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示波器是利用電子示波管的特性,將人眼不能直接觀察到的交流電信號轉換成圖像,并顯示在熒光屏上進行測量的電子測量儀器。是觀察數字電路實驗現象,分析實驗中的問題,測量實驗結果不可缺少的重要儀器。示波器主要由示波器及電源系統、同步系統、x軸偏轉系統、y軸偏轉系統、延時掃描系統和標準信號源組成。圖19顯示了一個示波器。
圖19示波器
示波器的分類示波器的主要功能是觀察和測量電信號的波形,不僅可以觀察電信號的動態過程,還可以定量測量電信號的各種參數,如交流電的周期、幅值、頻率、相位等。在測試脈沖信號的情況下,響應非常快,并且波形清晰可辨。此外,它還能將非電信號轉換成電信號,可用于測量溫度、壓力、聲音和熱量,因此應用廣泛。
示波器有很多種,根據用途和特點可以分為以下幾種。
1)通用示波器:是一種單光束示波管的寬帶示波器,常見的有單時基單蹤或雙蹤示波器。
2)多道示波器:又稱多線示波器。它可以同時顯示兩個以上的波形,并對它們進行定性和定量的比較和觀察,每個波形都是由單獨的電子束產生的。
3)采樣示波器:這種示波器利用采樣技術將高頻信號轉換成低頻信號,然后用一般示波器的原理顯示它們的波形。
4)記憶存儲示波器:這種示波器不僅具有一般示波器的功能,還具有存儲信號波形的功能。記憶示波器是由記憶示波管組成的示波器,記憶時間可達數天。存儲示波器利用數字電路的存儲技術實現存儲功能,其存儲時間理論上是無限的。
5)專用示波器,即具有特殊用途的示波器,如矢量示波器、心電示波器等。
了解示波器面板一般來說,示波器將為基本操作提供一個簡單而實用的前面板。面板包括功能旋鈕和功能鍵。圖110顯示了示波器的前面板。
圖110示波器的前面板
1.顯示屏
顯示屏是示波器的顯示部分。顯示屏上水平和垂直方向有多條刻度線,用來表示信號波形的電壓和時間的關系。水平方向表示時間,垂直方向表示電壓。水平方向分為10個網格,垂直方向分為8個網格,每個網格又分為5個部分。垂直方向標有0%、10%、90%、100%,水平方向標有10%和90%,用于測量dc電平、交流信號幅度和延遲時間等參數。它可以通過將被測信號在屏幕上占據的方格數乘以適當的比例常數(伏特/格,時間/格)來獲得。電壓值和時間值如圖111所示。
圖111示波器顯示屏
2.電源按鈕
該按鈕是示波器的主電源開關,如圖112所示。按下此開關時,電源指示燈亮,表示電源已接通。
圖112電源按鈕、聚焦旋鈕等
3.強度旋鈕
旋轉該旋鈕可以改變光點和掃描線的亮度,如圖112所示。觀察低頻信號時亮度可以調小,觀察高頻信號時亮度可以調大,一般不要太亮,保護熒光屏。
4.聚焦旋鈕
聚焦旋鈕用于調節電子束的橫截面,將掃描線聚焦到最清晰的狀態,如圖112所示。
5.標尺亮度旋鈕
此旋鈕用于調節熒光屏后面照明燈的亮度。室內光線正常的情況下最好調暗燈光,室內光線不足的情況下適當調亮燈光。
6.垂直偏轉系數(伏特/格)旋鈕
在單位輸入信號的作用下,光點在屏幕上偏離的距離稱為偏移靈敏度,對x軸和y軸都適用。靈敏度的倒數叫做偏轉系數。垂直靈敏度的單位是cm/v,cm/mv或div/mv,div/v,垂直偏轉系數的單位是v/cm,mv/cm或v/div,mv/div。事實上,由于習慣用法和測量電壓讀數的方便性,偏轉系數有時被認為是靈敏度。
示波器中的每個通道都有一個垂直偏轉系數旋鈕(即波段選擇開關)。一般5mv/div ~ 5v/div按照1、2、5分為10檔。旋鈕指示的值代表熒光屏垂直方向上一個柵極的電壓值。例如,當旋鈕設置為1v/div時,如果屏幕上的信號光斑移動一格,則意味著輸入信號電壓變為1v。
每個波段開關都有一個微調旋鈕,用于微調每個檔位的垂直偏轉系數。順時針旋轉到底,它就在 校準和校準位置。此時,垂直偏轉系數值與波段開關指示的數值一致。逆時針旋轉該旋鈕,微調垂直偏轉系數。微調垂直偏轉系數后,會與波段開關指示值不一致,需要注意。圖113顯示了伏特/分度旋鈕。
圖113伏/格旋鈕
7.時間/分度旋鈕
時基旋鈕的使用類似于垂直偏轉系數。時基旋鈕也是用一個旋鈕實現的,時基以1、2、5的分為幾檔。旋鈕的指示值代表光點在水平方向移動一格的時間值。例如,在1μs/div塊中,光點在屏幕上移動一個網格來表示1μs的時間值。
時基旋鈕上有一個微調旋鈕,用于時基校準和微調。順時針旋轉到底,當它在 校準和校準位置,屏幕上顯示的時基值與旋鈕上顯示的標稱值一致。逆時針旋轉旋鈕,這是時基微。調。旋鈕拔出后,處于掃描展開狀態,通常 ×10 擴展,即水平靈敏度擴展10倍,時基縮小到1/10。例如,在2μs/div時,掃描擴展狀態下屏幕上一個水平網格所代表的時間值為2 μ s× (1/10) = 0.2 μ s。
tds實驗平臺上有10mhz、1mhz、500khz、100khz時鐘信號,由石英晶體振蕩器和分頻器產生,精度高,可用于校準示波器的時基。
cal是示波器的標準信號源,專門用于校準示波器的時基和垂直偏轉因子。
8.位置旋鈕
該旋鈕調節信號波形在屏幕上的位置。旋轉水平位移旋鈕(標有水平雙箭頭)左右移動信號波形,旋轉垂直位移旋鈕(標有垂直雙箭頭)上下移動信號波形。
9.選擇輸入通道
輸入通道至少有三個選項:通道1(ch1)、通道2(ch2)和雙通道。當選擇通道1時,示波器僅顯示通道1的信號。當選擇通道2時,示波器僅顯示通道2的信號。當選擇雙通道時,示波器同時顯示通道1和通道2的信號。
當接收到測試信號時,示波器的地應與被測電路的地相連。根據輸入通道的選擇,將示波器探頭插入相應通道的插座,然后將示波器探頭上的地線與被測電路的地線連接,示波器探頭接觸被測點。示波器探頭上有一個雙位開關。當這個開關轉到 ×1 位置,被測信號將無衰減地送到示波器,從熒光屏上讀出的電壓值就是信號的實際電壓值。當這個開關轉到 ×10 位置,被測信號被衰減到1/10,然后送到示波器。信號的實際電壓值是從熒光屏上讀取的電壓值乘以10。
10.選擇輸入耦合模式
有三種輸入耦合模式:交流、gnd和dc。
何時 地面 被選中時,掃描線顯示 示波器接地和在屏幕上;dc耦合用于測量信號的dc絕對值,觀察極低頻信號。交流耦合用于觀察帶有dc分量的交流和交流信號。數字電路實驗中的 dc 通常選擇模式來觀察信號的絕對電壓值。
11.觸發源選擇
為了在屏幕上顯示穩定的波形,需要在觸發電路中加入被測信號本身或者與被測信號有一定時間關系的觸發信號。觸發源選擇決定了觸發信號的供應位置。通常有三種觸發源:內部觸發(int)、電源觸發(line)和外部觸發(ext)。
1)內部觸發利用被測信號作為觸發信號,這是一種常用的觸發。因為觸發信號本身是測量信號的一部分,所以可以在屏幕上顯示非常穩定的波形。雙蹤示波器通信可以選擇通道1或通道2作為觸發信號。
2)交流工頻信號作為電源觸發的觸發信號。這種方法在測量與交流電源頻率有關的信號時是有效的。它在測量音頻電路和閘流管的低電平交流噪聲時特別有效。
3)外部觸發器使用外部信號作為觸發信號,外部信號從外部觸發器輸入端輸入。外部觸發信號和測量信號之間應該存在周期性關系。由于測量信號不作為觸發信號,所以何時開始掃描與測量信號無關。
觸發信號的正確選擇與波形顯示的穩定性和清晰度有很大關系。比如在數字電路的測量中,對于一個簡單的周期信號選擇內觸發可能更好,但是對于一個周期復雜的信號和一個與之有周期關系的信號選擇外觸發可能更好。
12.選擇觸發耦合耦合。
有許多方法將觸發信號耦合到觸發電路,以便使觸發信號穩定可靠。觸發耦合主要有交流耦合、dc耦合、低頻抑制(lfr)觸發、高頻抑制(hfr)觸發和電視同步觸發。
1)交流耦合也稱為電容耦合。它只允許由觸發信號的交流分量觸發,而觸發信號的dc分量被切斷。這種耦合方法通常在dc分量被認為不能形成穩定觸發時使用。但是,如果觸發信號的頻率小于10hz,則會使觸發變得困難。
2) dc耦合不會阻擋觸發信號的dc分量。當觸發信號頻率較低或占空比較大時,dc耦合較好。
3)當lfr被觸發時,觸發信號通過高通濾波器被施加到觸發電路,并且觸發信號的低頻分量被抑制。
4)當hfr被觸發時,觸發信號通過低通濾波器被施加到觸發電路,并且觸發信號的高頻分量被抑制。
5)電視同步觸發器用于電視維護。
13.觸發電平旋鈕
觸發電平調整,也稱為同步調整,使掃描與測量信號同步。觸發電平旋鈕用于調整觸發信號的觸發電平。一旦觸發信號超過旋鈕設置的觸發水平,掃描即被觸發。順時針轉動旋鈕,觸發液位上升;逆時針轉動旋鈕,觸發電平將下降。當觸發電平旋鈕設置到電平鎖定位置時,觸發電平自動保持在觸發信號的幅度內,無需電平調整即可產生穩定的觸發。當信號波形復雜且無法通過觸發電平旋鈕穩定觸發時,可以使用釋抑旋鈕來調整波形的釋放時間(掃描暫停時間),以便掃描可以與波形穩定同步。
14.觸發斜率開關。
觸發極性開關用于選擇觸發信號的極性。當設置為 位置,在信號增加的方向,當觸發信號超過觸發電平時,將產生一個觸發。當設置為 位置,信號減弱。在方向上,當觸發信號超過觸發電平時,產生觸發。觸發極性和觸發電平共同決定了觸發信號的觸發點。
15.選擇掃描模式。
有三種掃描模式:自動、正常和sgl/rst。
1)自動:當沒有觸發信號輸入或觸發信號頻率低于50hz時,掃描模式為自動。
2)正常狀態:沒有觸發信號輸入時,掃描處于就緒狀態,沒有掃描線。當觸發信號到達時,掃描被觸發。
3)一次性:一次性按鈕類似于復位開關。在單次掃描模式下,當按下單次按鈕時,掃描電路復位,并且 就緒 此時燈亮著。觸發信號到達后產生掃描。在一次掃描之后, 就緒 燈滅了。單掃描用于觀察非周期信號或單個瞬態信號,經常需要對波形拍照。
示波器的基本操作方法1。示波器訪問信號。
下面以ds1000示波器為例說明信號接入(ds1000是一種雙通道輸入加一個外觸發輸入通道,16路數字輸入通道的數字示波器)。
訪問信號的方法如下:
1)首先將探頭上的開關設置為 10x ,然后將示波器探頭連接到通道1。將探頭連接器上的插槽與ch1同軸電纜連接器(bnc)上的插孔對齊并插入,然后向右旋轉以擰緊探頭。
2)示波器需要輸入探頭的衰減系數。這個衰減系數改變了儀器的垂直齒輪比,使得測量結果正確地反映了被測信號的電平(默認的探頭衰減系數設定值是 1x ).探頭衰減系數的設置方法如下:按ch1功能鍵,顯示通道1的操作菜單,應用與探頭項目平行的3號菜單操作鍵,選擇與所用探頭同比例的衰減系數。將它設置為 10x 給你。
3)夾緊探頭端,并接地至探頭補償器的連接器。按下auto鍵,幾秒鐘就能看到方波顯示(1khz,3v左右,峰峰值)。
4)用同樣的方法檢查通道2(ch2)。按下off功能鍵或再次按下ch1功能鍵關閉頻道1,按下ch2功能鍵打開頻道2,重復步驟2和3。
2.探針補償
第一次將探頭連接到任何輸入通道時,進行此調整以使探頭與輸入通道匹配。沒有補償或偏差補償的探頭將導致測量誤差或誤差。
下面以ds1000示波器為例,說明調整探頭補償的方法。
1)將探頭的衰減系數設置為 10x ,將探頭上的開關設置為 10x ,并將示波器探頭與通道1連接。如果使用探針的鉤頭,確保它與探針緊密接觸。
將探針端連接到探針補償器的信號輸出連接器,將參考線夾連接到探針補償器的接地連接器,打開通道1,然后按下自動按鈕。
2)檢查顯示的波形形狀,如圖114所示。
3)如有必要,用非金屬螺絲刀調節探頭上的可變電容,直到屏幕上顯示的波形如圖114b所示。
圖114顯示了波形的形狀。
示波器常見故障的處理1。按下電源開關后,示波器仍然黑屏,沒有顯示。
按下電源開關后,示波器還是黑屏,沒有顯示。故障排除方法如下:
1)檢查電源連接器是否連接正確。
2)檢查電源開關是否按下。
3)完成上述檢查后,重啟示波器。
4)如果你還能 不能正常使用示波器,可能是示波器內部有問題。請送到專業維修公司維修。
2.信號采集后,圖中沒有出現信號的波形。
信號采集后,畫面中沒有出現的信號波形的故障處理方法如下:
1)檢查探針是否正常連接到信號連接線。
2)檢查信號連接電纜是否正常連接到bnc(即通道連接器)。
3)檢查探針是否與被測物體正常連接。
4)檢查被測對象是否有信號產生(有信號的通道可以與有問題的通道相連,以確定問題)。
5)再次收集信號。
3.測得的電壓幅度比實際值大10倍或實際值的1/10。
檢查信道衰減系數是否與實際使用的探頭衰減比一致。
4.有波形顯示,但無法穩定。
有一個波形顯示,但它可以 不穩定。故障排除方法如下:
1)檢查觸發面板的信號源選擇是否與實際使用的信號通道一致。
2)檢查觸發器類型。對于一般信號, 邊緣觸發和模式,對于視頻信號, 視頻觸發器和應使用模式。只有應用合適的觸發模式,波形才能穩定顯示。
3)嘗試改變 耦合與集成致 高頻抑制 or 低頻抑制 以濾除由干擾觸發的高頻或低頻噪聲。
5.按下運行/停止按鈕,無任何顯示。
按下運行/停止按鈕無任何顯示的故障排除方法如下(以ds1000示波器為例):檢查觸發面板的觸發模式是否為 正常 or 一次性 并且觸發電平超出波形范圍。如果是這樣,將觸發級別居中或將觸發模式設置為 汽車與娛樂。此外,按下自動按鈕可以自動完成上述設置。
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