示波器的原理与使用

示波器(阴极射线示波器,简称电子示波器)是一种能显示各种电压(或电流)波形的仪器。可以用来测定各种电压信号的周期、频率、幅度和相位等。凡是可转换为电压（或电流）的电学量（如电动势、阻抗等）和非电学量（如温度、位移、速度、压力、声强、磁场等）都能直接用示波器观察。因此，示波器是一种应用广泛的电子仪器。

【实验目的】

1、了解示波器的结构和工作原理。

2、学会用示波器观察电信号的波形。

3、观察李萨如图形，学会一种测量正旋波频率的方法。

【实验原理】

    示波器主要由示波管（CRT），放大与衰减电路，扫描发生器，触发同步，电源等组成。示波管产生电子束，经加速聚焦和偏转系统到达荧光屏。竖直方向（Y轴偏转板）输入待测信号，水平方向（X轴偏转板）加上示波器内部产生的锯齿波扫描电压，则水平轴光点的移动与时间成正比，可以代表t轴，竖直方向的运动与信号电压变化规律一致，代表U，如果二者的重复周期满足整数比关系：fy= nfx ，n= 1，2，3…，荧光屏上将出现1个，2个，3个…稳定的波形。为满足上述要求，示波器内部设有扫描触发电路（Trigger），用Y轴信号电压自动控制X轴扫描电路的发生，从而起到整步的作用，这样显示的波形图象更加稳定。

【实验仪器】

前面板介绍：（见图）

CRT

6）——电源 主电源开关，当此开关开启时二极管5）发亮。

2）——亮度 调节轨迹或亮点的亮度。

3）——聚焦 调节轨迹或亮点的聚焦。

4）——轨迹旋转 半固定的电位器来调整水平轨迹与刻度线平行。

33）——滤色片 使波形看起来更加清晰。

垂直轴

8）CH1(X)输入：在X-Y模式下，作为X轴输入端

20）CH2(Y)输入：在X-Y模式下，作为Y轴输入端

10) 18)  AC-GND-DC: 选择垂直输入信号的输入方式。

AC： 交流耦合。

GND：垂直放大器的输入接地，输入端断开。

DC：  直流耦合。

7） 22） 垂直衰减开关：调节垂直偏转灵敏度从5mV/div~5V/div分10挡。

9） 21） 垂直微调：微调灵敏度大于或等于1/2.5标示值。

13） 17) CH1和CH2的DC BAL：这两个用于衰减器的平衡调试。

11） 19) ▼▲垂直位移：调节光迹在屏幕上的垂直位置。

14） 垂直方式：选择CH1与CH2放大器的工作模式。

         CH1或CH2：通道1或通道2单独显示。

         DUAL：两个通道同时显示。

         ADD：显示两个通道的代数和CH1+CH2。按下CH2 INV16)按键，为代数差CH1-CH2。

12) AT/CHOP：在双踪显示时，放开此键，表示通道1与通道2交替显示（通常用于扫描速度较快的情况下）；当此键按下时，通道1与通道2同时继续显示（通常用于扫描速度较慢的情况下）。

16） CH2 INV ：通道2的信号反向，当此键按下时，通道2的信号以及通道2的触发信号同时方向。

触发：

24）外触发输入端子：用于外部触发信号。当使用该功能时，开关23）应设置在EXT位置上。

23）触发源选择：选择内（INT）或外（EXT）触发

 ：当垂直方式选择开关14）设定在DUAL或ADD状态时，选择通道1作为内部触发信号源。

 ：当垂直方式选择开关14）设定在DUAL或ADD状态时，选择通道2作为内部触发信号源。

 ：选择交流电源作为触发信号。

 ： 外部触发信号接于24）作为触发信号源。

27） TRIG.ALT 当垂直方式选择开关14）设定在DUAL或ADD状态时，而且触发源开关23）选在通道1或通道2上，按下27）时，它会交替选择通道1和通道2作为内触发信号源。

26） 极性：触发信号的极性选择。“+”上升沿触发，“-”下降沿触发。

28） 触发电平：显示一个同步稳定的波形，并设定一个波形的起始点。向“+”旋转触发电平向上移，向“-”旋转触发电平向下移。

25） 触发方式：选择触发方式

 ： 自动 当没有触发信号输入时扫描处在自由模式下。

 ： 常态 当没有触发信号时，踪迹处在待命状态并不显示。

 ： 电视场 当想要观察一场的电视信号时。

 ： 电视行 当想要观察一行的电视信号时。

 （仅当同步信号为负脉冲时，方可同步电视场和电视行信号）。

时基：

 ）水平扫描速度开关：扫描速度可以分20挡，从0.2µS/div到0.5S/div。当设置到X-Y位置时可用作X-Y示波器。

30）水平微调：微调水平扫描时间，使扫描时间被校正到与面板上TIME/DIV指示一致。TIME/DIV扫描速度可连续变化。当反时针旋转到底为校正位置。整个延时可达2.5倍以上。

32）水平位移：调节光迹在屏幕上的水平位置。

31） 扫描扩展开关：按下时扫描速度扩展10倍。

其它：

1）CAL：提供幅度为2Vpp频率1KHz的方波信号，用于校正10：1探头的补偿电容器和检测示波器垂直与水平的偏转因数。

15） GND： 示波器机箱的接地端子。

【实验内容】

1．基本操作：单通道操作 

(1 )电源接通，电源指示灯亮，约20秒后屏幕光迹出现。如果60秒后还没有出现光迹，请重新检查开关和控制旋钮的设置。

（2）分别调节亮度，聚焦，使光迹亮度适中，清晰。

（3）调节通道1位移旋钮与轨迹旋转电位器，使光迹与水平刻度平行。

（4）用10:1探头将校正信号输入至CH1输入端。

（5）将AC-GND-DC开关设置在AC状态一个如图所示的方波将会出现在屏幕上。

（6）调整聚焦使图像清晰。

（7）对于其他信号的观察，可通过调整垂直衰减开关，扫描时间到所需位置，从而得到清晰的图形。

（8）调整垂直和水平位移旋钮，使得波形的幅度与时间容易读出。

以上为示波器的最基本操作，通道2的操作与通道1的操作相同。

2．双通道操作

改变垂直方式到DUAL状态，于是通道2的光迹也会出现在屏幕上（与CH2相同）。这时通道1显示一个方波，而通道2仅显示一条直线，因为没有信号接到该通道。现在将校正信号接到CH2的输入端与CH1一致，将AC-GND-DC开关设置到AC状态，调整11）和19）使两通道的波形大小适中。释放ALT/CHOP开关，（置于ALT方式）。CH1和CH2的信号交替地显示在屏幕上，此设定用于观察扫描时间较短的两路信号。按下ALT/CHOPA开关，（置于CHOP方式），CH1和CH2上的信号以250KHz的速度的显示在屏幕上，此设定用于观察扫描时间较长的两路信号。在进行双通道操作时（DUAL或加减方式），必须通过触发源信号的开关来选择通道1或通道2的信号作为触发信号。如果CH1和CH2信号同步，则两个波形都会稳定显示出来。反之，则仅有触发信号源的信号可以稳定的显示出来；如果TRIG/ALT开关按下，则两个波形都会同示稳定的显示出来。

3．加减操作

通过设置“垂直方式开关”到“加”的状态，可以显示CH1和CH2的代数和，如果CH2的INV开关被按下则为代数减。为了得到加减的精确值，两个通道的衰减设置必须一致。

4．触发源的选择

正确的选择触发源对于有效的使用示波器示至关重要的，所以用户必须熟悉。

4．1 MODE 开关：

 ： 当为自动模式时，扫描发生器自由产生一个没有触发信号的扫描信号；当有触发信号时，它会自动转换到触发扫描，通常第一次观察一个波形时，将其设置“AUTO”当稳定后再调整其他设置。当其他控制部分设定好后，通常将开关设回到“NORM”触发方式，因为该方式更加灵敏。

 ： 常态，通常扫描器保持在静止状态，屏幕上无光迹显示。

 ： 电视场，当需要观察一个整场的电视信号时，将MODE开关设置到TV-V，对电视信号的场信号进行同步，扫描时间通常设定到2ms/div或5ms/div。

 ： 电视行，对电视信号的行信号进行同步，扫描时间通常为5μs/div显示几行信号波形，可以用微调旋钮调节扫描时见到所需的行数。送入示波器的同步信号必须是负极的。

4．2 触发信号源功能：

 为了在屏幕上显示一个稳定的波形，需要给触发电路提供一个与显示信号在时间上有关联的信号，触发源开关就是用来选择该触发信号的。

 ：大部分情况下采用内触发模式。送到垂直输入端的信号在预放以前份一支到触发电路中。

 ： 用交流电源的频率作为触发信号。这种方法对于测量与电源频率有关的信号十分有效。如音响设备的交流噪音，可控硅电路等。

 ： 用外来信号驱动扫描触发电路。该外来信号因与要测的信号有一定的时间关系，波形可以更加的显示出来。

4．3 触发电平和极性开关

 当触发信号通过一个预置的阀门电平时会产生一个扫描触发信号。调整触发电平旋钮可以改变电平，向“+”方向时，阀门电平向正方向移动，向“-”方向时，阀门电平向负方向移动，当在中间位置时，阀门电平在平均位置上。

4．4 触发交替开关

 当垂直选择在双踪显示时，该开关用于交替触发和交替显示。在交替放时下，每一个扫描周期，触发信号交替一次。这种方式有利于波形幅度、周期的测试，甚至可以观察两个在频率上并无联系的波形。但不适合于相位和时间对比的测量。在双踪显示时，如果“CHOP”“TRIG.ALT”同时按下，则不能同步显示，因为“CHOP” 信号成为触发信号。

6．扫描速度控制

调节扫描速度旋钮，可以选择你想要观察的波形个数，如果屏幕上显示的波形过多，则调节扫描时间更快一些，如果屏幕上只有一个周期的波形，则可以减慢扫描时间。当扫描速度太快时，屏幕上只能观察到周期信号的一部分。如对于一个方形信号可能在屏幕上显示的只是一条直线。

7．扫描扩展

 当需要观察一个波形的一部分时，需要很高的扫描速度。但是如果想要观察的部分远离扫描起点，则要观察的波形可能已经出现到屏幕意外。这时就需要使用扫描扩展开关。当扫描开关按下后，显示的范围会扩展10倍。

8．X-Y操作

将扫描速度开关设定在X-Y位置时，示波器工作方式为X-Y。

X-轴：CH1输入

Y-轴：CH2输入

将两个信号发生器输出的正弦波信号分别输入CH1，CH2。则合成了各种李萨如图形。固定其中一路的输出频率为50Hz，调节另一路的频率输出，得到所要求的稳定的李萨如图形，读出频率值，与计算值：fx:: fy = Ny : Nx 相比较。

9．探头校正

 如以前所述，示波器探头可用于一个很宽的频率范围，但必须进行相位补偿。失真的波形会引起测量误差。因此测量前，要进行探头校正。连接10:1探头BNC到CH1或CH2的输入端，将衰减开关设定到50mv，连接探极探针到校正信号的输出端，调整补偿电容直到获得最佳的方波为止。

10．直流平衡调整（DC BAL）

1．）将CH1和CH2的输入耦合开关设定为GND,触发方式为自动，将光迹调到中间位置。

2. )  将衰减开关在5mV与10Mv之间来回转换，调整DC BAL到光迹在零水平线不移动为止。