第5章示波器的使用5.1概述

5.2HG2020型通用示波器的使用

5.3示波器的工作原理

5.4通用示波器的構(gòu)成5.5DS1102C型數(shù)字示波器的使用5.6示波器接口的使用5.7數(shù)字示波器使用注意事項(xiàng)

5.1概述

1．示波器的種類

根據(jù)示波器對(duì)信號(hào)的處理方式的不同，示波器可分為模擬、數(shù)字兩大類。

(1)模擬示波器：采用模擬方式對(duì)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行處理和顯示。

(2)數(shù)字示波器：對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理后再顯示。

2．示波器的主要特點(diǎn)

(1)由于電子束的慣性小，因而響應(yīng)速度快，工作頻率范圍寬，適應(yīng)于測(cè)試快速脈沖信號(hào)。

(2)靈敏度高。因?yàn)榕溆懈咴鲆娣糯笃?，所以能夠觀測(cè)微弱信號(hào)的變化；由于不用表針指示方式，因而過(guò)載能力強(qiáng)。

(3)輸入阻抗高，對(duì)被測(cè)電路影響小。

3．示波器的主要性能指標(biāo)

示波器的技術(shù)性能指標(biāo)有幾十項(xiàng)，為了正確選擇和使用示波器，必須了解下列五項(xiàng)主要性能指標(biāo)。

1)頻率響應(yīng)

加至示波器輸入端(包括Y軸和X軸，不加說(shuō)明時(shí)均指Y軸)的信號(hào)在屏幕上所顯示的圖像幅度對(duì)應(yīng)中頻段頻率顯示幅度下降3dB的范圍，即上限頻率fH與下限頻率fL之差，稱為頻率響應(yīng)(也稱頻帶寬度f(wàn)B)。一般情況下fH>>fL，所以頻率響應(yīng)可用上限頻率fH來(lái)表示，此值愈大愈好。

2)時(shí)域響應(yīng)

時(shí)域響應(yīng)(也稱瞬態(tài)響應(yīng))，表示放大電路在方波脈沖輸入信號(hào)作用下的過(guò)渡特性，如圖5-1所示。用上升時(shí)間tr、下降時(shí)間tf、上沖sb、下沖sn、預(yù)沖sd及下垂δ等參數(shù)表示。

(1)上升時(shí)間tr是正脈沖波的前沿從基本幅度A的10%上升到90%所需的時(shí)間。

(2)下降時(shí)間tf是正脈沖波的后沿從下垂后幅度A1的90%下降到10%所需的時(shí)間。

(3)上沖sb是脈沖波前沿的上沖量b與A之比的百分?jǐn)?shù)，即圖5-1脈沖信號(hào)各參數(shù)

(4)下沖sn是脈沖波后沿的下沖量f與A之比的百分?jǐn)?shù)，即

(5)預(yù)沖sd是脈沖波階躍之前的預(yù)沖量d與A之比的百分?jǐn)?shù)，即

(6)下垂δ是脈沖波平頂部分的傾斜幅度e與A之比的百分?jǐn)?shù)，即

3)偏轉(zhuǎn)靈敏度

偏轉(zhuǎn)靈敏度指輸入信號(hào)在無(wú)衰減的情況下，亮點(diǎn)在屏幕上偏轉(zhuǎn)1cm(或1格)所需信號(hào)電壓的峰峰值。它反映了示波器觀察微弱信號(hào)的能力，其值愈小，偏轉(zhuǎn)靈敏度愈高。

由于放大器受增益-帶寬積的限制，靈敏度與頻帶之間是有矛盾的，而且靈敏度還受噪聲、漂移等因素的影響，所以一般示波器的靈敏度為每厘米若干毫伏的數(shù)量級(jí)。

4)輸入阻抗

輸入阻抗用示波器輸入端測(cè)得的直流電阻值Ri和并聯(lián)的電容值Ci分別給出。在理想情況下，希望電阻值大，電容值小。

5)掃描速度

在無(wú)擴(kuò)展情況下，亮點(diǎn)在屏幕X軸方向移動(dòng)單位長(zhǎng)度1cm(或1格)所需要的時(shí)間稱為掃描速度，簡(jiǎn)寫為“t/cm或t/div(格)”。掃描速度愈高(即t/cm的值愈小)，表明示波器能夠展開(kāi)高頻信號(hào)或窄脈沖信號(hào)波形的能力愈強(qiáng)。反之，為了觀測(cè)緩慢變化的信號(hào)，要求示波器具有較低的掃描速度。所以示波器掃描速度的范圍愈寬愈好。例如，示波器的掃描速度范圍為0.05μs/cm～0.5s/cm，還是比較寬的。 5.2HG2020型通用示波器的使用

5.2.1HG2020型通用示波器面板簡(jiǎn)介

HG2020型通用示波器的面板如圖5-2所示。圖5-2HG2020型示波器面板下面對(duì)面板各部分進(jìn)行說(shuō)明。

1．顯示(DISPLAY)控制

HG2020型示波器的顯示控制如圖5-3所示。

(1)?INENSITY(輝度)控制旋鈕：輝度，即亮暗程度。該旋鈕用于調(diào)節(jié)波形(或光點(diǎn))的亮暗，順時(shí)針?lè)较蚩烧{(diào)整增加亮度，反之變暗。使用該旋鈕，使波形亮暗適中即可。

(2)?BEAMFIND(尋跡)按鍵：用于尋找波形(或光點(diǎn))的痕跡，主要用在屏幕上沒(méi)有任何顯示的情況下。

(3)?FOUCE(聚焦)旋鈕：調(diào)節(jié)聚焦可使光點(diǎn)圓而小，達(dá)到波形清晰。

(4)?TRACEROTATION(光跡調(diào)整)：用于使時(shí)基線與刻度線平行，從而保證顯示波形不傾斜。這個(gè)電位器一般用小起子調(diào)整。

(5)?POWER(電源)開(kāi)關(guān)：儀器電源開(kāi)關(guān)，ON為電源打開(kāi)，儀器通電；OFF為電源關(guān)閉，儀器斷電。圖5-3HG2020型示波器顯示控制的按鍵及旋鈕

2．垂直(VERTICAL)控制

本儀器為雙通道示波器，因此，CH1與CH2是兩個(gè)完全相同的被測(cè)信號(hào)通道。圖5-4所示為HG2020型示波器的垂直控制。圖5-4HG2020型示波器垂直控制的按鍵及旋鈕

(1)?POSITION(位移)旋鈕：用于調(diào)節(jié)波形的垂直位置。

(2)?TRACESEP(光跡分離)旋鈕：用于水平擴(kuò)展時(shí)，原始信號(hào)與擴(kuò)展信號(hào)兩個(gè)光跡的分離。

(3)?MODE(顯示模式)選擇：顯示模式一般為兩種，即單通道(CH1或CH2)顯示被測(cè)信號(hào)和雙通道顯示兩路被測(cè)信號(hào)(見(jiàn)圖5-5)。圖5-5HG2020型示波器顯示模式選擇按鍵①按下CH1按鍵，被測(cè)信號(hào)可由CH1輸入端輸入，進(jìn)行顯示。

②按下CH2按鍵，被測(cè)信號(hào)可由CH2輸入端輸入，進(jìn)行顯示。

③?CH2(NORM/INVER)按鍵可對(duì)CH2通道的輸入信號(hào)進(jìn)行正常/倒相選擇。

④?ALT/CHOP按鍵是對(duì)雙通道信號(hào)顯示方式進(jìn)行選擇，按下ALT(交替)按鍵，用于被測(cè)信號(hào)頻率較高的情況，一般為1kHz以上；按下CHOP(斷續(xù))按鍵，用于被測(cè)信號(hào)頻率較低的情況，一般為幾赫茲到幾十赫茲。

(4)?VOLT/DIV(VARIABLE)(垂直靈敏度(粗/細(xì)調(diào)))旋鈕：?jiǎn)挝粸椤癡OLT/DIV”，按1—2—5形式步進(jìn)。調(diào)節(jié)此旋鈕，可以改變波形在垂直方向上的高度。該旋鈕內(nèi)套的小旋鈕即為“細(xì)調(diào)”旋鈕，若將旋鈕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底，即CAL(校準(zhǔn))位置，則“細(xì)調(diào)”被關(guān)閉。

(5)?DC/ACGND(輸入耦合)開(kāi)關(guān)。

①開(kāi)關(guān)置“DC”耦合位，用于被測(cè)信號(hào)頻率很低或帶有直流分量的信號(hào)測(cè)量。

②開(kāi)關(guān)置“AC”耦合位，用于被測(cè)信號(hào)為純交流信號(hào)的測(cè)量。

③按下GND按鍵，用于確定零電平，即在不需要斷開(kāi)被測(cè)信號(hào)的情況下，可為示波器提供接地參考電平。

(6)?CH1/X，CH2/Y(信號(hào)輸入)端口。

①當(dāng)示波器工作在Y-T方式時(shí)，CH1/CH2都為被測(cè)信號(hào)的輸入端。

②當(dāng)示波器工作在X-Y方式時(shí)，CH1端口即為X(水平)信號(hào)輸入口，CH2端口為Y(垂直)信號(hào)輸入口。

3．水平(HORIZONTAL)控制

水平部分的按鍵及旋鈕如圖5-6所示。

(1)?POSITION(位移)旋扭：用于調(diào)節(jié)波形的水平位置。

(2)?MODE(水平模式)按鍵如圖5-7所示。

①按下“×1”按鍵，水平實(shí)時(shí)顯示波形。

②按下“×5”按鍵，水平擴(kuò)展5倍顯示波形，以便于觀測(cè)被測(cè)信號(hào)的細(xì)節(jié)。圖5-6HG2020型示波器水平控制的?按鍵及旋鈕按鍵圖5-7HG2020型示波器水平模式選擇按鍵③按下“ALT”、“×5”兩個(gè)按鍵，屏幕上將顯示波形的原始信號(hào)與擴(kuò)展5倍后的信號(hào)。

(3)?SEC/DIV(VARIABLE)(掃描速度(粗/細(xì)調(diào)))旋扭：?jiǎn)挝粸椤癝EC/DIV”，用于調(diào)節(jié)波形水平寬度，將該旋鈕逆時(shí)針旋到底，儀器處于X-Y工作方式。

該旋鈕內(nèi)套的小旋鈕即為“細(xì)調(diào)”旋鈕，將旋鈕順時(shí)針旋到底，即CAL(校準(zhǔn))位置“細(xì)調(diào)”被關(guān)閉。

(4)?1kHz/0.5VP-P：校準(zhǔn)信號(hào)。

(5)接地(GND)：與機(jī)殼相連的接地端。

4．觸發(fā)(TRIGGER)控制

觸發(fā)控制部分的按鍵及旋鈕如圖5-8所示。

(1)?SOUCE(觸發(fā)源)選擇開(kāi)關(guān)：選擇觸發(fā)信號(hào)的來(lái)源。

①選擇CH1，觸發(fā)信號(hào)來(lái)自CH1輸入端的被測(cè)信號(hào)，用于CH1輸入信號(hào)的穩(wěn)定顯示。

②選擇CH2，觸發(fā)信號(hào)來(lái)自CH2輸入端的被測(cè)信號(hào)，用于CH2輸入信號(hào)的穩(wěn)定顯示。

③選擇EXT(外觸發(fā))，觸發(fā)信號(hào)來(lái)自EXTINPUT輸入端的信號(hào)。

④選擇ALT(交替觸發(fā))，觸發(fā)信號(hào)輪流來(lái)自CH1輸入端和CH2輸入端的信號(hào)，用于雙通道穩(wěn)定顯示信號(hào)。

⑤選擇LINE，觸發(fā)信號(hào)來(lái)自交流電源，用于與交流電源頻率相關(guān)的信號(hào)的顯示。

⑥選擇TV，電視場(chǎng)觸發(fā)，用于電視場(chǎng)信號(hào)的測(cè)試。

圖5-8HG2020型示波器觸發(fā)控制的按鍵及旋鈕

(2)?COUPLING(觸發(fā)耦合)選擇開(kāi)關(guān)：選擇觸發(fā)信號(hào)的耦合方式。

①選擇AC，觸發(fā)信號(hào)中的直流成分被阻隔濾除。對(duì)于直流偏移較大的觸發(fā)信號(hào)，選擇該項(xiàng)便于觸發(fā)。

②選擇DC，觸發(fā)信號(hào)直接進(jìn)入觸發(fā)電路。

(3)?SLOP(觸發(fā)極性)選擇：觸發(fā)極性分“+”、“-”兩種，即觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)信號(hào)的上升沿或下降沿。

(4)?LEVER(觸發(fā)電平)旋鈕：調(diào)節(jié)觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)電平，設(shè)定合適的觸發(fā)點(diǎn)，便于波形穩(wěn)定。

(5)?MODE(掃描模式)選擇：分為以下三種模式。

①?AUTO(自動(dòng))：按下此鍵，無(wú)信號(hào)時(shí)，屏幕上顯示光跡掃描線；有信號(hào)時(shí)，與電平控制配合顯示穩(wěn)定波形。

②?NORM(常態(tài))：按下此鍵，無(wú)信號(hào)時(shí)，屏幕上無(wú)顯示；有信號(hào)時(shí)，與電平控制配合顯示穩(wěn)定波形。

③?SINGLE(單次)：按下此鍵，電路處于等待狀態(tài)，有信號(hào)時(shí)掃描只產(chǎn)生一次，下次掃描需再次按動(dòng)此鍵。5.2.2HG2020型通用示波器的使用

1．示波器基本操作

1)電源與掃描

(1)確認(rèn)所用市電電壓在(220?±?10%)V。確保所用保險(xiǎn)絲為指定的型號(hào)。

(2)斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，即將電源(POWER)開(kāi)關(guān)彈出，再接入電源線。

(3)設(shè)定各個(gè)控制鍵在下列位置：

亮度(INTENSITY)：中間。

聚焦(FOCUS)：中間。

垂直移位(POSITION)：中間。

垂直顯示方式：CH1(CH2)。垂直靈敏度(V/DIV)：5mV/div。

觸發(fā)掃描方式(TRIGMODE)：自動(dòng)(AUTO)。

觸發(fā)源(SOURCE)：內(nèi)(INT)。

觸發(fā)電平(TREGLEVEL)：中間。

Time/Div(掃描速度)：0.5μs/div。

水平模式：X1。

(4)接通電源開(kāi)關(guān)，大約15s后，屏幕上出現(xiàn)一條水平亮線，即掃描線(時(shí)基線)，如圖5-9所示。圖5-9示波器掃描線

2)聚焦

(1)調(diào)節(jié)“垂直位移”旋鈕，使光跡移至熒光屏觀測(cè)區(qū)域的中央。

(2)調(diào)節(jié)“輝度(INTENSITY)”旋鈕，將光跡的亮度調(diào)至所需要的程度。

(3)調(diào)節(jié)“聚焦(FOCUS)”旋鈕，使光跡清晰。

3)探極

(1)探極操作。為減少儀器對(duì)被測(cè)電路的影響，一般使用10∶1探極。衰減比為1∶1的探極用于觀察小信號(hào)，探極上的接地和被測(cè)電路地應(yīng)采用最短連接，在頻率較低、測(cè)量要求不高的情況下，可將面板上的接地端和被測(cè)電路地連接，以方便測(cè)試。

(2)探頭調(diào)整。由于示波器輸入特性的差異，在使用10∶1探頭測(cè)試以前，必須對(duì)探頭進(jìn)行檢查和補(bǔ)償調(diào)節(jié)，當(dāng)校準(zhǔn)時(shí)如發(fā)現(xiàn)方波前后出現(xiàn)不平坦現(xiàn)象，則應(yīng)調(diào)節(jié)探頭補(bǔ)償

電容。

4)校正

(1)將下列控制開(kāi)關(guān)或旋鈕置于下列位置：

垂直方式：CH1。

輸入耦合方式(CH1)：DC。

V/DIV(CH1)：10mV/div。

微調(diào)(CH1)：位于“校準(zhǔn)”位置。

Time/Div：0.5ms/div。

觸發(fā)耦合方式：AC。

觸發(fā)源：CH1。

(2)用探頭將校正信號(hào)送到CH1輸入端。

(3)將探頭的衰減比旋鈕置于“×10”擋位置，調(diào)節(jié)“電平”旋鈕使儀器觸發(fā)。

(4)將觸發(fā)電平調(diào)離“自動(dòng)”位置，并向反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)直至方波波形穩(wěn)定，再微調(diào)“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(shí)方波在Y軸占5div，X軸占2div，否則需校準(zhǔn)。

2．觀察各種信號(hào)波形

將被測(cè)信號(hào)接示波器的Y軸輸入端，觀察正弦、方波、三角波等的波形。調(diào)節(jié)示波器的有關(guān)旋鈕，使熒光屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的波形。

例1

單通道顯示波形：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出正弦信號(hào)，f=1.0kHz，UP-P=4.0V，用示波器觀察其波形。

將探頭的“衰減比”置于“×1”擋位置，被測(cè)信號(hào)與示波器正確連接后再進(jìn)行如下設(shè)置：

(1)垂直系統(tǒng)的操作。

垂直顯示模式：?jiǎn)瓮ǖ里@示信號(hào)，按下垂直方式的“CH1”或“CH2”按鍵，此時(shí)被選中的通道有效，被測(cè)信號(hào)可從相應(yīng)的通道端口輸入。輸入耦合方式：選擇“AC”。

垂直靈敏度旋鈕：1V/div(可適當(dāng)調(diào)節(jié))

垂直位移：適當(dāng)調(diào)節(jié)，使波形在顯示屏上下位置合適。

(2)水平系統(tǒng)的操作。

掃描速度：設(shè)定為0.5ms/div(可適當(dāng)調(diào)節(jié))。

水平模式按鍵：按下“×1”按鍵。

水平位移：適當(dāng)調(diào)節(jié)，使波形在顯示屏左右位置合適。

(3)觸發(fā)控制。

掃描觸發(fā)方式：選擇“AUTO”。

觸發(fā)源：選擇“CH1”或“CH2”，與顯示模式相對(duì)應(yīng)。

觸發(fā)極性：“+”、“-”都可以。

觸發(fā)耦合：選擇“AC”。

觸發(fā)電平：調(diào)節(jié)后使波形同步，顯示穩(wěn)定。示波器面板上各按鍵及旋鈕的設(shè)置如圖5-10所示；熒光屏上的波形如圖5-11所示。圖5-10單通道顯示時(shí)示波器按鍵及旋鈕設(shè)置圖5-11正弦信號(hào)的顯示

例2

雙通道顯示波形：整流電路的測(cè)量。

測(cè)量整流電路的步驟如下：

(1)如圖5-12所示，連接好電路。

圖5-12整流電流波形

(2)將低頻信號(hào)發(fā)生器輸出3V/1kHz的正弦信號(hào)加到電路輸入端，同時(shí)用示波器觀察輸入和輸出波形，畫出此時(shí)的實(shí)驗(yàn)電路并記錄輸入和輸出電壓波形(畫在坐標(biāo)紙上)，如圖5-13所示。圖5-13簡(jiǎn)單整流電流波形圖

(3)如圖5-14所示設(shè)置示波器，分別將3V/1kHz的正弦信號(hào)輸入CH1端口(探頭的“衰減比”旋轉(zhuǎn)置于“×1”擋位置)，電阻兩端的輸出信號(hào)輸入CH2端口。圖5-14測(cè)量整流電路時(shí)的示波器按鍵及旋鈕設(shè)置適當(dāng)調(diào)整垂直位移旋鈕和水平位移旋鈕，使波形顯示位置合適；適當(dāng)調(diào)整觸發(fā)電平，使波形同步。整流電路的波形顯示如圖5-15所示。圖5-15整流電路波形顯示

例3

雙通道顯示波形：微分電路的測(cè)試。

測(cè)試微分電路的步驟如下：

(1)如圖5-16所示，連接好電路，電阻為1kΩ，電容為1000μF/25V。圖5-16微分電路測(cè)試電路

(2)調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，使其輸出幅度為1V、頻率為1kHz的方波信號(hào)。

(3)調(diào)節(jié)示波器，觀察電阻兩端輸出波形，并進(jìn)行輸入、輸出信號(hào)的比較。

(4)分別將1kHz/1V的方波輸入信號(hào)輸入CH1端口，電阻兩端的輸出信號(hào)輸入CH2端口，適當(dāng)調(diào)整垂直位移旋鈕和水平位移旋鈕，使波形顯示位置合適；適當(dāng)調(diào)整觸發(fā)電平，使波形同步。示波器的設(shè)置如圖5-17所示，波形顯示如圖5-18所示。圖5-17微分電路測(cè)量示波器按鍵及旋鈕設(shè)置圖5-18微分電路波形顯示

3．示波器的量測(cè)功能

1)電壓測(cè)量

(1)電壓測(cè)量原理。

將“垂直靈敏度”微調(diào)旋鈕置于“CAL”位置，就可以進(jìn)行電壓的定量測(cè)量。

測(cè)量值可由下列公式計(jì)算后得到：

用探頭“×1”位置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其電壓值為

(5-1)

式中：UP-P為被測(cè)電壓峰峰值或任意兩點(diǎn)間電壓值，單位為V；Dy為垂直靈敏度，單位為V/div；h為被測(cè)電壓波形峰峰高度或任意兩點(diǎn)間高度，單位為div。

用探頭“×10”位置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其電壓值為

(5-2)

(2)交流電壓的測(cè)量方法。

①將輸入耦合開(kāi)關(guān)置“AC”，“垂直靈敏度”的微調(diào)旋鈕置“CAL”，穩(wěn)定顯示波形。

②適當(dāng)調(diào)節(jié)“垂直位移”旋鈕，使測(cè)量波形的最低點(diǎn)位于某一水平線上，如圖5-19中B點(diǎn)所示。適當(dāng)調(diào)節(jié)“水平位移”旋鈕，使測(cè)量波形的最高點(diǎn)位于屏幕中間的垂直線上，如圖5-19中A點(diǎn)。

③讀出波形A、B兩點(diǎn)的高度h，讀出垂直靈敏度Dy。

④按照式(5-1)，計(jì)算UP-P。

例如，將探頭衰減比置于“×1”擋，“垂直靈敏度”置“5V/div”位置，微調(diào)旋鈕置于“CAL”位置，所測(cè)得波形峰峰值為4.2div，如圖5-19所示，則

有效值電壓為 。

(3)直流電壓的測(cè)量方法。

①設(shè)置屏幕顯示水平掃描基線。

②輸入耦合方式置“GND”；確定零電平線。

③輸入被測(cè)信號(hào)。

④輸入耦合方式置“DC”，調(diào)整“垂直靈敏度”旋鈕(微調(diào)旋鈕置于“CAL”位置)，使水平亮線位于屏幕中一個(gè)合適的位置。圖5-19交流電壓測(cè)量示例⑤確定被測(cè)電壓的極性。若水平亮線上移，則被測(cè)電壓為正；若水平亮線下移，則被測(cè)電壓為負(fù)。

⑥測(cè)量水平亮線在垂直方向上偏移零電平線的距離h，如圖5-20所示。

⑦按公式計(jì)算被測(cè)直流電壓值。圖5-20直流電壓測(cè)量示例②輸入被測(cè)信號(hào)，輸入耦合開(kāi)關(guān)置“AC”處，穩(wěn)定顯示被測(cè)波形。

③適當(dāng)調(diào)節(jié)“垂直位移”旋鈕，使測(cè)量波形的最高(低)點(diǎn)位于屏幕中間的水平線(這條線上具有小刻度)上。

④適當(dāng)調(diào)節(jié)“水平位移”旋鈕，使測(cè)量波形的第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)位于某一垂直線上。

⑤讀出被測(cè)交流信號(hào)的一個(gè)周期在熒光屏水平方向所占的格數(shù)，讀出掃描速度。

⑥計(jì)算被測(cè)交流信號(hào)的周期。

例如，熒光屏上顯示的波形如圖5-21所示，信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)x?=?5div，掃描速度開(kāi)關(guān)置于1ms/div，x軸無(wú)擴(kuò)展，根據(jù)公式可得到被測(cè)信號(hào)的周期：圖5-21信號(hào)周期測(cè)量示例

(3)脈沖寬度的測(cè)量。

①調(diào)節(jié)脈沖波形的垂直位置，使脈沖波形的頂部和底部距刻度水平線的距離相等，如圖5-22所示。

②調(diào)節(jié)“掃描速度”旋鈕到合適位置，使掃描信號(hào)光跡易于觀測(cè)。

③讀取上升沿和下降沿中點(diǎn)之間的距離，即脈沖沿與水平刻度線相交的兩點(diǎn)之間的距離，然后用公式計(jì)算脈沖寬度。

例如，圖5-22中“掃描速度”旋鈕設(shè)定在10μs/div位置，則脈沖寬度為圖5-22脈沖寬度測(cè)量示例

(4)脈沖上升(或下降)時(shí)間的測(cè)量。

①調(diào)節(jié)脈沖波形的垂直位置和水平位置，方法和脈沖寬度測(cè)量方法相同。

②在圖5-23中，讀取上升沿從Um的10%到90%所經(jīng)歷的時(shí)間tr，則圖5-23脈沖上升時(shí)間測(cè)量示例

3)相位測(cè)量

同頻率的兩個(gè)信號(hào)之間相位差的測(cè)量可以利用示波器的雙蹤顯示功能進(jìn)行。

圖5-24給出了兩個(gè)具有相同頻率的超前和滯后的正弦波信號(hào)通過(guò)雙蹤示波器顯示的例子。此時(shí)，“觸發(fā)源”開(kāi)關(guān)必須置于與超前信號(hào)相連接的通道，同時(shí)調(diào)節(jié)“掃描速度”旋鈕，使顯示的正弦波波形大于1個(gè)周期，相位差的計(jì)算公式為

(5-5)

式中：t表示兩個(gè)信號(hào)在相同時(shí)刻點(diǎn)之間的時(shí)間，可直接用兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)之間的格數(shù)代替；T表示信號(hào)周期，也可直接用周期所占的格數(shù)代替。圖5-24相位測(cè)量示例

4)觀察李沙育圖形

對(duì)于HG2020型示波器，將“掃描速度”旋鈕置于“X-Y”方式，此時(shí)由“CH1”端口輸入的信號(hào)就為X軸信號(hào)，其偏轉(zhuǎn)靈敏度仍按該通道的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)開(kāi)關(guān)指示值讀取，從“CH2”端口輸入Y軸信號(hào)，這時(shí)示波器就工作在X-Y顯示方式。

在示波器X軸和Y軸同時(shí)各輸入正弦信號(hào)時(shí)，光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是兩個(gè)相互垂直諧振動(dòng)的合成，若它們的頻率比值fx∶fy=整數(shù)時(shí)，合成的軌跡是一個(gè)封閉的圖形，稱為李沙育圖形。李沙育圖形與兩信號(hào)的頻率比及兩信號(hào)的相位差都有關(guān)系，李沙育圖形與兩信號(hào)的頻率比有如下簡(jiǎn)單的關(guān)系：圖5-25李沙育圖形

例4

放大電路動(dòng)態(tài)工作過(guò)程的測(cè)量與觀察。

實(shí)驗(yàn)電路(如圖5-26所示)為單電源供電電路，Rb由51kΩ電阻與500kΩ電位器相串聯(lián)組成，Rc為1kΩ，RL為1kΩ，三極管V選用S9013型。

實(shí)驗(yàn)儀器：0V～30V雙路直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)，雙蹤示波器1臺(tái)，數(shù)字萬(wàn)用表1塊。

圖5-26放大電路連接圖圖5-27放大電路的各點(diǎn)的理想波形圖5-28實(shí)驗(yàn)中示波器各按鍵及旋鈕設(shè)置圖5-29示波器觀察放大電路時(shí)的各波形顯示5.2.3HG2020型通用示波器的主要技術(shù)指標(biāo)

表5-1所示為HG2020型通用示波器的技術(shù)指標(biāo)。表5-1HG2020型通用示波器技術(shù)指標(biāo)5.2.4電子測(cè)量?jī)x器的放置

在電子測(cè)量中，完成一項(xiàng)電參數(shù)的測(cè)量，往往需要數(shù)臺(tái)測(cè)量?jī)x器及各種輔助設(shè)備。例如，要觀測(cè)負(fù)反饋對(duì)單級(jí)放大器的影響，就需要低頻信號(hào)發(fā)生器、示波器、電子電壓表及直流穩(wěn)壓電源等儀器。電子測(cè)量?jī)x器放置位置、連接方法等是否合理都會(huì)對(duì)測(cè)量過(guò)程、測(cè)量結(jié)果及儀器自身安全產(chǎn)生影響，因此，要注意以下兩點(diǎn):

(1)進(jìn)行測(cè)量前應(yīng)安排好電子測(cè)量?jī)x器的位置。

放置儀器時(shí)，應(yīng)盡量使儀器的指示電表或顯示圖與操作者的視線平行，以減少視差；對(duì)那些在測(cè)量中需頻繁操作的儀器，其位置的安排應(yīng)方便操作者的使用；在測(cè)量中當(dāng)需要兩臺(tái)或多臺(tái)儀器重疊放置時(shí)，應(yīng)將重量輕、體積小的儀器放在上層；對(duì)散熱量大的儀器還要注意它的散熱條件及對(duì)鄰近儀器的影響。

(2)電子儀器的連接要符合要求。

電子測(cè)量?jī)x器之間的連線除了穩(wěn)壓電源輸出線外，其他的信號(hào)線均要求使用屏蔽線，而且要盡量短，盡量做到不交叉，以免引起信號(hào)的串?dāng)_和寄生振蕩。例如圖5-30所示的儀器布置中，(a)、(c)的布置和連線是正確的，(b)的連線過(guò)長(zhǎng)，(d)的連線有交叉，這兩種情況都是不妥當(dāng)?shù)摹D5-30電子儀器的連接

(3)注意電子測(cè)量?jī)x器的接地良好。

電子測(cè)量?jī)x器的接地有兩層意義，一是以保障操作者人身安全為目的的安全接地；二是以保證電子測(cè)量?jī)x器正常工作為目的的技術(shù)接地。

安全接地的“地”是指真正的大地，即實(shí)驗(yàn)室大地。大多數(shù)電子測(cè)量?jī)x器一般都使用220V交流電源，而儀器內(nèi)部的電源變壓器的鐵芯及初、次級(jí)之間的屏蔽層都直接與機(jī)殼連接。正常時(shí)，絕緣電阻一般很大(達(dá)100MΩ)，人體接觸機(jī)殼是安全的；當(dāng)儀器受潮或電源變壓器質(zhì)量不佳時(shí)，絕緣電阻會(huì)明顯下降，人體接觸機(jī)殼就可能觸電，為了消除隱患要求接地端接地良好。技術(shù)接地是一種防止外界信號(hào)串?dāng)_的方法。這里所說(shuō)的“地”并非大地，而是指等電位點(diǎn)，即測(cè)量?jī)x器及被測(cè)電路的基準(zhǔn)電位點(diǎn)。技術(shù)接地一般有一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地兩種方式，前者適用于直流或低頻電路的測(cè)量，即把測(cè)量?jī)x器的技術(shù)接地點(diǎn)與被測(cè)電路的技術(shù)接地點(diǎn)連在一起，再與實(shí)驗(yàn)室的總地線(大地)相連；多點(diǎn)接地則應(yīng)用于高頻電路的測(cè)量。 5.3示波器的工作原理

5.3.1陰極射線示波管(CRT)

示波管是示波器的核心。近代示波器多采用高靈敏度示波管。

普通示波管的基本結(jié)構(gòu)如圖5-31所示，主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三個(gè)部分組成，整體密封在玻璃管殼內(nèi)，成為大型的電真空器件。就其用途而言，示波管是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。圖5-31示波管結(jié)構(gòu)圖

1．電子槍

電子槍的作用是發(fā)射電子形成電子束，并對(duì)電子束加速和聚焦。

電子槍包括燈絲F、陰極K、控制柵極G1和G2、第一陽(yáng)極A1和第二陽(yáng)極A2。燈絲用于加熱陰極；陰極是一個(gè)表面涂有氧化物的金屬圓筒，在燈絲加熱下發(fā)射電子。控制柵極是一個(gè)頂端有小孔的圓筒，套在陰極外邊，其電位低于陰極，依次控制穿過(guò)柵極小孔的電子流密度，即初速度較大的電子才能穿過(guò)小孔，初速度較小的電子將折回陰極，如果柵極電位足夠低，就會(huì)使電子全部返回陰極，因此，通過(guò)調(diào)節(jié)柵極電位(這個(gè)電位器旋鈕即示波器面板上的“輝度”旋鈕，如圖5-32所示)可以控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變光點(diǎn)的亮暗。圖5-32輝度和聚焦旋鈕圖5-33熒光屏上的光點(diǎn)

2．偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是由兩對(duì)相互垂直的平行金屬板構(gòu)成的，分別稱為X偏轉(zhuǎn)板與Y偏轉(zhuǎn)板。Y偏轉(zhuǎn)板在前(靠近第二陽(yáng)極)，X偏轉(zhuǎn)板在后，如圖5-31所示。垂直偏轉(zhuǎn)板Y1、Y2間所施加的電壓使電子束在垂直方向上發(fā)生偏轉(zhuǎn)；水平偏轉(zhuǎn)板X1、X2間所施加的電壓則使電子束在水平方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖5-34所示。圖5-34光點(diǎn)的偏移

3．熒光屏

熒光屏將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，是示波管的波形顯示部分。

熒光屏的發(fā)光強(qiáng)度取決于電子流的密度、速度和熒光物質(zhì)。熒光物質(zhì)還取決于色調(diào)和余輝時(shí)間。電子束從熒光屏上移去后，光點(diǎn)仍在屏上保持一定時(shí)間才消失，從電子束移去到光點(diǎn)亮度下降為原始值的10%所延續(xù)的時(shí)間叫余輝時(shí)間。根據(jù)電子余輝時(shí)間的長(zhǎng)短分為長(zhǎng)余輝(10ms～1s)、中余輝(1ms～100ms)及短余輝(10μs～10ms)等。普通示波器多采用中余輝和長(zhǎng)余輝示波管，而慢掃描示波器則采用長(zhǎng)余輝示波管。5.3.2波形顯示原理

電子槍中，電子通過(guò)加速與聚焦，最終在熒光屏的中心位置打出一光點(diǎn)，如果偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)發(fā)生作用，光點(diǎn)將出現(xiàn)偏移。

根據(jù)示波管的工作原理，可知：

(1)示波管的X、Y偏轉(zhuǎn)板都不施加電壓信號(hào)時(shí)，熒光屏上光點(diǎn)位于其中心，如圖5-33所示。

(2)當(dāng)示波管的Y偏轉(zhuǎn)板施加連續(xù)變化的電壓信號(hào)時(shí)，熒光屏上顯示一條垂直亮線。以正弦波的顯示為例，如圖5-35所示。

(3)當(dāng)示波管的X偏轉(zhuǎn)板施加連續(xù)變化的電壓信號(hào)時(shí)，熒光屏上顯示一條水平亮線。以鋸齒波的顯示為例，如圖5-36所示。圖5-35Y偏轉(zhuǎn)板施加連續(xù)變化電壓信號(hào)時(shí)熒光屏顯示圖5-36X偏轉(zhuǎn)板施加連續(xù)變化電壓信號(hào)時(shí)的熒光屏顯示示波器顯示隨時(shí)間變化的圖形時(shí)，可將被測(cè)電壓信號(hào)加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板，同時(shí)X偏轉(zhuǎn)板施加鋸齒波電壓，則熒光屏上光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡就是被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的波形，如圖5-37所示。圖5-37波形顯示原理5.3.3波形顯示過(guò)程中的幾個(gè)問(wèn)題

1．被測(cè)信號(hào)與掃描電壓的同步

如圖5-37所示，掃描電壓的周期Tx為被測(cè)信號(hào)周期Ty的整數(shù)倍，如Tx=Ty時(shí)，掃描的后一個(gè)周期描繪的波形將與前面的波形重疊，熒光屏上得到清晰而穩(wěn)定的波形，這叫做信號(hào)與掃描電壓的同步。

當(dāng)Tx=nTy時(shí)，熒光屏上將得到n個(gè)清晰而穩(wěn)定的正弦波,如圖5-38所示。若Tx=2Ty，則在時(shí)刻8，掃描電壓由最大值回到零，這時(shí)被測(cè)電壓恰好經(jīng)歷了兩個(gè)周期。光點(diǎn)沿8→9→10移動(dòng)時(shí)，重復(fù)上一掃描周期，光點(diǎn)沿0→1→2的移動(dòng)軌跡形成了穩(wěn)定的波形。圖5-38掃描電壓與被測(cè)信號(hào)同步若Tx≠nTy，則掃描電壓與被測(cè)信號(hào)不同步，如圖5-39所示。圖5-39掃描電壓與被測(cè)信號(hào)不同步

2．掃描電壓的掃描方式

根據(jù)鋸齒波電壓的工作方式，掃描的方式有兩類，即連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描。連續(xù)掃描是指掃描正程接著逆程，逆程結(jié)束又接著正程，掃描連續(xù)地發(fā)生。該掃描方式適合觀察連續(xù)信號(hào)。

觸發(fā)掃描是指在有效觸發(fā)脈沖的作用下鋸齒波才開(kāi)始掃描，工作在觸發(fā)掃描方式下的掃描發(fā)生器平時(shí)處于等待工作狀態(tài)，只有送入觸發(fā)脈沖時(shí)才產(chǎn)生一個(gè)掃描電壓。這種掃描方式適合脈沖信號(hào)的測(cè)試。

觀測(cè)5-40(a)的脈沖信號(hào)：

(1)如圖5-40(b)所示，Tx=Ty時(shí)，屏幕上出現(xiàn)的脈沖波形集中在時(shí)間基線的起始部分，圖形在水平方向被壓縮，以至于難以看清脈沖波形的細(xì)節(jié)，例如，很難觀測(cè)它的前后沿時(shí)間。

(2)如圖5-40(c)所示，Tx=τ時(shí)，屏幕上顯示的脈沖波形很淡，而時(shí)間基線卻很明亮，且掃描很難同步。

(3)如圖5-40(d)所示，掃描電壓的持續(xù)時(shí)間等于或稍大于脈沖底寬，則脈沖波形就可展寬到幾乎布滿橫軸。同時(shí)，由于在兩個(gè)脈沖間隔時(shí)間內(nèi)沒(méi)有掃描，因而不會(huì)產(chǎn)生很亮的時(shí)間基線?，F(xiàn)代通用示波器的掃描電路一般均可在連續(xù)掃描或觸發(fā)掃描兩種方式下調(diào)節(jié)。圖5-40連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描比較

3．掃描過(guò)程的增輝

在以上的討論中假設(shè)了掃描回程時(shí)間接近于零，但實(shí)際上回掃是需要一定時(shí)間的，這就對(duì)顯示波形產(chǎn)生了一定的影響。圖5-41仍是掃描周期等于兩倍信號(hào)周期的情況，只是掃描電壓有一定的回掃時(shí)間(圖5-41中時(shí)刻7到8的時(shí)間)。在這段時(shí)間內(nèi)回掃電壓和被測(cè)信號(hào)共同作用，熒光屏上顯示的波形如虛線所示，這當(dāng)然是不希望的。為使回掃產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可以設(shè)法在掃描正程時(shí)，使電子槍發(fā)射更多的電子，即給示波器增輝。這種增輝可以通過(guò)在掃描期間給示波管第一柵極G1加正脈沖或給陰極K加負(fù)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣就可以做到只有在掃描正程即有增輝脈沖時(shí)才有顯示，其他時(shí)間熒光屏上沒(méi)有顯示。對(duì)于觸發(fā)掃描的情況，掃描過(guò)程的增輝更為必要。由圖5-40(d)可見(jiàn)，在沒(méi)有脈沖信號(hào)時(shí)無(wú)掃描輸出，或者說(shuō)掃描發(fā)生器處于等待狀態(tài)。這時(shí)X、Y偏轉(zhuǎn)電壓均為零，熒光屏上只顯示一個(gè)不變的光點(diǎn)。一個(gè)較亮的光點(diǎn)長(zhǎng)久集中于屏上一點(diǎn)是不允許的，利用掃描期間的增輝恰好可以解決這個(gè)問(wèn)題。因?yàn)樵诒粶y(cè)脈沖出現(xiàn)的掃描期間，由于增輝脈沖的作用波形較亮；而在等待掃描期間，即波形為一個(gè)光點(diǎn)的情況下，由于沒(méi)有增輝脈沖，光點(diǎn)很暗。這對(duì)保護(hù)熒光屏是十分重要的。圖5-41掃描回程對(duì)顯示波形的影響5.3.4顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系(X-Y方式)

在示波管中，電子束同時(shí)受X和Y兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板的作用，而且兩偏轉(zhuǎn)板上的電壓ux和uy的影響又是相互獨(dú)立的，它們共同決定光點(diǎn)在熒光屏上的位置。這好像兩只手共同握住一支筆，但是一只手只允許在X方向運(yùn)動(dòng)，另一只手只允許在Y方向運(yùn)動(dòng)。若只有一只手作用，則只能畫一條水平或垂直直線，但兩只手配合起來(lái)，就能夠畫出任意的波形。利用這種特點(diǎn)就可以把示波器變?yōu)橐粋€(gè)X-Y圖示儀，使示波器的功能得到擴(kuò)展。圖5-42表示兩個(gè)同頻率信號(hào)分別作用在X、Y偏轉(zhuǎn)板上時(shí)的情況。如果這兩個(gè)信號(hào)初相相同，則可在熒光屏上畫出一條直線；若X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則這條直線與水平軸呈45°，如圖5-42(a)所示。如果這兩個(gè)信號(hào)初相相差90°，則在熒光屏上畫出一個(gè)正橢圓，如圖5-42(b)所示。示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形叫李沙育圖形，這種圖形在相位和頻率測(cè)量中常會(huì)用到。圖5-42兩個(gè)同頻率信號(hào)構(gòu)成的李沙育圖形 5.4通用示波器的構(gòu)成

通用示波器可以測(cè)試多種電學(xué)物理量，如電壓、電流、頻率、周期、相位差、調(diào)幅度、脈沖寬度及上升和下降時(shí)間等，是無(wú)線電技術(shù)的基本測(cè)試設(shè)備。

從示波器的性能和結(jié)構(gòu)出發(fā)，通常將示波器分為通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶和存儲(chǔ)示波器及專用或特殊示波器等五類。

通用示波器主要是由示波管、垂直通道和水平通道三個(gè)部分組成的，此外，它還包括電源電路和校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。電源電路提供示波管和儀器電路中需要的多種電源。校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生幅度或周期非常穩(wěn)定的校準(zhǔn)信號(hào)，用它直接或間接與被測(cè)信號(hào)比較，可以確定被觀測(cè)信號(hào)中任意兩點(diǎn)間電壓或時(shí)間的關(guān)系。通用示波器的原理框圖如圖5-43所示。圖5-43通用示波器的原理框圖5.4.1示波器的垂直通道(Y通道)

示波器既要能觀測(cè)小信號(hào)(mV數(shù)量級(jí))，又要能觀測(cè)大信號(hào)(幾十伏到幾百伏)，而示波管垂直偏轉(zhuǎn)板的靈敏度一般為4V/cm～10V/cm。因此，為擴(kuò)大觀測(cè)信號(hào)的幅度范圍，Y通道要設(shè)置衰減器和放大器等。通常，示波器的垂直通道就是將被測(cè)信號(hào)進(jìn)行衰減或線性放大，以便把信號(hào)的幅度變換到適合示波管觀測(cè)的數(shù)值，從而保證在熒光屏上不失真地顯示信號(hào)。

同時(shí)，Y通道還具有倒相作用，以便被測(cè)信號(hào)對(duì)稱地加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板。

另外，為了和水平通道相配合，Y通道還應(yīng)具有延時(shí)功能，并能向X通道提供內(nèi)觸發(fā)源。

垂直通道(Y通道)的構(gòu)成如圖5-43所示。

1．輸入電路

Y通道輸入電路的基本作用在于檢測(cè)被測(cè)信號(hào)，所以它應(yīng)有較大的輸入阻抗和過(guò)載能力，以調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的大小，并具有適當(dāng)?shù)鸟詈系?。Y通道輸入電路包括探極、耦合方式電路、衰減電路等。

1)探極

探極是Y通道輸入電路的重要組成部分。它安裝在示波器機(jī)體的外部，用電纜和機(jī)體相連。其作用是便于直接探測(cè)被測(cè)信號(hào)，提高示波器的輸入阻抗，減少波形失真，以及展寬示波器的使用頻帶等。通常探極分為無(wú)源探極和有源探極。

無(wú)源探極由RC組成，其原理電路如圖5-44(a)所示。其中C為可變電容，調(diào)整C可對(duì)頻率變化的影響進(jìn)行補(bǔ)償。在進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可用探極輸入一個(gè)方波，當(dāng)熒光屏上顯示的圖形如圖5-44(b)所示時(shí)表明補(bǔ)償最佳，圖5-44(c)為過(guò)補(bǔ)償，圖5-44(d)為欠補(bǔ)償。

當(dāng)被測(cè)信號(hào)較小時(shí)，可以選用有源探極。它可以在無(wú)衰減的情況下，取得較好的高頻特性。圖5-44無(wú)源探極電路原理

2)耦合方式電路

加到垂直通道輸入端的被測(cè)信號(hào)通過(guò)選擇交流耦合或直流耦合方式到達(dá)高阻輸入衰減電路，或者斷路(接地)，不接通。如圖5-45(a)所示，耦合方式開(kāi)關(guān)S有相應(yīng)的三擋：AC、DC、GND(┃)。面板如圖5-45(b)所示。

開(kāi)關(guān)S置“AC”位，信號(hào)必須經(jīng)電容C耦合至高阻衰減器，只有交流成分才可通過(guò)；開(kāi)關(guān)置“DC”位，信號(hào)可直接通過(guò)；開(kāi)關(guān)置“GND”位，輸入信號(hào)不接通。圖5-45耦合方式電路原理及在示波器面板上對(duì)應(yīng)的按鍵

3)衰減電路

為使示波器能測(cè)量幾百伏的大信號(hào)，需對(duì)大信號(hào)進(jìn)行衰減。同時(shí)，為使信號(hào)不發(fā)生畸變，通常還需采用電阻電容分壓器，改變分壓器的分壓比可以改變示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度。圖5-46所示是10倍衰減電路。衰減器的阻抗必須足夠高(輸入阻抗一般為1MΩ)，才能不影響被測(cè)信號(hào)電路的原有狀態(tài)。圖5-4610倍衰減電路衰減電路的調(diào)節(jié)(即靈敏度粗/細(xì)調(diào)旋鈕，如圖5-47所示)，在示波器面板上以“V/cm”或“V/div”來(lái)標(biāo)示，即信號(hào)在垂直方向偏轉(zhuǎn)1cm或1div時(shí)輸入信號(hào)的大小(指峰峰值)。示波器Y偏轉(zhuǎn)靈敏度范圍的最大值表示允許輸入信號(hào)的最高值。圖5-47Y偏轉(zhuǎn)靈敏度旋鈕

2．延遲線

設(shè)置延遲線的目的是把被測(cè)信號(hào)無(wú)失真地延遲一段時(shí)間。示波器的延遲時(shí)間通常為60ns～200ns，從而使被測(cè)信號(hào)能完整地顯示，尤其是信號(hào)的起始點(diǎn)。這是因?yàn)閄通道掃描電壓的啟動(dòng)需要一定的觸發(fā)電平，而被測(cè)信號(hào)又有一定的上升時(shí)間，當(dāng)用被測(cè)信號(hào)啟動(dòng)掃描時(shí)，需經(jīng)過(guò)一段時(shí)間間隔，即X通道從接受觸發(fā)信號(hào)到開(kāi)始掃描有一段延遲時(shí)間，如圖5-48中的tr。考慮到啟動(dòng)掃描電路經(jīng)X放大器至水平偏轉(zhuǎn)板，這個(gè)時(shí)間還要長(zhǎng)一些，這樣被測(cè)信號(hào)顯示如圖5-48中。圖5-48無(wú)延遲線時(shí)的情況

3．Y放大器

Y放大器用來(lái)提高示波器觀察微弱信號(hào)的能力。Y放大器應(yīng)該具有穩(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、足夠?qū)挼念l帶和對(duì)稱輸出的輸出級(jí)。

Y放大器分前置放大器和輸出放大器兩個(gè)部分。

前置放大器的輸出信號(hào)一路引至觸發(fā)電路，作為同步觸發(fā)信號(hào)；另一路經(jīng)延遲線延遲后引至輸出放大器。

輸出放大器的基本功能是把由延遲線輸入的被測(cè)信號(hào)放大到足夠的幅度，用以驅(qū)動(dòng)示波管垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使熒光屏上顯示被測(cè)信號(hào)。本級(jí)電路應(yīng)具有足夠大的增益和動(dòng)態(tài)范圍，以及足夠小的非線性失真。

Y放大器電路通常采用一定的頻率補(bǔ)償電路和較強(qiáng)的負(fù)反饋，以保證在較寬的頻率范圍內(nèi)增益穩(wěn)定，且實(shí)現(xiàn)增益的變換。

例如，示波器Y通道的倍率按鍵常有“×1”和“×5”兩個(gè)位置，如圖5-49所示。常態(tài)下，倍率按鍵置于“×1”位置，若將倍率按鍵置于“×5”位置，則負(fù)反饋減小，增益增加5倍。這便于觀測(cè)微弱信號(hào)或觀察信號(hào)的局部細(xì)節(jié)。(有的示波器上還有“×10”倍率開(kāi)關(guān)。)

另外，通過(guò)調(diào)整負(fù)反饋還可以進(jìn)行放大器增益即示波器靈敏度的微調(diào)。靈敏度微調(diào)電位器處于極端位置時(shí)，示波器靈敏度處于“校準(zhǔn)”位置。圖5-49示波器面板上的倍率按鍵

4．雙蹤顯示原理

由于測(cè)量的實(shí)際需要，例如為了能準(zhǔn)確而迅速地顯示并比較兩個(gè)既相互關(guān)聯(lián)而又互相獨(dú)立的被測(cè)信號(hào)之間的時(shí)間、相位及幅度的關(guān)系，或比較方便地實(shí)現(xiàn)信號(hào)“和”、“差”顯示，產(chǎn)生了采用單束示波管“同時(shí)”顯示兩個(gè)被測(cè)信號(hào)波形的示波器—雙蹤示波器。雙蹤示波器仍屬通用示波器，但較之一般的單蹤示波器不同之處在于：在Y通道中多設(shè)一個(gè)前置放大器、兩個(gè)門電路和一個(gè)電子開(kāi)關(guān)。圖5-50是雙蹤示波器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖。圖5-50雙蹤示波器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖雙蹤示波器的顯示方式有五種：CH1、CH2、ADD(CH1±CH2)、交替ALT和斷續(xù)CHOP。前三種均為單蹤顯示，CH1、CH2與普通示波器相同，只有一個(gè)信號(hào)；CH1±CH2顯示的波形為兩個(gè)信號(hào)的和或差。示波器面板上相應(yīng)的按鍵如圖5-51所示，操作者可根據(jù)顯示需要來(lái)選擇。圖5-51示波器垂直顯示方式

(1)交替(ALT)：雙蹤示波器工作于此顯示方式時(shí)，電子開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率受掃描電路控制，以一個(gè)掃描周期為間隔，電子開(kāi)關(guān)輪流接通CH1和CH2。如第一次掃描時(shí)，電子開(kāi)關(guān)接通CH1的信號(hào)，使它顯示在熒光屏上，則第二次掃描接通CH2的信號(hào)，再使它顯示在熒光屏上。每隔一個(gè)掃描周期，交替輪換一次，如圖5-52所示。隨著掃描的重復(fù)，輪流顯示CH1與CH2的波形。因?yàn)閽呙桀l率較高(大于每秒25次),兩個(gè)信號(hào)輪流顯示的速度很快，加之熒光屏有余輝時(shí)間和人眼有視覺(jué)滯留效應(yīng)的原因，從而獲得兩個(gè)波形似乎同時(shí)顯示的效果。但當(dāng)掃描頻率較低時(shí)，就可能看到交替顯示波形的過(guò)程。同時(shí)，電子開(kāi)關(guān)的切換頻率是掃描頻率的一半。由于掃描頻率分擋可調(diào)，就要求開(kāi)關(guān)切換頻率跟隨掃描頻率而變化，而一旦掃描頻率低于50Hz，開(kāi)關(guān)切換頻率就低于25Hz,顯示的波形閃爍，所以交替方式適合于觀測(cè)高頻信號(hào)。圖5-52交替顯示示意圖

(2)斷續(xù)(CHOP)：當(dāng)示波器工作于此種顯示方式時(shí)，電子開(kāi)關(guān)工作在自激振蕩狀態(tài)(不受掃描電路控制)，將兩個(gè)被測(cè)信號(hào)分成很多小段輪流顯示，如圖5-53所示。由于轉(zhuǎn)換頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高很多，間斷的亮點(diǎn)靠得很近，因而人眼看到的波形好像是連續(xù)波形。如被測(cè)信號(hào)頻率較高或脈沖信號(hào)的寬度較窄，則信號(hào)的斷續(xù)現(xiàn)象就比較顯著。圖5-53斷續(xù)顯示示意圖5.4.2示波器的水平通道(X通道)

示波器的水平通道主要是由掃描發(fā)生器環(huán)、觸發(fā)電路和X放大器組成的。水平通道的作用是形成、控制和放大鋸齒波掃描電壓。

掃描發(fā)生器環(huán)和觸發(fā)電路用來(lái)產(chǎn)生所需要的掃描信號(hào)，即鋸齒波掃描電壓。X放大器將此電壓放大到足夠的幅度，加到示波器的水平偏轉(zhuǎn)板上，以形成時(shí)間基線。X放大器也可用來(lái)放大直接輸入的任意外接信號(hào)，因此X放大器的輸入端有內(nèi)、外兩個(gè)位置。X通道的組成原理框圖如圖5-54所示。圖5-54X通道組成原理圖

1．觸發(fā)電路

觸發(fā)電路包括觸發(fā)輸入耦合電路、觸發(fā)放大整形電路等。它的作用是將不同來(lái)源、頻率、波形、幅度、極性的觸發(fā)源信號(hào)，轉(zhuǎn)換成幅度、寬度、陡度、極性均滿足一定要求而周期與觸發(fā)源信號(hào)本身周期相關(guān)的觸發(fā)脈沖。這個(gè)觸發(fā)脈沖被送至掃描門，以達(dá)到穩(wěn)定顯示波形的目的。

觸發(fā)電路及其在面板上的對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)如圖5-55所示。圖5-55觸發(fā)電路及其面板對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)、旋鈕

1)觸發(fā)源選擇

觸發(fā)源(SOURCE)即觸發(fā)電路輸入信號(hào)的來(lái)源，一般情況下，觸發(fā)信號(hào)有以下幾種來(lái)源。

內(nèi)觸發(fā)(INT)(通常包括CH1、CH2兩種選擇)：來(lái)自儀器內(nèi)部CH1或CH2通道的被測(cè)信號(hào)，適用觀測(cè)被測(cè)量信號(hào)。

外觸發(fā)(EXT)：用外接信號(hào)觸發(fā)掃描。

電源觸發(fā)(LINE)：來(lái)自50Hz交流電源的電源觸發(fā)，用于觀測(cè)與交流電源頻率有時(shí)間關(guān)系的信號(hào)。

輪流觸發(fā)(VERT)：有的雙通道儀器在進(jìn)行雙路信號(hào)顯示時(shí)，輪流觸發(fā)可保證雙路信號(hào)同時(shí)同步。

2)觸發(fā)耦合方式(COUPLING)選擇

如圖5-55所示，觸發(fā)信號(hào)通常通過(guò)直流(DC)、交流(AC)、AC低頻抑制(LFREJ)及高頻抑制(HFREJ)等耦合方式加到觸發(fā)輸入放大器上。

DC：直流耦合，接入含有直流或緩慢變化的信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)。

AC：交流耦合，若用交流信號(hào)觸發(fā)，則置AC方式，這時(shí)電容起到隔直流的作用。

AC低頻抑制：利用C1和C2串聯(lián)的電容來(lái)抑制信號(hào)中大約2kHz以下的低頻成分，其主要目的是濾除信號(hào)中的低頻干擾，如圖5-56所示為具有低頻干擾的信號(hào)。

HF：高頻耦合。C1和C3串聯(lián)后只允許通過(guò)頻率很高的波形，該方式常用來(lái)觀測(cè)5MHz以上的高頻信號(hào)。圖5-56具有低頻干擾的信號(hào)

3)觸發(fā)極性(SLOPE)和觸發(fā)電平(LEVER)選擇

觸發(fā)脈沖決定了掃描的起始點(diǎn)，與這點(diǎn)相應(yīng)的觸發(fā)輸入放大器的輸出電壓瞬時(shí)值，就是觸發(fā)電路的電平。為了任意選擇被顯示信號(hào)的起始點(diǎn)，應(yīng)在觸發(fā)電路中設(shè)置兩種控制，一是調(diào)節(jié)觸發(fā)點(diǎn)的電平，二是改變觸發(fā)極性。觸發(fā)極性指在觸發(fā)信號(hào)的上升沿或下降沿觸發(fā)，前者為正極性觸發(fā)，后者為負(fù)極性觸發(fā)。電平指觸發(fā)時(shí)的直流電位。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平相互配合，可在被觀測(cè)波形的任一點(diǎn)觸發(fā)。二者的選擇不同，屏幕上顯示圖形的起始點(diǎn)也不同。被測(cè)正弦波在不同觸發(fā)極性和電平時(shí)顯示的波形如圖5-57所示。圖5-57不同觸發(fā)極性與觸發(fā)電平的波形

4)掃描(MODE)方式

掃描方式通常有常態(tài)觸發(fā)、自動(dòng)觸發(fā)和高頻觸發(fā)三種。

常態(tài)觸發(fā)(NORT)：在有觸發(fā)信號(hào)并且產(chǎn)生有交往的觸發(fā)脈沖時(shí)，掃描發(fā)生器才工作，屏幕上才有掃描線。

自動(dòng)觸發(fā)(AUTO)：在無(wú)觸發(fā)輸入信號(hào)時(shí)，掃描系統(tǒng)仍有掃描輸出，屏幕上仍能顯示掃描線，當(dāng)系統(tǒng)加入觸發(fā)信號(hào)時(shí)，又能進(jìn)行觸發(fā)掃描。

高頻觸發(fā)(HF)：自動(dòng)觸發(fā)的另一種形式，它有利于觀測(cè)高頻信號(hào)。

掃描方式對(duì)應(yīng)的面板按鍵如圖5-55中的“MODE”部分。

2．掃描發(fā)生器環(huán)

掃描發(fā)生器環(huán)又叫時(shí)基電路，用來(lái)產(chǎn)生掃描信號(hào)。

掃描發(fā)生器環(huán)包括掃描門、積分器及比較和釋抑電路，如圖5-58所示。圖5-58掃描發(fā)生器環(huán)的組成掃描門在觸發(fā)脈沖的作用下，產(chǎn)生快速上升或下降的閘門信號(hào)給增輝電路，以加亮掃描正程的光跡。釋抑電路主要利用RC充放電路組成一個(gè)充電時(shí)間常數(shù)很小而放電時(shí)間常數(shù)較大的不對(duì)稱多諧振蕩器。在掃描正程，釋抑電路充電，在回掃期放電。釋抑電路的作用是，在回掃期關(guān)閉掃描門電路，使之不再被觸發(fā)脈沖觸發(fā)。只有釋抑電路期結(jié)束后，掃描門才有重新被觸發(fā)的可能。這樣就保證了掃描電路工作的穩(wěn)定，從而保證信號(hào)波形的穩(wěn)定。掃描電壓是鋸齒波，它由積分器產(chǎn)生。常用的積分電路為密勒積分器，它具有良好的線性，其原理如圖5-59(a)所示。圖5-59(a)中，當(dāng)開(kāi)關(guān)S打開(kāi)時(shí)，電源電壓E通過(guò)積分器積分,在理想情況下，(A→∞，Ri→∞和R0→0)，輸出電壓uo可表示為

當(dāng)E為正值時(shí)，輸出信號(hào)為負(fù)向鋸齒波；E為負(fù)值時(shí)，輸出信號(hào)為正向鋸齒波。圖5-59密勒積分器令充電電流I?=?E/R為一常數(shù)，則uo與時(shí)間t成線性關(guān)系。改變時(shí)間常數(shù)RC或微調(diào)電源E都可以改變uo的變化速率。

實(shí)際上，開(kāi)關(guān)S可以由掃描門控制的晶體管開(kāi)關(guān)擔(dān)任，如圖5-59(b)所示。當(dāng)由掃描門給積分器輸入端加高電平時(shí)，晶體管V截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，電源E給電容充電，構(gòu)成掃描正程。當(dāng)由掃描門給積分器輸入端加低電平時(shí)，晶體管V導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)S接通，形成掃描回程。

示波器中，把積分器產(chǎn)生的鋸齒波電壓送入X放大器加以放大，再加至水平偏轉(zhuǎn)板。由于這個(gè)電壓與時(shí)間成正比，就可用熒光屏上的水平距離代表時(shí)間，定義熒光屏上單位長(zhǎng)度所代表的時(shí)間為示波器的掃描速度SS(t/cm)：在示波器中，通過(guò)調(diào)整E、R、C都可改變單位時(shí)間內(nèi)鋸齒波的電壓值，進(jìn)而改變水平偏轉(zhuǎn)距離和掃描速度。示波器中通常用改變R或C作為“掃描速度”粗調(diào)，用改變E作為“掃描速度微調(diào)”，在示波器上都有相應(yīng)的旋鈕。

掃描門又叫時(shí)基閘門，掃描門的作用是將觸發(fā)同步輸入信號(hào)變換成正向矩形脈沖，控制鋸齒波的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，該電路通常為一射極耦合型(施密特)觸發(fā)器，如圖5-60所示。圖5-60施密特電路及其特性假設(shè)V1的靜態(tài)輸入電壓介于E1和E2之間，電路處于V1截止、V2導(dǎo)通的第一穩(wěn)態(tài)。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)使ub1上升到上觸發(fā)電平E1時(shí)，電路從第一穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到第二穩(wěn)態(tài)，即V1導(dǎo)通，V2截止，輸出電壓uo由低電位跳到高電位。但是即使觸發(fā)信號(hào)消失，ub1回到E1和E2之間，電路并不翻轉(zhuǎn)，只有當(dāng)來(lái)自釋抑電路的信號(hào)使ub1下降到下觸發(fā)電平E2時(shí)，電路才返回第一穩(wěn)態(tài)，輸出電壓才從高電位跳回低電位。

比較和釋抑電路如圖5-61所示，它和掃描門及積分器構(gòu)成一個(gè)閉合的掃描發(fā)生器環(huán)。在掃描過(guò)程中，積分器輸出一個(gè)負(fù)的鋸齒波電壓，通過(guò)電位器RP加至PNP管V的基極B，與此同時(shí)直流電源+E也通過(guò)電位器RP的另一端加至B點(diǎn)，它們共同影響B(tài)點(diǎn)的電位。圖5-61比較和釋抑電路

V管和Ch及Rh組成一個(gè)射極輸出器，隨著UB點(diǎn)負(fù)電壓的上升，V管導(dǎo)通，Ch被充電；隨著Ch兩端負(fù)電壓的上升，將使掃描門的基極電位ub1下降，ub1下降到圖5-60(b)中E2電位時(shí)，掃描門翻轉(zhuǎn)，積分器中電容放電，形成鋸齒波逆程。V管隨之又截止，Ch將通過(guò)Rh緩慢放電，其放電速度要比積分器放電緩慢，這樣只有當(dāng)Ch放電完畢后，掃描發(fā)生器才有可能被再次觸發(fā)。Ch放電期間，掃描電路不可能觸發(fā)，釋抑電路處于“抑”狀態(tài)；Ch放電完畢，掃描發(fā)生器將處于“釋”狀態(tài)。此外，當(dāng)觸發(fā)脈沖到時(shí)，掃描電路才會(huì)開(kāi)始工作，其工作過(guò)程可用圖5-62來(lái)表示。圖5-62在觸發(fā)掃描情況下比較和釋抑電路的工作

3．X放大器

X放大器的作用是放大X通道的信號(hào)，使光點(diǎn)在X方向上足以達(dá)到滿偏的程度。但是，示波器還可以作為X-Y繪圖儀使用，因此，X放大器的輸入端有“內(nèi)”和“外”兩個(gè)位置。當(dāng)開(kāi)關(guān)置于“內(nèi)”時(shí)，X放大器放大掃描發(fā)生器環(huán)送來(lái)的掃描信號(hào)，在屏幕上顯示被測(cè)信號(hào)的波形；當(dāng)開(kāi)關(guān)置于“外”時(shí)，由X放大器外輸入信號(hào)，示波器作為X-Y圖示儀使用，這時(shí)觸發(fā)電路與掃描發(fā)生器環(huán)不起作用。

與Y軸類似，改變X放大器的增益可以使光跡在水平方向得到若干倍的擴(kuò)展，或?qū)呙杷俣冗M(jìn)行微調(diào)，以校準(zhǔn)掃描速度。改變X放大器有關(guān)的直流電位也可使光跡產(chǎn)生水平位移。 5.5DS1102C型數(shù)字示波器的使用

5.5.1DS1102C型數(shù)字示波器面板

圖5-63所示為DS1102C型數(shù)字示波器的面板。圖5-63DS1102C型數(shù)字示波器的面板圖5-64DS1102C型數(shù)字示波器顯示界面

DS1102C型數(shù)字示波器的顯示界面如圖5-64所示。5.5.2DS1102C型數(shù)字示波器面板介紹

1．垂直控制

垂直(VERTICAL)控制區(qū)的旋鈕、按鍵如圖5-65所示。

(1)垂直(位移)(POSITION)旋鈕：控制波形在顯示窗口的垂直位置。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)該旋鈕時(shí)，指示通道地(GROUND)的標(biāo)示跟隨波形而上下移動(dòng)。

(2)垂直位置恢復(fù)到零點(diǎn)快捷鍵：按下該鍵，可使通道垂直顯示位置恢復(fù)到零點(diǎn)。

(3)垂直靈敏度(SCALE)旋鈕：?jiǎn)挝粸閂/div，按1—2—5形式步進(jìn)。轉(zhuǎn)動(dòng)該旋鈕，狀態(tài)欄會(huì)顯示對(duì)應(yīng)擋位的變化，窗口顯示的波形高度也隨之發(fā)生變化。圖5-65垂直控制區(qū)按鍵、旋鈕

(4)?CH1、CH2、MATH、REF、LA按鍵：用來(lái)在屏幕上顯示相應(yīng)通道的操作菜單、標(biāo)志、波形和擋位狀態(tài)等信息。

(5)粗調(diào)/微調(diào)(Coarse/Fine)快捷鍵：作為調(diào)節(jié)垂直靈敏度旋鈕的粗調(diào)/微調(diào)狀態(tài)的快捷鍵。

2．水平控制

水平(HORIZONTAL)控制區(qū)的按鍵、旋鈕如圖5-66所示。

(1)水平位移(POSITION)旋鈕：調(diào)整波形的水平位置，控制觸發(fā)位移。當(dāng)用于觸發(fā)位移控制時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)該旋鈕，波形可水平移動(dòng)；按下該旋鈕，觸發(fā)位移恢復(fù)到水平零點(diǎn)。

(2)水平掃描速度(SCALE)旋鈕：用來(lái)改變水平掃描速度，單位為s/div，相應(yīng)的狀態(tài)欄信息也隨之變化。按下該旋鈕，即可切換到掃描延遲(Delayed)狀態(tài)。

(3)水平控制(MENU)按鍵：按下該鍵，顯示TIME菜單。在此菜單下，可以開(kāi)啟/關(guān)閉延時(shí)掃描或切換示波器的Y-T、X-Y及ROLL模式，還可以設(shè)置水平觸發(fā)位移復(fù)位。圖5-66水平控制區(qū)按鍵、旋鈕

3．觸發(fā)控制

觸發(fā)(TRIGGER)控制區(qū)的旋鈕、按鍵如圖5-67所示。

(1)觸發(fā)電平(LEVEL)調(diào)節(jié)旋鈕：轉(zhuǎn)動(dòng)該旋鈕，屏幕上會(huì)出現(xiàn)一條觸發(fā)線以及觸發(fā)標(biāo)志；停止轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕，觸發(fā)線及觸發(fā)標(biāo)志消失；按下該旋鈕，觸發(fā)電平恢復(fù)到零。

(2)“50%”按鍵：使觸發(fā)電平處于觸發(fā)信號(hào)幅值的垂直中點(diǎn)。圖5-67觸發(fā)控制區(qū)按鍵、旋鈕

(3)“MENU”按鍵：按下該鍵，會(huì)出現(xiàn)如圖5-68所示的觸發(fā)菜單。

觸發(fā)模式包括邊沿觸發(fā)、脈寬觸發(fā)、斜率觸發(fā)、交替觸發(fā)、視頻觸發(fā)、碼型觸發(fā)(混合信號(hào)示波器)、持續(xù)時(shí)間觸發(fā)等。

觸發(fā)方式包括自動(dòng)、普通、單次。

觸發(fā)設(shè)置包括觸發(fā)耦合、靈敏度、觸發(fā)釋抑及復(fù)位等，不同的觸發(fā)模式，觸發(fā)設(shè)置項(xiàng)目不同。圖5-68觸發(fā)菜單5.5.3示波器的控制設(shè)置

1．垂直通道設(shè)置

按下“CH1”或“CH2”按鍵，屏幕顯示CH1或CH2通道的操作菜單(共兩頁(yè))，如圖5-69所示。圖5-69CH1菜單

(1)“輸入耦合”設(shè)置：如圖5-69所示，屏幕顯示CH1或CH2通道的操作菜單，按“耦合”鍵，選取正確的耦合方式。

①當(dāng)被測(cè)信號(hào)為純交流正弦信號(hào)時(shí)，耦合方式設(shè)為“交流”，波形顯示如圖5-70所示。

②當(dāng)被測(cè)信號(hào)為含有直流成分的正弦信號(hào)時(shí)，耦合方式必須設(shè)為“直流”，這樣被測(cè)信號(hào)的直流成分、交流成分都可進(jìn)入儀器，波形顯示如圖5-71所示。圖5-70純交流正弦信號(hào)的顯示界面圖5-71含直流成分的正弦信號(hào)的顯示界面③當(dāng)“耦合”設(shè)置為“接地”時(shí)，被測(cè)信號(hào)全被阻斷，波形顯示如圖5-72所示。圖5-72“耦合”設(shè)置為“接地”時(shí)的顯示界面

(2)通道“帶寬限制”設(shè)置。

①當(dāng)被測(cè)信號(hào)為含高頻振蕩的脈沖信號(hào)時(shí)，“帶寬限制”設(shè)置為“關(guān)閉”狀態(tài)，波形顯示如圖5-73所示。圖5-73“帶寬限制”為“關(guān)閉”時(shí)含高頻振蕩脈沖信號(hào)的顯示界面②當(dāng)被測(cè)信號(hào)為含高頻振蕩的脈沖信號(hào)時(shí)，“帶寬限制”設(shè)置為“打開(kāi)”狀態(tài)，波形顯示如圖5-74所示，信號(hào)中20MHz以上的高頻成分被濾掉。圖5-74“帶寬限制”為“打開(kāi)”時(shí)含高頻振蕩脈沖信號(hào)的顯示界面

(3)調(diào)節(jié)“探頭”衰減系數(shù)設(shè)置。當(dāng)信號(hào)輸入時(shí)，探頭衰減系數(shù)為10∶1，則示波器輸入通道比例也應(yīng)為10×，從而避免顯示的擋位信息和測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤。圖5-75為1000∶1衰減系數(shù)設(shè)置。

(4)“垂直靈敏度”設(shè)置。該項(xiàng)設(shè)置分“粗調(diào)”與“微調(diào)”兩種模式，垂直靈敏度的范圍是2mV/div～5V/div。粗調(diào)以1—2—5方式步進(jìn)，微調(diào)是在當(dāng)前的擋位范圍內(nèi)做進(jìn)一步調(diào)整。圖5-76所示為運(yùn)用微調(diào)改善波形幅度。圖5-75探頭衰減系數(shù)設(shè)置圖5-76垂直靈敏度設(shè)置

(5)波形反相設(shè)置。波形反相是使信號(hào)相位對(duì)地反轉(zhuǎn)180°，如圖5-77所示。圖5-77波形反相設(shè)置

(6)數(shù)字濾波設(shè)置。按下“CH1”按鍵，選擇“數(shù)字濾波”子菜單，系統(tǒng)顯示“FILTER”菜單，如圖5-78所示。通過(guò)旋轉(zhuǎn)多功能旋鈕，可設(shè)置頻率的上限與下限以及濾波器的帶寬范圍。圖5-78數(shù)字濾波器設(shè)置

2．水平通道設(shè)置

按下水平控制區(qū)的“MENU”按鍵，系統(tǒng)顯示“Time”菜單，如圖5-79所示，可根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行設(shè)置。圖5-79水平通道設(shè)置

3．觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)置

按下觸發(fā)控制區(qū)的“MENU”按鍵，屏幕顯示如圖5-80所示。

數(shù)字示波器的觸發(fā)方式包括：

(1)邊沿觸發(fā)：這是示波器常用的觸發(fā)類型，也是示波器默認(rèn)的觸發(fā)類型。邊沿觸發(fā)分為上升邊沿觸發(fā)(默認(rèn)方式)、下降邊沿觸發(fā)及雙邊沿觸發(fā)。這是我們常用的一種觸發(fā)方式。

(2)脈寬觸發(fā)：根據(jù)脈沖寬度來(lái)確定觸發(fā)時(shí)刻，可以通過(guò)脈寬條件捕捉異常脈沖。脈沖條件和脈寬設(shè)置如表5-2所示。

脈沖寬度的調(diào)節(jié)范圍一般為20ns～10s。圖5-80觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)置表5-2脈沖條件和脈寬設(shè)置5.5.4示波器的運(yùn)算功能

示波器的運(yùn)算功能包括“Math”和“FFT”?！癕ath”功能包括CH1、CH2通道波形的相加、相減、相乘；“FFT”功能包括三種窗函數(shù)，可以根據(jù)需要選擇。它們對(duì)應(yīng)的功能菜單分別如圖5-81和圖5-82所示。三種窗函數(shù)的特點(diǎn)及使用范圍如表5-3所示。圖5-81Math功能菜單圖5-82FFT功能菜單表5-3三種窗函數(shù)的特點(diǎn)及適用范圍FFT窗特點(diǎn)適用范圍Rectangle頻率分辨率最好，幅度分辨率最差，與不加窗的情況基本類似(1)暫態(tài)或短脈沖，信號(hào)電平在此前后大致相等(2)頻率非常接近的等幅正弦波(3)具有變化比較緩慢波譜的寬帶隨機(jī)噪聲HanningHamming與Rectangle窗函數(shù)相比，具有較好的頻率分辨率和較差的幅度分辨率Hamming窗函數(shù)的頻率分辨率稍好于Hanning窗函數(shù)正弦、周期和窄帶隨機(jī)噪聲暫態(tài)或短脈沖，信號(hào)電平在此前后相差很大Blackman幅度分辨率最好，頻率分辨率最差主要用于單頻信號(hào)，尋找更高次諧波5.5.5示波器的自動(dòng)測(cè)量功能

示波器的自動(dòng)測(cè)量功能菜單如圖5-83所示。本示波器的自動(dòng)測(cè)量?jī)?nèi)容包括20種，有峰峰值、最大值、最小值、頂端值、低端值、幅值、平均值、均方根值、過(guò)沖、預(yù)沖、頻率、周期、上升時(shí)間、下降時(shí)間、正占空比、負(fù)占空比、正脈寬、負(fù)脈寬等。圖5-83自動(dòng)測(cè)量功能菜單5.5.6示波器的光標(biāo)測(cè)量功能

示波器的光標(biāo)測(cè)量模式有三種形式：手動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)測(cè)量與追蹤測(cè)量方式。這里我們只介紹手動(dòng)測(cè)量。光標(biāo)測(cè)量(CURSOR)菜單如圖5-84所示。

手動(dòng)測(cè)量的步驟如下：

(1)“光標(biāo)模式”選擇“手動(dòng)”方式。

(2)被測(cè)信號(hào)信源選擇“CH1”(或“CH2”)。

(3)“光標(biāo)類型”選擇“X”(或“Y”)，例如電壓量測(cè)量(或頻率測(cè)量)，調(diào)出兩條水平光標(biāo)線CurA、CurB(或兩條垂直光標(biāo)線CurA、CurB)；

(4)移動(dòng)光標(biāo)，調(diào)整光標(biāo)間的距離(增量)。如表5-4所示，只有先選定CurA(或CurB)，才能對(duì)光標(biāo)進(jìn)行移動(dòng)。

(5)獲得測(cè)量數(shù)值。測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)顯示在屏幕右上角。圖5-84光標(biāo)測(cè)量功能菜單表5-4光標(biāo)移動(dòng)的含義5.5.7數(shù)字示波器的使用

1．測(cè)量簡(jiǎn)單信號(hào)

1)快速測(cè)量信號(hào)

快速顯示被測(cè)信號(hào)的操作步驟如下：

(1)將“探頭”菜單上的衰減系數(shù)設(shè)置為“10∶1”，并將探頭上的開(kāi)關(guān)置于為“10×”擋。

(2)將CH1的探頭連接到電路被測(cè)點(diǎn)。

(3)按下“AUTO”(自動(dòng)設(shè)置)按鈕，即可測(cè)試并顯示信號(hào)。

2)自動(dòng)測(cè)量

(1)測(cè)量峰峰值的操作步驟如下：

①按下“MEASURE”按鍵以顯示自動(dòng)測(cè)量菜單。

②按下1號(hào)菜單操作鍵以選擇信源“CH1”。③按下2號(hào)菜單操作鍵，“測(cè)量類型”選擇“電壓測(cè)量”，在彈出的“電壓測(cè)量”菜單中，“測(cè)量參數(shù)”選擇“峰峰值”，此時(shí)，可以在屏幕左下角看到峰峰值的顯示。

(2)測(cè)量頻率的操作步驟如下：

①按下3號(hào)菜單操作鍵，“測(cè)量類型”選擇“時(shí)間測(cè)量”。

②在彈出的“時(shí)間測(cè)量”菜單中，“測(cè)量參數(shù)”選擇“頻率”，此時(shí)，可以在屏幕下方看到頻率的顯示。

2．利用光標(biāo)測(cè)量Sinc第一個(gè)波峰的頻率

測(cè)量步驟如下：

(1)按下“CURSOR”按鍵以顯示光標(biāo)測(cè)量菜單。

(2)按下1號(hào)菜單操作鍵，“光標(biāo)模式”設(shè)置為“手動(dòng)”。

(3)按下2號(hào)菜單操作鍵，“光標(biāo)類型”設(shè)置為“X”。

(4)旋動(dòng)多功能旋鈕，將光標(biāo)1置于Sinc的第一個(gè)峰值處。

(5)旋動(dòng)多功能旋鈕，將光標(biāo)2置于Sinc的第二個(gè)峰值處。

(6)此時(shí)測(cè)量結(jié)果顯示在屏幕的右上角，如圖5-85所示。圖5-85利用光標(biāo)測(cè)量Sinc第一個(gè)波峰的頻率

3．利用光標(biāo)測(cè)量Sinc第一個(gè)波峰的幅值

測(cè)量步驟如下：

(1)按下“CURSOR”按鍵以顯示光標(biāo)測(cè)量菜單。

(2)按下1號(hào)菜單操作鍵，“光標(biāo)模式”設(shè)置為“手動(dòng)”。

(3)按下2號(hào)菜單操作鍵，“光標(biāo)類型”設(shè)置為“Y”。

(4)旋動(dòng)多功能旋鈕，將光標(biāo)1置于Sinc的第一個(gè)峰值處。

(5)旋動(dòng)多功能旋鈕，將光標(biāo)2置于Sinc的第二個(gè)峰值處。

(6)此時(shí)測(cè)量結(jié)果顯示在屏幕的右上角，如圖5-86所示。圖5-86利用光標(biāo)測(cè)量Sinc第一個(gè)波峰的幅值 5.6示波器接口的使用

5.6.1前面板USB接口的使用

示波器前面板上的USB接口如圖5-87所示，它可直接插入U(xiǎn)盤，用于外部存儲(chǔ)波形文件以及相關(guān)測(cè)量參數(shù)。圖5-87示波器前面板USB接口具體操作如下：

(1)把U盤插入示波器前面板上的USB接口，點(diǎn)擊示波器上的“Storage”鍵，選擇存儲(chǔ)類型，如圖5-88所示。其中，“波形存儲(chǔ)”用于存儲(chǔ)WFM格式的文件，“位圖存儲(chǔ)”用于存儲(chǔ)BMP格式的文件，“CSV存儲(chǔ)”用于存儲(chǔ)EXL表格格式的文件。

(2)選擇“外部存儲(chǔ)”，出現(xiàn)圖5-89所示的界面。圖5-88存儲(chǔ)類型選擇界面圖5-89選擇“外部存儲(chǔ)”時(shí)的界面

(3)選擇“新建文件”，出現(xiàn)圖5-90所示的界面，并用鍵盤輸入文件名(此次實(shí)驗(yàn)尚未更名，仍為“新建文件0”)。

圖5-90選擇“新建文件”時(shí)的界面

(4)點(diǎn)擊“保存”，即可在U盤上顯示“新建文件0”，如圖5-91所示。圖5-91選擇“保存”時(shí)的界面5.6.2后面板USBDEVISE接口的使用

示波器后面板的USBDEVISE接口如圖5-92所示。通過(guò)此接口可與計(jì)算機(jī)連接，利用軟件控制示波器，同時(shí)也可以直接用軟件把自己需要的波形文件和數(shù)據(jù)導(dǎo)出。此外，軟件上的虛擬面板和示波器上的界面一樣，可實(shí)時(shí)顯示示波器的運(yùn)行狀態(tài)，這樣可用投影儀清晰地觀察到示波器的操作以及波形的變化。圖5-92示波器后面板上的USBDEVISE接口操作步驟如下：

(1)在電腦上安裝示波器軟件，點(diǎn)擊該軟件后出現(xiàn)圖5-93所示的界面，在界面中點(diǎn)擊“虛擬面板”。圖5-93示波器軟件界面

(2)虛擬面板上可實(shí)時(shí)顯示示波器中的波形，如圖5-94所示。圖5-94點(diǎn)擊“虛擬面板”

(3)虛擬面