模拟示波器的使用

模拟示波器使用说明
示波器是科研单位和实验室常用的一种观测电信号波形的仪器。

用它可以进行时域信号的测量，可以测量电信号的波形、周期、相位、幅值、矩形波的上升时间和下降时间等物理参数。

现将其使用方法简单介绍如下：
1、打开电源主开关，电源指示灯亮，表示电源接通。

2、通过调节“辉度”、“聚焦”、“标尺亮度”等控制旋钮将示波器扫描线调到最佳状态。

3、垂直偏转因数选择(VOLTS／DIV)和微调：
单位输入信号作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对X轴和Y轴都适用。

灵敏度的倒数称为偏转因数。

垂直灵敏度的单位是为cm/V，cm／mV 或者DIV／mV，DIV／V，垂直偏转因数的单位是V／cm，mV／cm或者V／DIV，mV／DIV。

实际上因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度。

双踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。

一般按1，2，5方式从5mV／DIV到5V／DIV分为10档。

波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。

例如波段开关置于1V／DIV档时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变化1V。

每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数。

将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。

逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数。

垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不一致，这点应引起注意。

许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍(偏转因数缩小若干倍)。

例如，如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采用×5扩展状态时，垂直偏转因数是0．2V／DIV。

4、时基选择(TIME／DIV)和微调：
基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。

时基选择也通过一个波段开关实现，按1、2、5方式把时基分为若干档。

波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值。

例如在1μS／DIV档，光点在屏上移动一格代表时间值1μS。

“微调”旋钮用于时基校准和微调。

沿顺时针方向旋到底处于校准位置时，屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值一致。

逆时针旋转旋钮，则对时基微调。

旋钮拔出后处于扫描扩展状态。

通常为×10扩展，即水平灵敏度扩大10倍，时基缩小到1／10。

例如在2μS/DIV档，扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的时间值等于2μS×(1/10)=0.2μS
5、输入通道选择：
输入通道至少有三种选择方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)、双通道(DUAL)。

选择通道1时，示波器仅显示通道1的信号。

选择通道2时，示波器仅显示通道2的信号。

选择双通道时，示波器同时显示通道1信号和通道2信号。

测试信号时，首先要将示波器的地与被测电路的地连接在一起。

根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道插座上，示波器探头上的地与被测电路的地连接在一起，示波器探头接触被测点。

示波器探头上有一双位开关。

此开关拨到“×1”位置时，被测信号无衰减送到示波器，从荧光屏上读出的电压值是信号的实际电压值。

此开关拨到“×10"位置时，被测信号衰减为1／10，然后送往示波器，从荧光屏上读出的电压值乘以10才是信号的实际电压值。

6、输入耦合方式：
入耦合方式有三种选择：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。

当选择“地”时，扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。

直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号。

交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号。

在数字电路实验中，一般选择“直流”方式，以便观测信号的绝对电压值。

7、触发源(Source)选择：
使屏幕上显示稳定的波形，则需将被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号加到触发电路。

触发源选择确定触发信号由何处供给。

通常有三种触发源：内触发(INT)、电源触发(LINE)、外触发EXT)。

内触发使用被测信号作为触发信号，是经常使用的一种触发方式。

由于触发信号本身是被测信号的一部分，在屏幕上可以显示出非常稳定的波形。

双踪示波器中通道1或者通道2都可以选作触发信号。

电源触发使用交流电源频率信号作为触发信号。

这种方法在测量与交流电源频率有关的信号时是有效的。

特别在测量音频电路、闸流管的低电平交流噪音时更为有效。

外触发使用外加信号作为触发信号，外加信号从外触发输入端输入。

外触发信号与被测信号间应具有周期性的关系。

由于被测信号没有用作触发信号，所以何时开始扫描与被测信号无关。

正确选择触发信号对波形显示的稳定、清晰有很大关系。

例如在数字电路的测量中，对一个简单的周期信号而言，选择内触发可能好一些，而对于一个具有复杂周期的信号，且存在一个与它有周期关系的信号时，选用外触发可能更好。

8、触发耦合(Coupling)方式选择：
触发信号到触发电路的耦合方式有多种，目的是为了触发信号的稳定、可靠。

这里介绍常用的几种。

AC耦合又称电容耦合。

它只允许用触发信号的交流分量触发，触发信号的直流分量被隔断。

通常在不考虑DC分量时使用这种耦合方式，以形成稳定触发。

但是如果触发信号的频率小于10Hz，会造成触发困难。

直流耦合(DC)不隔断触发信号的直流分量。

当触发信号的频率较低或者触发信号的占空比很大时，使用直流耦合较好。

低频抑制(LFR)触发时触发信号经过高通滤波器加到触发电路，触发信号的低频成分被抑制；高频抑制(HFR)触发时，触发信号通过低通滤波器加到触发电路，触发信号的高频成分被抑制。

此外还有用于电视维修的电视同步(TV)触发。

这些触发耦合方式各有自己的适用范围，需在使用中去体会。

9、触发电平(Level)和触发极性(Slope)：
触发电平调节又叫同步调节，它使得扫描与被测信号同步。

电平调节旋钮调节触发信号的触发电平。

一旦触发信号超过由旋钮设定的触发电平时，扫描即被触发。

顺时针旋转旋钮，触发电平上升；逆时针旋转旋钮，触发电平下降。

当电平旋钮调到电平锁定位置时，触发电平自动保持在触发信号的幅度之内，不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。

当信号波形复杂，用电平旋钮不能稳定触发时，用释抑(Hold Off)旋钮调节波形的释抑时间(扫描暂停时间)，能使扫描与波形稳定同步。

性开关用来选择触发信号的极性。

拨在“+”位置上时，在信号增加的方向上，当触发信号超过触发电平时就产生触发。

拨在“-”位置上时，在信号减少的方向上，当触发信号超过触发电平时就产生触发。

触发极性和触发电平共同决定触发信号的触发点。

10、扫描方式(SweepMode)选择：
扫描有自动(Auto)、常态(Norm)和单次(Single)三种扫描方式。

自动：当无触发信号输入，或者触发信号频率低于50Hz时，扫描为自激方式。

常态：当无触发信号输入时，扫描处于准备状态，没有扫描线。

触发信号到来后，触发扫描。

单次：单次按钮类似复位开关。

单次扫描方式下，按单次按钮时扫描电路复位，此时准备好(Ready)灯亮。

触发信号到来后产生一次扫描。

单次扫描结束后，准备灯灭。

单次扫描用于观测非周期信号或者单次瞬变信号，往往需要对波形拍照。

【YB4320/20A/40/60型双踪示波器旋钮和开关的功能】
A、电源及示波管控制系统
交流电源插座，该插座下端装有保险丝管。

（1）电源开关（POWER）：按键弹出即为“关位置”。

按下为“开”位置。

（2）电源指示灯：电源按通时，指示灯亮。

（3）亮度旋钮（INTENSITY）；顺时针方向旋转，亮度增强。

（4）聚焦旋钮（FOSUS、）：用来调节光迹及波形的清晰度。

（5）光迹旋转旋钮（TRACE ROTATION）：用于调节光迹与水平刻度线平行。

（6）刻度照明旋钮（SCALE ILLUM）：用于调节屏幕刻度亮度。

B、垂直系统
（30）通道1输入端[CH1 INPUT （X）]：用于垂直方向输入。

在X－Y方式时输入端的信号成为X信号。

（22）（29）、交流――接地――直流耦合选择开关（AC－GND－DC）选择垂直放大器的耦合方式。

交流(AC)：垂直输入端由电容器来耦合
接地(GND)：放大器的输入端接地
直流(DC)：垂直放大器输入端与信号直接耦合。

（26）（33）：衰减开关（VOLT/DIV）：用于选择垂直偏转灵敏度的调节。

如果使用的是10：1探头。

计算时将幅度×10。

（25）（32）：垂直微调旋钮（VARIBLE）垂直微调用于连续改变电压偏转灵敏度。

此旋钮在正常情况下，应位于顺时针方向旋到底的位置。

将旋钮逆时针方向旋到底垂直方向的灵敏度下降到2.5倍以上.
(20)（36）：CH1×5扩展，CH2×5扩展（CH1×5MAG，CH2×5MAG），按下×5扩展键，垂直方向的信号扩大5倍，最高灵敏度为1mv/div。

（23）（35）：垂直移位（POSITION）调节光迹在屏幕中的垂直位置。

垂直方式工作按钮（VERTICAL MODE）垂直方向的工作方式选择。

（34）：通道1选择（CH1）：屏幕上仅显示CH1的信号。

（28）：通道2选择（CH2）：屏幕上仅显示CH2的信号。

（34）（28）：双踪选择（DVAL）：同时按下CH1 和CH2按钮，屏幕上会出现双踪并自动
以断续或交替方式同时显示CH1 和CH2的信号。

（31）：叠加（ADD）：显示CH1 和CH2输入电压的代数和。

（21）：CH2极性开关（INVERT）：按此开关时CH2显示反相电压值。

C、水平方向部分
（15）：扫描时间因数选择开关（TIME/DIV）：共20档。

在0.1μs/div~0.2s/div范围选择扫描速率。

（11）：X—Y控制键。

选择X—Y工作方式时，垂直偏转信号接入CH2输入端，水平偏转信号接入CH1输入端。

（23）：通道2垂直移位键（POSITION）：控制通道2信号在屏幕中的垂直位置，当工作在X—Y方式时，该键用于Y方向的移位。

（12）：扫描微调控制键（VARIBLE）：此旋钮以顺时针旋转到底时处于校准位置，扫描由Time/Div开关指示。

该旋钮逆时针方向旋转到底，扫描减慢2.5倍以上。

正常工作时，该旋钮位于“校准”位置。

（14）：水平移位（POSITION）：用于调节轨迹在水平方向移动。

顺时针方向旋转，光迹右移，逆时针方向旋转，光迹左移。

（9）：扩展控制键（MAG×5）、(MAG×10,仅YB4360)按下去时,扫描因数×5扩展或×10扩展.。

扫描时间是Time/Div开关指示数值的1/5或1/10。

例如，用×5扩展时，100μs/Div 为20μs/Div。

部分波形的扩展：将波形的尖端移到水平尺寸的中心，按下×5或×10扩展按钮，波形将扩展5倍或10倍。

（8）：ALT扩展按钮（ALT—MAG）：按下此键，扫描因数×1；×5或×10同时显示。

此时要把放大部分移到屏幕中心，按下ALT—MAG键。

扩展以后的光迹可由光迹分离控制键（13）移位距×1光迹1.5div或更远的地方。

同时使用垂直双踪方式和水平ALT—MAG 可在屏幕上同时显示四条光迹。

D、触发（TRIG）
（18）：触发源选择开关（SOVRCE）：选择触发信号源。

内触发（INT）：CH1或CH2上的输入信号是触发信号。

通道2触发（CH2）：CH2上的输入信号是触发信号。

电源触发（LINE）：电源频率成为触发信号。

外触发（EXT）：触发输入上的触发信号是外部信号，用于特殊信号的触发。

（43）：交替触发（ALT TRIG）：在双踪交替显示时，触发信号交替来自于两个Y通道，此方式可用于同时观察两路不相关的信号。

（19）：外触发输入插座（EXT INPVT）：用于外部触发信号的输入。

（17）：触发电平旋钮（TRIG LEVEL）：用于调节被测信号在某一电平触发同步。

（10）：触发极性按钮（SLOPE）：触发极性选择。

用于选择信号的上升沿和下降沿触发。

（16）：触发方式选择（TRIG MODE）：
自动（AUTO）：在自动扫描方式时，扫描电路自动进行扫描。

在没有信号输入或输入信号没有被触发同步时，屏幕上仍然可以显示扫描基线。

常态（NORM）：有触发信号才能扫描，否则屏幕上无扫描线显示。

当输入信号频率低于20HZ时，用常态触发方式。

（41）：Z轴输入连接器（后面板）（Z AXTS INPVT）：Z轴输入端。

加入正信号时，辉度降低；加入负信号时，辉度增加。

常态下的5VP-P的信号能产生明显的辉度调节。

（39）：通道1输出（CH1 OVT）：通道1信号输出连接器，可用于频率计数器输入信号。

（7）：校准信号（CAL）：电压幅度为0.5VP-P频率为1KHZ的方波信号。

（27）：接地柱⊥：接地端。

【实验内容与步骤】
1、调整示波器，观察标准方波波形
(1)熟悉YB4320/20A/40/60型双踪方波器控制面板上各控制器的作用。

电源和扫描
（1）确认所用市电电压在198V~242V。

确保所用保险丝为指定的型号。

（2）断开“电源”开关，把电源开关（POWER）弹出即为“关”位置。

将电源线接入。

（3）设定各个控制键在下列相应位置：
亮度（INTENSITY）：顺时针方向旋转到底；聚焦（FOCUS）：中间；垂直移位（POSITION）：中间（×5）键弹出；垂直方式：CH1；触发方式（TRIG MODE）：自动（AUTO）；触发源（SOVRCE）：内（INT）；触发电平（TREG LEVEL）：中间；时间/格（Time/Div）：0.5μs/div；水平位置：X1（×5MAG）（×10MAG）均弹出。

（4）接通“电源”开关，大约15S后，出现扫描光迹。

聚焦
（1）调节“垂直位移”旋钮，使光迹移至荧光屏观测区域的中央。

（2）调节“辉度（INTENSITY）旋钮”将光迹的亮度调至所需要的程度。

（3）调节“聚焦（FOCUS）旋钮”，使光迹清晰。

加入触发信号
（1）将下列控制开关或旋钮置于相应的位置：
垂直方式：CH1；AC—GND—DC（CH1）：DC；V/DIV（CH1）：5mv ；
微调（CH1）：（CAL）校准：耦合方式：AC；触发源：CH1
（2）用探头将“校正信号源”送到CH1输入端。

（3）将探头的“衰减比”旋转置于“×10”档位置，调节“电平”旋钮使仪器触发。

将触发电平调离“自动”位置，并向反时针方向转动直至方波波形稳定，再微调“聚焦”和“辅助聚焦”使波形更清晰，并将波形移至屏幕中间。

此时方波在Y轴占5div ，X轴占10div，否则需校准。

2、观察各种信号波形
将函数信号发生器的输出端接示波器的“Y轴输入“端，观察正弦、方波、三角波等的波形。

调节示波器的有关旋钮，使荧光屏上出现稳定的波形。

把1、2两步的有关数据记录在表1中。

3、电压测量
（1）电压的定量测量。

将“V/DIV”微调置于“CAL”位置，就可以进行电压的定量测量。

测量值可由下列公式计算后得到：
用探头“×1位置”进行测量时，其电压值为：V=V/DIV设定值×信号显示幅度（DIV）用探头“×10位置”进行测量时，其电压值为：U=V/DIV设定值×信号显示幅度（DIV）×10。

（2）直流电压测量。

该仪器具有高输入阻抗，高灵敏度和快速响应的优势，下面介绍测量过程：
将Y轴输入耦合选择开关置于“⊥”，“电平”置于“自动”。

屏幕上形成一水平扫描基线，将“v/div ”与“t/div ”置于适当的位置，且“v/div ”的微调旋钮置于校准位置，调节Y轴位移，使水平扫描基线处于荧光屏上标的某一特定基准(0伏)。

①将“扫描方式”开关置“AUTO”（自动）位置，选择“扫描速度”使扫描光迹不发生闪烁的现象。

②将“AC—GND—DC”开关置“DC”位置，且将被测电压加到输入端。

扫描线的垂直位移即为信号的电压幅度。

如果扫描线上移，则被测电压相对地电位为正；如果扫描线下移，则该电压相对地电位为负。

电压值可用上面公式求出。

例如，将探头衰减比置于×10位置，垂直偏转因数（V/Div）置于“0.5v/div”,微调旋钮置于“CAL”位置，
图6 交流电压测量
图7 脉冲宽度测量 所测得的扫描光迹偏高5div 。

根据公式，被测电压为：
0.5(V/DIV)×5(DIV)×10=25V
测三次直流电压值，取其平均值，记入表2中。

（3）交流电压测量。

调节“V/DIV ”切换开关到合适的位置，以获得一个易于读取的信号幅度。

从下面图6所示的图形中读出该幅
度并用公式计算之。

当测量叠加在直流电压上的交流电压
时,将”AC-GND-DC ”开关置于DC 位置时就可
测出所包含直流分量的值.如果仅需测量交
流分量,则将该开关置于“AC ”位置。

按这种
方法测得的值为峰—峰值电压（VP —P ）。

正弦波信号有效值为：P P U --=42U 。

测三次，取平均值p p U -，计算出其有效值。

记入表3中。

例如，将探头衰减比置于×1的位置，垂直偏转因数（V/DIV ）置“5v/div”位
置，“微调”旋钮置于“校正（CAL ）”位置，所测得波形峰一峰值为6格（见图6所示）。

则UP —P=5（V/div ）×6(div)=30V 有效值电压为：V=30/22=10.6（V ）
4、时间测量
信号波形两点间的时间间隔可按下列公式进行计算：
时间（s ）=(Time/DIV)设定值×对应于被测时间的长度（div ）ד5倍扩展”旋钮设定值的倒数。

上式中：置“Time/DIV ”微调旋钮于CAL 位置。

读取“Time/DIV ”以及“×5倍扩展”旋钮设定值。

“×5倍扩展”旋钮设定值的倒数在扫描未扩展时为“1”，在扫描扩展时是“1/5”。

（1） 脉冲宽度测量方法如下：
① 调节脉冲波形的垂直位置，使脉冲波形的顶部和底部距刻度水平线的距离相等，如图7所示
②调节“Time/DIV ”开关到合适位置,使
扫描信号光迹易于观测。

③读取上升沿和下降沿中点之间的距离,
即脉冲沿与水平刻度线相交的两点之间的距
离,然后用公式计算脉冲宽度。

例如图7中“Time/DIV ”设定在
10μs/div 位置，则有脉冲宽度
ta=10(μs/div)×2.5(div)=25(μs)
(2) 脉冲上升（或下降）时间的测量方法如
下：
①调节脉冲波形的垂直位置和水平位置，方法和脉冲宽度测量方法相同。

②在图8中,读取上升沿10%到90%Um 所经历的时间tr ，则有t r =50（μs/div）
×1.1(div)=55(μs )
图8 上升(或下降)时间测量
图9 频率的测量 图10 相位测量
频率测量
频率测量有两种方法:
(1) 由时间公式求出输入的周期T(单位为
S),然后用下式求出信号的频率:f=T
1 =周期
1（HZ ） (2) 数出有效区域中10div 内重复的周期数
n.(时间单位为S)，然后用下式计算信号
的频率f=n/[(Time/DIV)设定值×10
（div ）]
当n 很大（30~50）时，第二种方法的
精确度比第一种方法高。

这一精度大致与扫
描速度的设计精度相等。

但当n 较小时，由于
小数点以下难以数清，会导致较大的误差。

例
如图9中,方波器的”Time/DIV”,设定在
“10μs/div”位置上，测得波形如图B1.6所
示,10格内重复周期数n=40则该信号的频率
为：f =10(aiv)s/aiv)(1040⨯μ=400KHZ. 5、相位测量
两个信号之间相位差的测量可以利用仪
器的双踪显示功能进行。

如图B1.7给出了两
个具有相同频率的超前和滞后的正弦波信号,
用双踪方波器显示的例子。

此时,”触发源”开关必
须置于超前信号相连接的通道,同时调
节”Time/DIV”开关,使显示的正弦波波形大于1个
周期，如图B1.7所示。

一个周期占6格，则1格
刻度代表波形相位60º，故相位差ΔΦ=（div ）
数×2π/div/周期=1.5×360º/6=90º
6、观察利萨如图
将按钮“X －Y ”按下，此时由“ch1”端口输
入的信号就为X 轴信号，其偏转灵敏度仍按该通道
的垂直偏转因数开关指示值读取，从“ch2”端口
输入Y 轴信号，这时示波器就工作在X-Y 显示方式。

在示波器X 轴和Y 轴同时各输入正弦信号时，光点的运动是两个相互垂直谐振动的合成，若它们的频率的比值f x ︰f y =整数时，合成的轨迹是一个封闭的图形，称为利萨如图。

利萨如图的图形与频率比和两信号的位相差都有关系，但利萨如图与两信号的频率比有如下简单的关系
y x x
y
n n f f = n x ，n y 分另为利萨如图的外切水平线的切点数和外切垂直线的切点数，如图11所
示
图11 利萨如图
因此，如f x 、f y 中有一个已知且观察它们形成的利萨如图，得到外切水平线和外切垂直线的切点数之比，即可测出另一个信号的频率。

实验时，X 轴输入某一频率的正弦信号作为标准信号，Y 轴输入一待测信号，调节Y 轴信号的频率，分别得到三种不同的n x ：n y 的利萨如图，计算出f y ，读出Y 轴输入信号发生器的频率f y /。

用两信号发生器分别给示波器的X 轴和Y 轴同时各输入正弦信号，调节两信号发生器的输出频率，观察使得：2313121121，，，，f f y x 等5种情况下的利萨如图，并描绘出图形在实验坐标纸上。

【数据记录及处理】
表1 观察各种波形
测试波形
幅值 频率 Volts/div Y 格数 V P-P A Time/div X 格数 T f 校正波
正弦波
方波
三角波 表2 测直流电压数据
表3 测正弦交流电压数据
表4 用坐标纸描出李萨如图形（或频率比由实验指导教师指定）
【思考题】
1、若示波器正常，观察波形时，如荧光屏上什么也看不到，会是那些原因，实验中应怎样调出其波形？
2、用示波器观察波形时，示波器上的波形移动不稳定，为什么？应调节哪几个旋钮使其稳定？
3、直流电压测量时，确定其水平扫描基线时，为什么Y轴输入耦合选择开关要置于“⊥”？
4、假定在示波器的输入端输入一个正弦电压，所用水平扫描频率为120Hz，在屏上出现了三个完整的正弦波周期，那么输入电压的频率为多少？
5、某同学用示波器测量正弦交流电压，经与用万用电表测量值比较相差很大，分析是什么原因？
6、观察利萨如图时，两相互垂直的正弦信号频率相同时，图上的波形还在不停的转动，为什么？
7、如何使用示波器测量两个频率相同的正弦信号的相位差？。