2.2　示波器的使用方法

示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器主要由示波管和电源系统、同步系统、x轴偏转系统、y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。图2-13所示为DS1000示波器。

2.2.1　示波器的分类

示波器主要的功能是观察和测量电信号的波形，不但能观察到电信号的动态过程，而且还能定量地测量电信号的各种参数。例如，交流电的周期、幅度、频率、相位等。在测试脉冲信号时，响应非常迅速，而且波形清晰可辨。另外，它还可将非电信号转换为电信号，用来测量温度、压力、声、热等，因此它的用途非常广泛。

示波器的种类很多，按其用途和特点可分为以下几种。

（1）通用示波器：它是采用单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）多踪示波器：又称多线示波器，它能同时显示两个以上的波形，并对其进行定性、定量的比较和观测，而且每个波形都是由单独的电子束产生的。

（3）取样示波器：这种示波器采用取样技术，把高频信号模拟转换成低频信号，再用通用示波器的原理显示其波形。

（4）记忆、存储示波器：这种示波器不但具有通用示波器的功能，而且还具有存储信号波形的功能。记忆示波器是在普通示波器上增加了触发记录电信号来实现的，记忆时间可达数天。存储示波器是利用数字电路的存储技术实现存储功能的，其存储时间是无限的。

（5）专用示波器：这些示波器是具有特殊用途的示波器，如矢量示波器、心电示波器等。

2.2.2　示波器面板操作

一般示波器都会提供一个简单且功能明晰的前面板，以进行基本的操作。面板上包括旋钮和功能按键。图2-14所示为示波器的前面板。

1.显示屏

显示屏是示波器的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，用来指示信号波形的电压和时间之间的关系，水平方向指示时间，垂直方向指示电压。水平方向分为10格，垂直方向分为8格，每格又分为5份。垂直方向标有0％、10％、90％、100％等标识，水平方向标有10％、90％标识，供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数（VOLTS/DIV、TIME/DIV）就能得出电压值与时间值，如图2-15所示。

2.电源开关（POWER）按钮

电源开关按钮是示波器的主电源开关，当按下此开关时，电源指示灯亮，表示电源接通。

3.辉度（INTEN）旋钮

旋转辉度旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可将亮度调小些，高频信号时可将亮度调大些，一般不应太亮，以保护荧光屏。

4.聚焦（FOCUS）旋钮

聚焦旋钮用于调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态。图2-16所示为POWER按钮、FOCUS旋钮等。

5.标尺亮度旋钮

此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度，正常室内光线下照明灯暗一些为好，在室内光线不足的环境中可适当调亮照明灯。

6.垂直偏转因数（VOLTS/DIV）旋钮

在单位输入信号的作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对x轴和y轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位为cm/V、cm/mV或者DIV/mV、DIV/V，垂直偏转因数的单位为V/cm、mV/cm或者V/DIV、mV/DIV。实际上，因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当成灵敏度。

示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按1、2、5方式将5mV/DIV～5V/DIV分为10挡。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如，波段开关置于1V/DIV挡时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变化1V。

每个波段开关上都有一个微调小旋钮，用于微调每挡垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数。微调垂直偏转因数后会造成与波段开关的指示值不一致，这一点应引起注意。图2-17所示为VOLTS/DIV旋钮。

7.时基（TIME/DIV）旋钮

时基选择的使用方法与垂直偏转因数相似。时基选择也通过一个波段开关实现，按1、2、5方式把时基分为若干挡。波段开关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挡，光点在屏幕上移动一格代表时间值1μs。

时基旋钮上有一个微调小旋钮，用于时基校准和微调。沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置时，屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值一致。逆时针旋转旋钮，则对时基微调。旋钮拔出后处于扫描扩展状态。通常为“×10”扩展，即水平灵敏度扩大10倍，时基缩小为1/10。例如，在2μs/DIV挡，扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的时间值为2μs×（1/10）=0.2μs。

TDS实验台上有10MHz，1MHz，500kHz，100kHz的时钟信号，由石英晶体振荡器和分频器产生，准确度很高，可用来校准示波器的时基。

示波器的标准信号源CAL，专门用于校准示波器的时基和垂直偏转因数。

8.位移（POSITION）旋钮

此旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置。旋转水平位移旋钮（标有水平双向箭头）左右移动信号波形，旋转垂直位移旋钮（标有垂直双向箭头）上下移动信号波形。

9.选择输入通道

输入通道至少有3种选择方式：通道1（CH1）、通道2（CH2）、双通道（DUAL）。选择通道1时，示波器仅显示通道1的信号。选择通道2时，示波器仅显示通道2的信号。选择双通道时，示波器同时显示通道1和通道2的信号。

测试信号时，首先要将示波器的地与被测电路的地连接在一起，根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道的插座上，然后将示波器探头上的地与被测电路的地连接在一起，示波器探头接触被测点。示波器探头上有一个双位开关。此开关拨到“×1”位置时，被测信号会无衰减地送到示波器，从荧光屏上读出的电压值是信号的实际电压值。此开关拨到“×10”位置时，被测信号衰减为1/10，然后送往示波器，从荧光屏上读出的电压值乘以10才是信号的实际电压值。

10.选择输入耦合方式

输入耦合方式有3种选择：交流（AC）、地（GND）、直流（DC）。

当选择“地”时，扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置；直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号；交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号。在数字电路的实验中，一般选择“直流”方式，以便观测信号的绝对电压值。

11.触发源（SOURCE）选择

要使屏幕上显示稳定的波形，则需将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加到触发电路。触发源选择确定触发信号由何处供给。通常有3种触发源：内触发（INT）、电源触发（LINE）、外触发（EXT）。

（1）内触发使用被测信号作为触发信号，是经常使用的一种触发方式。由于触发信号本身是被测信号的一部分，在屏幕上可以显示出非常稳定的波形。双踪示波器中通道1或者通道2都可以选作触发信号。

（2）电源触发使用交流电源频率信号作为触发信号。这种方法在测量与交流电源频率有关的信号时是有效的。特别在测量音频电路、闸流管的低电平交流噪声时更有效。

（3）外触发使用外加信号作为触发信号，外加信号从外触发输入端输入。外触发信号与被测信号间应具有周期性关系。由于被测信号没有用作触发信号，所以何时开始扫描与被测信号无关。

正确选择触发信号与波形显示的稳定、清晰有很大关系。例如，在数字电路的测量中，对一个简单的周期信号而言，选择内触发可能好一些，而对于一个具有复杂周期的信号，且存在一个与它有周期性关系的信号时，选用外触发可能更好。

12.选择触发耦合（COUP）方式

触发信号到触发电路的耦合方式有多种，目的是为了触发信号的稳定、可靠。触发耦合方式主要有AC耦合、直流耦合（DC）、低频抑制（LFR）触发、高频抑制（HFR）触发和电视同步（TV）触发。

（1）AC耦合又称电容耦合。它只允许用触发信号的交流分量触发，触发信号的直流分量被隔断。通常在不考虑DC分量时使用这种耦合方式，以形成稳定触发。但是如果触发信号的频率小于10Hz，则会造成触发困难。

（2）直流耦合（DC）不隔断触发信号的直流分量。当触发信号的频率较低或者触发信号的占空比很大时，使用直流耦合较好。

（3）低频抑制（LFR）触发时，触发信号经过高通滤波器加到触发电路，触发信号的低频成分被抑制。

（4）高频抑制（HFR）触发时，触发信号通过低通滤波器加到触发电路，触发信号的高频成分被抑制。

（5）电视同步（TV）触发用于电视维修。

13.触发电平（TRIG LEVEL）旋钮

触发电平调节又称同步调节，它使扫描与被测信号同步。触发电平旋钮用于调节触发信号的触发电平。一旦触发信号超过由旋钮设定的触发电平时，扫描即被触发。顺时针旋转旋钮，触发电平上升；逆时针旋转旋钮，触发电平下降。当触发电平旋钮调到电平锁定位置时，触发电平自动保持在触发信号的幅度之内，不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。当信号波形复杂，用触发电平旋钮不能稳定触发时，用释抑（HOLDOFF）旋钮调节波形的释抑时间（扫描暂停时间），能使扫描与波形稳定同步。

14.触发极性（SLOPE）开关

触发极性开关用来选择触发信号的极性。拨在“+”位置上时，在信号增加的方向上，当触发信号超过触发电平时就产生触发。拨在“-”位置上时，在信号减少的方向上，当触发信号超过触发电平时就产生触发。触发极性和触发电平共同决定触发信号的触发点。

15.选择扫描方式（SWEEPMODE）

扫描方式有自动（AUTO）、常态（NORM）和单次（SGL/RST）3种。

（1）自动：当无触发信号输入或者触发信号频率低于50Hz时，扫描为自激方式。

（2）常态：当无触发信号输入时，扫描处于准备状态，没有扫描线。触发信号到来后，触发扫描。

（3）单次：单次按钮类似复位开关。单次扫描方式下，按单次按钮时扫描电路复位，此时准备好（READY）灯亮。触发信号到来后产生一次扫描。单次扫描结束后，准备好灯灭。单次扫描用于观测非周期信号或者单次瞬变信号，往往需要对波形拍照。

2.2.3　示波器基本操作

1.示波器接入信号

下面以DS1000示波器为例，讲解信号的接入方法（DS1000为双通道输入加一个外触发输入通道以及十六个数字输入通道的数字示波器）。

接入信号的方法如下：

（1）首先将探头上的开关设定为“10X”，然后将示波器探头与通道1连接。将探头连接器上的插槽对准CH1同轴电缆插接件（BNC）上的插孔并插入，然后向右旋转以拧紧探头。

（2）示波器需要输入探头衰减系数。此衰减系数改变仪器的垂直挡位比例，从而使得测量结果正确反映被测信号的电平（默认的探头衰减系数设定值为“1X”。）设置探头衰减系数的方法为：按CH1功能按钮显示通道1的操作菜单，应用与探头项目平行的3号菜单操作键，选择与使用的探头同比例的衰减系数。这里设定为“10X”。

（3）把探头端部和接地夹接到探头补偿器的连接器上。按AUTO（自动设置）按钮，几秒钟内可见到方波显示（1kHz，约3V，峰-峰值）。

（4）以同样的方法检查通道2（CH2）。按OFF功能按钮或再次按下CH1功能按钮以关闭通道1，按CH2功能按钮以打开通道2，重复步骤2和步骤3。

2.探头补偿

在首次将探头与任一输入通道连接时，进行此项调节，使探头与输入通道相配。未经补偿或补偿偏差的探头会导致测量误差或错误。

下面以DS1000示波器为例，讲解调整探头补偿的方法。

（1）将探头衰减系数设定为“10X”，将探头上的开关设定为“10X”，并将示波器探头与通道1连接。如果使用钩形探头，应确保与探头接触紧密。

将探头端部与探头补偿器的信号输出连接器相连，基准导线夹与探头补偿器的地线连接器相连，打开通道1，然后按AUTO按钮。

（2）检查所显示波形的形状，如图2-18所示。

（3）如有必要，用非金属的螺丝刀调整探头上的可变电容，直到屏幕显示的波形如图2-18（b）所示。

2.2.4　用示波器测量简单信号

下面用DS1000示波器来观测电路中的一个未知信号，迅速显示和测量信号的频率和峰-峰值。

1.迅速显示该未知信号

迅速显示该未知信号的方法如下：

（1）将探头衰减系数设定为“10X”，并将探头上的开关设定为“10X”。

（2）将通道1的探头连接到电路被测点。

（3）按下AUTO（自动设置）按钮。

示波器将自动设置使波形显示达到最佳。在此基础上，用户可以进一步调节垂直、水平挡位，直至波形的显示符合您的要求。

2.用示波器进行自动测量峰-峰值

示波器可对大多数显示信号进行自动测量。下面用DS1000示波器来测量信号的峰-峰值。具体操作方法如下：

（1）先按下MEASURE按钮以显示自动测量菜单。

（2）按下1号菜单操作键以选择信源CH1。

（3）按下2号菜单操作键选择测量类型：电压测量。

在电压测量弹出菜单中选择测量参数：峰-峰值。此时可以在屏幕左下角显示峰-峰值。

3.用示波器进行自动测量频率

下面用DS1000示波器来测量信号频率。具体操作方法如下：

（1）按下3号菜单操作键选择测量类型：时间测量。

（2）在时间测量弹出菜单中选择测量参数：频率。

此时可以在屏幕下方显示频率。

注意

测量结果在屏幕上的显示会因为被测信号的变化而改变。

2.2.5　观察正弦波信号通过电路产生的延迟和畸变

下面用DS1000示波器来观察正弦波信号通过电路产生的延迟和畸变。首先设置探头和示波器通道的探头衰减系数为“10X”。然后将示波器CH1通道与电路信号输入端相接，CH2通道与输出端相接。

1.显示CH1通道和CH2通道的信号

（1）按下AUTO（自动设置）按钮。

（2）继续调整水平、垂直挡位直至波形显示满足测试要求。

（3）按CH1按钮选择通道1，旋转垂直（VERTICAL）区域的垂直旋钮调整通道1波形的垂直位置。

（4）按CH2按钮选择通道2，如前操作，调整通道2波形的垂直位置。使通道1、通道2的波形既不重叠在一起，又利于观察比较。

2.测量正弦波信号通过电路后产生的延迟，并观察波形的变化

（1）自动测量通道延迟，按下MEASURE按钮以显示自动测量菜单。

（2）按下1号菜单操作键以选择信源CH1。

（3）按下3号菜单操作键选择时间测量。

（4）选择时间测量类型：延迟1→2。

此时可以在屏幕左下角显示通道1、通道2在上升沿的延迟数值。波形的变化如图2-19所示。

2.2.6　减少信号上的随机噪声

如果在测量时发现被测信号上叠加了随机噪声，可以通过调整示波器来滤除或减小噪声，避免其在测量中对本体信号的干扰。图2-20所示为叠加了随机噪声的波形图。

下面用DS1000示波器来减少信号上的随机噪声，具体操作方法如下：

（1）首先设置探头和示波器通道的探头衰减系数为“10X”。并将探头上的开关设定为“10X”。（2）连接信号使波形在示波器上稳定地显示。

（3）通过设置触发耦合改善触发。先按下触发（TRIGGER）控制区域MENU按钮，显示触发设置菜单。然后选择“触发设置→耦合”，选择“低频抑制”或“高频抑制”。

提示

低频抑制是设定一高通滤波器，可滤除8kHz以下的低频信号分量，允许高频信号分量通过。高频抑制是设定一低通滤波器，可滤除150kHz以上的高频信号分量（如FM广播信号），允许低频信号分量通过。通过设置“低频抑制”或“高频抑制”可以分别抑制低频或高频噪声，以得到稳定的触发。

（4）通过设置采样方式和调整波形亮度来减少显示噪声。如果被测信号上叠加了随机噪声，导致波形过粗。可以应用平均采样方式，去除随机噪声的显示，使波形变细，便于观察和测量。取平均值后随机噪声被减小而信号的细节更易观察。

应用平均采样方式的具体操作方法如下：按面板MENU区域的ACQUIRE按钮，显示采样设置菜单。按1号菜单操作键设置获取方式为“平均”状态，然后按2号菜单操作键调整平均次数，依次由2～256以2倍数步进，直至波形的显示满足观察和测试要求。图2-21所示为减少随机噪声的波形图。

提示

减少显示噪声也可以通过降低波形亮度来实现。

2.2.7　用示波器测量交流电压

用示波器测量交流电压的具体操作方法如下：

（1）首先将输入耦合开关置于“AC”位置（扩展控制开关未拉出），将交流信号从y轴输入，这样就能测量信号波形峰-峰间或某两点间的电压幅值。

（2）从屏幕上读出波形峰-峰间所占的格数，将它乘以伏/度选择开关的挡位，即可计算出被测信号的交流电压值。若将扩展控制开关拉出，则再除以5。

2.2.8　示波器使用注意事项

在使用示波器时应注意下列事项。

（1）测试前应估算被测信号的幅度大小，若不明确，应将示波器的伏/度选择开关置于最大挡，避免因电压过大而损坏示波器。

（2）在测量小信号波形时，由于被测信号较弱，示波器上显示的波形就不容易同步。这时可采取以下两种方法加以解决：第一，仔细调节示波器上的触发电平旋钮，使被测信号稳定和同步。必要时可结合调整扫描微调旋钮，但应注意，调节该旋钮会使屏幕上显示的频率读数发生变化（逆时针旋转，扫描因素扩大2.5倍以上），会给计算频率造成一定困难。一般情况下，应将此旋钮顺时针旋转到底，使之位于校正位置（CAL）。第二，使用与被测信号同频率（或整数倍）的另一强信号作为示波器的触发信号，该信号可以直接从示波器的通道2输入。

（3）示波器工作时，周围不要放大功率的变压器，否则测出的波形会有重影和噪波干扰。

（4）示波器可作为高内阻的电流电压表使用，手机电路中有一些高内阻电路，若使用普通万用表测电压，由于万用表内阻较低，测量结果会不准确，而且还可能会影响被测电路的正常工作，而示波器的输入阻抗比万用表要高得多，使用示波器直流输入方式，先将示波器输入接地，确定好示波器的零基线，就能方便地测量被测信号的直流电压。