的触發電平。一旦触發旌旗灯号跨越由旋钮設定的触發電日常平凡，扫描即被触發。顺時针扭转旋钮，触發電平上升；逆時针扭转旋钮，触發電平降低。當電平旋钮调到電平锁定位置時，触發電平主動連结在触發旌旗灯号的幅度以内，不必要電平调理就可以發生一個不乱的触發。當旌旗灯号波形繁杂，用電平旋钮不克不及不乱触發時，用释抑(HoldOff)旋钮调理波形的释抑時候(扫描暂停時候)，能使扫描與波形不乱同步。

极性開關用来选擇触發旌旗灯号的极性。拨在“+”位置上時，在旌旗灯号增长的标的目的上，當触發旌旗灯号跨越触發電日常平凡就發生触發。拨在“-”位置上時，在旌旗灯号削减的标的目的上，當触發旌旗灯号跨越触發電日常平凡就發生触發。触發极性和触發電平配合决议触發旌旗灯号的触發點。

六、扫描方法(SweepMode)

扫描有主動(Auto)、常态(Norm)和单次(Single)三種扫描方法。

主動：當無触發旌旗灯号输入，或触發旌旗灯号频率低于50Hz時，扫描為自激方法。

常态：當無触發旌旗灯号输入時，扫描处于筹备状况，没有扫描線。触發旌旗灯号到来後，触發扫描。

单次：单次按钮雷同复位開關。单次扫描方法下，按单次按钮時扫描電路复位，此時筹备好(Ready)灯亮。触發旌旗灯号到来後發生一次扫描。单次扫描竣事後，筹备灯灭。单次扫描用于觀测非周期旌旗灯号或单次瞬变旌旗灯号，常常必要對波形摄影。

上面简要先容了示波器的根基功效及操作。示波器另有一些更繁杂的功效，如延迟扫描、触發延迟、X-Y事情方法等，這里就不先容了。示波器入門操作是轻易的，真正纯熟则要在利用中把握。值得指出的是，示波器固然功效较多，但很多环境下用其他仪器、仪表更好。比方，在数字電路实行中，果断一個脉宽较窄的单脉冲是否產生時，用逻辑笔就简略的多；丈量单脉冲脉宽時，用逻辑阐發仪更好一些。

04数字示波器利用必需注重問题

一、媒介

数字示波器因具备波形触發、存储、显示、丈量、波形数据阐發处置等怪异长处，其利用日趋普及。因為数字示波器與摹拟示波器之間存在较大的機能差别，若是利用不妥，會發生较大的丈量偏差，從而影响测试使命。

二、區别摹拟带宽和数字及時带宽

带宽是示波器最首要的指标之一。摹拟示波器的带宽是一個固定的值，而数字示波器的带宽有摹拟带宽和数字及時带宽两種。数字示波器對重覆信号采纳次序采样或随機采样技能所能到达的最高带宽為示波器的数字及時带宽，数字及時带宽與最高数字化频率和波形重修技能因子K相干（数字及時带宽=最高数字化速度/K），一般其实不作為一項指标直接给出。

從两種带宽的界说可以看出，摹拟带宽只合适反复周期旌旗灯号的丈量，而数字及時带宽则同時合适重覆信号和单次旌旗灯号的丈量。厂門風称示波器的带宽能到达几多兆，現实上指的是摹拟带宽，数字及時带宽是要低于這個值的。比方说TEK公司的TES520B的带宽為500MHz，其实是指其摹拟带宽為500MHz，而最高数字及時带宽只能到达400MHz远低于摹拟带宽。以是在丈量单次旌旗灯号時，必定要参考数字示波器的数字及時带宽，不然會给丈量带来意想不到的偏差。

三、有關采样速度

采样速度也称為数字化速度，是指单元時候内，對摹拟输入旌旗灯号的采样次数，常以MS/s暗示。采样速度是数字示波器的一項首要指标。

（1）若是采样速度不敷，轻易呈現混迭征象若是示波器的输人旌旗灯号為一個100KHz的正弦旌旗灯号，示波器显示的旌旗灯号频率倒是50KHz，這是怎样回事呢？這是由于示波器的采样速度太慢，發生了混迭征象。混迭就是屏幕上显示的波形频率低于旌旗灯号的現实频率，或即便示波器上的触發批示灯已亮了，而显示的波形仍不不乱。混迭的發生如圖1所示。

那末，對付一個未知频率的波形，若何果断所显示的波形是不是已發生混迭呢？可以經由過程渐渐扭转扫速t/div到较快的時基档，看波形的频率参数是不是急剧扭转，若是是，美國偉哥,阐明波形混迭已產生；或摆荡的波形在某個较快的時基档不乱下来，也阐明波形混迭已產生。按照奈奎斯特定理，采样速度最少高于旌旗灯号高频成份的2倍才不會產生混迭，如一個500MHz的旌旗灯号，最少必要1GS/s的采样速度。有以下几種法子可以简略地避免混迭產生：

a.调解扫速；b.采纳主動設置（Autoset）；c.试着将采集方法切换到包络方法或峰值检测方法，由于包络方法是在多個采集記实中寻觅极值，而峰值检测方法则是在单個采集記实中寻觅最大最小值，這两種法子都能检测到较快的旌旗灯号变革。

若是示波器有InstaVu收集方法，可以选用，由于這类方法收集波形速率快，用這类法子显示的波形雷同于用摹拟示波器显示的波形。

（2）采样速度與t/div的瓜葛

每台数字示波器的最大采样速度是一個定值。可是，在肆意一個扫描時候t/div，采样速度fs由下式给出：

fs=N/(t/div)N為每格采样點

當采样點数N為必定值時，fs與t/div成反比，扫速越大，采样速度越低。

综上所述，利用数字示波器時，為了防止混迭，扫速档最佳置于扫速较快的位置。若是想要捕获到顷刻即逝的毛刺，扫速档则最佳置于主扫速较慢的位置。返回搜狐，检察更多

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