01 示波器工作原理

 

示shi波bo器qi是shi利li用yong電dian子zi示shi波bo管guan的de特te性xing

，將jiang人ren眼yan無wu法fa直zhi接jie觀guan測ce的de交jiao變bian電dian信xin號hao轉zhuan換huan成cheng圖tu像xiang，顯xian示shi在zai熒ying光guang屏ping上shang以yi便bian測ce量liang的de電dian子zi測ce量liang儀yi器qi。它ta是shi觀guan察cha數shu字zi電dian路lu實shi驗yan現xian象xiang、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係統
、同步係統
、X軸偏轉係統、Y軸偏轉係統、延遲掃描係統
、標準信號源組成。

 

1、示波管

 

陰極射線管(CRT)簡稱示波管
，是示波器的核心。它將電信號轉換為光信號。正如圖1所示
，電子槍
、偏轉係統和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內
，構成了一個完整的示波管。

 

圖1 示波管的內部結構和供電圖示

 

（1）熒光屏

 

現(xian)在(zai)的(de)示(shi)波(bo)管(guan)屏(ping)麵(mian)通(tong)常(chang)是(shi)矩(ju)形(xing)平(ping)麵(mian)
，內(nei)表(biao)麵(mian)沉(chen)積(ji)一(yi)層(ceng)磷(lin)光(guang)材(cai)料(liao)構(gou)成(cheng)熒(ying)光(guang)膜(mo)。在(zai)熒(ying)光(guang)膜(mo)上(shang)常(chang)又(you)增(zeng)加(jia)一(yi)層(ceng)蒸(zheng)發(fa)鋁(lv)膜(mo)。高(gao)速(su)電(dian)子(zi)穿(chuan)過(guo)鋁(lv)膜(mo)
，撞(zhuang)擊(ji)熒(ying)光(guang)粉(fen)而(er)發(fa)光(guang)形(xing)成(cheng)亮(liang)點(dian)。鋁(lv)膜(mo)具(ju)有(you)內(nei)反(fan)射(she)作(zuo)用(yong)，有(you)利(li)於(yu)提(ti)高(gao)亮(liang)點(dian)的(de)輝(hui)度(du)。鋁(lv)膜(mo)還(hai)有(you)散(san)熱(re)等(deng)其(qi)他(ta)作(zuo)用(yong)。

 

當電子停止轟擊後，亮點不能立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的10％所經過的時間叫做“餘輝時間”。餘輝時間短於10μs為極短餘輝，10μs—1ms為短餘輝，1ms—0.1s為中餘輝，0.1s-1s為長餘輝，大於1s為極長餘輝。一般的示波器配備中餘輝示波管
，高頻示波器選用短餘輝，低頻示波器選用長餘輝。

 

由於所用磷光材料不同，熒光屏上能發出不同顏色的光。一般示波器多采用發綠光的示波管，以保護人的眼睛。

 

（2）電子槍及聚焦

 

電子槍由燈絲(F)
、陰極(K)、柵極(G1)、前加速極(G2)(或稱第二柵極)、第一陽極(A1)和第二陽極(A2)組成。它的作用是發射電子並形成很細的高速電子束。燈絲通電加熱陰極，陰極受熱發射電子。

 

柵(zha)極(ji)是(shi)一(yi)個(ge)頂(ding)部(bu)有(you)小(xiao)孔(kong)的(de)金(jin)屬(shu)園(yuan)筒(tong)

，套(tao)在(zai)陰(yin)極(ji)外(wai)麵(mian)。由(you)於(yu)柵(zha)極(ji)電(dian)位(wei)比(bi)陰(yin)極(ji)低(di)，對(dui)陰(yin)極(ji)發(fa)射(she)的(de)電(dian)子(zi)起(qi)控(kong)製(zhi)作(zuo)用(yong)
，一(yi)般(ban)隻(zhi)有(you)運(yun)動(dong)初(chu)速(su)度(du)大(da)的(de)少(shao)量(liang)電(dian)子(zi)
，在(zai)陽(yang)極(ji)電(dian)壓(ya)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)能(neng)穿(chuan)過(guo)柵(zha)極(ji)小(xiao)孔(kong)，奔(ben)向(xiang)熒(ying)光(guang)屏(ping)。初(chu)速(su)度(du)小(xiao)的(de)電(dian)子(zi)仍(reng)返(fan)回(hui)陰(yin)極(ji)。

 

如果柵極電位過低，則全部電子返回陰極，即管子截止。調節電路中的W1電位器，可以改變柵極電位，控製射向熒光屏的電子流密度
，從而達到調節亮點的輝度。第一陽極、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒。前加速極G2與A2相連，所加電位比A1高。G2的正電位對陰極電子奔向熒光屏起加速作用。

 

電子束從陰極奔向熒光屏的過程中，經過兩次聚焦過程。第一次聚焦由K
、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一電子透鏡。第二次聚焦發生在G2

、A1
、A2區域，調節第二陽極A2的電位，能使電子束正好會聚於熒光屏上的一點，這是第二次聚焦。A1上的電壓叫做聚焦電壓
，A1又被叫做聚焦極。有時調節A1電壓仍不能滿足良好聚焦，需微調第二陽極A2的電壓，A2又叫做輔助聚焦極。

 

（3）偏轉係統

 

偏轉係統控製電子射線方向，使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。圖8.1中，Y1、Y2和Xl、X2兩對互相垂直的偏轉板組成偏轉係統。Y軸偏轉板在前
，X軸偏轉板在後，因此Y軸靈敏度高(被測信號經處理後加到Y軸)。兩對偏轉板分別加上電壓
，使兩對偏轉板間各自形成電場，分別控製電子束在垂直方向和水平方向偏轉。

 

（4）示波管的電源

 

weishishiboguanzhengchanggongzuo
，duidianyuangonggeiyouyidingyaoqiu。guidingdieryangjiyupianzhuanbanzhijiandianweixiangjin
，pianzhuanbandepingjundianweiweilinghuojiejinweiling。yinjibixugongzuozaifudianweishang。zhajiG1相對陰極為負電位(—30V~—100V)，而且可調，以實現輝度調節。第一陽極為正電位(約+100V~+600V)
，也應可調
，用作聚焦調節。

 

第二陽極與前加速極相連
，對陰極為正高壓(約+1000V)，相對於地電位的可調範圍為±50V。由於示波管各電極電流很小

，可以用公共高壓經電阻分壓器供電。

 

02 示波器的基本組成

 

從上一小節可以看出，隻要控製X軸偏轉板和Y軸偏轉板上的電壓，就能控製示波管顯示的圖形形狀。我們知道
，一個電子信號是時間的函數f(t)，它隨時間的變化而變化。因此
，隻要在示波管的X軸偏轉板上加一個與時間變量成正比的電壓，在y軸加上被測信號(經過比例放大或者縮小)
，示波管屏幕上就會顯示出被測信 號隨時間變化的圖形。電信號中，在一段時間內與時間變量成正比的信號是鋸齒波。

 

示波器的基本組成框圖如圖2所示。它由示波管、Y軸係統、X軸係統
、Z軸係統和電源等五部分組成。

 

圖2示波器基本組成框圖

 

被測信號①接到“Y"輸入端，經Y軸衰減器適當衰減後送至Y1放大器(前置放大)，推挽輸出信號②和③。經延遲級延遲Г1時間，到Y2放大器。放大後產生足夠大的信號④和⑤，加到示波管的Y軸偏轉板上。為了在屏幕上顯示出完整的穩定波形
，將Y軸的被測信號③引入X軸係統的觸發電路，在引入信號的正(或者負)極性的某一電平值產生觸發脈衝⑥，啟動鋸齒波掃描電路(時基發生器)，產生掃描電壓⑦。

 

由於從觸發到啟動掃描有一時間延遲Г2，為保證Y軸信號到達熒光屏之前X軸開始掃描，Y軸的延遲時間Г1應稍大於X軸的延遲時間Г2。掃描電壓⑦經X軸放大器放大，產生推挽輸出⑨和⑩，加到示波管的X軸偏轉板上。z軸(zhou)係(xi)統(tong)用(yong)於(yu)放(fang)大(da)掃(sao)描(miao)電(dian)壓(ya)正(zheng)程(cheng)
，並(bing)且(qie)變(bian)成(cheng)正(zheng)向(xiang)矩(ju)形(xing)波(bo)，送(song)到(dao)示(shi)波(bo)管(guan)柵(zha)極(ji)。這(zhe)使(shi)得(de)在(zai)掃(sao)描(miao)正(zheng)程(cheng)顯(xian)示(shi)的(de)波(bo)形(xing)有(you)某(mou)一(yi)固(gu)定(ding)輝(hui)度(du)
，而(er)在(zai)掃(sao)描(miao)回(hui)程(cheng)進(jin)行(xing)抹(mo)跡(ji)。

 

以上是示波器的基本工作原理。雙蹤顯示則是利用電子開關將Y軸輸入的兩個不同的被測信號分別顯示在熒光屏上。由於人眼的視覺暫留作用，當轉換頻率高到一定程度後，看到的是兩個穩定的、清晰的信號波形。

 

示波器中往往有一個精確穩定的方波信號發生器
，供校驗示波器用。

 

03 示波器使用

 

本節介紹示波器的使用方法。示波器種類、型號很多，功能也不同。數字電路實驗中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器。這些示波器用法大同小異。本節不針對某一型號的示波器
，隻是從概念上介紹示波器在數字電路實驗中的常用功能。

 

1、熒光屏

 

yingguangpingshishiboguandexianshibufen。pingshangshuipingfangxianghechuizhifangxianggeyouduotiaokeduxian
，zhishichuxinhaoboxingdedianyaheshijianzhijiandeguanxi。shuipingfangxiangzhishishijian
，chuizhifangxiangzhishidianya。shuipingfangxiangfenwei10格，垂直方向分為8格
，每格又分為5份。垂直方向標有0％，10％，90％
，100％等標誌
，水平方向標有10％
，90％標誌

，供測直流電平
、交流信號幅度、延遲時間等參數使用。根據被測信號在屏幕上占的格數乘以適當的比例常數(V／DIV

，TIME／DIV)能得出電壓值與時間值。

 

2、示波管和電源係統

 

（1）電源(Power)

 

示波器主電源開關。當此開關按下時
，電源指示燈亮，表示電源接通。

 

（2）輝度(Intensity)

 

旋轉此旋鈕能改變光點和掃描線的亮度。觀察低頻信號時可小些，高頻信號時大些。

 

一般不應太亮，以保護熒光屏。

 

（3）聚焦(Focus)

 

聚焦旋鈕調節電子束截麵大小，將掃描線聚焦成最清晰狀態。

 

（4）標尺亮度(Illuminance)

 

此旋鈕調節熒光屏後麵的照明燈亮度。正常室內光線下，照明燈暗一些好。室內光線不足的環境中，可適當調亮照明燈。

 

3、垂直偏轉因數和水平偏轉因數

 

（1）垂直偏轉因數選擇(VOLTS／DIV)和微調

 

在單位輸入信號作用下，光點在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度，這一定義對X軸和Y軸都適用。靈敏度的倒數稱為偏轉因數。垂直靈敏度的單位是為cm/V，cm／mV或者DIV／mV，DIV／V，垂直偏轉因數的單位是V／cm，mV／cm或者V／DIV，mV／DIV。實際上因習慣用法和測量電壓讀數的方便，有時也把偏轉因數當靈敏度。

 

蹤示波器中每個通道各有一個垂直偏轉因數選擇波段開關。一般按1，2，5方式從5mV／DIV到5V／DIV分為10檔。波段開關指示的值代表熒光屏上垂直方向一格的電壓值。例如波段開關置於1V／DIV檔時
，如果屏幕上信號光點移動一格，則代表輸入信號電壓變化1V。

 

每個波段開關上往往還有一個小旋鈕，微調每檔垂直偏轉因數。將它沿順時針方向旋到底，處於“校準”位wei置zhi

，此ci時shi垂chui直zhi偏pian轉zhuan因yin數shu值zhi與yu波bo段duan開kai關guan所suo指zhi示shi的de值zhi一yi致zhi。逆ni時shi針zhen旋xuan轉zhuan此ci旋xuan鈕niu
，能neng夠gou微wei調tiao垂chui直zhi偏pian轉zhuan因yin數shu。垂chui直zhi偏pian轉zhuan因yin數shu微wei調tiao後hou，會hui造zao成cheng與yu波bo段duan開kai關guan的de指zhi示shi值zhi不bu一yi致zhi
，這zhe點dian應ying引yin起qi注zhu意yi。許xu多duo示shi波bo器qi具ju有you垂chui直zhi擴kuo展zhan功gong能neng，當dang微wei調tiao旋xuan鈕niu被bei拉la出chu時shi，垂chui直zhi靈ling敏min度du擴kuo大da若ruo幹gan倍bei(偏轉因數縮小若幹倍)。例如
，如果波段開關指示的偏轉因數是1V/DIV，采用×5擴展狀態時，垂直偏轉因數是0.2V／DIV。

 

在做數字電路實驗時
，在屏幕上被測信號的垂直移動距離與+5V信號的垂直移動距離之比常被用於判斷被測信號的電壓值。

 

（2）時基選擇(TIME／DIV)和微調

 

時基選擇和微調的使用方法與垂直偏轉因數選擇和微調類似。時基選擇也通過一個波段開關實現，按1、2、5方式把時基分為若幹檔。波段開關的指示值代表光點在水平方向移動一個格的時間值。例如在1μS／DIV檔
，光點在屏上移動一格代表時間值1μS。

 

“微調”旋xuan鈕niu用yong於yu時shi基ji校xiao準zhun和he微wei調tiao。沿yan順shun時shi針zhen方fang向xiang旋xuan到dao底di處chu於yu校xiao準zhun位wei置zhi時shi，屏ping幕mu上shang顯xian示shi的de時shi基ji值zhi與yu波bo段duan開kai關guan所suo示shi的de標biao稱cheng值zhi一yi致zhi。逆ni時shi針zhen旋xuan轉zhuan旋xuan鈕niu
，則ze對dui時shi基ji微wei調tiao。旋xuan鈕niu拔ba出chu後hou處chu於yu掃sao描miao擴kuo展zhan狀zhuang態tai。通tong常chang為wei×10擴展，即水平靈敏度擴大10倍，時基縮小到1／10。例如在2μS/DIV檔，掃描擴展狀態下熒光屏上水平一格代表的時間值等於

 

2μS×(1/10)=0.2μS

 

TDS實驗台上有10MHz
、1MHz、500kHz、100kHz的時鍾信號
，由石英晶體振蕩器和分頻器產生
，準確度很高，可用來校準示波器的時基。

 

示波器的標準信號源CAL，專門用於校準示波器的時基和垂直偏轉因數。例如COS5041型示波器標準信號源提供一個VP-P=2V,f=1kHz的方波信號。

 

示波器前麵板上的位移(Position)旋鈕調節信號波形在熒光屏上的位置。旋轉水平位移旋鈕(標有水平雙向箭頭)左右移動信號波形，旋轉垂直位移旋鈕(標有垂直雙向箭頭)上下移動信號波形。

 

4

、輸入通道和輸入耦合選擇

 

（1）輸入通道選擇

 

輸入通道至少有三種選擇方式：通道1(CH1)
、通道2(CH2)、雙通道(DUAL)。選擇通道1時，示波器僅顯示通道1的信號。選擇通道2時，示波器僅顯示通道2的信號。選擇雙通道時

，示波器同時顯示通道1信號和通道2信號。測試信號時，首先要將示波器的地與被測電路的地連接在一起。

 

genjushurutongdaodexuanze，jiangshiboqitantouchadaoxiangyingtongdaochazuoshang
，shiboqitantoushangdediyubeicedianludedilianjiezaiyiqi
，shiboqitantoujiechubeicedian。shiboqitantoushangyouyishuangweikaiguan。cikaiguanbodao“×1”位置時，被測信號無衰減送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值。此開關撥到“×10"位置時，被測信號衰減為1／10
，然後送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值。

 

（2）輸入耦合方式

 

輸入耦合方式有三種選擇：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。當選擇“地”時，掃描線顯示出“示波器地”zaiyingguangpingshangdeweizhi。zhiliuouheyongyucedingxinhaozhiliujueduizhiheguancejidipinxinhao。jiaoliuouheyongyuguancejiaoliuhehanyouzhiliuchengfendejiaoliuxinhao。zaishuzidianlushiyanzhong，yibanxuanze“直流”方式，以便觀測信號的絕對電壓值。

 

5
、觸發

 

第一節指出，被測信號從Y軸輸入後，一部分送到示波管的Y軸偏轉板上
，驅動光點在熒光屏上按比例沿垂直方向移動；另一部分分流到x軸偏轉係統產生觸發脈衝，觸發掃描發生器，產生重複的鋸齒波電壓加到示波管的X偏轉板上
，使光點沿水平方向移動，兩者合一，光點在熒光屏上描繪出的圖形就是被測信號圖形。

 

由此可知
，正確的觸發方式直接影響到示波器的有效操作。為了在熒光屏上得到穩定的、清晰的信號波形，掌握基本的觸發功能及其操作方法是十分重要的。

 

（1）觸發源(Source)選擇

 

要(yao)使(shi)屏(ping)幕(mu)上(shang)顯(xian)示(shi)穩(wen)定(ding)的(de)波(bo)形(xing)，則(ze)需(xu)將(jiang)被(bei)測(ce)信(xin)號(hao)本(ben)身(shen)或(huo)者(zhe)與(yu)被(bei)測(ce)信(xin)號(hao)有(you)一(yi)定(ding)時(shi)間(jian)關(guan)係(xi)的(de)觸(chu)發(fa)信(xin)號(hao)加(jia)到(dao)觸(chu)發(fa)電(dian)路(lu)。觸(chu)發(fa)源(yuan)選(xuan)擇(ze)確(que)定(ding)觸(chu)發(fa)信(xin)號(hao)由(you)何(he)處(chu)供(gong)給(gei)。通(tong)常(chang)有(you)三(san)種(zhong)觸(chu)發(fa)源(yuan)：內觸發(INT)、電源觸發(LINE)

、外觸發EXT)。

 

內nei觸chu發fa使shi用yong被bei測ce信xin號hao作zuo為wei觸chu發fa信xin號hao，是shi經jing常chang使shi用yong的de一yi種zhong觸chu發fa方fang式shi。由you於yu觸chu發fa信xin號hao本ben身shen是shi被bei測ce信xin號hao的de一yi部bu分fen，在zai屏ping幕mu上shang可ke以yi顯xian示shi出chu非fei常chang穩wen定ding的de波bo形xing。雙shuang蹤zong示shi波bo器qi中zhong通tong道dao1或者通道2都可以選作觸發信號。

 

電源觸發使用交流電源頻率信號作為觸發信號。這種方法在測量與交流電源頻率有關的信號時是有效的。特別在測量音頻電路、閘流管的低電平交流噪音時更為有效。

 

外wai觸chu發fa使shi用yong外wai加jia信xin號hao作zuo為wei觸chu發fa信xin號hao，外wai加jia信xin號hao從cong外wai觸chu發fa輸shu入ru端duan輸shu入ru。外wai觸chu發fa信xin號hao與yu被bei測ce信xin號hao間jian應ying具ju有you周zhou期qi性xing的de關guan係xi。由you於yu被bei測ce信xin號hao沒mei有you用yong作zuo觸chu發fa信xin號hao，所suo以yi何he時shi開kai始shi掃sao描miao與yu被bei測ce信xin號hao無wu關guan。

 

正確選擇觸發信號對波形顯示的穩定、qingxiyouhendaguanxi。liruzaishuzidianludeceliangzhong，duiyigejiandandezhouqixinhaoeryan，xuanzeneichufakenenghaoyixie，erduiyuyigejuyoufuzazhouqidexinhao

，qiecunzaiyigeyutayouzhouqiguanxidexinhaoshi，xuanyongwaichufakenenggenghao。

 

（2）觸發耦合(Coupling)方式選擇

 

觸發信號到觸發電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發信號的穩定、可靠。這裏介紹常用的幾種。

 

AC耦合又稱電容耦合。它隻允許用觸發信號的交流分量觸發，觸發信號的直流分量被隔斷。通常在不考慮DC分量時使用這種耦合方式，以形成穩定觸發。但是如果觸發信號的頻率小於10Hz
，會造成觸發困難。

 

直流耦合(DC)不隔斷觸發信號的直流分量。當觸發信號的頻率較低或者觸發信號的占空比很大時
，使用直流耦合較好。

 

低頻抑製(LFR)觸發時觸發信號經過高通濾波器加到觸發電路，觸發信號的低頻成分被抑製；高頻抑製(HFR)觸發時，觸發信號通過低通濾波器加到觸發電路，觸發信號的高頻成分被抑製。此外還有用於電視維修的電視同步(TV)觸發。這些觸發耦合方式各有自己的適用範圍，需在使用中去體會。

 

（3）觸發電平(Level)和觸發極性(Slope)

 

chufadianpingtiaojieyoujiaotongbutiaojie，tashidesaomiaoyubeicexinhaotongbu。dianpingtiaojiexuanniutiaojiechufaxinhaodechufadianping。yidanchufaxinhaochaoguoyouxuanniushedingdechufadianpingshi，saomiaojibeichufa。shunshizhenxuanzhuanxuanniu，chufadianpingshangsheng；逆(ni)時(shi)針(zhen)旋(xuan)轉(zhuan)旋(xuan)鈕(niu)
，觸(chu)發(fa)電(dian)平(ping)下(xia)降(jiang)。當(dang)電(dian)平(ping)旋(xuan)鈕(niu)調(tiao)到(dao)電(dian)平(ping)鎖(suo)定(ding)位(wei)置(zhi)時(shi)，觸(chu)發(fa)電(dian)平(ping)自(zi)動(dong)保(bao)持(chi)在(zai)觸(chu)發(fa)信(xin)號(hao)的(de)幅(fu)度(du)之(zhi)內(nei)
，不(bu)需(xu)要(yao)電(dian)平(ping)調(tiao)節(jie)就(jiu)能(neng)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)穩(wen)定(ding)的(de)觸(chu)發(fa)。當(dang)信(xin)號(hao)波(bo)形(xing)複(fu)雜(za)

，用(yong)電(dian)平(ping)旋(xuan)鈕(niu)不(bu)能(neng)穩(wen)定(ding)觸(chu)發(fa)時(shi)，用(yong)釋(shi)抑(yi)(HoldOff)旋鈕調節波形的釋抑時間(掃描暫停時間)，能使掃描與波形穩定同步。

 

極性開關用來選擇觸發信號的極性。撥在“+”位置上時，在信號增加的方向上，當觸發信號超過觸發電平時就產生觸發。撥在“-”位置上時
，在信號減少的方向上，當觸發信號超過觸發電平時就產生觸發。觸發極性和觸發電平共同決定觸發信號的觸發點。

 

6
、掃描方式(SweepMode)

 

掃描有自動(Auto)
、常態(Norm)和單次(Single)三種掃描方式。

 

● 自動：當無觸發信號輸入，或者觸發信號頻率低於50Hz時
，掃描為自激方式。

 

● 常態：當無觸發信號輸入時，掃描處於準備狀態，沒有掃描線。觸發信號到來後
，觸發掃描。

 

● 單次：單次按鈕類似複位開關。單次掃描方式下，按單次按鈕時掃描電路複位，此時準備好(Ready)燈(deng)亮(liang)。觸(chu)發(fa)信(xin)號(hao)到(dao)來(lai)後(hou)產(chan)生(sheng)一(yi)次(ci)掃(sao)描(miao)。單(dan)次(ci)掃(sao)描(miao)結(jie)束(shu)後(hou)，準(zhun)備(bei)燈(deng)滅(mie)。單(dan)次(ci)掃(sao)描(miao)用(yong)於(yu)觀(guan)測(ce)非(fei)周(zhou)期(qi)信(xin)號(hao)或(huo)者(zhe)單(dan)次(ci)瞬(shun)變(bian)信(xin)號(hao)
，往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)對(dui)波(bo)形(xing)拍(pai)照(zhao)。

 

上麵扼要介紹了示波器的基本功能及操作。示波器還有一些更複雜的功能，如延遲掃描、觸發延遲、X-Y工gong作zuo方fang式shi等deng，這zhe裏li就jiu不bu介jie紹shao了le。示shi波bo器qi入ru門men操cao作zuo是shi容rong易yi的de，真zhen正zheng熟shu練lian則ze要yao在zai應ying用yong中zhong掌zhang握wo。值zhi得de指zhi出chu的de是shi，示shi波bo器qi雖sui然ran功gong能neng較jiao多duo，但dan許xu多duo情qing況kuang下xia用yong其qi他ta儀yi器qi、儀表更好。例如
，在數字電路實驗中，判斷一個脈寬較窄的單脈衝是 否發生時，用邏輯筆就簡單的多；測量單脈衝脈寬時，用邏輯分析儀更好一些。

 

04 數字示波器使用必須注意問題

 

1、前言

 

數字示波器因具有波形觸發、存儲
、顯示、測量、波bo形xing數shu據ju分fen析xi處chu理li等deng獨du特te優you點dian，其qi使shi用yong日ri益yi普pu及ji。由you於yu數shu字zi示shi波bo器qi與yu模mo擬ni示shi波bo器qi之zhi間jian存cun在zai較jiao大da的de性xing能neng差cha異yi，如ru果guo使shi用yong不bu當dang
，會hui產chan生sheng較jiao大da的de測ce量liang誤wu差cha，從cong而er影ying響xiang測ce試shi任ren務wu。

 

2、區分模擬帶寬和數字實時帶寬

 

帶(dai)寬(kuan)是(shi)示(shi)波(bo)器(qi)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)指(zhi)標(biao)之(zhi)一(yi)。模(mo)擬(ni)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)帶(dai)寬(kuan)是(shi)一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)的(de)值(zhi)，而(er)數(shu)字(zi)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)帶(dai)寬(kuan)有(you)模(mo)擬(ni)帶(dai)寬(kuan)和(he)數(shu)字(zi)實(shi)時(shi)帶(dai)寬(kuan)兩(liang)種(zhong)。數(shu)字(zi)示(shi)波(bo)器(qi)對(dui)重(zhong)複(fu)信(xin)號(hao)采(cai)用(yong)順(shun)序(xu)采(cai)樣(yang)或(huo)隨(sui)機(ji)采(cai)樣(yang)技(ji)術(shu)所(suo)能(neng)達(da)到(dao)的(de)最(zui)高(gao)帶(dai)寬(kuan)為(wei)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)數(shu)字(zi)實(shi)時(shi)帶(dai)寬(kuan)，數(shu)字(zi)實(shi)時(shi)帶(dai)寬(kuan)與(yu)最(zui)高(gao)數(shu)字(zi)化(hua)頻(pin)率(lv)和(he)波(bo)形(xing)重(zhong)建(jian)技(ji)術(shu)因(yin)子(zi)K相關（數字實時帶寬=最高數字化速率/K），一 般並不作為一項指標直接給出。

 

從(cong)兩(liang)種(zhong)帶(dai)寬(kuan)的(de)定(ding)義(yi)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)
，模(mo)擬(ni)帶(dai)寬(kuan)隻(zhi)適(shi)合(he)重(zhong)複(fu)周(zhou)期(qi)信(xin)號(hao)的(de)測(ce)量(liang)，而(er)數(shu)字(zi)實(shi)時(shi)帶(dai)寬(kuan)則(ze)同(tong)時(shi)適(shi)合(he)重(zhong)複(fu)信(xin)號(hao)和(he)單(dan)次(ci)信(xin)號(hao)的(de)測(ce)量(liang)。廠(chang)家(jia)聲(sheng)稱(cheng)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)帶(dai)寬(kuan)能(neng)達(da)到(dao)多(duo)少(shao)兆(zhao)


，實(shi)際(ji)上(shang)指(zhi)的(de)是(shi)模(mo)擬(ni)帶(dai)寬(kuan)，數(shu)字(zi)實(shi)時(shi)帶(dai)寬(kuan)是(shi)要(yao)低(di)於(yu)這(zhe)個(ge)值(zhi)的(de)。例(li)如(ru)說(shuo)TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz
，實際上是指其模擬帶寬為500MHz，而最高數字實時帶寬隻能達到400MHz遠低於模擬帶寬。所以在測量單次信號時

，一定要參考數字示波器的數字實時帶寬
，否則會給測量帶來意想不到的誤差。

 

3、有關采樣速率

 

采樣速率也稱為數字化速率，是指單位時間內

，對模擬輸入信號的采樣次數
，常以MS/s表示。采樣速率是數字示波器的一項重要指標。

 

（1）如果采樣速率不夠，容易出現混迭現象

 

如果示波器的輸人信號為一個100KHz的正弦信號
，示波器顯示的信號頻率卻是50KHz，這(zhe)是(shi)怎(zen)麼(me)回(hui)事(shi)呢(ne)？這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)采(cai)樣(yang)速(su)率(lv)太(tai)慢(man)，產(chan)生(sheng)了(le)混(hun)迭(die)現(xian)象(xiang)。混(hun)迭(die)就(jiu)是(shi)屏(ping)幕(mu)上(shang)顯(xian)示(shi)的(de)波(bo)形(xing)頻(pin)率(lv)低(di)於(yu)信(xin)號(hao)的(de)實(shi)際(ji)頻(pin)率(lv)，或(huo)者(zhe)即(ji)使(shi)示(shi)波(bo)器(qi)上(shang)的(de)觸(chu)發(fa)指(zhi)示(shi)燈(deng)已(yi)經(jing)亮(liang)了(le)，而(er)顯(xian)示(shi)的(de)波(bo)形(xing)仍(reng)不(bu)穩(wen)定(ding)。混(hun)迭(die)的(de)產(chan)生(sheng)如(ru)圖(tu)1所示。

 

那麼，對於一個未知頻率的波形

，如何判斷所顯示的波形是否已經產生混迭呢

？可以通過慢慢改變掃速t/div到較快的時基檔，看波形的頻率參數是否急劇改變，如果是，說明波形混迭已經發生；或者晃動的波形在某個較快的時基檔穩定下來，也說明波形混迭已經發生。根據奈奎斯特定理
，采樣速率至少高於信號高頻成分的2倍才不會發生混迭，如一個500MHz的信號
，至少需要1GS/s的采樣速率。有如下幾種方法可以簡單地防止混迭發生：

 

● 調整掃速；

● 采用自動設置（Autoset）；

● shizhejiangshoujifangshiqiehuandaobaoluofangshihuofengzhijiancefangshi，yinweibaoluofangshishizaiduogeshoujijiluzhongxunzhaojizhi，erfengzhijiancefangshizeshizaidangeshoujijiluzhongxunzhaozuidazuixiaozhi
，zheliangzhongfangfadounengjiancedaojiaokuaidexinhaobianhua。

 

如果示波器有InstaVu采集方式，可以選用，因為這種方式采集波形速度快
，用這種方法顯示的波形類似於用模擬示波器顯示的波形。

 

（2）采樣速率與t/div的關係

 

每台數字示波器的最大采樣速率是一個定值。但是
，在任意一個掃描時間t/div
，采樣速率fs由下式給出：

 

fs=N/(t/div)N為每格采樣點

 

當采樣點數N為一定值時，fs與t/div成反比，掃速越大
，采樣速率越低。

 

綜(zong)上(shang)所(suo)述(shu)，使(shi)用(yong)數(shu)字(zi)示(shi)波(bo)器(qi)時(shi)，為(wei)了(le)避(bi)免(mian)混(hun)迭(die)
，掃(sao)速(su)檔(dang)最(zui)好(hao)置(zhi)於(yu)掃(sao)速(su)較(jiao)快(kuai)的(de)位(wei)置(zhi)。如(ru)果(guo)想(xiang)要(yao)捕(bu)捉(zhuo)到(dao)瞬(shun)息(xi)即(ji)逝(shi)的(de)毛(mao)刺(ci)

，掃(sao)速(su)檔(dang)則(ze)最(zui)好(hao)置(zhi)於(yu)主(zhu)掃(sao)速(su)較(jiao)慢(man)的(de)位(wei)置(zhi)。

 

 

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