示波器的选择与应用

示波器的选用 根据要显示的信号数量,选择单踪、双踪或多踪示波器; 根据被测信号的频率特点,选择慢扫描、通用、高速或取样示波器; 根据被测信号的重现方式,选择模拟或数字存储示波器; 根据被测信号的测试重点选择 示波器的正确使用 使用前必须检查电网电压是否与示波器要求的电源电压一致。 通电后需预热几分钟再调整各旋钮。各旋钮应先大致旋在中间位置,以便找到被测信号波形。 注意示波器的亮度不宜开得过高,且亮点不宜长期停留在固定位置,特别是暂时不观测波形时,更应该将辉度调暗,否则将缩短示波管的使用寿命。 输入信号电压的幅度应控制在示波器的最大允许输入电压范围内。 注意屏幕有效面积,将波形的关键部分移至屏幕中心区域进行观测。 使用专用探头,使用前须校正。 注意扫描方式、触发信号触发电平、触发极性及触发信号选择等旋钮和按键的配合调节。 示波器的基本测量方法 电压测量 直流电压测量 测量原理 示波器测量直流电压的原理是利用被测电压在屏幕上呈现一条直线,该直线偏离时间基线(零电平线)的高度与被测电压的大小成正比的关系进行的。被测直流电压值vdc为
vdc=h·dy·ky (5-6-1)
式中,h为被测直流信号线的电压偏离零电平线的高度;dy为示波器的垂直灵敏度;ky为探头衰减系数。
测量方法 首先应将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置(cal)。 将待测信号送至示波器的垂直输入端。 确定零电平线。将示波器的输入耦合开关置于“gnd”位置,调节垂直位移旋钮,将荧光屏上的扫描基线(零电平线)移到荧光屏的中央位置。 确定直流电压的极性。调整垂直灵敏度开关到适当位置,将示波器的输入耦合开关拨向“dc”档,观察此时水平亮线的偏转方向,若位于前面确定的零电平线之上,则被测直流电压为正极性;若向下偏转,则为负极性。 读出被测直流电压偏离零电平线的距离h。 根据式(5-6-1)计算被测直流电压值。 交流电压测量 使用示波器测量交流电压的最大优点是可以直接观测到波形的形状,还可显示其频率和相位。将式(5-6-2)中的h换为被测交流信号波形任意两点a与b间的高度差la-b,测得的电压值即为两点a与b两点间的电压va-b。若a与b两点分别为被测交流电压波峰和波谷,则测得值为被测交流电压的峰-峰值vpp。测量时,y通道输入耦合开关置“ac”档。
时间和频率测量 周期和频率测量 测量原理 对于周期性信号,周期和频率互为倒数,只要测出其中一个量,另一个参量可通过公式求出。被测交流信号的周期t为
t=l·dx/kx(5-6-2)
式中:l为被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占距离;dx为示波器的扫描速度;kx为x轴扩展倍率。
测量方法 首先将示波器的扫描速度微调旋钮置于“校准”(cal)位置。 将待测信号送至示波器的垂直输入端。 将示波器的输入耦合开关置于“ac”位置。 调节扫描速度开关,使显示的波形稳定,并记录dx值。 读出被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占的距离x。 根据式(5-6-2)计算被测交流信号的周期。 时间间隔测量 将式(5-6-2)中的l换为信号波形任意两点a与b间的水平距离la-b,则测得的时间值为a与b两点间的时间间隔ta-b。
相位测量 相位测量是指两个同频率的信号之间的相位差的测量。一般采用双踪法测量相位差,将两信号分别接入y1和y2,设与两信号的周期和相位差所对应的水平距离分别为t和d,则两信号的相位差为
δφ=2π·d/t (5-6-3)
用李沙育图形法测量频率或相位 李沙育图形法测相位是利用示波器x和y通道分别输入被测信号和一个已知信号,调节已知信号的频率使屏幕上出现稳定的图形,根据已知信号的频率(或相位)便可求得被测信号的频率(或相位)。李沙育图形法既可测量频率又可测量相位。
测量频率 李沙育图形法测量频率时,示波器工作于x-y方式下,频率已知的信号与频率未知的信号加到示波器的两个输入端,调节已知信号的频率,使荧光屏上得到李沙育图形,由此可测出被测信号的频率。
示波器工作于x-y方式时,x和y两信号对电子束的使用时间总是相等的,垂直线、水平线与李沙育图形的交点数分别与x和y信号频率成正比。因此,李沙育图形存在关系:
fy/fx = nh/nv(5-6-4)
式中,nh和nv分别为水平线、垂直线与李沙育图形的交点数,fy和fx分别为示波器y和x信号的频率。图5-20所示为常见的几种不同频率、不同相位的李沙育图形。
图1 几种常用的李沙育图形
事实上,垂直线(或水平线)与李沙育图形的切点数nv′和nh′也与x(或y)信号频率成正比,即
fy/fx=nh′/nv′=nh/nv(5-6-5)
例5-1 如图所示的李沙育图形,已知x信号频率为6mhz,问y信号的频率是多少?
解:分别在李沙育图形上画出垂直线和水平线,则nh=2,nv=6,或nh′=1,nv′=3。注意必须在交点数最多的位置画线。
fy=fx·nh/nv=6×2/6=2(mhz)
或 fy=fx·nh′/nv′=6×1/3=2(mhz)
例5-1 李沙育图形
李沙育图形法适合测量频率比在1:10至10:1之间的信号,否则波形显示复杂,难以确定交点数或切点数,给调整和测量带来困难。
测量相位差 把要比较相位差的两个频率、同幅度的正弦信号分别送入示波器的y通道和x通道,使示波器工作在x-y显示方式,这时示波器的屏幕上会显示出一个椭圆波形,由椭圆上的坐标可求得两信号的相位差。
δφ=arcsin(y0/ym)=arcsin(x0/xm)(5-6-7)
式中:为两信号的相位差;x0、y0为椭圆与x轴、y轴截距的一半;xm、ym为荧光屏上光点在x轴、y轴方向上的最大偏转距离的一半。
图2 椭圆法测信号的相位差
虽然李沙育图形法测量过程比双踪示波法复杂,但其测量结果比双踪示波法要准确。