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，詳細介紹了示波器的帶寬、采樣率和存儲深度三大重要指標(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，以及各種測試的操作及影響因素分析等，對示波器的使用進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個使用技巧，適合初級工程師快速學(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量儀器，其利用電子示波管的特性，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上進行測量。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。
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)準信號源組成。
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動，使熒光屏上的光點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(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高壓、燈絲電壓等。
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。
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；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、測量信號、交流峰值電壓測量、上升時間測量、相位差測量等。
下面介紹用示波器觀察電信號波形的使用步驟。[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，首先要獲得一條最細的水平基線，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掃描時間因數(shù)一起預(yù)置在“0．5ms／div"，A掃描時間微調(diào)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：一般情況下，示波器本身均有一個0．5Vp—p標(biāo)準方波信號輸出口，當(dāng)獲得基線后，即可將探頭接到此處，此時屏幕應(yīng)有一串方波信號，調(diào)節(jié)電壓量程和掃描時間因數(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．測量信號：將測試線接在CHl或CH2輸入插座，測試探頭觸及測試點，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。
5．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。
6．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。
7．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(tǒng)信號進行分析，測量時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、測量方法會不會引入干擾，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重失衡。
2波形不穩(wěn)定
答：可能原因：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。
可調(diào)整觸發(fā)電平和觸發(fā)點位置，選擇AUTOSET鍵，按一次后示波器自動獲取穩(wěn)定波形或手動選擇觸發(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（前提是被測信號在示波器的帶寬測量范圍以內(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。
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。
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。
7垂直方向的電壓讀數(shù)不準
答：可能原因：未進行垂直方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度（v/div）校準；進行v/div校準時，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最高使用頻率，示波器讀數(shù)比實際值偏小；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(shù)不準
答：可能原因：未進行水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度（t/div）校準；進行t/div校準時，t/div微調(diào)旋鈕未置于校準位置（即順時針方向未旋足）；進行測試時，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。
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)置于接地檔進行直流電平參考點校正；Y軸平衡電位器未調(diào)整好。[page]
10測不出兩個信號間的相位差（波形顯示法）
答：可能原因：雙蹤示波器誤把內(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。
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)幅信號頻率選擇）。
12波形調(diào)不到要求的起始時間和部位
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）。
13有些瞬時信號稍縱即失，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)，示波器的存儲深度將決定能采集信號的時間以及能用到的最大采樣速率。
14有時抓不到經(jīng)過放大后的電流信號?
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?
答： ①、設(shè)定觸發(fā)電平至需要的值。 ②、點擊主控按鈕SINGLE，機器開始等待，如果有某一信號達到設(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電平，點擊SINGLE按鈕，則當(dāng)毛刺發(fā)生時，機器自動觸發(fā)并把觸發(fā)前后一段時間的波形記錄 下來。拖動觸發(fā)位置標(biāo)志線可以得到不同長度的負延遲觸發(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 實時示波器的等價時間采樣模式，一個波形的采集需要多次觸發(fā)完成的。針對實時示波器的實時采樣模式，觸發(fā)一次，波形肯定會采集一次，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)，波形也會刷新，但波形在屏幕上會不穩(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，通常可同步該信號。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。可以試著使用限制帶寬的方法，但不小心可能也會把信號本 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）與被測點之間。 ②、設(shè)定觸發(fā)源（Trigger Source）為A1或A2（必須與實際被測信號輸入的通道一致）。 ③、點擊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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