示波器的使用方法及工作原理

示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見(jiàn)的電信號(hào)變換成看得見(jiàn)的圖像，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程。

示波器的使用方法：

　　示波器，“人”如其名，就是顯示波形的機(jī)器，它還被譽(yù)為“電子工程師的眼睛”。它的核心功能就是為了把被測(cè)信號(hào)的實(shí)際波形顯示在屏幕上，以供工程師查找定位問(wèn)題或評(píng)估系統(tǒng)性能等等。它的發(fā)展同樣經(jīng)歷了模擬和數(shù)字兩個(gè)時(shí)代

數(shù)字示波器，更準(zhǔn)確的名稱是數(shù)字存儲(chǔ)示波器，即DSO（Digital Storage Oscilloscope）。這個(gè)“存儲(chǔ)”不是指它可以把波形存儲(chǔ)到U盤(pán)等介質(zhì)上，而是針對(duì)于模擬示波器的即時(shí)顯示特性而言的。模擬示波器靠的是陰極射線管（CRT，即俗稱的電子槍）發(fā)射出電子束，而這束電子在根據(jù)被測(cè)信號(hào)所形成的磁場(chǎng)下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而在熒屏上反映出被測(cè)信號(hào)的波形，這個(gè)過(guò)程是即時(shí)地，中間沒(méi)有任何的存儲(chǔ)過(guò)程的。而數(shù)字示波器的原理卻是這樣的：首先示波器利用前端ADC對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行快速的采樣，這個(gè)采樣速度通常都可以達(dá)到每秒幾百M(fèi)到幾G次，是相當(dāng)快的；而示波器的后端顯示部件是液晶屏，液晶屏的刷新速率一般只有幾十到一百多Hz；如此，前端采樣的數(shù)據(jù)就不可能實(shí)時(shí)的反應(yīng)到屏幕上，于是就誕生了存儲(chǔ)這個(gè)環(huán)節(jié)：示波器把前端采樣來(lái)的數(shù)據(jù)暫時(shí)保存在內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，而顯示刷新的時(shí)候再來(lái)這個(gè)存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，用這級(jí)存儲(chǔ)環(huán)節(jié)解決前端采樣和后端顯示之間的速度差異。

　　很多人在第一次見(jiàn)到示波器的時(shí)候，可能會(huì)被他面板上眾多的按鈕唬住，再加上示波器一般身價(jià)都比較高，所以對(duì)使用它就產(chǎn)生了一種畏懼情緒。這是不必要的，因?yàn)槭静ㄆ麟m然看起來(lái)很復(fù)雜，但實(shí)際上要使用它的核心功能——顯示波形，并不復(fù)雜，只要三四個(gè)步驟就能搞定了，而現(xiàn)在示波器的復(fù)雜都是因?yàn)楦郊恿撕芏噍o助功能造成的，這些輔助功能自然都有它們的價(jià)值，熟練靈活的應(yīng)用它們可以起到事半功倍的效果。作為初學(xué)者，我們先不管這些，我們只把它最核心的、最基本的功能應(yīng)用起來(lái)即可。

　　示波器的使用

　　跟萬(wàn)用表類似，要使用示波器，首先也得把它和被測(cè)系統(tǒng)相連，用的是示波器探頭，20-4所示。示波器一般都會(huì)有2個(gè)或4個(gè)通道（通常都會(huì)標(biāo)有1～4的數(shù)字，而多余的那個(gè)探頭插座是外部觸發(fā)，一般用不到它），它們的低位是等同的，可以隨便選擇，把探頭插到其中一個(gè)通道上，探頭另一頭的小夾子連接被測(cè)系統(tǒng)的參考地（這里一定要注意一個(gè)問(wèn)題：示波器探頭上的夾子是與大地即三插插頭上的地線直接連通的，所以如果被測(cè)系統(tǒng)的參考地與大地之間存在電壓差的話，將會(huì)導(dǎo)致示波器或被測(cè)系統(tǒng)的損壞），探針接觸被測(cè)點(diǎn)，這樣示波器就可以采集到該點(diǎn)的電壓波形了（普通的探頭不能用來(lái)測(cè)量電流，要測(cè)電流得選擇專門(mén)的電流探頭）。

　　接下來(lái)就要通過(guò)調(diào)整示波器面板上的按鈕，使被測(cè)波形以合適的大小顯示在屏幕上了。只需要按照一個(gè)信號(hào)的兩大要素——幅值和周期（頻率與周期在概念上是等同的）來(lái)調(diào)整示波器的參數(shù)即可

在每個(gè)通道插座上方的旋鈕，就是調(diào)整該通道的幅值的，即波形垂直方向大小的調(diào)整。轉(zhuǎn)動(dòng)它們，就可以改變示波器屏幕上每個(gè)豎格所代表的電壓值，所以可稱其為“伏格”調(diào)整，如以下兩幅對(duì)比所示：左是1V/grid，右是500mV/grid，左波形的幅值占了2.5個(gè)格，所以是2.5V，右波形的幅值占了5個(gè)格，也是2.5V。推薦是將波形調(diào)整到右這個(gè)樣子，因?yàn)榇藭r(shí)波形占了整個(gè)測(cè)量范圍的較大空間，可以提高波形測(cè)量的精度，3所示。

通常上方的伏格旋鈕外，通常還會(huì)在面板上找到一個(gè)大小相同的旋鈕（不一定像20-6所示的位置），這個(gè)旋鈕是調(diào)整周期的，即波形水平方向大小的調(diào)整。轉(zhuǎn)動(dòng)它，就可以改變示波器屏幕上每個(gè)橫格所代表的時(shí)間值，所以可稱其為“秒格”調(diào)整，如以下兩幅對(duì)比所示：左是500us/grid，右是200us/grid，左一個(gè)周期占2個(gè)格，周期是1ms，即頻率為1KHz，右一個(gè)周期占5個(gè)格，也是1ms，即1KHz。這里就沒(méi)有哪個(gè)更合理的問(wèn)題了，具體問(wèn)題具體對(duì)待，它們都是很合理的

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，就可以產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。在被測(cè)信號(hào)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(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線。

　　利用示波器能觀察各種不同電信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，還可以用它測(cè)試各種不同信號(hào)的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。

　　雙蹤示波器是由兩個(gè)通道的y軸前置放大電路、門(mén)控電路、電子開(kāi)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(hào)電路、示波管和高低壓電源供給電路等組成。

　　觀察信號(hào)波形時(shí)，被測(cè)信號(hào)ＵＡ、ＵＢ，通過(guò)ＣＨＡ、ＣＨＢ兩個(gè)輸入端輸入示波器，先分別送到y(tǒng)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(kāi)關(guān)的控制，所以ＵＡ，ＵＢ兩信號(hào)輪換著輸送到后面的混合電路，延遲電路，y軸后置放大電路，加到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上。

　　為了適應(yīng)各種不同的測(cè)試需要，電子開(kāi)關(guān)可有五種不同的工作狀態(tài)，即ＣＨＡ、ＣＨＢ、交替、斷續(xù)、ＡＤＤ等。這五種工作狀態(tài)由顯示方式開(kāi)關(guān)來(lái)控制。

　　當(dāng)顯示方式開(kāi)關(guān)置于交替位置時(shí)，電子開(kāi)關(guān)為一雙穩(wěn)態(tài)電路。它受由掃描電路來(lái)得閘門(mén)信號(hào)控制，使得y軸兩個(gè)前置通道隨著掃描電路。觸發(fā)方式有內(nèi)觸發(fā)，外觸發(fā)兩種，由觸發(fā)源選擇開(kāi)關(guān)來(lái)選擇，當(dāng)該開(kāi)關(guān)置于內(nèi)的位置時(shí)，觸發(fā)信號(hào)來(lái)自經(jīng)y軸通道送入的被測(cè)信號(hào)，當(dāng)該開(kāi)關(guān)置于外的位置時(shí)，觸發(fā)信號(hào)是由外部送入的。這個(gè)信號(hào)應(yīng)與被測(cè)信號(hào)的頻率成整數(shù)比的關(guān)系。示波器使用中，多數(shù)采用內(nèi)觸發(fā)工作方式。

　　掃描電路產(chǎn)生掃描信號(hào)（鋸齒波電路）。通過(guò)x軸選擇開(kāi)關(guān)接到x軸放大電路，經(jīng)放大后送到示波器的x軸偏轉(zhuǎn)板上。

　　Z軸放大電路對(duì)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)掃描電路的閘門(mén)信號(hào)來(lái)到z軸放大電路時(shí)，z軸放大電路便輸出正向的增輝脈沖信號(hào)，加至示波器的控制極。這就是說(shuō)，在掃描信號(hào)的正程時(shí)，熒光屏上的光點(diǎn)得以增輝，在電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，電子開(kāi)關(guān)電路將輸出脈沖信號(hào)也加至z軸放大電路，此時(shí)z軸放大電路便輸出負(fù)向脈沖信號(hào)，加至示波器的控制極。這樣在電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，就消除了兩通道交替工作時(shí)的過(guò)度光點(diǎn)，以提高顯示波形的清晰度

　　校正信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個(gè)一定頻率和幅度的矩形信號(hào)。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，其中高壓是供給示波管顯示系統(tǒng)的。低壓供給示波器各級(jí)電路。