模擬示波器的使用

［講解］模擬示波器的使用模擬示波器使用說明示波器是科研單位和實驗室常用的一種觀測電信號波形的儀器。用它可以進行時域信號的測量，可以測量電信號的波形、周期、相位、幅值、矩形波的上升時間和下降時間等物理參數?，F將其使用方法簡單介紹如下：1、打開電源主開關，電源指示燈亮，表示電源接通。2、通過調節(jié)“輝度”、“聚焦”、“標尺亮度”等控制旋鈕將示波器掃描線調到最佳狀態(tài)。3、垂直偏轉因數選擇(VOLTS,DIV)和微調：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。雙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熒光屏上垂直方向一格的電壓值。例如波段開關置于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，處于“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。垂直偏轉因數微調后，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，采用X5擴展狀態(tài)時，垂直偏轉因數是0(2V,DIV。4、時基選擇(TIME,DIV)和微調：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1US,DIV檔，光點在屏上移動一格代表時間值1M?！拔⒄{”旋鈕用于時基校準和微調。沿順時針方向旋到底處于校準位置時，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。旋鈕拔出后處于掃描擴展狀態(tài)。通常為X10擴展，即水平靈敏度擴大10倍，時基縮小到1,10。例如在2US/DIV檔，掃描擴展狀態(tài)下熒光屏上水平一格代表的時間值等于2uSX(1/10)=0.2uS5、 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“X1”位置時，被測信號無衰減送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值。此開關撥到“X10〃位置時，被測信號衰減為1,10，然后送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值。6、 輸入耦合方式：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”在熒光屏上的位置。直流耦合用于測定信號直流絕對值和觀測極低頻信號。交流耦合用于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。7、 觸發(fā)源(Source)選擇：使屏幕上顯示穩(wěn)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系的觸發(fā)信號加到觸發(fā)電路。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號由何處供給。通常有三種觸發(fā)源：內觸發(fā)(INT)、電源觸發(fā)(LINE)、外觸發(fā)EXT)。內觸發(fā)使用被測信號作為觸發(fā)信號，是經常使用的一種觸發(fā)方式。由于觸發(fā)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(wěn)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(fā)信號。電源觸發(fā)使用交流電源頻率信號作為觸發(fā)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(fā)使用外加信號作為觸發(fā)信號，外加信號從外觸發(fā)輸入端輸入。外觸發(fā)信號與被測信號間應具有周期性的關系。由于被測信號沒有用作觸發(fā)信號，所以何時開始掃描與被測信號無關。正確選擇觸發(fā)信號對波形顯示的穩(wěn)定、清晰有很大關系。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(fā)可能好一些，而對于一個具有復雜周期的信號，且存在一個與它有周期關系的信號時，選用外觸發(fā)可能更好。8、 觸發(fā)耦合(Coupling)方式選擇：觸發(fā)信號到觸發(fā)電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發(fā)信號的穩(wěn)定、可靠。這里介紹常用的幾種。AC耦合又稱電容耦合。它只允許用觸發(fā)信號的交流分量觸發(fā)，觸發(fā)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(wěn)定觸發(fā)。但是如果觸發(fā)信號的頻率小于10Hz，會造成觸發(fā)困難。直流耦合(DC)不隔斷觸發(fā)信號的直流分量。當觸發(fā)信號的頻率較低或者觸發(fā)信號的占空比很大時，使用直流耦合較好。低頻抑制(LFR)觸發(fā)時觸發(fā)信號經過高通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的低頻成分被抑制;高頻抑制(HFR)觸發(fā)時，觸發(fā)信號通過低通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的高頻成分被抑制。此外還有用于電視維修的電視同步(TV)觸發(fā)。這些觸發(fā)耦合方式各有自己的適用范圍，需在使用中去體會。9、 觸發(fā)電平(Level)和觸發(fā)極性(Slope):觸發(fā)電平調節(jié)又叫同步調節(jié)，它使得掃描與被測信號同步。電平調節(jié)旋鈕調節(jié)觸發(fā)信號的觸發(fā)電平。一旦觸發(fā)信號超過由旋鈕設定的觸發(fā)電平時，掃描即被觸發(fā)。順時針旋轉旋鈕，觸發(fā)電平上升;逆時針旋轉旋鈕，觸發(fā)電平下降。當電平旋鈕調到電平鎖定位置時，觸發(fā)電平自動保持在觸發(fā)信號的幅度之內，不需要電平調節(jié)就能產生一個穩(wěn)定的觸發(fā)。當信號波形復雜，用電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時，用釋抑(HoldOff)旋鈕調節(jié)波形的釋抑時間(掃描暫停時間)，能使掃描與波形穩(wěn)定同步。性開關用來選擇觸發(fā)信號的極性。撥在“+”位置上時，在信號增加的方向上，當觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產生觸發(fā)。撥在“-”位置上時，在信號減少的方向上，當觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產生觸發(fā)。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平共同決定觸發(fā)信號的觸發(fā)點。10、 掃描方式(SweepMode)選擇：掃描有自動(Auto)、常態(tài)(Norm)和單次(Single)三種掃描方式。自動：當無觸發(fā)信號輸入，或者觸發(fā)信號頻率低于50Hz時，掃描為自激方式。常態(tài):當無觸發(fā)信號輸入時，掃描處于準備狀態(tài)，沒有掃描線。觸發(fā)信號到來后，觸發(fā)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(fā)信號到來后產生一次掃描。單次掃描結束后，準備燈滅。單次掃描用于觀測非周期信號或者單次瞬變信號，往往需要對波形拍照。!■ft[YB4320/20A/40/60型雙蹤示波器旋鈕和開關的功能】A、 電源及示波管控制系統(tǒng)交流電源插座，該插座下端裝有保險絲管。電源開關(POWER):按鍵彈出即為“關位置”。按下為“開”位置。電源指示燈：電源按通時，指示燈亮。亮度旋鈕(INTENSITY);順時針方向旋轉，亮度增強。(4)聚焦旋鈕(FOSUS、)：用來調節(jié)光跡及波形的清晰度。(5)光跡旋轉旋鈕(TRACEROTATION):用于調節(jié)光跡與水平刻度線平行。(6)刻度照明旋鈕(SCALEILLUM):用于調節(jié)屏幕刻度亮度。B、 垂直系統(tǒng)(30)通道1輸入端[CH1INPUT(X)]:用于垂直方向輸入。在X,Y方式時輸入端的信號成為X信號。(22)(29)、交流一一接地一一直流耦合選擇開關(AC,GND,DC)選擇垂直放大器的耦合方式。交流(AC):垂直輸入端由電容器來耦合接地(GND):放大器的輸入端接地直流(DC):垂直放大器輸入端與信號直接耦合。(26)(33):衰減開關(VOLT/DIV):用于選擇垂直偏轉靈敏度的調節(jié)。如果使用的是10:1探頭。計算時將幅度X10。(25)(32):垂直微調旋鈕(VARIBLE)垂直微調用于連續(xù)改變電壓偏轉靈敏度。此旋鈕在正常情況下，應位于順時針方向旋到底的位置。將旋鈕逆時針方向旋到底垂直方向的靈敏度下降到2.5倍以上.(20)(36):CH1X5擴展，CH2X5擴展(CH1X5MAG,CH2X5MAG)，按下X5擴展鍵，垂直方向的信號擴大5倍，最高靈敏度為1mv/div。(23)(35):垂直移位(POSITION)調節(jié)光跡在屏幕中的垂直位置。垂直方式工作按鈕(VERTICALMODE)垂直方向的工作方式選擇。(34):通道1選擇(CH1):屏幕上僅顯示CH1的信號。(28):通道2選擇(CH2):屏幕上僅顯示CH2的信號。(34)(28):雙蹤選擇(DVAL):同時按下CH1和CH2按鈕，屏幕上會出現雙蹤并自動以斷續(xù)或交替方式同時顯示CH1和CH2的信號。(31):疊加(ADD):顯示CH1和CH2輸入電壓的代數和。(21):CH2極性開關(INVERT):按此開關時CH2顯示反相電壓值。^水平方向部分15):掃描時間因數選擇開關(TIME/DIV):共20檔。在0.1us/div~0.2s/div范圍選擇(掃描速率。(11):X—Y控制鍵。選擇X一丫工作方式時，垂直偏轉信號接入CH2輸入端，水平偏轉信號接入CH1輸入端。(23):通道2垂直移位鍵(POSITION):控制通道2信號在屏幕中的垂直位置，當工作在X—Y方式時，該鍵用于Y方向的移位。(12):掃描微調控制鍵(VARIBLE):此旋鈕以順時針旋轉到底時處于校準位置，掃描由Time/Div開關指示。該旋鈕逆時針方向旋轉到底，掃描減慢2.5倍以上。正常工作時，該旋鈕位于“校準”位置。(14):水平移位(POSITION):用于調節(jié)軌跡在水平方向移動。順時針方向旋轉，光跡右移，逆時針方向旋轉，光跡左移。9):擴展控制鍵(MAGX5)、(MAGX10,僅YB4360)按下去時，掃描因數X5擴展或X10擴(展.。掃描時間是Time/Div開關指示數值的1/5或1/10。例如，用X5擴展時，100^s/Div為20^s/Div。部分波形的擴展:將波形的尖端移到水平尺寸的中心，按下X5或X10擴展按鈕，波形將擴展5倍或10倍。(8):ALT擴展按鈕(ALT—MAG):按下此鍵，掃描因數X1;X5或X10同時顯示。此時要把放大部分移到屏幕中心，按下ALT—MAG鍵。擴展以后的光跡可由光跡分離控制鍵(13)移位距X1光跡1.5div或更遠的地方。同時使用垂直雙蹤方式和水平ALT—MAG可在屏幕上同時顯示四條光跡。D、觸發(fā)(TRIG):觸發(fā)源選擇開關(SOVRCE):選擇觸發(fā)信號源。內觸發(fā)(INT):CH1或CH2上的輸入信號是觸發(fā)信號。通道2觸發(fā)(CH2):CH2上的輸入信號是觸發(fā)信號。電源觸發(fā)(LINE):電源頻率成為觸發(fā)信號。外觸發(fā)(EXT):觸發(fā)輸入上的觸發(fā)信號是外部信號，用于特殊信號的觸發(fā)。(43):交替觸發(fā)(ALTTRIG):在雙蹤交替顯示時，觸發(fā)信號交替來自于兩個Y通道，此方式可用于同時觀察兩路不相關的信號。:外觸發(fā)輸入插座(EXTINPVT):用于外部觸發(fā)信號的輸入。(17):觸發(fā)電平旋鈕(TRIGLEVEL):用于調節(jié)被測信號在某一電平觸發(fā)同步。(10)：觸發(fā)極性按鈕(SLOPE):觸發(fā)極性選擇。用于選擇信號的上升沿和下降沿觸發(fā)。(16):觸發(fā)方式選擇(TRIGMODE):自動(AUTO):在自動掃描方式時，掃描電路自動進行掃描。在沒有信號輸入或輸入信號沒有被觸發(fā)同步時，屏幕上仍然可以顯示掃描基線。常態(tài)(NORM):有觸發(fā)信號才能掃描，否則屏幕上無掃描線顯示。當輸入信號頻率低于20HZ時，用常態(tài)觸發(fā)方式。(41):Z軸輸入連接器(后面板)(ZAXTSINPVT):Z軸輸入端。加入正信號時，輝度降低;加入負信號時，輝度增加。常態(tài)下的5VP-P的信號能產生明顯的輝度調節(jié)。(39):通道1輸出(CH1OVT):通道1信號輸出連接器，可用于頻率計數器輸入信號。(7):校準信號(CAL):電壓幅度為0.5VP-P頻率為1KHZ的方波信號。(27):接地柱？:接地端?！緦嶒瀮热菖c步驟】1、調整示波器，觀察標準方波波形熟悉YB4320/20A/40/60型雙蹤方波器控制面板上各控制器的作用。電源和掃描確認所用市電電壓在198V?242V。確保所用保險絲為指定的型號。斷開“電源”開關，把電源開關(POWER)彈出即為“關”位置。將電源線接入。3)設定各個控制鍵在下列相應位置：(亮度(INTENSITY):順時針方向旋轉到底;聚焦(FOCUS):中間;垂直移位(POSITION):中間(X5)鍵彈出；垂直方式:CH1;觸發(fā)方式(TRIGMODE):自動(AUTO);觸發(fā)源(SOVRCE):內(INT);觸發(fā)電平(TREGLEVEL):中間；時間/格(Time/Div):0.5us/div;水平位置:X1(X5MAG)(X10MAG)均彈出。接通“電源”開關，大約15S后，出現掃描光跡。聚焦(1)調節(jié)“垂直位移”旋鈕，使光跡移至熒光屏觀測區(qū)域的中央。(2)調節(jié)“輝度(INTENSITY)旋鈕”將光跡的亮度調至所需要的程度。調節(jié)“聚焦(FOCUS)旋鈕”，使光跡清晰。加入觸發(fā)信號(1)將下列控制開關或旋鈕置于相應的位置：垂直方式:CH1;AC—GND—DC(CH1):DC;V/DIV(CH1):5mv;微調(CH1):(CAL)校準:耦合方式:AC;觸發(fā)源:CH1(2)用探頭將“校正信號源”送到如1輸入端。(3)將探頭的“衰減比”旋轉置于“X10”檔位置，調節(jié)“電平”旋鈕使儀器觸發(fā)。將觸發(fā)電平調離“自動”位置，并向反時針方向轉動直至方波波形穩(wěn)定，再微調“聚焦”和“輔助聚焦”使波形更清晰，并將波形移至屏幕中間。此時方波在Y軸占5div，X軸占10div，否則需校準。2、 觀察各種信號波形將函數信號發(fā)生器的輸出端接示波器的“Y軸輸入“端，觀察正弦、方波、三角波等的波形。調節(jié)示波器的有關旋鈕，使熒光屏上出現穩(wěn)定的波形。把1、2兩步的有關數據記錄在表1中。3、 電壓測量(1)電壓的定量測量。將“V/DIV”微調置于“CAL”位置，就可以進行電壓的定量測量。測量值可由下列公式計算后得到：用探頭“X1位置”進行測量時，其電壓值為:V=V/DIV設定值X信號顯示幅度(DIV)用探頭“X10位置”進行測量時，其電壓值為:U=V/DIV設定值X信號顯示幅度（DIV）X10。（2）直流電壓測量。該儀器具有高輸入阻抗，高靈敏度和快速響應的優(yōu)勢，下面介紹測量過程：將Y軸輸入耦合選擇開關置于“？”，“電平”置于“自動”。屏幕上形成一水平掃描基線，將“v/div”與“t/div”置于適當的位置，且“v/div”的微調旋鈕置于校準位置，調節(jié)Y軸位移，使水平掃描基線處于熒光屏上標的某一特定基準（0伏）。將“掃描方式”開關置“AUTO”（自動）位置，選擇“掃描速度”使掃描光跡不發(fā)生閃爍的現象。將“AC-GND-DC”開關置“DC”位置，且將被測電壓加到輸入端。掃描線的垂直位移即為信號的電壓幅度。如果掃描線上移，則被測電壓相對地電位為正；如果掃描線下移，則該電壓相對地電位為負。電壓值可用上面公式求出。例如，將探頭衰減比置于X10位置，垂直偏轉因數（V/Div）置于“0.5v/div”，微調旋鈕置于“CAL”位置，所測得的掃描光跡偏高5div。根據公式，被測電壓為：0.5（V/DIV）X5（DIV）X10=25V測三次直流電壓值，取其平均值，記入表2中。（3）交流電壓測量。調節(jié)“V/DIV”切換開關到合適的位置，以獲得一個易于讀取的信號幅度。從下面圖6所示的圖形中讀出該幅度并用公式計算之。當測量疊加在直流電壓上的交流電壓時，將”AC-GND-DC”開關置于DC位置時就可測出所包含直流分量的值.如果僅需測量交流分量，則將該開關置于“AC”位置。按這種圖6交流電壓測量,2方法測得的值為峰一峰值電壓(VP—P)。正弦波信號有效值為：。測三次，U,UP,P4取平均值，計算出其有效值。記入表3中。Up,p例如，將探頭衰減比置于X1的位置，垂直偏轉因數(V/DIV)置“5v/div”位置，“微調”旋鈕置于“校正(CAL)”位置，所測得波形峰一峰值為6格(見圖6所示)。則UP—P=5(V/div)X6(div)=30V有效值電壓為:V=30/=10.6(V)224、時間測量信號波形兩點間的時間間隔可按下列公式進行計算：時間(s)=(Time/DIV)設定值X對應于被測時間的長度(div)X“5倍擴展”旋鈕設定值的倒數。上式中:置“Time/DIV”微調旋鈕于CAL位置。讀取“Time/DIV”以及“X5倍擴展”旋鈕設定值?！癤5倍擴展”旋鈕設定值的倒數在掃描未擴展時為“1”，在掃描擴展時是“1/5”。(1)脈沖寬度測量方法如下：調節(jié)脈沖波形的垂直位置，使脈沖波形的頂部和底部距刻度水平線的距離相等，如圖7所示調節(jié)“Time/DIV”開關到合適位置，使掃描信號光跡易于觀測。讀取上升沿和下降沿中點之間的距離，即脈沖沿與水平刻度線相交的兩點之間的距離,然后用公式計算脈沖寬度。例如圖7中“Time/DIV”設定在10us/div位置，則有脈沖寬度ta=10(us/div)X2.5(div)=25(us)圖7脈沖寬度測量(2)脈沖上升(或下降)時間的測量方法如下：調節(jié)脈沖波形的垂直位置和水平位置，方法和脈沖寬度測量方法相同。在圖8中，讀取上升沿10%到90%Um所經歷的時間tr,則有t=50(us/div)rX1.1(div)=55(us)頻率測量頻率測量有兩種方法：由時間公式求出輸入的周期T(單位為1S),然后用下式求出信號的頻率:f=T圖8上升(或下降)時間測量1=(HZ)周期數出有效區(qū)域中10div內重復的周期數n.(時間單位為S)，然后用下式計算信號的頻率f=n/[(Time/DIV)設定值X10(div)]當n很大(30?50)時，第二種方法的精確度比第一種方法高。這一精度大致與掃描速度的設計精度相等。但當n較小時，由于小數點以下難以數清，會導致較大的誤差。例如圖9中，方波器的”Time/DIV”，設定在

“10us/div”位置上，測得波形如圖B1.6所示,10格內重復周期數n=40則該信號的頻率40為:f==400KHZ.(10,s/aiv)，10(aiv)5、相位測量兩個信號之間相位差的測量可以利用儀器的雙蹤顯示功能進行。如圖B1.7給出了兩個具有相同頻率的超前和滯后的正弦波信號，圖9頻率的測量用雙蹤方波器顯示的例子。此時，”觸發(fā)源”開關必須置于超前信號相連接的通道，同時調節(jié)”Time/DIV”開關，使顯示的正弦波波形大于1個周期，如圖B1.7所示。一個周期占6格，則1格刻度代表波形相位60。，故相位差^中=(div)數X2n/div/周期二1.5X360°/6=90°6、觀察利薩如圖將按鈕“X,Y”按下，此時由“ch1”端口輸入的信號就為X軸信號，其偏轉靈敏度仍按該通道的垂直偏轉因數開關指示值讀取，從“ch2”端口圖10相位測量輸入丫軸信號，這時示波器就工作在X-Y顯示方式。在示波器X軸和Y軸同時各輸入正弦信號時，光點的運動是兩個相互垂直諧振動的合成，若它們的頻率的比值f:f二整數時，合成的軌跡是一個封閉的圖形，稱為利薩如xy圖。利薩如圖的圖形與頻率比和兩信號的位相差都有關系，