示波器原理和校準(zhǔn)

1、示波器原理示波器是利用電場改變電子運動軌跡來反映電壓的瞬變過程，是顯示二維圖像的儀器。二維圖像在數(shù)學(xué)上要兩個坐標(biāo)Y和X來描述。示波器上的二維圖像要兩個電場即Y電場(Y偏轉(zhuǎn))和X電場(X偏轉(zhuǎn))共同影響電子軌跡來形成。對于一個電壓信號V=F(t)的二維函數(shù)，需要兩個坐標(biāo)即V和t來描述。數(shù)學(xué)上的繪圖是簡單的，示波器顯示二維圖形是把電壓V=F(t)“加在”Y偏轉(zhuǎn)上形成Y電場，影響電子Y向上的運動軌跡或位移。這就反映出V值。(如果V=F(t)是非常緩慢地變化，Y向上電子的運動軌跡如何 )。但是這沒有描繪出V=F(t)的二維圖形，t沒有表達(dá)出來，如何表達(dá)t呢？時間是不能“加在”X偏轉(zhuǎn)上的，只能把時間概念“

2、轉(zhuǎn)到”電壓概念上才行。若V=Kt線性關(guān)系成立，就把時間“轉(zhuǎn)到”電壓了，但隨t的增加電壓會很大，同時會超出顯示屏幕，不可實現(xiàn)。最后選擇鋸齒波來兼顧而實現(xiàn)。當(dāng)把V=Kt “加在”X偏轉(zhuǎn)上形成X電場，與Y電場共同影響電子軌跡(正交迭加)來描述V=F(t)。V=F(t)和V=Kt實際上是兩個完全不相干電壓信號，它們的時間t也是不相干的，為了建立聯(lián)系，示波器為此設(shè)置了輔助功能觸發(fā)同步系統(tǒng)。總之，圍繞二維圖形的建立，示波器面板設(shè)置了垂直Y向調(diào)整功能，水平X向(掃描)調(diào)整功能，輔助功能觸發(fā)同步系統(tǒng)三大區(qū)域。按三大功能區(qū)域熟悉各按鈕功能，就顯得簡單易懂易記。1 示波器的結(jié)構(gòu)示波器它由示波管、衰減放大輸入系統(tǒng)、

3、掃描信號發(fā)生器、觸發(fā)同步系統(tǒng)和電源供給系統(tǒng)組成。2 示波器顯示波形的原理X偏轉(zhuǎn)板的作用是使光點水平運行，而Y偏轉(zhuǎn)板的作用是使光點垂直運動。因此在X偏轉(zhuǎn)板上不加電壓，而只有一個正弦信號加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上時，在屏幕上我們只能看到一條豎直的亮線，當(dāng)信號的頻率足夠小時，我們就能清晰地看到光點的運動過程正弦振動。當(dāng)X偏轉(zhuǎn)板上的掃描信號完成m個周期時，Y偏轉(zhuǎn)板上的正弦信號也剛好完成n個周期，那么接下去屏幕上的光點就會重復(fù)以前的軌跡運動，我們就能看到穩(wěn)定的圖形。3 同步和觸發(fā)掃描示波器可采用“觸發(fā)掃描”的辦法使波形穩(wěn)定。它是使用被測信號來控制掃描電壓的產(chǎn)生時刻。調(diào)節(jié)觸發(fā)電平的高低，使被測信號達(dá)到一定位相時，掃描

4、電路才開始工作，產(chǎn)生一個鋸齒波，將被測信號顯示出來。由于每次都是當(dāng)被測信號達(dá)到一定位相時，掃描電路才工作，所以每次掃描顯示的波形相同，這樣，在熒光屏上看到的波形就穩(wěn)定不動了。4.1 熒光屏 熒光屏是示波管的顯示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，指示出信號波形的電壓和時間之間的關(guān)系。水平方向指示時間，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格，垂直方向分為8格，每格又分為5份。垂直方向標(biāo)有0，10，90，100等標(biāo)志，水平方向標(biāo)有10，90標(biāo)志，供測直流電平、交流信號幅度、延遲時間等參數(shù)使用。根據(jù)被測信號在屏幕上占的格數(shù)乘以適當(dāng)?shù)谋壤?shù)(VDIV，TIMEDIV)能得出電壓值與時間值。 4

5、2 示波管和電源系統(tǒng) 1電源(Power) 示波器主電源開關(guān)。當(dāng)此開關(guān)按下時，電源指示燈亮，表示電源接通。 2輝度(Intensity) 旋轉(zhuǎn)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(yīng)太亮，以保護(hù)熒光屏。 3聚焦(Focus) 聚焦旋鈕調(diào)節(jié)電子束截面大小，將掃描線聚焦成最清晰狀態(tài)。 4標(biāo)尺亮度(Illuminance) 此旋鈕調(diào)節(jié)熒光屏后面的照明燈亮度。正常室內(nèi)光線下，照明燈暗一些好。室內(nèi)光線不足的環(huán)境中，可適當(dāng)調(diào)亮照明燈。 23 垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)和水平偏轉(zhuǎn)因數(shù) 1垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇(VOLTSDIV)和微調(diào) 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

6、敏度，這一定義對X軸和Y軸都適用。靈敏度的倒數(shù)稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直靈敏度的單位是為 cm/V，cmmV或者DIVmV，DIVV，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)的單位是Vcm，mVcm或者VDIV，mVDIV。實際上因習(xí)慣用法和測量電壓讀數(shù)的方便，有時也把偏轉(zhuǎn)因數(shù)當(dāng)靈敏度。 蹤示波器中每個通道各有一個垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇波段開關(guān)。一般按1，2，5方式從 5mVDIV到5VDIV分為10檔。波段開關(guān)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(guān)置于1VDIV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(guān)上往往還有一個小旋鈕，微調(diào)每檔垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。將它沿順時針方向旋到底，處于“校準(zhǔn)”位

7、置，此時垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值與波段開關(guān)所指示的值一致。逆時針旋轉(zhuǎn)此旋鈕，能夠微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)后，會造成與波段開關(guān)的指示值不一致，這點應(yīng)引起注意。許多示波器具有垂直擴展功能，當(dāng)微調(diào)旋鈕被拉出時，垂直靈敏度擴大若干倍(偏轉(zhuǎn)因數(shù)縮小若干倍)。例如，如果波段開關(guān)指示的偏轉(zhuǎn)因數(shù)是1V/DIV，采用5擴展?fàn)顟B(tài)時，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)是0 2VDIV。 在做數(shù)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于判斷被測信號的電壓值。 2時基選擇(TIMEDIV)和微調(diào) 時基選擇和微調(diào)的使用方法與垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)選擇和微調(diào)類似。時基選擇也通過一個波段開關(guān)實現(xiàn)，按1、2、5方式把時

8、基分為若干檔。波段開關(guān)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1SDIV檔，光點在屏上移動一格代表時間值1S。 “微調(diào)”旋鈕用于時基校準(zhǔn)和微調(diào)。沿順時針方向旋到底處于校準(zhǔn)位置時，屏幕上顯示的時基值與波段開關(guān)所示的標(biāo)稱值一致。逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕，則對時基微調(diào)。旋鈕拔出后處于掃描擴展?fàn)顟B(tài)。通常為10擴展，即水平靈敏度擴大10倍，時基縮小到110。例如在2S/DIV檔，掃描擴展?fàn)顟B(tài)下熒光屏上水平一格代表的時間值等于2S(1/10)=0.2S。 TDS實驗臺上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的時鐘信號，由石英晶體振蕩器和分頻器產(chǎn)生，準(zhǔn)確度很高，可用來校準(zhǔn)示波器的時基。 示波器

9、的標(biāo)準(zhǔn)信號源CAL，專門用于校準(zhǔn)示波器的時基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。例如COS5041型示波器標(biāo)準(zhǔn)信號源提供一個VP-P=2V,f=1kHz的方波信號。 示波器前面板上的位移(Position)旋鈕調(diào)節(jié)信號波形在熒光屏上的位置。旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕(標(biāo)有水平雙向箭頭)左右移動信號波形，旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕(標(biāo)有垂直雙向箭頭)上下移動信號波形。 2.4 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。根據(jù)輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上，示波器探頭上的地與被測電路的地連接在一起，示波器探頭接觸被測點。示波器探頭上有一雙位開關(guān)。此開關(guān)撥到“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(guān)撥到“10位置時，被測信號衰減為110，然后送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值