示波器的用法
示波器，是顯示被測量的瞬時值軌跡變化情況的儀器。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，就可產(chǎn)生細小的光點。下面學(xué)習(xí)啦小編就給大家介紹示波器的用法。
示波器的構(gòu)成
普通示波器有五個基本組成部分：顯示電路、垂直(Y軸)放大電路、水平(X軸)放大電路、掃描與同步電路、電源供給電路。
1.顯示電路
顯示電路包括示波管及其控制電路兩個部分。示波管是一種特殊的電子管，是示波器一個重要組成部分。示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏3個部分組成。
(1)電子槍
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。它主要由燈絲F、陰極K、控制極G、第一陽極A1、第二陽極A2組成。除燈絲外，其余電極的結(jié)構(gòu)都為金屬圓筒，且它們的軸心都保持在同一軸線上。陰極被加熱后，可沿軸向發(fā)射電子;控制極相對陰極來說是負電位，改變電位可以改變通過控制極小孔的電子數(shù)目，也就是控制熒光屏上光點的亮度。為了提高屏上光點亮度，又不降低對電子束偏轉(zhuǎn)的靈敏度，現(xiàn)代示波管中，在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏之間還加上一個后加速電極A3。
第一陽極對陰極而言加有約幾百伏的正電壓。在第二陽極上加有一個比第一陽極更高的正電壓。穿過控制極小孔的電子束，在第一陽極和第二陽極高電位的作用下，得到加速，向熒光屏方向作高速運動。由于電荷的同性相斥，電子束會逐漸散開。通過第一陽極、第二陽極之間電場的聚焦作用，使電子重新聚集起來并交匯于一點。適當控制第一陽極和第二陽極之間電位差的大小，便能使焦點剛好落在熒光屏上，顯現(xiàn)一個光亮細小的圓點。改變第一陽極和第二陽極之間的電位差，可起調(diào)節(jié)光點聚焦的作用，這就是示波器的“聚焦”和“輔助聚焦”調(diào)節(jié)的原理。第三陽極是示波管錐體內(nèi)部涂上一層石墨形成的，通常加有很高的電壓，它有三個作用：①使穿過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)以后的電子進一步加速，使電子有足夠的能量去轟擊熒光屏，以獲得足夠的亮度;②石墨層涂在整個錐體上，能起到屏蔽作用;③電子束轟擊熒光屏?xí)a(chǎn)生二次電子，處于高電位的A3可吸收這些電子。
(2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)
示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)大都是靜電偏轉(zhuǎn)式，它由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為水平偏轉(zhuǎn)板和垂直偏轉(zhuǎn)板。分別控制電子束在水平方向和垂直方向的運動。當電子在偏轉(zhuǎn)板之間運動時，如果偏轉(zhuǎn)板上沒有加電壓，偏轉(zhuǎn)板之間無電場，離開第二陽極后進入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子將沿軸向運動，射向屏幕的中心。如果偏轉(zhuǎn)板上有電壓，偏轉(zhuǎn)板之間則有電場，進入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的電子會在偏轉(zhuǎn)電場的作用下射向熒光屏的指定位置。
如果兩塊偏轉(zhuǎn)板互相平行，并且它們的電位差等于零，那么通過偏轉(zhuǎn)板空間的，具有速度υ的電子束就會沿著原方向(設(shè)為軸線方向)運動，并打在熒光屏的坐標原點上。如果兩塊偏轉(zhuǎn)板之間存在著恒定的電位差，則偏轉(zhuǎn)板間就形成一個電場，這個電場與電子的運動方向相垂直，于是電子就朝著電位比較高的偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)。這樣，在兩偏轉(zhuǎn)板之間的空間，電子就沿著拋物線在這一點上做切線運動。最后，電子降落在熒光屏上的A點，這個A點距離熒光屏原點(0)有一段距離，這段距離稱為偏轉(zhuǎn)量，用y表示。偏轉(zhuǎn)量y與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓Vy成正比。同理，在水平偏轉(zhuǎn)板上加有直流電壓時，也發(fā)生類似情況，只是光點在水平方向上偏轉(zhuǎn)。
(3)熒光屏
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。在示波器的熒光屏內(nèi)壁涂有一層發(fā)光物質(zhì)，因而，熒光屏上受到高速電子沖擊的地點就顯現(xiàn)出熒光。此時光點的亮度決定于電子束的數(shù)目、密度及其速度。改變控制極的電壓時，電子束中電子的數(shù)目將隨之改變，光點亮度也就改變。在使用示波器時，不宜讓很亮的光點固定出現(xiàn)在示波管熒光屏一個位置上，否則該點熒光物質(zhì)將因長期受電子沖擊而燒壞，從而失去發(fā)光能力。
涂有不同熒光物質(zhì)的熒光屏，在受電子沖擊時將顯示出不同的顏色和不同的余輝時間，通常供觀察一般信號波形用的是發(fā)綠光的，屬中余輝示波管，供觀察非周期性及低頻信號用的是發(fā)橙黃色光的，屬長余輝示波管;供照相用的示波器中，一般都采用發(fā)藍色的短余輝示波管。
2.垂直(Y軸)放大電路
由于示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度甚低，例如常用的示波管13SJ38J型，其垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度為0.86mm/V(約12V電壓產(chǎn)生1cm的偏轉(zhuǎn)量)，所以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大小的形。
3.水平(X軸)放大電路
由于示波管水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度也很低，所以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大小的形。
4.掃描與同步電路
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。
5.電源供給電路
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。
由示波器的原理功能方框可見，被測信號電壓加到示波器的Y軸輸入端，經(jīng)垂直放大電路加于示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板。示波管的水平偏轉(zhuǎn)電壓，雖然多數(shù)情況都采用鋸齒電壓(用于觀察波形時)，但有時也采用其它的外加電壓(用于測量頻率、相位差等時)，因此在水平放大電路輸入端有一個水平信號選擇開關(guān)，以便按照需要選用示波器內(nèi)部的鋸齒波電壓，或選用外加在X軸輸入端上的其它電壓來作為水平偏轉(zhuǎn)電壓。
此外，為了使熒光屏上顯示的形保持穩(wěn)定，要求鋸齒波電壓信號的頻率和被測信號的頻率保持同步。這樣，不僅要求鋸齒波電壓的頻率能連續(xù)調(diào)節(jié)，而且在產(chǎn)生鋸齒波的電路上還要輸入一個同步信號。這樣，對于只能產(chǎn)生連續(xù)掃描(即產(chǎn)生周而復(fù)始、連續(xù)不斷的鋸齒波)一種狀態(tài)的簡易示波器(如國產(chǎn)SB10型等示波器)而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被觀察信號頻率相關(guān)的同步信號，以牽制鋸齒波的振蕩頻率。對于具有等待掃描功能(即平時不產(chǎn)生鋸齒波，當被測信號來到時才產(chǎn)生一個鋸齒波，進行一次掃描)功能的示波器(如國產(chǎn)ST-16型示波器、SR-8型雙蹤示波器等而言，需要在其掃描電路上輸入一個與被測信號相關(guān)的觸發(fā)信號，使掃描過程與被測信號密切配合。為了適應(yīng)各種需要，同步(或觸發(fā))信號可通過同步或觸發(fā)信號選擇開關(guān)來選擇，通常來源有3個：①從垂直放大電路引來被測信號作為同步(或觸發(fā))信號，此信號稱為“內(nèi)同步”(或“內(nèi)觸發(fā)”)信號;②引入某種相關(guān)的外加信號為同步(或觸發(fā))信號，此信號稱為“外同步”(或“外觸發(fā)”)信號，該信號加在外同步(或外觸發(fā))輸入端;③有些示波器的同步信號選擇開關(guān)還有一檔“電源同步”，是由220V，50Hz電源電壓，通過變壓器次級降壓后作為同步信號。
示波器的用法
示波器雖然分成好幾類，各類又有許多種型號，但是一般的示波器除頻帶寬度、輸入靈敏度等不完全相同外，在使用方法的基本方面都是相同的。本章以SR-8型雙蹤示波器為例介紹。
(一)面板裝置
SR-8型雙蹤示波器的面板5-12所示。其面板裝置按其位置和功能通常可劃分為3大部分：顯示、垂直(Y軸)、水平(X軸)?，F(xiàn)分別介紹這3個部分控制裝置的作用。
1.顯示部分主要控制件為：
(1)電源開關(guān)。
(2)電源指示燈。
(3)輝度 調(diào)整光點亮度。
(4)聚焦調(diào)整光點或波形清晰度。
(5)輔助聚焦 配合“聚焦”旋鈕調(diào)節(jié)清晰度。
(6)標尺亮度調(diào)節(jié)坐標片上刻度線亮度。
(7)尋跡 當按鍵向下按時，使偏離熒光屏的光點回到顯示區(qū)域，而尋到光點位置。
(8)標準信號輸出1kHz、1V方波校準信號由此引出。加到Y(jié)軸輸入端，用以校準Y軸輸入靈敏度和X軸掃描速度。
2.Y軸插件部分
(1)顯示方式選擇開關(guān)用以轉(zhuǎn)換兩個Y軸前置放大器YA與YB 工作狀態(tài)的控制件，具有五種不同作用的顯示方式：
“交替”：當顯示方式開關(guān)置于“交替”時，電子開關(guān)受掃描信號控制轉(zhuǎn)換，每次掃描都輪流接通YA或YB 信號。當被測信號的頻率越高，掃描信號頻率也越高。電
子開關(guān)轉(zhuǎn)換速率也越快，不會有閃爍現(xiàn)象。這種工作狀態(tài)適用于觀察兩個工作頻率較高的信號。
“斷續(xù)”：當顯示方式開關(guān)置于“斷續(xù)”時，電子開關(guān)不受掃描信號控制，產(chǎn)生頻率固定為200kHz方波信號，使電子開關(guān)快速交替接通YA和YB。由于開關(guān)動作頻率高于被測信號頻率，因此屏幕上顯示的兩個通道信號波形是斷續(xù)的。當被測信號頻率較高時，斷續(xù)現(xiàn)象十分明顯，甚至無法觀測;當被測信號頻率較低時，斷續(xù)現(xiàn)象被掩蓋。因此，這種工作狀態(tài)適合于觀察兩個工作頻率較低的信號。
“YA”、“YB ”：顯示方式開關(guān)置于“YA ”或者“YB ”時，表示示波器處于單通道工作，此時示波器的工作方式相當于單蹤示波器，即只能單獨顯示“YA”或“YB ”通道的信號波形。
“YA + YB”：顯示方式開關(guān)置于“YA + YB ”時，電子開關(guān)不工作，YA與YB 兩路信號均通過放大器和門電路，示波器將顯示出兩路信號疊加的波形。
(2)“DC-⊥-AC”Y軸輸入選擇開關(guān)，用以選擇被測信號接至輸入端的耦合方式。置于“DC”是直接耦合，能輸入含有直流分量的交流信號;置于“AC”位置，實現(xiàn)交流耦合，只能輸入交流分量;置于“⊥”位置時，Y軸輸入端接地，這時顯示的時基線一般用來作為測試直流電壓零電平的參考基準線。
(3)“微調(diào)V/div”靈敏度選擇開關(guān)及微調(diào)裝置。靈敏度選擇開關(guān)系套軸結(jié)構(gòu)，黑色旋鈕是Y軸靈敏度粗調(diào)裝置，自10mv/div～20v/div分11檔。紅色旋鈕為細調(diào)裝置，順時針方向增加到滿度時為校準位置，可按粗調(diào)旋鈕所指示的數(shù)值，讀取被測信號的幅度。當此旋鈕反時針轉(zhuǎn)到滿度時，其變化范圍應(yīng)大于2.5倍，連續(xù)調(diào)節(jié)“微調(diào)”電位器，可實現(xiàn)各檔級之間的靈敏度覆蓋，在作定量測量時，此旋鈕應(yīng)置于順時針滿度的“校準”位置。
(4)“平衡” 當Y軸放大器輸入電路出現(xiàn)不平衡時，顯示的光點或波形就會隨“V/div”開關(guān)的“微調(diào)”旋轉(zhuǎn)而出現(xiàn)Y軸方向的位移，調(diào)節(jié)“平衡”電位器能將這種位移減至最小。
(5)“↑↓” Y軸位移電位器，用以調(diào)節(jié)波形的垂直位置。
(6)“極性、拉YA ”YA 通道的極性轉(zhuǎn)換按拉式開關(guān)。拉出時YA 通道信號倒相顯示，即顯示方式(YA+ YB )時，顯示像為YB - YA 。
(7)“內(nèi)觸發(fā)、拉YB ”觸發(fā)源選擇開關(guān)。在按的位置上(常態(tài)) 掃描觸發(fā)信號分別取自YA 及YB 通道的輸入信號，適應(yīng)于單蹤或雙蹤顯示，但不能夠?qū)﹄p蹤波形作時間比較。當把開關(guān)拉出時，掃描的觸發(fā)信號只取自于YB 通道的輸入信號，因而它適合于雙蹤顯示時對比兩個波形的時間和相位差。
(8)Y軸輸入插座采用BNC型插座，被測信號由此直接或經(jīng)探頭輸入。
3.X軸插件部分
(1)“t/div” 掃描速度選擇開關(guān)及微調(diào)旋鈕。X軸的光點移動速度由其決定，從0.2μs～1s共分21檔級。當該開關(guān)“微調(diào)”電位器順時針方向旋轉(zhuǎn)到底并接上開關(guān)后，即為“校準”位置，此時“t/div”的指示值，即為掃描速度的實際值。
(2)“擴展、拉×10”掃描速度擴展裝置。是按拉式開關(guān)，在按的狀態(tài)作正常使用，拉的位置掃描速度增加10倍。“t/div”的指示值，也應(yīng)相應(yīng)計取。采用“擴展 拉×10”適于觀察波形細節(jié)。
(3)“→←” X軸位置調(diào)節(jié)旋鈕。系X軸光跡的水平位置調(diào)節(jié)電位器，是套軸結(jié)構(gòu)。外圈旋鈕為粗調(diào)裝置，順時針方向旋轉(zhuǎn)基線右移，反時針方向旋轉(zhuǎn)則基線左移。置于套軸上的小旋鈕為細調(diào)裝置，適用于經(jīng)擴展后信號的調(diào)節(jié)。
(4)“外觸發(fā)、X外接”插座采用BNC型插座。在使用外觸發(fā)時，作為連接外觸發(fā)信號的插座。也可以作為X軸放大器外接時信號輸入插座。其輸入阻抗約為1MΩ。外接使用時，輸入信號的峰值應(yīng)小于12V。
(5)“觸發(fā)電平”旋鈕 觸發(fā)電平調(diào)節(jié)電位器旋鈕。用于選擇輸入信號波形的觸發(fā)點。具體地說，就是調(diào)節(jié)開始掃描的時間，決定掃描在觸發(fā)信號波形的哪一點上被觸發(fā)。順時針方向旋動時，觸發(fā)點趨向信號波形的正向部分，逆時針方向旋動時，觸發(fā)點趨向信號波形的負向部分。
(6)“穩(wěn)定性”觸發(fā)穩(wěn)定性微調(diào)旋鈕。用以改變掃描電路的工作狀態(tài)，一般應(yīng)處于待觸發(fā)狀態(tài)。調(diào)整方法是將Y軸輸入耦合方式選擇(AC-地-DC)開關(guān)置于地檔，將V/div開關(guān)置于最高靈敏度的檔級，在電平旋鈕調(diào)離自激狀態(tài)的情況下，用小螺絲刀將穩(wěn)定度電位器順時針方向旋到底，則掃描電路產(chǎn)生自激掃描，此時屏幕上出現(xiàn)掃描線;然后逆時針方向慢慢旋動，使掃描線剛消失。此時掃描電路即處于待觸發(fā)狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，用示波器進行測量時，只要調(diào)節(jié)電平旋鈕，即能在屏幕上獲得穩(wěn)定的波形，并能隨意調(diào)節(jié)選擇屏幕上波形的起始點位置。少數(shù)示波器，當穩(wěn)定度電位器逆時針方向旋到底時，屏幕上出現(xiàn)掃描線;然后順時針方向慢慢旋動，使屏幕上掃描線剛消失，此時掃描電路即處于待觸發(fā)狀態(tài)。
(7)“內(nèi)、外” 觸發(fā)源選擇開關(guān)。置于“內(nèi)”位置時，掃描觸發(fā)信號取自Y軸通道的被測信號;置于“外”位置時，觸發(fā)信號取自“外觸發(fā)X 外接”輸入端引入的外觸發(fā)信號。
(8)“AC”“AC(H)”“DC”觸發(fā)耦合方式開關(guān)。 “DC”檔，是直流藕合狀態(tài)，適合于變化緩慢或頻率甚低(如低于100Hz)的觸發(fā)信號。“AC”檔，是交流藕合狀態(tài)，由于隔斷了觸發(fā)中的直流分量，因此觸發(fā)性能不受直流分量影響。“AC(H)”檔，是低頻抑制的交流耦合狀態(tài)，在觀察包含低頻分量的高頻復(fù)合波時，觸發(fā)信號通過高通濾波器進行耦合，抑制了低頻噪聲和低頻觸發(fā)信號(2MHz以下的低頻分量)，免除因誤觸發(fā)而造成的波形幌動。
(9)“高頻、常態(tài)、自動”觸發(fā)方式開關(guān)。用以選擇不同的觸發(fā)方式，以適應(yīng)不同的被測信號與測試目的。“高頻”檔，頻率甚高時(如高于5MHz)，且無足夠的幅度使觸發(fā)穩(wěn)定時，選該檔。此時掃描處于高頻觸發(fā)狀態(tài)，由示波器自身產(chǎn)生的高頻信號(200kHz信號)，對被測信號進行同步。不必經(jīng)常調(diào)整電平旋鈕，屏幕上即能顯示穩(wěn)定的波形，操作方便，有利于觀察高頻信號波形。“常態(tài)”檔，采用來自Y軸或外接觸發(fā)源的輸入信號進行觸發(fā)掃描，是常用的觸發(fā)掃描方式。“自動”擋，掃描處于自動狀態(tài)(與高頻觸發(fā)方式相仿)，但不必調(diào)整電平旋鈕，也能觀察到穩(wěn)定的波形，操作方便，有利于觀察較低頻率的信號。
(10)“+、-”觸發(fā)極性開關(guān)。在“+”位置時選用觸發(fā)信號的上升部分，在“-”位置時選用觸發(fā)信號的下降部分對掃描電路進行觸發(fā)。
(二)使用前的檢查
示波器初次使用前或久藏復(fù)用時，有必要進行一次能否工作的簡單檢查和進行掃描電路穩(wěn)定度、垂直放大電路直流平衡的調(diào)整。示波器在進行電壓和時間的定量測試時，還必須進行垂直放大電路增益和水平掃描速度的校準。示波器能否正常工作的檢查方法、垂直放大電路增益和水平掃描速度的校準方法，由于各種型號示波器的校準信號的幅度、頻率等參數(shù)不一樣，因而檢查、校準方法略有差異。
(三)使用步驟
用示波器能觀察各種不同電信號幅度隨時間變化的波形曲線，在這個基礎(chǔ)上示波器可以應(yīng)用于測量電壓、時間、頻率、相位差和調(diào)幅度等電參數(shù)。下面介紹用示波器觀察電信號波形的使用步驟。
1.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。
2.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))置于適當檔級。實際使用中如不需讀測電壓值，則可適當調(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。
3.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。
4.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)置于適當檔級。實際使用中如不需讀測時間值，則可適當調(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。
5.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。
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