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)整理過一期有關(guān)的示波器專題講座，詳細(xì)介紹了示波器的帶寬、采樣率和存儲(chǔ)深度三大重要指標(biāo)，各種探頭的應(yīng)用環(huán)境及解決方案，三大模式的采樣原理，以及各種測(cè)試的操作及影響因素分析等，對(duì)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(cè)試儀器與使用技巧大講臺(tái)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(jí)工程師快速學(xué)習(xí)入門。
往期回顧：示波器基礎(chǔ)系列講座——重要指標(biāo)，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(cè)量?jī)x器，其利用電子示波管的特性，將人眼無法直接觀測(cè)的交變電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上進(jìn)行測(cè)量。利用示波器能觀察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，還可以用它測(cè)試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。
示波器工作原理
示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源組成。
示波管是示波器的核心，由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)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(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子束在水平方向和垂直方向的運(yùn)動(dòng)，使熒光屏上的光點(diǎn)隨外加信號(hào)的變化描繪出被測(cè)信號(hào)的波形。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。
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。
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(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(shí)間成正比的水平位移，即形成時(shí)間基線。這樣，才能把加在垂直方向的被測(cè)信號(hào)按時(shí)間的變化波形展現(xiàn)在熒光屏上。
由于示波管垂直方向和水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度都很低，一般的被測(cè)信號(hào)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；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。
示波器的基本組成框圖如下圖所示。它由示波管、Y軸系統(tǒng)、X軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)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(qǐng)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(tǒng)、垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)和水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)、時(shí)基選擇和微調(diào)、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(hào)、測(cè)量信號(hào)、交流峰值電壓測(cè)量、上升時(shí)間測(cè)量、相位差測(cè)量等。
下面介紹用示波器觀察電信號(hào)波形的使用步驟。[page]
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，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。
4．選擇Y軸耦合方式：根據(jù)被測(cè)信號(hào)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。
5．選擇Y軸靈敏度：根據(jù)被測(cè)信號(hào)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(shí)，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(jí)。實(shí)際使用中如不需讀測(cè)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。
6．選擇觸發(fā)（或同步）信號(hào)來源與極性：通常將觸發(fā)（或同步）信號(hào)極性開關(guān)置于“+”或“-”檔。
7．選擇掃描速度：根據(jù)被測(cè)信號(hào)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(jí)。實(shí)際使用中如不需讀測(cè)時(shí)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(cè)試所需周期數(shù)的波形。如果需要觀察的是信號(hào)的邊沿部分，則掃速t/div開關(guān)應(yīng)置于最快掃速檔。
8．輸入被測(cè)信號(hào)：被測(cè)信號(hào)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 Y軸輸入端輸入示波器。
關(guān)于示波器各部分的詳細(xì)使用方法，請(qǐng)參考：示波器的使用方法
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要想準(zhǔn)確快速地對(duì)系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行分析，測(cè)量時(shí)還有很多因素必須考慮。如儀器速度能否跟上被測(cè)信號(hào)的變化、帶寬是否足夠、測(cè)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沒有光點(diǎn)或波形
答：可能原因：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。
2波形不穩(wěn)定
答：可能原因：穩(wěn)定度電位器順時(shí)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(hào)頻率正確選擇相應(yīng)檔級(jí)；選擇高頻觸發(fā)狀態(tài)時(shí)，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(dòng)檔（連續(xù)掃描）時(shí)，波形不穩(wěn)定。
可調(diào)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(wěn)定波形或手動(dòng)選擇觸發(fā)，旋轉(zhuǎn)面板上TRIGGER旋鈕（有的標(biāo)示LEVEL)，慢慢旋轉(zhuǎn)，直到波形穩(wěn)定（前提是被測(cè)信號(hào)在示波器的帶寬測(cè)量范圍以內(nèi)，且觸發(fā)源需選擇正確）。
3水平方向展不開
答：可能原因：觸發(fā)源選擇開關(guān)置于外檔，且無外觸發(fā)信號(hào)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(hào)輸入；兩蹤示波器如果只使用A通道（B通道無輸入信號(hào)），而內(nèi)觸發(fā)開關(guān)置于拉YB位置，則無鋸齒波產(chǎn)生。
4垂直方向無展示
答：可能原因：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(cè)電路的高、低電位端接反；輸入信號(hào)較小，而V/div誤置于低靈敏度檔。
5垂直線條密集或呈現(xiàn)一矩形
答：可能原因：t/div開關(guān)選擇不當(dāng)，致使f掃描<<f信號(hào)。
6水平線條密集或呈一條傾斜水平線
答：可能原因：t/div關(guān)選擇不當(dāng)，致使f掃描>>f信號(hào)。
7垂直方向的電壓讀數(shù)不準(zhǔn)
答：可能原因：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(shí)，v/div微調(diào)旋鈕未置于校正位置（即順時(shí)針方向未旋足）；進(jìn)行測(cè)試時(shí)，v/div微調(diào)旋鈕調(diào)離了校正位置（即調(diào)離了順時(shí)針方向旋足的位置）；使用l0 ：1衰減探頭，計(jì)算電壓時(shí)未乘以10倍；被測(cè)信號(hào)頻率超過示波器的最高使用頻率，示波器讀數(shù)比實(shí)際值偏??；測(cè)得的是峰-峰值，正弦有效值需換算求得。
8水平方向的讀數(shù)不準(zhǔn)
答：可能原因：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(shí)，t/div微調(diào)旋鈕未置于校準(zhǔn)位置（即順時(shí)針方向未旋足）；進(jìn)行測(cè)試時(shí)，t/div微調(diào)旋鈕調(diào)離了校正位置（即調(diào)離了順時(shí)針方向旋足的位置）； 掃速擴(kuò)展開關(guān)置于拉（×10）位置時(shí)，測(cè)試未按t/div開關(guān)指示值提高靈敏度10倍計(jì)算。
9交直流疊加信號(hào)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 開關(guān)誤置于AC檔（應(yīng)置于DC檔）；測(cè)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。[page]
10測(cè)不出兩個(gè)信號(hào)間的相位差（波形顯示法）
答：可能原因：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(hào)。
11調(diào)幅波形失常
答：可能原因：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(hào)頻率選擇）。
12波形調(diào)不到要求的起始時(shí)間和部位
答：可能原因：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(dòng)檔（應(yīng)置于常態(tài)檔）。
13有些瞬時(shí)信號(hào)稍縱即失，如何捕捉并使其重現(xiàn)？
答：將示波器設(shè)置成單次采集方式(觸發(fā)模式設(shè)置成Normal，觸發(fā)條件設(shè)置成邊沿觸發(fā)，并將觸發(fā)電平調(diào)到適當(dāng)值，然后將掃描方式設(shè)置成單次方式)，示波器的存儲(chǔ)深度將決定能采集信號(hào)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)過放大后的電流信號(hào)?
答：將示波器觸發(fā)模式設(shè)置成Normal，觸發(fā)條件設(shè)置成邊沿觸發(fā)，并將觸發(fā)電平調(diào)到適當(dāng)值，然后將掃描方式設(shè)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題。
15如何捕捉非周期性的信號(hào)?
答： ①、設(shè)定觸發(fā)電平至需要的值。 ②、點(diǎn)擊主控按鈕SINGLE，機(jī)器開始等待，如果有某一信號(hào)達(dá)到設(shè)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(shè)置到剛剛高于正常信號(hào)電平，點(diǎn)擊SINGLE按鈕，則當(dāng)毛刺發(fā)生時(shí)，機(jī)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。拖動(dòng)觸發(fā)位置標(biāo)志線可以得到不同長(zhǎng)度的負(fù)延遲觸發(fā)，便于觀察毛刺發(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(duì)不同類型的示波器，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(duì)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(wěn)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(hào)本身固有的，而且想用邊沿觸發(fā)同步該信號(hào)（如正弦信號(hào)），可以用高頻抑制觸發(fā)方 式，通?？赏皆撔盘?hào)。如果信號(hào)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?？梢栽囍褂孟拗茙挼姆椒?，但不小心可能也會(huì)把信號(hào)本 身慮掉一部分信息。若使用邏輯分析儀器，一般來說，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(cè)點(diǎn)之間。 ②、設(shè)定觸發(fā)源（Trigger Source）為A1或A2（必須與實(shí)際被測(cè)信號(hào)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(diào)節(jié)采樣速率及垂直靈敏度，直至得到滿意的顯示。
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