第二讲 示波器入门原理及使用技巧

中心议题：

示波器的基本原理 示波器的使用方法 示波器的使用技巧

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电子元件技术网曾经整理过一期有关的示波器专题讲座，详细介绍了示波器的带宽、采样率和存储深度三大重要指标，各种探头的应用环境及解决方案，三大模式的采样原理，以及各种测试的操作及影响因素分析等，对示波器的使用进行了全方位地深度剖析，尤其适合中高工程师查阅研究。这一期的通用测试仪器与使用技巧大讲台介绍示波器的基本原理和使用方法，并收录示波器的18个使用技巧，适合初级工程师快速学习入门。

往期回顾：示波器基础系列讲座——重要指标，影响因素，解决方案

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，其利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上进行测量。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。

示波器工作原理

示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。

示波管是示波器的核心，由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成。电子枪用于产生并形成高速、聚束的电子流，去轰击荧光屏使之发光。偏转系统控制电子束在水平方向和垂直方向的运动，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。荧光屏位于示波管的终端，它的作用是将偏转后的电子束显示出来，以便观察。

电源供给电路供给垂直与水平放大电路、扫描与同步电路以及示波管与控制电路所需的负高压、灯丝电压等。

扫描电路产生一个锯齿波电压。该锯齿波电压的频率能在一定的范围内连续可调。锯齿波电压的作用是使示波管阴极发出的电子束在荧光屏上形成周期性的、与时间成正比的水平位移，即形成时间基线。这样，才能把加在垂直方向的被测信号按时间的变化波形展现在荧光屏上。

由于示波管垂直方向和水平方向的偏转灵敏度都很低，一般的被测信号电压都要先经过垂直放大电路的放大，再加到示波管的垂直偏转板上，以得到垂直方向的适当大小的图形；接入示波管水平偏转板的电压（锯齿波电压或其它电压）也要先经过水平放大电路的放大以后，再加到示波管的水平偏转板上，以得到水平方向适当大小的图形。

示波器的基本组成框图如下图所示。它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和电源等五部分组成。

示波器基本组成框图

关于示波器各组成部分详情介绍，请参考：示波器的工作原理

示波器的使用方法

示波器的使用分为面板装置的使用、Y轴插件部分使用及X轴插件部分使用，涉及到示波管和电源系统、垂直偏转因数和水平偏转因数、时基选择和微调、输入通道和输入耦合选择、触发源选择、触发耦合方式选择、触发电平和触发极性、扫描方式、显示信号、测量信号、交流峰值电压测量、上升时间测量、相位差测量等。

下面介绍用示波器观察电信号波形的使用步骤。

1．获得基线：当操作者在使用无使用说明书的示波器时，首先要获得一条最细的水平基线，其具体方法如下：(1)预置面板各开关、旋钮。亮度置适中，聚焦和辅助聚焦置适中，垂直输入耦合置“AC’’，垂直电压量程选择置"5mv／div"，垂直工作方式选择置“CHl”，垂直灵敏度微调校准位置置“CAL"，垂直通道同步源选择置中间位置，垂直位置置中间位置，A和B扫描时间因数一起预置在“0．5ms／div"，A扫描时间微调置校准位置“CAL’’，水平位移置中间位置，扫描工作方式置“A”，触发同步方式置“AUTO"，斜率开关置“+”，触发耦合开关置“AC’’，触发源选择置"INT"。(2)按下电源开关，电源指示灯点亮。(3)调节A亮度聚焦等有关控制旋钮，可出现纤细明亮的扫描基线，调节基线使其位置于屏幕中间与水平坐标刻度基本重合。(4)调节轨迹平行度控制使基线与水平坐标平行。

2．显示信号：一般情况下，示波器本身均有一个0．5Vp—p标准方波信号输出口，当获得基线后，即可将探头接到此处，此时屏幕应有一串方波信号，调节电压量程和扫描时间因数旋钮，方波的幅度和宽窄应变化，至此说明示波器基本调整完毕可以投入使用。

3．测量信号：将测试线接在CHl或CH2输入插座，测试探头触及测试点，即可在示波器上观察到波形。如果波形幅度太大或太小，可调整电压量程旋钮；如果波形周期显示不适合，可调整扫描速度旋钮。

4．选择Y轴耦合方式：根据被测信号频率的高低，将Y轴输入耦合方式选择“AC-地-DC”开关置于AC或DC。

5．选择Y轴灵敏度：根据被测信号的大约峰-峰值（如果采用衰减探头，应除以衰减倍数；在耦合方式取DC档时，还要考虑叠加的直流电压值），将Y轴灵敏度选择V/div开关（或Y轴衰减开关）置于适当档级。实际使用中如不需读测电压值，则可适当调节Y轴灵敏度微调（或 Y轴增益）旋钮，使屏幕上显现所需要高度的波形。

6．选择触发（或同步）信号来源与极性：通常将触发（或同步）信号极性开关置于“+”或“-”档。

7．选择扫描速度：根据被测信号周期（或频率）的大约值，将X轴扫描速度t/div（或扫描范围）开关置于适当档级。实际使用中如不需读测时间值，则可适当调节扫速t/div微调（或扫描微调）旋钮，使屏幕上显示测试所需周期数的波形。如果需要观察的是信号的边沿部分，则扫速t/div开关应置于最快扫速档。

8．输入被测信号：被测信号由探头衰减后（或由同轴电缆不衰减直接输入，但此时的输入阻抗降低、输入电容增大），通过 Y轴输入端输入示波器。

关于示波器各部分的详细使用方法，请参考：示波器的使用方法

要想准确快速地对系统信号进行分析，测量时还有很多因素必须考虑。如仪器速度能否跟上被测信号的变化、带宽是否足够、测量方法会不会引入干扰，甚至还有所使用的探头是否合适等。以下收录18个示波器使用的常用技巧，供工程师参考。

示波器的常用使用技巧

1没有光点或波形
答：可能原因：电源未接通；辉度旋钮未调节好；X，Y轴移位旋钮位置调偏；Y轴平衡电位器调整不当，造成直流放大电路严重失衡。

2波形不稳定
答：可能原因：稳定度电位器顺时针旋转过度，致使扫描电路处于自激扫描状态（未处于待触发的临界状态）；触发耦合方式AC、AC（H）、DC开关未能按照不同触发信号频率正确选择相应档级；选择高频触发状态时，触发源选择开关误置于外档（应置于内档。）；部分示波器扫描处于自动档（连续扫描）时，波形不稳定。
可调整触发电平和触发点位置，选择AUTOSET键，按一次后示波器自动获取稳定波形或手动选择触发，旋转面板上TRIGGER旋钮（有的标示LEVEL)，慢慢旋转，直到波形稳定（前提是被测信号在示波器的带宽测量范围以内，且触发源需选择正确）。

3水平方向展不开
答：可能原因：触发源选择开关置于外档，且无外触发信号输入，则无锯齿波产生；电平旋钮调节不当；稳定度电位器没有调整在使扫描电路处于待触发的临界状态；X轴选择误置于X外接位置，且外接插座上又无信号输入；两踪示波器如果只使用A通道（B通道无输入信号），而内触发开关置于拉YB位置，则无锯齿波产生。

4垂直方向无展示
答：可能原因：输入耦合方式DC-接地-AC开关误置于接地位置；输入端的高、低电位端与被测电路的高、低电位端接反；输入信号较小，而V/div误置于低灵敏度档。

5垂直线条密集或呈现一矩形
答：可能原因：t/div开关选择不当，致使f扫描<

6水平线条密集或呈一条倾斜水平线
答：可能原因：t/div关选择不当，致使f扫描>>f信号。

7垂直方向的电压读数不准
答：可能原因：未进行垂直方向的偏转灵敏度（v/div）校准；进行v/div校准时，v/div微调旋钮未置于校正位置（即顺时针方向未旋足）；进行测试时，v/div微调旋钮调离了校正位置（即调离了顺时针方向旋足的位置）；使用l0 ：1衰减探头，计算电压时未乘以10倍；被测信号频率超过示波器的最高使用频率，示波器读数比实际值偏小；测得的是峰-峰值，正弦有效值需换算求得。

8水平方向的读数不准
答：可能原因：未进行水平方向的偏转灵敏度（t/div）校准；进行t/div校准时，t/div微调旋钮未置于校准位置（即顺时针方向未旋足）；进行测试时，t/div微调旋钮调离了校正位置（即调离了顺时针方向旋足的位置）；　　扫速扩展开关置于拉（×10）位置时，测试未按t/div开关指示值提高灵敏度10倍计算。

9交直流叠加信号的直流电压值分辨不清
答：可能原因：Y轴输入耦合选择DC-接地-AC 开关误置于AC档（应置于DC档）；测试前未将DC-接地-AC开关置于接地档进行直流电平参考点校正；Y轴平衡电位器未调整好。

10测不出两个信号间的相位差（波形显示法）
答：可能原因：双踪示波器误把内触发（拉YB）开关置于按（常态）位置应把该开关置于拉YB位置；双踪示波器没有正确选择显示方式开关的交替和断续档；单线示波器触发选择开关误置于内档；单线示波器触发选择开关虽置于外档，但两次外触发未采用同一信号。

11调幅波形失常
答：可能原因：t/div开关选择不当，扫描频率误按调幅波载波频率选择（应按音频调幅信号频率选择）。

12波形调不到要求的起始时间和部位
答：可能原因：稳定度电位器未调整在待触发的临界触发点上；触发极性（+、-）与触发电平（+、-）配合不当；触发方式开关误置于自动档（应置于常态档）。

13有些瞬时信号稍纵即失，如何捕捉并使其重现？ 
答：将示波器设置成单次采集方式(触发模式设置成Normal，触发条件设置成边沿触发，并将触发电平调到适当值，然后将扫描方式设置成单次方式)，示波器的存储深度将决定能采集信号的时间以及能用到的最大采样速率。

14有时抓不到经过放大后的电流信号?
答：将示波器触发模式设置成Normal，触发条件设置成边沿触发，并将触发电平调到适当值，然后将扫描方式设置成单次方式。如果这种方式还不行，那就可能是仪器出了问题。

15如何捕捉非周期性的信号?
答： ①、设定触发电平至需要的值。 ②、点击主控按钮SINGLE，机器开始等待，如果有某一信号达到设定的触发电平，即采样一次，显示在屏幕上。利用此功能可以轻易捕捉到偶然发生的事件， 例如幅度较大的突发性毛刺：将触发电平设置到刚刚高于正常信号电平，点击SINGLE按钮，则当毛刺发生时，机器自动触发并把触发前后一段时间的波形记录 下来。拖动触发位置标志线可以得到不同长度的负延迟触发，便于观察毛刺发生之前的波形。

16触发和波形采集的关系如何？ 
答：针对不同类型的示波器，示波器不同的捕获方式，触发和波形采集的关系不同。如果是采样示波器或 实时示波器的等价时间采样模式，一个波形的采集需要多次触发完成的。针对实时示波器的实时采样模式，触发一次，波形肯定会采集一次，不触发，波形也可能采 集，这就是触发的AUTO模式。（有三种触发模式，一种是AUTO，不触发，波形也会刷新，但波形在屏幕上会不稳定，另一种是NORMAL，只有触发才刷 新，最后一种是SINGLE，第一次触发捕获波形，以后就不在捕获波形了。）。

17在使用示波器时如何消除毛刺？ 
答：如果毛刺是信号本身固有的，而且想用边沿触发同步该信号（如正弦信号），可以用高频抑制触发方 式，通常可同步该信号。如果信号本身有毛刺，但想让示波器虑除该毛刺，不显示毛刺，通常很难做到。可以试着使用限制带宽的方法，但不小心可能也会把信号本 身虑掉一部分信息。若使用逻辑分析仪器，一般来说，使用状态采集的方法，有些在定时方式下采集到的毛刺，就看不到了。

18如何观察低压直流电源的噪声? 
答：①、连接示波器探头于通道A1（或A2）与被测点之间。 ②、设定触发源（Trigger Source）为A1或A2（必须与实际被测信号输入的通道一致）。 ③、点击A1或A2按钮，选定耦合方式为AC（交流）耦合。 ④、调节采样速率及垂直灵敏度，直至得到满意的显示。