示波器的选择与应用

1. 示波器的选用
   1. 根据要显示的信号数量，选择单踪、双踪或多踪示波器；
   2. 根据被测信号的频率特点，选择慢扫描、通用、高速或取样示波器；
   3. 根据被测信号的重现方式，选择模拟或数字存储示波器；
   4. 根据被测信号的测试重点选择
2. 示波器的正确使用
   1. 使用前必须检查电网电压是否与示波器要求的电源电压一致。
   2. 通电后需预热几分钟再调整各旋钮。各旋钮应先大致旋在中间位置，以便找到被测信号波形。
   3. 注意示波器的亮度不宜开得过高，且亮点不宜长期停留在固定位置，特别是暂时不观测波形时，更应该将辉度调暗，否则将缩短示波管的使用寿命。
   4. 输入信号电压的幅度应控制在示波器的最大允许输入电压范围内。
   5. 注意屏幕有效面积，将波形的关键部分移至屏幕中心区域进行观测。
   6. 使用专用探头，使用前须校正。
   7. 注意扫描方式、触发信号触发电平、触发极性及触发信号选择等旋钮和按键的配合调节。
3. 示波器的基本测量方法
   1. 电压测量
      1. 直流电压测量
         1. 测量原理

示波器测量直流电压的原理是利用被测电压在屏幕上呈现一条直线，该直线偏离时间基线（零电平线）的高度与被测电压的大小成正比的关系进行的。被测直流电压值VDC为
VDC=h·Dy·ky                                                  (5-6-1)
式中，h为被测直流信号线的电压偏离零电平线的高度；Dy为示波器的垂直灵敏度；ky为探头衰减系数。 

1. 测量方法
   1. 首先应将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置（CAL）。
   2. 将待测信号送至示波器的垂直输入端。
   3. 确定零电平线。将示波器的输入耦合开关置于“GND”位置，调节垂直位移旋钮，将荧光屏上的扫描基线（零电平线）移到荧光屏的中央位置。
   4. 确定直流电压的极性。调整垂直灵敏度开关到适当位置，将示波器的输入耦合开关拨向“DC”档，观察此时水平亮线的偏转方向，若位于前面确定的零电平线之上，则被测直流电压为正极性；若向下偏转，则为负极性。
   5. 读出被测直流电压偏离零电平线的距离h。
   6. 根据式(5-6-1)计算被测直流电压值。
1. 交流电压测量

使用示波器测量交流电压的最大优点是可以直接观测到波形的形状，还可显示其频率和相位。将式(5-6-2)中的h换为被测交流信号波形任意两点A与B间的高度差lA-B，测得的电压值即为两点A与B两点间的电压VA-B。若A与B两点分别为被测交流电压波峰和波谷，则测得值为被测交流电压的峰-峰值VPP。测量时，Y通道输入耦合开关置“AC”档。

1. 时间和频率测量
   1. 周期和频率测量
      1. 测量原理

对于周期性信号，周期和频率互为倒数，只要测出其中一个量，另一个参量可通过公式求出。被测交流信号的周期T为
T=l·Dx/kx(5-6-2)
式中：l为被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占距离；Dx为示波器的扫描速度；kx为X轴扩展倍率。

1. 测量方法
   1. 首先将示波器的扫描速度微调旋钮置于“校准”（CAL）位置。
   2. 将待测信号送至示波器的垂直输入端。
   3. 将示波器的输入耦合开关置于“AC”位置。
   4. 调节扫描速度开关，使显示的波形稳定，并记录Dx值。
   5. 读出被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占的距离x。
   6. 根据式(5-6-2)计算被测交流信号的周期。
1. 时间间隔测量

将式(5-6-2)中的l换为信号波形任意两点A与B间的水平距离lA-B，则测得的时间值为A与B两点间的时间间隔tA-B。

1. 相位测量

相位测量是指两个同频率的信号之间的相位差的测量。一般采用双踪法测量相位差，将两信号分别接入Y1和Y2，设与两信号的周期和相位差所对应的水平距离分别为T和d，则两信号的相位差为
Δφ=2π·d/T                                                 (5-6-3)

1. 用李沙育图形法测量频率或相位

李沙育图形法测相位是利用示波器X和Y通道分别输入被测信号和一个已知信号，调节已知信号的频率使屏幕上出现稳定的图形，根据已知信号的频率（或相位）便可求得被测信号的频率（或相位）。李沙育图形法既可测量频率又可测量相位。

1. 测量频率

李沙育图形法测量频率时，示波器工作于X-Y方式下，频率已知的信号与频率未知的信号加到示波器的两个输入端，调节已知信号的频率，使荧光屏上得到李沙育图形，由此可测出被测信号的频率。
示波器工作于X-Y方式时，X和Y两信号对电子束的使用时间总是相等的，垂直线、水平线与李沙育图形的交点数分别与X和Y信号频率成正比。因此，李沙育图形存在关系：
fy/fx = NH/NV(5-6-4)
式中，NH和NV分别为水平线、垂直线与李沙育图形的交点数，fy和fx分别为示波器Y和X信号的频率。图5-20所示为常见的几种不同频率、不同相位的李沙育图形。

图1  几种常用的李沙育图形
事实上，垂直线（或水平线）与李沙育图形的切点数NV′和NH′也与X（或Y）信号频率成正比，即
fy/fx=NH′/NV′=NH/NV(5-6-5)
例5-1  如图所示的李沙育图形，已知X信号频率为6MHz，问Y信号的频率是多少？
解：分别在李沙育图形上画出垂直线和水平线，则NH=2，NV=6，或NH′=1，NV′=3。注意必须在交点数最多的位置画线。
fy=fx·NH/NV=6×2/6=2（MHz）
或                                        fy=fx·NH′/NV′=6×1/3=2（MHz）

例5-1  李沙育图形
李沙育图形法适合测量频率比在1：10至10：1之间的信号，否则波形显示复杂，难以确定交点数或切点数，给调整和测量带来困难。

1. 测量相位差

把要比较相位差的两个频率、同幅度的正弦信号分别送入示波器的Y通道和X通道，使示波器工作在X-Y显示方式，这时示波器的屏幕上会显示出一个椭圆波形，由椭圆上的坐标可求得两信号的相位差。
Δφ=arcsin(y0/ym)=arcsin(x0/xm)(5-6-7)
式中：为两信号的相位差；x0、y0为椭圆与X轴、Y轴截距的一半；xm、ym为荧光屏上光点在X轴、Y轴方向上的最大偏转距离的一半。

图2  椭圆法测信号的相位差
虽然李沙育图形法测量过程比双踪示波法复杂，但其测量结果比双踪示波法要准确。