中心議題：
- 示波器的基本原理
- 示波器的使用方法
- 示波器的使用技巧
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電子元件技術(shù)網(wǎng)曾經(jīng)整理過(guò)一期有關(guān)的示波器專(zhuān)題講座，詳細介紹了示波器的帶寬、采樣率和存儲深度三大重要指標，各種探頭的應用環(huán)境及解決方案，三大模式的采樣原理，以及各種測試的操作及影響因素分析等，對示波器的使用進(jìn)行了全方位地深度剖析，尤其適合中高工程師查閱研究。這一期的通用測試儀器與使用技巧大講臺介紹示波器的基本原理和使用方法，并收錄示波器的18個(gè)使用技巧，適合初級工程師快速學(xué)習入門(mén)。
往期回顧：示波器基礎系列講座——重要指標，影響因素，解決方案
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示波器是一種用途十分廣泛的電子測量?jì)x器，其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，顯示在熒光屏上進(jìn)行測量。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。
示波器工作原理
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。
示波管是示波器的核心，由電子槍、偏轉系統和熒光屏三部分組成。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。偏轉系統控制電子束在水平方向和垂直方向的運動(dòng)，使熒光屏上的光點(diǎn)隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。熒光屏位于示波管的終端，它的作用是將偏轉后的電子束顯示出來(lái)，以便觀(guān)察。
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高壓、燈絲電壓等。
掃描電路產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波電壓。該鋸齒波電壓的頻率能在一定的范圍內連續可調。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(shí)間成正比的水平位移，即形成時(shí)間基線(xiàn)。這樣，才能把加在垂直方向的被測信號按時(shí)間的變化波形展現在熒光屏上。
由于示波管垂直方向和水平方向的偏轉靈敏度都很低，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圖形；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圖形。
示波器的基本組成框圖如下圖所示。它由示波管、Y軸系統、X軸系統、Z軸系統和電源等五部分組成。
示波器基本組成框圖
關(guān)于示波器各組成部分詳情介紹，請參考：示波器的工作原理
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示波器的使用方法
示波器的使用分為面板裝置的使用、Y軸插件部分使用及X軸插件部分使用，涉及到示波管和電源系統、垂直偏轉因數和水平偏轉因數、時(shí)基選擇和微調、輸入通道和輸入耦合選擇、觸發(fā)源選擇、觸發(fā)耦合方式選擇、觸發(fā)電平和觸發(fā)極性、掃描方式、顯示信號、測量信號、交流峰值電壓測量、上升時(shí)間測量、相位差測量等。
下面介紹用示波器觀(guān)察電信號波形的使用步驟。[page]
1．獲得基線(xiàn)：當操作者在使用無(wú)使用說(shuō)明書(shū)的示波器時(shí)，首先要獲得一條最細的水平基線(xiàn)，其具體方法如下：(1)預置面板各開(kāi)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”，垂直靈敏度微調校準位置置“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)間因數一起預置在“0．5ms／div"，A掃描時(shí)間微調置校準位置“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(kāi)關(guān)置“+”，觸發(fā)耦合開(kāi)關(guān)置“AC’’，觸發(fā)源選擇置"INT"。(2)按下電源開(kāi)關(guān)，電源指示燈點(diǎn)亮。(3)調節A亮度聚焦等有關(guān)控制旋鈕，可出現纖細明亮的掃描基線(xiàn)，調節基線(xiàn)使其位置于屏幕中間與水平坐標刻度基本重合。(4)調節軌跡平行度控制使基線(xiàn)與水平坐標平行。
2．顯示信號：一般情況下，示波器本身均有一個(gè)0．5Vp—p標準方波信號輸出口，當獲得基線(xiàn)后，即可將探頭接到此處，此時(shí)屏幕應有一串方波信號，調節電壓量程和掃描時(shí)間因數旋鈕，方波的幅度和寬窄應變化，至此說(shuō)明示波器基本調整完畢可以投入使用。
3．測量信號：將測試線(xiàn)接在CHl或CH2輸入插座，測試探頭觸及測試點(diǎn)，即可在示波器上觀(guān)察到波形。如果波形幅度太大或太小，可調整電壓量程旋鈕；如果波形周期顯示不適合，可調整掃描速度旋鈕。
4．選擇Y軸耦合方式：根據被測信號頻率的高低，將Y軸輸入耦合方式選擇“AC-地-DC”開(kāi)關(guān)置于A(yíng)C或DC。
5．選擇Y軸靈敏度：根據被測信號的大約峰-峰值（如果采用衰減探頭，應除以衰減倍數；在耦合方式取DC檔時(shí)，還要考慮疊加的直流電壓值），將Y軸靈敏度選擇V/div開(kāi)關(guān)（或Y軸衰減開(kāi)關(guān)）置于適當檔級。實(shí)際使用中如不需讀測電壓值，則可適當調節Y軸靈敏度微調（或 Y軸增益）旋鈕，使屏幕上顯現所需要高度的波形。
6．選擇觸發(fā)（或同步）信號來(lái)源與極性：通常將觸發(fā)（或同步）信號極性開(kāi)關(guān)置于“+”或“-”檔。
7．選擇掃描速度：根據被測信號周期（或頻率）的大約值，將X軸掃描速度t/div（或掃描范圍）開(kāi)關(guān)置于適當檔級。實(shí)際使用中如不需讀測時(shí)間值，則可適當調節掃速t/div微調（或掃描微調）旋鈕，使屏幕上顯示測試所需周期數的波形。如果需要觀(guān)察的是信號的邊沿部分，則掃速t/div開(kāi)關(guān)應置于最快掃速檔。
8．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(shí)的輸入阻抗降低、輸入電容增大），通過(guò) Y軸輸入端輸入示波器。
關(guān)于示波器各部分的詳細使用方法，請參考：示波器的使用方法
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要想準確快速地對系統信號進(jìn)行分析，測量時(shí)還有很多因素必須考慮。如儀器速度能否跟上被測信號的變化、帶寬是否足夠、測量方法會(huì )不會(huì )引入干擾，甚至還有所使用的探頭是否合適等。以下收錄18個(gè)示波器使用的常用技巧，供工程師參考。
示波器的常用使用技巧
1沒(méi)有光點(diǎn)或波形
答：可能原因：電源未接通；輝度旋鈕未調節好；X，Y軸移位旋鈕位置調偏；Y軸平衡電位器調整不當，造成直流放大電路嚴重失衡。
2波形不穩定
答：可能原因：穩定度電位器順時(shí)針旋轉過(guò)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(kāi)關(guān)未能按照不同觸發(fā)信號頻率正確選擇相應檔級；選擇高頻觸發(fā)狀態(tài)時(shí)，觸發(fā)源選擇開(kāi)關(guān)誤置于外檔（應置于內檔。）；部分示波器掃描處于自動(dòng)檔（連續掃描）時(shí)，波形不穩定。
可調整觸發(fā)電平和觸發(fā)點(diǎn)位置，選擇AUTOSET鍵，按一次后示波器自動(dòng)獲取穩定波形或手動(dòng)選擇觸發(fā)，旋轉面板上TRIGGER旋鈕（有的標示LEVEL)，慢慢旋轉，直到波形穩定（前提是被測信號在示波器的帶寬測量范圍以?xún)?，且觸發(fā)源需選擇正確）。
3水平方向展不開(kāi)
答：可能原因：觸發(fā)源選擇開(kāi)關(guān)置于外檔，且無(wú)外觸發(fā)信號輸入，則無(wú)鋸齒波產(chǎn)生；電平旋鈕調節不當；穩定度電位器沒(méi)有調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(wú)信號輸入；兩蹤示波器如果只使用A通道（B通道無(wú)輸入信號），而內觸發(fā)開(kāi)關(guān)置于拉YB位置，則無(wú)鋸齒波產(chǎn)生。
4垂直方向無(wú)展示
答：可能原因：輸入耦合方式DC-接地-AC開(kāi)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。
5垂直線(xiàn)條密集或呈現一矩形
答：可能原因：t/div開(kāi)關(guān)選擇不當，致使f掃描<<f信號。
6水平線(xiàn)條密集或呈一條傾斜水平線(xiàn)
答：可能原因：t/div關(guān)選擇不當，致使f掃描>>f信號。
7垂直方向的電壓讀數不準
答：可能原因：未進(jìn)行垂直方向的偏轉靈敏度（v/div）校準；進(jìn)行v/div校準時(shí)，v/div微調旋鈕未置于校正位置（即順時(shí)針?lè )较蛭葱悖?；進(jìn)行測試時(shí)，v/div微調旋鈕調離了校正位置（即調離了順時(shí)針?lè )较蛐愕奈恢茫?；使用l0 ：1衰減探頭，計算電壓時(shí)未乘以10倍；被測信號頻率超過(guò)示波器的最高使用頻率，示波器讀數比實(shí)際值偏??；測得的是峰-峰值，正弦有效值需換算求得。
8水平方向的讀數不準
答：可能原因：未進(jìn)行水平方向的偏轉靈敏度（t/div）校準；進(jìn)行t/div校準時(shí)，t/div微調旋鈕未置于校準位置（即順時(shí)針?lè )较蛭葱悖?；進(jìn)行測試時(shí)，t/div微調旋鈕調離了校正位置（即調離了順時(shí)針?lè )较蛐愕奈恢茫?； 掃速擴展開(kāi)關(guān)置于拉（×10）位置時(shí)，測試未按t/div開(kāi)關(guān)指示值提高靈敏度10倍計算。
9交直流疊加信號的直流電壓值分辨不清
答：可能原因：Y軸輸入耦合選擇DC-接地-AC 開(kāi)關(guān)誤置于A(yíng)C檔（應置于DC檔）；測試前未將DC-接地-AC開(kāi)關(guān)置于接地檔進(jìn)行直流電平參考點(diǎn)校正；Y軸平衡電位器未調整好。[page]
10測不出兩個(gè)信號間的相位差（波形顯示法）
答：可能原因：雙蹤示波器誤把內觸發(fā)（拉YB）開(kāi)關(guān)置于按（常態(tài)）位置應把該開(kāi)關(guān)置于拉YB位置；雙蹤示波器沒(méi)有正確選擇顯示方式開(kāi)關(guān)的交替和斷續檔；單線(xiàn)示波器觸發(fā)選擇開(kāi)關(guān)誤置于內檔；單線(xiàn)示波器觸發(fā)選擇開(kāi)關(guān)雖置于外檔，但兩次外觸發(fā)未采用同一信號。
11調幅波形失常
答：可能原因：t/div開(kāi)關(guān)選擇不當，掃描頻率誤按調幅波載波頻率選擇（應按音頻調幅信號頻率選擇）。
12波形調不到要求的起始時(shí)間和部位
答：可能原因：穩定度電位器未調整在待觸發(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；觸發(fā)方式開(kāi)關(guān)誤置于自動(dòng)檔（應置于常態(tài)檔）。
13有些瞬時(shí)信號稍縱即失，如何捕捉并使其重現？
答：將示波器設置成單次采集方式(觸發(fā)模式設置成Normal，觸發(fā)條件設置成邊沿觸發(fā)，并將觸發(fā)電平調到適當值，然后將掃描方式設置成單次方式)，示波器的存儲深度將決定能采集信號的時(shí)間以及能用到的最大采樣速率。
14有時(shí)抓不到經(jīng)過(guò)放大后的電流信號?
答：將示波器觸發(fā)模式設置成Normal，觸發(fā)條件設置成邊沿觸發(fā)，并將觸發(fā)電平調到適當值，然后將掃描方式設置成單次方式。如果這種方式還不行，那就可能是儀器出了問(wèn)題。
15如何捕捉非周期性的信號?
答： ①、設定觸發(fā)電平至需要的值。 ②、點(diǎn)擊主控按鈕SINGLE，機器開(kāi)始等待，如果有某一信號達到設定的觸發(fā)電平，即采樣一次，顯示在屏幕上。利用此功能可以輕易捕捉到偶然發(fā)生的事件， 例如幅度較大的突發(fā)性毛刺：將觸發(fā)電平設置到剛剛高于正常信號電平，點(diǎn)擊SINGLE按鈕，則當毛刺發(fā)生時(shí)，機器自動(dòng)觸發(fā)并把觸發(fā)前后一段時(shí)間的波形記錄 下來(lái)。拖動(dòng)觸發(fā)位置標志線(xiàn)可以得到不同長(cháng)度的負延遲觸發(fā)，便于觀(guān)察毛刺發(fā)生之前的波形。
16觸發(fā)和波形采集的關(guān)系如何？
答：針對不同類(lèi)型的示波器，示波器不同的捕獲方式，觸發(fā)和波形采集的關(guān)系不同。如果是采樣示波器或 實(shí)時(shí)示波器的等價(jià)時(shí)間采樣模式，一個(gè)波形的采集需要多次觸發(fā)完成的。針對實(shí)時(shí)示波器的實(shí)時(shí)采樣模式，觸發(fā)一次，波形肯定會(huì )采集一次，不觸發(fā)，波形也可能采 集，這就是觸發(fā)的AUTO模式。（有三種觸發(fā)模式，一種是AUTO，不觸發(fā)，波形也會(huì )刷新，但波形在屏幕上會(huì )不穩定，另一種是NORMAL，只有觸發(fā)才刷 新，最后一種是SINGLE，第一次觸發(fā)捕獲波形，以后就不在捕獲波形了。）。
17在使用示波器時(shí)如何消除毛刺？
答：如果毛刺是信號本身固有的，而且想用邊沿觸發(fā)同步該信號（如正弦信號），可以用高頻抑制觸發(fā)方 式，通?？赏皆撔盘?。如果信號本身有毛刺，但想讓示波器慮除該毛刺，不顯示毛刺，通常很難做到?？梢栽囍?zhù)使用限制帶寬的方法，但不小心可能也會(huì )把信號本 身慮掉一部分信息。若使用邏輯分析儀器，一般來(lái)說(shuō)，使用狀態(tài)采集的方法，有些在定時(shí)方式下采集到的毛刺，就看不到了。
18如何觀(guān)察低壓直流電源的噪聲?
答：①、連接示波器探頭于通道A1（或A2）與被測點(diǎn)之間。 ②、設定觸發(fā)源（Trigger Source）為A1或A2（必須與實(shí)際被測信號輸入的通道一致）。 ③、點(diǎn)擊A1或A2按鈕，選定耦合方式為AC（交流）耦合。 ④、調節采樣速率及垂直靈敏度，直至得到滿(mǎn)意的顯示。
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