示波器的使用方法及工作原理

示波器的使用方法:

  示波器,“人”如其名,就是显示波形的机器,它还被誉为“电子工程师的眼睛”。它的核心功能就是为了把被测信号的实际波形显示在屏幕上,以供工程师查找定位问题或评估系统性能等等。它的发展同样经历了模拟和数字两个时代

数字示波器,更准确的名称是数字存储示波器,即DSO(Digital Storage Oscilloscope)。这个“存储”不是指它可以把波形存储到U盘等介质上,而是针对于模拟示波器的即时显示特性而言的。模拟示波器靠的是阴极射线管(CRT,即俗称的电子枪)发射出电子束,而这束电子在根据被测信号所形成的磁场下发生偏转,从而在荧屏上反映出被测信号的波形,这个过程是即时地,中间没有任何的存储过程的。而数字示波器的原理却是这样的:首先示波器利用前端ADC对被测信号进行快速的采样,这个采样速度通常都可以达到每秒几百M到几G次,是相当快的;而示波器的后端显示部件是液晶屏,液晶屏的刷新速率一般只有几十到一百多Hz;如此,前端采样的数据就不可能实时的反应到屏幕上,于是就诞生了存储这个环节:示波器把前端采样来的数据暂时保存在内部的存储器中,而显示刷新的时候再来这个存储器中读取数据,用这级存储环节解决前端采样和后端显示之间的速度差异。


  很多人在第一次见到示波器的时候,可能会被他面板上众多的按钮唬住,再加上示波器一般身价都比较高,所以对使用它就产生了一种畏惧情绪。这是不必要的,因为示波器虽然看起来很复杂,但实际上要使用它的核心功能——显示波形,并不复杂,只要三四个步骤就能搞定了,而现在示波器的复杂都是因为附加了很多辅助功能造成的,这些辅助功能自然都有它们的价值,熟练灵活的应用它们可以起到事半功倍的效果。作为初学者,我们先不管这些,我们只把它最核心的、最基本的功能应用起来即可。


  示波器的使用解

  跟万用表类似,要使用示波器,首先也得把它和被测系统相连,用的是示波器探头,20-4所示。示波器一般都会有2个或4个通道(通常都会标有1~4的数字,而多余的那个探头插座是外部触发,一般用不到它),它们的低位是等同的,可以随便选择,把探头插到其中一个通道上,探头另一头的小夹子连接被测系统的参考地(这里一定要注意一个问题:示波器探头上的夹子是与大地即三插插头上的地线直接连通的,所以如果被测系统的参考地与大地之间存在电压差的话,将会导致示波器或被测系统的损坏),探针接触被测点,这样示波器就可以采集到该点的电压波形了(普通的探头不能用来测量电流,要测电流得选择专门的电流探头)。


  接下来就要通过调整示波器面板上的按钮,使被测波形以合适的大小显示在屏幕上了。只需要按照一个信号的两大要素——幅值和周期(频率与周期在概念上是等同的)来调整示波器的参数即可

在每个通道插座上方的旋钮,就是调整该通道的幅值的,即波形垂直方向大小的调整。转动它们,就可以改变示波器屏幕上每个竖格所代表的电压值,所以可称其为“伏格”调整,如以下两幅对比所示:左是1V/grid,右是500mV/grid,左波形的幅值占了2.5个格,所以是2.5V,右波形的幅值占了5个格,也是2.5V。推荐是将波形调整到右这个样子,因为此时波形占了整个测量范围的较大空间,可以提高波形测量的精度,3所示。

通常上方的伏格旋钮外,通常还会在面板上找到一个大小相同的旋钮(不一定像20-6所示的位置),这个旋钮是调整周期的,即波形水平方向大小的调整。转动它,就可以改变示波器屏幕上每个横格所代表的时间值,所以可称其为“秒格”调整,如以下两幅对比所示:左是500us/grid,右是200us/grid,左一个周期占2个格,周期是1ms,即频率为1KHz,右一个周期占5个格,也是1ms,即1KHz。这里就没有哪个更合理的问题了,具体问题具体对待,它们都是很合理的

示波器利用狭窄的,由高速电子组成的电子束,打在涂有荧光物质的屏面上,就可以产生细小的光点。在被测信号的作用下,电子束就好像一支笔的笔尖,可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。


  利用示波器能观察各种不同电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信号的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。


  双踪示波器是由两个通道的y轴前置放大电路、门控电路、电子开关、混合电路、延迟电路、y轴后置放大电路、触发电路、扫描电路、x轴放大电路、z轴放大电路、校准信号电路、示波管和高低压电源供给电路等组成。


  观察信号波形时,被测信号UA、UB,通过CHA、CHB两个输入端输入示波器,先分别送到y轴前置放大电路yA和yB进行放大。因通道yA和通道yB都受电子开关的控制,所以UA,UB两信号轮换着输送到后面的混合电路,延迟电路,y轴后置放大电路,加到示波管的垂直偏转板上。


  为了适应各种不同的测试需要,电子开关可有五种不同的工作状态,即CHA、CHB、交替、断续、ADD等。这五种工作状态由显示方式开关来控制。


  当显示方式开关置于交替位置时,电子开关为一双稳态电路。它受由扫描电路来得闸门信号控制,使得y轴两个前置通道随着扫描电路。触发方式有内触发,外触发两种,由触发源选择开关来选择,当该开关置于内的位置时,触发信号来自经y轴通道送入的被测信号,当该开关置于外的位置时,触发信号是由外部送入的。这个信号应与被测信号的频率成整数比的关系。示波器使用中,多数采用内触发工作方式。


  扫描电路产生扫描信号(锯齿波电路)。通过x轴选择开关接到x轴放大电路,经放大后送到示波器的x轴偏转板上。


  Z轴放大电路对荧光屏上光点辉度起着调节的作用,抹去不必要显示的光点轨迹。当扫描电路的闸门信号来到z轴放大电路时,z轴放大电路便输出正向的增辉脉冲信号,加至示波器的控制极。这就是说,在扫描信号的正程时,荧光屏上的光点得以增辉,在电子开关的转换过程中,电子开关电路将输出脉冲信号也加至z轴放大电路,此时z轴放大电路便输出负向脉冲信号,加至示波器的控制极。这样在电子开关的转换过程中,就消除了两通道交替工作时的过度光点,以提高显示波形的清晰度


  校正信号产生电路产生一个一定频率和幅度的矩形信号。它是作校正y轴放大电路的灵敏度和x轴的扫描速度之用的。


  高低压电源,其中高压是供给示波管显示系统的。低压供给示波器各级电路。

文章编辑:北京凡实测控技术有限公司    文章链接:http://www.beijingfanshi.com/SBQD SYFFHGZYY


2018年07月10日

示波器的作用以及新型数字示波器的应用
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