電子測量儀器教程 課件 第5、6章 示波器的使用；計數器的使用

第5章示波器的使用5.1概述

5.2HG2020型通用示波器的使用

5.3示波器的工作原理

5.4通用示波器的構成5.5DS1102C型數字示波器的使用5.6示波器接口的使用5.7數字示波器使用注意事項

5.1概述

1．示波器的種類

根據示波器對信號的處理方式的不同，示波器可分為模擬、數字兩大類。

(1)模擬示波器：采用模擬方式對時間信號進行處理和顯示。

(2)數字示波器：對信號進行數字化處理后再顯示。

2．示波器的主要特點

(1)由于電子束的慣性小，因而響應速度快，工作頻率范圍寬，適應于測試快速脈沖信號。

(2)靈敏度高。因為配有高增益放大器，所以能夠觀測微弱信號的變化；由于不用表針指示方式，因而過載能力強。

(3)輸入阻抗高，對被測電路影響小。

3．示波器的主要性能指標

示波器的技術性能指標有幾十項，為了正確選擇和使用示波器，必須了解下列五項主要性能指標。

1)頻率響應

加至示波器輸入端(包括Y軸和X軸，不加說明時均指Y軸)的信號在屏幕上所顯示的圖像幅度對應中頻段頻率顯示幅度下降3dB的范圍，即上限頻率fH與下限頻率fL之差，稱為頻率響應(也稱頻帶寬度fB)。一般情況下fH>>fL，所以頻率響應可用上限頻率fH來表示，此值愈大愈好。

2)時域響應

時域響應(也稱瞬態響應)，表示放大電路在方波脈沖輸入信號作用下的過渡特性，如圖5-1所示。用上升時間tr、下降時間tf、上沖sb、下沖sn、預沖sd及下垂δ等參數表示。

(1)上升時間tr是正脈沖波的前沿從基本幅度A的10%上升到90%所需的時間。

(2)下降時間tf是正脈沖波的后沿從下垂后幅度A1的90%下降到10%所需的時間。

(3)上沖sb是脈沖波前沿的上沖量b與A之比的百分數，即圖5-1脈沖信號各參數

(4)下沖sn是脈沖波后沿的下沖量f與A之比的百分數，即

(5)預沖sd是脈沖波階躍之前的預沖量d與A之比的百分數，即

(6)下垂δ是脈沖波平頂部分的傾斜幅度e與A之比的百分數，即

3)偏轉靈敏度

偏轉靈敏度指輸入信號在無衰減的情況下，亮點在屏幕上偏轉1cm(或1格)所需信號電壓的峰峰值。它反映了示波器觀察微弱信號的能力，其值愈小，偏轉靈敏度愈高。

由于放大器受增益-帶寬積的限制，靈敏度與頻帶之間是有矛盾的，而且靈敏度還受噪聲、漂移等因素的影響，所以一般示波器的靈敏度為每厘米若干毫伏的數量級。

4)輸入阻抗

輸入阻抗用示波器輸入端測得的直流電阻值Ri和并聯的電容值Ci分別給出。在理想情況下，希望電阻值大，電容值小。

5)掃描速度

在無擴展情況下，亮點在屏幕X軸方向移動單位長度1cm(或1格)所需要的時間稱為掃描速度，簡寫為“t/cm或t/div(格)”。掃描速度愈高(即t/cm的值愈小)，表明示波器能夠展開高頻信號或窄脈沖信號波形的能力愈強。反之，為了觀測緩慢變化的信號，要求示波器具有較低的掃描速度。所以示波器掃描速度的范圍愈寬愈好。例如，示波器的掃描速度范圍為0.05μs/cm～0.5s/cm，還是比較寬的。 5.2HG2020型通用示波器的使用

5.2.1HG2020型通用示波器面板簡介

HG2020型通用示波器的面板如圖5-2所示。圖5-2HG2020型示波器面板下面對面板各部分進行說明。

1．顯示(DISPLAY)控制

HG2020型示波器的顯示控制如圖5-3所示。

(1)?INENSITY(輝度)控制旋鈕：輝度，即亮暗程度。該旋鈕用于調節波形(或光點)的亮暗，順時針方向可調整增加亮度，反之變暗。使用該旋鈕，使波形亮暗適中即可。

(2)?BEAMFIND(尋跡)按鍵：用于尋找波形(或光點)的痕跡，主要用在屏幕上沒有任何顯示的情況下。

(3)?FOUCE(聚焦)旋鈕：調節聚焦可使光點圓而小，達到波形清晰。

(4)?TRACEROTATION(光跡調整)：用于使時基線與刻度線平行，從而保證顯示波形不傾斜。這個電位器一般用小起子調整。

(5)?POWER(電源)開關：儀器電源開關，ON為電源打開，儀器通電；OFF為電源關閉，儀器斷電。圖5-3HG2020型示波器顯示控制的按鍵及旋鈕

2．垂直(VERTICAL)控制

本儀器為雙通道示波器，因此，CH1與CH2是兩個完全相同的被測信號通道。圖5-4所示為HG2020型示波器的垂直控制。圖5-4HG2020型示波器垂直控制的按鍵及旋鈕

(1)?POSITION(位移)旋鈕：用于調節波形的垂直位置。

(2)?TRACESEP(光跡分離)旋鈕：用于水平擴展時，原始信號與擴展信號兩個光跡的分離。

(3)?MODE(顯示模式)選擇：顯示模式一般為兩種，即單通道(CH1或CH2)顯示被測信號和雙通道顯示兩路被測信號(見圖5-5)。圖5-5HG2020型示波器顯示模式選擇按鍵①按下CH1按鍵，被測信號可由CH1輸入端輸入，進行顯示。

②按下CH2按鍵，被測信號可由CH2輸入端輸入，進行顯示。

③?CH2(NORM/INVER)按鍵可對CH2通道的輸入信號進行正常/倒相選擇。

④?ALT/CHOP按鍵是對雙通道信號顯示方式進行選擇，按下ALT(交替)按鍵，用于被測信號頻率較高的情況，一般為1kHz以上；按下CHOP(斷續)按鍵，用于被測信號頻率較低的情況，一般為幾赫茲到幾十赫茲。

(4)?VOLT/DIV(VARIABLE)(垂直靈敏度(粗/細調))旋鈕：單位為“VOLT/DIV”，按1—2—5形式步進。調節此旋鈕，可以改變波形在垂直方向上的高度。該旋鈕內套的小旋鈕即為“細調”旋鈕，若將旋鈕順時針旋轉到底，即CAL(校準)位置，則“細調”被關閉。

(5)?DC/ACGND(輸入耦合)開關。

①開關置“DC”耦合位，用于被測信號頻率很低或帶有直流分量的信號測量。

②開關置“AC”耦合位，用于被測信號為純交流信號的測量。

③按下GND按鍵，用于確定零電平，即在不需要斷開被測信號的情況下，可為示波器提供接地參考電平。

(6)?CH1/X，CH2/Y(信號輸入)端口。

①當示波器工作在Y-T方式時，CH1/CH2都為被測信號的輸入端。

②當示波器工作在X-Y方式時，CH1端口即為X(水平)信號輸入口，CH2端口為Y(垂直)信號輸入口。

3．水平(HORIZONTAL)控制

水平部分的按鍵及旋鈕如圖5-6所示。

(1)?POSITION(位移)旋扭：用于調節波形的水平位置。

(2)?MODE(水平模式)按鍵如圖5-7所示。

①按下“×1”按鍵，水平實時顯示波形。

②按下“×5”按鍵，水平擴展5倍顯示波形，以便于觀測被測信號的細節。圖5-6HG2020型示波器水平控制的?按鍵及旋鈕按鍵圖5-7HG2020型示波器水平模式選擇按鍵③按下“ALT”、“×5”兩個按鍵，屏幕上將顯示波形的原始信號與擴展5倍后的信號。

(3)?SEC/DIV(VARIABLE)(掃描速度(粗/細調))旋扭：單位為“SEC/DIV”，用于調節波形水平寬度，將該旋鈕逆時針旋到底，儀器處于X-Y工作方式。

該旋鈕內套的小旋鈕即為“細調”旋鈕，將旋鈕順時針旋到底，即CAL(校準)位置“細調”被關閉。

(4)?1kHz/0.5VP-P：校準信號。

(5)接地(GND)：與機殼相連的接地端。

4．觸發(TRIGGER)控制

觸發控制部分的按鍵及旋鈕如圖5-8所示。

(1)?SOUCE(觸發源)選擇開關：選擇觸發信號的來源。

①選擇CH1，觸發信號來自CH1輸入端的被測信號，用于CH1輸入信號的穩定顯示。

②選擇CH2，觸發信號來自CH2輸入端的被測信號，用于CH2輸入信號的穩定顯示。

③選擇EXT(外觸發)，觸發信號來自EXTINPUT輸入端的信號。

④選擇ALT(交替觸發)，觸發信號輪流來自CH1輸入端和CH2輸入端的信號，用于雙通道穩定顯示信號。

⑤選擇LINE，觸發信號來自交流電源，用于與交流電源頻率相關的信號的顯示。

⑥選擇TV，電視場觸發，用于電視場信號的測試。

圖5-8HG2020型示波器觸發控制的按鍵及旋鈕

(2)?COUPLING(觸發耦合)選擇開關：選擇觸發信號的耦合方式。

①選擇AC，觸發信號中的直流成分被阻隔濾除。對于直流偏移較大的觸發信號，選擇該項便于觸發。

②選擇DC，觸發信號直接進入觸發電路。

(3)?SLOP(觸發極性)選擇：觸發極性分“+”、“-”兩種，即觸發點位于觸發信號的上升沿或下降沿。

(4)?LEVER(觸發電平)旋鈕：調節觸發信號的觸發電平，設定合適的觸發點，便于波形穩定。

(5)?MODE(掃描模式)選擇：分為以下三種模式。

①?AUTO(自動)：按下此鍵，無信號時，屏幕上顯示光跡掃描線；有信號時，與電平控制配合顯示穩定波形。

②?NORM(常態)：按下此鍵，無信號時，屏幕上無顯示；有信號時，與電平控制配合顯示穩定波形。

③?SINGLE(單次)：按下此鍵，電路處于等待狀態，有信號時掃描只產生一次，下次掃描需再次按動此鍵。5.2.2HG2020型通用示波器的使用

1．示波器基本操作

1)電源與掃描

(1)確認所用市電電壓在(220?±?10%)V。確保所用保險絲為指定的型號。

(2)斷開電源開關，即將電源(POWER)開關彈出，再接入電源線。

(3)設定各個控制鍵在下列位置：

亮度(INTENSITY)：中間。

聚焦(FOCUS)：中間。

垂直移位(POSITION)：中間。

垂直顯示方式：CH1(CH2)。垂直靈敏度(V/DIV)：5mV/div。

觸發掃描方式(TRIGMODE)：自動(AUTO)。

觸發源(SOURCE)：內(INT)。

觸發電平(TREGLEVEL)：中間。

Time/Div(掃描速度)：0.5μs/div。

水平模式：X1。

(4)接通電源開關，大約15s后，屏幕上出現一條水平亮線，即掃描線(時基線)，如圖5-9所示。圖5-9示波器掃描線

2)聚焦

(1)調節“垂直位移”旋鈕，使光跡移至熒光屏觀測區域的中央。

(2)調節“輝度(INTENSITY)”旋鈕，將光跡的亮度調至所需要的程度。

(3)調節“聚焦(FOCUS)”旋鈕，使光跡清晰。

3)探極

(1)探極操作。為減少儀器對被測電路的影響，一般使用10∶1探極。衰減比為1∶1的探極用于觀察小信號，探極上的接地和被測電路地應采用最短連接，在頻率較低、測量要求不高的情況下，可將面板上的接地端和被測電路地連接，以方便測試。

(2)探頭調整。由于示波器輸入特性的差異，在使用10∶1探頭測試以前，必須對探頭進行檢查和補償調節，當校準時如發現方波前后出現不平坦現象，則應調節探頭補償

電容。

4)校正

(1)將下列控制開關或旋鈕置于下列位置：

垂直方式：CH1。

輸入耦合方式(CH1)：DC。

V/DIV(CH1)：10mV/div。

微調(CH1)：位于“校準”位置。

Time/Div：0.5ms/div。

觸發耦合方式：AC。

觸發源：CH1。

(2)用探頭將校正信號送到CH1輸入端。

(3)將探頭的衰減比旋鈕置于“×10”擋位置，調節“電平”旋鈕使儀器觸發。

(4)將觸發電平調離“自動”位置，并向反時針方向轉動直至方波波形穩定，再微調“聚焦”和“輔助聚焦”使波形更清晰，并將波形移至屏幕中間。此時方波在Y軸占5div，X軸占2div，否則需校準。

2．觀察各種信號波形

將被測信號接示波器的Y軸輸入端，觀察正弦、方波、三角波等的波形。調節示波器的有關旋鈕，使熒光屏上出現穩定的波形。

例1

單通道顯示波形：函數信號發生器輸出正弦信號，f=1.0kHz，UP-P=4.0V，用示波器觀察其波形。

將探頭的“衰減比”置于“×1”擋位置，被測信號與示波器正確連接后再進行如下設置：

(1)垂直系統的操作。

垂直顯示模式：單通道顯示信號，按下垂直方式的“CH1”或“CH2”按鍵，此時被選中的通道有效，被測信號可從相應的通道端口輸入。輸入耦合方式：選擇“AC”。

垂直靈敏度旋鈕：1V/div(可適當調節)

垂直位移：適當調節，使波形在顯示屏上下位置合適。

(2)水平系統的操作。

掃描速度：設定為0.5ms/div(可適當調節)。

水平模式按鍵：按下“×1”按鍵。

水平位移：適當調節，使波形在顯示屏左右位置合適。

(3)觸發控制。

掃描觸發方式：選擇“AUTO”。

觸發源：選擇“CH1”或“CH2”，與顯示模式相對應。

觸發極性：“+”、“-”都可以。

觸發耦合：選擇“AC”。

觸發電平：調節后使波形同步，顯示穩定。示波器面板上各按鍵及旋鈕的設置如圖5-10所示；熒光屏上的波形如圖5-11所示。圖5-10單通道顯示時示波器按鍵及旋鈕設置圖5-11正弦信號的顯示

例2

雙通道顯示波形：整流電路的測量。

測量整流電路的步驟如下：

(1)如圖5-12所示，連接好電路。

圖5-12整流電流波形

(2)將低頻信號發生器輸出3V/1kHz的正弦信號加到電路輸入端，同時用示波器觀察輸入和輸出波形，畫出此時的實驗電路并記錄輸入和輸出電壓波形(畫在坐標紙上)，如圖5-13所示。圖5-13簡單整流電流波形圖

(3)如圖5-14所示設置示波器，分別將3V/1kHz的正弦信號輸入CH1端口(探頭的“衰減比”旋轉置于“×1”擋位置)，電阻兩端的輸出信號輸入CH2端口。圖5-14測量整流電路時的示波器按鍵及旋鈕設置適當調整垂直位移旋鈕和水平位移旋鈕，使波形顯示位置合適；適當調整觸發電平，使波形同步。整流電路的波形顯示如圖5-15所示。圖5-15整流電路波形顯示

例3

雙通道顯示波形：微分電路的測試。

測試微分電路的步驟如下：

(1)如圖5-16所示，連接好電路，電阻為1kΩ，電容為1000μF/25V。圖5-16微分電路測試電路

(2)調節函數信號發生器，使其輸出幅度為1V、頻率為1kHz的方波信號。

(3)調節示波器，觀察電阻兩端輸出波形，并進行輸入、輸出信號的比較。

(4)分別將1kHz/1V的方波輸入信號輸入CH1端口，電阻兩端的輸出信號輸入CH2端口，適當調整垂直位移旋鈕和水平位移旋鈕，使波形顯示位置合適；適當調整觸發電平，使波形同步。示波器的設置如圖5-17所示，波形顯示如圖5-18所示。圖5-17微分電路測量示波器按鍵及旋鈕設置圖5-18微分電路波形顯示

3．示波器的量測功能

1)電壓測量

(1)電壓測量原理。

將“垂直靈敏度”微調旋鈕置于“CAL”位置，就可以進行電壓的定量測量。

測量值可由下列公式計算后得到：

用探頭“×1”位置進行測量時，其電壓值為

(5-1)

式中：UP-P為被測電壓峰峰值或任意兩點間電壓值，單位為V；Dy為垂直靈敏度，單位為V/div；h為被測電壓波形峰峰高度或任意兩點間高度，單位為div。

用探頭“×10”位置進行測量時，其電壓值為

(5-2)

(2)交流電壓的測量方法。

①將輸入耦合開關置“AC”，“垂直靈敏度”的微調旋鈕置“CAL”，穩定顯示波形。

②適當調節“垂直位移”旋鈕，使測量波形的最低點位于某一水平線上，如圖5-19中B點所示。適當調節“水平位移”旋鈕，使測量波形的最高點位于屏幕中間的垂直線上，如圖5-19中A點。

③讀出波形A、B兩點的高度h，讀出垂直靈敏度Dy。

④按照式(5-1)，計算UP-P。

例如，將探頭衰減比置于“×1”擋，“垂直靈敏度”置“5V/div”位置，微調旋鈕置于“CAL”位置，所測得波形峰峰值為4.2div，如圖5-19所示，則

有效值電壓為 。

(3)直流電壓的測量方法。

①設置屏幕顯示水平掃描基線。

②輸入耦合方式置“GND”；確定零電平線。

③輸入被測信號。

④輸入耦合方式置“DC”，調整“垂直靈敏度”旋鈕(微調旋鈕置于“CAL”位置)，使水平亮線位于屏幕中一個合適的位置。圖5-19交流電壓測量示例⑤確定被測電壓的極性。若水平亮線上移，則被測電壓為正；若水平亮線下移，則被測電壓為負。

⑥測量水平亮線在垂直方向上偏移零電平線的距離h，如圖5-20所示。

⑦按公式計算被測直流電壓值。圖5-20直流電壓測量示例②輸入被測信號，輸入耦合開關置“AC”處，穩定顯示被測波形。

③適當調節“垂直位移”旋鈕，使測量波形的最高(低)點位于屏幕中間的水平線(這條線上具有小刻度)上。

④適當調節“水平位移”旋鈕，使測量波形的第一個測量點位于某一垂直線上。

⑤讀出被測交流信號的一個周期在熒光屏水平方向所占的格數，讀出掃描速度。

⑥計算被測交流信號的周期。

例如，熒光屏上顯示的波形如圖5-21所示，信號在一個周期內x?=?5div，掃描速度開關置于1ms/div，x軸無擴展，根據公式可得到被測信號的周期：圖5-21信號周期測量示例

(3)脈沖寬度的測量。

①調節脈沖波形的垂直位置，使脈沖波形的頂部和底部距刻度水平線的距離相等，如圖5-22所示。

②調節“掃描速度”旋鈕到合適位置，使掃描信號光跡易于觀測。

③讀取上升沿和下降沿中點之間的距離，即脈沖沿與水平刻度線相交的兩點之間的距離，然后用公式計算脈沖寬度。

例如，圖5-22中“掃描速度”旋鈕設定在10μs/div位置，則脈沖寬度為圖5-22脈沖寬度測量示例

(4)脈沖上升(或下降)時間的測量。

①調節脈沖波形的垂直位置和水平位置，方法和脈沖寬度測量方法相同。

②在圖5-23中，讀取上升沿從Um的10%到90%所經歷的時間tr，則圖5-23脈沖上升時間測量示例

3)相位測量

同頻率的兩個信號之間相位差的測量可以利用示波器的雙蹤顯示功能進行。

圖5-24給出了兩個具有相同頻率的超前和滯后的正弦波信號通過雙蹤示波器顯示的例子。此時，“觸發源”開關必須置于與超前信號相連接的通道，同時調節“掃描速度”旋鈕，使顯示的正弦波波形大于1個周期，相位差的計算公式為

(5-5)

式中：t表示兩個信號在相同時刻點之間的時間，可直接用兩個時刻點之間的格數代替；T表示信號周期，也可直接用周期所占的格數代替。圖5-24相位測量示例

4)觀察李沙育圖形

對于HG2020型示波器，將“掃描速度”旋鈕置于“X-Y”方式，此時由“CH1”端口輸入的信號就為X軸信號，其偏轉靈敏度仍按該通道的垂直偏轉因數開關指示值讀取，從“CH2”端口輸入Y軸信號，這時示波器就工作在X-Y顯示方式。

在示波器X軸和Y軸同時各輸入正弦信號時，光點的運動是兩個相互垂直諧振動的合成，若它們的頻率比值fx∶fy=整數時，合成的軌跡是一個封閉的圖形，稱為李沙育圖形。李沙育圖形與兩信號的頻率比及兩信號的相位差都有關系，李沙育圖形與兩信號的頻率比有如下簡單的關系：圖5-25李沙育圖形

例4

放大電路動態工作過程的測量與觀察。

實驗電路(如圖5-26所示)為單電源供電電路，Rb由51kΩ電阻與500kΩ電位器相串聯組成，Rc為1kΩ，RL為1kΩ，三極管V選用S9013型。

實驗儀器：0V～30V雙路直流穩壓電源1臺，雙蹤示波器1臺，數字萬用表1塊。

圖5-26放大電路連接圖圖5-27放大電路的各點的理想波形圖5-28實驗中示波器各按鍵及旋鈕設置圖5-29示波器觀察放大電路時的各波形顯示5.2.3HG2020型通用示波器的主要技術指標

表5-1所示為HG2020型通用示波器的技術指標。表5-1HG2020型通用示波器技術指標5.2.4電子測量儀器的放置

在電子測量中，完成一項電參數的測量，往往需要數臺測量儀器及各種輔助設備。例如，要觀測負反饋對單級放大器的影響，就需要低頻信號發生器、示波器、電子電壓表及直流穩壓電源等儀器。電子測量儀器放置位置、連接方法等是否合理都會對測量過程、測量結果及儀器自身安全產生影響，因此，要注意以下兩點:

(1)進行測量前應安排好電子測量儀器的位置。

放置儀器時，應盡量使儀器的指示電表或顯示圖與操作者的視線平行，以減少視差；對那些在測量中需頻繁操作的儀器，其位置的安排應方便操作者的使用；在測量中當需要兩臺或多臺儀器重疊放置時，應將重量輕、體積小的儀器放在上層；對散熱量大的儀器還要注意它的散熱條件及對鄰近儀器的影響。

(2)電子儀器的連接要符合要求。

電子測量儀器之間的連線除了穩壓電源輸出線外，其他的信號線均要求使用屏蔽線，而且要盡量短，盡量做到不交叉，以免引起信號的串擾和寄生振蕩。例如圖5-30所示的儀器布置中，(a)、(c)的布置和連線是正確的，(b)的連線過長，(d)的連線有交叉，這兩種情況都是不妥當的。圖5-30電子儀器的連接

(3)注意電子測量儀器的接地良好。

電子測量儀器的接地有兩層意義，一是以保障操作者人身安全為目的的安全接地；二是以保證電子測量儀器正常工作為目的的技術接地。

安全接地的“地”是指真正的大地，即實驗室大地。大多數電子測量儀器一般都使用220V交流電源，而儀器內部的電源變壓器的鐵芯及初、次級之間的屏蔽層都直接與機殼連接。正常時，絕緣電阻一般很大(達100MΩ)，人體接觸機殼是安全的；當儀器受潮或電源變壓器質量不佳時，絕緣電阻會明顯下降，人體接觸機殼就可能觸電，為了消除隱患要求接地端接地良好。技術接地是一種防止外界信號串擾的方法。這里所說的“地”并非大地，而是指等電位點，即測量儀器及被測電路的基準電位點。技術接地一般有一點接地和多點接地兩種方式，前者適用于直流或低頻電路的測量，即把測量儀器的技術接地點與被測電路的技術接地點連在一起，再與實驗室的總地線(大地)相連；多點接地則應用于高頻電路的測量。 5.3示波器的工作原理

5.3.1陰極射線示波管(CRT)

示波管是示波器的核心。近代示波器多采用高靈敏度示波管。

普通示波管的基本結構如圖5-31所示，主要由電子槍、偏轉系統和熒光屏三個部分組成，整體密封在玻璃管殼內，成為大型的電真空器件。就其用途而言，示波管是將電信號轉換為光信號的轉換器。圖5-31示波管結構圖

1．電子槍

電子槍的作用是發射電子形成電子束，并對電子束加速和聚焦。

電子槍包括燈絲F、陰極K、控制柵極G1和G2、第一陽極A1和第二陽極A2。燈絲用于加熱陰極；陰極是一個表面涂有氧化物的金屬圓筒，在燈絲加熱下發射電子。控制柵極是一個頂端有小孔的圓筒，套在陰極外邊，其電位低于陰極，依次控制穿過柵極小孔的電子流密度，即初速度較大的電子才能穿過小孔，初速度較小的電子將折回陰極，如果柵極電位足夠低，就會使電子全部返回陰極，因此，通過調節柵極電位(這個電位器旋鈕即示波器面板上的“輝度”旋鈕，如圖5-32所示)可以控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變光點的亮暗。圖5-32輝度和聚焦旋鈕圖5-33熒光屏上的光點

2．偏轉系統

偏轉系統是由兩對相互垂直的平行金屬板構成的，分別稱為X偏轉板與Y偏轉板。Y偏轉板在前(靠近第二陽極)，X偏轉板在后，如圖5-31所示。垂直偏轉板Y1、Y2間所施加的電壓使電子束在垂直方向上發生偏轉；水平偏轉板X1、X2間所施加的電壓則使電子束在水平方向發生偏轉，如圖5-34所示。圖5-34光點的偏移

3．熒光屏

熒光屏將電信號變為光信號，是示波管的波形顯示部分。

熒光屏的發光強度取決于電子流的密度、速度和熒光物質。熒光物質還取決于色調和余輝時間。電子束從熒光屏上移去后，光點仍在屏上保持一定時間才消失，從電子束移去到光點亮度下降為原始值的10%所延續的時間叫余輝時間。根據電子余輝時間的長短分為長余輝(10ms～1s)、中余輝(1ms～100ms)及短余輝(10μs～10ms)等。普通示波器多采用中余輝和長余輝示波管，而慢掃描示波器則采用長余輝示波管。5.3.2波形顯示原理

電子槍中，電子通過加速與聚焦，最終在熒光屏的中心位置打出一光點，如果偏轉系統發生作用，光點將出現偏移。

根據示波管的工作原理，可知：

(1)示波管的X、Y偏轉板都不施加電壓信號時，熒光屏上光點位于其中心，如圖5-33所示。

(2)當示波管的Y偏轉板施加連續變化的電壓信號時，熒光屏上顯示一條垂直亮線。以正弦波的顯示為例，如圖5-35所示。

(3)當示波管的X偏轉板施加連續變化的電壓信號時，熒光屏上顯示一條水平亮線。以鋸齒波的顯示為例，如圖5-36所示。圖5-35Y偏轉板施加連續變化電壓信號時熒光屏顯示圖5-36X偏轉板施加連續變化電壓信號時的熒光屏顯示示波器顯示隨時間變化的圖形時，可將被測電壓信號加到Y偏轉板，同時X偏轉板施加鋸齒波電壓，則熒光屏上光點的運動軌跡就是被測信號隨時間變化的波形，如圖5-37所示。圖5-37波形顯示原理5.3.3波形顯示過程中的幾個問題

1．被測信號與掃描電壓的同步

如圖5-37所示，掃描電壓的周期Tx為被測信號周期Ty的整數倍，如Tx=Ty時，掃描的后一個周期描繪的波形將與前面的波形重疊，熒光屏上得到清晰而穩定的波形，這叫做信號與掃描電壓的同步。

當Tx=nTy時，熒光屏上將得到n個清晰而穩定的正弦波,如圖5-38所示。若Tx=2Ty，則在時刻8，掃描電壓由最大值回到零，這時被測電壓恰好經歷了兩個周期。光點沿8→9→10移動時，重復上一掃描周期，光點沿0→1→2的移動軌跡形成了穩定的波形。圖5-38掃描電壓與被測信號同步若Tx≠nTy，則掃描電壓與被測信號不同步，如圖5-39所示。圖5-39掃描電壓與被測信號不同步

2．掃描電壓的掃描方式

根據鋸齒波電壓的工作方式，掃描的方式有兩類，即連續掃描和觸發掃描。連續掃描是指掃描正程接著逆程，逆程結束又接著正程，掃描連續地發生。該掃描方式適合觀察連續信號。

觸發掃描是指在有效觸發脈沖的作用下鋸齒波才開始掃描，工作在觸發掃描方式下的掃描發生器平時處于等待工作狀態，只有送入觸發脈沖時才產生一個掃描電壓。這種掃描方式適合脈沖信號的測試。

觀測5-40(a)的脈沖信號：

(1)如圖5-40(b)所示，Tx=Ty時，屏幕上出現的脈沖波形集中在時間基線的起始部分，圖形在水平方向被壓縮，以至于難以看清脈沖波形的細節，例如，很難觀測它的前后沿時間。

(2)如圖5-40(c)所示，Tx=τ時，屏幕上顯示的脈沖波形很淡，而時間基線卻很明亮，且掃描很難同步。

(3)如圖5-40(d)所示，掃描電壓的持續時間等于或稍大于脈沖底寬，則脈沖波形就可展寬到幾乎布滿橫軸。同時，由于在兩個脈沖間隔時間內沒有掃描，因而不會產生很亮的時間基線。現代通用示波器的掃描電路一般均可在連續掃描或觸發掃描兩種方式下調節。圖5-40連續掃描與觸發掃描比較

3．掃描過程的增輝

在以上的討論中假設了掃描回程時間接近于零，但實際上回掃是需要一定時間的，這就對顯示波形產生了一定的影響。圖5-41仍是掃描周期等于兩倍信號周期的情況，只是掃描電壓有一定的回掃時間(圖5-41中時刻7到8的時間)。在這段時間內回掃電壓和被測信號共同作用，熒光屏上顯示的波形如虛線所示，這當然是不希望的。為使回掃產生的波形不在熒光屏上顯示，可以設法在掃描正程時，使電子槍發射更多的電子，即給示波器增輝。這種增輝可以通過在掃描期間給示波管第一柵極G1加正脈沖或給陰極K加負脈沖來實現。這樣就可以做到只有在掃描正程即有增輝脈沖時才有顯示，其他時間熒光屏上沒有顯示。對于觸發掃描的情況，掃描過程的增輝更為必要。由圖5-40(d)可見，在沒有脈沖信號時無掃描輸出，或者說掃描發生器處于等待狀態。這時X、Y偏轉電壓均為零，熒光屏上只顯示一個不變的光點。一個較亮的光點長久集中于屏上一點是不允許的，利用掃描期間的增輝恰好可以解決這個問題。因為在被測脈沖出現的掃描期間，由于增輝脈沖的作用波形較亮；而在等待掃描期間，即波形為一個光點的情況下，由于沒有增輝脈沖，光點很暗。這對保護熒光屏是十分重要的。圖5-41掃描回程對顯示波形的影響5.3.4顯示任意兩個變量之間的關系(X-Y方式)

在示波管中，電子束同時受X和Y兩個偏轉板的作用，而且兩偏轉板上的電壓ux和uy的影響又是相互獨立的，它們共同決定光點在熒光屏上的位置。這好像兩只手共同握住一支筆，但是一只手只允許在X方向運動，另一只手只允許在Y方向運動。若只有一只手作用，則只能畫一條水平或垂直直線，但兩只手配合起來，就能夠畫出任意的波形。利用這種特點就可以把示波器變為一個X-Y圖示儀，使示波器的功能得到擴展。圖5-42表示兩個同頻率信號分別作用在X、Y偏轉板上時的情況。如果這兩個信號初相相同，則可在熒光屏上畫出一條直線；若X、Y方向的偏轉距離相同，則這條直線與水平軸呈45°，如圖5-42(a)所示。如果這兩個信號初相相差90°，則在熒光屏上畫出一個正橢圓，如圖5-42(b)所示。示波器兩個偏轉板上都加正弦電壓時顯示的圖形叫李沙育圖形，這種圖形在相位和頻率測量中常會用到。圖5-42兩個同頻率信號構成的李沙育圖形 5.4通用示波器的構成

通用示波器可以測試多種電學物理量，如電壓、電流、頻率、周期、相位差、調幅度、脈沖寬度及上升和下降時間等，是無線電技術的基本測試設備。

從示波器的性能和結構出發，通常將示波器分為通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶和存儲示波器及專用或特殊示波器等五類。

通用示波器主要是由示波管、垂直通道和水平通道三個部分組成的，此外，它還包括電源電路和校準信號發生器。電源電路提供示波管和儀器電路中需要的多種電源。校準信號發生器產生幅度或周期非常穩定的校準信號，用它直接或間接與被測信號比較，可以確定被觀測信號中任意兩點間電壓或時間的關系。通用示波器的原理框圖如圖5-43所示。圖5-43通用示波器的原理框圖5.4.1示波器的垂直通道(Y通道)

示波器既要能觀測小信號(mV數量級)，又要能觀測大信號(幾十伏到幾百伏)，而示波管垂直偏轉板的靈敏度一般為4V/cm～10V/cm。因此，為擴大觀測信號的幅度范圍，Y通道要設置衰減器和放大器等。通常，示波器的垂直通道就是將被測信號進行衰減或線性放大，以便把信號的幅度變換到適合示波管觀測的數值，從而保證在熒光屏上不失真地顯示信號。

同時，Y通道還具有倒相作用，以便被測信號對稱地加到Y偏轉板。

另外，為了和水平通道相配合，Y通道還應具有延時功能，并能向X通道提供內觸發源。

垂直通道(Y通道)的構成如圖5-43所示。

1．輸入電路

Y通道輸入電路的基本作用在于檢測被測信號，所以它應有較大的輸入阻抗和過載能力，以調節輸入信號的大小，并具有適當的耦合等。Y通道輸入電路包括探極、耦合方式電路、衰減電路等。

1)探極

探極是Y通道輸入電路的重要組成部分。它安裝在示波器機體的外部，用電纜和機體相連。其作用是便于直接探測被測信號，提高示波器的輸入阻抗，減少波形失真，以及展寬示波器的使用頻帶等。通常探極分為無源探極和有源探極。

無源探極由RC組成，其原理電路如圖5-44(a)所示。其中C為可變電容，調整C可對頻率變化的影響進行補償。在進行調整時，可用探極輸入一個方波，當熒光屏上顯示的圖形如圖5-44(b)所示時表明補償最佳，圖5-44(c)為過補償，圖5-44(d)為欠補償。

當被測信號較小時，可以選用有源探極。它可以在無衰減的情況下，取得較好的高頻特性。圖5-44無源探極電路原理

2)耦合方式電路

加到垂直通道輸入端的被測信號通過選擇交流耦合或直流耦合方式到達高阻輸入衰減電路，或者斷路(接地)，不接通。如圖5-45(a)所示，耦合方式開關S有相應的三擋：AC、DC、GND(┃)。面板如圖5-45(b)所示。

開關S置“AC”位，信號必須經電容C耦合至高阻衰減器，只有交流成分才可通過；開關置“DC”位，信號可直接通過；開關置“GND”位，輸入信號不接通。圖5-45耦合方式電路原理及在示波器面板上對應的按鍵

3)衰減電路

為使示波器能測量幾百伏的大信號，需對大信號進行衰減。同時，為使信號不發生畸變，通常還需采用電阻電容分壓器，改變分壓器的分壓比可以改變示波器的偏轉靈敏度。圖5-46所示是10倍衰減電路。衰減器的阻抗必須足夠高(輸入阻抗一般為1MΩ)，才能不影響被測信號電路的原有狀態。圖5-4610倍衰減電路衰減電路的調節(即靈敏度粗/細調旋鈕，如圖5-47所示)，在示波器面板上以“V/cm”或“V/div”來標示，即信號在垂直方向偏轉1cm或1div時輸入信號的大小(指峰峰值)。示波器Y偏轉靈敏度范圍的最大值表示允許輸入信號的最高值。圖5-47Y偏轉靈敏度旋鈕

2．延遲線

設置延遲線的目的是把被測信號無失真地延遲一段時間。示波器的延遲時間通常為60ns～200ns，從而使被測信號能完整地顯示，尤其是信號的起始點。這是因為X通道掃描電壓的啟動需要一定的觸發電平，而被測信號又有一定的上升時間，當用被測信號啟動掃描時，需經過一段時間間隔，即X通道從接受觸發信號到開始掃描有一段延遲時間，如圖5-48中的tr。考慮到啟動掃描電路經X放大器至水平偏轉板，這個時間還要長一些，這樣被測信號顯示如圖5-48中。圖5-48無延遲線時的情況

3．Y放大器

Y放大器用來提高示波器觀察微弱信號的能力。Y放大器應該具有穩定的增益、較高的輸入阻抗、足夠寬的頻帶和對稱輸出的輸出級。

Y放大器分前置放大器和輸出放大器兩個部分。

前置放大器的輸出信號一路引至觸發電路，作為同步觸發信號；另一路經延遲線延遲后引至輸出放大器。

輸出放大器的基本功能是把由延遲線輸入的被測信號放大到足夠的幅度，用以驅動示波管垂直偏轉系統，使熒光屏上顯示被測信號。本級電路應具有足夠大的增益和動態范圍，以及足夠小的非線性失真。

Y放大器電路通常采用一定的頻率補償電路和較強的負反饋，以保證在較寬的頻率范圍內增益穩定，且實現增益的變換。

例如，示波器Y通道的倍率按鍵常有“×1”和“×5”兩個位置，如圖5-49所示。常態下，倍率按鍵置于“×1”位置，若將倍率按鍵置于“×5”位置，則負反饋減小，增益增加5倍。這便于觀測微弱信號或觀察信號的局部細節。(有的示波器上還有“×10”倍率開關。)

另外，通過調整負反饋還可以進行放大器增益即示波器靈敏度的微調。靈敏度微調電位器處于極端位置時，示波器靈敏度處于“校準”位置。圖5-49示波器面板上的倍率按鍵

4．雙蹤顯示原理

由于測量的實際需要，例如為了能準確而迅速地顯示并比較兩個既相互關聯而又互相獨立的被測信號之間的時間、相位及幅度的關系，或比較方便地實現信號“和”、“差”顯示，產生了采用單束示波管“同時”顯示兩個被測信號波形的示波器—雙蹤示波器。雙蹤示波器仍屬通用示波器，但較之一般的單蹤示波器不同之處在于：在Y通道中多設一個前置放大器、兩個門電路和一個電子開關。圖5-50是雙蹤示波器的簡化結構圖。圖5-50雙蹤示波器的簡化結構圖雙蹤示波器的顯示方式有五種：CH1、CH2、ADD(CH1±CH2)、交替ALT和斷續CHOP。前三種均為單蹤顯示，CH1、CH2與普通示波器相同，只有一個信號；CH1±CH2顯示的波形為兩個信號的和或差。示波器面板上相應的按鍵如圖5-51所示，操作者可根據顯示需要來選擇。圖5-51示波器垂直顯示方式

(1)交替(ALT)：雙蹤示波器工作于此顯示方式時，電子開關的轉換頻率受掃描電路控制，以一個掃描周期為間隔，電子開關輪流接通CH1和CH2。如第一次掃描時，電子開關接通CH1的信號，使它顯示在熒光屏上，則第二次掃描接通CH2的信號，再使它顯示在熒光屏上。每隔一個掃描周期，交替輪換一次，如圖5-52所示。隨著掃描的重復，輪流顯示CH1與CH2的波形。因為掃描頻率較高(大于每秒25次),兩個信號輪流顯示的速度很快，加之熒光屏有余輝時間和人眼有視覺滯留效應的原因，從而獲得兩個波形似乎同時顯示的效果。但當掃描頻率較低時，就可能看到交替顯示波形的過程。同時，電子開關的切換頻率是掃描頻率的一半。由于掃描頻率分擋可調，就要求開關切換頻率跟隨掃描頻率而變化，而一旦掃描頻率低于50Hz，開關切換頻率就低于25Hz,顯示的波形閃爍，所以交替方式適合于觀測高頻信號。圖5-52交替顯示示意圖

(2)斷續(CHOP)：當示波器工作于此種顯示方式時，電子開關工作在自激振蕩狀態(不受掃描電路控制)，將兩個被測信號分成很多小段輪流顯示，如圖5-53所示。由于轉換頻率比被測信號頻率高很多，間斷的亮點靠得很近，因而人眼看到的波形好像是連續波形。如被測信號頻率較高或脈沖信號的寬度較窄，則信號的斷續現象就比較顯著。圖5-53斷續顯示示意圖5.4.2示波器的水平通道(X通道)

示波器的水平通道主要是由掃描發生器環、觸發電路和X放大器組成的。水平通道的作用是形成、控制和放大鋸齒波掃描電壓。

掃描發生器環和觸發電路用來產生所需要的掃描信號，即鋸齒波掃描電壓。X放大器將此電壓放大到足夠的幅度，加到示波器的水平偏轉板上，以形成時間基線。X放大器也可用來放大直接輸入的任意外接信號，因此X放大器的輸入端有內、外兩個位置。X通道的組成原理框圖如圖5-54所示。圖5-54X通道組成原理圖

1．觸發電路

觸發電路包括觸發輸入耦合電路、觸發放大整形電路等。它的作用是將不同來源、頻率、波形、幅度、極性的觸發源信號，轉換成幅度、寬度、陡度、極性均滿足一定要求而周期與觸發源信號本身周期相關的觸發脈沖。這個觸發脈沖被送至掃描門，以達到穩定顯示波形的目的。

觸發電路及其在面板上的對應開關如圖5-55所示。圖5-55觸發電路及其面板對應開關、旋鈕

1)觸發源選擇

觸發源(SOURCE)即觸發電路輸入信號的來源，一般情況下，觸發信號有以下幾種來源。

內觸發(INT)(通常包括CH1、CH2兩種選擇)：來自儀器內部CH1或CH2通道的被測信號，適用觀測被測量信號。

外觸發(EXT)：用外接信號觸發掃描。

電源觸發(LINE)：來自50Hz交流電源的電源觸發，用于觀測與交流電源頻率有時間關系的信號。

輪流觸發(VERT)：有的雙通道儀器在進行雙路信號顯示時，輪流觸發可保證雙路信號同時同步。

2)觸發耦合方式(COUPLING)選擇

如圖5-55所示，觸發信號通常通過直流(DC)、交流(AC)、AC低頻抑制(LFREJ)及高頻抑制(HFREJ)等耦合方式加到觸發輸入放大器上。

DC：直流耦合，接入含有直流或緩慢變化的信號進行觸發。

AC：交流耦合，若用交流信號觸發，則置AC方式，這時電容起到隔直流的作用。

AC低頻抑制：利用C1和C2串聯的電容來抑制信號中大約2kHz以下的低頻成分，其主要目的是濾除信號中的低頻干擾，如圖5-56所示為具有低頻干擾的信號。

HF：高頻耦合。C1和C3串聯后只允許通過頻率很高的波形，該方式常用來觀測5MHz以上的高頻信號。圖5-56具有低頻干擾的信號

3)觸發極性(SLOPE)和觸發電平(LEVER)選擇

觸發脈沖決定了掃描的起始點，與這點相應的觸發輸入放大器的輸出電壓瞬時值，就是觸發電路的電平。為了任意選擇被顯示信號的起始點，應在觸發電路中設置兩種控制，一是調節觸發點的電平，二是改變觸發極性。觸發極性指在觸發信號的上升沿或下降沿觸發，前者為正極性觸發，后者為負極性觸發。電平指觸發時的直流電位。觸發極性和觸發電平相互配合，可在被觀測波形的任一點觸發。二者的選擇不同，屏幕上顯示圖形的起始點也不同。被測正弦波在不同觸發極性和電平時顯示的波形如圖5-57所示。圖5-57不同觸發極性與觸發電平的波形

4)掃描(MODE)方式

掃描方式通常有常態觸發、自動觸發和高頻觸發三種。

常態觸發(NORT)：在有觸發信號并且產生有交往的觸發脈沖時，掃描發生器才工作，屏幕上才有掃描線。

自動觸發(AUTO)：在無觸發輸入信號時，掃描系統仍有掃描輸出，屏幕上仍能顯示掃描線，當系統加入觸發信號時，又能進行觸發掃描。

高頻觸發(HF)：自動觸發的另一種形式，它有利于觀測高頻信號。

掃描方式對應的面板按鍵如圖5-55中的“MODE”部分。

2．掃描發生器環

掃描發生器環又叫時基電路，用來產生掃描信號。

掃描發生器環包括掃描門、積分器及比較和釋抑電路，如圖5-58所示。圖5-58掃描發生器環的組成掃描門在觸發脈沖的作用下，產生快速上升或下降的閘門信號給增輝電路，以加亮掃描正程的光跡。釋抑電路主要利用RC充放電路組成一個充電時間常數很小而放電時間常數較大的不對稱多諧振蕩器。在掃描正程，釋抑電路充電，在回掃期放電。釋抑電路的作用是，在回掃期關閉掃描門電路，使之不再被觸發脈沖觸發。只有釋抑電路期結束后，掃描門才有重新被觸發的可能。這樣就保證了掃描電路工作的穩定，從而保證信號波形的穩定。掃描電壓是鋸齒波，它由積分器產生。常用的積分電路為密勒積分器，它具有良好的線性，其原理如圖5-59(a)所示。圖5-59(a)中，當開關S打開時，電源電壓E通過積分器積分,在理想情況下，(A→∞，Ri→∞和R0→0)，輸出電壓uo可表示為

當E為正值時，輸出信號為負向鋸齒波；E為負值時，輸出信號為正向鋸齒波。圖5-59密勒積分器令充電電流I?=?E/R為一常數，則uo與時間t成線性關系。改變時間常數RC或微調電源E都可以改變uo的變化速率。

實際上，開關S可以由掃描門控制的晶體管開關擔任，如圖5-59(b)所示。當由掃描門給積分器輸入端加高電平時，晶體管V截止，相當于開關S斷開，電源E給電容充電，構成掃描正程。當由掃描門給積分器輸入端加低電平時，晶體管V導通，相當于開關S接通，形成掃描回程。

示波器中，把積分器產生的鋸齒波電壓送入X放大器加以放大，再加至水平偏轉板。由于這個電壓與時間成正比，就可用熒光屏上的水平距離代表時間，定義熒光屏上單位長度所代表的時間為示波器的掃描速度SS(t/cm)：在示波器中，通過調整E、R、C都可改變單位時間內鋸齒波的電壓值，進而改變水平偏轉距離和掃描速度。示波器中通常用改變R或C作為“掃描速度”粗調，用改變E作為“掃描速度微調”，在示波器上都有相應的旋鈕。

掃描門又叫時基閘門，掃描門的作用是將觸發同步輸入信號變換成正向矩形脈沖，控制鋸齒波的起始點和終止點，該電路通常為一射極耦合型(施密特)觸發器，如圖5-60所示。圖5-60施密特電路及其特性假設V1的靜態輸入電壓介于E1和E2之間，電路處于V1截止、V2導通的第一穩態。當觸發信號使ub1上升到上觸發電平E1時，電路從第一穩態翻轉到第二穩態，即V1導通，V2截止，輸出電壓uo由低電位跳到高電位。但是即使觸發信號消失，ub1回到E1和E2之間，電路并不翻轉，只有當來自釋抑電路的信號使ub1下降到下觸發電平E2時，電路才返回第一穩態，輸出電壓才從高電位跳回低電位。

比較和釋抑電路如圖5-61所示，它和掃描門及積分器構成一個閉合的掃描發生器環。在掃描過程中，積分器輸出一個負的鋸齒波電壓，通過電位器RP加至PNP管V的基極B，與此同時直流電源+E也通過電位器RP的另一端加至B點，它們共同影響B點的電位。圖5-61比較和釋抑電路

V管和Ch及Rh組成一個射極輸出器，隨著UB點負電壓的上升，V管導通，Ch被充電；隨著Ch兩端負電壓的上升，將使掃描門的基極電位ub1下降，ub1下降到圖5-60(b)中E2電位時，掃描門翻轉，積分器中電容放電，形成鋸齒波逆程。V管隨之又截止，Ch將通過Rh緩慢放電，其放電速度要比積分器放電緩慢，這樣只有當Ch放電完畢后，掃描發生器才有可能被再次觸發。Ch放電期間，掃描電路不可能觸發，釋抑電路處于“抑”狀態；Ch放電完畢，掃描發生器將處于“釋”狀態。此外，當觸發脈沖到時，掃描電路才會開始工作，其工作過程可用圖5-62來表示。圖5-62在觸發掃描情況下比較和釋抑電路的工作

3．X放大器

X放大器的作用是放大X通道的信號，使光點在X方向上足以達到滿偏的程度。但是，示波器還可以作為X-Y繪圖儀使用，因此，X放大器的輸入端有“內”和“外”兩個位置。當開關置于“內”時，X放大器放大掃描發生器環送來的掃描信號，在屏幕上顯示被測信號的波形；當開關置于“外”時，由X放大器外輸入信號，示波器作為X-Y圖示儀使用，這時觸發電路與掃描發生器環不起作用。

與Y軸類似，改變X放大器的增益可以使光跡在水平方向得到若干倍的擴展，或對掃描速度進行微調，以校準掃描速度。改變X放大器有關的直流電位也可使光跡產生水平位移。 5.5DS1102C型數字示波器的使用

5.5.1DS1102C型數字示波器面板

圖5-63所示為DS1102C型數字示波器的面板。圖5-63DS1102C型數字示波器的面板圖5-64DS1102C型數字示波器顯示界面

DS1102C型數字示波器的顯示界面如圖5-64所示。5.5.2DS1102C型數字示波器面板介紹

1．垂直控制

垂直(VERTICAL)控制區的旋鈕、按鍵如圖5-65所示。

(1)垂直(位移)(POSITION)旋鈕：控制波形在顯示窗口的垂直位置。當轉動該旋鈕時，指示通道地(GROUND)的標示跟隨波形而上下移動。

(2)垂直位置恢復到零點快捷鍵：按下該鍵，可使通道垂直顯示位置恢復到零點。

(3)垂直靈敏度(SCALE)旋鈕：單位為V/div，按1—2—5形式步進。轉動該旋鈕，狀態欄會顯示對應擋位的變化，窗口顯示的波形高度也隨之發生變化。圖5-65垂直控制區按鍵、旋鈕

(4)?CH1、CH2、MATH、REF、LA按鍵：用來在屏幕上顯示相應通道的操作菜單、標志、波形和擋位狀態等信息。

(5)粗調/微調(Coarse/Fine)快捷鍵：作為調節垂直靈敏度旋鈕的粗調/微調狀態的快捷鍵。

2．水平控制

水平(HORIZONTAL)控制區的按鍵、旋鈕如圖5-66所示。

(1)水平位移(POSITION)旋鈕：調整波形的水平位置，控制觸發位移。當用于觸發位移控制時，轉動該旋鈕，波形可水平移動；按下該旋鈕，觸發位移恢復到水平零點。

(2)水平掃描速度(SCALE)旋鈕：用來改變水平掃描速度，單位為s/div，相應的狀態欄信息也隨之變化。按下該旋鈕，即可切換到掃描延遲(Delayed)狀態。

(3)水平控制(MENU)按鍵：按下該鍵，顯示TIME菜單。在此菜單下，可以開啟/關閉延時掃描或切換示波器的Y-T、X-Y及ROLL模式，還可以設置水平觸發位移復位。圖5-66水平控制區按鍵、旋鈕

3．觸發控制

觸發(TRIGGER)控制區的旋鈕、按鍵如圖5-67所示。

(1)觸發電平(LEVEL)調節旋鈕：轉動該旋鈕，屏幕上會出現一條觸發線以及觸發標志；停止轉動旋鈕，觸發線及觸發標志消失；按下該旋鈕，觸發電平恢復到零。

(2)“50%”按鍵：使觸發電平處于觸發信號幅值的垂直中點。圖5-67觸發控制區按鍵、旋鈕

(3)“MENU”按鍵：按下該鍵，會出現如圖5-68所示的觸發菜單。

觸發模式包括邊沿觸發、脈寬觸發、斜率觸發、交替觸發、視頻觸發、碼型觸發(混合信號示波器)、持續時間觸發等。

觸發方式包括自動、普通、單次。

觸發設置包括觸發耦合、靈敏度、觸發釋抑及復位等，不同的觸發模式，觸發設置項目不同。圖5-68觸發菜單5.5.3示波器的控制設置

1．垂直通道設置

按下“CH1”或“CH2”按鍵，屏幕顯示CH1或CH2通道的操作菜單(共兩頁)，如圖5-69所示。圖5-69CH1菜單

(1)“輸入耦合”設置：如圖5-69所示，屏幕顯示CH1或CH2通道的操作菜單，按“耦合”鍵，選取正確的耦合方式。

①當被測信號為純交流正弦信號時，耦合方式設為“交流”，波形顯示如圖5-70所示。

②當被測信號為含有直流成分的正弦信號時，耦合方式必須設為“直流”，這樣被測信號的直流成分、交流成分都可進入儀器，波形顯示如圖5-71所示。圖5-70純交流正弦信號的顯示界面圖5-71含直流成分的正弦信號的顯示界面③當“耦合”設置為“接地”時，被測信號全被阻斷，波形顯示如圖5-72所示。圖5-72“耦合”設置為“接地”時的顯示界面

(2)通道“帶寬限制”設置。

①當被測信號為含高頻振蕩的脈沖信號時，“帶寬限制”設置為“關閉”狀態，波形顯示如圖5-73所示。圖5-73“帶寬限制”為“關閉”時含高頻振蕩脈沖信號的顯示界面②當被測信號為含高頻振蕩的脈沖信號時，“帶寬限制”設置為“打開”狀態，波形顯示如圖5-74所示，信號中20MHz以上的高頻成分被濾掉。圖5-74“帶寬限制”為“打開”時含高頻振蕩脈沖信號的顯示界面

(3)調節“探頭”衰減系數設置。當信號輸入時，探頭衰減系數為10∶1，則示波器輸入通道比例也應為10×，從而避免顯示的擋位信息和測量數據發生錯誤。圖5-75為1000∶1衰減系數設置。

(4)“垂直靈敏度”設置。該項設置分“粗調”與“微調”兩種模式，垂直靈敏度的范圍是2mV/div～5V/div。粗調以1—2—5方式步進，微調是在當前的擋位范圍內做進一步調整。圖5-76所示為運用微調改善波形幅度。圖5-75探頭衰減系數設置圖5-76垂直靈敏度設置

(5)波形反相設置。波形反相是使信號相位對地反轉180°，如圖5-77所示。圖5-77波形反相設置

(6)數字濾波設置。按下“CH1”按鍵，選擇“數字濾波”子菜單，系統顯示“FILTER”菜單，如圖5-78所示。通過旋轉多功能旋鈕，可設置頻率的上限與下限以及濾波器的帶寬范圍。圖5-78數字濾波器設置

2．水平通道設置

按下水平控制區的“MENU”按鍵，系統顯示“Time”菜單，如圖5-79所示，可根據實際要求進行設置。圖5-79水平通道設置

3．觸發系統設置

按下觸發控制區的“MENU”按鍵，屏幕顯示如圖5-80所示。

數字示波器的觸發方式包括：

(1)邊沿觸發：這是示波器常用的觸發類型，也是示波器默認的觸發類型。邊沿觸發分為上升邊沿觸發(默認方式)、下降邊沿觸發及雙邊沿觸發。這是我們常用的一種觸發方式。

(2)脈寬觸發：根據脈沖寬度來確定觸發時刻，可以通過脈寬條件捕捉異常脈沖。脈沖條件和脈寬設置如表5-2所示。

脈沖寬度的調節范圍一般為20ns～10s。圖5-80觸發系統設置表5-2脈沖條件和脈寬設置5.5.4示波器的運算功能

示波器的運算功能包括“Math”和“FFT”。“Math”功能包括CH1、CH2通道波形的相加、相減、相乘；“FFT”功能包括三種窗函數，可以根據需要選擇。它們對應的功能菜單分別如圖5-81和圖5-82所示。三種窗函數的特點及使用范圍如表5-3所示。圖5-81Math功能菜單圖5-82FFT功能菜單表5-3三種窗函數的特點及適用范圍FFT窗特點適用范圍Rectangle頻率分辨率最好，幅度分辨率最差，與不加窗的情況基本類似(1)暫態或短脈沖，信號電平在此前后大致相等(2)頻率非常接近的等幅正弦波(3)具有變化比較緩慢波譜的寬帶隨機噪聲HanningHamming與Rectangle窗函數相比，具有較好的頻率分辨率和較差的幅度分辨率Hamming窗函數的頻率分辨率稍好于Hanning窗函數正弦、周期和窄帶隨機噪聲暫態或短脈沖，信號電平在此前后相差很大Blackman幅度分辨率最好，頻率分辨率最差主要用于單頻信號，尋找更高次諧波5.5.5示波器的自動測量功能

示波器的自動測量功能菜單如圖5-83所示。本示波器的自動測量內容包括20種，有峰峰值、最大值、最小值、頂端值、低端值、幅值、平均值、均方根值、過沖、預沖、頻率、周期、上升時間、下降時間、正占空比、負占空比、正脈寬、負脈寬等。圖5-83自動測量功能菜單5.5.6示波器的光標測量功能

示波器的光標測量模式有三種形式：手動測量、自動測量與追蹤測量方式。這里我們只介紹手動測量。光標測量(CURSOR)菜單如圖5-84所示。

手動測量的步驟如下：

(1)“光標模式”選擇“手動”方式。

(2)被測信號信源選擇“CH1”(或“CH2”)。

(3)“光標類型”選擇“X”(或“Y”)，例如電壓量測量(或頻率測量)，調出兩條水平光標線CurA、CurB(或兩條垂直光標線CurA、CurB)；

(4)移動光標，調整光標間的距離(增量)。如表5-4所示，只有先選定CurA(或CurB)，才能對光標進行移動。

(5)獲得測量數值。測量數據自動顯示在屏幕右上角。圖5-84光標測量功能菜單表5-4光標移動的含義5.5.7數字示波器的使用

1．測量簡單信號

1)快速測量信號

快速顯示被測信號的操作步驟如下：

(1)將“探頭”菜單上的衰減系數設置為“10∶1”，并將探頭上的開關置于為“10×”擋。

(2)將CH1的探頭連接到電路被測點。

(3)按下“AUTO”(自動設置)按鈕，即可測試并顯示信號。

2)自動測量

(1)測量峰峰值的操作步驟如下：

①按下“MEASURE”按鍵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，“測量類型”選擇“電壓測量”，在彈出的“電壓測量”菜單中，“測量參數”選擇“峰峰值”，此時，可以在屏幕左下角看到峰峰值的顯示。

(2)測量頻率的操作步驟如下：

①按下3號菜單操作鍵，“測量類型”選擇“時間測量”。

②在彈出的“時間測量”菜單中，“測量參數”選擇“頻率”，此時，可以在屏幕下方看到頻率的顯示。

2．利用光標測量Sinc第一個波峰的頻率

測量步驟如下：

(1)按下“CURSOR”按鍵以顯示光標測量菜單。

(2)按下1號菜單操作鍵，“光標模式”設置為“手動”。

(3)按下2號菜單操作鍵，“光標類型”設置為“X”。

(4)旋動多功能旋鈕，將光標1置于Sinc的第一個峰值處。

(5)旋動多功能旋鈕，將光標2置于Sinc的第二個峰值處。

(6)此時測量結果顯示在屏幕的右上角，如圖5-85所示。圖5-85利用光標測量Sinc第一個波峰的頻率

3．利用光標測量Sinc第一個波峰的幅值

測量步驟如下：

(1)按下“CURSOR”按鍵以顯示光標測量菜單。

(2)按下1號菜單操作鍵，“光標模式”設置為“手動”。

(3)按下2號菜單操作鍵，“光標類型”設置為“Y”。

(4)旋動多功能旋鈕，將光標1置于Sinc的第一個峰值處。

(5)旋動多功能旋鈕，將光標2置于Sinc的第二個峰值處。

(6)此時測量結果顯示在屏幕的右上角，如圖5-86所示。圖5-86利用光標測量Sinc第一個波峰的幅值 5.6示波器接口的使用

5.6.1前面板USB接口的使用

示波器前面板上的USB接口如圖5-87所示，它可直接插入U盤，用于外部存儲波形文件以及相關測量參數。圖5-87示波器前面板USB接口具體操作如下：

(1)把U盤插入示波器前面板上的USB接口，點擊示波器上的“Storage”鍵，選擇存儲類型，如圖5-88所示。其中，“波形存儲”用于存儲WFM格式的文件，“位圖存儲”用于存儲BMP格式的文件，“CSV存儲”用于存儲EXL表格格式的文件。

(2)選擇“外部存儲”，出現圖5-89所示的界面。圖5-88存儲類型選擇界面圖5-89選擇“外部存儲”時的界面

(3)選擇“新建文件”，出現圖5-90所示的界面，并用鍵盤輸入文件名(此次實驗尚未更名，仍為“新建文件0”)。

圖5-90選擇“新建文件”時的界面

(4)點擊“保存”，即可在U盤上顯示“新建文件0”，如圖5-91所示。圖5-91選擇“保存”時的界面5.6.2后面板USBDEVISE接口的使用

示波器后面板的USBDEVISE接口如圖5-92所示。通過此接口可與計算機連接，利用軟件控制示波器，同時也可以直接用軟件把自己需要的波形文件和數據導出。此外，軟件上的虛擬面板和示波器上的界面一樣，可實時顯示示波器的運行狀態，這樣可用投影儀清晰地觀察到示波器的操作以及波形的變化。圖5-92示波器后面板上的USBDEVISE接口操作步驟如下：

(1)在電腦上安裝示波器軟件，點擊該軟件后出現圖5-93所示的界面，在界面中點擊“虛擬面板”。圖5-93示波器軟件界面

(2)虛擬面板上可實時顯示示波器中的波形，如圖5-94所示。圖5-94點擊“虛擬面板”

(3)虛擬面