复习要求

（1）了解示波器的作用、特点和分类。

（2）了解模拟示波器的基本组成，掌握其使用方法。

（3）掌握数字示波器的基本组成，掌握其使用方法。

知识要点

一、使用示波器观察电信号

1.示波器功能

示波器是把随时间变化抽象的电信号用图像来显示的综合性电信号测量仪器，主要测量信号的电压幅度、频率、周期、相位等电量，与传感器配合还可以对温度、速度、压力、振动等非电量进行检测。

2.示波器分类

按用途分：简易式示波器、双踪示波器、取样示波器、存储示波器、专用示波器。

按信号处理方式分：模拟示波器、数字示波器。

3.模拟示波器组成

示波器由显示电路、垂直放大及衰减电路、水平放大及衰减电路、扫描与同步电路、电源供给电路等构成。示波器的核心部件是示波管，示波管由电子枪、偏转系统、显示屏组成。

模拟示波器面板由电源控制部分、电子束控制部分、垂直信号控制部分、水平（时基）控制部分、触发控制部分和其他6大部分组成。

4.模拟示波器的波形显示原理

由电子枪产生的高速电子束轰击阴极射线管中涂有荧光粉的屏幕，产生细小可见的光点，并用X轴表示时间，Y轴表示f（x）来描述被测信号随时间的变化规律，就可以把人们看不见且非常抽象的电信号变化过程转换成人们可以直接看见的波形，并在荧光屏上显示出来，从而就可以对电信号进行测量和分析。

5.模拟示波器的使用

（1）获得扫描基准线（如图3-12所示）

图3-12

①开机：按下电源开关，指示灯亮。

②设置通道的工作和输入耦合方式：将垂直通道的工作方式设为CH1，且将CH1的输入耦合方式设为接地（GND）。

③调节灰度：顺时针调节灰度旋钮，直到看见有亮光为止。

④选择触发方式：将触发方式设为自动，此时应该出现扫描基线，若未出现基线，进行下一步操作。

⑤调节垂直位移：找出扫描基线且调节旋钮使基线与水平轴重合。

（2）校准（如图3-13所示）

图3-13

①将探头接示波器：将探头插入端口且顺时针旋转，才能正确连接。

②接校准信号：将探头的另一端接在示波器的校准信号输出端。

③调节电压格和时间格，然后将微调旋钮顺时针调到底。

④调节探头补偿：用螺丝刀调节探头的补偿调节插槽，使其补偿适中。

⑤读出标准校准方波信号：幅度为2VP-P，频率为1 kHz。

（3）测量直流信号

①测量直流电压信号：先获得扫描基线，输入耦合方式选择为DC；正确连接探头线，关闭垂直微调，旋转“电压/格”旋钮，使波形显示适中。

②波形电压读取：电压=垂直格数×电压/格。

（4）测量交流信号

①获得示波器扫描基线，调节信号发生器，输出正弦波信号，并将信号发生器与示波器连接。

②设置“电压/格”和“时间/格”参数。

③触发源与选择的通道一致，如果选择CH1通道，触发源就选CH1；然后调节同步电平，使波形稳定显示。

④波形参数读取：UP-P=垂直格数×电压/格

T=水平格数×时间/格（f=1/T）　

（5）测量两个同频正弦波的相位差

①将CH1接信号1，将CH2接信号2，调节相应旋钮，使显示屏上同时显示两个正弦信号。

②调节“电压/格”旋钮，使两个正弦波信号的幅度尽量接近。电路如图3-14所示。

图3-14

③读取数值：

二、使用数字示波器观察电信号

1.数字示波器的特点

数字示波器的特点：测量精度高；能够捕捉单次、瞬变的信号；测量低频信号无闪烁感；有多种方式触发式和显示方式供选择；能自动完成参数的测量；能方便地与计算机进行连接等。

2.数字示波器的组成

数字示波器主要由采样存储、读出显示、系统控制3大部分组成。其中，系统控制部分由键盘、只读存储器（ROM）、CPU、时钟振荡等电路组成。取样存储部分主要由输入耦合电路、前置放大衰减电路、取样电路、A/D转换及取样时钟电路构成。读出显示部分由D/A转换器、Y放大器、时基电路、X放大器及显示屏构成。

3.数字示波器的电压信号参数说明

峰-峰值：波形最高点波峰至最低点的电压值。

最大值：波形最高点至GND（地）的电压值。

最小值：波形最低点至GND（地）的电压值。

幅值：波形顶端至底端的电压值。

顶端值：波形平顶至GND（地）的电压值。

底端值：波形平底至GND（地）的电压值。

过冲：波形最大值与顶端值之差与幅值的比值。

预冲：波形最小值与底端值之差与幅值的比值。

平均值：单位时间内信号的平均幅值。

有效值：依据交流信号在单位时间内所换算产生的能量，对应于产生等值能量的直流电压，即均方根值。

4.数字示波器的时间参数说明

上升时间（Rise Time）：波形幅度从10%上升至90%所经历的时间。

下降时间（Fall Time）：波形幅度从90%下降至10%所经历的时间。

正脉宽（+Width）：正脉冲在50%幅度时的脉冲宽度。

负脉宽（-Width）：负脉冲在50%幅度时的脉冲宽度。

正占空比（+Duty）：正脉宽与周期的比值。

负占空比（-Duty）：负脉宽与周期的比值。

典型例题

例1：示波器测出的信号波形如图3-15所示，探头衰减开关拨到×1，设置垂直衰减为0.5 V/DIV，设置水平扫描时间系数为2 ms/DIV。计算波形的参数：电压峰-峰值UP-P、电压有效值U、周期T和频率f。（选自2014年高考题）

图3-15

解：根据题意可知，电压峰-峰值UP-P=0.5 V/DIV×4 DIV=2 V

例2：将示波器的垂直衰减设置为1 V/DIV，水平扫描时间系数设置为5 ms/DIV，测量某方波信号的峰值为2.6 V，频率为100 Hz，在如图3-16所示的示波器屏幕上绘制该测试信号的波形图。（作图题）(www.daowen.com)

图3-16

解题思路：根据示波器使用方法及题意可知，方波在垂直方向占的格数为：2.6 V/1 V/DIV=2.6格。由于周期T=1/f，得到周期T=10 ms。因此，方波在水平方向占的格数为10 ms/5 ms/DIV=2格。

绘制出的波形图如图3-17所示。

图3-17　绘制波形图

习题练习

一、填空题

1.示波器屏上显示的是一亮度很低、线条较粗且模糊不清的波形，若要增大显示波形的亮度，应调节__________旋钮。

2.若示波器显示屏上显示的波形如图3-18所示，要使波形横向展宽，应调节__________旋钮。

3.模拟示波器面板主要由电源控制部分、__________、水平控制部分、垂直控制部分、触发控制部分和其他部分组成。

4.在模拟示波器的面板上，如图3-19所示，调节该旋钮的作用是　。

图3-18

图3-19

5.在模拟示波器的面板上，将触发耦合按钮选择DC，就是不隔断触发信号的直流分量，适用于__________的测量。

6.示波器探头线上有个补偿微调旋钮，调节它的作用是________________。

7.电子枪的作用是形成高速、汇聚的__________，去轰击荧光粉使之发光。

8.为了实现双踪测量，在单踪示波器的基础上增设了一个__________开关，用它来实现两种波形的分别显示。

9.在模拟示波器中，为了实现波形的稳定，要求被测信号频率与锯齿波电压的频率________倍。

10.波形不同步的处理办法，首先是检查触发源是否与输入通道一致，其次是调节________。

11.数字示波器由__________、__________和系统控制3部分组成。

12.在用数字示波器测量正弦信号的有效值时，应选择测量菜单中的__________选项。

13.在数字示波器中调节__________旋钮可以实现波形同步，在边沿触发菜单中________可以保持波形的自动同步。

二、判断题

1.示波器使用时，如果基线与X轴只能相交不能重合可以调节水平位移旋钮使之重合。（　）

2.示波器可以测量交流电压信号的幅度、频率和相位，还可测量脉冲信号的脉冲宽度。（　）

3.示波器是利用电子束在被测电压与同步扫描电压的共同作用下，亮点在荧光屏上所描绘的图形反映被测信号波形的。　（　）

4.扫描发生器是示波器垂直通道中的重要组成部分。　（　）

5.用模拟示波器测量电压波形时，只要测出Y轴方向的距离并读出灵敏度即可。（　）

6.在模拟示波器中，输入信号耦合方式选择GND适用于基线的校准。　（　）

7.为了保护示波器的寿命，应该使示波器上的亮点长时间停留在一个位置，不要经常去移动其位置。　（　）

8.只在示波器垂直偏转板上加测量信号，则荧光屏上显示一条水平线。　（　）

9.在模拟示波器中，测量直流信号时，输入耦合方式选择DC。　（　）

10.将示波器探头上的衰减开关拨到×1时，垂直方向上每格的电压值为指示值；若拨到×10时，垂直方向上每格的电压值为指示值×10。　（　）

11.当数字示波器的“运行/停止”键按下一次时，屏幕上显示的波形为实时输入波形。（　）

12.将数字示波器的带宽限制（BW=20M）打开，此时示波器将无法测量高于20 MHz的信号。　（　）

三、选择题

1.用示波器测量直流电压时，示波器的垂直衰减调节旋钮开关置于0.5 V/DIV，被测信号经衰减10倍的探头接入，屏幕上的光迹向上偏移5格，则被测电压为（　）。

A.25 V　B.15 V　C.10 V　D.2.5 V

2.示波器使用结束后应及时关机，下列关于关机的操作顺序，正确的是（　）。

A.先断开电源开关，再将“辉度调节”旋钮顺时针转到底

B.先断开电源开关，再将“辉度调节”旋钮逆时针转到底

C.先将“辉度调节”旋钮逆时针转到底，再断开电源开关

D.先将“辉度调节”旋钮顺时针转到底，再断开电源开关

3.下列不属于波形不同步原因的是（　）。

A.触发源选得不对　B.对于复杂信号还可以调触发释抑

C.触发电平调得不合适　D.输入信号幅度太大

4.打开电源后，首先在屏上调出了一个最圆最小的亮斑，但亮斑位于屏幕上的左上角。若想将这个亮斑调到屏幕的正中央，应该调节的旋钮是（　）。

5.用示波器观测到的正弦波波形如图3-20所示，示波器探头衰减系数为10，水平扫描时间系数为1μs/DIV，水平扩展倍率为5，垂直衰减调节旋钮选择0.2 V/DIV，则该信号的幅度与频率分别为（　）。

图3-20

A.0.8 V和1.25 MHz　B.8 V和1.25 MHz　

C.8 V和0.25 MHz　D.0.8 V和0.25 MHz

6.用示波器观测到的正弦波波形如图3-21所示，若垂直衰减调节旋钮选择10 V/DIV，则该信号的电压峰值为（　）。

A.46 V　B.32.5 V　C.23 V　D.16.25 V

7.示波器的垂直衰减调节旋钮选择5 V/DIV时，测得正弦交流信号的峰-峰值读数为8 DIV，探头衰减10∶1，则该信号的有效值为（　）。

A.20 V　B.40 V　C.141 V　D.14 V

8.测量220 V交流电的波形及峰值应使用（　）。

A.交流毫伏表　B.直流电压表　

C.交流电压表　D.示波器

9.下列选项为模拟示波器面板上功能旋钮，不属于电子束控制部分的是（　）。　

A.辉度（INTEN）　B.聚集（FOUCS）

C.光迹旋转（TRACE ROTATION）　D.垂直位移（POSITION）

10.小王用示波器观察三角波信号，发现波形缓缓地从右向左移，已知示波器良好，调节（　）旋钮可以解决问题。

A.垂直偏转灵敏度粗调（V/DIV）　B.扫描速率粗调（s/DIV）

C.聚焦、亮度　D.触发电平、触发源选择

11.示波器校准时，出现如图3-22所示情况，说明（　）。

A.过补偿　B.欠补偿　C.补偿适中　D.标准信号

图3-21

图3-22

四、计算题

1.示波器校准后，测量某正弦波电压信号，将探头衰减置于×10，垂直衰减调节旋钮置于5 V/DIV，水平扫描时间系数调节旋钮置于1μs/DIV，水平和垂直微调顺时针旋到底，并将“ACGND-DC”置于AC，所测得的波形峰值为6格，一个周期水平为4格，则测得峰-峰值电压为多少？有效值电压为多少？周期为多少？

2.示波器校准后，测量两个同频率的正弦波信号，将探头衰减置于×1，垂直衰减调节旋钮置于0.5 V/DIV，水平扫描时间系数调节旋钮置于1μs/DIV，水平和垂直微调顺时针旋到底，并将“AC—GND—DC”置于AC，所测得信号波形如图3-23所示，计算波形参数：电压峰-峰值UP-P、电压有效值U、周期T、频率f和相位差ΔΦ。

图3-23