示波器怎樣使用_示波器選用_示波器怎么測(cè)量

　　我常?？吹胶芏嘈」居玫?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/577/" target="_blank">示波器過于低端，帶寬低，采樣率底，認(rèn)為能抓到波形就行，認(rèn)為沒有必要買那么好的示波器，并且認(rèn)為示波器操作簡(jiǎn)單，沒有那么多規(guī)范?？吹剿麄儗?duì)示波器的操作，不做測(cè)試之前的準(zhǔn)備，拿起來就用，其實(shí)那樣做是不正確的，可能往往就是這個(gè)操作不正確導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果失真，影響分析。即使一些很資深的工程師可能也不會(huì)注意到一些細(xì)節(jié)。不少工程師對(duì)示波器的認(rèn)識(shí)度欠缺，如何更好的使用示波器還是有待提高的。下面就以我見到的很多工程師常犯的問題予以糾正，分享一下我掌握的一些知識(shí)。

　　示波器怎樣正確使用

　　很多工程師直接拿起探頭就測(cè)試，根本不去檢查探頭是否需要補(bǔ)償，示波器是否需要校驗(yàn)。只有在一些大公司或經(jīng)過培訓(xùn)的工程師才會(huì)在使用前做準(zhǔn)備工作

　　示波器使用前需要自校準(zhǔn)和需要探頭補(bǔ)償調(diào)節(jié)，執(zhí)行這種調(diào)節(jié)是使探頭匹配輸入通道。

　　首次操作儀器時(shí)以及同時(shí)顯示多個(gè)輸入通道的數(shù)據(jù)時(shí)，可能需要在垂直和水平方向上校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以使時(shí)基、幅度和位置同步。例如，發(fā)生明顯溫度變化（》 5°） 時(shí)就需要進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　從通道輸入連接器上斷開任何探頭或電纜。確保儀器運(yùn)行并預(yù)熱一段時(shí)間。R&S示波器從 File（文件）菜單中，選擇Selfalignment（自校準(zhǔn)）。

　　在 Control（控制）選項(xiàng)卡上，點(diǎn)擊Start Alignment（開始校準(zhǔn)）。

　　R&S示波器完成此過程需幾分鐘時(shí)間。有的示波器可能需要一個(gè)小時(shí)以上時(shí)間。整體通過/失敗結(jié)果會(huì)顯示在Overall alignment state（整體校準(zhǔn)狀態(tài)）字段中。每個(gè)輸入通道各個(gè)校準(zhǔn)步驟的結(jié)果會(huì)顯示在Results（結(jié)果）選項(xiàng)卡中。

　　探頭補(bǔ)償調(diào)節(jié)的操作步驟如下：

　　1、將示波器探頭連接到通道，按前面板上的 PRESET（預(yù)設(shè)）按鍵（左側(cè)面板設(shè)置區(qū)域中）。

　　將探頭信號(hào)端和參考地連接到示波器面板上的參考輸出，然后按Autoset（自動(dòng)設(shè)置）。如果使用探頭鉤式前端附件，請(qǐng)將信號(hào)針前端牢固連接在探頭上，確保正確連接。如組圖一所示：

　　圖1-1

　　圖1-2

　　組圖一 探頭補(bǔ)償調(diào)節(jié)

　　2、檢查所顯示波形的形狀?？赡軙?huì)出現(xiàn)的情況如圖二。

　　圖二 補(bǔ)償過度，不足和正確補(bǔ)償后半部的波形形狀示意

　　過度和不足都需要調(diào)節(jié)探頭。以能更好的測(cè)試準(zhǔn)確值。

　　3、如果波形不正確，請(qǐng)調(diào)整探頭。如下圖三所示，直至波形為上面的補(bǔ)償正確波形。

　　以上兩點(diǎn)看似簡(jiǎn)單，但往往是工程師忽略的。為了使測(cè)量更精確，請(qǐng)一定要注意檢驗(yàn)。這兩個(gè)校準(zhǔn)功能在任何示波器都應(yīng)該有。

　　測(cè)試電壓紋波

　　很多電源工程師在紋波的測(cè)量的時(shí)候，也不會(huì)關(guān)注那么多，想當(dāng)然的測(cè)試。示波器的使用方法不同導(dǎo)致測(cè)試的結(jié)果差異很大。如下組圖四和組圖五，對(duì)于同一個(gè)產(chǎn)品同一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，由于測(cè)試方法的差異，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的差異很大。紋波對(duì)于電源來說是個(gè)重要參數(shù)，但是由于自己的操作問題而導(dǎo)致做測(cè)試不通過，又浪費(fèi)大量的人力和成本去整改是很不值得的。

　　有時(shí)候您的客戶由于對(duì)儀器的使用和注意不夠，導(dǎo)致測(cè)試的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。但是自己這邊產(chǎn)品又是沒有問題的，弄的怎么說也說不通，以至于客戶還以為是在欺騙他們，所以測(cè)試方法很重要。注意這些細(xì)節(jié)，可以節(jié)省很多時(shí)間，讓自己的能力更上一層。

　　示波器測(cè)試的值本身就存在誤差的（這里我就暫時(shí)不講解了）?，F(xiàn)在很多公司要求測(cè)試波形圖的值作為判定依據(jù)。其實(shí)示波器只是測(cè)試電壓隨著時(shí)間變化的過程，主要是調(diào)試中捕獲波形。具體測(cè)量直流電壓有效值額度準(zhǔn)確度還不如數(shù)字萬用表的值。示波器的直流精度的指標(biāo)標(biāo)定也是以萬用表做參考的。 但是越來越多公司和工程師以示波器的值當(dāng)作真實(shí)值，那么我們就只能盡力作到是測(cè)試誤差最少。

　　下面是測(cè)試紋波的圖解和分析：

　　圖4-1

　　圖4-2?組圖四

　　圖5-1

　　圖5-2?組圖五

　　組圖四的測(cè)試紋波的結(jié)果值3.9921V比圖五0.126V大很多，但是組圖四的測(cè)試值是不真實(shí)的。

　　問題分析：其實(shí)產(chǎn)品沒有問題。只是測(cè)試方法有問題而已?，F(xiàn)在我們就來指出問題點(diǎn)：

　　第一個(gè)錯(cuò)誤是使用了長(zhǎng)的接地線。

　　第二個(gè)錯(cuò)誤是將探頭形成的環(huán)路和接地線均置于電源變壓器和開關(guān)元件附近。

　　第三個(gè)錯(cuò)誤是示波器探頭和輸出電容之間存在多余電感。

　　由于這些不注意，導(dǎo)致拾取了很多高頻信號(hào)，變壓器的磁場(chǎng)，開關(guān)的電場(chǎng)，以至于示波器抓出來的波形有高頻雜訊摻雜在里面顯示出來。

　　第四個(gè)錯(cuò)誤是量程太大。

　　準(zhǔn)確地測(cè)試紋波需要做到：

　　使用帶寬限制來測(cè)量紋波，以防止拾取并非真正存在的高頻雜訊。示波器帶寬設(shè)置為20M即可。

　　去掉探頭“帽子”和地線夾，以防止長(zhǎng)地線形成的天線效應(yīng)。用近地線纏繞在探頭和地之間。羅德與施瓦茨公司有專門提供配套的短地線。可以考慮在信號(hào)與地之間并聯(lián)一個(gè)0.1uf和一個(gè)10uf電容做去耦。電容的PIN腳的長(zhǎng)短也影響了測(cè)試的值。

　　由于很多工程師對(duì)示波器的不了解，導(dǎo)致誤操作，損壞示波器或電源之后還搞不清楚為什么

　　很多初級(jí)工程師在用多個(gè)探頭測(cè)量電源的時(shí)候，剛一開機(jī)，電源產(chǎn)品就“炸機(jī)”，甚至損害示波器。他們會(huì)問我，示波器不是直接把探頭接到要測(cè)試的元件之間嗎？我好像沒有接錯(cuò)啊，為什么會(huì)這樣??？那是由于對(duì)示波器的通道和地的接法不了解。示波器的多個(gè)探頭在示波器內(nèi)部是共地。所以在同時(shí)測(cè)量電源的原邊和副邊的時(shí)候，如果用一根探頭接原邊的地，另一個(gè)探頭接副邊的地，由于示波器的內(nèi)部通道的地連接在一起，相當(dāng)于把電源的原邊和副邊的地短路在一起了，然而原邊和副邊地之間是有電壓差的，那么短路后的大電流容易燒壞產(chǎn)品和探頭，甚至也可能損壞示波器。在測(cè)試原邊和副邊電壓的時(shí)候應(yīng)該一側(cè)用差分探頭，一側(cè)用普通探頭。 即使測(cè)試同一側(cè)線路，探頭的地線也要是共參考點(diǎn)。 示波器的地又是通過電源地連接的。很多公司基本上都會(huì)在示波器前面加一個(gè)隔離變壓器，這種方法挺好。有些公司直接剪斷電源三相地的PIN腳，那樣沒有接地，用手摸示波器機(jī)殼，漏電流會(huì)加大。建議不要這樣使用。

　　其實(shí)問題還不止是這些，如在動(dòng)態(tài)的應(yīng)用，探頭之間運(yùn)算的應(yīng)用，測(cè)試電壓值注意的事項(xiàng)等。大家都知道示波器的功能很強(qiáng)大，幾乎沒有不使用示波器的電子工程師，所以自己在使用示波器的時(shí)候一定要多想想，多試驗(yàn)，多了解示波器的功能，內(nèi)部選項(xiàng)鍵之間的差別，了解不同示波器參數(shù)對(duì)測(cè)量的影響，那樣就能更好的幫助我們。不要只是為了完成任務(wù)，隨意為之。認(rèn)真做起，細(xì)心觀察，這樣我們的進(jìn)步才會(huì)很大。經(jīng)驗(yàn)是一步一步積累起來的。

　　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

　　示波器的基本測(cè)量方法

　　電壓測(cè)量

　　直流電壓測(cè)量

　　測(cè)量原理

　　示波器測(cè)量直流電壓的原理是利用被測(cè)電壓在屏幕上呈現(xiàn)一條直線，該直線偏離時(shí)間基線（零電平線）的高度與被測(cè)電壓的大小成正比的關(guān)系進(jìn)行的。被測(cè)直流電壓值VDC為

　　VDC=h·Dy·ky （5-6-1）

　　式中，h為被測(cè)直流信號(hào)線的電壓偏離零電平線的高度；Dy為示波器的垂直靈敏度；ky為探頭衰減系數(shù)。

　　測(cè)量方法

　　首先應(yīng)將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置（CAL）。

　　將待測(cè)信號(hào)送至示波器的垂直輸入端。

　　確定零電平線。將示波器的輸入耦合開關(guān)置于“GND”位置，調(diào)節(jié)垂直位移旋鈕，將熒光屏上的掃描基線（零電平線）移到熒光屏的中央位置。

　　確定直流電壓的極性。調(diào)整垂直靈敏度開關(guān)到適當(dāng)位置，將示波器的輸入耦合開關(guān)撥向“DC”檔，觀察此時(shí)水平亮線的偏轉(zhuǎn)方向，若位于前面確定的零電平線之上，則被測(cè)直流電壓為正極性；若向下偏轉(zhuǎn)，則為負(fù)極性。

　　讀出被測(cè)直流電壓偏離零電平線的距離h。

　　根據(jù)式（5-6-1）計(jì)算被測(cè)直流電壓值。

　　交流電壓測(cè)量

　　使用示波器測(cè)量交流電壓的最大優(yōu)點(diǎn)是可以直接觀測(cè)到波形的形狀，還可顯示其頻率和相位。將式（5-6-2）中的h換為被測(cè)交流信號(hào)波形任意兩點(diǎn)A與B間的高度差lA-B，測(cè)得的電壓值即為兩點(diǎn)A與B兩點(diǎn)間的電壓VA-B。若A與B兩點(diǎn)分別為被測(cè)交流電壓波峰和波谷，則測(cè)得值為被測(cè)交流電壓的峰-峰值VPP。測(cè)量時(shí)，Y通道輸入耦合開關(guān)置“AC”檔。

　　時(shí)間和頻率測(cè)量

　　周期和頻率測(cè)量

　　測(cè)量原理

　　對(duì)于周期性信號(hào)，周期和頻率互為倒數(shù)，只要測(cè)出其中一個(gè)量，另一個(gè)參量可通過公式求出。被測(cè)交流信號(hào)的周期T為

　　T=l·Dx/kx（5-6-2）

　　式中：l為被測(cè)交流信號(hào)的一個(gè)周期在熒光屏水平方向所占距離；Dx為示波器的掃描速度；kx為X軸擴(kuò)展倍率。

　　測(cè)量方法

　　首先將示波器的掃描速度微調(diào)旋鈕置于“校準(zhǔn)”（CAL）位置。

　　將待測(cè)信號(hào)送至示波器的垂直輸入端。

　　將示波器的輸入耦合開關(guān)置于“AC”位置。

　　調(diào)節(jié)掃描速度開關(guān)，使顯示的波形穩(wěn)定，并記錄Dx值。

　　讀出被測(cè)交流信號(hào)的一個(gè)周期在熒光屏水平方向所占的距離x。

　　根據(jù)式（5-6-2）計(jì)算被測(cè)交流信號(hào)的周期。

　　時(shí)間間隔測(cè)量

　　將式（5-6-2）中的l換為信號(hào)波形任意兩點(diǎn)A與B間的水平距離lA-B，則測(cè)得的時(shí)間值為A與B兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔tA-B。

　　相位測(cè)量

　　相位測(cè)量是指兩個(gè)同頻率的信號(hào)之間的相位差的測(cè)量。一般采用雙蹤法測(cè)量相位差，將兩信號(hào)分別接入Y1和Y2，設(shè)與兩信號(hào)的周期和相位差所對(duì)應(yīng)的水平距離分別為T和d，則兩信號(hào)的相位差為

　　Δφ=2π·d/T （5-6-3）

　　用李沙育圖形法測(cè)量頻率或相位

　　李沙育圖形法測(cè)相位是利用示波器X和Y通道分別輸入被測(cè)信號(hào)和一個(gè)已知信號(hào)，調(diào)節(jié)已知信號(hào)的頻率使屏幕上出現(xiàn)穩(wěn)定的圖形，根據(jù)已知信號(hào)的頻率（或相位）便可求得被測(cè)信號(hào)的頻率（或相位）。李沙育圖形法既可測(cè)量頻率又可測(cè)量相位。

　　測(cè)量頻率

　　李沙育圖形法測(cè)量頻率時(shí)，示波器工作于X-Y方式下，頻率已知的信號(hào)與頻率未知的信號(hào)加到示波器的兩個(gè)輸入端，調(diào)節(jié)已知信號(hào)的頻率，使熒光屏上得到李沙育圖形，由此可測(cè)出被測(cè)信號(hào)的頻率。

　　示波器工作于X-Y方式時(shí)，X和Y兩信號(hào)對(duì)電子束的使用時(shí)間總是相等的，垂直線、水平線與李沙育圖形的交點(diǎn)數(shù)分別與X和Y信號(hào)頻率成正比。因此，李沙育圖形存在關(guān)系：

　　fy/fx = NH/NV（5-6-4）

　　式中，NH和NV分別為水平線、垂直線與李沙育圖形的交點(diǎn)數(shù)，fy和fx分別為示波器Y和X信號(hào)的頻率。圖5-20所示為常見的幾種不同頻率、不同相位的李沙育圖形。

　　圖6 幾種常用的李沙育圖形

　　事實(shí)上，垂直線（或水平線）與李沙育圖形的切點(diǎn)數(shù)NV′和NH′也與X（或Y）信號(hào)頻率成正比，即

　　fy/fx=NH′/NV′=NH/NV（5-6-5）

　　例7-1 如圖所示的李沙育圖形，已知X信號(hào)頻率為6MHz，問Y信號(hào)的頻率是多少？

　　解：分別在李沙育圖形上畫出垂直線和水平線，則NH=2，NV=6，或NH′=1，NV′=3。注意必須在交點(diǎn)數(shù)最多的位置畫線。

　　fy=fx·NH/NV=6×2/6=2（MHz）

　　或 fy=fx·NH′/NV′=6×1/3=2（MHz）

　　例7-1 李沙育圖形

　　李沙育圖形法適合測(cè)量頻率比在1：10至10：1之間的信號(hào)，否則波形顯示復(fù)雜，難以確定交點(diǎn)數(shù)或切點(diǎn)數(shù)，給調(diào)整和測(cè)量帶來困難。

　　測(cè)量相位差

　　把要比較相位差的兩個(gè)頻率、同幅度的正弦信號(hào)分別送入示波器的Y通道和X通道，使示波器工作在X-Y顯示方式，這時(shí)示波器的屏幕上會(huì)顯示出一個(gè)橢圓波形，由橢圓上的坐標(biāo)可求得兩信號(hào)的相位差。

　　Δφ=arcsin（y0/ym）=arcsin（x0/xm）（5-6-7）

　　式中：為兩信號(hào)的相位差；x0、y0為橢圓與X軸、Y軸截距的一半；xm、ym為熒光屏上光點(diǎn)在X軸、Y軸方向上的最大偏轉(zhuǎn)距離的一半。

　　圖8 橢圓法測(cè)信號(hào)的相位差

　　雖然李沙育圖形法測(cè)量過程比雙蹤示波法復(fù)雜，但其測(cè)量結(jié)果比雙蹤示波法要準(zhǔn)確。

　　示波器使用中的注意事項(xiàng)

　　儀器操作人員的安全和儀器安全，儀器在安全范圍內(nèi)正常工作，保證測(cè)量波形準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)可靠。因此，在儀器使用中應(yīng)注意：

　　1、通用示波器通過調(diào)節(jié)亮度和聚焦旋鈕使光點(diǎn)直徑最小以使波形清晰，減小測(cè)試誤差；不要使光點(diǎn)停留在一點(diǎn)不動(dòng)，否則電子束轟擊一點(diǎn)宜在熒光屏上形成暗斑，損壞熒光屏。

　　2、測(cè)量系統(tǒng)- 例如示波器、信號(hào)源；打印機(jī)、計(jì)算機(jī)等設(shè)備等。被測(cè)電子設(shè)備- 例如儀器、電子部件、電路板、被測(cè)設(shè)備供電電源等設(shè)備接地線必須與公共地（大地）相連。

　　3、TDS200/TDS1000/TDS2000 系列數(shù)字示波器配合探頭使用時(shí)，只能測(cè)量（被測(cè)信號(hào)- 信號(hào)地就是大地，信號(hào)端輸出幅度小于300V CAT II）信號(hào)的波形。絕對(duì)不能測(cè)量市電AC220V 或與市電AC220V 不能隔離的電子設(shè)備的浮地信號(hào)。（浮地是不能接大地的，否則造成儀器損壞，如測(cè)試電磁爐。）

　　4、通用示波器的外殼，信號(hào)輸入端BNC 插座金屬外圈，探頭接地線，AC220V 電源插座接地線端都是相通的。如儀器使用時(shí)不接大地線，直接用探頭對(duì)浮地信號(hào)測(cè)量，則儀器相對(duì)大地會(huì)產(chǎn)生電位差；電壓值等于探頭接地線接觸被測(cè)設(shè)備點(diǎn)與大地之間的電位差。這將對(duì)儀器操作人員、示波器、被測(cè)電子設(shè)備帶來嚴(yán)重安全危險(xiǎn)。

　　5.、用戶如須要測(cè)量開關(guān)電源（開關(guān)電源初級(jí)，控制電路） 、UPS（不間斷電源）、電子整流器、節(jié)能燈、變頻器等類型產(chǎn)品或其它與市電AC220V 不能隔離的電子設(shè)備進(jìn)行浮地信號(hào)測(cè)試時(shí)，必使用DP100高壓隔離差分探頭。

　　除此之外，熱電子儀器還要避免頻繁開機(jī)、關(guān)機(jī)，并且關(guān)機(jī)前先將輝度調(diào)節(jié)旋鈕沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)到底，使亮度減到最小，然后再斷開電源開關(guān)。