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示波器
來源：作者：日期：2017-12-21 14:11:20點(diǎn)擊：8735次
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(hào)轉(zhuǎn)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(shù)字電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問題、測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器。示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源組成。
| 中文名 | 外文名 | 屬性 | 應(yīng)用學(xué)科 |
| 示波器 | oscilloscope | 電子測量儀器 | 機(jī)械工程；電測量儀器儀表 |
目錄
1、示波器的概述
2、示波器的作用
3、示波器的分類
4、示波器工作原理
5、示波器的基本結(jié)構(gòu)
6、示波器的選用
7、示波器的正確使用
8、如何使用示波器
9、示波器使用注意事項(xiàng)
示波器的概述：
示波器是將人眼無法直接觀測的交變電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在顯示屏上以便觀察的電子測量儀器。它描繪電信號(hào)的波形曲線能夠說明信號(hào)的許多特性和用途：信號(hào)的時(shí)間和電壓值、振蕩信號(hào)的頻率、信號(hào)所代表電路信號(hào)的特定部分相對(duì)于其他部分的發(fā)生頻率、是否存在故障部件使信號(hào)產(chǎn)生失真、信號(hào)的直流成分(DC)和交流成分(AC)、信號(hào)的噪聲值和噪聲隨時(shí)間變化的情況、多個(gè)波形信號(hào)對(duì)比等。
示波器的作用：
用來測量交流電或脈沖電流波的形狀的儀器，由電子管放大器、掃描振蕩器、陰極射線管等組成。除觀測電流的波形外，還可以測定頻率、電壓強(qiáng)度等。凡可以變?yōu)殡娦?yīng)的周期性物理過程都可以用示波器進(jìn)行觀測。
示波器的分類：
1.普通示波器。電路結(jié)構(gòu)簡單，頻帶較窄，掃描線性差，僅用于觀察波形。
2.多用示波器。頻帶較寬，掃描線性好，能對(duì)直流、低頻、高頻、超高頻信號(hào)和脈沖信號(hào)進(jìn)行定量測試。借助幅度校準(zhǔn)器和時(shí)間校準(zhǔn)器，測量的準(zhǔn)確度可達(dá)±5%。
3.多線示波器。采用多束示波管，能在熒光屏上同時(shí)顯示兩個(gè)以上同頻信號(hào)的波形，沒有時(shí)差，時(shí)序關(guān)系準(zhǔn)確。
4.多蹤示波器。具有電子開關(guān)和門控電路的結(jié)構(gòu)，可在單束示波管的熒光屏上同時(shí)顯示兩個(gè)以上同頻信號(hào)的波形。但存在時(shí)差，時(shí)序關(guān)系不準(zhǔn)確。
5.取樣示波器。采用取樣技術(shù)將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬低頻信號(hào)進(jìn)行顯示，有效頻帶可達(dá)GHz級(jí)。
6.記憶示波器。采用存儲(chǔ)示波管或數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)，將單次電信號(hào)瞬變過程、非周期現(xiàn)象和超低頻信號(hào)長時(shí)間保留在示波管的熒光屏上或存儲(chǔ)在電路中，以供重復(fù)測試。
7.數(shù)字示波器。內(nèi)部帶有微處理器，外部裝有數(shù)字顯示器，有的產(chǎn)品在示波管熒光屏上既可顯示波形，又可顯示字符。被測信號(hào)經(jīng)模一數(shù)變換器(A/D變換器)送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，通過鍵盤操作，可對(duì)捕獲的波形參數(shù)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行加、減、乘、除、求平均值、求平方根值、求均方根值等的運(yùn)算，并顯示出答案數(shù)字。
示波器工作原理：
利用顯示在示波器上的波形幅度的相對(duì)大小來反映加在示波器Y偏轉(zhuǎn)極板上的電壓最大值的相對(duì)大小，從而反映出電磁感應(yīng)中所產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的最大值的大小。因此借助示波器可以研究感應(yīng)電動(dòng)勢與其產(chǎn)生條件的關(guān)系。
示波器的基本結(jié)構(gòu)：
示波器的主要部分有示波管、帶衰減器的Y軸放大器、帶衰減器的X軸放大器、掃描發(fā)生器(鋸齒波發(fā)生器)、觸發(fā)同步和電源等。為了適應(yīng)各種測量的要求，示波器的電路組成是多樣而復(fù)雜的，這里僅就主要部分加以介紹。
1.示波管
示波管主要包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分，全都密封在玻璃外殼內(nèi)，里面抽成高真空。下面分別說明各部分的作用。
(1)熒光屏：它是示波器的顯示部分，當(dāng)加速聚焦后的電子打到熒光上時(shí)，屏上所涂的熒光物質(zhì)就會(huì)發(fā)光，從而顯示出電子束的位置。當(dāng)電子停止作用后，熒光劑的發(fā)光需經(jīng)一定時(shí)間才會(huì)停止，稱為余輝效應(yīng)。
(2)電子槍：由燈絲H、陰極K、控制柵極G、第一陽極A1、第二陽極A2五部分組成。燈絲通電后加熱陰極。陰極是一個(gè)表面涂有氧化物的金屬筒，被加熱后發(fā)射電子?？刂茤艠O是一個(gè)頂端有小孔的圓筒，套在陰極外面。它的電位比陰極低，對(duì)陰極發(fā)射出來的電子起控制作用，只有初速度較大的電子才能穿過柵極頂端的小孔然后在陽極加速下奔向熒光屏。示波器面板上的“亮度”調(diào)整就是通過調(diào)節(jié)電位以控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變了屏上的光斑亮度。陽極電位比陰極電位高很多，電子被它們之間的電場加速形成射線。當(dāng)控制柵極、第一陽極、第二陽極之間的電位調(diào)節(jié)合適時(shí)，電子槍內(nèi)的電場對(duì)電子射線有聚焦作用，所以第一陽極也稱聚焦陽極。第二陽極電位更高，又稱加速陽極。面板上的“聚焦”調(diào)節(jié)，就是調(diào)第一陽極電位，使熒光屏上的光斑成為明亮、清晰的小圓點(diǎn)。有的示波器還有“輔助聚焦”，實(shí)際是調(diào)節(jié)第二陽極電位。
(3)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：它由兩對(duì)相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成，一對(duì)垂直偏轉(zhuǎn)板Y，一對(duì)水平偏轉(zhuǎn)板X。在偏轉(zhuǎn)板上加以適當(dāng)電壓，電子束通過時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使電子束在熒光屏上的光斑位置也發(fā)生改變。
容易證明，光點(diǎn)在熒光屏上偏移的距離與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓成正比，因而可將電壓的測量轉(zhuǎn)化為屏上光點(diǎn)偏移距離的測量，這就是示波器測量電壓的原理。
2.信號(hào)放大器和衰減器
示波管本身相當(dāng)于一個(gè)多量程電壓表，這一作用是靠信號(hào)放大器和衰減器實(shí)現(xiàn)的。由于示波管本身的X及Y軸偏轉(zhuǎn)板的靈敏度不高(約0.1—1mm/V)，當(dāng)加在偏轉(zhuǎn)板的信號(hào)過小時(shí)，要預(yù)先將小的信號(hào)電壓加以放大后再加到偏轉(zhuǎn)板上。為此設(shè)置X軸及Y軸電壓放大器。衰減器的作用是使過大的輸入信號(hào)電壓變小以適應(yīng)放大器的要求，否則放大器不能正常工作，使輸入信號(hào)發(fā)生畸變，甚至使儀器受損。對(duì)一般示波器來說，X軸和Y軸都設(shè)置有衰減器，以滿足各種測量的需要。
3.掃描系統(tǒng)
掃描系統(tǒng)也稱時(shí)基電路，用來產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間作線性變化的掃描電壓，這種掃描電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系如同鋸齒，故稱鋸齒波電壓，這個(gè)電壓經(jīng)X軸放大器放大后加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上，使電子束產(chǎn)生水平掃描。這樣，屏上的水平坐標(biāo)變成時(shí)間坐標(biāo)，Y軸輸入的被測信號(hào)波形就可以在時(shí)間軸上展開。掃描系統(tǒng)是示波器顯示被測電壓波形必需的重要組成部分。
示波器的選用：
根據(jù)要顯示的信號(hào)數(shù)量，選擇單蹤、雙蹤或多蹤示波器;
根據(jù)被測信號(hào)的頻率特點(diǎn)，選擇慢掃描、通用、高速或取樣示波器;
根據(jù)被測信號(hào)的重現(xiàn)方式，選擇模擬或數(shù)字存儲(chǔ)示波器;
根據(jù)被測信號(hào)的測試重點(diǎn)選擇 。
示波器的正確使用：
使用前必須檢查電網(wǎng)電壓是否與示波器要求的電源電壓一致。
通電后需預(yù)熱幾分鐘再調(diào)整各旋鈕。各旋鈕應(yīng)先大致旋在中間位置，以便找到被測信號(hào)波形。
注意示波器的亮度不宜開得過高，且亮點(diǎn)不宜長期停留在固定位置，特別是暫時(shí)不觀測波形時(shí)，更應(yīng)該將輝度調(diào)暗，否則將縮短示波管的使用壽命。
輸入信號(hào)電壓的幅度應(yīng)控制在示波器的最大允許輸入電壓范圍內(nèi)。
注意屏幕有效面積，將波形的關(guān)鍵部分移至屏幕中心區(qū)域進(jìn)行觀測。
使用專用探頭，使用前須校正。
注意掃描方式、觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)電平、觸發(fā)極性及觸發(fā)信號(hào)選擇等旋鈕和按鍵的配合調(diào)節(jié)。
如何使用示波器：
示波器使用前，應(yīng)首先根據(jù)說明書，將各控制件置于相應(yīng)位置。然后接通電源開關(guān)，此時(shí)指示燈點(diǎn)亮。如果顯示屏上未出現(xiàn)水平掃描線，則按下尋跡開關(guān)，判斷掃描線偏離顯示屏的方向，并以此為依據(jù)，微調(diào)Y位移旋鈕和X位移旋鈕。待顯示屏上出現(xiàn)兩條掃描線后，調(diào)整亮度、聚焦旋鈕，使兩條掃描線亮度適當(dāng)。然后調(diào)節(jié)標(biāo)尺亮度，照亮標(biāo)尺上的刻度線，并調(diào)節(jié)Y位移旋鈕，使兩條掃描線均重合在標(biāo)尺的水平刻度上。
示波器使用注意事項(xiàng)：
1)示波器與其他儀器(如萬用表等)一樣，在使用之前都必需要先對(duì)其進(jìn)行校正。而所謂對(duì)示波器的校正，是將示波器的原來波形在測試之前正確調(diào)試出來。也就是說，校正出來的波形要與示波器本身所設(shè)定的參數(shù)一致(這些參數(shù)通常會(huì)在校正的測試點(diǎn)標(biāo)示出來)。
2)通用示波器通過調(diào)節(jié)亮度和聚焦旋鈕使光點(diǎn)直徑最小，以使波形清晰，減少測試誤差。
3)不要使光點(diǎn)停留在一點(diǎn)不動(dòng)，否則電子束長時(shí)間轟擊一點(diǎn)，容易在顯示屏上形成暗斑，損壞顯示屏。
4)示波器顯示波形一般應(yīng)調(diào)到2~3個(gè)周期，波形讀數(shù)為峰值( Vp-p)，若顯示正弦信號(hào)，其有效值為Vp-p/2.828。
5)為保證波形穩(wěn)定顯示，應(yīng)注意調(diào)節(jié)電平旋鈕。
6)讀取電壓幅值時(shí)，應(yīng)檢查V/div開關(guān)上的微調(diào)旋鈕是否順時(shí)針旋到底(校準(zhǔn)位置)，否則說明讀數(shù)是錯(cuò)誤的。
7)應(yīng)檢查探頭是否是10：1衰減探頭(一般放在×1位置)，若放在×10位置，讀數(shù)應(yīng)×10。
8)示波器使用的電壓為220(1±10%)V范圍，超出這個(gè)范圍將影響儀器的正常工作。當(dāng)電源電壓波動(dòng)比較大時(shí)，最好采用交流穩(wěn)壓措施后再使用。
9)示波器機(jī)箱與機(jī)內(nèi)電路接地點(diǎn)相連接，為了安全及減少外界環(huán)境對(duì)儀器的干擾，應(yīng)將儀器機(jī)殼接地。
10)測試信號(hào)輸入線最好采用帶有香蕉插頭的高頻屏蔽線或單股線，輸入線盡量短一些，將香蕉插頭分別插入示波器Y輸入與地接線柱及信號(hào)輸出儀器接線柱。
