示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無(wú)法直接觀(guān)測的交變電信號轉換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量?jì)x器。它是觀(guān)察數字電路實(shí)驗現象、分析實(shí)驗中的問(wèn)題、測量實(shí)驗結果必不可少的重要儀器。示波器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、標準信號源組成。

 

 

中文名	外文名	屬性	應用學(xué)科
示波器	oscilloscope	電子測量?jì)x器	機械工程；電測量?jì)x器儀表

 

 

目錄

 

1、示波器的概述

2、示波器的作用

3、示波器的分類(lèi)

4、示波器工作原理

5、示波器的基本結構

6、示波器的選用

7、示波器的正確使用

8、如何使用示波器

9、示波器使用注意事項

 

示波器的概述：

示波器是將人眼無(wú)法直接觀(guān)測的交變電信號轉換成圖像，顯示在顯示屏上以便觀(guān)察的電子測量?jì)x器。它描繪電信號的波形曲線(xiàn)能夠說(shuō)明信號的許多特性和用途：信號的時(shí)間和電壓值、振蕩信號的頻率、信號所代表電路信號的特定部分相對于其他部分的發(fā)生頻率、是否存在故障部件使信號產(chǎn)生失真、信號的直流成分(DC)和交流成分(AC)、信號的噪聲值和噪聲隨時(shí)間變化的情況、多個(gè)波形信號對比等。

 

示波器的作用：

 

用來(lái)測量交流電或脈沖電流波的形狀的儀器，由電子管放大器、掃描振蕩器、陰極射線(xiàn)管等組成。除觀(guān)測電流的波形外，還可以測定頻率、電壓強度等。凡可以變?yōu)殡娦闹芷谛晕锢磉^(guò)程都可以用示波器進(jìn)行觀(guān)測。

 

示波器的分類(lèi)：

 

1.普通示波器。電路結構簡(jiǎn)單，頻帶較窄，掃描線(xiàn)性差，僅用于觀(guān)察波形。

2.多用示波器。頻帶較寬，掃描線(xiàn)性好，能對直流、低頻、高頻、超高頻信號和脈沖信號進(jìn)行定量測試。借助幅度校準器和時(shí)間校準器，測量的準確度可達±5%。

3.多線(xiàn)示波器。采用多束示波管，能在熒光屏上同時(shí)顯示兩個(gè)以上同頻信號的波形，沒(méi)有時(shí)差，時(shí)序關(guān)系準確。

4.多蹤示波器。具有電子開(kāi)關(guān)和門(mén)控電路的結構，可在單束示波管的熒光屏上同時(shí)顯示兩個(gè)以上同頻信號的波形。但存在時(shí)差，時(shí)序關(guān)系不準確。

5.取樣示波器。采用取樣技術(shù)將高頻信號轉換成模擬低頻信號進(jìn)行顯示，有效頻帶可達GHz級。

6.記憶示波器。采用存儲示波管或數字存儲技術(shù)，將單次電信號瞬變過(guò)程、非周期現象和超低頻信號長(cháng)時(shí)間保留在示波管的熒光屏上或存儲在電路中，以供重復測試。

7.數字示波器。內部帶有微處理器，外部裝有數字顯示器，有的產(chǎn)品在示波管熒光屏上既可顯示波形，又可顯示字符。被測信號經(jīng)模一數變換器(A/D變換器)送入數據存儲器，通過(guò)鍵盤(pán)操作，可對捕獲的波形參數的數據，進(jìn)行加、減、乘、除、求平均值、求平方根值、求均方根值等的運算，并顯示出答案數字。

 

 

示波器工作原理：

 

利用顯示在示波器上的波形幅度的相對大小來(lái)反映加在示波器Y偏轉極板上的電壓最大值的相對大小，從而反映出電磁感應中所產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的最大值的大小。因此借助示波器可以研究感應電動(dòng)勢與其產(chǎn)生條件的關(guān)系。

 

示波器的基本結構：

 

示波器的主要部分有示波管、帶衰減器的Y軸放大器、帶衰減器的X軸放大器、掃描發(fā)生器(鋸齒波發(fā)生器)、觸發(fā)同步和電源等。為了適應各種測量的要求，示波器的電路組成是多樣而復雜的，這里僅就主要部分加以介紹。

1.示波管

示波管主要包括電子槍、偏轉系統和熒光屏三部分，全都密封在玻璃外殼內，里面抽成高真空。下面分別說(shuō)明各部分的作用。

(1)熒光屏：它是示波器的顯示部分，當加速聚焦后的電子打到熒光上時(shí)，屏上所涂的熒光物質(zhì)就會(huì )發(fā)光，從而顯示出電子束的位置。當電子停止作用后，熒光劑的發(fā)光需經(jīng)一定時(shí)間才會(huì )停止，稱(chēng)為余輝效應。

(2)電子槍?zhuān)河蔁艚zH、陰極K、控制柵極G、第一陽(yáng)極A1、第二陽(yáng)極A2五部分組成。燈絲通電后加熱陰極。陰極是一個(gè)表面涂有氧化物的金屬筒，被加熱后發(fā)射電子?？刂茤艠O是一個(gè)頂端有小孔的圓筒，套在陰極外面。它的電位比陰極低，對陰極發(fā)射出來(lái)的電子起控制作用，只有初速度較大的電子才能穿過(guò)柵極頂端的小孔然后在陽(yáng)極加速下奔向熒光屏。示波器面板上的“亮度”調整就是通過(guò)調節電位以控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變了屏上的光斑亮度。陽(yáng)極電位比陰極電位高很多，電子被它們之間的電場(chǎng)加速形成射線(xiàn)。當控制柵極、第一陽(yáng)極、第二陽(yáng)極之間的電位調節合適時(shí)，電子槍內的電場(chǎng)對電子射線(xiàn)有聚焦作用，所以第一陽(yáng)極也稱(chēng)聚焦陽(yáng)極。第二陽(yáng)極電位更高，又稱(chēng)加速陽(yáng)極。面板上的“聚焦”調節，就是調第一陽(yáng)極電位，使熒光屏上的光斑成為明亮、清晰的小圓點(diǎn)。有的示波器還有“輔助聚焦”，實(shí)際是調節第二陽(yáng)極電位。

(3)偏轉系統：它由兩對相互垂直的偏轉板組成，一對垂直偏轉板Y，一對水平偏轉板X(qián)。在偏轉板上加以適當電壓，電子束通過(guò)時(shí)，其運動(dòng)方向發(fā)生偏轉，從而使電子束在熒光屏上的光斑位置也發(fā)生改變。

容易證明，光點(diǎn)在熒光屏上偏移的距離與偏轉板上所加的電壓成正比，因而可將電壓的測量轉化為屏上光點(diǎn)偏移距離的測量，這就是示波器測量電壓的原理。

2.信號放大器和衰減器

示波管本身相當于一個(gè)多量程電壓表，這一作用是靠信號放大器和衰減器實(shí)現的。由于示波管本身的X及Y軸偏轉板的靈敏度不高(約0.1—1mm/V)，當加在偏轉板的信號過(guò)小時(shí)，要預先將小的信號電壓加以放大后再加到偏轉板上。為此設置X軸及Y軸電壓放大器。衰減器的作用是使過(guò)大的輸入信號電壓變小以適應放大器的要求，否則放大器不能正常工作，使輸入信號發(fā)生畸變，甚至使儀器受損。對一般示波器來(lái)說(shuō)，X軸和Y軸都設置有衰減器，以滿(mǎn)足各種測量的需要。

3.掃描系統

掃描系統也稱(chēng)時(shí)基電路，用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間作線(xiàn)性變化的掃描電壓，這種掃描電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系如同鋸齒，故稱(chēng)鋸齒波電壓，這個(gè)電壓經(jīng)X軸放大器放大后加到示波管的水平偏轉板上，使電子束產(chǎn)生水平掃描。這樣，屏上的水平坐標變成時(shí)間坐標，Y軸輸入的被測信號波形就可以在時(shí)間軸上展開(kāi)。掃描系統是示波器顯示被測電壓波形必需的重要組成部分。

 

示波器的選用：

 

根據要顯示的信號數量，選擇單蹤、雙蹤或多蹤示波器;

根據被測信號的頻率特點(diǎn)，選擇慢掃描、通用、高速或取樣示波器;

根據被測信號的重現方式，選擇模擬或數字存儲示波器;

根據被測信號的測試重點(diǎn)選擇 。

 

示波器的正確使用：

 

使用前必須檢查電網(wǎng)電壓是否與示波器要求的電源電壓一致。

通電后需預熱幾分鐘再調整各旋鈕。各旋鈕應先大致旋在中間位置，以便找到被測信號波形。

注意示波器的亮度不宜開(kāi)得過(guò)高，且亮點(diǎn)不宜長(cháng)期停留在固定位置，特別是暫時(shí)不觀(guān)測波形時(shí)，更應該將輝度調暗，否則將縮短示波管的使用壽命。

輸入信號電壓的幅度應控制在示波器的最大允許輸入電壓范圍內。

注意屏幕有效面積，將波形的關(guān)鍵部分移至屏幕中心區域進(jìn)行觀(guān)測。

使用專(zhuān)用探頭，使用前須校正。

注意掃描方式、觸發(fā)信號觸發(fā)電平、觸發(fā)極性及觸發(fā)信號選擇等旋鈕和按鍵的配合調節。

 

如何使用示波器：

示波器使用前，應首先根據說(shuō)明書(shū)，將各控制件置于相應位置。然后接通電源開(kāi)關(guān)，此時(shí)指示燈點(diǎn)亮。如果顯示屏上未出現水平掃描線(xiàn)，則按下尋跡開(kāi)關(guān)，判斷掃描線(xiàn)偏離顯示屏的方向，并以此為依據，微調Y位移旋鈕和X位移旋鈕。待顯示屏上出現兩條掃描線(xiàn)后，調整亮度、聚焦旋鈕，使兩條掃描線(xiàn)亮度適當。然后調節標尺亮度，照亮標尺上的刻度線(xiàn)，并調節Y位移旋鈕，使兩條掃描線(xiàn)均重合在標尺的水平刻度上。

 

示波器使用注意事項：

 

1)示波器與其他儀器(如萬(wàn)用表等)一樣，在使用之前都必需要先對其進(jìn)行校正。而所謂對示波器的校正，是將示波器的原來(lái)波形在測試之前正確調試出來(lái)。也就是說(shuō)，校正出來(lái)的波形要與示波器本身所設定的參數一致(這些參數通常會(huì )在校正的測試點(diǎn)標示出來(lái))。

2)通用示波器通過(guò)調節亮度和聚焦旋鈕使光點(diǎn)直徑最小，以使波形清晰，減少測試誤差。

3)不要使光點(diǎn)停留在一點(diǎn)不動(dòng)，否則電子束長(cháng)時(shí)間轟擊一點(diǎn)，容易在顯示屏上形成暗斑，損壞顯示屏。

4)示波器顯示波形一般應調到2~3個(gè)周期，波形讀數為峰值( Vp-p)，若顯示正弦信號，其有效值為Vp-p/2.828。

5)為保證波形穩定顯示，應注意調節電平旋鈕。

6)讀取電壓幅值時(shí)，應檢查V/div開(kāi)關(guān)上的微調旋鈕是否順時(shí)針旋到底(校準位置)，否則說(shuō)明讀數是錯誤的。

7)應檢查探頭是否是10：1衰減探頭(一般放在×1位置)，若放在×10位置，讀數應×10。

8)示波器使用的電壓為220(1±10%)V范圍，超出這個(gè)范圍將影響儀器的正常工作。當電源電壓波動(dòng)比較大時(shí)，最好采用交流穩壓措施后再使用。

9)示波器機箱與機內電路接地點(diǎn)相連接，為了安全及減少外界環(huán)境對儀器的干擾，應將儀器機殼接地。

10)測試信號輸入線(xiàn)最好采用帶有香蕉插頭的高頻屏蔽線(xiàn)或單股線(xiàn)，輸入線(xiàn)盡量短一些，將香蕉插頭分別插入示波器Y輸入與地接線(xiàn)柱及信號輸出儀器接線(xiàn)柱。