數(shù)字示波器的原理及使用

數(shù)字示波器

模擬示波器以連續(xù)方式將被測(cè)信號(hào)顯示出來。數(shù)字示波器首先將被測(cè)信號(hào)抽樣和量化，變?yōu)槎M(jìn)制信號(hào)存貯起來，再?gòu)拇尜A器中取出信號(hào)的離散值，通過算法將離散的被測(cè)信號(hào)以連續(xù)的形式在屏幕上顯示出來。1.1示波器面板介紹電源開關(guān)：控制示波器電源的通斷校準(zhǔn)信號(hào)：提供1KHZ3V的基準(zhǔn)信號(hào)，用于示波器的自檢1.1示波器面板介紹屏幕：用于顯示被測(cè)信號(hào)的波形，測(cè)量刻度，以及操作菜單垂直通道控制部分：用于選擇被測(cè)信號(hào)，控制現(xiàn)實(shí)的被測(cè)信號(hào)在Y軸方向的大小或移動(dòng)輸入探頭插座：用于連接輸入電纜，以便輸入被測(cè)信號(hào)，共有兩路，CH1和CH21.1示波器面板介紹掃描部分：用于控制顯示的波形在水平軸方向的變化觸發(fā)部分：用于控制顯示的被測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定性1.1示波器面板介紹操作方式控制：提供“自動(dòng)調(diào)整”和“顯示靜止”兩種選擇輔助測(cè)量設(shè)置：提供顯示方式、測(cè)量方式、光標(biāo)方式、采樣頻率、應(yīng)用方式等選擇1.1示波器面板介紹屏幕電源開關(guān)輸入插座校準(zhǔn)信號(hào)測(cè)量輔助設(shè)置輔助操作穩(wěn)定觸發(fā)Y軸調(diào)整掃描調(diào)整屏幕菜單選擇1.1示波器面板介紹局部面板圖返回1.2屏幕刻度和標(biāo)注信息測(cè)量狀態(tài)觸發(fā)電平指示第一路被測(cè)信號(hào)指示CH1電壓檔位CH2電壓檔位掃描時(shí)間檔位顯示的信號(hào)在存貯器中的位置觸發(fā)信號(hào)源刻度線掃描線顯示的波形在時(shí)間周軸上移動(dòng)的相對(duì)時(shí)間，X軸與Y軸的交叉點(diǎn)為T=0返回屏幕菜單選擇鍵2.1.1探頭在輸入信號(hào)插座上接上測(cè)試探頭2.基本操作方法2.1垂直通道調(diào)整2.1.1探頭探頭地線探頭信號(hào)線測(cè)試鉤探頭衰減開關(guān)，一般應(yīng)打在X1檔返回2.1.2

Y通道選擇按CH1可取得CH1的控制權(quán)，隨后，位移旋鈕和電壓檔開關(guān)只對(duì)CH1信號(hào)有效而對(duì)CH2信號(hào)無效。若要在屏幕上關(guān)閉CH1信號(hào)，則應(yīng)先按以下CH1鍵，再按OFF鍵2.1.2

Y通道選擇按CH1鍵調(diào)出CH1菜單按屏幕菜單選擇鍵將衰減設(shè)為X1探頭衰減為X1屏幕菜單返回2.1.3輸入耦合選擇按此鍵選擇輸入耦合方式，共有3種：接地、交流和直流。輸入耦合的菜單2.1.3輸入耦合選擇返回2.1.4Y軸位移調(diào)整Y軸位移旋鈕返回2.1.5電壓測(cè)量讀數(shù)3.1格每格電壓檔位指示值電壓檔位調(diào)整開關(guān)電壓值=每檔指示值×格數(shù)=1V×3.1=3.1V返回3.2.1時(shí)間擋位調(diào)整3.2掃描調(diào)整按掃描菜單按鈕，調(diào)出掃描菜單3.2.1時(shí)間擋位調(diào)整掃描菜單，一般按此菜單所示設(shè)置3.2.1時(shí)間擋位調(diào)整時(shí)間檔調(diào)整開關(guān)3.2.1時(shí)間擋位調(diào)整掃描時(shí)間為每大格1ms掃描時(shí)間為大格200μs返回3.2.2時(shí)間參數(shù)測(cè)量調(diào)整X軸位移旋鈕，使被測(cè)信號(hào)波形的后沿（或者前沿）對(duì)準(zhǔn)X=0的軸線2大格被側(cè)信號(hào)的周期T=時(shí)間檔位值×格數(shù)=500μs×2=1000μs時(shí)間檔位值指示返回3.3穩(wěn)定觸發(fā)調(diào)整3.3.1觸發(fā)調(diào)節(jié)的作用3.3.1觸發(fā)源選擇3.3.2

觸發(fā)電平調(diào)整返回3.3.1觸發(fā)調(diào)節(jié)的作用示波器觸發(fā)調(diào)節(jié)的作用當(dāng)觸發(fā)調(diào)節(jié)不當(dāng)時(shí)，顯示的波形將出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。所謂波形不穩(wěn)定，是指波形左右移動(dòng)不能停止在屏幕上，或者，出現(xiàn)多個(gè)波形交織在一起，無法清楚地顯示波形。觸發(fā)調(diào)節(jié)是示波器操作的難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)，觸發(fā)部分調(diào)節(jié)的關(guān)鍵是正確選擇觸發(fā)源信號(hào)。3.3穩(wěn)定觸發(fā)調(diào)整3.3.1觸發(fā)調(diào)節(jié)的作用波形穩(wěn)定，靜止清晰波形不穩(wěn)定，輕則波形或向左或向右移動(dòng)不止，重則多個(gè)波形交織重疊在一起返回3.3.2觸發(fā)源選擇按觸發(fā)菜單鍵調(diào)出觸發(fā)菜單用屏幕菜單鍵選擇觸發(fā)源觸發(fā)源選擇菜單3.3.2觸發(fā)源選擇觸發(fā)源選擇原則單路測(cè)試時(shí)，觸發(fā)源必須與被測(cè)信號(hào)所在通道一致，例如，Y通道CH1測(cè)試時(shí)觸發(fā)源必須選CH1，否則波形將不穩(wěn)定。兩個(gè)同頻信號(hào)雙路測(cè)試時(shí)，應(yīng)選信號(hào)強(qiáng)的一路為觸發(fā)信號(hào)源。兩個(gè)有整倍數(shù)頻率關(guān)系的信號(hào)，應(yīng)選頻率低的一路作為觸發(fā)信號(hào)源。兩路沒有整倍數(shù)頻率關(guān)系的信號(hào)，無法同時(shí)穩(wěn)定顯示，除非用存儲(chǔ)方式。3.3.2觸發(fā)源選擇觸發(fā)源指示觸發(fā)電平指示線，這條線只有在調(diào)“LEVEL”旋鈕時(shí)才出現(xiàn)，隨后自動(dòng)消失觸發(fā)電平數(shù)值返回3.3.3觸發(fā)電平調(diào)整調(diào)整電平旋鈕使觸發(fā)電平線進(jìn)入被測(cè)信號(hào)電壓范圍內(nèi)，可使波形穩(wěn)定按50%按鈕可使觸發(fā)電平自動(dòng)調(diào)整到被測(cè)電壓值的中點(diǎn)，從而使波形穩(wěn)定3.3.3觸發(fā)電平調(diào)整

當(dāng)兩個(gè)被測(cè)信號(hào)同頻時(shí)，觸發(fā)源應(yīng)選其中較為穩(wěn)定的一路3.3.3觸發(fā)電平調(diào)整數(shù)字示波器面板控制部分局部圖當(dāng)選擇正弦波信號(hào)為觸發(fā)源時(shí)，僅正弦波一路信號(hào)穩(wěn)定此時(shí)方波信號(hào)不穩(wěn)定經(jīng)同步觸發(fā)的顯示未經(jīng)同步觸發(fā)的顯示示波器的使用方法＿＿觸發(fā)模式自動(dòng)：即使沒有觸發(fā)，由示波器中的定時(shí)器觸發(fā)掃描。正常：當(dāng)輸入信號(hào)不能滿足觸發(fā)條件示波器沒有任何顯示，如符合觸發(fā)條件，再次進(jìn)行捕獲，并刷新顯示的波形。單次：當(dāng)輸入的單次信號(hào)滿足觸發(fā)條件時(shí)，只進(jìn)行一次捕獲（掃描），將波形存儲(chǔ)和顯示在屏幕上。滾動(dòng)：是一種可以應(yīng)用于完全連續(xù)顯示的方式．注：在實(shí)際應(yīng)用中，采用正常觸發(fā)模式即使觸發(fā)以很慢的速率發(fā)生，也能觀測(cè)感興趣的內(nèi)容。對(duì)低重復(fù)的信號(hào)捕獲是非常有意義。邊緣觸發(fā)功能：使重復(fù)信號(hào)同步、穩(wěn)定顯示觸發(fā)位置、沿和觸發(fā)電平?jīng)Q定每次掃描的開始時(shí)刻。邊緣觸發(fā)控制器是使每一次掃描起始都從信號(hào)的相同觸發(fā)位置開始，不斷的顯示輸入信號(hào)的相同部分，并使每次捕獲的波形相重疊顯示。波形邊緣觸發(fā)電平的設(shè)置成為重復(fù)信號(hào)顯示的標(biāo)準(zhǔn)條件觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)電平觸發(fā)電平

觸發(fā)條件不符合

滿足觸發(fā)條件示波器的使用方法對(duì)于重復(fù)信號(hào)AUTOSET(自動(dòng)設(shè)置）是最簡(jiǎn)單的觸發(fā)方式。邊緣觸發(fā)和單次觸發(fā)：使簡(jiǎn)單單次信號(hào)得到捕獲 為使單次信號(hào)（包括重復(fù)信號(hào)中的過沖異常）得到捕獲。邊緣觸發(fā)條件是基本的觸發(fā)方式。但要同時(shí)設(shè)定單次觸發(fā)模式進(jìn)行配合。觸發(fā)電平觸發(fā)電平觸發(fā)電平觸發(fā)電平上升沿和電平構(gòu)成觸發(fā)條件下降沿和電平構(gòu)成觸發(fā)條件上升沿和電平構(gòu)成觸發(fā)條件沿和電平構(gòu)成觸發(fā)條件觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)示波器的使用方法觸發(fā)電平觸發(fā)電平多個(gè)觸發(fā)條件不能捕獲觸發(fā)電平邊沿與電平構(gòu)成唯一觸發(fā)條件能捕獲多個(gè)觸發(fā)條件不能捕獲觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)點(diǎn)3.4校準(zhǔn)信號(hào)的使用3.4.1

校準(zhǔn)信號(hào)的作用3.4.2

校準(zhǔn)信號(hào)的使用返回3.4.1校準(zhǔn)信號(hào)的作用3.4.1校準(zhǔn)信號(hào)的作用示波器提供一個(gè)頻率為1KHZ,電壓為3V的校準(zhǔn)信號(hào)，其作用是：①可以用于檢查示波器自身的測(cè)量是否準(zhǔn)確。②可以檢查輸入探頭是否完好。③當(dāng)使用比較法測(cè)量其他信號(hào)時(shí)，統(tǒng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作為參考信號(hào)。返回3.4.2校準(zhǔn)信號(hào)的使用校準(zhǔn)信號(hào)接入示意圖3.4.2校準(zhǔn)信號(hào)的使用校準(zhǔn)信號(hào)接入方法局部放大示意圖校正信號(hào)地線校準(zhǔn)信號(hào)輸出端3.4.2校準(zhǔn)信號(hào)的使用校準(zhǔn)信號(hào)的測(cè)量返回3VT=1ms當(dāng)測(cè)得校準(zhǔn)信號(hào)為1KHZ,3V時(shí)，說明接入探頭線完好，并且示波器Y通道和X通道測(cè)試準(zhǔn)確。4.小結(jié)示波器是電子測(cè)量中必備的儀表，每一個(gè)電子技術(shù)行業(yè)的從業(yè)者都必須熟練掌握。所謂“熟練”掌握有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：①每調(diào)節(jié)一個(gè)開關(guān)或旋鈕都有明確的目的；②調(diào)節(jié)順序正確沒有無效動(dòng)作；③快速。對(duì)初學(xué)者而言示波器使用有兩個(gè)難點(diǎn)：①Y軸輸入耦合開關(guān)的正確選擇；②觸發(fā)源的正確選擇。希望同學(xué)們?cè)诓僮骶毩?xí)時(shí)格外注意。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)所用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可以輸出頻率在0.2Hz-2MHz的正弦波、三角波、方波信號(hào)。面板主要控制件的作用：電源開關(guān)頻率顯示幅度顯示波形選擇頻率范圍選擇頻率微調(diào)幅度衰減幅度微調(diào)函數(shù)信號(hào)輸出AC常態(tài)觸發(fā)耦合方式（COUPLING）順時(shí)針旋足微調(diào)（VIRIABLE）CH1觸發(fā)源（TRIGGERSOURCE）0.1V(X)電壓衰減（VOLTS/DIV）0.5ms掃描速率（SEC/DIV）CH1垂直方式（MODE）觸發(fā)極性（SLOPE）居中位移（三只）（POSITION）自動(dòng)掃描方式（SWEEPMODE）居中聚焦（FOCUS）DC輸入耦合居中亮度（INTENSITV）作用位置控制件名稱作用位置控制件名稱4、測(cè)量前示波器面板控件的位置注意：測(cè)量時(shí)對(duì)控件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察波形打開信號(hào)發(fā)生器電源開關(guān)，將其輸出接CH1。調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率和電壓，調(diào)節(jié)示波器CH1通道偏轉(zhuǎn)因數(shù)、掃描速率、電平等，使示波器顯示穩(wěn)定的波形。觀察并畫出示波器上的波形。2、測(cè)量正弦信號(hào)電壓與周期

調(diào)好信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)，選擇示波器CH1通道合適的偏轉(zhuǎn)因數(shù)、選擇合適的掃描速率值，使屏上刻度范圍內(nèi)出現(xiàn)完整波形，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄入下表信號(hào)發(fā)生器示波器頻率（Hz）電壓示數(shù)（V）偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V/格)Y(格)掃描速率（s/格）X(格)例:幅度測(cè)量讀數(shù)偏轉(zhuǎn)因數(shù)：1V/格；測(cè)量原理偏轉(zhuǎn)因數(shù)時(shí)基因數(shù)周期測(cè)量讀數(shù)掃描時(shí)因數(shù)：1ms；峰峰值垂直距離：4.02格一個(gè)波長(zhǎng)的水平距離：5.10/3＝1.70格將信號(hào)分別輸入CH1和CH2通道，掃描速率旋鈕置X-Y（逆時(shí)針到底），調(diào)節(jié)信號(hào)幅度或改變通道偏轉(zhuǎn)因數(shù)，使圖形不超出熒光屏視場(chǎng)，觀察李薩如圖3、測(cè)量信號(hào)的頻率

觀察李薩如圖形兩個(gè)相互垂直的諧振動(dòng)合成時(shí)，若其頻率fx與fy

成簡(jiǎn)單的整數(shù)比，合成的軌跡是封閉的穩(wěn)定幾何圖形，稱為李薩如圖測(cè)量原理測(cè)量信號(hào)頻率調(diào)出=1:1、1:2、2:3、3:4的李薩如圖形，在下表中描下李薩如圖形并記下相應(yīng)CH2通道信號(hào)的頻率fy

nx＝2，ny＝3nx＝3，ny＝4nx：ny1:11:22:33:4李薩如圖形nxnyfy(Hz)fx(Hz)（待測(cè)）4、觀察“拍”現(xiàn)象

兩個(gè)同方向的諧振動(dòng)合成時(shí)，若其頻率f1與f2的差值遠(yuǎn)小于f1、f2，合成振動(dòng)的振幅隨時(shí)間緩慢的呈周期性變化，這種現(xiàn)象稱為“拍”

“拍”頻：

垂直方式選ADD，通