示波器使用中的常见问题

所谓黑屏，就是示波器的荧光屏看起来没有任何光点，好像没有开机一样。造成这种现象的主要原因有以下几种：
1） 示波器的辉度不合适
示波器辉度被调整而引起黑屏的现象一般出现于，上次使用者由于测试需要降低了辉度（比如在昏暗的灯光下，过强的辉度会刺眼）；教师在考核学生时，故意将示波器辉度调整为最小；维修者的习惯性操作。但是，这个问题不容忽视，当出现黑屏时，首先检查辉度旋钮，并将其拧到最大，是一个良好的习惯。
2） 示波器没有触发扫描
辉度合适的情况下，仍然可能出现黑屏。
当示波器的触发方式为常态（Normal），如果输入通道没有接入有效信号，或者接入的信号幅度没有达到设定电平（Level），将不会引起X轴偏转板上锯齿波的产生。在多数情况下，荧光屏的左边（以观察者为基准）将会出现一个不移动的光点。但是，如果此时X轴基准位置（X_Position）不正确，将使得此光点不出现在屏幕上。这也就造成了黑屏。
解决的方法就是让示波器出现扫描线。因为，X_Position可以将一个光点移出屏幕，但是却无法将宽达8cm左右的扫描线整个移出。
将触发方式选择为自动触发（Auto）就可以让示波器产生扫描线。（参见1.1.2中第6个问题）
3） 示波器Y基线位置（Y_Position）不合适
如果示波器的Y轴基线位置不合适，即便产生扫描线，也有可能使得扫描线处于屏幕的上方或者下方，仍然可能出现黑屏。这种情况下，通过旋转 Y_Position旋钮，可以很快找回扫描线，而消除黑屏。
4） 不合适的被测信号
通过上述分析，可以得出，消除黑屏的一般步骤是：旋转辉度至最大（保证辉度正常）→将触发方式设为自动（保证扫描线产生）→将X位置旋钮旋至中间→满幅度调整Y_Position（找回扫描线）。
但是，即便此时，也有可能仍然黑屏。当被测信号是一种特殊信号，也有可能让观察者难以看到，而误认为是黑屏。当输入信号为上下沿均很陡的方波，由于Y轴增益的不合适，使得方波的高低电平均超出了Y轴显示范围，这种波形在荧光屏上仅仅出现了几条很陡的竖线。当示波管老化，或者其它原因，非常容易造成观察者难以察觉。
将输入耦合开关置于GND，示波器将关断输入信号而显示0线，就可以回避这个问题。
因此，按照下述步骤操作，一般均可顺利消除黑屏，除非示波器真的损坏了。
旋转辉度至最大（保证辉度正常）→将触发方式设为自动（保证扫描线产生）→将输入耦合开关置于GND（保证不受到奇异被测信号的影响）→将X位置旋钮旋至中间→满幅度调整Y_Position（找回扫描线）。
2． 张同学和李同学分别制作了一个波形发生器，输出都是1000Hz的方波。当将这两个被测信号分别接入一个示波器的通道1和通道2，每一路信号都可以稳定显示，用双踪显示却怎么也无法稳定显示两路波形，为什么？
任何两个非通源的波形发生器，要做到频率完全相同是不可能的。随着时间的推移，它们之间存在的相位差将不停地改变，因此，数字示波器可以记录某一个瞬间它们之间的相差关系，并稳定显示，而模拟示波器由于没有记录功能，只能显示观察的时刻它们之间不稳定的相差，因此，不稳定显示是正常的，稳定了反而是此前某一个时刻的记录或者出现了什么问题。
3． 一个周期性信号如图1.1.23A所示，周同学无论如何也无法将其在示波器上稳定显示，你有什么办法吗？

图1.1.23 一个特殊心电波形的触发显示方法
之所以难以稳定显示的原因是：无论使用上升沿还是下降沿触发，在图中显示的每个周期中，都存在2个满足电平触发条件的时刻（用纵向虚线表示）。这就造成如图1.1.23B所示的两个不同的触发位置，导致波形显示的不重叠。
仔细调整扫速的微调旋钮（内圈），可以使得第二个满足触发条件被正在发生的锯齿波所覆盖，而使波形稳定显示，如图1.1.23C所示。但是，这样就造成显示的波形无法读取时间参数（一旦改变微调，则示波器不在测量状态）。
复杂一些，但是可以解决问题的方法如下：
用比较器对输入信号进行数字化处理，产生如图1.1.23D所示的信号。然后，用2进制计数器将信号变为1.1.23E所示。用E图信号作为触发源，就可以稳定显示上述波形。
在数字电路中，预将图D所示的信号稳定显示，也经常使用这种方法。
4． 赵同学发现，示波器的触发方式选择存在与书上介绍不一致的地方。他将触发方式选择由常态（Normal）变为自动（Auto），按道理，触发将按照自动节律，波形会出来，但不会稳定。可是，他怎么改变信号频率，示波器仍然稳定显示，这是为什么？
现在生产的多数示波器，都丰富了AUTO（自动触发）的功能：当触发源信号满足电平触发条件，触发电路按照触发源产生锯齿波，这与NORM（常态触发）没有任何区别；当触发源信号不满足电平触发条件，才按照固定频率产生无法稳定波形显示的锯齿波。赵同学实验中输入的信号，满足电平触发条件，所以可以稳定显示。
5． 陈同学将一个峰峰值为1V的正弦波，用两根电缆线分别接入通道1和通道2，在示波器上读数，通道1为峰峰值1V，通道2却是0.8V，为什么？
陈同学没有将通道2的Y轴增益开关内圈旋钮右旋到底。应该右旋内圈旋钮，听到“啪嗒”声响，示波器才进入测量状态。
6． 王同学将一个峰峰值为1V的正弦波，用两根电缆线分别接入通道1和通道2，并且他学会了问题5，将两个通道的Y轴增益均设为测量状态，在示波器上读数，通道1为峰峰值1V，通道2却是0.1V，为什么？
王同学使用的是带衰减开关的电缆线。这种电缆线具有“×1”和“×10”两种选择。当置于“×10”位置时，电缆对输入信号进行1/10衰减，导致输入到示波器的信号幅度变为原信号的1/10。
7． 杨同学在一旁观察到了陈同学和王同学所犯的测量错误，他也将一个峰峰值为1V的正弦波，用两根没有任何衰减的电缆线分别接入自己示波器的通道1和通道2，并将两个通道的Y轴增益均设为测量状态，在示波器上读数，通道1为峰峰值1V，通道2却是0.85V，为什么？
这种情况，几乎可以肯定，是示波器的通道2发生了故障，通常是Y轴放大器的增益控制出现了问题，应该检修。
8． 输入信号是1Hz的方波，在示波器上却看到如图1.1.24所示的波形，为什么？
错误地将输入耦合开关置于AC，改变为DC就可以消除这种故障。
9． 能够用模拟示波器观察1Hz的信号吗？

图1.1.24 低频方波信号在AC耦合下的显示
模拟示波器是利用被测信号的周期性，在荧光屏上重复扫描获得稳定波形的。当被测信号频率较低时，用于扫描的锯齿波，其周期也会相应变长。这就造成观察者可以在屏幕上看到光点的缓慢移动，而不是波形连续的曲线。图1.1.24所示的波形，更确切地说，应该是光点移动的轨迹。但是，有些观察者可以通过大脑的记忆，而在大脑中形成这样的波形。因此，应该说，模拟示波器可以显示低频信号，但是效果不好。
有一种被称为“长余辉”的示波器，利用一种特殊的荧光粉——这种荧光粉，在电子束轰击并停止轰击后，会继续发出较长时间的余辉，余辉时间的长短，也是示波器的一个指标——可以使模拟示波器稳定显示更加低频的被测信号。
10． 将一个信号源的正弦波输出直接接到示波器的通道1，却看到一条直线。这是为什么？
这是教师在指导实验时，最常遇到的问题，只要同学们认真分析，就不难解决。可能造成这种现象的主要原因有：
 信号源本身就是损坏的；
 信号源没有使用正确；
 信号源存在过量的衰减，输出值太小；
 信号源的输出线断了；
 示波器是损坏的；
 示波器的通道选择错误（常见）；
 示波器的输入耦合开关错误地置于GND上（常见）；
 示波器扫速太快（常见）；
 示波器通道1的电缆线断了；
 其它可能的错误。
很显然，同学们遇到这样的问题，立即叫老师，是错误地认为，不是信号源坏了，就是示波器坏了，而仪器损坏自己是无能为力的，只好叫老师。实际上，以我们的经验，多数情况下，发生这种现象的原因是仪器损坏之外的。
正确的处理方法是：将信号源和示波器断开，用示波器的校准信号单独测试示波器，以保证示波器工作良好，然后用替换的方法，按照上述可能的故障，逐步查找，很快就可以找到故障所在。[page]
11． 孙同学发现了一个奇怪的现象：他将信号源输出电缆线的红线和示波器电缆线的红线连接在一起，却忘记将这两根电缆线的地线（黑线）接在一起。可是，他却在示波器上看到了清晰的信号源输出。这是为什么？
出于安全和抗干扰的要求，许多仪器设备都将机壳、信号地和电源引线中的大地相连（仪器的大地来源于建筑物就近的接地点，并且通过墙内的交流电源线，出现在电源插板上）。因此，当信号源和示波器共用一个电源插板，它们的信号地实际上已经连接在一起了。这就造成了张同学发现的奇怪现象：信号的单线传输。
12． 许同学明白了问题11后，心想，既然信号源的地线和示波器的地线已经在电源插板上连接在一起，以后只需要连接信号线就可以了，地线可以不接了。这样做，对吗？
这样做不对。不管外部连接与否，正确的使用规定的接地线是必须的。
13． 钱同学希望将输入信号反相后接入，于是他将信号源的黑线和示波器的红线连接，信号源红线与示波器黑线连接，这样做，可以吗，有危险吗？
由于问题11已经解释的原因，信号源和示波器的地线实际上已经连接在一起。当将信号源的红线和示波器的黑线连接在一起，实际上就等于将信号源的红线和自己的地线连接在一起，肯定会造成信号源的输出短路。轻则烧毁保险，重则引发更大的故障或者危险。
14． 何同学也发现了一个奇怪的现象：他用手接触示波器探头中的红线，发现示波器上显示出高达几十伏的，频率大约是50Hz的，很难看的信号。难道自己是一个信号源吗？或者自己的身体可以发电吗？
人体类似于一个大天线，在目前的环境中，接收50Hz交流电引起电磁场变化产生的干扰信号，是一种客观存在。这种干扰信号的特点是：电压幅度较大，高达几十伏，但是输出电阻也很大。因此，这种高电压干扰，既不能电击别人，也不能提供功率输出——点亮灯泡，或者电炉子。但是，这种信号在遇到高输入阻抗的仪器时，却能够将电压体现在仪器的输入端。示波器的输入电阻为1MΩ，接收并显示这个电压是正常的。
多数电路设计中，信号都具有较小的输出电阻，这些信号即便幅度很小，当它们与人体接触时，就类似于一个小幅度、低输出电阻的信号与一个大幅度、高输出电阻的信号的连接，实际的输出值几乎不会受到人体的干扰。这就是很多电路中，用手指接触电路的裸露部分，几乎不会影响电路工作的原因。而一旦电路设计中，出现某个裸露部分，具有较高的输出电阻，并且被人体接触，则电路有可能出现故障。这就是为什么有些仪器的内部电路，不允许随意触摸的原因。
这种特性，也被应用于一些检测领域：比如有一种触摸台灯，台灯表面有一个金属片，连接一个高输入电阻的检测部分——通常用高阻的场效应管实现，当人体感应的干扰信号通过手指接触到金属片，则放大电路就接受到一个比较大的电压信号，利用这个电压信号作为人体接触台灯的标识，来点亮或者关闭台灯。
15． 在双踪显示中，如何选择使用ALT（交替）或者CHOP（断续）？
在被测信号频率较低时，不宜使用ALT。
在被测信号频率较高时，不宜使用CHOP。
在大多数情况下，ALT和CHOP没有明显区别，可以随意使用。
16． 胡同学将探头校准信号引入通道1，却显示两个光点在屏幕上移动，是怎么回事？
是扫速不合适引起的。将扫速开关由原先的0.2s/DIV改为0.5ms/DIV，显示正常。
17． 示波器出现图1.1.25A所示的波形，是怎么回事？

图1.1.25 奇怪的显示波形1及其波形原貌

在双踪显示中，出现这种奇怪波形，一般是由于两个波形的显示位置不合适而引起的。实际的波形如图1.1.25B所示，由虚线、黑实线、白实线组成，其中黑实线在荧光屏之外，肯定无法显示，而虚线由于波形的沿很陡，实际扫描时间非常短暂，导致只有仔细观察，才有可能看到虚弱的线，一般都会被忽视。
改变两个通道的0电平位置——通过Y轴POSITION旋钮，或者改变其Y轴增益——通过Y轴增益开关，就可以消除这种奇怪的波形，而清楚地显示两个波形及其关系。
1． 示波器可以用于观察或者测量非周期性信号吗？
根据示波器工作原理，示波器无法将非周期性信号稳定显示，因此，似乎示波器面对非周期性信号，也就无能为力了。但是，观察者也可以利用示波器的不稳定显示，获得足够的信息，比如检测电源质量、观察噪声特征等。
因此，示波器也广泛应用于观察或者测量一些非周期性信号。
2． 怎样用示波器检测直流电源？
示波器可以粗略检测出直流电源是否满足要求：电压是否准确、纹波是否合适。
1） 直流电源的电压
判断直流稳压电源提供的输出电压，是否满足设计的数值要求，通常有两种方法：万用表测量和示波器测量。万用表使用方便，读数准确。但是，它无法判断电源是否含有较大的纹波。示波器读数不甚准确，使用也相对较为麻烦，但是，它的可视性弥补了这些缺陷，也被广泛采用。更加合理的方法是两者的结合：首先用示波器做粗率观察，然后用万用表做精确测量。
直接并仅用示波器检测直流电源的输出电压，通常应用于对电源电压的准确性要求不高的场合。从示波器屏幕上刻度可以看出，观察者一般可以分辩出刻度中的1/2个小格，而在示波器的纵轴上，有40个小格，因此，误差小于1/80的测量要求，示波器是难以实现的。加上示波器本身的误差，示波器测量就显得更为粗略。因此，示波器一般用于估测。
测量方法是，将示波器SWEEP MODE 选择为自动触发，输入耦合开关置于DC，然后根据0电平线读数。
2） 直流电源的纹波
将示波器的输入耦合开关置于AC，并适当增大Y轴增益，就可以看到直流电源上的纹波。尽管示波器难以将这样的非周期性信号稳定显示，但是观察者一般都可以从重叠波形中粗略读出纹波幅度，并用这个幅度来衡量直流电源的纹波大小。