現(xiàn)代示波器高級應(yīng)用--測試及使用技巧

電壓的測量

利用示波器所做的任何測量，都是歸結(jié)為對電壓的測量。示波器可以測量各種波形的電壓幅度，既可以測量直流電壓和正弦電壓，又可以測量脈沖或非正弦電壓的幅度。更有用的是它可以測量一個脈沖電壓波形各部分的電壓幅值，如上沖量或頂部下降量等。這是其他任何電壓測量儀器都不能比擬的。

1．直接測量法

所謂直接測量法，就是直接從屏幕上量出被測電壓波形的高度，然后換算成電壓值。定量測試電壓時，一般把Y軸靈敏度開關(guān)的微調(diào)旋鈕轉(zhuǎn)至“校準(zhǔn)”位置上，這樣，就可以從“V/div”的指示值和被測信號占取的縱軸坐標(biāo)值直接計算被測電壓值。所以，直接測量法又稱為標(biāo)尺法。

（1）交流電壓的測量

將Y軸輸入耦合開關(guān)置于“AC”位置，顯示出輸入波形的交流成分。如交流信號的頻率很低時，則應(yīng)將Y軸輸入耦合開關(guān)置于“DC”位置。

將被測波形移至示波管屏幕的中心位置，用“V/div”開關(guān)將被測波形控制在屏幕有效工作面積的范圍內(nèi)，按坐標(biāo)刻度片的分度讀取整個波形所占Y軸方向的度數(shù)H，則被測電壓的峰-峰值VP-P可等于“V/div”開關(guān)指示值與H的乘積。如果使用探頭測量時，應(yīng)把探頭的衰減量計算在內(nèi)，即把上述計算數(shù)值乘10。

例如示波器的Y軸靈敏度開關(guān)“V/div”位于0.2檔級，被測波形占Y軸的坐標(biāo)幅度H為5div，則此信號電壓的峰-峰值為1V。如是經(jīng)探頭測量，仍指示上述數(shù)值，則被測信號電壓的峰-峰值就為10V。

（2）直流電壓的測量

將Y軸輸入耦合開關(guān)置于“地”位置，觸發(fā)方式開關(guān)置“自動”位置，使屏幕顯示一水平掃描線，此掃描線便為零電平線。

將Y軸輸入耦合開關(guān)置“DC”位置，加入被測電壓，此時，掃描線在Y軸方向產(chǎn)生跳變位移H，被測電壓即為“V/div”開關(guān)指示值與H的乘積。

直接測量法簡單易行，但誤差較大。產(chǎn)生誤差的因素有讀數(shù)誤差、視差和示波器的系統(tǒng)誤差（衰減器、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、示波管邊緣效應(yīng)）等。

2．比較測量法

比較測量法就是用一已知的標(biāo)準(zhǔn)電壓波形與被測電壓波形進(jìn)行比較求得被測電壓值。

將被測電壓Vx輸入示波器的Y軸通道，調(diào)節(jié)Y軸靈敏度選擇開關(guān)“V/div”及其微調(diào)旋鈕，使熒光屏顯示出便于測量的高度Hx并做好記錄，且“V/div”開關(guān)及微調(diào)旋鈕位置保持不變。去掉被測電壓，把一個已知的可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs輸入Y軸，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電壓的輸出幅度，使它顯示與被測電壓相同的幅度。此時，標(biāo)準(zhǔn)電壓的輸出幅度等于被測電壓的幅度。比較法測量電壓可避免垂直系統(tǒng)引起和誤差，因而提高了測量精度。

時間的測量

示波器時基能產(chǎn)生與時間呈線性關(guān)系的掃描線，因而可以用熒光屏的水平刻度來測量波形的時間參數(shù)，如周期性信號的重復(fù)周期、脈沖信號的寬度、時間間隔、上升時間（前沿）和下降時間（后沿）、兩個信號的時間差等等。

將示波器的掃速開關(guān)“t/div”的“微調(diào)”裝置轉(zhuǎn)至校準(zhǔn)位置時，顯示的波形在水平方向刻度所代表的時間可按“t/div”開關(guān)的指示值直讀計算，從而較準(zhǔn)確地求出被測信號的時間參數(shù)。

相位的測量

利用示波器測量兩個正弦電壓之間的相位差具有實用意義，用計數(shù)器可以測量頻率和時間，但不能直接測量正弦電壓之間的相位關(guān)系。利用示波器測量相位的方法很多，下面，僅介紹幾種常用的簡單方法。

1．雙蹤法

雙蹤法是用雙蹤示波器在熒光屏上直接比較兩個被測電壓的波形來測量其相位關(guān)系。測量時，將相位超前的信號接入YB通道，另一個信號接入YA通道。選用YB觸發(fā)。調(diào)節(jié)“t/div”開關(guān)，使被測波形的一個周期在水平標(biāo)尺上準(zhǔn)確地占滿8div，這樣，一個周期的相角360°被8等分，每1div相當(dāng)于45°。讀出超前波與滯后波在水平軸的差距T，按下式計算相位差φ：

φ=45°/div×T（div）

如T==1.5div ，則φ=45°/div×1.5div=67.5°

2．李薩如圖形法測相位

將示波器的X軸選擇置于X軸輸入位置，將信號u1接入示波器的Y軸輸入端，信號u2接入示波器的X軸輸入端。適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器面板上相關(guān)旋鈕，使熒光屏上顯現(xiàn)一個大小適宜的橢圓（在特殊情況下，可能是一個正圓或一根斜線）。

形成橢圓的原理如圖5-13所示。

由圖可見，設(shè)Y軸偏轉(zhuǎn)板上的信號u1導(dǎo)前于X軸偏轉(zhuǎn)板上的信號u21/8周期，設(shè)u2的初相為零，即φ2=0，因此當(dāng)u2為零時，u1為一個較大的值。如圖中的“0”點。此時，熒光屏上的光點也相應(yīng)地位于“0”點。隨著時間的變化，u1上升，u2也上升，則熒光屏上的光點向右上方移動。當(dāng)經(jīng)1/8周期后，u1、u2分別到達(dá)“1”點，此時u1到達(dá)最大值，u2為一個較大的值，熒光屏上的光點位于相應(yīng)的“1”。如此繼續(xù)下去，熒光屏上的光點將描出一個順時針旋轉(zhuǎn)的橢圓。如果u1滯后于u2則形成一個逆時針旋轉(zhuǎn)的橢圓。當(dāng)然，這只有在信號頻率很低時（如幾赫茲），且在短余輝的熒光屏上便會清楚地看到熒光屏上的光點順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。由上述可見橢圓的形狀是隨兩個正弦信號電壓u1、u2相位差的不同而不同。因此可以根據(jù)橢圓的形狀確定兩個正弦信號之間的相位差Δφ。在圖5-13中設(shè)A是橢圓與Y軸交點的縱坐標(biāo)，B是橢圓上各點坐標(biāo)的最大值。由圖可見，A是對應(yīng)于t=0時u1的瞬時電壓，即

A=Um1sinφ1

B是對應(yīng)于u1的幅值，即

B=Um1

于是A/B=（Um1sinφ1）/ Um1= sinφ1

來表示。在實際測試中為讀數(shù)方便，常讀取2A，2B（或2C，2D），按式

Δφ=arc sin（2A/2B）或Δφ=arc sin（2C/2D）

來計算相位差。

圖5-14所示的各種圖形分別表示正弦信號電壓在不同相位差時的情況。不難看出，如果橢圓的主軸在第1和第3象限內(nèi)，則相位差在0°～90°或270°～360°之間；如果主軸在第2和第4象限內(nèi)，相位差在90°～180°或180°～270°之間。

圖5-14 不同相位差時的圖形

頻率的測量

用示波器測量信號頻率的方法很多，下面介紹常用的兩種基本方法。

1．周期法

對于任何周期信號，可用前述的時間間隔的測量方法，先測定其每個周期的時間T，再用下式求出頻率f ：f=1/T

例如示波器上顯示的被測波形，一周期為8div，“t/div”開關(guān)置“1μs”位置，其“微調(diào)”置“校準(zhǔn)”位置。則其周期和頻率計算如下：

T=1us/div×8div = 8us

f= 1/8us =125kHz

所以，被測波形的頻率為125kHz。

2．李薩如圖形法測頻率

將示波器置X-Y工作方式，被測信號輸入Y軸，標(biāo)準(zhǔn)頻率信號輸入“X外接”，慢慢改變標(biāo)準(zhǔn)頻率，使這兩個信號頻率成整數(shù)倍時，例如fx :

fy=1:2，則在熒光屏上會形成穩(wěn)定的李沙育圖形。

李薩如圖的形狀不但與兩個偏轉(zhuǎn)電壓的相位有關(guān)，而且與兩個偏轉(zhuǎn)電壓的頻率也有關(guān)。用描跡法可以畫出ux與uy的各種頻率比、不同相位差時的李沙育圖形，幾種不同頻率比的李薩如圖形如圖5-15所示。

利用李薩如圖形與頻率的關(guān)系，可進(jìn)行準(zhǔn)確的頻率比較來測定被測信號的頻率。其方法是分別通過李薩如圖形引水平線和垂直線，所引的水平線垂直線不要通過圖形的交叉點或與其相切。若水平線與圖形的交點數(shù)為m，垂直線與圖形的交點數(shù)n，則

fy / fx=m / n

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)頻率fx（或fy）為已知時，由上式可以求出被測信號頻率fy（或fx）。顯然，在實際測試工作中，用李沙育圖形進(jìn)行頻率測試時，為了使測試簡便正確，在條件許可的情況下，通常盡可能調(diào)節(jié)已知頻率信號的頻率，使熒光屏上顯示的圖形為圓或橢圓。這時被測信號頻率等于已知信號頻率。

圖5-16常用頻率比的李沙育圖形

由于加到示波器上的兩個電壓相位不同，熒光屏上圖形會有不同的形狀，但這對確定未知頻率并無影響。

李薩如圖法測量頻率是相當(dāng)準(zhǔn)確的，但操作較費時。同時，它只適用于測量頻率較低的信號。