2.2　示波器的使用技巧

示波器是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，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。它是觀察數(shù)字電路實驗現(xiàn)象、分析實驗中的問題、測量實驗結(jié)果必不可少的重要儀器。示波器主要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)、標準信號源組成。圖2-13所示為DS1000示波器。

2.2.1　示波器的分類

示波器主要的功能是觀察和測量電信號的波形，不但能觀察到電信號的動態(tài)過程，而且還能定量測量電信號的各種參數(shù)。例如，交流電的周期、幅度、頻率、相位等。在測試脈沖信號時，響應(yīng)非常迅速，而且波形清晰可辨。另外，它還可將非電信號轉(zhuǎn)換為電信號，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：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產(chǎn)生的。

（3）取樣示波器：這種示波器采用取樣技術(shù)，把高頻信號模擬轉(zhuǎn)換成低頻信號，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，而且還具有存儲信號波形的功能。記憶示波器是在普通示波器上增加了觸發(fā)記錄電信號來實現(xiàn)的，記憶時間可達數(shù)天。存儲示波器是利用數(shù)字電路的存儲技術(shù)實現(xiàn)存儲功能的，其存儲時間是無限的。

（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。

2.2.2　示波器面板操作

一般示波器都會提供一個簡單且功能明晰的前面板，以進行基本的操作。面板上包括旋鈕和功能按鍵。圖2-14所示為示波器的前面板。

1.顯示屏

顯示屏是示波器的顯示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，用來指示信號波形的電壓和時間之間的關(guān)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。垂直方向標有0％、10％、90％、100％等標志，水平方向標有10％、90％標志，供測直流電平、交流信號幅度、延遲時間等參數(shù)使用。根據(jù)被測信號在屏幕上占的格數(shù)乘以適當(dāng)?shù)谋壤?shù)（VOLTS/DIV、TIME/DIV）就能得出電壓值與時間值，如圖2-15所示。

2.POWER（電源開關(guān)）按鈕

POWER按鈕是示波器主電源開關(guān)，當(dāng)此開關(guān)按下時，電源指示燈亮，表示電源接通。

3.INTEN（輝度）旋鈕

旋轉(zhuǎn)INTEN旋鈕能改變光點和掃描線的亮度。觀察低頻信號時可將亮度調(diào)小些，高頻信號時可將亮度調(diào)大些，一般不應(yīng)太亮，以保護熒光屏。

4.FOCUS（聚焦）旋鈕

FOCUS旋鈕調(diào)節(jié)電子束截面大小，將掃描線聚焦成最清晰狀態(tài)。圖2-16所示為POWER按鈕、FOCUS旋鈕等。

5.標尺亮度旋鈕

標尺亮度旋鈕調(diào)節(jié)熒光屏后面的照明燈亮度，正常室內(nèi)光線下照明燈暗一些好，室內(nèi)光線不足的環(huán)境中可適當(dāng)調(diào)亮照明燈。

6.VOLTS/DIV（垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)）旋鈕

在單位輸入信號的作用下，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軸都適用。靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直靈敏度的單位為cm/V、cm/mV或者DIV/mV、DIV/V，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的單位為V/cm、mV/cm或者V/DIV、mV/DIV。實際上，因習(xí)慣用法和測量電壓讀數(shù)的方便，有時也把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當(dāng)靈敏度。

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

每個波段開關(guān)上都有一個微調(diào)小旋鈕，用于微調(diào)每擋垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。將它沿順時針方向旋到底，處于“校準”位置，此時垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值與波段開關(guān)所指示的值一致。逆時針旋轉(zhuǎn)此旋鈕，能夠微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)后會造成與波段開關(guān)的指示值不一致，這點應(yīng)引起注意。圖2-17所示為VOLTS/DIV旋鈕。

7.TIME/DIV（時基）旋鈕

時基選擇的使用方法與垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的類似。時基選擇也通過一個波段開關(guān)實現(xiàn)，按1、2、5方式把時基分為若干擋。波段開關(guān)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(diào)小旋鈕，用于時基校準和微調(diào)。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波段開關(guān)所示的標稱值一致。逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，則對時基微調(diào)。旋鈕拔出后處于掃描擴展狀態(tài)。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，掃描擴展狀態(tài)下熒光屏上水平一格代表的時間值為2μs×（1/10）=0.2μs。

TDS實驗臺上有10MHz，1MHz，500kHz，100kHz的時鐘信號，由石英晶體振蕩器和分頻器產(chǎn)生，準確度很高，可用來校準示波器的時基。

示波器的標準信號源CAL，專門用于校準示波器的時基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。

8.POSITION（位移）旋鈕

POSITION旋鈕調(diào)節(jié)信號波形在熒光屏上的位置。旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕（標有水平雙向箭頭）左右移動信號波形，旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕（標有垂直雙向箭頭）上下移動信號波形。

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）、雙通道（DUAL）。選擇通道1時，示波器僅顯示通道1的信號。選擇通道2時，示波器僅顯示通道2的信號。選擇雙通道時，示波器同時顯示通道1和通道2的信號。

測試信號時，首先要將示波器的地（GND）與被測電路的地連接在一起，根據(jù)輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上，然后將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(guān)，此開關(guān)撥到“×1”位置時，被測信號會無衰減地送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值。此開關(guān)撥到“×10”位置時，被測信號衰減為1/10，然后送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值。

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）、直流（DC）。

當(dāng)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號直流絕對值和觀測極低頻信號；交流耦合用于觀測交流和含有直流成分的交流信號。在數(shù)字電路的實驗中，一般選擇“直流”方式，以便觀測信號的絕對電壓值。

11.SOURCE（觸發(fā)源）選擇

要使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形，則需將被測信號本身或者與被測信號有一定時間關(guān)系的觸發(fā)信號加到觸發(fā)電路。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號由何處供給。通常有3種觸發(fā)源：內(nèi)觸發(fā)（INT）、電源觸發(fā)（LINE）、外觸發(fā)（EXT）。

（1）內(nèi)觸發(fā)使用被測信號作為觸發(fā)信號，是經(jīng)常使用的一種觸發(fā)方式。由于觸發(fā)信號本身是被測信號的一部分，在屏幕上可以顯示出非常穩(wěn)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(fā)信號。

（2）電源觸發(fā)使用交流電源頻率信號作為觸發(fā)信號。這種方法在測量與交流電源頻率有關(guān)的信號時是有效的。特別在測量音頻電路、閘流管的低電平交流噪聲時更為有效。

（3）外觸發(fā)使用外加信號作為觸發(fā)信號，外加信號從外觸發(fā)輸入端輸入。外觸發(fā)信號與被測信號間應(yīng)具有周期性關(guān)系。由于被測信號沒有用作觸發(fā)信號，所以何時開始掃描與被測信號無關(guān)。

正確選擇觸發(fā)信號與波形顯示的穩(wěn)定、清晰有很大關(guān)系。例如，在數(shù)字電路的測量中，對一個簡單的周期信號而言，選擇內(nèi)觸發(fā)可能好一些，而對于一個具有復(fù)雜周期的信號，且存在一個與它有周期性關(guān)系的信號時，選用外觸發(fā)可能更好。

12.COUP（選擇觸發(fā)耦合）方式

觸發(fā)信號到觸發(fā)電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發(fā)信號的穩(wěn)定、可靠。觸發(fā)耦合方式主要有AC耦合、直流耦合（DC）、低頻抑制（LFR）觸發(fā)、高頻抑制（HFR）觸發(fā)和電視同步（TV）觸發(fā)。

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

（2）直流耦合（DC）不隔斷觸發(fā)信號的直流分量。當(dāng)觸發(fā)信號的頻率較低或者觸發(fā)信號的占空比很大時，使用直流耦合較好。

（3）低頻抑制（LFR）觸發(fā)時，觸發(fā)信號經(jīng)過高通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的低頻成分被抑制。

（4）高頻抑制（HFR）觸發(fā)時，觸發(fā)信號通過低通濾波器加到觸發(fā)電路，觸發(fā)信號的高頻成分被抑制。

（5）電視同步（TV）觸發(fā)用于電視維修。

13.TRIG LEVEL（觸發(fā)電平）旋鈕

觸發(fā)電平調(diào)節(jié)又稱同步調(diào)節(jié)，它使掃描與被測信號同步。觸發(fā)電平旋鈕用于調(diào)節(jié)觸發(fā)信號的觸發(fā)電平。一旦觸發(fā)信號超過由旋鈕設(shè)定的觸發(fā)電平時，掃描即被觸發(fā)。順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平上升；逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，觸發(fā)電平下降。當(dāng)觸發(fā)電平旋鈕調(diào)到電平鎖定位置時，觸發(fā)電平自動保持在觸發(fā)信號的幅度之內(nèi)，不需要電平調(diào)節(jié)就能產(chǎn)生一個穩(wěn)定的觸發(fā)。當(dāng)信號波形復(fù)雜，用觸發(fā)電平旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時，用釋抑（HOLDOFF）旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時間（掃描暫停時間），能使掃描與波形穩(wěn)定同步。

14.SLOPE（觸發(fā)極性）開關(guān)

觸發(fā)極性開關(guān)用來選擇觸發(fā)信號的極性。撥在“+”位置上時，在信號增加的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。撥在“-”位置上時，在信號減少的方向上，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。觸發(fā)極性和觸發(fā)電平共同決定觸發(fā)信號的觸發(fā)點。

15.SWEEPMODE（選擇掃描方式）

掃描方式有自動（AUTO）、常態(tài)（NORM）和單次（SGL/RST）3種。

（1）自動：當(dāng)無觸發(fā)信號輸入，或者觸發(fā)信號頻率低于50Hz時，掃描為自激方式。

（2）常態(tài)：當(dāng)無觸發(fā)信號輸入時，掃描處于準備狀態(tài)，沒有掃描線。觸發(fā)信號到來后，觸發(fā)掃描。

（3）單次：單次按鈕類似復(fù)位開關(guān)。單次掃描方式下，按單次按鈕時掃描電路復(fù)位，此時準備好（READY）燈亮。觸發(fā)信號到來后產(chǎn)生一次掃描。單次掃描結(jié)束后，準備好燈滅。單次掃描用于觀測非周期信號或者單次瞬變信號，往往需要對波形拍照。

2.2.3　示波器基本操作

1.示波器接入信號

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

接入信號的方法如下。

（1）首先將探頭上的開關(guān)設(shè)置為“10X”，然后將示波器探頭與通道1連接。將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，然后向右旋轉(zhuǎn)以擰緊探頭。

（2）示波器需要輸入探頭衰減系數(shù)。此衰減系數(shù)改變儀器的垂直擋位比例，從而使得測量結(jié)果正確反映被測信號的電平（默認的探頭衰減系數(shù)設(shè)置為“1X”）。設(shè)置探頭衰減系數(shù)的方法為：按CH1功能按鈕顯示通道1的操作菜單，應(yīng)用與探頭項目平行的3號菜單操作鍵，選擇與使用的探頭同比例的衰減系數(shù)。這里設(shè)置為“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（自動設(shè)置）按鈕，幾秒內(nèi)可見到方波顯示（頻率：1.00kHz，平均值25.1V，峰-峰值50.4V）。

（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(guān)閉通道1，按CH2功能按鈕以打開通道2，重復(fù)步驟（2）和步驟（3）。

2.探頭補償

在首次將探頭與任意輸入通道連接時，進行此項調(diào)節(jié)，使探頭與輸入通道相配。未經(jīng)補償或補償偏差的探頭會導(dǎo)致測量誤差或錯誤。

下面以DS1000示波器為例，講解調(diào)整探頭補償?shù)姆椒ā?/p>

（1）將探頭衰減系數(shù)設(shè)置為“10X”，將探頭上的開關(guān)設(shè)置為“10X”，并將示波器探頭與通道1連接。如果使用探頭鉤形頭，應(yīng)確保與探頭接觸緊密。

將探頭端部與探頭補償器的信號輸出連接器相連，基準導(dǎo)線夾與探頭補償器的地線連接器相連，打開通道1，然后按AUTO按鈕。

（2）檢查所顯示波形的形狀，如圖2-18所示。

（3）如有必要，用非金屬的螺絲刀調(diào)整探頭上的可變電容，直到屏幕顯示的波形如圖2-18（b）所示。

2.2.4　用示波器測量簡單信號

下面用DS1000示波器來觀測電路中的一個未知信號，迅速顯示和測量信號的頻率和峰-峰值。

1.迅速顯示該未知信號

迅速顯示該未知信號的方法如下。

（1）將探頭衰減系數(shù)設(shè)置為“10X”，并將探頭上的開關(guān)設(shè)置為“10X”。

（2）將通道1的探頭連接到電路被測點。

（3）按下AUTO（自動設(shè)置）按鈕。

示波器將自動設(shè)置使波形顯示達到最佳。在此基礎(chǔ)上，用戶可以進一步調(diào)節(jié)垂直、水平擋位，直至波形的顯示符合要求。

2.用示波器進行自動測量峰-峰值

示波器可對大多數(shù)顯示信號進行自動測量，下面用DS1000示波器來測量信號的峰-峰值。具體操作方法如下。

（1）先按下MEASURE按鈕以顯示自動測量菜單。

（2）按下1號菜單操作鍵以選擇信源CH1。

（3）按下2號菜單操作鍵選擇測量類型：電壓測量。

在電壓測量彈出菜單中選擇測量參數(shù)：峰-峰值。此時可以在屏幕左下角發(fā)現(xiàn)峰-峰值的顯示。

3.用示波器進行自動測量頻率

下面用DS1000示波器來測量信號頻率。具體操作方法如下。

（1）按下3號菜單操作鍵選擇測量類型：時間測量。

（2）在時間測量彈出菜單中選擇測量參數(shù)：頻率。

此時可以在屏幕下方發(fā)現(xiàn)頻率的顯示。

注　意

測量結(jié)果在屏幕上的顯示會因為被測信號的變化而改變。

2.2.5　觀察正弦波信號通過電路產(chǎn)生的延遲和畸變

下面用DS1000示波器來觀察正弦波信號通過電路產(chǎn)生的延遲和畸變。首先設(shè)置探頭和示波器通道的探頭衰減系數(shù)設(shè)置為“10X”。然后將示波器CH1通道與電路信號輸入端相接，CH2通道與輸出端相接。

1.顯示CH1通道和CH2通道的信號

（1）按下AUTO（自動設(shè)置）按鈕。

（2）繼續(xù)調(diào)整水平、垂直擋位直至波形顯示滿足測試要求。

（3）按CH1按鈕選擇通道1，旋轉(zhuǎn)垂直（VERTICAL）區(qū)域的垂直旋鈕調(diào)整通道1波形的垂直位置。

（4）按CH2按鈕選擇通道2，如前操作，調(diào)整通道2波形的垂直位置。使通道1、通道2的波形既不重疊在一起，又利于觀察比較。

2.測量正弦波信號通過電路后產(chǎn)生的延遲，并觀察波形的變化

（1）自動測量通道延遲，按下MEASURE按鈕以顯示自動測量菜單。

（2）按下1號菜單操作鍵以選擇信源CH1。

（3）按下3號菜單操作鍵選擇時間測量。

（4）選擇時間測量類型：延遲1→2。

此時可以在屏幕左下角發(fā)現(xiàn)通道1、通道2在上升沿的延遲數(shù)值顯示。波形的變化如圖2-19所示。

2.2.6　減少信號上的隨機噪聲

如果在測量時發(fā)現(xiàn)被測信號上疊加了隨機噪聲，可以通過調(diào)整示波器來濾除或減小噪聲，避免其在測量中對本體信號的干擾。圖2-20所示是疊加了隨機噪聲的波形圖。

下面用DS1000示波器來減少信號上的隨機噪聲，具體方法如下。

（1）首先設(shè)置探頭和示波器通道的探頭衰減系數(shù)為“10X”，并將探頭上的開關(guān)設(shè)置為“10X”。

（2）連接信號使波形在示波器上穩(wěn)定地顯示。

（3）通過設(shè)置觸發(fā)耦合改善觸發(fā)。先按下觸發(fā)（TRIGGER）控制區(qū)域MENU按鈕，顯示觸發(fā)設(shè)置菜單。然后選擇“觸發(fā)設(shè)置→耦合”，選擇“低頻抑制”或“高頻抑制”。

提　示

低頻抑制是設(shè)定一個高通濾波器，可濾除8kHz以下的低頻信號分量，允許高頻信號分量通過。高頻抑制是設(shè)定一個低通濾波器，可濾除150kHz以上的高頻信號分量（如FM廣播信號），允許低頻信號分量通過。通過設(shè)置“低頻抑制”或“高頻抑制”可以分別抑制低頻或高頻噪聲，以得到穩(wěn)定的觸發(fā)。

（4）通過設(shè)置采樣方式和調(diào)整波形亮度來減少顯示噪聲。如果被測信號上疊加了隨機噪聲，導(dǎo)致波形過粗。可以應(yīng)用平均采樣方式，去除隨機噪聲的顯示，使波形變細，便于觀察和測量。取平均值后隨機噪聲被減小而信號的細節(jié)更易觀察。

應(yīng)用平均采樣方式的具體操作方法為：按面板MENU區(qū)域的ACQUIRE按鈕，顯示采樣設(shè)置菜單。按1號菜單操作鍵設(shè)置獲取方式為“平均”狀態(tài)，然后按2號菜單操作鍵調(diào)整平均次數(shù)，依次由2～256以2倍數(shù)步進，直至波形的顯示滿足觀察和測試要求。圖2-21所示為減少隨機噪聲的波形圖。

提　示

減少顯示噪聲也可以通過降低波形亮度來實現(xiàn)。

2.2.7　用示波器測量交流電壓

用示波器測量交流電壓的方法如下。

（1）首先將輸入耦合開關(guān)置于“AC”位置（擴展控制開關(guān)未拉出），將交流信號從y軸輸入，這樣就能測量信號波形峰-峰值間或某兩點間的電壓幅值。

（2）從屏幕上讀出波形峰-峰值間所占的格數(shù)，將它乘以伏/度選擇開關(guān)的擋位，即可計算出被測信號的交流電壓值。若將擴展控制開關(guān)拉出，則再除以5。

2.2.8　示波器使用注意事項

在使用示波器時應(yīng)注意下列事項。

（1）測試前應(yīng)估算被測信號的幅度大小，若不明確，應(yīng)將示波器的伏/度選擇開關(guān)置于最大擋，避免因電壓過大而損壞示波器。

（2）在測量小信號波形時，由于被測信號較弱，示波器上顯示的波形就不容易同步。這時可采取以下兩種方法加以解決：第一，仔細調(diào)節(jié)示波器上的觸發(fā)電平旋鈕，使被測信號穩(wěn)定和同步。必要時可結(jié)合調(diào)整掃描微調(diào)旋鈕，但應(yīng)注意，調(diào)節(jié)該旋鈕會使屏幕上顯示的頻率讀數(shù)發(fā)生變化（逆時針旋轉(zhuǎn)，掃描因素擴大2.5倍以上），會給計算頻率造成一定困難。一般情況下，應(yīng)將此旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)到底，使之位于校正位置（CAL）。第二，使用與被測信號同頻率（或整數(shù)倍）的另一強信號作為示波器的觸發(fā)信號，該信號可以直接從示波器的通道2輸入。

（3）示波器工作時，周圍不要放一些大功率的變壓器，否則測出的波形會有重影和噪波干擾。

（4）示波器可作為高內(nèi)阻的電流電壓表使用，手機電路中有一些高內(nèi)阻電路，若使用普通萬用表測電壓，由于萬用表內(nèi)阻較低，測量結(jié)果會不準確，而且還可能會影響被測電路的正常工作，而示波器的輸入阻抗比萬用表要高得多，使用示波器直流輸入方式，先將示波器輸入接地，確定好示波器的零基線，就能方便地測量被測信號的直流電壓。