2.2　示波器的使用方法

示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。它是觀察數字電路實驗現象、分析實驗中的問題、測量實驗結果必不可少的重要儀器。示波器主要由示波管和電源系統、同步系統、x軸偏轉系統、y軸偏轉系統、延遲掃描系統、標準信號源組成。圖2-13所示為DS1000示波器。

2.2.1　示波器的分類

示波器主要的功能是觀察和測量電信號的波形，不但能觀察到電信號的動態過程，而且還能定量地測量電信號的各種參數。例如，交流電的周期、幅度、頻率、相位等。在測試脈沖信號時，響應非常迅速，而且波形清晰可辨。另外，它還可將非電信號轉換為電信號，用來測量溫度、壓力、聲、熱等，因此它的用途非常廣泛。

示波器的種類很多，按其用途和特點可分為以下幾種。

（1）通用示波器：它是采用單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）多蹤示波器：又稱多線示波器，它能同時顯示兩個以上的波形，并對其進行定性、定量的比較和觀測，而且每個波形都是由單獨的電子束產生的。

（3）取樣示波器：這種示波器采用取樣技術，把高頻信號模擬轉換成低頻信號，再用通用示波器的原理顯示其波形。

（4）記憶、存儲示波器：這種示波器不但具有通用示波器的功能，而且還具有存儲信號波形的功能。記憶示波器是在普通示波器上增加了觸發記錄電信號來實現的，記憶時間可達數天。存儲示波器是利用數字電路的存儲技術實現存儲功能的，其存儲時間是無限的。

（5）專用示波器：這些示波器是具有特殊用途的示波器，如矢量示波器、心電示波器等。

2.2.2　示波器面板操作

一般示波器都會提供一個簡單且功能明晰的前面板，以進行基本的操作。面板上包括旋鈕和功能按鍵。圖2-14所示為示波器的前面板。

1.顯示屏

顯示屏是示波器的顯示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，用來指示信號波形的電壓和時間之間的關系，水平方向指示時間，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格，垂直方向分為8格，每格又分為5份。垂直方向標有0％、10％、90％、100％等標識，水平方向標有10％、90％標識，供測直流電平、交流信號幅度、延遲時間等參數使用。根據被測信號在屏幕上占的格數乘以適當的比例常數（VOLTS/DIV、TIME/DIV）就能得出電壓值與時間值，如圖2-15所示。

2.電源開關（POWER）按鈕

電源開關按鈕是示波器的主電源開關，當按下此開關時，電源指示燈亮，表示電源接通。

3.輝度（INTEN）旋鈕

旋轉輝度旋鈕能改變光點和掃描線的亮度。觀察低頻信號時可將亮度調小些，高頻信號時可將亮度調大些，一般不應太亮，以保護熒光屏。

4.聚焦（FOCUS）旋鈕

聚焦旋鈕用于調節電子束截面大小，將掃描線聚焦成最清晰狀態。圖2-16所示為POWER按鈕、FOCUS旋鈕等。

5.標尺亮度旋鈕

此旋鈕調節熒光屏后面的照明燈亮度，正常室內光線下照明燈暗一些為好，在室內光線不足的環境中可適當調亮照明燈。

6.垂直偏轉因數（VOLTS/DIV）旋鈕

在單位輸入信號的作用下，光點在屏幕上偏移的距離稱為偏移靈敏度，這一定義對x軸和y軸都適用。靈敏度的倒數稱為偏轉因數。垂直靈敏度的單位為cm/V、cm/mV或者DIV/mV、DIV/V，垂直偏轉因數的單位為V/cm、mV/cm或者V/DIV、mV/DIV。實際上，因習慣用法和測量電壓讀數的方便，有時也把偏轉因數當成靈敏度。

示波器中每個通道各有一個垂直偏轉因數選擇波段開關。一般按1、2、5方式將5mV/DIV～5V/DIV分為10擋。波段開關指示的值代表熒光屏上垂直方向一格的電壓值。例如，波段開關置于1V/DIV擋時，如果屏幕上信號光點移動一格，則代表輸入信號電壓變化1V。

每個波段開關上都有一個微調小旋鈕，用于微調每擋垂直偏轉因數。將它沿順時針方向旋到底，處于“校準”位置，此時垂直偏轉因數值與波段開關所指示的值一致。逆時針旋轉此旋鈕，能夠微調垂直偏轉因數。微調垂直偏轉因數后會造成與波段開關的指示值不一致，這一點應引起注意。圖2-17所示為VOLTS/DIV旋鈕。

7.時基（TIME/DIV）旋鈕

時基選擇的使用方法與垂直偏轉因數相似。時基選擇也通過一個波段開關實現，按1、2、5方式把時基分為若干擋。波段開關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擋，光點在屏幕上移動一格代表時間值1μs。

時基旋鈕上有一個微調小旋鈕，用于時基校準和微調。沿順時針方向旋到底，處于“校準”位置時，屏幕上顯示的時基值與波段開關所示的標稱值一致。逆時針旋轉旋鈕，則對時基微調。旋鈕拔出后處于掃描擴展狀態。通常為“×10”擴展，即水平靈敏度擴大10倍，時基縮小為1/10。例如，在2μs/DIV擋，掃描擴展狀態下熒光屏上水平一格代表的時間值為2μs×（1/10）=0.2μs。

TDS實驗臺上有10MHz，1MHz，500kHz，100kHz的時鐘信號，由石英晶體振蕩器和分頻器產生，準確度很高，可用來校準示波器的時基。

示波器的標準信號源CAL，專門用于校準示波器的時基和垂直偏轉因數。

8.位移（POSITION）旋鈕

此旋鈕調節信號波形在熒光屏上的位置。旋轉水平位移旋鈕（標有水平雙向箭頭）左右移動信號波形，旋轉垂直位移旋鈕（標有垂直雙向箭頭）上下移動信號波形。

9.選擇輸入通道

輸入通道至少有3種選擇方式：通道1（CH1）、通道2（CH2）、雙通道（DUAL）。選擇通道1時，示波器僅顯示通道1的信號。選擇通道2時，示波器僅顯示通道2的信號。選擇雙通道時，示波器同時顯示通道1和通道2的信號。

測試信號時，首先要將示波器的地與被測電路的地連接在一起，根據輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應通道的插座上，然后將示波器探頭上的地與被測電路的地連接在一起，示波器探頭接觸被測點。示波器探頭上有一個雙位開關。此開關撥到“×1”位置時，被測信號會無衰減地送到示波器，從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值。此開關撥到“×10”位置時，被測信號衰減為1/10，然后送往示波器，從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值。

10.選擇輸入耦合方式

輸入耦合方式有3種選擇：交流（AC）、地（GND）、直流（DC）。

當選擇“地”時，掃描線顯示出“示波器地”在熒光屏上的位置；直流耦合用于測定信號直流絕對值和觀測極低頻信號；交流耦合用于觀測交流和含有直流成分的交流信號。在數字電路的實驗中，一般選擇“直流”方式，以便觀測信號的絕對電壓值。

11.觸發源（SOURCE）選擇

要使屏幕上顯示穩定的波形，則需將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加到觸發電路。觸發源選擇確定觸發信號由何處供給。通常有3種觸發源：內觸發（INT）、電源觸發（LINE）、外觸發（EXT）。

（1）內觸發使用被測信號作為觸發信號，是經常使用的一種觸發方式。由于觸發信號本身是被測信號的一部分，在屏幕上可以顯示出非常穩定的波形。雙蹤示波器中通道1或者通道2都可以選作觸發信號。

（2）電源觸發使用交流電源頻率信號作為觸發信號。這種方法在測量與交流電源頻率有關的信號時是有效的。特別在測量音頻電路、閘流管的低電平交流噪聲時更有效。

（3）外觸發使用外加信號作為觸發信號，外加信號從外觸發輸入端輸入。外觸發信號與被測信號間應具有周期性關系。由于被測信號沒有用作觸發信號，所以何時開始掃描與被測信號無關。

正確選擇觸發信號與波形顯示的穩定、清晰有很大關系。例如，在數字電路的測量中，對一個簡單的周期信號而言，選擇內觸發可能好一些，而對于一個具有復雜周期的信號，且存在一個與它有周期性關系的信號時，選用外觸發可能更好。

12.選擇觸發耦合（COUP）方式

觸發信號到觸發電路的耦合方式有多種，目的是為了觸發信號的穩定、可靠。觸發耦合方式主要有AC耦合、直流耦合（DC）、低頻抑制（LFR）觸發、高頻抑制（HFR）觸發和電視同步（TV）觸發。

（1）AC耦合又稱電容耦合。它只允許用觸發信號的交流分量觸發，觸發信號的直流分量被隔斷。通常在不考慮DC分量時使用這種耦合方式，以形成穩定觸發。但是如果觸發信號的頻率小于10Hz，則會造成觸發困難。

（2）直流耦合（DC）不隔斷觸發信號的直流分量。當觸發信號的頻率較低或者觸發信號的占空比很大時，使用直流耦合較好。

（3）低頻抑制（LFR）觸發時，觸發信號經過高通濾波器加到觸發電路，觸發信號的低頻成分被抑制。

（4）高頻抑制（HFR）觸發時，觸發信號通過低通濾波器加到觸發電路，觸發信號的高頻成分被抑制。

（5）電視同步（TV）觸發用于電視維修。

13.觸發電平（TRIG LEVEL）旋鈕

觸發電平調節又稱同步調節，它使掃描與被測信號同步。觸發電平旋鈕用于調節觸發信號的觸發電平。一旦觸發信號超過由旋鈕設定的觸發電平時，掃描即被觸發。順時針旋轉旋鈕，觸發電平上升；逆時針旋轉旋鈕，觸發電平下降。當觸發電平旋鈕調到電平鎖定位置時，觸發電平自動保持在觸發信號的幅度之內，不需要電平調節就能產生一個穩定的觸發。當信號波形復雜，用觸發電平旋鈕不能穩定觸發時，用釋抑（HOLDOFF）旋鈕調節波形的釋抑時間（掃描暫停時間），能使掃描與波形穩定同步。

14.觸發極性（SLOPE）開關

觸發極性開關用來選擇觸發信號的極性。撥在“+”位置上時，在信號增加的方向上，當觸發信號超過觸發電平時就產生觸發。撥在“-”位置上時，在信號減少的方向上，當觸發信號超過觸發電平時就產生觸發。觸發極性和觸發電平共同決定觸發信號的觸發點。

15.選擇掃描方式（SWEEPMODE）

掃描方式有自動（AUTO）、常態（NORM）和單次（SGL/RST）3種。

（1）自動：當無觸發信號輸入或者觸發信號頻率低于50Hz時，掃描為自激方式。

（2）常態：當無觸發信號輸入時，掃描處于準備狀態，沒有掃描線。觸發信號到來后，觸發掃描。

（3）單次：單次按鈕類似復位開關。單次掃描方式下，按單次按鈕時掃描電路復位，此時準備好（READY）燈亮。觸發信號到來后產生一次掃描。單次掃描結束后，準備好燈滅。單次掃描用于觀測非周期信號或者單次瞬變信號，往往需要對波形拍照。

2.2.3　示波器基本操作

1.示波器接入信號

下面以DS1000示波器為例，講解信號的接入方法（DS1000為雙通道輸入加一個外觸發輸入通道以及十六個數字輸入通道的數字示波器）。

接入信號的方法如下：

（1）首先將探頭上的開關設定為“10X”，然后將示波器探頭與通道1連接。將探頭連接器上的插槽對準CH1同軸電纜插接件（BNC）上的插孔并插入，然后向右旋轉以擰緊探頭。

（2）示波器需要輸入探頭衰減系數。此衰減系數改變儀器的垂直擋位比例，從而使得測量結果正確反映被測信號的電平（默認的探頭衰減系數設定值為“1X”。）設置探頭衰減系數的方法為：按CH1功能按鈕顯示通道1的操作菜單，應用與探頭項目平行的3號菜單操作鍵，選擇與使用的探頭同比例的衰減系數。這里設定為“10X”。

（3）把探頭端部和接地夾接到探頭補償器的連接器上。按AUTO（自動設置）按鈕，幾秒鐘內可見到方波顯示（1kHz，約3V，峰-峰值）。

（4）以同樣的方法檢查通道2（CH2）。按OFF功能按鈕或再次按下CH1功能按鈕以關閉通道1，按CH2功能按鈕以打開通道2，重復步驟2和步驟3。

2.探頭補償

在首次將探頭與任一輸入通道連接時，進行此項調節，使探頭與輸入通道相配。未經補償或補償偏差的探頭會導致測量誤差或錯誤。

下面以DS1000示波器為例，講解調整探頭補償的方法。

（1）將探頭衰減系數設定為“10X”，將探頭上的開關設定為“10X”，并將示波器探頭與通道1連接。如果使用鉤形探頭，應確保與探頭接觸緊密。

將探頭端部與探頭補償器的信號輸出連接器相連，基準導線夾與探頭補償器的地線連接器相連，打開通道1，然后按AUTO按鈕。

（2）檢查所顯示波形的形狀，如圖2-18所示。

（3）如有必要，用非金屬的螺絲刀調整探頭上的可變電容，直到屏幕顯示的波形如圖2-18（b）所示。

2.2.4　用示波器測量簡單信號

下面用DS1000示波器來觀測電路中的一個未知信號，迅速顯示和測量信號的頻率和峰-峰值。

1.迅速顯示該未知信號

迅速顯示該未知信號的方法如下：

（1）將探頭衰減系數設定為“10X”，并將探頭上的開關設定為“10X”。

（2）將通道1的探頭連接到電路被測點。

（3）按下AUTO（自動設置）按鈕。

示波器將自動設置使波形顯示達到最佳。在此基礎上，用戶可以進一步調節垂直、水平擋位，直至波形的顯示符合您的要求。

2.用示波器進行自動測量峰-峰值

示波器可對大多數顯示信號進行自動測量。下面用DS1000示波器來測量信號的峰-峰值。具體操作方法如下：

（1）先按下MEASURE按鈕以顯示自動測量菜單。

（2）按下1號菜單操作鍵以選擇信源CH1。

（3）按下2號菜單操作鍵選擇測量類型：電壓測量。

在電壓測量彈出菜單中選擇測量參數：峰-峰值。此時可以在屏幕左下角顯示峰-峰值。

3.用示波器進行自動測量頻率

下面用DS1000示波器來測量信號頻率。具體操作方法如下：

（1）按下3號菜單操作鍵選擇測量類型：時間測量。

（2）在時間測量彈出菜單中選擇測量參數：頻率。

此時可以在屏幕下方顯示頻率。

注意

測量結果在屏幕上的顯示會因為被測信號的變化而改變。

2.2.5　觀察正弦波信號通過電路產生的延遲和畸變

下面用DS1000示波器來觀察正弦波信號通過電路產生的延遲和畸變。首先設置探頭和示波器通道的探頭衰減系數為“10X”。然后將示波器CH1通道與電路信號輸入端相接，CH2通道與輸出端相接。

1.顯示CH1通道和CH2通道的信號

（1）按下AUTO（自動設置）按鈕。

（2）繼續調整水平、垂直擋位直至波形顯示滿足測試要求。

（3）按CH1按鈕選擇通道1，旋轉垂直（VERTICAL）區域的垂直旋鈕調整通道1波形的垂直位置。

（4）按CH2按鈕選擇通道2，如前操作，調整通道2波形的垂直位置。使通道1、通道2的波形既不重疊在一起，又利于觀察比較。

2.測量正弦波信號通過電路后產生的延遲，并觀察波形的變化

（1）自動測量通道延遲，按下MEASURE按鈕以顯示自動測量菜單。

（2）按下1號菜單操作鍵以選擇信源CH1。

（3）按下3號菜單操作鍵選擇時間測量。

（4）選擇時間測量類型：延遲1→2。

此時可以在屏幕左下角顯示通道1、通道2在上升沿的延遲數值。波形的變化如圖2-19所示。

2.2.6　減少信號上的隨機噪聲

如果在測量時發現被測信號上疊加了隨機噪聲，可以通過調整示波器來濾除或減小噪聲，避免其在測量中對本體信號的干擾。圖2-20所示為疊加了隨機噪聲的波形圖。

下面用DS1000示波器來減少信號上的隨機噪聲，具體操作方法如下：

（1）首先設置探頭和示波器通道的探頭衰減系數為“10X”。并將探頭上的開關設定為“10X”。（2）連接信號使波形在示波器上穩定地顯示。

（3）通過設置觸發耦合改善觸發。先按下觸發（TRIGGER）控制區域MENU按鈕，顯示觸發設置菜單。然后選擇“觸發設置→耦合”，選擇“低頻抑制”或“高頻抑制”。

提示

低頻抑制是設定一高通濾波器，可濾除8kHz以下的低頻信號分量，允許高頻信號分量通過。高頻抑制是設定一低通濾波器，可濾除150kHz以上的高頻信號分量（如FM廣播信號），允許低頻信號分量通過。通過設置“低頻抑制”或“高頻抑制”可以分別抑制低頻或高頻噪聲，以得到穩定的觸發。

（4）通過設置采樣方式和調整波形亮度來減少顯示噪聲。如果被測信號上疊加了隨機噪聲，導致波形過粗?？梢詰闷骄蓸臃绞?，去除隨機噪聲的顯示，使波形變細，便于觀察和測量。取平均值后隨機噪聲被減小而信號的細節更易觀察。

應用平均采樣方式的具體操作方法如下：按面板MENU區域的ACQUIRE按鈕，顯示采樣設置菜單。按1號菜單操作鍵設置獲取方式為“平均”狀態，然后按2號菜單操作鍵調整平均次數，依次由2～256以2倍數步進，直至波形的顯示滿足觀察和測試要求。圖2-21所示為減少隨機噪聲的波形圖。

提示

減少顯示噪聲也可以通過降低波形亮度來實現。

2.2.7　用示波器測量交流電壓

用示波器測量交流電壓的具體操作方法如下：

（1）首先將輸入耦合開關置于“AC”位置（擴展控制開關未拉出），將交流信號從y軸輸入，這樣就能測量信號波形峰-峰間或某兩點間的電壓幅值。

（2）從屏幕上讀出波形峰-峰間所占的格數，將它乘以伏/度選擇開關的擋位，即可計算出被測信號的交流電壓值。若將擴展控制開關拉出，則再除以5。

2.2.8　示波器使用注意事項

在使用示波器時應注意下列事項。

（1）測試前應估算被測信號的幅度大小，若不明確，應將示波器的伏/度選擇開關置于最大擋，避免因電壓過大而損壞示波器。

（2）在測量小信號波形時，由于被測信號較弱，示波器上顯示的波形就不容易同步。這時可采取以下兩種方法加以解決：第一，仔細調節示波器上的觸發電平旋鈕，使被測信號穩定和同步。必要時可結合調整掃描微調旋鈕，但應注意，調節該旋鈕會使屏幕上顯示的頻率讀數發生變化（逆時針旋轉，掃描因素擴大2.5倍以上），會給計算頻率造成一定困難。一般情況下，應將此旋鈕順時針旋轉到底，使之位于校正位置（CAL）。第二，使用與被測信號同頻率（或整數倍）的另一強信號作為示波器的觸發信號，該信號可以直接從示波器的通道2輸入。

（3）示波器工作時，周圍不要放大功率的變壓器，否則測出的波形會有重影和噪波干擾。

（4）示波器可作為高內阻的電流電壓表使用，手機電路中有一些高內阻電路，若使用普通萬用表測電壓，由于萬用表內阻較低，測量結果會不準確，而且還可能會影響被測電路的正常工作，而示波器的輸入阻抗比萬用表要高得多，使用示波器直流輸入方式，先將示波器輸入接地，確定好示波器的零基線，就能方便地測量被測信號的直流電壓。