示波器的原理和使用

一. 示波器的原理和使用--示波器簡(jiǎn)介

　　示波器是能在屏幕上以圖形方式顯示、觀(guān)測被測信號的瞬時(shí)值軌跡變化情況的儀器。它是一種最常用的電子測量/電工測量?jì)x器。

二. 示波器的原理和使用--示波器的基本組成

　　電子示波器由示波管、垂直偏轉系統、水平偏轉系統和主機等部分組成，基本框圖如下圖所示。

　　(1)示波管

　　示波管是一種特殊的電子管，是示波器一個(gè)重要組成部分。示波管由電子槍、偏轉系統和熒光屏3個(gè)部分組成。

　　(2)垂直偏轉系統

　　垂直偏轉系統包括垂直衰減器和垂直放大器。它將垂直輸人信號衰減或放大到一定幅度，輸出推挽信號，加到示波管的垂直偏轉板，使電子射線(xiàn)的垂直偏轉距離正比于被測信號的瞬時(shí)值。由于示波管的偏轉靈敏度甚低，所以一般的被測信號電壓都要先經(jīng)過(guò)垂直放大電路的放大，再加到示波管的垂直偏轉板上，以得到垂直方向的適當大小的形。

　　(3)水平偏轉系統

　　水平偏轉系統從外觸發(fā)輸人端經(jīng)觸發(fā)電路、掃描電路、水平放大器到示波管的水平偏轉板。觸發(fā)電路將被測信號或外觸發(fā)輸人信號置換成觸發(fā)脈沖啟動(dòng)掃描電路。由于示波管水平方向的偏轉靈敏度也很低，所以接入示波管水平偏轉板的電壓(鋸齒波電壓或其它電壓)也要先經(jīng)過(guò)水平放大電路的放大以后，再加到示波管的水平偏轉板上，以得到水平方向適當大小的形。

　　(4)電源供給電路

　　電源由高壓電源和低壓電源兩部分組成，供給示波管及各組成部分所需要的直流電壓和燈絲電壓。消隱與增輝電路用來(lái)傳送和放大增輝和消隱信號。

三. 示波器的原理和使用--示波器的工作原理

　　示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細小的光點(diǎn)，在被測信號的作用下，電子束在屏面上描繪出被測信號的瞬時(shí)值的變化曲線(xiàn)，便于人們研究各種電現象的變化過(guò)程。

　　如圖1所示，假設示波管的加速電壓為U1，偏轉電壓為U2，偏轉點(diǎn)擊長(cháng)為L(cháng)，極板間距為d，偏轉電極右端到熒光屏的距離為L(cháng) 1，電子的質(zhì)量為m ，帶電量為e。

　　首先，在加速場(chǎng)中，電場(chǎng)力對電子做功W=eU1。根據功能定理，電子在加速場(chǎng)中獲得了。

　　接著(zhù)電子以初速進(jìn)入偏轉電場(chǎng)，在電場(chǎng)力的作用下做a=eU2/md的類(lèi)平拋運動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t=L/v，電子飛離偏轉電場(chǎng)。由下圖可知，電子離開(kāi)偏轉電場(chǎng)時(shí)偏轉角的正切值為。電子離開(kāi)偏轉電場(chǎng)時(shí)的偏轉距離為。

　　電子到達熒光屏時(shí)偏離中心的距離為，因為L(cháng)、L 1、d都是定值，故Y2與U2成正比。所以只要在熒光屏上做適當的標度就可以根據電子束射到熒光屏時(shí)所形成的亮斑偏離中心的距離為Y2測出偏轉電壓U2的數值。

　　上面介紹了示波器測量電壓的原理，接下來(lái)介紹熒光屏上顯示波形的原因。當兩對電極上都沒(méi)有加電壓時(shí)，電子束從金屬板小孔射出后將沿直線(xiàn)傳播，直至打在熒光屏上，在熒光屏正中央產(chǎn)生一亮斑，當只在Y軸的偏轉電極上加偏轉電壓U2=U，亮斑就會(huì )偏離中心出現在Y軸上方，并且電壓越大，偏移越大，如圖2所示。改變電壓的極性，亮斑又會(huì )移至Y軸的下方。同理，若只在X軸掃描電極上加一恒定的電壓，則亮斑就會(huì )出現在X軸上，如圖3所示。

　　當X軸與Y軸同時(shí)加上一定的電壓，則會(huì )得到下面的正弦波形。

四. 示波器的原理和使用--示波器的使用

　　用示波器能觀(guān)察各種不同電信號幅度隨時(shí)間變化的波形曲線(xiàn)，在這個(gè)基礎上示波器可以應用于測量電壓、時(shí)間、頻率、相位差和調幅度等電參數。下面介紹用示波器觀(guān)察電信號波形的使用步驟。

　　1 示波管和電源系統

　　1)電源(Power)-示波器主電源開(kāi)關(guān)。當此開(kāi)關(guān)按下時(shí)，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(diǎn)和掃描線(xiàn)的亮度。觀(guān)察低頻信號時(shí)可小些，高頻信號時(shí)大些。

　　3)聚焦(Focus)-聚焦旋鈕調節電子束截面大小，將掃描線(xiàn)聚焦成最清晰狀態(tài)。

　　4)標尺亮度(Illuminance)-此旋鈕調節熒光屏后面的照明燈亮度。正常室內光線(xiàn)下，照明燈暗一些好。室內光線(xiàn)不足的環(huán)境中，可適當調亮照明燈。

　　2 熒光屏

　　根據被測信號在屏幕上占的格數乘以適當的比例常數(V/DIV，TIME/DIV)能得出電壓值與時(shí)間值。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(diǎn)。示波器探頭上有一雙位開(kāi)關(guān)。此開(kāi)關(guān)撥到“X1”位置時(shí)，被測信號無(wú)衰減送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實(shí)際電壓值。此開(kāi)關(guān)撥到“X10”位置時(shí)，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(shí)際電壓值。

　　3 垂直偏轉因數和水平偏轉因數

　　每個(gè)波段開(kāi)關(guān)上往往還有一個(gè)小旋鈕，微調每檔垂直偏轉因數。將它沿順時(shí)針?lè )较蛐降?，處于“校準”位置，此時(shí)垂直偏轉因數值與波段開(kāi)關(guān)所指示的值一致。逆時(shí)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(huì )造成與波段開(kāi)關(guān)的指示值不一致，這點(diǎn)應引起注意。示波器的標準信號源CAL，專(zhuān)門(mén)用于校準示波器的時(shí)基和垂直偏轉因數。示波器前面板上的位移(Position)旋鈕調節信號波形在熒光屏上的位置。

　　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(shí)，示波器僅顯示通道1的信號;選擇通道2時(shí)，示波器僅顯示通道2的信號;選擇雙通道時(shí)，示波器同時(shí)顯示通道1和通道2的信號。維修中以選擇通道1或通道2為多。

　　2)輸入耦合方式輸入耦合方式-交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。

　　5 觸發(fā)

　　(1)常態(tài)(NORM)：無(wú)信號時(shí)，屏幕上無(wú)顯示;有信號時(shí)，與電平控制配合顯示穩定波形;

　　(2)自動(dòng)(AUTO)：無(wú)信號時(shí)，屏幕上顯示光跡;有信號時(shí)與電平控制配合顯示穩定的波形;

　　(3)電視場(chǎng)(TV)：用于顯示電視場(chǎng)信號;

　　(4)峰值自動(dòng)(P-P AUTO)：無(wú)信號時(shí)，屏幕上顯示光跡;有信號時(shí)，無(wú)需調節電平即能獲得穩定波形顯示。

　　6 掃描方式(SweepMode)

　　掃描有自動(dòng)(Auto)、常態(tài)(Norm)和單次(Single)三種掃描方式。

　　舉例： 幅度和頻率的測量方法(以測試示波器的校準信號為例)

　　(1)將示波器探頭插入通道1插孔，并將探頭上的衰減置于"1"檔;

　　(2)將通道選擇置于CH1，耦合方式置于DC檔;

　　(3)將探頭探針插入校準信號源小孔內，此時(shí)示波器屏幕出現光跡;

　　(4)調節垂直旋鈕和水平旋鈕，使屏幕顯示的波形圖穩定，并將垂直微調和水平微調置于校準位置;

　　(5)讀出波形圖在垂直方向所占格數，乘以垂直衰減旋鈕的指示數值，得到校準信號的幅度;

　　(6)讀出波形每個(gè)周期在水平方向所占格數，乘以水平掃描旋鈕的指示數值，得到校準信號的周期(周期的倒數為頻率);

　　(7)一般校準信號的頻率為1kHz，幅度為0.5V，用以校準示波器內部掃描振蕩器頻率，如果不正常，應調節示波器(內部)相應電位器，直至相符為止。

五. 示波器的原理和使用--示波器使用時(shí)的注意事項

　　(1)熱電子儀器一般要避免頻繁開(kāi)機、關(guān)機，示波器也是這樣。

　　(2)作定量測量時(shí)，應先將示波器通電預熱10分鐘以上，使機中各元件在熱穩定狀態(tài)下工作，否則由于機內元件溫度處于上升過(guò)程，影響測量結果。

　　(3)如果發(fā)現波形受外界干擾，可將示波器外殼接地.

　　(4)在觀(guān)察熒屏上的亮斑并進(jìn)行調節時(shí)，亮斑的亮度要適中，不能過(guò)亮。

　　(5)“Y輸入”的電壓不可太高，以免損壞儀器，在最大衰減時(shí)也不能超過(guò)400 V。

　　(6)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).

六. 示波器的原理和使用--參考資料

　　1. 如何捕捉非周期性突發(fā)脈沖信號

　　2. DSO數字存儲示波器原理

　　3.示波器基礎原理及基本指標