示波器的基礎知識解析

　　示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無(wú)法直接觀(guān)測的交變電信號轉換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量?jì)x器。它是觀(guān)察數字電路實(shí)驗現象、分析實(shí)驗中的問(wèn)題、測量實(shí)驗結果必不可少的重要儀器。利用示波器能觀(guān)察各種不同信號幅度隨時(shí)間變化的波形曲線(xiàn)，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。示波器由示波管和電源系統、同步系統、X軸偏轉系統、Y軸偏轉系統、延遲掃描系統、標準信號源組成。

　　示波器的原理的利用顯示在示波器上的波形幅度的相對大小來(lái)反映加在示波器Y偏轉極板上的電壓最大值的相對大小，從而反映出電磁感應中所產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的最大值的大小。因此借助示波器可以研究感應電動(dòng)勢與其產(chǎn)生條件的關(guān)系。它主要是用來(lái)測量交流電或脈沖電流波的形狀的儀器，由電子管放大器、掃描振蕩器、陰極射線(xiàn)管等組成。除觀(guān)測電流的波形外，還可以測定頻率、電壓強度等。凡可以變?yōu)殡娦闹芷谛晕锢磉^(guò)程都可以用示波器進(jìn)行觀(guān)測。

　　二、示波器的測量方法分析

　　下面就示波器的電壓、時(shí)間、相位和頻率這4種測量方法進(jìn)行分析。

　　A、電壓的測量

　　利用示波器所做的任何測量，都是歸結為對電壓的測量。示波器可以測量各種波形的電壓幅度，既可以測量直流電壓和正弦電壓，又可以測量脈沖或非正弦電壓的幅度。更有用的是它可以測量一個(gè)脈沖電壓波形各部分的電壓幅值，如上沖量或頂部下降量等。這是其他任何電壓測量?jì)x器都不能比擬的。

　　1.直接測量法

　　所謂直接測量法，就是直接從屏幕上量出被測電壓波形的高度，然后換算成電壓值。定量測試電壓時(shí)，一般把Y軸靈敏度開(kāi)關(guān)的微調旋鈕轉至“校準”位置上，這樣，就可以從“V/div”的指示值和被測信號占取的縱軸坐標值直接計算被測電壓值。所以，直接測量法又稱(chēng)為標尺法。

　?。?）交流電壓的測量

　　將Y軸輸入耦合開(kāi)關(guān)置于“AC”位置，顯示出輸入波形的交流成分。如交流信號的頻率很低時(shí)，則應將Y軸輸入耦合開(kāi)關(guān)置于“DC”位置。

　　將被測波形移至示波管屏幕的中心位置，用“V/div”開(kāi)關(guān)將被測波形控制在屏幕有效工作面積的范圍內，按坐標刻度片的分度讀取整個(gè)波形所占Y軸方向的度數H,則被測電壓的峰-峰值VP-P可等于“V/div”開(kāi)關(guān)指示值與H的乘積。如果使用探頭測量時(shí)，應把探頭的衰減量計算在內，即把上述計算數值乘10.

　　例如示波器的Y軸靈敏度開(kāi)關(guān)“V/div”位于0.2檔級，被測波形占Y軸的坐標幅度H為5div,則此信號電壓的峰-峰值為1V.如是經(jīng)探頭測量，仍指示上述數值，則被測信號電壓的峰-峰值就為10V.

　?。?）直流電壓的測量

　　將Y軸輸入耦合開(kāi)關(guān)置于“地”位置，觸發(fā)方式開(kāi)關(guān)置“自動(dòng)”位置，使屏幕顯示一水平掃描線(xiàn)，此掃描線(xiàn)便為零電平線(xiàn)。

　　將Y軸輸入耦合開(kāi)關(guān)置“DC”位置，加入被測電壓，此時(shí)，掃描線(xiàn)在Y軸方向產(chǎn)生跳變位移H,被測電壓即為“V/div”開(kāi)關(guān)指示值與H的乘積。

　　直接測量法簡(jiǎn)單易行，但誤差較大。產(chǎn)生誤差的因素有讀數誤差、視差和示波器的系統誤差（衰減器、偏轉系統、示波管邊緣效應）等。

　　2.比較測量法

　　比較測量法就是用一已知的標準電壓波形與被測電壓波形進(jìn)行比較求得被測電壓值。

　　將被測電壓Vx輸入示波器的Y軸通道，調節Y軸靈敏度選擇開(kāi)關(guān)“V/div”及其微調旋鈕，使熒光屏顯示出便于測量的高度Hx并做好記錄，且“V/div”開(kāi)關(guān)及微調旋鈕位置保持不變。去掉被測電壓，把一個(gè)已知的可調標準電壓Vs輸入Y軸，調節標準電壓的輸出幅度，使它顯示與被測電壓相同的幅度。此時(shí)，標準電壓的輸出幅度等于被測電壓的幅度。比較法測量電壓可避免垂直系統引起和誤差，因而提高了測量精度。

　　B、時(shí)間的測量

　　示波器時(shí)基能產(chǎn)生與時(shí)間呈線(xiàn)性關(guān)系的掃描線(xiàn)，因而可以用熒光屏的水平刻度來(lái)測量波形的時(shí)間參數，如周期性信號的重復周期、脈沖信號的寬度、時(shí)間間隔、上升時(shí)間（前沿）和下降時(shí)間（后沿）、兩個(gè)信號的時(shí)間差等等。

　　將示波器的掃速開(kāi)關(guān)“t/div”的“微調”裝置轉至校準位置時(shí)，顯示的波形在水平方向刻度所代表的時(shí)間可按“t/div”開(kāi)關(guān)的指示值直讀計算，從而較準確地求出被測信號的時(shí)間參數。

　　C、相位的測量

　　利用示波器測量?jì)蓚€(gè)正弦電壓之間的相位差具有實(shí)用意義，用計數器可以測量頻率和時(shí)間，但不能直接測量正弦電壓之間的相位關(guān)系。利用示波器測量相位的方法很多，下面，僅介紹幾種常用的簡(jiǎn)單方法。

　　1.雙蹤法

　　雙蹤法是用雙蹤示波器在熒光屏上直接比較兩個(gè)被測電壓的波形來(lái)測量其相位關(guān)系。測量時(shí)，將相位超前的信號接入YB通道，另一個(gè)信號接入YA通道。選用YB觸發(fā)。調節“t/div”開(kāi)關(guān)，使被測波形的一個(gè)周期在水平標尺上準確地占滿(mǎn)8div,這樣，一個(gè)周期的相角360°被8等分，每1div相當于45°。讀出超前波與滯后波在水平軸的差距T,按下式計算相位差φ：

　　φ=45°/div×T（div）

　　如T==1.5div ,則φ=45°/div×1.5div=67.5°

　　2.李薩如圖形法測相位

　　將示波器的X軸選擇置于X軸輸入位置，將信號u1接入示波器的Y軸輸入端，信號u2接入示波器的X軸輸入端。適當調節示波器面板上相關(guān)旋鈕，使熒光屏上顯現一個(gè)大小適宜的橢圓（在特殊情況下，可能是一個(gè)正圓或一根斜線(xiàn)）。

　　D、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

　　對于任何周期信號，可用前述的時(shí)間間隔的測量方法，先測定其每個(gè)周期的時(shí)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(kāi)關(guān)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.李薩育圖形法測頻率

　　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(gè)信號頻率成整數倍時(shí)，例如fx :

　　fy=1:2,則在熒光屏上會(huì )形成穩定的李沙育圖形。

　　三、示波器使用中的注意事項

　　儀器操作人員的安全和儀器安全，儀器在安全范圍內正常工作，保證測量波形準確、數據可靠。因此，在儀器使用中應注意：

　　1.通用示波器通過(guò)調節亮度和聚焦旋鈕使光點(diǎn)直徑最小以使波形清晰，減小測試誤差；不要使光點(diǎn)停留在一點(diǎn)不動(dòng)，否則電子束轟擊一點(diǎn)宜在熒光屏上形成暗斑，損壞熒光屏。

　　2.測量系統- 例如示波器、信號源；打印機、計算機等設備等。被測電子設備- 例如儀器、電子部件、電路板、被測設備供電電源等設備接地線(xiàn)必須與公共地（大地）相連。

　　3.TDS200/TDS1000/TDS2000 系列數字示波器配合探頭使用時(shí)，只能測量（被測信號- 信號地就是大地，信號端輸出幅度小于300VCAT II）信號的波形。絕對不能測量市電AC220V 或與市電AC220V 不能隔離的電子設備的浮地信號。（浮地是不能接大地的，否則造成儀器損壞，如測試電磁爐。）

　　4.通用示波器的外殼，信號輸入端BNC 插座金屬外圈，探頭接地線(xiàn)，AC220V 電源插座接地線(xiàn)端都是相通的。如儀器使用時(shí)不接大地線(xiàn)，直接用探頭對浮地信號測量，則儀器相對大地會(huì )產(chǎn)生電位差；電壓值等于探頭接地線(xiàn)接觸被測設備點(diǎn)與大地之間的電位差。這將對儀器操作人員、示波器、被測電子設備帶來(lái)嚴重安全危險。

　　5. 用戶(hù)如須要測量開(kāi)關(guān)電源（開(kāi)關(guān)電源初級，控制電路） 、UPS（不間斷電源）、電子整流器、節能燈、變頻器等類(lèi)型產(chǎn)品或其它與市電AC220V 不能隔離的電子設備進(jìn)行浮地信號測試時(shí)，必使用DP100高壓隔離差分探頭。

　　除此之外，熱電子儀器還要避免頻繁開(kāi)機、關(guān)機，并且關(guān)機前先將輝度調節旋鈕沿逆時(shí)針?lè )较蜣D到底，使亮度減到最小，然后再斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。