1.2 示波器的使用

要點(diǎn)

示波器是一種能將電信號(hào)用圖形方式顯示出來(lái)的電子測(cè)量?jī)x器。利用它不僅能觀察到電信號(hào)的波形，而且能定量地測(cè)量電信號(hào)的各種參數(shù)，如測(cè)量電信號(hào)的幅度、周期、相位等。因此，示波器是從事電器維修不可缺少的基本測(cè)量?jī)x表。

1.2.1 示波器的基本組成

1.示波器的種類

示波器是一種能將電信號(hào)用圖形方式顯示出來(lái)的電子測(cè)量?jī)x器。它不僅能觀察到電信號(hào)的波形，而且能定量地測(cè)量電信號(hào)的各種參數(shù)，如測(cè)量電信號(hào)的幅度、周期、相位等。

示波器根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)或使用領(lǐng)域及測(cè)量范圍等可以進(jìn)行分類，此外還有一些用于特殊環(huán)境的示波器。

根據(jù)測(cè)量信號(hào)的范圍分類，可分為如下幾種：①超低頻示波器，適合于測(cè)量超低頻信號(hào)；②普通示波器，適合于測(cè)量中頻信號(hào)；③高頻示波器和超高頻示波器，適合于測(cè)量高頻（100MHz）和超高頻（1000MHz）信號(hào)。

按顯示信號(hào)的數(shù)量來(lái)分，有單蹤示波器（只顯示一個(gè)信號(hào)的波形）、雙蹤示波器（可同時(shí)顯示兩個(gè)信號(hào)的波形）和多蹤示波器（可同時(shí)顯示多個(gè)信號(hào)的波形）。

從電路結(jié)構(gòu)來(lái)分，有電子管示波器、晶體管示波器和集成電路示波器。

從測(cè)量功能來(lái)分，有模擬示波器和數(shù)字式記憶示波器。數(shù)字式記憶示波器是將測(cè)量的信號(hào)數(shù)字化以后暫存在存儲(chǔ)器中，然后從存儲(chǔ)器中讀出顯示在示波管上。在測(cè)量數(shù)字信號(hào)的場(chǎng)合經(jīng)常使用，便于觀察數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的波形和信號(hào)內(nèi)容。

示波器從波形顯示器件來(lái)分，有陰極射線管（CRT）示波器，彩色液晶顯示器和用計(jì)算機(jī)彩色監(jiān)視器做成的示波器。

為適應(yīng)測(cè)量電視信號(hào)的特點(diǎn)，示波器生產(chǎn)廠家專門生產(chǎn)了同步示波器，在示波器電路中設(shè)有與電視的行、場(chǎng)信號(hào)同步的電路，在控制面板上專門設(shè)置了選擇電視行或電視場(chǎng)的鍵鈕，以便在觀測(cè)電視信號(hào)時(shí)使信號(hào)波形穩(wěn)定。

圖1-22（a）所示是DS5220A型雙蹤示波器面板圖，圖1-22（b）所示是ST16A型單蹤示波器面板圖。

2.示波器的基本組成及原理

通用示波器的基本組成及原理框圖如圖123所示。它主要由顯示器系統(tǒng)、垂直偏轉(zhuǎn)（Y軸）信號(hào)放大系統(tǒng)、水平偏轉(zhuǎn)（X軸）鋸齒波發(fā)生系統(tǒng)和同步觸發(fā)系統(tǒng)4部分組成。

1）顯示器系統(tǒng)

顯示器系統(tǒng)由示波管（陰極射線管CRT）和電源供給部分組成。

在示波管內(nèi)部，電子槍發(fā)射出大量的電子，這些電子通過(guò)控制柵極的控制、聚焦電極的聚焦、加速極的加速、偏轉(zhuǎn)電極或偏轉(zhuǎn)線圈的偏轉(zhuǎn)，最后形成一束電子束打在熒光屏上，使熒光屏的相應(yīng)部位發(fā)光。

在顯示器系統(tǒng)中，電源供給系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供示波器的控制極、聚焦電極、加速電極等需要的電壓，調(diào)整這些電壓，可以保證在熒光屏上出現(xiàn)的光點(diǎn)聚焦良好、亮度適中。示波器面板上安裝的聚焦、亮度電位器，就是用來(lái)對(duì)這些電壓進(jìn)行調(diào)整的。

示波管內(nèi)部的偏轉(zhuǎn)電極（或外部的偏轉(zhuǎn)線圈）負(fù)責(zé)電子束的偏轉(zhuǎn)。以偏轉(zhuǎn)電極為例，示波管中有X偏轉(zhuǎn)板和Y偏轉(zhuǎn)板各一對(duì)，每對(duì)偏轉(zhuǎn)板都由基本平行的金屬板構(gòu)成，每對(duì)偏轉(zhuǎn)板上的電壓變化都必將影響到電子運(yùn)動(dòng)的軌跡。Y偏轉(zhuǎn)板上的電壓變化只能影響光點(diǎn)在顯示屏上的垂直位置，X偏轉(zhuǎn)板的電壓變化只影響光點(diǎn)的水平位置，兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板共同決定了任一瞬間光點(diǎn)在顯示屏上的坐標(biāo)。

當(dāng)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上都不加電壓時(shí)，電子束應(yīng)打到熒光屏的正中。

2）Y軸信號(hào)放大系統(tǒng)

Y軸信號(hào)放大系統(tǒng)把被觀測(cè)的信號(hào)放大并轉(zhuǎn)變成電壓加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，這樣電子束就會(huì)在Y軸（垂直）方向按信號(hào)的規(guī)律變化。

一般Y軸信號(hào)放大系統(tǒng)的放大倍數(shù)可用Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，而示波器Y軸方向的中心位置也可用Y軸位移旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。

例如，調(diào)節(jié)Y軸位移旋鈕到示波器Y軸方向中心線表示信號(hào)0V，調(diào)節(jié)Y軸信號(hào)放大系統(tǒng)的Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度旋鈕到1V/div（Y軸方向每格1V，/div表示每格，下文中含義與此相同），則0～2V的連續(xù)信號(hào)會(huì)出現(xiàn)在Y軸方向中心線以上2格的范圍內(nèi)。

3）X軸鋸齒波發(fā)生系統(tǒng)

一般在示波管的X軸加一個(gè)鋸齒波信號(hào)。當(dāng)鋸齒波電壓最小時(shí)，電子束在示波管最左端；鋸齒波電壓最大時(shí)，電子束在示波管最右端。這樣，在鋸齒波的正程，示波器中的電子束會(huì)隨時(shí)間均勻地從左向右運(yùn)動(dòng)，因此就可以把示波器的X軸作為時(shí)間軸處理。例如，鋸齒波正程所用時(shí)間為1ms，而示波器屏幕上的X軸分成10個(gè)刻度，則相應(yīng)每格X刻度代表的時(shí)間就是0.1ms。

至于鋸齒波的回程時(shí)間，越短越好，這樣就可以盡量減少回掃線對(duì)示波器波形的影響，但實(shí)際上回掃需要一定時(shí)間，為使回掃產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可以設(shè)法使掃描回程的輝度減弱，以減少回掃線對(duì)波形的影響。

X軸鋸齒波發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生示波器掃描所需要的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，根據(jù)掃描要求，鋸齒波應(yīng)該線性良好，回程短，并且頻率可調(diào)。鋸齒波的頻率調(diào)節(jié)也稱為掃描周期的調(diào)節(jié)。

4）同步觸發(fā)系統(tǒng)

在觀察周期信號(hào)時(shí)，如果掃描電壓的周期恰好是被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍，則掃描的后一個(gè)周期描繪的波形就與前一周期描繪的波形完全一樣，這樣在熒光屏上就可以得到清晰而穩(wěn)定的波形，這稱為信號(hào)與掃描電壓同步。

但是實(shí)際上，掃描電壓是由示波器本身的X軸鋸齒波發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的，它與Y軸輸入的被測(cè)信號(hào)并不相關(guān)。因此，掃描電壓的周期恰好是被測(cè)信號(hào)周期整數(shù)倍的情況很難碰到。當(dāng)掃描電壓的周期不是被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍時(shí)，每一次從X軸左端開始時(shí)的Y軸信號(hào)都不相等，這樣就會(huì)造成觀察結(jié)果的混亂。

為解決這一問(wèn)題，常利用被測(cè)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)同步觸發(fā)信號(hào)，用同步信號(hào)去控制X軸鋸齒波發(fā)生系統(tǒng)，強(qiáng)迫X軸鋸齒波發(fā)生器的周期變成被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍，這就是同步觸發(fā)系統(tǒng)。同步觸發(fā)系統(tǒng)可以使X軸鋸齒波發(fā)生系統(tǒng)和外部的待測(cè)信號(hào)同步，從而穩(wěn)定地顯示外部信號(hào)。

以上是通用示波器最基本的顯示原理，實(shí)際上，一些示波器也可以用X、Y軸都顯示外部信號(hào)，X軸鋸齒波發(fā)生系統(tǒng)還可以用到脈沖觸發(fā)的情況，還有的示波器有多蹤顯示、存儲(chǔ)顯示、打印等功能。

3.示波器使用前的檢查

使用示波器對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)熟悉面板上各旋鈕的作用，檢查當(dāng)?shù)仉娫措妷菏欠駷?20V±10%，如果不相符，則嚴(yán)禁使用。ST16A型示波器面板上控制旋鈕的位置如圖1-24所示，各旋鈕的作用如下。

（1）輝度調(diào)節(jié)旋鈕。調(diào)節(jié)該旋鈕可以改變圖形的亮度。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)亮度增加，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)亮度減弱。

（2）聚焦調(diào)節(jié)旋鈕。調(diào)節(jié)該旋鈕可使電子束聚集成小圓點(diǎn)或細(xì)線，從而得到清晰的波形。

（3）探極校準(zhǔn)。提供幅度0.5V，頻率為1kHz的對(duì)稱方波信號(hào)，用于校正10∶1探極補(bǔ)償電容和校準(zhǔn)示波器垂直輸入靈敏度和時(shí)基掃描速度。

（4）垂直輸入靈敏度選擇開關(guān)（電壓/格）。輸入靈敏度為10mV/div～5V/div，分為9擋。根據(jù)被測(cè)信號(hào)的電壓幅度及觀察的方便，選擇合適的擋位。其中，第一擋（方波符號(hào)）為10mV的方波校正信號(hào)，供垂直輸入靈敏度和水平時(shí)基掃速校準(zhǔn)之用。

（5）時(shí)基掃描速度選擇開關(guān)（時(shí)間/格）。掃描速度的選擇范圍為0.1μs/div～1s/div，分為19擋。可根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率高低選擇適當(dāng)?shù)膿跷弧?/p>

（6）Y（垂直）移位旋鈕。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)該旋鈕時(shí)，可使光點(diǎn)或波形上移；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)光點(diǎn)或波形下移。

（7）垂直微調(diào)旋鈕。用于調(diào)節(jié)垂直放大器的增益，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)增益變大，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)增益變小。

（8）X（水平）移位旋鈕。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)該旋鈕時(shí)，可使光點(diǎn)或波形右移，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)光點(diǎn)或波形左移。

（9）水平微調(diào)旋鈕。用于調(diào)節(jié)時(shí)基掃描速度，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)掃描速度加快，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)掃描速度減慢。

（10）Y輸入插孔。用以輸入被測(cè)信號(hào)。

（11）耦合方式（AC⊥DC）轉(zhuǎn)換開關(guān)。“DC”表示輸入端處于直流耦合狀態(tài)；“AC”表示輸入端處于交流耦合狀態(tài)；“⊥”表示輸入端處于接地狀態(tài)。

（12）內(nèi)、電源、外開關(guān)。觸發(fā)信號(hào)源選擇開關(guān)。當(dāng)該開關(guān)置于“內(nèi)”時(shí)，觸發(fā)信號(hào)來(lái)自Y放大器的被測(cè)信號(hào)；當(dāng)該開關(guān)置于“外”時(shí)，觸發(fā)信號(hào)來(lái)自“X外”觸發(fā)；該開關(guān)置于“電源”時(shí)觸發(fā)信號(hào)來(lái)自Y放大器的被測(cè)電視信號(hào)。

（13）觸發(fā)方式（自動(dòng)、常態(tài)、電視）選擇開關(guān)。將該開關(guān)置于“自動(dòng)”，無(wú)信號(hào)時(shí)，屏幕上顯示光跡；有信號(hào)時(shí)，與電平控制旋鈕配合，顯示穩(wěn)定波形。將該開關(guān)置于“常態(tài)”，無(wú)信號(hào)時(shí)，屏幕上無(wú)掃描光跡；有信號(hào)時(shí)，與電平控制旋鈕配合，顯示穩(wěn)定波形。將該開關(guān)置于“電視”，用于觀察電視場(chǎng)信號(hào)。

（14）+、-、X外開關(guān)，是觸發(fā)信號(hào)的極性轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)開關(guān)置于“X外”時(shí)，使“X外觸發(fā)”插座成為水平信號(hào)的輸入端。當(dāng)開關(guān)置于“+”時(shí)，選擇信號(hào)上升沿觸發(fā)；當(dāng)開關(guān)置于“-”時(shí)，選擇信號(hào)下降沿觸發(fā)。

（15）電平旋鈕。當(dāng)此旋鈕置于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，掃描電路處于自激狀態(tài)，能自動(dòng)掃描。該旋鈕處于正常位置時(shí)，調(diào)節(jié)它可改變觸發(fā)信號(hào)的電平值。在觸發(fā)掃描過(guò)程中，遇到波形不穩(wěn)定時(shí)，可調(diào)整此電位器使之穩(wěn)定。

（16）（水平）輸入插孔：是水平信號(hào)或外觸發(fā)信號(hào)的輸入端。

（17）電源開關(guān)：用于整機(jī)電源的通、斷。

在開機(jī)之前有幾個(gè)旋鈕的位置要檢查。例如，水平移位調(diào)整鈕和垂直移位調(diào)整鈕要置于中心位置；觸發(fā)信號(hào)源選擇開關(guān)置于內(nèi)部位置；觸發(fā)方式選擇開關(guān)左旋至自動(dòng)位置，如圖1-24所示。

示波器開機(jī)須做如下調(diào)整：將示波器的電源開關(guān)置于“開”的位置，電源接通，指示燈亮，然后調(diào)整亮度旋鈕，示波管上就會(huì)出現(xiàn)一條橫向亮線，再調(diào)整聚焦鈕使顯示圖像清晰。如果顯示的掃描線不在示波管中央，可微調(diào)一下水平或垂直微調(diào)旋鈕。

圖顯電信示波器，觀察波形測(cè)周期，

分類方法有多種，常用雙蹤示波器，

基本組成四部分，偏轉(zhuǎn)（垂直與水平）、觸發(fā)、顯示器，

使用之前要檢查，旋鈕作用要熟悉。

1.2.2 示波器的使用

1.示波器探頭的鏈接與校正

通常，在測(cè)量時(shí)為了降低外界噪聲的干擾，使用高阻抗探頭比較好。但是使用探頭所測(cè)量的信號(hào)會(huì)衰減為原來(lái)幅度的1/10。ST16A型示波器使用10∶1探頭最大可測(cè)200V（p-p）信號(hào)電壓（交流和直流的合成電壓或交流電壓），ST16A型示波器探頭如圖1-25所示。

使用探頭測(cè)量信號(hào)時(shí)，為了得到較高的測(cè)量精度，測(cè)量前預(yù)先將示波器的校正電壓加到探頭上，即將探頭接到探極校準(zhǔn)端，如圖1-26所示。將示波器探頭接到校正信號(hào)輸出端，示波管上會(huì)出現(xiàn)1kHz的方波脈沖信號(hào)，如果方波的形狀不好，如圖1-27所示，此時(shí)可以用螺絲刀微調(diào)示波器探頭上的微調(diào)電容，使顯示的波形正常，如圖1-26所示。

示波器探頭中設(shè)有一個(gè)可調(diào)電容，探頭一端的插頭上有一個(gè)調(diào)整用的小孔，可以進(jìn)行微調(diào)，一邊觀測(cè)信號(hào)波形一邊進(jìn)行調(diào)整，直到波形良好為止。

2.是播求的應(yīng)用

示波器主要應(yīng)用在電壓、時(shí)間、頻率的測(cè)量方面。

（1）直流電壓的測(cè)量。依據(jù)屏幕上零基線與被測(cè)信號(hào)掃描基線之間的距離，可以進(jìn)行直流電壓的測(cè)量。

調(diào)出基線后，執(zhí)行下列步驟：①此時(shí)信號(hào)耦合開關(guān)在“GND”擋，顯示的基線為零電平的參考基準(zhǔn)線，為測(cè)量及讀數(shù)方便，可通過(guò)垂直移位旋鈕，將零基線調(diào)節(jié)到便于讀數(shù)的位置，并記住此位置；②將信號(hào)耦合開關(guān)置于“DC”擋；③輸入被測(cè)信號(hào)，此時(shí)掃描基線在垂直方向產(chǎn)生了位移，若此時(shí)的掃描基線已超出了屏幕范圍，可調(diào)節(jié)衰減開關(guān)（增大擋位），使掃描基線回到屏幕內(nèi)；④掃描基線在垂直方向上的位移格數(shù)與衰減開關(guān)指示數(shù)值的乘積，就是被測(cè)直流電壓的數(shù)值；⑤若掃描基線向上位移，則直流電壓為正值。若掃描基線向下位移，則直流電壓為負(fù)值。

例如，垂直輸入靈敏度選擇開關(guān)置于“0.5V”擋，掃描基線上移2.6格，則被測(cè)直流電壓U的數(shù)值為

U=0.5V×2.6=1.3V

直流電壓波形測(cè)量圖如圖1-28所示。

（2）交流電壓的測(cè)量。交流電壓的測(cè)量方法是：①調(diào)出基線，調(diào)節(jié)垂直移位旋鈕，使基線在屏幕中央；②將信號(hào)耦合開關(guān)置于“AC”擋；③輸入被測(cè)信號(hào)，調(diào)節(jié)衰減開關(guān)，使被測(cè)信號(hào)波形不超出屏幕范圍；④被測(cè)信號(hào)波形峰-峰值在垂直方向的格數(shù)與衰減開關(guān)指示數(shù)值的乘積，就是被測(cè)交流電壓的峰-峰數(shù)值。

例如，垂直輸入靈敏度選擇開關(guān)置于“0.5V”擋，波形峰-峰值格數(shù)為3.6格，則被測(cè)交流電壓峰-峰值Up-p為

Up-p=0.5V×3.6=1.8V

交流電壓波形測(cè)量如圖1-29所示。鋸齒波、三角波、矩形脈沖等周期性變化的信號(hào)電壓的測(cè)量方法與上述方法相同。

（3）周期（或頻率）的測(cè)量。周期（或頻率）的測(cè)量方法是：①將被測(cè)信號(hào)波形完整顯示在屏幕上，方法同前所述；②將掃描速度調(diào)整旋鈕置于校準(zhǔn)位置；③波形變化一個(gè)周期在水平方向的格數(shù)乘以時(shí)基開關(guān)所指的數(shù)值，就是被測(cè)信號(hào)的周期。

例如，圖130（a）中的時(shí)基開關(guān)撥到“20μs”擋，正弦波信號(hào)變化一個(gè)周期在水平方向的格數(shù)為2.5格，則周期T為

T=20μs×2.5=50μs

頻率f為

f=1/T=1/50μs=20kHz

圖1-30（b）中的時(shí)基開關(guān)撥到“0.5ms”擋，正弦波信號(hào)變化一個(gè)周期在水平方向的格數(shù)為1.2格，則周期T為

T=0.5ms×1.2=0.6ms

頻率f為

f=1/T=1/0.6ms=1666.67Hz

（4）相位差的測(cè)量。在許多情況下，需要測(cè)量某一電路中信號(hào)的相位移動(dòng)。例如，要測(cè)量三角波經(jīng)放大器放大后，輸入、輸出信號(hào)的相位差，可以采用如下方法測(cè)量：①利用雙蹤示波器分別調(diào)出1通道和2通道的基線：②將1通道和2通道的信號(hào)耦合開關(guān)置于“AC”擋；③根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率，選擇時(shí)基開關(guān)的擋位；④將放大器輸入端信號(hào)送入1通道，調(diào)節(jié)衰減開關(guān)，使波形幅度合適；⑤將放大器輸出端信號(hào)送入2通道，調(diào)節(jié)衰減開關(guān)，使波形幅度合適；⑥將顯示方式選擇開關(guān)置于斷續(xù)（CHOP）或交替（ALT）擋位。此時(shí)1通道和2通道的信號(hào)同時(shí)顯示在屏幕上，即雙蹤顯示；⑦調(diào)整垂直移位旋鈕，使兩個(gè)信號(hào)的波峰（或波谷）幅度對(duì)齊，如圖131所示，讀出兩波峰（或波谷）之間的水平距離d，以及信號(hào)變化一個(gè)周期在水平軸的距離x，按下述公式計(jì)算出相位差θ：

θ=360°/x·d

例如，如圖131所示，兩個(gè)三角波的波峰距離為1cm，三角波的一個(gè)周期的距離為8cm，則兩個(gè)三角波的相位差θ為

知識(shí)要訣

測(cè)前探頭要校正，頭接探極校準(zhǔn)端，

示波出現(xiàn)方脈沖，波形不好調(diào)電容。

測(cè)量直流、交流壓，耦合方式要分清，

測(cè)量周期與相位，時(shí)基開關(guān)要選定。