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示波器
來(lái)源：作者：日期：2017-12-21 14:11:20點(diǎn)擊：8662次
示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無(wú)法直接觀測(cè)的交變電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上以便測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x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(wèn)題、測(cè)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(cè)量?jī)x器 | 機(jī)械工程；電測(cè)量?jī)x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(wú)法直接觀測(cè)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(cè)量?jī)x器。它描繪電信號(hào)的波形曲線能夠說(shuō)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(lái)測(cè)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(cè)電流的波形外，還可以測(cè)定頻率、電壓強(qiáng)度等。凡可以變?yōu)殡娦?yīng)的周期性物理過(guò)程都可以用示波器進(jìn)行觀測(cè)。
示波器的分類：
1.普通示波器。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)試。借助幅度校準(zhǔn)器和時(shí)間校準(zhǔn)器，測(cè)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(méi)有時(shí)差，時(shí)序關(guān)系準(zhǔn)確。
4.多蹤示波器。具有電子開(kāi)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(guò)程、非周期現(xiàn)象和超低頻信號(hào)長(zhǎng)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(cè)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(cè)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(guò)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(lái)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(shì)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(shì)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(cè)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(shuō)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(yáng)極A1、第二陽(yáng)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(lái)的電子起控制作用，只有初速度較大的電子才能穿過(guò)柵極頂端的小孔然后在陽(yáng)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(guò)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(yáng)極電位比陰極電位高很多，電子被它們之間的電場(chǎng)加速形成射線。當(dāng)控制柵極、第一陽(yáng)極、第二陽(yáng)極之間的電位調(diào)節(jié)合適時(shí)，電子槍內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)電子射線有聚焦作用，所以第一陽(yáng)極也稱聚焦陽(yáng)極。第二陽(yáng)極電位更高，又稱加速陽(yáng)極。面板上的“聚焦”調(diào)節(jié)，就是調(diào)第一陽(yáng)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(yáng)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(guò)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(cè)量轉(zhuǎn)化為屏上光點(diǎn)偏移距離的測(cè)量，這就是示波器測(cè)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(guò)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(guò)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(lái)說(shuō)，X軸和Y軸都設(shè)置有衰減器，以滿足各種測(cè)量的需要。
3.掃描系統(tǒng)
掃描系統(tǒng)也稱時(shí)基電路，用來(lái)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(cè)信號(hào)波形就可以在時(shí)間軸上展開(kāi)。掃描系統(tǒng)是示波器顯示被測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)信號(hào)的測(cè)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(cè)信號(hào)波形。
注意示波器的亮度不宜開(kāi)得過(guò)高，且亮點(diǎn)不宜長(zhǎng)期停留在固定位置，特別是暫時(shí)不觀測(cè)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(cè)。
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(shuō)明書(shū)，將各控制件置于相應(yīng)位置。然后接通電源開(kāi)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(kāi)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(wàn)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(lái)波形在測(cè)試之前正確調(diào)試出來(lái)。也就是說(shuō)，校正出來(lái)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(cè)試點(diǎn)標(biāo)示出來(lái))。
2)通用示波器通過(guò)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(cè)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(zhǎng)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(kāi)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(shuō)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(cè)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。
