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 技術(shù)文獻(xiàn) |
示波器的工作原理 |
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點(diǎn)擊次數(shù)：5336 更新時間：2009-06-29 |
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示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖象，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。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(xì)小的光點(diǎn)。在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線，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(diào)幅度等等。
一、示波器的工作原理
（一）示波器的組成普通示波器有五個基本組成部分：顯示電路、垂直（Y軸）放大電路、水平（X軸）放大電路、掃描與同步電路、電源供給電路。普通示波器的原理功能方框圖如圖5-1所示。
1．顯示電路
顯示電路包括示波管及其控制電路兩個部分。示波管是一種特殊的電子管，是示波器一個重要組成部分。示波管的基本原理圖如圖5-2所示。由圖可見，示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏3個部分組成。
（1）電子槍
電子槍用于產(chǎn)生并形成高速、聚束的電子流，去轟擊熒光屏使之發(fā)光。它主要由燈絲F、陰極K、控制極G、*陽極A1、第二陽極A2組成。除燈絲外，其余電極的結(jié)構(gòu)都為金屬圓筒，且它們的軸心都保持在同一軸線上。陰極被加熱后，可沿軸向發(fā)射電子；控制極相對陰極來說是負(fù)電位，改變電位可以改變通過控制極小孔的電子數(shù)目，也就是控制熒光屏上光點(diǎn)的亮度。為了提高屏上光點(diǎn)亮度，又不降低對電子束偏轉(zhuǎn)的靈敏度，現(xiàn)代示波管中，在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏之間還加上一個后加速電極A3。
圖5-2 示波管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
*陽極對陰極而言加有約幾百伏的正電壓。在第二陽極上加有一個比*陽極更高的正電壓。穿過控制極小孔的電子束，在*陽極和第二陽*電位的作用下，得到加速，向熒光屏方向作高速運(yùn)動。由于電荷的同性相斥，電子束會逐漸散開。通過*陽極、第二陽極之間電場的聚焦作用，使電子重新聚集起來并交匯于一點(diǎn)。適當(dāng)控制*陽極和第二陽極之間電位差的大小，便能使焦點(diǎn)剛好落在熒光屏上，顯現(xiàn)一個光亮細(xì)小的圓點(diǎn)。改變*陽極和第二陽極之間的電位差，可起調(diào)節(jié)光點(diǎn)聚焦的作用，這就是示波器的“聚焦”和“輔助聚焦”調(diào)節(jié)的原理。第三陽極是示波管錐體內(nèi)部涂上一層石墨形成的，通常加有很高的電壓，它有三個作用：①使穿過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)以后的電子進(jìn)一步加速，使電子有足夠的能量去轟擊熒光屏，以獲得足夠的亮度；②石墨層涂在整個錐體上，能起到屏蔽作用；③電子束轟擊熒光屏?xí)a(chǎn)生二次電子，處于高電位的A3可吸收這些電子。
（2）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)大都是靜電偏轉(zhuǎn)式，它由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為水平偏轉(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板。分別控制電子束在水平方向和垂直方向的運(yùn)動。當(dāng)電子在偏轉(zhuǎn)板之間運(yùn)動時，如果偏轉(zhuǎn)板上沒有加電壓，偏轉(zhuǎn)板之間無電場，離開第二陽極后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子將沿軸向運(yùn)動，射向屏幕的中心。如果偏轉(zhuǎn)板上有電壓，偏轉(zhuǎn)板之間則有電場，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子會在偏轉(zhuǎn)電場的作用下射向熒光屏的位置。
如圖5-3所示。如果兩塊偏轉(zhuǎn)板互相平行，并且它們的電位差等于零，那么通過偏轉(zhuǎn)板空間的，具有速度υ的電子束就會沿著原方向（設(shè)為軸線方向）運(yùn)動，并打在熒光屏的坐標(biāo)原點(diǎn)上。如果兩塊偏轉(zhuǎn)板之間存在著恒定的電位差，則偏轉(zhuǎn)板間就形成一個電場，這個電場與電子的運(yùn)動方向相垂直，于是電子就朝著電位比較高的偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)。這樣，在兩偏轉(zhuǎn)板之間的空間，電子就沿著拋物線在這一點(diǎn)上做切線運(yùn)動。zui后，電子降落在熒光屏上的A點(diǎn)，這個A點(diǎn)距離熒光屏原點(diǎn)（0）有一段距離，這段距離稱為偏轉(zhuǎn)量，用y表示。偏轉(zhuǎn)量y與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓Vy成正比。同理，在水平偏轉(zhuǎn)板上加有直流電壓時，也發(fā)生類似情況，只是光點(diǎn)在水平方向上偏轉(zhuǎn)。
（3）熒光屏
熒光屏位于示波管的終端，它的作用是將偏轉(zhuǎn)后的電子束顯示出來，以便觀察。在示波器的熒光屏內(nèi)壁涂有一層發(fā)光物質(zhì)，因而，熒光屏上受到高速電子沖擊的地點(diǎn)就顯現(xiàn)出熒光。此時光點(diǎn)的亮度決定于電子束的數(shù)目、密度及其速度。改變控制極的電壓時，電子束中電子的數(shù)目將隨之改變，光點(diǎn)亮度也就改變。在使用示波器時，不宜讓很亮的光點(diǎn)固定出現(xiàn)在示波管熒光屏一個位置上，否則該點(diǎn)熒光物質(zhì)將因長期受電子沖擊而燒壞，從而失去發(fā)光能力。
涂有不同熒光物質(zhì)的熒光屏，在受電子沖擊時將顯示出不同的顏色和不同的余輝時間，通常供觀察一般信號波形用的是發(fā)綠光的，屬中余輝示波管，供觀察非周期性及低頻信號用的是發(fā)橙黃色光的，屬長余輝示波管；供照相用的示波器中，一般都采用發(fā)藍(lán)色的短余輝示波管。
2．垂直（Y軸）放大電路
由于示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度甚低，例如常用的示波管13SJ38J型，其垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.86mm/V（約12V電壓產(chǎn)生1cm的偏轉(zhuǎn)量），所以一般的被測信號電壓都要先經(jīng)過垂直放大電路的放大，再加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，以得到垂直方向的適當(dāng)大小的圖形。
3．水平（X軸）放大電路
由于示波管水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度也很低，所以接入示波管水平偏轉(zhuǎn)板的電壓（鋸齒波電壓或其它電壓）也要先經(jīng)過水平放大電路的放大以后，再加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，以得到水平方向適當(dāng)大小的圖形。
4．掃描與同步電路
掃描電路產(chǎn)生一個鋸齒波電壓。該鋸齒波電壓的頻率能在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。鋸齒波電壓的作用是使示波管陰極發(fā)出的電子束在熒光屏上形成周期性的、與時間成正比的水平位移，即形成時間基線。這樣，才能把加在垂直方向的被測信號按時間的變化波形展現(xiàn)在熒光屏上。
5．電源供給電路
電源供給電路供給垂直與水平放大電路、掃描與同步電路以及示波管與控制電路所需的負(fù)高壓、燈絲電壓等。
由示波器的原理功能方框圖可見，被測信號電壓加到示波器的Y軸輸入端，經(jīng)垂直放大電路加于示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板。示波管的水平偏轉(zhuǎn)電壓，雖然多數(shù)情況都采用鋸齒電壓（用于觀察波形時），但有時也采用其它的外加電壓（用于測量頻率、相位差等時），因此在水平放大電路輸入端有一個水平信號選擇開關(guān)，以便按照需要選用示波器內(nèi)部的鋸齒波電壓，或選用外加在X軸輸入端上的其它電壓來作為水平偏轉(zhuǎn)電壓。
此外，為了使熒光屏上顯示的圖形保持穩(wěn)定，要求鋸齒波電壓信號的頻率和被測信號的頻率保持同步。這樣，不僅要求鋸齒波電壓的頻率能連續(xù)調(diào)節(jié)，而且在產(chǎn)生鋸齒波的電路上還要輸入一個同步信號。這樣，對于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始、連續(xù)不斷的鋸齒波）一種狀態(tài)的簡易示波器（如國產(chǎn)SB10型等示波器）而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被觀察信號頻率相關(guān)的同步信號，以牽制鋸齒波的振蕩頻率。對于具有等待掃描功能（即平時不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測信號來到時才產(chǎn)生一個鋸齒波，進(jìn)行一次掃描）功能的示波器（如國產(chǎn)ST-16型示波器、SR-8型雙蹤示波器等而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被測信號相關(guān)的觸發(fā)信號，使掃描過程與被測信號密切配合。為了適應(yīng)各種需要，同步（或觸發(fā)）信號可通過同步或觸發(fā)信號選擇開關(guān)來選擇，通常來源有3個：①從垂直放大電路引來被測信號作為同步（或觸發(fā)）信號，此信號稱為“內(nèi)同步”（或“內(nèi)觸發(fā)”）信號；②引入某種相關(guān)的外加信號為同步（或觸發(fā)）信號，此信號稱為“外同步”（或“外觸發(fā)”）信號，該信號加在外同步（或外觸發(fā)）輸入端；③有些示波器的同步信號選擇開關(guān)還有一檔“電源同步”，是由220V，50Hz電源電壓，通過變壓器次級降壓后作為同步信號。
（二）波形顯示的基本原理
由示波管的原理可知，一個直流電壓加到一對偏轉(zhuǎn)板上時，將使光點(diǎn)在熒光屏上產(chǎn)生一個固定位移，該位移的大小與所加直流電壓成正比。如果分別將兩個直流電壓同時加到垂直和水平兩對偏轉(zhuǎn)板上，則熒光屏上的光點(diǎn)位置就由兩個方向的位移所共同決定。
圖5-4交流電壓與光點(diǎn)位移
如果將一個正弦交流電壓加到一對偏轉(zhuǎn)板上時，光點(diǎn)在熒光屏上將隨電壓的變化而移動。參見圖5-4可知，當(dāng)垂直偏轉(zhuǎn)板上加一個正弦交流電壓時，在時間t=0的瞬間，電壓為Vo（零值），熒光屏上的光點(diǎn)位置在坐標(biāo)原點(diǎn)0上，在時間t=1的瞬間，電壓為V1（正值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)0點(diǎn)上方的1上，位移的大小正比于電壓V1；在時間t=2的瞬間，電壓為V2（zui大正值），熒光屏上的光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)0點(diǎn)上方的2點(diǎn)上，位移的距離正比于電壓V2；以此類推，在時間t=3，t=4，…，t=8的各個瞬間，熒光屏上光點(diǎn)位置分別為3，4，…，8點(diǎn)。在交流電壓的第二個周期、第三個周期……都將重復(fù)*個周期的情況。如果此時加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的正弦交流電壓之頻率很低，僅為lHz～2Hz，那么，在熒光屏上便會看見一個上下移動著的光點(diǎn)。這光點(diǎn)距離坐標(biāo)原點(diǎn)的瞬時偏轉(zhuǎn)值將與加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的電壓瞬時值成正比。如果加在垂直偏轉(zhuǎn)板上的交流電壓頻率在10Hz～20Hz以上，則由于熒光屏的余輝現(xiàn)象和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，在熒光屏上看到的就不是一個上下移動的點(diǎn)，而是一根垂直的亮線了。該亮線的長短在示波器的垂直放大增益一定的情況下決定于正弦交流電壓峰一峰值的大小。如果在水平偏轉(zhuǎn)板上加一個正弦交流電壓，則會產(chǎn)生相類似的情況，只是光點(diǎn)在水平軸上移動罷了。
圖5-5 鋸齒波電壓與光點(diǎn)位移
如果將一隨時間線性變化的電壓（如鋸齒波電壓）加到一對偏轉(zhuǎn)板上，則光點(diǎn)在熒光屏上又會怎樣移動呢？參看圖5-5可見，當(dāng)水平偏轉(zhuǎn)板上有鋸齒波電壓時，在時間t=0瞬間，電壓為Vo（zui大負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)左側(cè)的起始位置（零點(diǎn)上），位移的距離正比于電壓Vo；在時間t=1的瞬間，電壓為V1（負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)左方的1點(diǎn)上，位移的距離正比于電壓V1；以此類推，在時間t=2，t=3，...，t=8的各個瞬間，熒光屏上光點(diǎn)的對應(yīng)位置是2，3，…，8各點(diǎn)。在t=8這個瞬間，鋸齒波電壓由zui大正值V8躍變到zui大負(fù)值Vo，則熒光屏上光點(diǎn)從8點(diǎn)極其迅速地向左移到起始位置零點(diǎn)。如果鋸齒波電壓是周期性的，則在鋸齒波電壓的第二個周期、第三個周期、……都將重復(fù)*個周期的情形。如果此時加在水平偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波電壓頻率很低，僅為1Hz ～2Hz，在熒光屏上便會看見光點(diǎn)自左邊起始位置零點(diǎn)向右邊8點(diǎn)處勻速地移動，隨后光點(diǎn)又從右邊8點(diǎn)處極其迅速地移動到左邊起始位置零點(diǎn)。上述這個過程稱為掃描。在水平軸加有周期性鋸齒波電壓時，掃描將周而復(fù)始地進(jìn)行下去。光點(diǎn)距離起始位置零點(diǎn)的瞬時值，將與加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓瞬時值成正比。如果加在偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波電壓頻率在10Hz～20Hz以上，則由于熒光屏的余輝現(xiàn)象和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，就看到一根水平亮線，該水平亮線的長度，在示波器水平放大增益一定的情況下決定于鋸齒波電壓值，鋸齒波電壓值是與時間變化成正比的，而熒光屏上光點(diǎn)的位移又是與電壓值成正比的，因此熒光屏上的水平亮線可以代表時間軸。在此亮線上的任何相等的線段都代表相等的一段時間。
圖5-6 正弦信號和鋸齒波信號在熒光屏上的合成圖形
如果將被測信號電壓加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，鋸齒波掃描電壓加到水平偏轉(zhuǎn)板上，而且被測信號電壓的頻率等于鋸齒波掃描電壓的頻率，則熒光屏上將顯示出一個周期的被測信號電壓隨時間變化的波形曲線（如圖5-6所示）。由圖5-6所示可見，在時間t=0的瞬間，信號電壓為Vo（零值），鋸齒波電壓為V0′（負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)左面，位移的距離正比于電壓V0′；在時間t=1的瞬間，交流電壓為V1（正值），鋸齒波電壓為V1′（負(fù)值），熒光屏上光點(diǎn)在坐標(biāo)的第Ⅱ象限中。同理，在時間t=2，t=3，…，t=8的瞬間，熒光屏上光點(diǎn)分別位于2，3，…，8點(diǎn)。在t=8瞬間，鋸齒波電壓由zui大正值V8′跳變到zui大負(fù)V0′，因而熒光屏上的光點(diǎn)也從8點(diǎn)極其迅速地向左移到起始位置0點(diǎn)。以后，在被測周期信號的第二個周期、第三個周期……都重復(fù)*個周期的情形，光點(diǎn)在熒光屏上描出的軌跡也都重疊在*次描出的軌跡上。所以，熒光屏上顯示出來的被測信號電壓是隨時間變化的穩(wěn)定波形曲線。
若被測信號電壓的頻率等于鋸齒波電壓頻率整數(shù)倍數(shù)時，則熒光屏上將顯示出周期為整數(shù)的被測信號穩(wěn)定波形。而當(dāng)被測信號電壓的頻率與鋸齒波電壓的頻率不成整數(shù)倍數(shù)時，則熒光屏上不能獲得穩(wěn)定的波形，如圖5-7所示。在圖5-7中，*次掃描時，屏上顯示的是0～1這段波形曲線；第二次掃描時，屏上顯示1～2這段波形曲線；第三次掃描時，屏上顯示2～3這段波形曲線；……可見，每次熒光屏上顯示的波形曲線都不同，所以圖形不穩(wěn)定。
由上述可見，為使熒光屏上的圖形穩(wěn)定，被測信號電壓的頻率應(yīng)與鋸齒波電壓的頻率保持整數(shù)比的關(guān)系，即同步關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就要求鋸齒波電壓的頻率連續(xù)可調(diào)，以便適應(yīng)觀察各種不同頻率的周期信號。其次，由于被測信號頻率和鋸齒波振蕩信號頻率的相對不穩(wěn)定性，即使把鋸齒波電壓的頻率臨時調(diào)到與被測信號頻率成整倍數(shù)關(guān)系，也不能使圖形一直保持穩(wěn)定。因此，示波器中都設(shè)有同步裝置。也就是在鋸齒波電路的某部分加上一個同步信號來促使掃描的同步，對于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描（即產(chǎn)生周而復(fù)始連續(xù)不斷的鋸齒波）一種狀態(tài)的簡易示波器（如國產(chǎn)SB-10型示波器等）而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被觀察信號頻率相關(guān)的同步信號，當(dāng)所加同步信號的頻率接近鋸齒波頻率的自主振蕩頻率（或接近其整數(shù)倍）時，就可以把鋸齒波頻率“拖入同步”或“鎖住”。對于具有等待掃描（即平時不產(chǎn)生鋸齒波，當(dāng)被測信號來到時才產(chǎn)生一個鋸齒波進(jìn)行一次掃描）功能的示波器（如國產(chǎn)ST-16型示波器、SBT-5型同步示波器、SR-8型雙蹤示波器等等）而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被測信號相關(guān)的觸發(fā)信號，使掃描過程與被測信號密切配合。這樣，只要按照需要來選擇適當(dāng)?shù)耐叫盘柣蛴|發(fā)信號，便可使任何欲研究的過程與鋸齒波掃描頻率保持同步。
（三）雙線、雙蹤示波的顯示原理
在電子實(shí)踐技術(shù)過程中，常常需要同時觀察兩種（或兩種以上）信號隨時間變化的過程。并對這些不同信號進(jìn)行電參量的測試和比較。為了達(dá)到這個目的，人們在應(yīng)用普通示波器原理的基礎(chǔ)上，采用了以下兩種同時顯示多個波形的方法：一種是雙線（或多線）示波法；另一種是雙蹤（或多蹤）示波法。應(yīng)用這兩種方法制造出來的示波器分別稱為雙線（或多線）示波器和雙蹤（或多蹤）示波器。
1．雙線（或多線）示波
雙線（或多線）示波器是采用雙槍（或多槍）示波管來實(shí)現(xiàn)的。下面以雙槍示波管為例加以簡單說明。雙槍示波管有兩個互相獨(dú)立的電子槍產(chǎn)生兩束電子。另有兩組互相獨(dú)立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，它們各自控制一束電子作上下、左右的運(yùn)動。熒光屏是共用的，因而屏上可以同時顯示出兩種不同的電信號波形，雙線示波也可以采用單槍雙線示波管來實(shí)現(xiàn)。這種示波管只有一個電子槍，在工作時是依靠特殊的電極把電子分成兩束。然后，由管內(nèi)的兩組互相獨(dú)立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，分別控制兩束電子上下、左右運(yùn)動。熒光屏是共用的，能同時顯示出兩種不同的電信號波形。由于雙線示波管的制造工藝要求高，成本也高，所以應(yīng)用并不十分普遍。
2．雙蹤（或多蹤）示波
雙蹤（或多蹤）示波是在單線示波器的基礎(chǔ)上，增設(shè)一個電子開關(guān)，用它來實(shí)現(xiàn)兩種（或多種）波形的分別顯示。由于實(shí)現(xiàn)雙蹤（或多蹤）示波比實(shí)現(xiàn)雙線（或多線）示波來得簡單，不需要使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴的“雙腔”或“多腔”示波管，所以雙蹤（或多蹤）示波獲得了普遍的應(yīng)用。
（1）雙蹤示波的顯示原理
圖5-8（a）是雙蹤示波法基本原理的示意圖。圖中，電子開關(guān)K的作用是使加在示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上的兩種信號電壓作周期性轉(zhuǎn)換。例如，在0～1這段時間里，電子開關(guān)K與信號通道A接通，這時在熒光屏上顯示出信號UA的一段波形；在1～2這段時間里，電子開關(guān)K與信號通道B接通，這時在熒光屏上顯現(xiàn)出信號UB的一段波形；在2～3這段時間里，熒光屏上再一次顯示出信號UA的一段波形；在3～4這段時間里，熒光屏上將再一次顯示出UB的一段波形……。這樣，兩個信號在熒光屏上雖然是交替顯示的，但由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象和熒光屏的余輝（高速電子在停止沖擊熒光屏后，熒光屏上受沖擊處仍保留一段發(fā)光時間）現(xiàn)象，就可在熒光屏上同時看到兩個被測信號波形 （圖5-8（b）所示）。
圖5-8 雙蹤示波器基本原理
為了保持熒光屏顯示出來的兩種信號波形穩(wěn)定，則要求被測信號頻率、掃描信號頻率與電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率三者之間必須滿足一定的關(guān)系。
首先，兩個被測信號頻率與掃描信號頻率之間應(yīng)該是成整數(shù)比的關(guān)系，也就是要求“同步”。這一點(diǎn)與單線示波器的原理是相同的，只是現(xiàn)在的被測信號是兩個，而掃描電壓是一個。在實(shí)際應(yīng)用中，需要觀察和比較的兩個信號常常是互相有內(nèi)在的，所以上述的同步要求一般是容易滿足的。
為了使熒光屏上顯示的兩個被測信號波形都穩(wěn)定，除滿足上述要求外，還必須合理地選擇電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率，使得在示波器上所顯示的波形個數(shù)合適，以便于觀察。下面談?wù)勲娮娱_關(guān)的工作方式問題，這個問題與電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率有關(guān)。
電子開關(guān)的工作方式有“交替”轉(zhuǎn)換和“斷續(xù)”轉(zhuǎn)換兩種。
圖5-9是電子開關(guān)“交替”轉(zhuǎn)換工作方式的波形示意圖。在0～1時間內(nèi)，電子開關(guān)與通道A接通，加在X軸上的掃描信號開始進(jìn)行*個正程掃描，此時熒光屏上將顯現(xiàn)出信號UA的波形；在完成UA波形顯示后，掃描電壓迅速回掃；在1～2時間內(nèi)，電子開關(guān)K與通道B接通，X軸上的掃描信號開始進(jìn)行第二個正程掃描，熒光屏上將顯示出信號UB的波形；在2～3時間內(nèi)，熒光屏上再一次顯示出信號UA的波形；在3～4時間內(nèi)，熒光屏上再一次顯示出信號UB的波形……。由此可見，被測信號UA、UB的波形是依次、交替地出現(xiàn)在熒光屏上的，熒光屏上顯示的波形如圖5-9（b）所示。顯然，此時電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換與X軸的掃描始終保持著一致的步調(diào)，即電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率等于X軸掃描信號的頻率。圖5-9（b）中的虛線實(shí)際上是看不見的。
圖5-10 采用“斷續(xù)”轉(zhuǎn)換
圖5-9 采用“交替”轉(zhuǎn)換方式的波形示意圖 方式的波形示意圖
采用交替轉(zhuǎn)換工作方式的顯示的波形與雙線示波法所顯示的波形非常相似，它們都沒有間斷點(diǎn)。但由于被測信號UA、UB的波形是依次交替地出現(xiàn)在熒光屏上的，所以，如果交替的間隙時間超過了人眼的視覺暫留時間和熒光屏的余輝時間，則人們所看到的熒光屏上的波形就會有閃爍現(xiàn)象。為了避免這種情況的出現(xiàn)，就要求電子開關(guān)有足夠高的轉(zhuǎn)換頻率。這就是說當(dāng)被測信號的頻率較低時，不宜采用交替轉(zhuǎn)換工作方式，而應(yīng)采用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式。
當(dāng)電子開關(guān)用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式時，在X軸掃描的每一個過程中，電子開關(guān)都以足夠高的轉(zhuǎn)換頻率，分別對所顯示的每個被測信號進(jìn)行多次取樣。這樣，即使被測信號頻率較低，也可避免出現(xiàn)波形的閃爍現(xiàn)象。同時，由于在一次掃描的過程中，光點(diǎn)在兩個圖形上交換的次數(shù)極多，所以圖形上的細(xì)小斷裂痕跡不顯著，并不妨礙對波形細(xì)節(jié)的觀察。圖5-10是電于開關(guān)采用斷續(xù)轉(zhuǎn)換方式時的波形示意圖。實(shí)際上，由于開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率選得遠(yuǎn)大于X軸掃描頻率，所以熒光屏上顯示的圖形不會是圖5-10所示的斷續(xù)圖形，而是連續(xù)的圖形。圖中垂直方向的細(xì)虛線表示了電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程。因在轉(zhuǎn)換過程中示波器電路的設(shè)置使電子束截止，所以圖中所示的垂直細(xì)虛線實(shí)際上也是不可見的。
在了解上述用電子開關(guān)來實(shí)現(xiàn)雙蹤示波的原理后，就不難聯(lián)想到用環(huán)形計數(shù)器來實(shí)現(xiàn)多蹤示波的原理。由于兩者的顯示原理相似，這里就不再贅述。
（2）雙蹤示波器的基本組成
圖5-11是雙蹤示波器的原理功能方框圖。由圖可見，它主要是由兩個通道的Y軸前置放大電路、門控電路、電子開關(guān)、混合電路、延遲電路、Y軸后置放大電路、觸發(fā)電路、掃描電路、X軸放大電路、Z軸放大電路、校準(zhǔn)信號電路、示波管和高低壓電源供給電路等組成。
觀察信號波形時，被測信號uA，uB通過YA，YB兩個輸入端輸入示波器，先分別送到Y(jié)軸前置放大電路YA和YB進(jìn)行放大。因通道YA和通道YB都受電子開關(guān)的控制，所以uA，uB兩信號輪換著輸送到后面的混合電路，加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上。
為了適應(yīng)各種不同的測試需要，電子開關(guān)可有五種不同的工作狀態(tài)，即交替、YA、YB、YA+YB、斷續(xù)等。這5種工作狀態(tài)由顯示方式開關(guān)來控制。
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于交替位置時，電子開關(guān)為一雙穩(wěn)態(tài)電路。它受由掃描電路來的閘門信號控制，使得Y軸兩個前置通道隨著掃描電路門信號的變化而交替地工作。每秒鐘交替轉(zhuǎn)換次數(shù)與由掃描電路產(chǎn)生的掃描信號的重復(fù)頻率有關(guān)。交替工作狀態(tài)適用于觀察頻率不太低的被測信號。
圖5-11 雙蹤示波器的原理功能方框圖
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于YA或YB位置時，電子開關(guān)為一單穩(wěn)態(tài)電路。前置放大電路YA或YB可單獨(dú)工作，此時，雙蹤示波器可作為普通單線示波器使用。
當(dāng)顯示方式開關(guān)置于YA+YB位置時，電子開關(guān)處于不工作狀態(tài)。此時，YA、YB兩通道同時工作，因而可得到兩信號相加或兩信號相減的顯示。然而，兩信號究竟是相加還是相減，這要通過YA通道的極性作用開關(guān)來選擇。這個開關(guān)有兩個位置，在*個位置時，熒光屏上的圖形為兩信號之和；在第二個位置（-YA）時，熒光屏上的圖形為兩信號之差。
為了觀察被測信號隨時間變化的波形，示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上必須加以線性掃描電壓（鋸齒波電壓）。這個掃描電壓是由掃描電路產(chǎn)生的。當(dāng)觸發(fā)信號加到觸發(fā)電路時，觸發(fā)了掃描電路，掃描電路就產(chǎn)生相應(yīng)的掃描信號；當(dāng)不加觸發(fā)信號時，掃描電路就不產(chǎn)生掃描信號。
觸發(fā)有內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)兩種，由觸發(fā)選擇開關(guān)來選擇。當(dāng)該開關(guān)置于內(nèi)的位置時，觸發(fā)信號來自經(jīng)Y軸通道送入的被測信號。當(dāng)該開關(guān)置于外的位置時，觸發(fā)信號是由外部送入的。這個信號應(yīng)與被測信號的頻率成整數(shù)比的關(guān)系。示波器在使用中，多數(shù)采用內(nèi)觸發(fā)工作方式。
所謂內(nèi)觸發(fā)也分為兩種情況，并由內(nèi)觸發(fā)選擇開關(guān)控制。當(dāng)開關(guān)置于常態(tài)的位置時，觸發(fā)電路的觸發(fā)信號來自YA，YB通道。此時，兩個通道即可同時穩(wěn)定地顯示出各自的被測信號。當(dāng)用雙蹤顯示來作時間比較分析時，就應(yīng)該將內(nèi)觸發(fā)選擇開關(guān)置于YB的位置。在這個位置時，觸發(fā)電路的觸發(fā)信號只取自YB通道的輸入信號。此時只有當(dāng)uA，uB的頻率成整數(shù)比時，熒光屏上才能同時穩(wěn)定地顯示兩個波形。
掃描電路產(chǎn)生的掃描信號（鋸齒波信號），通過X軸選擇開關(guān)接到X軸放大電路，經(jīng)放大后送到示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板。這就是通常在觀察信號隨時間變化的波形時，開關(guān)選掃描檔的情況。除上述情況外，用示波器進(jìn)行其它測試（比如觀察李沙育圖形）時，開關(guān)置X外接檔，此時可將X軸輸入端輸入的信號，加到X軸放大電路進(jìn)行放大，隨后再送至X軸偏轉(zhuǎn)板。
Z軸放大電路對熒光屏上光點(diǎn)輝度起著調(diào)節(jié)的作用，抹去不必要顯示的光點(diǎn)軌跡。當(dāng)掃描電路閘門信號來到Z軸放大電路，Z軸放大電路便輸出正向的增輝脈沖信號，加至示波管的控制極。這就是說，在掃描信號的過程中，熒光屏上的光點(diǎn)得以增輝；在電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程中，電子開關(guān)電路將輸出脈沖信號也加至Z軸放大電路，此時Z軸放大電路便輸出負(fù)向脈沖信號，加至示波管的控制極。這樣，在電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程中，就消去了兩個通道交替工作時的過渡光點(diǎn)，以提高顯示波形的清晰度。
校正信號電路產(chǎn)生一個一定頻率、一定幅度的矩形信號（如國產(chǎn)SR-8型兩蹤示波器的校正信號是頻率為lkHz、幅度為1V）。它是作校正Y軸放大電路的靈敏度和X軸的掃描速度之用的。
高、低壓電源供給電路中的低壓是供給示波器各級所需的低壓電源的，高壓是供給示波管顯示系統(tǒng)電源的。
二、示波器的使用方法
示波器雖然分成好幾類，各類又有許多種型號，但是一般的示波器除頻帶寬度、輸入靈敏度等不*相同外，在使用方法的基本方面都是相同的。本章以SR-8型雙蹤示波器為例介紹。
（一）面板裝置
SR-8型雙蹤示波器的面板圖如圖5-12所示。其面板裝置按其位置和功能通?？蓜澐譃?大部分：顯示、垂直（Y軸）、水平（X軸）。現(xiàn)分別介紹這3個部分控制裝置的作用。
1．顯示部分 主要控制件為：
（1）電源開關(guān)。
（2）電源指示燈。
（3）輝度 調(diào)整光點(diǎn)亮度。
（4）聚焦 調(diào)整光點(diǎn)或波形清晰度。
（5）輔助聚焦 配合“聚焦”旋鈕調(diào)節(jié)清晰度。
（6）標(biāo)尺亮度 調(diào)節(jié)坐標(biāo)片上刻度線亮度。
（7）尋跡 當(dāng)按鍵向下按時，使偏離熒光屏的光點(diǎn)回到顯示區(qū)域，而尋到光點(diǎn)位置。
（8）標(biāo)準(zhǔn)信號輸出 1kHz、1V方波校準(zhǔn)信號由此引出。加到Y(jié)軸輸入端，用以校準(zhǔn)Y軸輸入靈敏度和X軸掃描速度。
2．Y軸插件部分
（1）顯示方式選擇開關(guān) 用以轉(zhuǎn)換兩個Y軸前置放大器YA與YB 工作狀態(tài)的控制件，具有五種不同作用的顯示方式：
“交替”： 當(dāng)顯示方式開關(guān)置于“交替”時，電子開關(guān)受掃描信號控制轉(zhuǎn)換，每次掃描都輪流接通YA或YB 信號。當(dāng)被測信號的頻率越高，掃描信號頻率也越高。電
子開關(guān)轉(zhuǎn)換速率也越快，不會有閃爍現(xiàn)象。這種工作狀態(tài)適用于觀察兩個工作頻率較高的信號。
“斷續(xù)”：當(dāng)顯示方式開關(guān)置于“斷續(xù)”時，電子開關(guān)不受掃描信號控制，產(chǎn)生頻率固定為200kHz方波信號，使電子開關(guān)快速交替接通YA和YB。由于開關(guān)動作頻率高于被測信號頻率，因此屏幕上顯示的兩個通道信號波形是斷續(xù)的。當(dāng)被測信號頻率較高時，斷續(xù)現(xiàn)象十分明顯，甚至無法觀測；當(dāng)被測信號頻率較低時，斷續(xù)現(xiàn)象被掩蓋。因此，這種工作狀態(tài)適合于觀察兩個工作頻率較低的信號。
“YA”、“YB ”：顯示方式開關(guān)置于“YA ”或者“YB ”時，表示示波器處于單通道工作，此時示波器的工作方式相當(dāng)于單蹤示波器，即只能單獨(dú)顯示“YA”或“YB ”通道的信號波形。
“YA + YB”：顯示方式開關(guān)置于“YA + YB ”時，電子開關(guān)不工作，YA與YB 兩路信號均通過放大器和門電路，示波器將顯示出兩路信號疊加的波形。
（2）“DC-⊥-AC” Y軸輸入選擇開關(guān)，用以選擇被測信號接至輸入端的耦合方式。置于“DC”是直接耦合，能輸入含有直流分量的交流信號；置于“AC”位置，實(shí)現(xiàn)交流耦合，只能輸入交流分量；置于“⊥”位置時，Y軸輸入端接地，這時顯示的時基線一般用來作為測試直流電壓零電平的參考基準(zhǔn)線。
（3）“微調(diào)V/div” 靈敏度選擇開關(guān)及微調(diào)裝置。靈敏度選擇開關(guān)系套軸結(jié)構(gòu)，黑色旋鈕是Y軸靈敏度粗調(diào)裝置，自10mv/div～20v/div分11檔。紅色旋鈕為細(xì)調(diào)裝置，順時針方向增加到滿度時為校準(zhǔn)位置，可按粗調(diào)旋鈕所指示的數(shù)值，讀取被測信號的幅度。當(dāng)此旋鈕反時針轉(zhuǎn)到滿度時，其變化范圍應(yīng)大于2.5倍，連續(xù)調(diào)節(jié)“微調(diào)”電位器，可實(shí)現(xiàn)各檔級之間的靈敏度覆蓋，在作定量測量時，此旋鈕應(yīng)置于順時針滿度的“校準(zhǔn)”位置。
（4）“平衡” 當(dāng)Y軸放大器輸入電路出現(xiàn)不平衡時，顯示的光點(diǎn)或波形就會隨“V/div”開關(guān)的“微調(diào)”旋轉(zhuǎn)而出現(xiàn)Y軸方向的位移，調(diào)節(jié)“平衡”電位器能將這種位移減至zui小。
（5）“↑↓ ” Y軸位移電位器，用以調(diào)節(jié)波形的垂直位置。
（6）“極性、拉YA ” YA 通道的極性轉(zhuǎn)換按拉式開關(guān)。拉出時YA 通道信號倒相顯示，即顯示方式（YA+ YB ）時，顯示圖像為YB - YA 。
（7）“內(nèi)觸發(fā)、拉YB ” 觸發(fā)源選擇開關(guān)。在按的位置上（常態(tài)） 掃描觸發(fā)信號分別取自YA 及YB 通道的輸入信號，適應(yīng)于單蹤或雙蹤顯示，但不能夠?qū)﹄p蹤波形作時間比較。當(dāng)把開關(guān)拉出時，掃描的觸發(fā)信號只取自于YB 通道的輸入信號，因而它適合于雙蹤顯示時對比兩個波形的時間和相位差。
（8）Y軸輸入插座 采用BNC型插座，被測信號由此直接或經(jīng)探頭輸入。
3．X軸插件部分
（1）“t/div” 掃描速度選擇開關(guān)及微調(diào)旋鈕。X軸的光點(diǎn)移動速度由其決定，從0.2μs～1s共分21檔級。當(dāng)該開關(guān)“微調(diào)”電位器順時針方向旋轉(zhuǎn)到底并接上開關(guān)后，即為“校準(zhǔn)”位置，此時“t/div”的指示值，即為掃描速度的實(shí)際值。
（2）“擴(kuò)展、拉×10” 掃描速度擴(kuò)展裝置。是按拉式開關(guān)，在按的狀態(tài)作正常使用，拉的位置掃描速度增加10倍。“t/div”的指示值，也應(yīng)相應(yīng)計取。采用“擴(kuò)展 拉×10”適于觀察波形細(xì)節(jié)。
（3）“→← ” X軸位置調(diào)節(jié)旋鈕。系X軸光跡的水平位置調(diào)節(jié)電位器，是套軸結(jié)構(gòu)。外圈旋鈕為粗調(diào)裝置，順時針方向旋轉(zhuǎn)基線右移，反時針方向旋轉(zhuǎn)則基線左移。置于套軸上的小旋鈕為細(xì)調(diào)裝置，適用于經(jīng)擴(kuò)展后信號的調(diào)節(jié)。
（4）“外觸發(fā)、X外接”插座 采用BNC型插座。在使用外觸發(fā)時，作為連接外觸發(fā)信號的插座。也可以作為X軸放大器外接時信號輸入插座。其輸入阻抗約為1MΩ。外接使用時，輸入信號的峰值應(yīng)小于12V。
（5）“觸發(fā)電平”旋鈕 觸發(fā)電平調(diào)節(jié)電位器旋鈕。用于選擇輸入信號波形的觸發(fā)點(diǎn)。具體地說，就是調(diào)節(jié)開始掃描的時間，決定掃描在觸發(fā)信號波形的哪一點(diǎn)上被觸發(fā)。順時針方向旋動時，觸發(fā)點(diǎn)趨向信號波形的正向部分，逆時針方向旋動時，觸發(fā)點(diǎn)趨向信號波形的負(fù)向部分。
（6）“穩(wěn)定性” 觸發(fā)穩(wěn)定性微調(diào)旋鈕。用以改變掃描電路的工作狀態(tài)，一般應(yīng)處于待觸發(fā)狀態(tài)。調(diào)整方法是將Y軸輸入耦合方式選擇（AC-地-DC）開關(guān)置于地檔，將V/div開關(guān)置于zui高靈敏度的檔級，在電平旋鈕調(diào)離自激狀態(tài)的情況下，用小螺絲刀將穩(wěn)定度電位器順時針方向旋到底，則掃描電路產(chǎn)生自激掃描，此時屏幕上出現(xiàn)掃描線；然后逆時針方向慢慢旋動，使掃描線剛消失。此時掃描電路即處于待觸發(fā)狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，用示波器進(jìn)行測量時，只要調(diào)節(jié)電平旋鈕，即能在屏幕上獲得穩(wěn)定的波形，并能隨意調(diào)節(jié)選擇屏幕上波形的起始點(diǎn)位置。少數(shù)示波器，當(dāng)穩(wěn)定度電位器逆時針方向旋到底時，屏幕上出現(xiàn)掃描線；然后順時針方向慢慢旋動，使屏幕上掃描線剛消失，此時掃描電路即處于待觸發(fā)狀態(tài)。
（7）“內(nèi)、外” 觸發(fā)源選擇開關(guān)。置于“內(nèi)”位置時，掃描觸發(fā)信號取自Y軸通道的被測信號；置于“外”位置時，觸發(fā)信號取自“外觸發(fā)X 外接”輸入端引入的外觸發(fā)信號。
（8）“AC”“AC（H）”“DC” 觸發(fā)耦合方式開關(guān)。 “DC”檔，是直流藕合狀態(tài)，適合于變化緩慢或頻率甚低（如低于100Hz）的觸發(fā)信號。“AC”檔，是交流藕合狀態(tài)，由于隔斷了觸發(fā)中的直流分量，因此觸發(fā)性能不受直流分量影響。“AC（H）”檔，是低頻抑制的交流耦合狀態(tài)，在觀察包含低頻分量的高頻復(fù)合波時，觸發(fā)信號通過高通濾波器進(jìn)行耦合，抑制了低頻噪聲和低頻觸發(fā)信號（2MHz以下的低頻分量），免除因誤觸發(fā)而造成的波形幌動。
（9）“高頻、常態(tài)、自動” 觸發(fā)方式開關(guān)。用以選擇不同的觸發(fā)方式，以適應(yīng)不同的被測信號與測試目的。“高頻”檔，頻率甚高時（如高于5MHz），且無足夠的幅度使觸發(fā)穩(wěn)定時，選該檔。此時掃描處于高頻觸發(fā)狀態(tài)，由示波器自身產(chǎn)生的高頻信號（200kHz信號），對被測信號進(jìn)行同步。不必經(jīng)常調(diào)整電平旋鈕，屏幕上即能顯示穩(wěn)定的波形，操作方便，有利于觀察高頻信號波形。“常態(tài)”檔，采用來自Y軸或外接觸發(fā)源的輸入信號進(jìn)行觸發(fā)掃描，是常用的觸發(fā)掃描方式。“自動”擋，掃描處于自動狀態(tài)（與高頻觸發(fā)方式相仿），但不必調(diào)整電平旋鈕，也能觀察到穩(wěn)定的波形，操作方便，有利于觀察較低頻率的信號。
（10）“＋、－” 觸發(fā)極性開關(guān)。在“＋”位置時選用觸發(fā)信號的上升部分，在“－”位置時選用觸發(fā)信號的下降部分對掃描電路進(jìn)行觸發(fā)。
（二）使用前的檢查、調(diào)整和校準(zhǔn)
示波器初次使用前或久藏復(fù)用時，有必要進(jìn)行一次能否工作的簡單檢查和進(jìn)行掃描電路穩(wěn)定度、垂直放大電路直流平衡的調(diào)整。示波器在進(jìn)行電壓和時間的定量測試時，還必須進(jìn)行垂直放大電路增益和水平掃描速度的校準(zhǔn)。示波器能否正常工作的檢查方法、垂直放大電路增益和水平掃描速度的校準(zhǔn)方法，由于各種型號示波器的校準(zhǔn)信號的幅度、頻率等參數(shù)不一樣，因而檢查、校準(zhǔn)方法略有差異。
（三）使用步驟
用示波器能觀察各種不同電信號幅度隨時間變化的波形曲線，在這個基礎(chǔ)上示波器可以應(yīng)用于測量電壓、時間、頻率、相位差和調(diào)幅度等電參數(shù)。下面介紹用示波器觀察電信號波形的使用步驟。
1．選擇Y軸耦合方式
根據(jù)被測信號頻率的高低，將Y軸輸入耦合方式選擇“AC-地-DC”開關(guān)置于AC或DC。
2．選擇Y軸靈敏度
根據(jù)被測信號的大約峰-峰值（如果采用衰減探頭，應(yīng)除以衰減倍數(shù)；在耦合方式取DC檔時，還要考慮疊加的直流電壓值），將Y軸靈敏度選擇V/div開關(guān)（或Y軸衰減開關(guān)）置于適當(dāng)檔級。實(shí)際使用中如不需讀測電壓值，則可適當(dāng)調(diào)節(jié)Y軸靈敏度微調(diào)（或Y軸增益）旋鈕，使屏幕上顯現(xiàn)所需要高度的波形。
3．選擇觸發(fā)（或同步）信號來源與極性
通常將觸發(fā)（或同步）信號極性開關(guān)置于“+”或“-”檔。
4．選擇掃描速度
根據(jù)被測信號周期（或頻率）的大約值，將X軸掃描速度t/div（或掃描范圍）開關(guān)置于適當(dāng)檔級。實(shí)際使用中如不需讀測時間值，則可適當(dāng)調(diào)節(jié)掃速t/div微調(diào)（或掃描微調(diào)）旋鈕，使屏幕上顯示測試所需周期數(shù)的波形。如果需要觀察的是信號的邊沿部分，則掃速t/div開關(guān)應(yīng)置于zui快掃速檔。
5．輸入被測信號
被測信號由探頭衰減后（或由同軸電纜不衰減直接輸入，但此時的輸入阻抗降低、輸入電容增大），通過Y軸輸入端輸入示波器。
現(xiàn) 象
原 因
一、沒有光點(diǎn)或波形
電源未接通。
輝度旋鈕未調(diào)節(jié)好。
X，Y軸移位旋鈕位置調(diào)偏。
Y軸平衡電位器調(diào)整不當(dāng)，造成直流放大電路嚴(yán)重失衡。
二、水平方向展不開
觸發(fā)源選擇開關(guān)置于外檔，且無外觸發(fā)信號輸入，則無鋸齒波產(chǎn)生。
電平旋鈕調(diào)節(jié)不當(dāng)。
穩(wěn)定度電位器沒有調(diào)整在使掃描電路處于待觸發(fā)的臨界狀態(tài)。
X軸選擇誤置于X外接位置，且外接插座上又無信號輸入。
兩蹤示波器如果只使用A通道（B通道無輸入信號），而內(nèi)觸發(fā)開關(guān)置于拉YB位置，則無鋸齒波產(chǎn)生。
三、垂直方向無展示
輸入耦合方式DC-接地-AC開關(guān)誤置于接地位置。
輸入端的高、低電位端與被測電路的高、低電位端接反。
輸入信號較小，而V/div誤置于低靈敏度檔。
四、波形不穩(wěn)定。
穩(wěn)定度電位器順時針旋轉(zhuǎn)過度，致使掃描電路處于自激掃描狀態(tài)（未處于待觸發(fā)的臨界狀態(tài)）。
觸發(fā)耦合方式AC、AC（H）、DC開關(guān)未能按照不同觸發(fā)信號頻率正確選擇相應(yīng)檔級。
選擇高頻觸發(fā)狀態(tài)時，觸發(fā)源選擇開關(guān)誤置于外檔（應(yīng)置于內(nèi)檔。）
部分示波器掃描處于自動檔（連續(xù)掃描）時，波形不穩(wěn)定。
五、垂直線條密集或呈現(xiàn)一矩形
t/div開關(guān)選擇不當(dāng)，致使f掃描＜＜f信號。
六、水平線條密集或呈一條傾斜水平線
t/div關(guān)選擇不當(dāng)，致使f掃描＞＞f信號。
七、垂直方向的電壓讀數(shù)不準(zhǔn)
未進(jìn)行垂直方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度（v/div）校準(zhǔn)。
進(jìn)行v/div校準(zhǔn)時，v/div微調(diào)旋鈕未置于校正位置（即順時針方向未旋足）。
進(jìn)行測試時，v/div微調(diào)旋鈕調(diào)離了校正位置（即調(diào)離了順時針方向旋足的位置）。
使用l0 ：1衰減探頭，計算電壓時未乘以10倍。
被測信號頻率超過示波器的zui高使用頻率，示波器讀數(shù)比實(shí)際值偏小。
測得的是峰-峰值，正弦有效值需換算求得。
八、水平方向的讀數(shù)不準(zhǔn)
未進(jìn)行水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度（t/div）校準(zhǔn)。
進(jìn)行t/div校準(zhǔn)時，t/div微調(diào)旋鈕未置于校準(zhǔn)位置（即順時針方向未旋足）。
進(jìn)行測試時，t/div微調(diào)旋鈕調(diào)離了校正位置（即調(diào)離了順時針方向旋足的位置）。
掃速擴(kuò)展開關(guān)置于拉（×10）位置時，測試未按t/div開關(guān)指示值提高靈敏度10倍計算。
九、交直流疊加信號的直流電壓值分辨不清
Y軸輸入耦合選擇DC-接地-AC開關(guān)誤置于AC檔（應(yīng)置于DC檔）。
測試前未將DC-接地-AC開關(guān)置于接地檔進(jìn)行直流電平參考點(diǎn)校正。
Y軸平衡電位器未調(diào)整好。
十、測不出兩個信號間的相位差（波形顯示法）
雙蹤示波器誤把內(nèi)觸發(fā)（拉YB）開關(guān)置于按（常態(tài)）位置應(yīng)把該開關(guān)置于拉YB位置。
雙蹤示波器沒有正確選擇顯示方式開關(guān)的交替和斷續(xù)檔。
單線示波器觸發(fā)選擇開關(guān)誤置于內(nèi)檔。
單線示波器觸發(fā)選擇開關(guān)雖置于外檔，但兩次外觸發(fā)未采用同一信號。
十一、調(diào)幅波形失常
t/div開關(guān)選擇不當(dāng)，掃描頻率誤按調(diào)幅波載波頻率選擇（應(yīng)按音頻調(diào)幅信號頻率選擇）。
十二、波形調(diào)不到要求的起始時間和部位
穩(wěn)定度電位器未調(diào)整在待觸發(fā)的臨界觸發(fā)點(diǎn)上。
觸發(fā)極性（+、-）與觸發(fā)電平（+、-）配合不當(dāng)。
觸發(fā)方式開關(guān)誤置于自動檔（應(yīng)置于常態(tài)檔）。
6．觸發(fā)（或同步）掃描
緩緩調(diào)節(jié)觸發(fā)電平（或同步）旋鈕，屏幕上顯現(xiàn)穩(wěn)定的波形，根據(jù)觀察需要，適當(dāng)調(diào)節(jié)電平旋鈕，以顯示相應(yīng)起始位置的波形。
如果用雙蹤示波器觀察波形，作單蹤顯示時，顯示方式開關(guān)置于YA或YB。被測信號通過YA或YB輸入端輸入示波器。Y軸的觸發(fā)源選擇“內(nèi)觸發(fā)一拉YB”開關(guān)置于按（常態(tài)）位置。若示波器作兩蹤顯示時，顯示方式開關(guān)置于交替檔（適用于觀察頻率不太低的信號），或斷續(xù)檔（適用于觀察頻率不太高的信號），此時Y軸的觸發(fā)源選擇“內(nèi)觸發(fā)-拉YB”開關(guān)置“拉YB”檔。
（四）使用不當(dāng)造成的異?，F(xiàn)象
示波器在使用過程中，往往由于操作者對于示波原理不甚理解和對示波器面板控制裝置的作用不熟悉，會出現(xiàn)由于調(diào)節(jié)不當(dāng)而造成異?，F(xiàn)象。現(xiàn)把示波器使用過程中，常見的由于使用不當(dāng)而造成的異?，F(xiàn)象及其原因羅列于表5-1中，供示波器使用者參考。
三、示波器的測試應(yīng)用
（一）電壓的測量
利用示波器所做的任何測量，都是歸結(jié)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儀器都不能比擬的。
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，一般把Y軸靈敏度開關(guān)的微調(diào)旋鈕轉(zhuǎn)至“校準(zhǔn)”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(biāo)值直接計算被測電壓值。所以，直接測量法又稱為標(biāo)尺法。
（1）交流電壓的測量
將Y軸輸入耦合開關(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，則應(yīng)將Y軸輸入耦合開關(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”開關(guān)將被測波形控制在屏幕有效工作面積的范圍內(nèi)，按坐標(biāo)刻度片的分度讀取整個波形所占Y軸方向的度數(shù)H，則被測電壓的峰-峰值VP-P可等于“V/div”開關(guān)指示值與H的乘積。如果使用探頭測量時，應(yīng)把探頭的衰減量計算在內(nèi)，即把上述計算數(shù)值乘10。
例如示波器的Y軸靈敏度開關(guān)“V/div”位于0.2檔級，被測波形占Y軸的坐標(biāo)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(shù)值，則被測信號電壓的峰-峰值就為10V。
（2）直流電壓的測量
將Y軸輸入耦合開關(guān)置于“地”位置，觸發(fā)方式開關(guān)置“自動”位置，使屏幕顯示一水平掃描線，此掃描線便為零電平線。
將Y軸輸入耦合開關(guān)置“DC”位置，加入被測電壓，此時，掃描線在Y軸方向產(chǎn)生跳變位移H，被測電壓即為“V/div”開關(guān)指示值與H的乘積。
直接測量法簡單易行，但誤差較大。產(chǎn)生誤差的因素有讀數(shù)誤差、視差和示波器的系統(tǒng)誤差（衰減器、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、示波管邊緣效應(yīng)）等。
2．比較測量法
比較測量法就是用一已知的標(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)Y軸靈敏度選擇開關(guān)“V/div”及其微調(diào)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”開關(guān)及微調(diào)旋鈕位置保持不變。去掉被測電壓，把一個已知的可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電壓Ｖs輸入Ｙ軸，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電壓的輸出幅度，使它顯示與被測電壓相同的幅度。此時，標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)引起和誤差，因而提高了測量精度。
（二）時間的測量
示波器時基能產(chǎn)生與時間呈線性關(guān)系的掃描線，因而可以用熒光屏的水平刻度來測量波形的時間參數(shù)，如周期性信號的重復(fù)周期、脈沖信號的寬度、時間間隔、上升時間（前沿）和下降時間（后沿）、兩個信號的時間差等等。
將示波器的掃速開關(guān)“t/div”的“微調(diào)”裝置轉(zhuǎn)至校準(zhǔn)位置時，顯示的波形在水平方向刻度所代表的時間可按“t/div”開關(guān)的指示值直讀計算，從而較準(zhǔn)確地求出被測信號的時間參數(shù)。
（三）相位的測量
利用示波器測量兩個正弦電壓之間的相位差具有實(shí)用意義，用計數(shù)器可以測量頻率和時間，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被測電壓的波形來測量其相位關(guān)系。測量時，將相位超前的信號接入YB通道，另一個信號接入YA通道。選用YB觸發(fā)。調(diào)節(jié)“t/div”開關(guān)，使被測波形的一個周期在水平標(biāo)尺上準(zhǔn)確地占滿8div，這樣，一個周期的相角360°被8等分，每1div相當(dāng)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．李沙育圖形法測相位
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(dāng)調(diào)節(jié)示波器面板上相關(guān)旋鈕，使熒光屏上顯現(xiàn)一個大小適宜的橢圓（在特殊情況下，可能是一個正圓或一根斜線）。
形成橢圓的原理如圖5-13所示。
由圖可見，設(shè)Y軸偏轉(zhuǎn)板上的信號u1導(dǎo)前于X軸偏轉(zhuǎn)板上的信號u21/8周期，設(shè)u2的初相為零，即φ2=0，因此當(dāng)u2為零時，u1為一個較大的值。如圖中的“0”點(diǎn)。此時，熒光屏上的光點(diǎn)也相應(yīng)地位于“0”點(diǎn)。隨著時間的變化，u1上升，u2也上升，則熒光屏上的光點(diǎn)向右上方移動。當(dāng)經(jīng)1/8周期后，u1、u2分別到達(dá)“1”點(diǎn)，此時u1到達(dá)zui大值，u2為一個較大的值，熒光屏上的光點(diǎn)位于相應(yīng)的“1”。如此繼續(xù)下去，熒光屏上的光點(diǎn)將描出一個順時針旋轉(zhuǎn)的橢圓。如果u1滯后于u2則形成一個逆時針旋轉(zhuǎn)的橢圓。當(dāng)然，這只有在信號頻率很低時（如幾赫茲），且在短余輝的熒光屏上便會清楚地看到熒光屏上的光點(diǎn)順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。由上述可見橢圓的形狀是隨兩個正弦信號電壓u1、u2相位差的不同而不同。因此可以根據(jù)橢圓的形狀確定兩個正弦信號之間的相位差Δφ。在圖5-13中設(shè)A是橢圓與Y軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)，B是橢圓上各點(diǎn)坐標(biāo)的zui大值。由圖可見，A是對應(yīng)于t=0時u1的瞬時電壓，即
A=Um1sinφ1
B是對應(yīng)于u1的幅值，即
B=Um1
于是 A/B=（Um1sinφ1）/ Um1= sinφ1
且由于假設(shè)φ2=0，所以
Δφ=φ1-φ2=φ1
由此可得
Δφ=φ1=arc sin（A/B）
同理，相位差Δφ也可用式
Δφ=φ1=arc sin（C/D）
來表示。在實(shí)際測試中為讀數(shù)方便，常讀取2A，2B（或2C，2D），按式
Δφ=arc sin（2A/2B）或Δφ=arc sin（2C/2D）
來計算相位差。
圖5-14所示的各種圖形分別表示正弦信號電壓在不同相位差時的情況。不難看出，如果橢圓的主軸在第1和第3象限內(nèi)，則相位差在0°～90°或270°～360°之間；如果主軸在第2和第4象限內(nèi)，相位差在90°～180°或180°～270°之間。
圖5-14 不同相位差時的圖形
（四）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，可用前述的時間間隔的測量方法，先測定其每個周期的時間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”開關(guān)置“1μs”位置，其“微調(diào)”置“校準(zhǔn)”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．李沙育圖形法測頻率
將示波器置X-Y工作方式，被測信號輸入Y軸，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號輸入“X外接”，慢慢改變標(biāo)準(zhǔn)頻率，使這兩個信號頻率成整數(shù)倍時，例如fx :
fy=1:2，則在熒光屏上會形成穩(wěn)定的李沙育圖形。
李沙育圖形的形狀不但與兩個偏轉(zhuǎn)電壓的相位有關(guān)，而且與兩個偏轉(zhuǎn)電壓的頻率也有關(guān)。用描跡法可以畫出ux與uy的各種頻率比、不同相位差時的李沙育圖形，幾種不同頻率比的李沙育圖形如圖5-15所示。
利用李沙育圖形與頻率的關(guān)系，可進(jìn)行準(zhǔn)確的頻率比較來測定被測信號的頻率。其方法是分別通過李沙育圖形引水平線和垂直線，所引的水平線垂直線不要通過圖形的交叉點(diǎn)或與其相切。若水平線與圖形的交點(diǎn)數(shù)為m，垂直線與圖形的交點(diǎn)數(shù)n，則
fy / fx=m / n
當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)頻率fx（或fy）為已知時，由上式可以求出被測信號頻率fy（或fx）。顯然，在實(shí)際測試工作中，用李沙育圖形進(jìn)行頻率測試時，為了使測試簡便正確，在條件許可的情況下，通常盡可能調(diào)節(jié)已知頻率信號的頻率，使熒光屏上顯示的圖形為圓或橢圓。這時被測信號頻率等于已知信號頻率。
圖5-16常用頻率比的李沙育圖形
由于加到示波器上的兩個電壓相位不同，熒光屏上圖形會有不同的形狀，但這對確定未知頻率并無影響。
李沙育圖形法測量頻率是相當(dāng)準(zhǔn)確的，但操作較費(fèi)時。同時，它只適用于測量頻率較低的信號。
示波器使用注意事項(xiàng)
1. 為了儀器操作人員的安全和儀器安全，儀器在安全范圍內(nèi)正常工作，保證測量波形準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)可靠、降低外界噪聲干擾；通用示波器通過調(diào)節(jié)亮度和聚焦旋鈕使光點(diǎn)直徑zui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，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(tǒng)- 例如示波器、信號源；打印機(jī)、計算機(jī)等設(shè)備等。被測電子設(shè)備- 例如儀器、電子部件、電路板、被測設(shè)備供電電源等設(shè)備接地線必須與公共地（大地）相連。
3. TDS200/TDS1000/TDS2000 系列數(shù)字示波器配合探頭使用時，只能測量（被測信號- 信號地就是大地，信號端輸出幅度小于300V CAT II）信號的波形。不能測量市電AC220V 或與市電AC220V 不能隔離的電子設(shè)備的浮地信號。（熱地是不能接大地的，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，AC220V 電源插座接地線端都是相通的。如儀器使用時不接大地線，直接用 探頭對浮地信號測量，則儀器相對大地會產(chǎn)生電位差；電壓值等于探頭接地線接觸被測設(shè)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(shè)備帶來嚴(yán)重安全危險。
5. 用戶如須要測量開關(guān)電源（開關(guān)電源初級,控制電路） 、UPS（不間斷電源）、電子整流器、節(jié)能燈、變頻器等類型產(chǎn)品或其它與市電AC220V 不能隔離的電子設(shè)備進(jìn)行浮地信號測試時， 必使用DP100高壓隔離差分探頭。 |
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