示波器是利用電子示波管的特性，将人眼無法直接觀測的交變電信号轉換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。它是觀察數字電路實驗現象、分析實驗中的問題、測量實驗結果必不可少的重要儀器。示波器主要由示波管和電源系統、同步系統、x軸偏轉系統、y軸偏轉系統、延遲掃描系統、标準信号源組成。圖1-9所示為示波器。

圖1-9　示波器

示波器主要的功能是觀察和測量電信号的波形，不但能觀察到電信号的動态過程，而且還能定量地測量電信号的各種參數，如交流電的周期、幅度、頻率、相位等。在測試脈沖信号時，響應非常迅速，而且波形清晰可辨。另外，它還可将非電信号轉換為電信号，用來測量溫度、壓力、聲、熱等，因此它的用途非常廣泛。

示波器的種類很多，按其用途和特點可分為以下幾種。

1)通用示波器：它是采用單束示波管的寬帶示波器，常見的有單時基單蹤或雙蹤示波器。

2)多蹤示波器：又稱多線示波器。它能同時顯示兩個以上的波形，并對其進行定性、定量的比較和觀測，而且每個波形都是由單獨的電子束産生的。

3)取樣示波器：這種示波器采用取樣技術，把高頻信号模拟轉換成低頻信号，再用通用示波器的原理顯示其波形。

4)記憶、存儲示波器：這種示波器不但具有通用示波器的功能，而且還具有存儲信号波形的功能。記憶示波器是利用記憶示波管組成的示波器，記憶時間可達數天。存儲示波器是利用數字電路的存儲技術實現存儲功能的，其存儲時間在理論上是無限的。

5)專用示波器，這些示波器是具有特殊用途的示波器，如矢量示波器、心電示波器等。

一般示波器都會提供一個簡單且功能明晰的前面闆，以進行基本的操作。面闆上包括功能旋鈕和功能按鍵。圖1-10所示為示波器的前面闆。

圖1-10　示波器的前面闆

1.顯示屏

顯示屏是示波器的顯示部分。顯示屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，用來指示信号波形的電壓和時間之間的關系，水平方向指示時間，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格，垂直方向分為8格，每格又分為5份。垂直方向标有0%、10%、90%、100%等标志，水平方向标有10%、90%标志，供測量直流電平、交流信号幅度、延遲時間等參數使用。根據被測信号在屏幕上占的格數乘以适當的比例常數(VOLTS/DIV、TIME/DIV)就能得出電壓值與時間值，如圖1-11所示。

圖1-11　示波器的顯示屏

2.電源開關(POWER)按鈕

此按鈕是示波器主電源開關，見圖1-12，當此開關按下時，電源指示燈亮，表示電源接通。

圖1-12　POWER按鈕、FOCUS旋鈕等

3.輝度(INTEN SITY)旋鈕

旋轉此旋鈕能改變光點和掃描線的亮度，見圖1-12。觀察低頻信号時可将亮度調小些，觀察高頻信号時可将亮度調大些，一般不應太亮，以保護熒光屏。

4.聚焦(FOCUS)旋鈕

聚焦旋鈕用來調節電子束截面大小，将掃描線聚焦成最清晰狀态，見圖1-12。

5.标尺亮度旋鈕

此旋鈕用來調節熒光屏後面的照明燈亮度。正常室内光線下照明燈暗一些較好，室内光線不足的情況下可适當調亮照明燈。

6.垂直偏轉因數(VOLTS/DIV)旋鈕

在單位輸入信号的作用下，光點在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度，這一定義對x軸和y軸都适用。靈敏度的倒數稱為偏轉因數。垂直靈敏度的單位為cm/V、cm/mV或者DIV/mV、DIV/V，垂直偏轉因數的單位為V/cm、mV/cm或者V/DIV、mV/DIV。實際上，因習慣用法和便于測量電壓讀數，有時也把偏轉因數當作靈敏度。

示波器中每個通道各有一個垂直偏轉因數旋鈕(即選擇波段開關)。一般按1、2、5方式将5mV/DIV～5V/DIV分為10擋。旋鈕指示的值代表熒光屏上垂直方向一格的電壓值。例如，旋鈕置于1V/DIV擋時，如果屏幕上信号光點移動一格，則代表輸入信号電壓變化為1V。

每個波段開關上都有一個微調小旋鈕，用于微調每擋垂直偏轉因數。将它沿順時針方向旋到底，處于“校準”位置，此時垂直偏轉因數值與波段開關所指示的值一緻。逆時針旋轉此旋鈕，能夠微調垂直偏轉因數。微調垂直偏轉因數後會造成與波段開關的指示值不一緻，這點應引起注意。圖1-13所示為VOLTS/DIV旋鈕。

圖1-13　VOLTS/DIV旋鈕

7.時基(TIME/DIV)旋鈕

時基旋鈕的使用方法與垂直偏轉因數的類似。時基旋鈕也通過一個旋鈕實現，按1、2、5方式把時基分為若幹擋。旋鈕的指示值代表光點在水平方向移動一格的時間值。例如，在1μs/DIV擋，光點在屏幕上移動一格代表時間值1μs。

時基旋鈕上有一個微調小旋鈕，用于時基校準和微調。沿順時針方向旋到底，處于“校準”位置時，屏幕上顯示的時基值與旋鈕所示的标稱值一緻。逆時針旋轉旋鈕，則是對時基微調。旋鈕拔出後處于掃描擴展狀态，通常為“×10”擴展，即水平靈敏度擴大10倍，時基縮小為1/10。例如，在2μs/DIV擋，掃描擴展狀态下熒光屏上水平一格代表的時間值為2μs×(1/10)=0.2μs。

TDS實驗台上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的時鐘信号，由石英晶體振蕩器和分頻器産生，準确度很高，可用來校準示波器的時基。

示波器的标準信号源CAL，專門用于校準示波器的時基和垂直偏轉因數。

8.位移(POSITION)旋鈕

此旋鈕調節信号波形在熒光屏上的位置。旋轉水平位移旋鈕(标有水平雙向箭頭)可左右移動信号波形，旋轉垂直位移旋鈕(标有垂直雙向箭頭)可上下移動信号波形。

9.選擇輸入通道

輸入通道至少有3種選擇方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)和雙通道(DUAL)。選擇通道1時，示波器僅顯示通道1的信号。選擇通道2時，示波器僅顯示通道2的信号。選擇雙通道時，示波器同時顯示通道1和通道2的信号。

測試信号時，首先要将示波器的“地”與被測電路的“地”連接在一起，根據輸入通道的選擇，将示波器探頭插到相應通道插座上，然後将示波器探頭上的“地”與被測電路的“地”連接在一起，示波器探頭接觸被測點。示波器探頭上有一個雙位開關。此開關撥到“×1”位置時，被測信号會無衰減地送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信号的實際電壓值。此開關撥到“×10”位置時，被測信号衰減為1/10，然後送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信号的實際電壓值。

10.選擇輸入耦合方式

輸入耦合方式有3種選擇：交流(AC)、地(GND)和直流(DC)。

當選擇“地”時，掃描線顯示出“示波器地”在熒光屏上的位置;直流耦合用于測定信号直流絕對值和觀測極低頻信号;交流耦合用于觀測交流和含有直流成分的交流信号。在數字電路的實驗中，一般選擇“直流”方式，以便觀測信号的絕對電壓值。

11.觸發源(SOURCE)選擇

要使屏幕上顯示穩定的波形，則需将被測信号本身或者與被測信号有一定時間關系的觸發信号加到觸發電路。觸發源選擇确定觸發信号由何處供給。通常有3種觸發源：内觸發(INT)、電源觸發(LINE)和外觸發(EXT)。

1)内觸發使用被測信号作為觸發信号，是經常使用的一種觸發方式。由于觸發信号本身是被測信号的一部分，在屏幕上可以顯示出非常穩定的波形。雙蹤示波器中通道1或者通道2都可以選作觸發信号。

2)電源觸發使用交流電源頻率信号作為觸發信号。這種方法在測量與交流電源頻率有關的信号時是有效的。特别在測量音頻電路、閘流管的低電平交流噪聲時更為有效。

3)外觸發使用外加信号作為觸發信号，外加信号從外觸發輸入端輸入。外觸發信号與被測信号間應具有周期性關系。由于被測信号沒有用作觸發信号，所以何時開始掃描與被測信号無關。

正确選擇觸發信号與波形顯示的穩定、清晰有很大關系。例如，在數字電路的測量中，對一個簡單的周期信号而言，選擇内觸發可能好一些，而對于一個具有複雜周期的信号，且存在一個與它有周期性關系的信号時，選用外觸發可能更好。

12.選擇觸發耦合(COUP)方式

觸發信号到觸發電路的耦合方式有多種，目的是為了使觸發信号穩定、可靠。觸發耦合方式主要有AC耦合、直流(DC)耦合、低頻抑制(LFR)觸發、高頻抑制(HFR)觸發和電視(TV)同步觸發。

1)AC耦合又稱電容耦合。它隻允許用觸發信号的交流分量觸發，觸發信号的直流分量被隔斷。通常在不考慮DC分量時使用這種耦合方式，以形成穩定觸發。但是如果觸發信号的頻率小于10Hz，則會造成觸發困難。

2)直流(DC)耦合不隔斷觸發信号的直流分量。當觸發信号的頻率較低或者觸發信号的占空比很大時，使用直流耦合較好。

3)低頻抑制(LFR)觸發時，觸發信号經過高通濾波器加到觸發電路，觸發信号的低頻成分被抑制。

4)高頻抑制(HFR)觸發時，觸發信号通過低通濾波器加到觸發電路，觸發信号的高頻成分被抑制。

5)電視(TV)同步觸發用于電視維修。

13.觸發電平(TRIG LEVEL)旋鈕

觸發電平調節又稱同步調節，它使掃描與被測信号同步。觸發電平旋鈕用于調節觸發信号的觸發電平。一旦觸發信号超過由旋鈕設定的觸發電平時，掃描即被觸發。順時針旋轉旋鈕，觸發電平上升;逆時針旋轉旋鈕，觸發電平下降。當觸發電平旋鈕調到電平鎖定位置時，觸發電平自動保持在觸發信号的幅度之内，不需要電平調節就能産生一個穩定的觸發。當信号波形複雜，用觸發電平旋鈕不能穩定觸發時，用釋抑(HOLDOFF)旋鈕調節波形的釋抑時間(掃描暫停時間)，能使掃描與波形穩定同步。

14.觸發極性(SLOPE)開關

觸發極性開關用來選擇觸發信号的極性。撥在“ ”位置上時，在信号增加的方向上，當觸發信号超過觸發電平時就産生觸發。撥在“-”位置上時，在信号減少的方向上，當觸發信号超過觸發電平時就産生觸發。觸發極性和觸發電平共同決定觸發信号的觸發點。

15.選擇掃描方式(SWEEPMODE)

掃描方式有自動(AUTO)、常态(NORM)和單次(SGL/RST)3種。

1)自動：當無觸發信号輸入或者觸發信号頻率低于50Hz時，掃描為自動方式。

2)常态：當無觸發信号輸入時，掃描處于準備狀态，沒有掃描線。觸發信号到來後，觸發掃描。

3)單次：單次按鈕類似複位開關。在單次掃描方式下，按單次按鈕時掃描電路複位，此時“準備好”(READY)燈亮。觸發信号到來後産生一次掃描。單次掃描結束後，“準備好”燈滅。單次掃描用于觀測非周期信号或者單次瞬變信号，往往需要對波形拍照。

1.示波器接入信号

下面以DS1000示波器為例，講解信号的接入方法(DS1000為雙通道輸入加一個外觸發輸入通道，以及16個數字輸入通道的數字示波器)。

接入信号的方法如下：

1)首先将探頭上的開關設定為“10X”，然後将示波器探頭與通道1連接。将探頭連接器上的插槽對準CH1同軸電纜插接件(BNC)上的插孔并插入，然後向右旋轉以擰緊探頭。

2)示波器需要輸入探頭衰減系數。此衰減系數改變儀器的垂直擋位比例，從而使得測量結果正确反映被測信号的電平(默認的探頭衰減系數設定值為“1X”)。設置探頭衰減系數的方法為：按CH1功能按鈕顯示通道1的操作菜單，應用與探頭項目平行的3号菜單操作鍵，選擇與使用的探頭同比例的衰減系數。這裡設定為“10X”。

3)把探頭端部和接地夾接到探頭補償器的連接器上。按AUTO按鈕，幾秒鐘内可見到方波顯示(1kHz，約3V，峰到峰)。

4)以同樣的方法檢查通道2(CH2)。按OFF功能按鈕或再次按下CH1功能按鈕以關閉通道1，按CH2功能按鈕以打開通道2，重複步驟2和步驟3。

2.探頭補償

在首次将探頭與任一輸入通道連接時，進行此項調節，使探頭與輸入通道相配。未經補償或補償偏差的探頭會導緻測量誤差或錯誤。

下面以DS1000示波器為例，講解調整探頭補償的方法。

1)将探頭衰減系數設定為“10X”，将探頭上的開關設定為“10X”，并将示波器探頭與通道1連接。如果使用探頭鈎形頭，應确保與探頭接觸緊密。

将探頭端部與探頭補償器的信号輸出連接器相連，基準導線夾與探頭補償器的地線連接器相連，打開通道1，然後按AUTO按鈕。

2)檢查所顯示波形的形狀，如圖1-14所示。

3)如有必要，用非金屬的螺絲刀調整探頭上的可變電容，直到屏幕顯示的波形如圖1-14b所示。

圖1-14　顯示波形的形狀

1.按下電源開關後示波器仍然黑屏，沒有任何顯示

按下電源開關後示波器仍然黑屏，沒有任何顯示的故障處理方法如下：

1)檢查電源接頭是否接好。

2)檢查電源開關是否按下。

3)做完上述檢查後，重新啟動示波器。

4)如果仍然無法正常使用示波器，則可能是示波器内部有故障，請送專業維修公司修理。

2.采集信号後，畫面中并未出現信号的波形

采集信号後，畫面中并未出現信号的波形的故障處理方法如下：

1)檢查探頭是否正常接在信号連接線上。

2)檢查信号連接線是否正常接在BNC(即通道連接器)上。

3)檢查探頭是否與待測物正常連接。

4)檢查待測物是否有信号産生(可将有信号産生的通道與有問題的通道接在一起來确定問題所在)。

5)再重新采集一次信号。

3.測量的電壓幅度值比實際值大10倍或為實際值的1/10

檢查通道衰減系數是否與實際使用的探頭衰減比例相符。

4.有波形顯示，但不能穩定下來

有波形顯示，但不能穩定下來的故障處理方法如下：

1)檢查觸發面闆的信号源選擇項是否與實際使用的信号通道相符。

2)檢查觸發類型，一般的信号應使用“邊沿觸發”方式，視頻信号應使用“視頻觸發”方式。隻有應用适合的觸發方式，波形才能穩定顯示。

3)嘗試改變“耦合”為“高頻抑制”或“低頻抑制”顯示，以濾除幹擾觸發的高頻或低頻噪聲。

5.按下RUN/STOP按鈕無任何顯示

按下RUN/STOP按鈕無任何顯示的故障處理方法如下(以DS1000示波器為例)：檢查觸發面闆(TRIGGER)的觸發方式是否為“普通”或“單次”擋，且觸發電平超出波形範圍。如果是，将觸發電平居中，或者設置觸發方式為“自動”擋。另外，按AUTO按鈕可自動完成以上設置。

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