示波器
來源：作者：日期：2017-12-21 14:11:20點擊：8532次
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 | 應用學科 |
| 示波器 | oscilloscope | 電子測量儀器 | 機械工程；電測量儀器儀表 |
目錄
1、示波器的概述
2、示波器的作用
3、示波器的分類
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：
示波器是將人眼無法直接觀測的交變電信號轉換成圖像，顯示在顯示屏上以便觀察的電子測量儀器。它描繪電信號的波形曲線能夠說明信號的許多特性和用途：信號的時間和電壓值、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生頻率、是否存在故障部件使信號產生失真、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間變化的情況、多個波形信號對比等。
示波器的作用：
用來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、陰極射線管等組成。除觀測電流的波形外，還可以測定頻率、電壓強度等。凡可以變為電效應的周期性物理過程都可以用示波器進行觀測。
示波器的分類：
1.普通示波器。電路結構簡單，頻帶較窄，掃描線性差，僅用于觀察波形。
2.多用示波器。頻帶較寬，掃描線性好，能對直流、低頻、高頻、超高頻信號和脈沖信號進行定量測試。借助幅度校準器和時間校準器，測量的準確度可達±5%。
3.多線示波器。采用多束示波管，能在熒光屏上同時顯示兩個以上同頻信號的波形，沒有時差，時序關系準確。
4.多蹤示波器。具有電子開關和門控電路的結構，可在單束示波管的熒光屏上同時顯示兩個以上同頻信號的波形。但存在時差，時序關系不準確。
5.取樣示波器。采用取樣技術將高頻信號轉換成模擬低頻信號進行顯示，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，將單次電信號瞬變過程、非周期現象和超低頻信號長時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。被測信號經模一數變換器(A/D變換器)送入數據存儲器，通過鍵盤操作，可對捕獲的波形參數的數據，進行加、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生的交變電動勢的最大值的大小。因此借助示波器可以研究感應電動勢與其產生條件的關系。
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、掃描發生器(鋸齒波發生器)、觸發同步和電源等。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，屏上所涂的熒光物質就會發光，從而顯示出電子束的位置。當電子停止作用后，熒光劑的發光需經一定時間才會停止，稱為余輝效應。
(2)電子槍：由燈絲H、陰極K、控制柵極G、第一陽極A1、第二陽極A2五部分組成。燈絲通電后加熱陰極。陰極是一個表面涂有氧化物的金屬筒，被加熱后發射電子。控制柵極是一個頂端有小孔的圓筒，套在陰極外面。它的電位比陰極低，對陰極發射出來的電子起控制作用，只有初速度較大的電子才能穿過柵極頂端的小孔然后在陽極加速下奔向熒光屏。示波器面板上的“亮度”調整就是通過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。陽極電位比陰極電位高很多，電子被它們之間的電場加速形成射線。當控制柵極、第一陽極、第二陽極之間的電位調節合適時，電子槍內的電場對電子射線有聚焦作用，所以第一陽極也稱聚焦陽極。第二陽極電位更高，又稱加速陽極。面板上的“聚焦”調節，就是調第一陽極電位，使熒光屏上的光斑成為明亮、清晰的小圓點。有的示波器還有“輔助聚焦”，實際是調節第二陽極電位。
(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。在偏轉板上加以適當電壓，電子束通過時，其運動方向發生偏轉，從而使電子束在熒光屏上的光斑位置也發生改變。
容易證明，光點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多量程電壓表，這一作用是靠信號放大器和衰減器實現的。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小時，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，使輸入信號發生畸變，甚至使儀器受損。對一般示波器來說，X軸和Y軸都設置有衰減器，以滿足各種測量的需要。
3.掃描系統
掃描系統也稱時基電路，用來產生一個隨時間作線性變化的掃描電壓，這種掃描電壓隨時間變化的關系如同鋸齒，故稱鋸齒波電壓，這個電壓經X軸放大器放大后加到示波管的水平偏轉板上，使電子束產生水平掃描。這樣，屏上的水平坐標變成時間坐標，Y軸輸入的被測信號波形就可以在時間軸上展開。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，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選擇 。
示波器的正確使用：
使用前必須檢查電網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得過高，且亮點不宜長期停留在固定位置，特別是暫時不觀測波形時，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，將波形的關鍵部分移至屏幕中心區域進行觀測。
使用專用探頭，使用前須校正。
注意掃描方式、觸發信號觸發電平、觸發極性及觸發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，應首先根據說明書，將各控制件置于相應位置。然后接通電源開關，此時指示燈點亮。如果顯示屏上未出現水平掃描線，則按下尋跡開關，判斷掃描線偏離顯示屏的方向，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后，調整亮度、聚焦旋鈕，使兩條掃描線亮度適當。然后調節標尺亮度，照亮標尺上的刻度線，并調節Y位移旋鈕，使兩條掃描線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(如萬用表等)一樣，在使用之前都必需要先對其進行校正。而所謂對示波器的校正，是將示波器的原來波形在測試之前正確調試出來。也就是說，校正出來的波形要與示波器本身所設定的參數一致(這些參數通常會在校正的測試點標示出來)。
2)通用示波器通過調節亮度和聚焦旋鈕使光點直徑最小，以使波形清晰，減少測試誤差。
3)不要使光點停留在一點不動，否則電子束長時間轟擊一點，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，應檢查V/div開關上的微調旋鈕是否順時針旋到底(校準位置)，否則說明讀數是錯誤的。
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，超出這個范圍將影響儀器的正常工作。當電源電壓波動比較大時，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相連接，為了安全及減少外界環境對儀器的干擾，應將儀器機殼接地。
10)測試信號輸入線最好采用帶有香蕉插頭的高頻屏蔽線或單股線，輸入線盡量短一些，將香蕉插頭分別插入示波器Y輸入與地接線柱及信號輸出儀器接線柱。
