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示波器的使用方法

發(fā)布時(shí)間:2011-04-20

中心議題:
  • 示波器各部分的基本使用方法
  • 示波器各部分的特殊使用方法

示波器種類、型號(hào)很多,功能也不同。數(shù)字電路測(cè)試中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器。這些示波器用法大同小異。本節(jié)不針對(duì)某一型號(hào)的示波器,只是從概念上介紹示波器在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中的常用功能。

熒光屏
熒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(hào)波形的電壓和時(shí)間之間的關(guān)系。水平方向指示時(shí)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(biāo)有0%,10%,90%,100%等標(biāo)志,水平方向標(biāo)有10%,90%標(biāo)志,供測(cè)直流電平、交流信號(hào)幅度、延遲時(shí)間等參數(shù)使用。根據(jù)被測(cè)信號(hào)在屏幕上占的格數(shù)乘以適當(dāng)?shù)谋壤?shù)(V/DIV,TIME/DIV)能得出電壓值與時(shí)間值。

示波管和電源系統(tǒng)
 1.電源(Power)
 
示波器主電源開關(guān)。當(dāng)此開關(guān)按下時(shí),電源指示燈亮,表示電源接通。
 
2.輝度(Intensity)
 
旋轉(zhuǎn)此旋鈕能改變光點(diǎn)和掃描線的亮度。觀察低頻信號(hào)時(shí)可小些,高頻信號(hào)時(shí)大些。 一般不應(yīng)太亮,以保護(hù)熒光屏。
 
3.聚焦(Focus)
 
聚焦旋鈕調(diào)節(jié)電子束截面大小,將掃描線聚焦成最清晰狀態(tài)。
 
4.標(biāo)尺亮度(Illuminance)
 
此旋鈕調(diào)節(jié)熒光屏后面的照明燈亮度。正常室內(nèi)光線下,照明燈暗一些好。室內(nèi)光線不足的環(huán)境中,可適當(dāng)調(diào)亮照明燈。

垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)和水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)

1.垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇(VOLTS/DIV)和微調(diào)
 
在單位輸入信號(hào)作用下,光點(diǎn)在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度,這一定義對(duì)X軸和Y軸都適用。靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直靈敏度的單位是為cm/V,cm/mV或者DIV/mV,DIV/V,垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的單位是V/cm,mV/cm或者V/DIV,mV/DIV。實(shí)際上因習(xí)慣用法和測(cè)量電壓讀數(shù)的方便,有時(shí)也把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當(dāng)靈敏度。
 
蹤示波器中每個(gè)通道各有一個(gè)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇波段開關(guān)。一般按1,2,5方式從 5mV/DIV到5V/DIV分為10檔。波段開關(guān)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(guān)置于1V/DIV檔時(shí),如果屏幕上信號(hào)光點(diǎn)移動(dòng)一格,則代表輸入信號(hào)電壓變化1V。
 
每個(gè)波段開關(guān)上往往還有一個(gè)小旋鈕,微調(diào)每檔垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。將它沿順時(shí)針方向旋到底,處于“校準(zhǔn)”位置,此時(shí)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值與波段開關(guān)所指示的值一致。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)此旋鈕,能夠微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)后,會(huì)造成與波段開關(guān)的指示值不一致,這點(diǎn)應(yīng)引起注意。許多示波器具有垂直擴(kuò)展功能,當(dāng)微調(diào)旋鈕被拉出時(shí),垂直靈敏度擴(kuò)大若干倍(偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小若干倍)。例如,如果波段開關(guān)指示的偏轉(zhuǎn)因數(shù)是1V/DIV,采用×5擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)時(shí),垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)是0.2V/DIV。
 
在做數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)時(shí),在屏幕上被測(cè)信號(hào)的垂直移動(dòng)距離與+5V信號(hào)的垂直移動(dòng)距離之比常被用于判斷被測(cè)信號(hào)的電壓值。
 
2.時(shí)基選擇(TIME/DIV)和微調(diào)
 
時(shí)基選擇和微調(diào)的使用方法與垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇和微調(diào)類似。時(shí)基選擇也通過一個(gè)波段開關(guān)實(shí)現(xiàn),按1、2、5方式把時(shí)基分為若干檔。波段開關(guān)的指示值代表光點(diǎn)在水平方向移動(dòng)一個(gè)格的時(shí)間值。例如在1μS/DIV檔,光點(diǎn)在屏上移動(dòng)一格代表時(shí)間值1μS。
 
“微調(diào)”旋鈕用于時(shí)基校準(zhǔn)和微調(diào)。沿順時(shí)針方向旋到底處于校準(zhǔn)位置時(shí),屏幕上顯示的時(shí)基值與波段開關(guān)所示的標(biāo)稱值一致。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕,則對(duì)時(shí)基微調(diào)。旋鈕拔出后處于掃描擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。通常為×10擴(kuò)展,即水平靈敏度擴(kuò)大10倍,時(shí)基縮小到1/10。例如在2μS/DIV檔,掃描擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)下熒光屏上水平一格代表的時(shí)間值等于

2μS×(1/10)=0.2μS

TDS實(shí)驗(yàn)臺(tái)上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的時(shí)鐘信號(hào),由石英晶體振蕩器和分頻器產(chǎn)生,準(zhǔn)確度很高,可用來校準(zhǔn)示波器的時(shí)基。
 
示波器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源CAL,專門用于校準(zhǔn)示波器的時(shí)基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。例如COS5041型示波器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源提供一個(gè)VP-P=2V,f=1kHz的方波信號(hào)。
 
示波器前面板上的位移(Position)旋鈕調(diào)節(jié)信號(hào)波形在熒光屏上的位置。旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕(標(biāo)有水平雙向箭頭)左右移動(dòng)信號(hào)波形,旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕(標(biāo)有垂直雙向箭頭)上下移動(dòng)信號(hào)波形。
 
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(hào)。選擇通道2時(shí),示波器僅顯示通道2的信號(hào)。選擇雙通道時(shí),示波器同時(shí)顯示通道1信號(hào)和通道2信號(hào)。測(cè)試信號(hào)時(shí),首先要將示波器的地與被測(cè)電路的地連接在一起。根據(jù)輸入通道的選擇,將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上,示波器探頭上的地與被測(cè)電路的地連接在一起,示波器探頭接觸被測(cè)點(diǎn)。示波器探頭上有一雙位開關(guān)。此開關(guān)撥到“×1”位置時(shí),被測(cè)信號(hào)無衰減送到示波器,從熒光屏上讀出的電壓值是信號(hào)的實(shí)際電壓值。此開關(guān)撥到“×10"位置時(shí),被測(cè)信號(hào)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(hào)的實(shí)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(dāng)選擇“地”時(shí),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(cè)定信號(hào)直流絕對(duì)值和觀測(cè)極低頻信號(hào)。交流耦合用于觀測(cè)交流和含有直流成分的交流信號(hào)。在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中,一般選擇“直流”方式,以便觀測(cè)信號(hào)的絕對(duì)電壓值。 [page]
 
觸發(fā)
被測(cè)信號(hào)從Y軸輸入后,一部分送到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上,驅(qū)動(dòng)光點(diǎn)在熒光屏上按比例沿垂直方向移動(dòng);另一部分分流到x軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖,觸發(fā)掃描發(fā)生器,產(chǎn)生重復(fù)的鋸齒波電壓加到示波管的X偏轉(zhuǎn)板上,使光點(diǎn)沿水平方向移動(dòng),兩者合一,光點(diǎn)在熒光屏上描繪出的圖形就是被測(cè)信號(hào)圖形。由此可知,正確的觸發(fā)方式直接影響到示波器的有效操作。為了在熒光屏上得到穩(wěn)定的、清晰的信號(hào)波形,掌握基本的觸發(fā)功能及其操作方法是十分重要的。
 
1.觸發(fā)源(Source)選擇
 
要使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形,則需將被測(cè)信號(hào)本身或者與被測(cè)信號(hào)有一定時(shí)間關(guān)系的觸發(fā)信號(hào)加到觸發(fā)電路。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號(hào)由何處供給。通常有三種觸發(fā)源:內(nèi)觸發(fā)(INT)、電源觸發(fā)(LINE)、外觸發(fā)EXT)。
 
內(nèi)觸發(fā)使用被測(cè)信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào),是經(jīng)常使用的一種觸發(fā)方式。由于觸發(fā)信號(hào)本身是被測(cè)信號(hào)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(hào)。
 
電源觸發(fā)使用交流電源頻率信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)。這種方法在測(cè)量與交流電源頻率有關(guān)的信號(hào)時(shí)是有效的。特別在測(cè)量音頻電路、閘流管的低電平交流噪音時(shí)更為有效。
 
外觸發(fā)使用外加信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào),外加信號(hào)從外觸發(fā)輸入端輸入。外觸發(fā)信號(hào)與被測(cè)信號(hào)間應(yīng)具有周期性的關(guān)系。由于被測(cè)信號(hào)沒有用作觸發(fā)信號(hào),所以何時(shí)開始掃描與被測(cè)信號(hào)無關(guān)。
 
正確選擇觸發(fā)信號(hào)對(duì)波形顯示的穩(wěn)定、清晰有很大關(guān)系。例如在數(shù)字電路的測(cè)量中,對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的周期信號(hào)而言,選擇內(nèi)觸發(fā)可能好一些,而對(duì)于一個(gè)具有復(fù)雜周期的信號(hào),且存在一個(gè)與它有周期關(guān)系的信號(hào)時(shí),選用外觸發(fā)可能更好。
 
2.觸發(fā)耦合(Coupling)方式選擇
 
觸發(fā)信號(hào)到觸發(fā)電路的耦合方式有多種,目的是為了觸發(fā)信號(hào)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(hào)的交流分量觸發(fā),觸發(fā)信號(hào)的直流分量被隔斷。通常在不考慮DC分量時(shí)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(hào)的頻率小于10Hz,會(huì)造成觸發(fā)困難。
 
直流耦合(DC)不隔斷觸發(fā)信號(hào)的直流分量。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)的頻率較低或者觸發(fā)信號(hào)的占空比很大時(shí),使用直流耦合較好。
 
低頻抑制(LFR)觸發(fā)時(shí)觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過高通濾波器加到觸發(fā)電路,觸發(fā)信號(hào)的低頻成分被抑制;高頻抑制(HFR)觸發(fā)時(shí),觸發(fā)信號(hào)通過低通濾波器加到觸發(fā)電路,觸發(fā)信號(hào)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(huì)。
 
3.觸發(fā)電平(Level)和觸發(fā)極性(Slope)
 
觸發(fā)電平調(diào)節(jié)又叫同步調(diào)節(jié),它使得掃描與被測(cè)信號(hào)同步。電平調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)電平。一旦觸發(fā)信號(hào)超過由旋鈕設(shè)定的觸發(fā)電平時(shí),掃描即被觸發(fā)。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕,觸發(fā)電平上升;逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕,觸發(fā)電平下降。當(dāng)電平旋鈕調(diào)到電平鎖定位置時(shí),觸發(fā)電平自動(dòng)保持在觸發(fā)信號(hào)的幅度之內(nèi),不需要電平調(diào)節(jié)就能產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的觸發(fā)。當(dāng)信號(hào)波形復(fù)雜,用電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時(shí),用釋抑(Hold Off)旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時(shí)間(掃描暫停時(shí)間),能使掃描與波形穩(wěn)定同步。
 
極性開關(guān)用來選擇觸發(fā)信號(hào)的極性。撥在“+”位置上時(shí),在信號(hào)增加的方向上,當(dāng)觸發(fā)信號(hào)超過觸發(fā)電平時(shí)就產(chǎn)生觸發(fā)。撥在“-”位置上時(shí),在信號(hào)減少的方向上,當(dāng)觸發(fā)信號(hào)超過觸發(fā)電平時(shí)就產(chǎn)生觸發(fā)。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平共同決定觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)點(diǎn)。
 
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。
 
自動(dòng):當(dāng)無觸發(fā)信號(hào)輸入,或者觸發(fā)信號(hào)頻率低于50Hz時(shí),掃描為自激方式。
 
常態(tài):當(dāng)無觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí),掃描處于準(zhǔn)備狀態(tài),沒有掃描線。觸發(fā)信號(hào)到來后,觸發(fā)掃描。
 
單次:?jiǎn)未伟粹o類似復(fù)位開關(guān)。單次掃描方式下,按單次按鈕時(shí)掃描電路復(fù)位,此時(shí)準(zhǔn)備好(Ready)燈亮。觸發(fā)信號(hào)到來后產(chǎn)生一次掃描。單次掃描結(jié)束后,準(zhǔn)備燈滅。單次掃描用于觀測(cè)非周期信號(hào)或者單次瞬變信號(hào),往往需要對(duì)波形拍照。
 
上面扼要介紹了示波器的基本功能及操作。示波器還有一些更復(fù)雜的功能,如延遲掃描、觸發(fā)延遲、X-Y工作方式等,這里就不介紹了。示波器入門操作是容易的,真正熟練則要在應(yīng)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(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中,判斷一個(gè)脈寬較窄的單脈沖是否發(fā)生時(shí),用邏輯筆就簡(jiǎn)單的多;測(cè)量單脈沖脈寬時(shí),用邏輯分析儀更好一些。 1.獲得基線:當(dāng)操作者在使用無使用說明書的示波器時(shí),首先要獲得一條最細(xì)的水平基線,然后才能用探頭進(jìn)行其他測(cè)量,其具體方法如下:

(1)預(yù)置面板各開關(guān)、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(diào)校準(zhǔn)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(shí)間因數(shù)一起預(yù)置在“0.5ms/div",A掃描時(shí)間微調(diào)置校準(zhǔn)位置“CAL’’,水平位移置中間位置,掃描工作方式置“A”,觸發(fā)同步方式置“AUTO",斜率開關(guān)置“+” ,觸發(fā)耦合開關(guān)置“AC’’,觸發(fā)源選擇置"INT"。

(2)按下電源開關(guān),電源指示燈點(diǎn)亮。

(3)調(diào)節(jié)A亮度聚焦等有關(guān)控制旋鈕,可出現(xiàn)纖細(xì)明亮的掃描基線,調(diào)節(jié)基線使其位置于屏幕中間與水平坐標(biāo)刻度基本重合。

(4)調(diào)節(jié)軌跡平行度控制使基線與水平坐標(biāo)平行。

2.顯示信號(hào):一般情況下,示波器本身均有一個(gè)0.5Vp—p標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)輸出口,當(dāng)獲得基線后,即可將探頭接到此處,此時(shí)屏幕應(yīng)有一串方波信號(hào),調(diào)節(jié)電壓量程和掃描時(shí)間因數(shù)旋鈕,方波的幅度和寬窄應(yīng)變化,至此說明示波器基本調(diào)整完畢可以投入使用。

3.測(cè)量信號(hào):將測(cè)試線接在CHl或CH2輸入插座,測(cè)試探頭觸及測(cè)試點(diǎn),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(diào)整電壓量程旋鈕;如果波形周期顯示不適合,可調(diào)整掃描速度旋鈕。

特殊使用方法
1.交流峰值電壓測(cè)量
(1)獲得基線。
(2)調(diào)整V/div旋鈕,使波形在垂直方向顯示5div(即5格)。
(3)調(diào)節(jié)“A觸發(fā)電平”獲得穩(wěn)定顯示。
(4)用以下公式計(jì)算峰值電壓。
電壓(p—p):垂直偏轉(zhuǎn)幅度/度x(VOLTS/div)/開關(guān)檔極x探極衰減倍率。
例如:測(cè)得上峰到下峰偏轉(zhuǎn)是5.6度,VOLTS/dir開關(guān)置0.5,用x10探極衰減倍率,將數(shù)據(jù)代人:電壓二5.6X0.5 X 10二28 V。

2.上升時(shí)間測(cè)量
上升時(shí)間:水平距離(度)x時(shí)間/度(檔極)/擴(kuò)展系數(shù)。
例如:波形兩點(diǎn)間的距離為5度,時(shí)間/度檔級(jí)為1Us,x10擴(kuò)展末擴(kuò)展(即x1),將給定值代人:上升時(shí)I司;5X1/1;51xs。

3.相位差測(cè)量
相位差:水平差值(度)x水平刻度校準(zhǔn)值(度/度)。
例如:水平差值為0.6度,每度校準(zhǔn)到45度,將給定值代人公式:相位差:0.6x45:27。
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