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示波器是利用电子示波管的特性,将人眼不能直接观察到的交流电信号转换成图像,并显示在荧光屏上进行测量的电子测量仪器。是观察数字电路实验现象,分析实验中的问题,测量实验结果不可缺少的重要仪器。示波器主要由示波器及电源系统、同步系统、x轴偏转系统、y轴偏转系统、延时扫描系统和标准信号源组成。图19显示了一个示波器。
图19示波器
示波器的分类示波器的主要功能是观察和测量电信号的波形,不仅可以观察电信号的动态过程,还可以定量测量电信号的各种参数,如交流电的周期、幅值、频率、相位等。在测试脉冲信号的情况下,响应非常快,并且波形清晰可辨。此外,它还能将非电信号转换成电信号,可用于测量温度、压力、声音和热量,因此应用广泛。
示波器有很多种,根据用途和特点可以分为以下几种。
1)通用示波器:是一种单光束示波管的宽带示波器,常见的有单时基单踪或双踪示波器。
2)多道示波器:又称多线示波器。它可以同时显示两个以上的波形,并对它们进行定性和定量的比较和观察,每个波形都是由单独的电子束产生的。
3)采样示波器:这种示波器利用采样技术将高频信号转换成低频信号,然后用一般示波器的原理显示它们的波形。
4)记忆存储示波器:这种示波器不仅具有一般示波器的功能,还具有存储信号波形的功能。记忆示波器是由记忆示波管组成的示波器,记忆时间可达数天。存储示波器利用数字电路的存储技术实现存储功能,其存储时间理论上是无限的。
5)专用示波器,即具有特殊用途的示波器,如矢量示波器、心电示波器等。
了解示波器面板一般来说,示波器将为基本操作提供一个简单而实用的前面板。面板包括功能旋钮和功能键。图110显示了示波器的前面板。
图110示波器的前面板
1.显示屏
显示屏是示波器的显示部分。显示屏上水平和垂直方向有多条刻度线,用来表示信号波形的电压和时间的关系。水平方向表示时间,垂直方向表示电压。水平方向分为10个网格,垂直方向分为8个网格,每个网格又分为5个部分。垂直方向标有0%、10%、90%、100%,水平方向标有10%和90%,用于测量dc电平、交流信号幅度和延迟时间等参数。它可以通过将被测信号在屏幕上占据的方格数乘以适当的比例常数(伏特/格,时间/格)来获得。电压值和时间值如图111所示。
图111示波器显示屏
2.电源按钮
该按钮是示波器的主电源开关,如图112所示。按下此开关时,电源指示灯亮,表示电源已接通。
图112电源按钮、聚焦旋钮等
3.强度旋钮
旋转该旋钮可以改变光点和扫描线的亮度,如图112所示。观察低频信号时亮度可以调小,观察高频信号时亮度可以调大,一般不要太亮,保护荧光屏。
4.聚焦旋钮
聚焦旋钮用于调节电子束的横截面,将扫描线聚焦到最清晰的状态,如图112所示。
5.标尺亮度旋钮
此旋钮用于调节荧光屏后面照明灯的亮度。室内光线正常的情况下最好调暗灯光,室内光线不足的情况下适当调亮灯光。
6.垂直偏转系数(伏特/格)旋钮
在单位输入信号的作用下,光点在屏幕上偏离的距离称为偏移灵敏度,对x轴和y轴都适用。灵敏度的倒数叫做偏转系数。垂直灵敏度的单位是cm/v,cm/mv或div/mv,div/v,垂直偏转系数的单位是v/cm,mv/cm或v/div,mv/div。事实上,由于习惯用法和测量电压读数的方便性,偏转系数有时被认为是灵敏度。
示波器中的每个通道都有一个垂直偏转系数旋钮(即波段选择开关)。一般5mv/div ~ 5v/div按照1、2、5分为10档。旋钮指示的值代表荧光屏垂直方向上一个栅极的电压值。例如,当旋钮设置为1v/div时,如果屏幕上的信号光斑移动一格,则意味着输入信号电压变为1v。
每个波段开关都有一个微调旋钮,用于微调每个档位的垂直偏转系数。顺时针旋转到底,它就在 校准和校准位置。此时,垂直偏转系数值与波段开关指示的数值一致。逆时针旋转该旋钮,微调垂直偏转系数。微调垂直偏转系数后,会与波段开关指示值不一致,需要注意。图113显示了伏特/分度旋钮。
图113伏/格旋钮
7.时间/分度旋钮
时基旋钮的使用类似于垂直偏转系数。时基旋钮也是用一个旋钮实现的,时基以1、2、5的分为几档。旋钮的指示值代表光点在水平方向移动一格的时间值。例如,在1μs/div块中,光点在屏幕上移动一个网格来表示1μs的时间值。
时基旋钮上有一个微调旋钮,用于时基校准和微调。顺时针旋转到底,当它在 校准和校准位置,屏幕上显示的时基值与旋钮上显示的标称值一致。逆时针旋转旋钮,这是时基微。调。旋钮拔出后,处于扫描展开状态,通常 ×10 扩展,即水平灵敏度扩展10倍,时基缩小到1/10。例如,在2μs/div时,扫描扩展状态下屏幕上一个水平网格所代表的时间值为2 μ s× (1/10) = 0.2 μ s。
tds实验平台上有10mhz、1mhz、500khz、100khz时钟信号,由石英晶体振荡器和分频器产生,精度高,可用于校准示波器的时基。
cal是示波器的标准信号源,专门用于校准示波器的时基和垂直偏转因子。
8.位置旋钮
该旋钮调节信号波形在屏幕上的位置。旋转水平位移旋钮(标有水平双箭头)左右移动信号波形,旋转垂直位移旋钮(标有垂直双箭头)上下移动信号波形。
9.选择输入通道
输入通道至少有三个选项:通道1(ch1)、通道2(ch2)和双通道。当选择通道1时,示波器仅显示通道1的信号。当选择通道2时,示波器仅显示通道2的信号。当选择双通道时,示波器同时显示通道1和通道2的信号。
当接收到测试信号时,示波器的地应与被测电路的地相连。根据输入通道的选择,将示波器探头插入相应通道的插座,然后将示波器探头上的地线与被测电路的地线连接,示波器探头接触被测点。示波器探头上有一个双位开关。当这个开关转到 ×1 位置,被测信号将无衰减地送到示波器,从荧光屏上读出的电压值就是信号的实际电压值。当这个开关转到 ×10 位置,被测信号被衰减到1/10,然后送到示波器。信号的实际电压值是从荧光屏上读取的电压值乘以10。
10.选择输入耦合模式
有三种输入耦合模式:交流、gnd和dc。
何时 地面 被选中时,扫描线显示 示波器接地和在屏幕上;dc耦合用于测量信号的dc绝对值,观察极低频信号。交流耦合用于观察带有dc分量的交流和交流信号。数字电路实验中的 dc 通常选择模式来观察信号的绝对电压值。
11.触发源选择
为了在屏幕上显示稳定的波形,需要在触发电路中加入被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号。触发源选择决定了触发信号的供应位置。通常有三种触发源:内部触发(int)、电源触发(line)和外部触发(ext)。
1)内部触发利用被测信号作为触发信号,这是一种常用的触发。因为触发信号本身是测量信号的一部分,所以可以在屏幕上显示非常稳定的波形。双踪示波器通信可以选择通道1或通道2作为触发信号。
2)交流工频信号作为电源触发的触发信号。这种方法在测量与交流电源频率有关的信号时是有效的。它在测量音频电路和闸流管的低电平交流噪声时特别有效。
3)外部触发器使用外部信号作为触发信号,外部信号从外部触发器输入端输入。外部触发信号和测量信号之间应该存在周期性关系。由于测量信号不作为触发信号,所以何时开始扫描与测量信号无关。
触发信号的正确选择与波形显示的稳定性和清晰度有很大关系。比如在数字电路的测量中,对于一个简单的周期信号选择内触发可能更好,但是对于一个周期复杂的信号和一个与之有周期关系的信号选择外触发可能更好。
12.选择触发耦合耦合。
有许多方法将触发信号耦合到触发电路,以便使触发信号稳定可靠。触发耦合主要有交流耦合、dc耦合、低频抑制(lfr)触发、高频抑制(hfr)触发和电视同步触发。
1)交流耦合也称为电容耦合。它只允许由触发信号的交流分量触发,而触发信号的dc分量被切断。这种耦合方法通常在dc分量被认为不能形成稳定触发时使用。但是,如果触发信号的频率小于10hz,则会使触发变得困难。
2) dc耦合不会阻挡触发信号的dc分量。当触发信号频率较低或占空比较大时,dc耦合较好。
3)当lfr被触发时,触发信号通过高通滤波器被施加到触发电路,并且触发信号的低频分量被抑制。
4)当hfr被触发时,触发信号通过低通滤波器被施加到触发电路,并且触发信号的高频分量被抑制。
5)电视同步触发器用于电视维护。
13.触发电平旋钮
触发电平调整,也称为同步调整,使扫描与测量信号同步。触发电平旋钮用于调整触发信号的触发电平。一旦触发信号超过旋钮设置的触发水平,扫描即被触发。顺时针转动旋钮,触发液位上升;逆时针转动旋钮,触发电平将下降。当触发电平旋钮设置到电平锁定位置时,触发电平自动保持在触发信号的幅度内,无需电平调整即可产生稳定的触发。当信号波形复杂且无法通过触发电平旋钮稳定触发时,可以使用释抑旋钮来调整波形的释放时间(扫描暂停时间),以便扫描可以与波形稳定同步。
14.触发斜率开关。
触发极性开关用于选择触发信号的极性。当设置为 位置,在信号增加的方向,当触发信号超过触发电平时,将产生一个触发。当设置为 位置,信号减弱。在方向上,当触发信号超过触发电平时,产生触发。触发极性和触发电平共同决定了触发信号的触发点。
15.选择扫描模式。
有三种扫描模式:自动、正常和sgl/rst。
1)自动:当没有触发信号输入或触发信号频率低于50hz时,扫描模式为自动。
2)正常状态:没有触发信号输入时,扫描处于就绪状态,没有扫描线。当触发信号到达时,扫描被触发。
3)一次性:一次性按钮类似于复位开关。在单次扫描模式下,当按下单次按钮时,扫描电路复位,并且 就绪 此时灯亮着。触发信号到达后产生扫描。在一次扫描之后, 就绪 灯灭了。单扫描用于观察非周期信号或单个瞬态信号,经常需要对波形拍照。
示波器的基本操作方法1。示波器访问信号。
下面以ds1000示波器为例说明信号接入(ds1000是一种双通道输入加一个外触发输入通道,16路数字输入通道的数字示波器)。
访问信号的方法如下:
1)首先将探头上的开关设置为 10x ,然后将示波器探头连接到通道1。将探头连接器上的插槽与ch1同轴电缆连接器(bnc)上的插孔对齐并插入,然后向右旋转以拧紧探头。
2)示波器需要输入探头的衰减系数。这个衰减系数改变了仪器的垂直齿轮比,使得测量结果正确地反映了被测信号的电平(默认的探头衰减系数设定值是 1x ).探头衰减系数的设置方法如下:按ch1功能键,显示通道1的操作菜单,应用与探头项目平行的3号菜单操作键,选择与所用探头同比例的衰减系数。将它设置为 10x 给你。
3)夹紧探头端,并接地至探头补偿器的连接器。按下auto键,几秒钟就能看到方波显示(1khz,3v左右,峰峰值)。
4)用同样的方法检查通道2(ch2)。按下off功能键或再次按下ch1功能键关闭频道1,按下ch2功能键打开频道2,重复步骤2和3。
2.探针补偿
第一次将探头连接到任何输入通道时,进行此调整以使探头与输入通道匹配。没有补偿或偏差补偿的探头将导致测量误差或误差。
下面以ds1000示波器为例,说明调整探头补偿的方法。
1)将探头的衰减系数设置为 10x ,将探头上的开关设置为 10x ,并将示波器探头与通道1连接。如果使用探针的钩头,确保它与探针紧密接触。
将探针端连接到探针补偿器的信号输出连接器,将参考线夹连接到探针补偿器的接地连接器,打开通道1,然后按下自动按钮。
2)检查显示的波形形状,如图114所示。
3)如有必要,用非金属螺丝刀调节探头上的可变电容,直到屏幕上显示的波形如图114b所示。
图114显示了波形的形状。
示波器常见故障的处理1。按下电源开关后,示波器仍然黑屏,没有显示。
按下电源开关后,示波器还是黑屏,没有显示。故障排除方法如下:
1)检查电源连接器是否连接正确。
2)检查电源开关是否按下。
3)完成上述检查后,重启示波器。
4)如果你还能 不能正常使用示波器,可能是示波器内部有问题。请送到专业维修公司维修。
2.信号采集后,图中没有出现信号的波形。
信号采集后,画面中没有出现的信号波形的故障处理方法如下:
1)检查探针是否正常连接到信号连接线。
2)检查信号连接电缆是否正常连接到bnc(即通道连接器)。
3)检查探针是否与被测物体正常连接。
4)检查被测对象是否有信号产生(有信号的通道可以与有问题的通道相连,以确定问题)。
5)再次收集信号。
3.测得的电压幅度比实际值大10倍或实际值的1/10。
检查信道衰减系数是否与实际使用的探头衰减比一致。
4.有波形显示,但无法稳定。
有一个波形显示,但它可以 不稳定。故障排除方法如下:
1)检查触发面板的信号源选择是否与实际使用的信号通道一致。
2)检查触发器类型。对于一般信号, 边缘触发和模式,对于视频信号, 视频触发器和应使用模式。只有应用合适的触发模式,波形才能稳定显示。
3)尝试改变 耦合与集成致 高频抑制 or 低频抑制 以滤除由干扰触发的高频或低频噪声。
5.按下运行/停止按钮,无任何显示。
按下运行/停止按钮无任何显示的故障排除方法如下(以ds1000示波器为例):检查触发面板的触发模式是否为 正常 or 一次性 并且触发电平超出波形范围。如果是这样,将触发级别居中或将触发模式设置为 汽车与娱乐。此外,按下自动按钮可以自动完成上述设置。
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