示波器基础

示波器基础——测量和练习1 如何进行测量在本书的前两章中我们介绍了示波器上可以用来影响信号波形显示的各种控制机构。

在这一章里我们将要讲座重要的波形参数，并且还将介绍如何使用示波器来测量这些参数。

示波器可以测量两个基本的量，即电压和时间。

从这两个量出发，用手工的方法使用光标或者用自动的方法进行所有其它波形参数的测量。

在进行测量时，了解自己的示波器的能力是很重要的。

不要试图在一个20MHz的示波器上观察一个1 0MHz的方波，因为在这种情况下不可能看到方波的真实形状，10MHz的方波中包含有10MHz的正弦波基波，以及30MHz、50MHz、70MHz等的谐波。

在10MHz的示波器上，也有可能看到30MHz谐波的部分效果（虽然其幅度不正确），但是下一个谐波分量的频率是示波器带宽的2.5倍！所以这时您在示波器上看到的波形将更象一个正弦波而不象方波（见图50）。

对于上升时间的测量来说，情况也是这样。

如果您使用一台上升时间比被测信号的上升时间快10倍的示波器来进行测量，那么示波器本身的上升时间对测量的影响将几乎可以忽略。

然而如果示波器的被测信号的上升时间相同，那么引起的测量误差可高达41%。

若干标准波形三种最常见的波形是正弦波、三角波和方波（见图51）。

这些波形在任何函数发生器上都可以找到，并且在实际工作中也常常遇到。

正弦波包含单一的频率分量；而方波和三角波则由很多不同的相关正弦谐波组成。

方波由基波的奇次谐波构成，三角波由基波的偶次谐波构成。

这些波形在时间上和幅度上都是对称的。

这些波形还有其变形形式，这通常是波形发生对称变化的结果。

这样一来，三角波变成了锯齿波（从其开头而得名），而方波变成了矩形波。

波形的一个完整的周波叫作一个周期。

一个周期就是从一个周波的某一点到下一个周波相应点所需要的时间（见图52）。

频率是在一秒钟之内所发生的波形的周波数。

所以如果我们用1秒除以一个周期所需的时间就得到了用Hz表示的频率。

例如，周期=1ms则频率=1/10×10-3=1000Hz=1KHz重复发生的波形称为重复性波形或周期性波形。

这是最容易测量的波形。

对重复性波形或周期性波形最常测量的另一个参数是波形的幅度。

幅度是一个波形上从最高点到最低之间的电压。

这又称之为峰（一）峰值幅度或Vp-p（见图52）。

6.2 基本练习或如何解释正弦波本部分所包含的练习可以帮助用户熟悉示波器上的主要控制机构。

其内容分两部。

首先介绍模拟示波器上的控制机构，接着再介绍数字示波器上的控制机构。

有关DSO的专门练习将在后面给出。

需要的设备：▲示波器：一台模拟示波器旭PM3094（仅供模拟示波器练习用）或者一台组合示波器，可从PM3382 A……PM3394A系列或类似产品中选取。

▲两个10：1PM9010/091或PM9020/091探头或类似产品以及微调工具供探头补偿调节之用。

▲能产生频率达2MHz或更高的正弦波、方波及三角波的函数发生器，例如PM5135或PM5138或类似产品。

▲两根50ΩBNC电缆。

开始如果电缆已连在示波器上，则将其从示波器上拆下。

使用正确的电源线将示波器连至市电电源，并将电源开关接通。

将探头连至示波器的通道1，并将探头连至示波器前面板上的探头调节连接器。

如果使用的是组合示波器，则选择模拟模式。

按AUTOSET键（前面板上部的绿色按键）。

对于没有此项功能的老式示波器，则按以上各项进行设置：亮度—中间位置垂直位置控制—中间位置水平位置控制—中间位置时基0.2ms/格CH1灵敏度0.2V/格。

注意，如果示波器的自动化程度不高，则增加探头衰减。

触发—触发源CH1，模式—AUTO，峰-峰值电平触发。

确认探头已经补偿。

为此可能需要调节探头上的LF补偿微调电容，如有必要，可参阅第4章“探头补偿”一节。

现在我们就可以开始研究各控制机构了。

参考本书前后封面上的插图来寻找各控制机构的位置。

屏置控制调节亮度和聚焦控制机构并观察对屏幕显示的影响。

调节聚焦控制机构以获得清晰的扫迹显示和清楚文字显示。

注意为了观察从探头调节输出端子给出的方波的上升沿和下降沿，需要将示波器的亮度调得比较亮。

这是由于电子束在这些沿上移动得比较快的缘故。

调节文字亮度控制机构使得示波管上的文字亮度达到可以接受的程度。

将探头从CH1输入端断开，然后调节扫迹旋钮，使得扫迹和示波器的水平标尺线平行。

放置标尺亮度控制旋钮，并观察标尺变亮。

将探头重新连到CH1上。

垂直控制机构位置将探头从探头调节输出端断开。

旋转CH1的POS（垂直位置）旋钮，并将扫迹放到中央的标尺线上。

注意通道标志和地电平指示器“1—”。

将探头重新连接到探头调节输出端上。

灵敏度按动AMPL（幅度）“上/下”按钮，并观察显示波形的幅度随着所选的灵敏度的不同而变化。

观察屏幕的下部，可以看到灵敏度的读出数值也在变化。

如果要选择V AR（可变）灵敏度，则应同时按“上”和“下”两个键，然后再将两个键放开。

现在就可以使用“上”和“下”两个按钮平滑的改变显示波形的幅度。

注意，这时灵敏度读出数值也随之变化。

再同时按“上”和“下”两个键，以便重新回到1-2-5步进值的工作方式。

注：Fluke公司的模拟示波器，如PM3094和组合示波器，PM3394A在配备这种标准的可变衰减器方面是独一无二的。

耦合按动AC/DC/GND按钮，当我们依次经历这三种不同的选择时，可以观察到在灵敏度读出数值后面的耦合符合也在相应变化。

注意：在有些示波器上，设置上分开的控制机构。

其中一个用来选择AC或DC耦合，而另一个用来将输入通道连接或切换到地。

对这种示波器来说，应当使用这两个控制机构来观察效果。

当我们由AC耦合转换为DC耦合时，屏幕上的波形将会向上跳动。

方波的下部处在零伏电平，所以当选择DC耦合时，方波的下部应在中央标尺线上。

通道标志“1-”为我们显示出通道号码和地电平的位置。

我们可以看到，当选择GND时，地电平确实在中央标尺线的位置。

这时衰减器的输入端连到了地电位。

多通道工作将第二个探头连至CH2，再将此探头连至探头调节输出，并按AUTOSET。

旋转通道2的POS控制旋钮，并注意屏幕上现在有两条扫迹。

用CH1和CH2的POS控制旋钮将两个扫迹分别放在适当的位置。

用每个通道的ON按钮可以把相应通道的扫迹打开或关闭。

如有必要可对CH2进行探头补偿。

用CH1+CH2按钮把两个通道的波形加在一起。

现在使用INV按钮将CH2通道的信号反相，注意方波立即消失。

探头识别将探头从CH1和CH2输入端断开。

对CH1用AMPL或灵敏度控制选择1V/格的灵敏度。

如果可能，现在将CH1的输入阻抗设置为50Ω。

在有的示波器上可能有一个专门的按键用来选择此低阻抗，也可能在一个“垂直菜单”中来选择。

注意，这时在CH1灵敏度读出数值后面出现Lz符号以表示低阻抗状态。

重新连接探头注意屏幕上灵敏度读出数值的变化，现在变为10V/格，并且Lz符号已经消失。

示波器已经识别出此探头为10:1高阻抗探头。

示波器不允许高阻抗探头和50Ω示波器输入阻抗配合使用。

水平控制机构时基将探头连至CH1，并将探头尖端连至探头调节信号。

按AUTOSET在控制面板的TIME/DIV菜单之下按ns和s按键。

则在慢速扫描时基时应在屏幕上看到较多个周期的探头调节信号波形；而在扫描时基速度较快时看到的探头调节信号波形的周期数较少。

注意在屏幕上显示的时基读出数值按1-2-5的步进值变化。

同时按TIME/DIV菜单下的ns和s两个按键，我们就进入了校准的可变时基方式。

这和幅度调节中的可变灵敏度方式是类似的。

按ns按键，我们将观察到信号波形的第一个周期就扩展至填满整个屏幕。

水平放大和位置控制将探头连至CH1，并将探头尖端连至探头调节信号。

按AUTOSET。

调节时基按键，使得屏幕上显示出大约10个周期的探头调节信号波形。

观察屏幕上的时基读出数值。

在PM3094示波器上按10×MAGN按键，在PM3394A按MAGNIFY→按键。

注意这时屏幕上的时基读数比原来快了10倍。

在PM3394示波器上，还将显示出一个称为“存储器范围批示器”的符号，用以表明现在屏幕上显示的波形是由波形存储器中的那一部分产生的。

参见图53和图9。

现在我们就可以用水平的X-POS控制旋钮来扫描观察放大了的波形。

双时基将探头连至CH1，将探头尖端连至探头调节信号。

按AUTOSET。

如有必要请参看本书封面和封底上的示波器前面板图。

按延迟时基控制部分的DTB。

在PM3394A，示波器上使用最上面的菜单选择功能键（以下称功能键）选择DTBTON。

在PM3092示波器上使用第二个功能键步进寻找以选择MTBI+DTB。

使用位置和扫迹分离控制机构将主时基波形扫迹放在屏幕的上部，而将延迟时基扫迹放在屏幕的下部。

使用DELAY和DTB时基控制机构以选择并放大探头调节信号的一个上升沿。

如有必要可以调节扫迹亮度。

注意屏幕上显示出来的延迟时间和延迟时基速度的读出数值。

当主时基波形扫迹上的加亮部分从MTB 触发点向右移动时，延迟时间应增加。

自动时基、触发时基和单次捕捉时基将探头连至CH1，将探头尖端连至探头调节信号，按AUTOSET。

在PM3094示波器上按HORMOSE按键，在PM3394A示波器上按TB MODE按键。

使用功能键从菜单中选择TRIG（触发）。

现在示波器需要一个触发信号才开始时基扫描。

将探头从CH1输入端取下来，可以看到扫迹立刻消失了。

没有信号就没有扫迹！再从菜单中选择AUTO，则扫迹重又出现。

将探头重新连至CH1以便看到信号。

现在从同一菜单中选择SINGLE，则扫迹重又消失。

将扫迹制旋钮沿顺时针方向旋转。

在PM3094示波器上按SINGLE RESET按键。

在PM3394A示波器上按水平控制部分的SINGLE按键。

仔细观察屏幕。

当松开按钮时，将有一条扫迹掠过屏幕。

每按一次按钮就得到一次扫描。

当了解了更多的关于触发的知识以后，我们还要再做关于这方面的练习。

触发控制将函数发生器的输出设置为：1KHz正弦波、扫描关闭、DC偏置关闭、输出电压1V峰（一）峰值。

使用BNC电缆将函数发生器的输出连至CH1。

按AUTOSET。

使用X-POS旋钮将扫迹向右移动以便看到扫描的起始点。

峰-峰值触发调节触发电平控制旋钮。

注意扫描波形的起点在波形上上下移动。

改变函数发生器输出的幅度，并重新调节触发电平。

注意示波器总能由输入波形所触发。

当调节触发电平时，示波器屏幕上按输入信号峰-峰值幅度的百分数显示出触发电平的相对值。

触发斜率按CH1控制部分的TR1G1按钮。

现在示波器按负向斜率触发。

注意，当按TR1G1按钮时，在屏幕右下角显示的斜率符号发生变化。

从另一个通道触发将CH2的输入连到函数发生器后面板上的TTL输出端上。