1.2 示波器的使用

要点

示波器是一种能将电信号用图形方式显示出来的电子测量仪器。利用它不仅能观察到电信号的波形，而且能定量地测量电信号的各种参数，如测量电信号的幅度、周期、相位等。因此，示波器是从事电器维修不可缺少的基本测量仪表。

1.2.1 示波器的基本组成

1.示波器的种类

示波器是一种能将电信号用图形方式显示出来的电子测量仪器。它不仅能观察到电信号的波形，而且能定量地测量电信号的各种参数，如测量电信号的幅度、周期、相位等。

示波器根据内部结构或使用领域及测量范围等可以进行分类，此外还有一些用于特殊环境的示波器。

根据测量信号的范围分类，可分为如下几种：①超低频示波器，适合于测量超低频信号；②普通示波器，适合于测量中频信号；③高频示波器和超高频示波器，适合于测量高频（100MHz）和超高频（1000MHz）信号。

按显示信号的数量来分，有单踪示波器（只显示一个信号的波形）、双踪示波器（可同时显示两个信号的波形）和多踪示波器（可同时显示多个信号的波形）。

从电路结构来分，有电子管示波器、晶体管示波器和集成电路示波器。

从测量功能来分，有模拟示波器和数字式记忆示波器。数字式记忆示波器是将测量的信号数字化以后暂存在存储器中，然后从存储器中读出显示在示波管上。在测量数字信号的场合经常使用，便于观察数字数据信号的波形和信号内容。

示波器从波形显示器件来分，有阴极射线管（CRT）示波器，彩色液晶显示器和用计算机彩色监视器做成的示波器。

为适应测量电视信号的特点，示波器生产厂家专门生产了同步示波器，在示波器电路中设有与电视的行、场信号同步的电路，在控制面板上专门设置了选择电视行或电视场的键钮，以便在观测电视信号时使信号波形稳定。

图1-22（a）所示是DS5220A型双踪示波器面板图，图1-22（b）所示是ST16A型单踪示波器面板图。

2.示波器的基本组成及原理

通用示波器的基本组成及原理框图如图123所示。它主要由显示器系统、垂直偏转（Y轴）信号放大系统、水平偏转（X轴）锯齿波发生系统和同步触发系统4部分组成。

1）显示器系统

显示器系统由示波管（阴极射线管CRT）和电源供给部分组成。

在示波管内部，电子枪发射出大量的电子，这些电子通过控制栅极的控制、聚焦电极的聚焦、加速极的加速、偏转电极或偏转线圈的偏转，最后形成一束电子束打在荧光屏上，使荧光屏的相应部位发光。

在显示器系统中，电源供给系统负责提供示波器的控制极、聚焦电极、加速电极等需要的电压，调整这些电压，可以保证在荧光屏上出现的光点聚焦良好、亮度适中。示波器面板上安装的聚焦、亮度电位器，就是用来对这些电压进行调整的。

示波管内部的偏转电极（或外部的偏转线圈）负责电子束的偏转。以偏转电极为例，示波管中有X偏转板和Y偏转板各一对，每对偏转板都由基本平行的金属板构成，每对偏转板上的电压变化都必将影响到电子运动的轨迹。Y偏转板上的电压变化只能影响光点在显示屏上的垂直位置，X偏转板的电压变化只影响光点的水平位置，两对偏转板共同决定了任一瞬间光点在显示屏上的坐标。

当两对偏转板上都不加电压时，电子束应打到荧光屏的正中。

2）Y轴信号放大系统

Y轴信号放大系统把被观测的信号放大并转变成电压加到Y偏转板上，这样电子束就会在Y轴（垂直）方向按信号的规律变化。

一般Y轴信号放大系统的放大倍数可用Y轴偏转灵敏度旋钮进行调节，而示波器Y轴方向的中心位置也可用Y轴位移旋钮进行调节。

例如，调节Y轴位移旋钮到示波器Y轴方向中心线表示信号0V，调节Y轴信号放大系统的Y轴偏转灵敏度旋钮到1V/div（Y轴方向每格1V，/div表示每格，下文中含义与此相同），则0～2V的连续信号会出现在Y轴方向中心线以上2格的范围内。

3）X轴锯齿波发生系统

一般在示波管的X轴加一个锯齿波信号。当锯齿波电压最小时，电子束在示波管最左端；锯齿波电压最大时，电子束在示波管最右端。这样，在锯齿波的正程，示波器中的电子束会随时间均匀地从左向右运动，因此就可以把示波器的X轴作为时间轴处理。例如，锯齿波正程所用时间为1ms，而示波器屏幕上的X轴分成10个刻度，则相应每格X刻度代表的时间就是0.1ms。

至于锯齿波的回程时间，越短越好，这样就可以尽量减少回扫线对示波器波形的影响，但实际上回扫需要一定时间，为使回扫产生的波形不在荧光屏上显示，可以设法使扫描回程的辉度减弱，以减少回扫线对波形的影响。

X轴锯齿波发生系统产生示波器扫描所需要的锯齿波电压称为扫描电压，根据扫描要求，锯齿波应该线性良好，回程短，并且频率可调。锯齿波的频率调节也称为扫描周期的调节。

4）同步触发系统

在观察周期信号时，如果扫描电压的周期恰好是被测信号周期的整数倍，则扫描的后一个周期描绘的波形就与前一周期描绘的波形完全一样，这样在荧光屏上就可以得到清晰而稳定的波形，这称为信号与扫描电压同步。

但是实际上，扫描电压是由示波器本身的X轴锯齿波发生系统产生的，它与Y轴输入的被测信号并不相关。因此，扫描电压的周期恰好是被测信号周期整数倍的情况很难碰到。当扫描电压的周期不是被测信号周期的整数倍时，每一次从X轴左端开始时的Y轴信号都不相等，这样就会造成观察结果的混乱。

为解决这一问题，常利用被测信号产生一个同步触发信号，用同步信号去控制X轴锯齿波发生系统，强迫X轴锯齿波发生器的周期变成被测信号周期的整数倍，这就是同步触发系统。同步触发系统可以使X轴锯齿波发生系统和外部的待测信号同步，从而稳定地显示外部信号。

以上是通用示波器最基本的显示原理，实际上，一些示波器也可以用X、Y轴都显示外部信号，X轴锯齿波发生系统还可以用到脉冲触发的情况，还有的示波器有多踪显示、存储显示、打印等功能。

3.示波器使用前的检查

使用示波器对电路进行检测时，应熟悉面板上各旋钮的作用，检查当地电源电压是否为220V±10%，如果不相符，则严禁使用。ST16A型示波器面板上控制旋钮的位置如图1-24所示，各旋钮的作用如下。

（1）辉度调节旋钮。调节该旋钮可以改变图形的亮度。顺时针旋转时亮度增加，逆时针旋转时亮度减弱。

（2）聚焦调节旋钮。调节该旋钮可使电子束聚集成小圆点或细线，从而得到清晰的波形。

（3）探极校准。提供幅度0.5V，频率为1kHz的对称方波信号，用于校正10∶1探极补偿电容和校准示波器垂直输入灵敏度和时基扫描速度。

（4）垂直输入灵敏度选择开关（电压/格）。输入灵敏度为10mV/div～5V/div，分为9挡。根据被测信号的电压幅度及观察的方便，选择合适的挡位。其中，第一挡（方波符号）为10mV的方波校正信号，供垂直输入灵敏度和水平时基扫速校准之用。

（5）时基扫描速度选择开关（时间/格）。扫描速度的选择范围为0.1μs/div～1s/div，分为19挡。可根据被测信号的频率高低选择适当的挡位。

（6）Y（垂直）移位旋钮。顺时针旋转该旋钮时，可使光点或波形上移；逆时针旋转时光点或波形下移。

（7）垂直微调旋钮。用于调节垂直放大器的增益，顺时针旋转增益变大，逆时针旋转增益变小。

（8）X（水平）移位旋钮。顺时针旋转该旋钮时，可使光点或波形右移，逆时针旋转时光点或波形左移。

（9）水平微调旋钮。用于调节时基扫描速度，顺时针旋转扫描速度加快，逆时针旋转扫描速度减慢。

（10）Y输入插孔。用以输入被测信号。

（11）耦合方式（AC⊥DC）转换开关。“DC”表示输入端处于直流耦合状态；“AC”表示输入端处于交流耦合状态；“⊥”表示输入端处于接地状态。

（12）内、电源、外开关。触发信号源选择开关。当该开关置于“内”时，触发信号来自Y放大器的被测信号；当该开关置于“外”时，触发信号来自“X外”触发；该开关置于“电源”时触发信号来自Y放大器的被测电视信号。

（13）触发方式（自动、常态、电视）选择开关。将该开关置于“自动”，无信号时，屏幕上显示光迹；有信号时，与电平控制旋钮配合，显示稳定波形。将该开关置于“常态”，无信号时，屏幕上无扫描光迹；有信号时，与电平控制旋钮配合，显示稳定波形。将该开关置于“电视”，用于观察电视场信号。

（14）+、-、X外开关，是触发信号的极性转换开关。当开关置于“X外”时，使“X外触发”插座成为水平信号的输入端。当开关置于“+”时，选择信号上升沿触发；当开关置于“-”时，选择信号下降沿触发。

（15）电平旋钮。当此旋钮置于关断状态时，扫描电路处于自激状态，能自动扫描。该旋钮处于正常位置时，调节它可改变触发信号的电平值。在触发扫描过程中，遇到波形不稳定时，可调整此电位器使之稳定。

（16）（水平）输入插孔：是水平信号或外触发信号的输入端。

（17）电源开关：用于整机电源的通、断。

在开机之前有几个旋钮的位置要检查。例如，水平移位调整钮和垂直移位调整钮要置于中心位置；触发信号源选择开关置于内部位置；触发方式选择开关左旋至自动位置，如图1-24所示。

示波器开机须做如下调整：将示波器的电源开关置于“开”的位置，电源接通，指示灯亮，然后调整亮度旋钮，示波管上就会出现一条横向亮线，再调整聚焦钮使显示图像清晰。如果显示的扫描线不在示波管中央，可微调一下水平或垂直微调旋钮。

图显电信示波器，观察波形测周期，

分类方法有多种，常用双踪示波器，

基本组成四部分，偏转（垂直与水平）、触发、显示器，

使用之前要检查，旋钮作用要熟悉。

1.2.2 示波器的使用

1.示波器探头的链接与校正

通常，在测量时为了降低外界噪声的干扰，使用高阻抗探头比较好。但是使用探头所测量的信号会衰减为原来幅度的1/10。ST16A型示波器使用10∶1探头最大可测200V（p-p）信号电压（交流和直流的合成电压或交流电压），ST16A型示波器探头如图1-25所示。

使用探头测量信号时，为了得到较高的测量精度，测量前预先将示波器的校正电压加到探头上，即将探头接到探极校准端，如图1-26所示。将示波器探头接到校正信号输出端，示波管上会出现1kHz的方波脉冲信号，如果方波的形状不好，如图1-27所示，此时可以用螺丝刀微调示波器探头上的微调电容，使显示的波形正常，如图1-26所示。

示波器探头中设有一个可调电容，探头一端的插头上有一个调整用的小孔，可以进行微调，一边观测信号波形一边进行调整，直到波形良好为止。

2.是播求的应用

示波器主要应用在电压、时间、频率的测量方面。

（1）直流电压的测量。依据屏幕上零基线与被测信号扫描基线之间的距离，可以进行直流电压的测量。

调出基线后，执行下列步骤：①此时信号耦合开关在“GND”挡，显示的基线为零电平的参考基准线，为测量及读数方便，可通过垂直移位旋钮，将零基线调节到便于读数的位置，并记住此位置；②将信号耦合开关置于“DC”挡；③输入被测信号，此时扫描基线在垂直方向产生了位移，若此时的扫描基线已超出了屏幕范围，可调节衰减开关（增大挡位），使扫描基线回到屏幕内；④扫描基线在垂直方向上的位移格数与衰减开关指示数值的乘积，就是被测直流电压的数值；⑤若扫描基线向上位移，则直流电压为正值。若扫描基线向下位移，则直流电压为负值。

例如，垂直输入灵敏度选择开关置于“0.5V”挡，扫描基线上移2.6格，则被测直流电压U的数值为

U=0.5V×2.6=1.3V

直流电压波形测量图如图1-28所示。

（2）交流电压的测量。交流电压的测量方法是：①调出基线，调节垂直移位旋钮，使基线在屏幕中央；②将信号耦合开关置于“AC”挡；③输入被测信号，调节衰减开关，使被测信号波形不超出屏幕范围；④被测信号波形峰-峰值在垂直方向的格数与衰减开关指示数值的乘积，就是被测交流电压的峰-峰数值。

例如，垂直输入灵敏度选择开关置于“0.5V”挡，波形峰-峰值格数为3.6格，则被测交流电压峰-峰值Up-p为

Up-p=0.5V×3.6=1.8V

交流电压波形测量如图1-29所示。锯齿波、三角波、矩形脉冲等周期性变化的信号电压的测量方法与上述方法相同。

（3）周期（或频率）的测量。周期（或频率）的测量方法是：①将被测信号波形完整显示在屏幕上，方法同前所述；②将扫描速度调整旋钮置于校准位置；③波形变化一个周期在水平方向的格数乘以时基开关所指的数值，就是被测信号的周期。

例如，图130（a）中的时基开关拨到“20μs”挡，正弦波信号变化一个周期在水平方向的格数为2.5格，则周期T为

T=20μs×2.5=50μs

频率f为

f=1/T=1/50μs=20kHz

图1-30（b）中的时基开关拨到“0.5ms”挡，正弦波信号变化一个周期在水平方向的格数为1.2格，则周期T为

T=0.5ms×1.2=0.6ms

频率f为

f=1/T=1/0.6ms=1666.67Hz

（4）相位差的测量。在许多情况下，需要测量某一电路中信号的相位移动。例如，要测量三角波经放大器放大后，输入、输出信号的相位差，可以采用如下方法测量：①利用双踪示波器分别调出1通道和2通道的基线：②将1通道和2通道的信号耦合开关置于“AC”挡；③根据被测信号的频率，选择时基开关的挡位；④将放大器输入端信号送入1通道，调节衰减开关，使波形幅度合适；⑤将放大器输出端信号送入2通道，调节衰减开关，使波形幅度合适；⑥将显示方式选择开关置于断续（CHOP）或交替（ALT）挡位。此时1通道和2通道的信号同时显示在屏幕上，即双踪显示；⑦调整垂直移位旋钮，使两个信号的波峰（或波谷）幅度对齐，如图131所示，读出两波峰（或波谷）之间的水平距离d，以及信号变化一个周期在水平轴的距离x，按下述公式计算出相位差θ：

θ=360°/x·d

例如，如图131所示，两个三角波的波峰距离为1cm，三角波的一个周期的距离为8cm，则两个三角波的相位差θ为

知识要诀

测前探头要校正，头接探极校准端，

示波出现方脉冲，波形不好调电容。

测量直流、交流压，耦合方式要分清，

测量周期与相位，时基开关要选定。