示波器的使用

1、模擬示波器的使用【實驗目的】了解示波器的結構和示波器的示波原理；掌握示波器的使用方法，學會用示波器觀察各種信號的波形；學會用示波器測量直流、正弦交流信號電壓；3.觀察利薩如圖，學會測量正弦信號頻率的方法?！緦嶒瀮x器】示波器，函數(shù)信號發(fā)生器，直流穩(wěn)壓電源，萬用電表。【實驗原理】自然界運行著各種形式的正弦波，比如海浪、地震、聲波、爆破、空氣中傳播的聲音， 或者身體運轉的自然節(jié)律。物理世界里，能量、振動粒子和不可見的力無處不在。即使是光 (波粒二象物質)也有自己的基頻，并因為基頻的不同呈現(xiàn)出不同的顏色。通過傳感器，這 些力可以轉變?yōu)殡娦盘?，以便通過示波器能夠進行觀察和研究。有了示波器，科學家、工程師

2、、技術人員、教育工作者和他人能夠“觀察”隨時間變化 的事件。示波器是任何設計、制造或是維修電子設備的必備之物。當今世界瞬時萬變，工程 師們需要最好的工具，快速而精確地解決測量疑難。在工程師看來，面對當今各種測量挑戰(zhàn)， 示波器自然是滿足要求的關鍵工具。示波器的用途不僅僅局限于電子領域。示波器利用信號 變換器，適用于各種各樣的物理現(xiàn)象。信號變換器能夠響應各種物理激勵源，使之轉變?yōu)殡?信號，包括聲音、機械應力、壓力、光、熱。麥克風屬于信號變換器，它實現(xiàn)把聲音轉變?yōu)?電信號。從物理學家到電視維修人員，各種人士都使用示波器。汽車工程師使用示波器來測量發(fā) 動機的振動。醫(yī)師使用示波器測量腦電波。描述示波器的

3、用途是沒有止境的。示波器的基本結構示波器的型號很多，但其基本結構類似。示波器主要是由示波管、X軸與Y軸衰減器和放 大器、鋸齒波發(fā)生器、整步電路、和電源等幾步分組成。其框圖如圖1所示。(1)示波管示波管由電子槍、偏轉板、顯示屏組成。電子槍：由燈絲H、陰極K、控制柵極G、第一陽極A第二陽極A2組成。燈絲通電 發(fā)熱，使陰極受熱后發(fā)射大量電子并經柵極孔出射。這束發(fā)散的電子經圓筒狀的第一陽極 A1和第二陽極A2所產生的電場加速后會聚于熒光屏上一點，稱為聚焦。A1與K之間的電 壓通常為幾百伏特，可用電位器W2調節(jié)，A1與K之間的電壓除有加速電子的作用外，主 要是達到聚焦電子的目的，所以氣稱為聚焦陽極。W2

4、即為示波器面板上的聚焦旋鈕。A2 與K之間的電壓為1千多伏以上，可通過電位器W3調節(jié)，A2與K之間的電壓除了有聚焦 電子的作用外，主要是達到加速電子的作用，因其對電子的加速作用比A大得多，故稱A2 為加速陽極。在有的示波器面板上設有w3，并稱其為輔助聚焦旋鈕。在柵極G與陽極K之間加了一負電壓即UKUG，調節(jié)電位器W1可改變它們之間的 電勢差。如果G、K間的負電壓的絕對值越小，通過G的電子就越多，電子束打到熒光屏 上的光點就越亮，調節(jié)W1可調節(jié)光點的亮度。W1在示波器面板上為“輝度”旋鈕。電子槍一I|-偏輔板電子槍一I|-偏輔板圖1 示波器的基本結構偏轉板：水平（X軸）偏轉板由D、D2組成，垂直

5、（Y軸）偏轉板由D3、D4組成。偏轉板 加上電壓后可改變電子束的運動方向，從而可改變電子束在熒光屏上產生的亮點的位置。電 子束偏轉的距離與偏轉板兩極板間的電勢差成正比。顯示屏：顯示屏是在示波器底部玻璃內涂上一層熒光物質，高速電子打在上面就會發(fā)熒 光，單位時間打在上面的電子越多，電子的速度越大光點的輝度就越大。熒光屏上的發(fā)光能 持續(xù)一段時間稱為余輝時間。按余輝的長短，示波器分為長、中、短余輝三種。（2）X軸與Y軸衰減器和放大器示波管偏轉板的靈敏度較低（約為011mm/V）當輸入信號電壓不大時，熒光屏上的光 .點偏移很小而無法觀測。因而要對信號電壓放大后再加到偏轉板上，為此在示波器中設置了 X軸與

6、Y軸放大器。當輸入信號電壓很大時，放大器無法正常工作，使輸入信號發(fā)生畸變， 甚至使儀器損壞，因此在放大器前級設置有衰減器。X軸與Y軸衰減器和放大器配合使用， 以滿足對各種信號觀測的要求。（3）鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器能在示波器本機內產生一種隨時間變化類似于鋸齒狀、頻率調節(jié)范圍很寬 的電壓波形，稱為鋸齒波，作為X軸偏轉板的掃描電壓。鋸齒波頻率的調節(jié)可由示波器面 板上的旋鈕控制。鋸齒波電壓較低，必須經X軸放大器放大后，再加到X軸偏轉板上，使 電子束產生水平掃描，即使顯示屏上的水平坐標變成時間坐標，來展開Y軸輸入的待測信 號。圖2兩對偏轉板對電子束的控制示波器的原理示波器能使一個隨時間變化的電壓波形

7、顯示在熒光屏上，是靠兩對偏轉板對電子束的控 制作用來實現(xiàn)的。如圖a所示，Y軸不加電壓時，X軸加一由本機產生的鋸齒波電壓ux , 與=0時電子在E的作用下偏至a點，隨著ux線性增大，電子向b偏轉，經一周期時間TX , u：達到最大值uxm，電子偏至b點。下一周期，電子將重復上述掃描，就會在熒光屏上形 成一水平掃描線abo圖3示波器的顯示原理如圖b所示，Y軸加一正弦信號uy, X軸不加鋸齒波信號，則電子束產生的光點只作 上下方向上的振動，電壓頻率較高時則!形成一條豎直的亮線cd。如圖3所示，Y軸加一正弦電壓uy，X軸加上鋸齒波電壓ux，且fx=fy，這時光點的 運動軌跡是X軸和Y軸運動的合成。最終

8、在熒光屏上顯示出一完整周期的uy波形。整步從上述分析中可知，要在熒光屏上呈現(xiàn)穩(wěn)定的電壓波形，待測信號的頻率fy必須與掃 描信號頻率fx相等或是其整數(shù)倍，即f廣nfx（或Tx=nTy），只有滿足這樣的條件時，掃描軌 跡才是重合的，故形成穩(wěn)定的波形。通過改變示波器上的掃描頻率旋鈕，可以改變掃描頻率 f，使f=nf條件滿足。但由于f的頻率受到電路噪聲的干擾而不穩(wěn)定，f=nj的關系常Xy XXy X被破壞，這就要用整步（或稱同步）的辦法來解決。即從外面引入一頻率穩(wěn)定的信號（外整步） 或者把待測信號（內整步）加到鋸齒波發(fā)生器上，使其受到自動控制來保持fy=nfX的關系，從 而使熒光屏上獲得穩(wěn)定的待測信號

9、波形。7實驗儀器介紹模擬示波器的調整和使用方法基本相同，現(xiàn)以MOS-620/640雙蹤示波器為例介紹如下：MOS-620/640雙蹤示波器前面板簡介MOS-620/640雙蹤示波器的調節(jié)旋鈕、開關、按鍵及連接器等都位于前面板上，如圖4 所示，其作用如下：（1）示波管操作部分6“POWER”：主電源開關及指示燈。按下此開關，其左側的發(fā)光二極管指示燈5亮， 表明電源已接通。 “INTEN”：亮度調節(jié)鈕。調節(jié)軌跡或光點的亮度。 “FOCUS”：聚焦調節(jié)鈕。調節(jié)軌跡或亮光點的聚焦。“TRACE ROTATION：軌跡旋轉。調整水平軌跡與刻度線相平行。33顯示屏。顯示信號的波形。（2）垂直軸操作部分7、

10、22“VOLTS/DIV”：垂直衰減鈕。調節(jié)垂直偏轉靈敏度，從5mV/div5V/div， 共10個檔位。8“CH1X”：通道1被測信號輸入連接器。在X-Y模式下，作為X軸輸入端。20“CH2Y”：通道2被測信號輸入連接器。在X-Y模式下，作為Y軸輸入端。9、21“VAR”垂直靈敏度旋鈕：微調靈敏度大于或等于1/2.5標示值。在校正（CAL） 位置時，靈敏度校正為標示值。10、19“AC-GND-DC”：垂直系統(tǒng)輸入耦合開關。選擇被測信號進入垂直通道的耦合 方式?！癆C”：交流耦合；“DC”：直流耦合；“GND”：接地。11、18“POSITION：垂直位 置調節(jié)旋鈕。調節(jié)顯示波形在熒光屏上的

11、垂直位置。12 “ALT” / “CHOP”：交替/斷續(xù)選擇按鍵，雙蹤顯示時，放開此鍵（ALT），通道1 與通道2的信號交替顯示，適用于觀測頻率較高的信號波形；按下此鍵（CHOP），通道1與 通道2的信號同時斷續(xù)顯示，適用于觀測頻率較低的信號波形。13、15“DCBAL”： CH1、CH2通道直流平衡調節(jié)旋鈕。垂直系統(tǒng)輸入耦合開關在GNDTRIGGERHORIZON123156789 1012 1314 15161718 1920 21 223231302928 272625AUTO*SWP, VAR.NORM*POSITIONTV-H*TRIG TNSLOPEMODE她INVDIALAC 湖

12、| IM；*VOLTS/DIV aTRIG.LEVEITRIGGERHORIZON123156789 1012 1314 15161718 1920 21 223231302928 272625AUTO*SWP, VAR.NORM*POSITIONTV-H*TRIG TNSLOPEMODE她INVDIALAC 湖| IM；*VOLTS/DIV aTRIG.LEVEIVOLTS/DIVCII10 lMfl/25pFVAR CALCII10 f= lMQ/25pF S=j 庖瀏 1 CAT. n-300Vpk MAXVERTICAL 、DC . DC， YbALI BAL?ACAT. II3OOV

13、pkMAX* ALT CHOP 此AC (if ，DCPOWERINTER FOCUS TRACE醪醪rot9onTIMTt/DlV圖4MOS-620/640雙蹤示波器前面板時，在5mV與10mV之間反復轉動垂直衰減開關，調整“DC BAL”使光跡保持在零水平線上 不移動。14“VERTICALMODE”：垂直系統(tǒng)工作模式開關。CH1：通道1單獨顯示；CH2：通道 2單獨顯示；DUAL：兩個通道同時顯示；ADD：顯示通道1與通道2信號的代數(shù)或代數(shù)差（按 下通道2的信號反向鍵CH2 INV”時）。17“CH2 INV”：通道2信號反向按鍵。按下此鍵，通道2及其觸發(fā)信號同時反向。（3）觸發(fā)操作部分

14、“TRIG IN”：外觸發(fā)輸入端子。用于輸入外部觸發(fā)信號。當使用該功能時“SOURCE” 開關應設置在EXT位置?！癝OURCE”：觸發(fā)源選擇開關?！癈H1”：當垂直系統(tǒng)工作模式開關14設定在DUAL 或ADD時，選擇通道1作為內部觸發(fā)信號源；“CH2”：當垂直系統(tǒng)工作模式開關14設定在 DUAL或ADD時，選擇通道2作為內部觸發(fā)信號源；“LINE”：選擇交流電源作為觸發(fā)信號源;“EXT”：選擇“ TRIG IN”端子輸入的外部信號作為觸發(fā)信號源?！癟RIGGERMODE”：觸發(fā)方式選擇開關?！癆UTO”（自動）：當沒有觸發(fā)信號輸入時， 掃描處在自由模式下；“NORM”（常態(tài)）：當沒有觸發(fā)信號

15、輸入時，蹤跡處在待命狀態(tài)并不顯 示；“TV-V”（電視場）：當想要觀察一場的電視信號時；“TV-H”（電視行）：當想要觀察一行 的電視信號時。“SLOPE”：觸發(fā)極性選擇按鍵。釋放為“+”，上升沿觸發(fā)；按下為“-”，下降沿 觸發(fā)。“LEVEL” ：觸發(fā)電平調節(jié)旋鈕。顯示一個同步的穩(wěn)定波形，并設定一個波形的起 始點。向“+”旋轉觸發(fā)電平向上移，向“-”旋轉觸發(fā)電平向下移。 “TRIG.ALT”：當垂直系統(tǒng)工作模式開關14設定在DUAL或ADD，且觸發(fā)源選擇 開關24選CH1或CH2時，按下此鍵，示波器會交替選擇CH1和CH2作為內部觸發(fā)信號源。（4）水平軸操作部分 “TIME/DIV”：水平掃描

16、速度旋鈕。掃描速度從0.2以s/div到0.5s/div共20 檔。當設置到四位置時，示波器可工作在X-Y方式。“SWPVAR”：水平掃描微調旋鈕。微調水平掃描時間，使掃描時間被校正到于面 板上“TIME/DIV”指示值一致。順時針轉到底為校正(CAL)位置?！癤10 MAG”：掃描擴展開關。按下時掃描速度擴展10倍。 “POSITION”：水平位置調節(jié)鈕。調節(jié)顯示波形在熒光屏上的水平位置。其它操作部分1“CAL”：示波器校正信號輸出端。提供幅度為2Vpp，頻率為1kHz的方波信號， 用于校正10 : 1探頭的補償電容器和檢測示波器垂直與水平偏轉因數(shù)等。16 “GND”：示波器機箱的接地端子。

17、雙蹤示波器的正確調整與操作示波器的正確調整和操作對于提高測量精度和延長儀器的使用壽命十分重要。聚焦和輝度的調整調整聚焦旋鈕使掃描線盡可能細，以提高測量精度。掃描線亮度(輝度)應適當，過亮 不僅會降低示波器的使用壽命，而且也會影響聚焦特性。正確選擇觸發(fā)源和觸發(fā)方式觸發(fā)源的選擇：如果觀測的是單通道信號，就應選擇該通道信號作為觸發(fā)源；如果同時 觀測兩個時間相關的信號，則應選擇信號周期長的通道作為觸發(fā)源。觸發(fā)方式的選擇：首次觀測被測信號時，觸發(fā)方式應設置于“AUTO”，待觀測到穩(wěn)定信 號后，調好其它設置，最后將觸發(fā)方式開關置于“NORM”，以提高觸發(fā)的靈敏度。當觀測直 流信號或小信號時，必須采用“ A

18、UTO ”觸發(fā)方式。正確選擇輸入耦合方式根據被觀測信號的性質來選擇正確的輸入耦合方式。一般情況下，被觀測的信號為直流 或脈沖信號時，應選擇“DC”耦合方式；，被觀測的信號為交流時，應選擇AC”耦合方式。合理調整掃描速度調節(jié)掃描速度旋鈕，可以改變熒光屏上顯示波形的個數(shù)。提高掃描速度，顯示的波形少； 降低掃描速度，顯示的波形多。顯示的波形不應過多，以保證時間測量的精度。波形位置和幾何尺寸的調整觀測信號時，波形應盡可能處于熒光屏的中心位置，以獲得較好的測量線性。正確調整 垂直衰減旋鈕，盡可能使波形幅度占一半以上，以提高電壓測量的精度。合理操作雙通道將垂直工作方式開關設置到“DUAL”，兩個通道的波形

19、可以同時顯示。為了觀察到穩(wěn)定 的波形，可以通過“ALT/CHOP”(交替/斷續(xù))開關控制波形的顯示。按下ALT/CHOP”開關 (置于CHOP)，兩個通道的信號斷續(xù)的顯示在熒光屏上，此設定適用于觀測頻率較高的信號； 釋放“ALT/CHOP”開關(置于ALT)，兩個通道的信號交替的顯示在熒光屏上，此設定適用 于觀測頻率較低的信號。在雙通道顯示時，還必須正確選擇觸發(fā)源。當CH1、CH2信號同步 時，選擇任意通道作為觸發(fā)源，兩個波形都能穩(wěn)定顯示，當CH1、CH2信號在時間上不相關 時，應按下“TRIG.ALT”(觸發(fā)交替)開關，此時每一個掃描周期，觸發(fā)信號交替一次，因 而兩個通道的波形都會穩(wěn)定顯示。

20、值得注意的是：雙通道顯示時，不能同時按下“CHOP”和“TRIG ALT”開關，因為“CHOP” 信號成為觸發(fā)信號而不能同步顯示。利用雙通道進行相位和時間對比測量時，兩個通道必須 采用同一同步信號觸發(fā)。觸發(fā)電平調整調整觸發(fā)電平旋鈕可以改變掃描電路預置的閥門電平。向“+”方向旋轉時，閥門電平 向正方向移動；向“-”方向旋轉時，閥門電平向負方向移動；處在中間位置時，閥門電平 設定在信號的平均值上。觸發(fā)電平過正或過負，均不會產生掃描信號。因此，觸發(fā)電平旋鈕 通常應保持在中間位置?！緦嶒瀮热荨空{整示波器，觀察標準方波波形熟悉示波器控制面板上各控制器的作用，并將面板上各控制器置于適當?shù)奈恢?。接通電源，?/p>

21、示燈亮。預熱片刻后，儀器應能進入正常工作。順時針調節(jié)“輝度”電位器，此時熒光屏上會出現(xiàn)不同步的校準方波信號。將觸發(fā)電平調離“自動”位置，并向反時針方向轉動直至方波波形穩(wěn)定，再微調“聚焦”和 “輔助聚焦”使波形更清晰，并將波形移至屏幕中間。此時方波在Y軸占5div，X軸占 10div，否則需校準，校準方法見“實驗儀器介紹”。觀察各種信號波形將函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端接示波器的“Y軸輸入“端，觀察正弦、方波、三角波等的 波形。調節(jié)示波器的有關旋鈕，使熒光屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的波形。測直流電壓將Y軸輸入耦合選擇開關置于“上”，“電平”置于“自動”。屏幕上形成一水平掃描基 線，將“v/div ”與“t/div

22、”置于適當?shù)奈恢?，且“v/div ”的微調旋鈕置于校準位置，調 節(jié)Y軸位移，使水平掃描基線處于熒光屏上標的某一特定基準(0伏)。將Y軸輸入耦合選擇開關置于“DC”。將一直流信號(由直流穩(wěn)壓電源提供)直接或經10:1衰減探極接入Y軸輸入端，然后，調節(jié)觸發(fā)“電平”使信號波形穩(wěn)定。觀察并記錄掃描線與時基線間的格數(shù)b (div )，讀出Y軸靈敏度a (v/div )，則被測直流 電壓值為U - a x b x c式中c為探極的衰減倍數(shù)，直接輸入或10 : 1的探極輸入時c分別為1或10，測三次直流 電壓值，取其平均值，記入表1中。測正弦交流電壓將Y軸輸入耦合選擇器置于“AC”，根據被測交流信號適當選擇

23、“v/div ”和“t/div ” 檔級，且“v/div ”的微調旋鈕置于“校準”位置。將被測正弦信號直接(c=1)或通過10 : 1 (c=10) 探極輸入到“丫軸輸入端”，調節(jié)“電平”使波形穩(wěn)定。根據屏幕的坐標刻度，讀出被測正弦信號的峰-峰值b(div )，讀出Y軸靈敏度a (v/div )， 則被測正弦信號電壓的峰-峰值為2尸.工測三次,取平均值Up “，計算出其有效值U = 3 u p _ p。記入表2中。用萬用電表測出被測正弦信號的電壓值并與示波器測得的有效值進行比較。測正弦信號的頻率，觀察利薩如圖方法A：測時間法(即測周期T)將待測正弦信號從Y軸輸入，適當選擇“t/div ”掃描檔

24、級，且將其微調旋至“校準” 位置。調節(jié)“電平”使波形穩(wěn)定。讀出熒光屏上待測正弦信號的一個波長所占的水平格數(shù)B(div)，測三次，取其平均值， 記入表3中。為提高測量精度，應使所選的“t/div ”檔級能使B在屏幕的有效工作面內到 達最大限度。如選擇的X軸的靈敏度為A(t/div)，則待測信號的周期為：T = A x B1根據公式f=T ，計算待測正弦信號的頻率為f = -A x B方法B：利薩如圖法在示波器X軸和Y軸同時各輸入正弦信號時，光點的運動是兩個相互垂直諧振動的合 成，若它們的頻率的比值fx：fy=整數(shù)時，合成的軌跡是一個封閉的圖形，稱為利薩如圖。 利薩如圖的圖形與頻率比和兩信號的位相差都有關系，但利薩如圖與兩信號的頻率比有如下 簡單的關系f n= X f nnx，ny分另為利薩如圖的外切水平線的切點數(shù)和外切垂直線的切