理论教育 示波器的使用及注意事项

示波器的使用及注意事项

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:显示迹线长度控制在6mm范围内为宜。进线电压误差超过额定值的±5%时,应采取措施使之符合使用条件。2)开启电源,指示灯亮,表示电源接通,预热5min,即可使用。6)由于仪器所用示波管的偏转灵敏度有一定的限制,故在使用中,荧光屏上波形的幅度不应大于8cm,更不宜长时间超过规定值,以免过载。

示波器的使用及注意事项

1.通用示波器面板上的旋钮

示波器的型号很多,但均大同小异,这里仅以SBT-5型示波器为例,说明示波器面板上各旋钮的作用。

电源开”:电源开关向上扳,接通电源。接通额定电源后,指示灯发出柔和的红光

“辉度”:控制示波管荧光屏上迹点的亮度,顺时针旋转时增加亮度,反之,则减弱亮度。

“聚焦”:聚集光点为一小圆点。在每次改变辉度后,一般需要重新调整聚焦状态。

“辅助聚焦”:使光点成为一清晰的小圆点或迹线。

“标尺亮度”:示波管荧光屏前坐标刻度片的照明亮度和不同色别的旋钮。转动旋钮可以从白光变换为红光、黄光或关掉坐标刻度的照明。拍摄照片时宜采用白光照明。

Y轴选择”:选择输入端阻容(输入阻抗)的旋钮。有1MΩ和75Ω两种匹配状态,在“比较信号”时,送入机内的比较信号,作校准衰减器用。

Y轴输入”:Y轴偏转系统的被测信号输入插座。常用的输入端。

Y轴衰减”:分1、3、10、30、100、300和1000等7挡,供选择适当的测量电压,使有适当的观察信号幅度。

Y轴增幅”:控制Y轴方向迹线的幅度,顺时针旋转时增长迹线,反之,则减短迹线。显示迹线长度控制在6mm范围内为宜。

Y轴移位”:移动迹线在荧光屏Y轴方向的上下位置。顺时针旋转时向上移动,反之,则向下移动。

“触发输入”:外界触发信号输入端。触发信号应不小于0.5V(峰峰值)。

“触发选择”:触发工作方式和极性的变换开关。一般观察放在“内+”或“内-”位置,均可显示。当观察正脉冲波形的上升时间时,需放在“+”位置。用外界信号触发扫描时,应放在“外+”或“外-”位置。如果观察与电源频率有时间关系的信号波形时,用电源信号进行触发。

“稳定调节”:触发稳定调节旋钮。先将“触发增幅”旋钮逆时针方向旋转到底,然后将旋钮逆时针方向缓慢旋转到使示波管荧光屏上刚出现扫描基线,再顺时针向后旋转,使扫描基线刚刚消失,这时的位置表示扫描发生器的工作点已调节在临界状态,最后顺时针方向旋转“触发增幅”旋钮,即能得到稳定的触发状态。

“触发增幅”:触发信号幅度的旋钮。控制触发器正常工作状态,以使“稳定调节”旋钮选择到一个灵敏的待触发点。顺时针缓慢旋转即可得到稳定工作的触发状态。

X轴输入”:X轴偏转系统的被测信号输入插座。

X轴选择”:X轴输入衰减器,分1、10、100三挡,供选择适当的输入电压。在“扫描”挡时,则由机内的扫描信号电压作时间基准。

X轴增幅”:控制X轴方向迹线的长度。顺时针旋转时增长迹线,反之,则减短迹线。显示迹线长度控制在10cm范围内为宜。

X轴移位”:移动迹线在荧光屏X轴方向的左右位置。顺时针旋转时向右移动,反之,向左移动。

“扫描时间”:扫描时间速度挡级开关,在0.1μs/cm~10ms/cm范围内从0.1~10,共分5挡。

“扫描微调”:扫描时间速度微调旋钮,配合“扫描时间”,可使扫描时间速度从0.02μs/cm~10ms/cm连续可调。

“扫描扩展”:扫描时间速度扩展旋钮开关。置于“校准”位置时,扫描速度不扩展,顺时针旋转到开关“开”,扫描速度扩展约5倍,使最高扫描时间速度达到0.02μs/cm。

“扫描输出”:正向扫描锯齿电压输出接线柱。

“比较信号V(峰峰值)”:约1kHz的方波校准信号电压,从50mV~50V,共分8挡,“0”为关掉比较信号。用于校准阻容补偿衰减器、探极的补偿电容器或Y轴放大器的偏转幅度校准和对比。

“比较信号”:校准信号电压输出接线柱,供机外使用。

“时标”:用已知频率的正弦波送到示波管的阴极用作确定被测信号,波形从一点到另一点间隔之间的时间。当阴极电位升高时,电子束密度减弱,光点变暗,反之则变亮,使显示波形分割成明暗相间的光点,叫做时标。如时标挡级在1μs时,时标脉冲振荡器的输出频率1MHz。

Y1Y2X1X2”:被测量信号可不经过仪器放大系统而直接送至示波管的Y偏转板或X偏转板。

Z”:在需要使用调辉法直接测定被测信号波形各部分的时间时,可将时标信号从本插座接入。

2.使用示波器前的注意事项

1)接通示波器电源之前,为了保证仪器的安全使用,应检查仪器进线电源变换插头是否置于所供应的电源标称值上。仪器出厂时适应电源为220V。如供应电压为110V时,应将仪器后部电源变换插头铁罩取下,变成110V,同时变换插头附近的熔丝必须换成5A才可。

线电压误差超过额定值的±5%时,应采取措施使之符合使用条件。

2)开启电源,指示灯亮,表示电源接通,预热5min,即可使用。

3)仪器内部装有风冷装置(微型风扇),每使用500h后,须在风扇轴承内添注机油(如缝纫机油)数滴,使其润滑。

4)仪器后盖板装有滤尘网,仪器使用一定时期后,应卸下该滤尘网,清除积尘,以免积尘堵塞网眼,影响风量。

5)若使用其他导线或电缆来引入观察信号,且Y轴选择置于75Ω时,应在引入线或电缆上串接隔直流电容,防止外界信号源的高压直接加于输入端电阻上,而导致其损毁。

6)由于仪器所用示波管的偏转灵敏度有一定的限制,故在使用中,荧光屏上波形的幅度不应大于8cm,更不宜长时间超过规定值,以免过载。同时,在使用前宜将Y轴衰减置于最大,然后视所显示波形的大小和观察需要再适当调节衰减。

7)使用时应注意辉度适中,不宜过亮,光点不可长时间停留在一点上,以免损坏荧光屏。

8)因故暂停使用而将电源切断后,若需再行立即使用,则应稍待2~3min后才开启电源,以免熔丝烧毁。

9)当用探极来引入观察信号时,应将Y轴选择置于1MΩ挡,用探极引入能增大输入阻抗,以减少对被测信号源的影响和避免外界杂散信号的干扰,但它也能把干扰衰减到1/10。除探极外,也可用导线或其他同轴电缆引入信号,但当信号源输出端带有高压时,应注意串接隔直流电容。

10)光点聚焦可调节聚焦旋钮,使其成为一个小圆点,直径一般不大于1mm,如光点不圆,可调节辅助聚焦,务使趋近于小圆点时为止。辅助聚焦一次调整后可不经常调节,辉度与聚焦应同时调节。

11)通常在观察被测信号时,X轴选择应置于扫描挡,并视被测信号为正、负极性分别将触发选择于“内+”或“内-”挡。若采用外界触发信号时,外触发信号应于触发输入端输入,再视该信号的正、负极性将触发选择置于“外+”或“外-”挡。

12)Y轴信号输入时,应根据输入信号的强度,选择适当的衰减。当信号峰值电压超过0.2V时,宜衰减到1/3;超过0.6V时,则宜衰减到1/10,其他以此类推。

如信号不需增幅而直接加到示波管之偏转板时,则可由仪器后面板的插孔直接输入,但应注意插孔与输入信号源之间须串隔直流电容,以免影响偏转板的正常工作。

13)扫描时间的选择与扫描微调的调节,由被观察脉冲持续时间与重复频率以及观察需要而决定。例如,宽度为50μs,重复频率为5kHz的矩形脉冲,当扫描时间置于10μs挡时,荧光屏上呈现约5cm宽度的单个脉冲;若将扫描时间置于100μs挡级时,荧光屏上就呈现5~6个约0.5cm宽度的脉冲,两相邻脉冲的距离约为2cm。因此,由波形宽度与扫描时间,可获得脉冲宽度与重复频率的近似值。当扫描微调自“标准”位置反时针旋至最小,则扫描时间增大约10倍。

14)一般情况下,扫描扩展应置于“校准”位置,只有要从一系列复杂脉冲波形中选取其中某一单个脉冲作仔细观察时,才可将扫描扩展打开,于是荧光屏上的波形在水平方向约被扩展5倍。将扫描扩展顺时针逐渐旋至最大,则荧光屏上被扩展的波形将顺序地自右而左地移动,直到所需观察的脉冲移至荧光屏的正中时为止。

15)利用仪器内部的比较信号发生器与触发扫描发生器可作为信号源,分别由比较信号端接线柱与扫描输出端接线柱对外输出方波与锯齿波。

16)当需要由输入信号对示波管的辉度进行调制时,该信号可由仪器后面板的调辉插孔Z直接输入。

17)当需要由X轴输入信号时,信号由X轴输入端输入,并将X轴选择置于合适的X轴衰减挡(1、10或100)。

3.使用示波器前应做的检查和试验

在进行各种测量之前应对示波器做一次简要的检查或试验。检查时示波器面板上各控制旋钮见表3-7。

表3-7示波器面板旋钮名称及其作用

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通电后,示波器工作在触发扫描状态,数分钟后,将“稳定调节”自最右位置渐渐向左旋转,到开始出现扫描则再向右旋至刚刚停扫的一点(此点称为待触发点)。此时将“触发增幅”渐渐向右旋转即可获得稳定的扫描,荧光屏上即出现稳定的方波波形,见图3-17。

从图3-17中可以确定仪器单元电路的工作是否处于正常状态。

1)“Y轴增幅”在最左位置,荧光屏上的幅度小于2cm;而置于最右位置时,幅度大于7cm,这说明Y轴输入灵敏度符合下列关系式:

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图3-17 仪器典型使用状态时的波形

如输入电压为150mV,显示幅度大于6cm,即

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SY的数值按技术指标应不大于25mV/cm,因此上式结果是符合要求的。

此外,“Y轴增幅”的覆盖系数应符合下列关系式:

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如最大幅度应大于6cm,最小幅度应小于1.8cm,即

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A覆盖的数值按技术指标应大于3.3,因此,“Y轴衰减”就保证了Y轴幅度在各种测量时能连续地调节。

2)荧光屏上出现稳定的波形,说明仪器触发放大器工作是正常的。同时从方波的宽度为5cm左右,可知此挡级的扫描速度亦是正确的。从Y轴输入的比较信号的频率是1kHz,又是较对称的方波,所以脉冲宽度应为500μs。

3)将“时标”置于“100”位置时,荧光屏上方波立即改变为图3-18所示的波形,这时可进一步证实方波宽度为500μs。

4.用示波器测量波形幅度

先将“Y轴选择”置于1MΩ挡,被测信号由Y轴输入,调节“Y轴衰减”,使波形幅度控制在荧光屏刻度以内,调节触发和扫描时间,荧光屏上出现稳定波形,见图3-19,其操作方法如下:

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图3-18 100μs时标所显示的方波

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图3-19 测量波形幅度示意图

1—比较信号 2—被测信号

1)“Y轴选择”置于“比较信号”,调节比较信号和Y轴增幅,使幅度为5cm。算出此时每厘米的灵敏度。

2)示波器各旋钮保持不变,将“Y轴选择”置于1MΩ挡,读出被测波形的幅度,乘以每厘米灵敏度即可。若每厘米灵敏度为0.1V/cm,则图3-19中被测波形的幅度为

A=3.2cm×0.1V/cm=0.32V

3)若被测信号很大,可用本机所备的10∶1探头来测量,但计算时应注意每厘米灵敏度值(0.1V/cm)乘以10。

5.用示波器测量频率和相位

1)100kHz以下的频率测量,可采用李沙育图形法。这个方法通过一已知频率的信号与未知频率的信号分别输入仪器的X轴和Y轴,荧光屏上可出现各种图形,根据这些图形和已知频率的数值,就能算出被测信号频率的数值。图3-20所列各图就是以X轴和Y轴均输入正弦波信号时,常用的一些频率比图形。

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图3-20 常用的频率比图形(李沙育图形)

2)利用李沙育图形来比较测量两个信号的频率,虽然十分方便,但当测量两个频率比相当大的信号时,若再用李沙育图形比较法,则所得的图形将很复杂而难以估计,因此,可采用分相比较法,见图3-21。

已知低频的信号,通过CR的移相网络,送入Y轴与X轴偏转系统,旋动移相调节器Ra,可使荧光屏上显示的圆环形图形变为正圆或椭圆。被测的高频信号通过Rb幅度的控制送入X轴偏转系统。

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图3-21 分相比较法

3)除测量频率之外,还可以进行相位比较,图3-22所列的各图是在下列条件下得出的:示波器Y轴与X轴的灵敏度调节一致,此外,相比较的频率亦是相同的。

6.用示波器测量波形时间

用示波器测量各种信号的时间参数,可以取得简便和较精确的效果。当“扫描微调”置于“校准”位置时,“扫描时间”所指的读数即为荧光屏上X轴向每厘米的扫描速度。测量时的操作方法与波形幅度测量相同。以图3-19为例,图中方波是对称的,方波的宽度为2cm,周期为4cm,若设此时的扫描速度为100μs/cm,则宽度为

t=100μs/cm×2cm=200μs周期为两倍宽度,即

T=2t=400μs

有些场合,需要对一脉冲信号的上升时间进行定量的分析,由于该示波器本身的上升时间为40ns,因此被测信号的前沿不能超过此数量级。如果被测信号的前沿大于100ns,则测量结果就不需修正,荧光屏上读出的数值即为实际被测数值。如果被测信号的前沿为同数量级时,则应将荧光屏上读出的前沿数值按下式修正:

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图3-22 波形的相位比较图

式中t1——荧光屏上读出的前沿数值;

t2——示波器本身的上升时间,即40ns;

t——被测信号的上升时间。

图3-23为一快速脉冲前沿的测量方法。

若此时扫描速度为0.1μs/cm,则上升时间为

t1=0.5cm×0.1μs/cm

=0.05μs=50ns

t2=40ns

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图3-23 快速脉冲前沿测量

但是,示波器本身的上升时间不一定很准,因此,所得的结果尚有一定的误差。

7.用示波器测量延迟时间

测量延迟网络、延迟电缆、同轴电缆等延迟装置的延迟时间,见图3-24,A端是信号的输入端,B端是信号的输出端。两信号的时间对应关系见图3-25,978-7-111-48524-7-Chapter03-56.jpg就是被测延迟装置的延迟时间。

测量时,示波器置于外触发状态。延迟前与延迟后的两次测量之间,仪器的控制旋钮不能任意变动,尤其不能调节“触发增幅”与“稳定调节”等旋钮,以避免测量发生误差。

8.用示波器测量调制系数

在发送和接收技术中经常要测量调幅信号的调制系数,图3-26所示为一已调制的信号,其调制系数为

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图3-24 延迟时间测量框图

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式中a——最大幅度;

b——最小幅度。

例如,图3-26中b为10mm,a为37mm,则调制系数为

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图3-25 两信号的对应关系

a)延迟前 b)延迟后

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图3-26 已调制信号波形

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