示波器使用方法(示波器的基本操作和常见故障处理方法)
示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观察到的交流电信号转换成图像显示在屏幕上进行测量的电子测量仪器。它是检验数字电路测试现象、分析测试中的问题和测量测试结果必不可少的主要仪器。示波器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、延时扫描系统和刻度信号源组成。图1-9显示了示波器。
图1-9示波器
示波器的分类
示波器的重要功能是检查和测量电信号的波形，不仅可以检查电信号的动态过程，还可以定量测量电信号的各种参数，如周期、幅度、频率、相位等。测试脉冲信号时，响应非常快，波形清晰可辨。此外，它还可以将非电信号转换成电信号，用于测量温度、压力、声音、热量等，所以它的使用非常普遍。
示波器有很多种，根据用途和特点可分为以下几种。
1)通用示波器:是一种单束示波器管的宽带示波器。常见的示波器有单路时基单路或双路示波器。
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:这类示波器采用采样技巧，通过模仿将高频信号转换成低频信号，然后用通用示波器的原理显示其波形。
4)存储器和存储示波器:这个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器管组成的示波器，记忆时间可达几天。存储示波器利用数字电路的存储技巧来实现存储效率，其存储时间理论上是无限的。
5)专用示波器，是具有特殊用途的示波器，如矢量示波器、心电示波器等。
理解示波器面板
通用示波器将为基本操作提供一个简单有效的前面板。面板包含功能旋钮和功能键。图1-10显示了示波器的前面板。
图1-10示波器前面板
1.显示屏
显示屏是示波器的显示部分。在显示屏上，水平方向和垂直方向有几条刻度线，用于指导信号波形的电压与时间的关系。水平方向引导时间，垂直方向引导电压。度数分为10格，垂直方向分为8格，每格分为5个部分。垂直方向标有0%、10%、90%和100%，度数方向标有10%和90%，用于测量DC电平、开关信号幅度和延迟时间等参数。根据屏幕上被测信号占据的单元数乘以适当的比例常数(伏特/分维，时间/分维)，可以得到电压值和时间值，如图1-11所示。
图1-11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1-12所示。按下此按钮时，电源指示灯亮起，表示电源已打开。
图1-12电源按钮、聚焦旋钮等
3.亮度旋钮
转动此旋钮可改变光斑和扫描线的亮度，如图1-12所示。检查低频信号时，可以调低亮度；检查高频信号时，可以调高亮度，亮度不宜太亮，以免遮住屏幕。
4.聚焦旋钮
聚焦旋钮用于调整电子束的截面尺寸，将扫描线聚焦到最清晰的状态，如图1-12所示。
5.刻度亮度旋钮
这个旋钮用来调节屏幕后面照明灯的亮度。室内光线正常时最好调暗照明灯，室内光线不足时适当调整照明灯。
6.垂直偏转系数(伏/分)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离锐度，必须定义为对X轴和Y轴都实用。锐度的倒数称为偏转因子。垂直锐度的单位为厘米/伏、厘米/毫伏或分维/毫伏、分维/伏，垂直偏转因子的单位为伏/厘米、毫伏/厘米或分维/分维、毫伏/分维。事实上，由于熟悉用法和测量电压读数的方便，有时偏转因子被视为灵敏度。
示波器中的每个通道都有一个垂直偏转因子旋钮(即选择波段开关)。一般5mv/div ~ 5v/div按照1、2、5的方法分为10档。旋钮指示的值代表屏幕垂直方向上一个网格的电压值。例如，当旋钮设置为1V/DIV时，如果屏幕上的信号光点移动一格，则意味着输入信号电压变为1V。
wave technology资源网段的每个交换机上都有一个小微调旋钮，用于微调每个区块的垂直偏转因子。它将顺时针旋转到底，并处于“校准”位置。此时，垂直偏转因子的值与带开关引导的值一致。逆时针转动此旋钮，微调垂直偏转系数。微调垂直偏转系数会造成与波段开关的指导值不一致，应引起注意。图1-13显示了伏/分旋钮。
图1-13伏/分格旋钮
7.时间/刻度旋钮
时基旋钮的使用方法类似于垂直偏转因子。时基也是通过旋钮来实现的，旋钮按照1、2、5的方法将时基分成几个档位。旋钮的引导值表示光点在度数方向上移动一个网格时的时间值。例如，在1s/DIV块中，光点在屏幕上移动一个网格来表示1s的时间值。
时基上有一个小微调旋钮，用于时基校准和微调。顺时针转动到底。当处于“校准”位置时，屏幕上显示的时基值与旋钮上显示的标称值一致。逆时针转动旋钮，微调时基。当拉出旋钮时，处于扫描放大状态，通常为“10”放大，即度数锐度扩大10倍，时基缩小到1/10。比如2s/DIV块，在扫描放大的情况下，屏幕上一格度数代表的光值为2s (1/10) = 0.2s。
TDS测试台上有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。
示波器刻度信号源CAL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。旋转度档旋钮(标有度双向箭头)左右移动信号波形，旋转垂直档旋钮(标有垂直双向箭头)左右移动信号波形。
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，示波器只显示通道1的信号。当选择通道2时，示波器只显示通道2的信号。当选择两个通道时，示波器显示通道1和通道2信号。
测试信号时，首先将示波器的地线与被测电路的地线连接。根据输入通道的选择，将示波器探头插入相应通道的插座，然后将示波器探头的地线与被测电路的地线连接，示波器探头就会接触到被测点。示波器探头上有一个两位开关。当该开关设置在“1”位置时，测量信号将无衰减地发送到示波器，从屏幕上读取的电压值就是信号的实际电压值。当该开关设置到“10”位置时，测量信号衰减到1/10，然后发送到示波器。信号的实际电压值是从屏幕读取的电压值乘以10。
10.选择输入耦合方法。
有三种输入耦合方式:交流、GND和DC。
当选择“接地”时，扫描线在屏幕上显示“示波器接地”的位置；DC耦合用于测量信号的绝对DC值，观测极低频信号；交换耦合用于观测交换和交换含有DC分量的信号。在数字电路实验中，通常选择“DC”法来观测信号的绝对电压。
1.触发源的选择
为了在屏幕上显示稳定的波形，需要将测量信号本身或与测量信号有一定时间关系的触发信号加入触发电路。触发源选择提供正触发信号的位置。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)内部触发使用测量信号作为触发信号，这是一种常用的触发方法。因为触发信号本身就是被测信号的一部分，所以可以在屏幕上显示非常稳定的波形。双通道示波器中的通道1或通道2可以选择作为触发信号。
2)电源触发应用程序交换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相关的信号时是有效的。尤其是在测量音频电路和晶闸管的低电平开关噪声时更为有效。
3)外部触发使用外部信号作为触发信号，外部信号从外部触发输入端输入。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，何时开始扫描与测量信号无关。
触发信号的准确选择与波形显示的稳定性和清晰度有很大关系。例如，在数字电路的测量中，对于短暂的周期信号，选择内部触发器可能更好，而对于周期复杂的信号和与之有周期关系的信号，选择外部触发器可能更好。
12.选择触发器耦合方法。
有许多方法可以将触发信号耦合到触发电路。目标是使触发信号稳定可靠。重要的触发方式有交流耦合、DC耦合、LFR触发、HFR触发和电视同步触发。
1)交流耦合也叫电容耦合。它只允许触发信号的开关分量触发，而触发信号的DC分量是隔离的。当DC分量不被认为形成稳定触发时，通常应用这种耦合方法。但是如果触发信号的频率低于10Hz，就会造成硬触发。
2) DC耦合不会隔离触发信号的DC分量。当触发信号频率较低或触发信号与空比值较大时，最好采用DC耦合。
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节触发信号的触发电平。一旦触发信号超过旋钮设定的触发水平，扫描就会被触发。顺时针转动旋钮，触发液位上升；逆时针转动旋钮，触发液位下降。当触发电平旋钮调整到电平锁定位置时，触发电平主动保持在触发信号的幅度内，无需电平调整即可发生稳定的触发。当信号波形复杂，无法通过触发电平旋钮稳定触发时，可以使用holdff旋钮调节波形的holdff时间(扫描暂停时间)，使扫描与波形稳定同步。技术资源网络
14.触发SLOPE开关。
触发极性开关用于选择触发信号的极性。当设置“+”位置时，在信号增长方向，当触发信号超过触发电平时，触发发生。当“-”位置被设置时，当触发信号在信号减小的方向上超过触发电平时，触发发生。触发极性和触发电平共同决定了触发信号的触发点。
15.选择扫描方法(扫描模式)
扫描方式有主动(AUTO)、正常(NORMal)和单一(sgl/rst)。
1)主动式:当没有触发信号输入或触发信号频率低于50Hz时，扫描是主动式方法。
2)正常状态:无触发信号输入时，扫描处于准备状态，无扫描线。当触发信号到达时，触发扫描。
3)一次性:一次性按钮类似于复位开关。在单次扫描方式中，按下单次按钮时扫描电路复位，此时“就绪”灯亮。触发信号到达后进行扫描。单次扫描停止后，“就绪”灯熄灭。单次扫描用于观察非周期信号或单次瞬态信号，往往需要对波形进行拍照。
示波器的基本操作方法
1.示波器访问信号
接下来以DS1000示波器为例，教大家如何访问信号(DS1000是一款双通道输入加一个外部触发输入通道，16路数字输入通道的数字示波器技术资源网络设备)。
信号的接入方式如下:
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。将探针适配器上的插槽与CH1同轴电缆连接器(BNC)上的插座对齐并插入，然后向右转动以拧紧探针。
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传动比，使测量结果能准确反映被测信号的电平(探头衰减系数的默认值为“1X”)。设置探头衰减系数的方法是:按下CH1功能按钮，显示通道1的操作菜单，使用与探头项目平行的3号菜单操作按钮，选择与应用探头比例相同的衰减系数。在这里设置为“10X”。
3)将探头端和接地夹在探头补偿器的适配器上。按下AUTO按钮，几秒钟内就能看到方波显示(1kHz，约3V，峰到峰)。
4)以同样的方式回顾通道2(CH2)。按关闭功能按钮或再次按CH1功能按钮关闭通道1，按CH2功能按钮打开通道2。重复步骤2和3。
2.探头补偿
当第一次将探头与任何输入通道连接时，进行此调整以使探头与输入通道相匹配。探头的未补偿或未补偿偏差会导致测量误差或缺陷。
以DS1000示波器为例，讲授调整探头的补偿方法。
1)将探头的衰减系数设置为“10X”，将探头上的开关设置为“10X”，将示波器探头连接到通道1。如果使用探针钩头，它应该与探针紧密接触。
将探针的一端连接到探针补偿器的信号输出连接器，将参考引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AUTO按钮。
2)查看显示波形的形状，如图1-14所示。
3)如有必要，用非金属螺丝刀调整探头上的可变电容，直到屏幕上显示的波形如图1-14b所示。
图1-14显示了波形形状。
示波器常见故障的处理
1.按下电源开关后，示波器仍然是黑屏，没有任何显示。
当按下电源开关时，示波器仍有黑屏，无任何显示的故障排除方法如下:
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)如果示波器还是不能正常使用，可能是示波器有问题。请送到专业维修公司维修。
2.采集信号后，信号的波形不会出现在画面中。
信号采集后，图中未出现信号波形的故障排除方法如下:
1)检查探头是否正常连接到信号连接线。
2)检查信号连接线是否正常连接到BNC(即通道连接器)。
3)检查探头是否与被测物体正常连接。
4)检查被测物体是否有信号(有信号的通道和有问题的通道可以连接在一起确认问题)。
5)再次采集信号。
3.测得的电压幅值比实际值大10倍或实际值的1/10。
检查信道衰减系数是否与实际应用的探头衰减比一致。
4.有波形显示，但无法稳定。
有波形显示，但无法稳定。故障排除方法如下:
1)查看触发面板的信号源选项是否与实际使用的信号通道一致。
2)查看触发器类型。边缘触发方法应适用于一般信号，视频触发方法应适用于视频信号。只有采用合适的触发方式，波形才能稳定显示。
3)尽量将“耦合”改为“高频抑制”或“低频抑制”显示，滤除干扰触发的高频或低频噪声。
5.在没有任何显示的情况下，按下运行/停止按钮。
按下RUN/STOP按钮无任何显示故障的排除方法如下(以DS1000示波器为例):检查触发面板的TRIGGER方法是“正常”还是“一次触发”，触发电平是否超过波形刻度。如果是，将触发水平居中，或将触发方法设置为“激活”档位。此外，按下自动按钮，主动完成上述设置。