示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。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、延迟扫描系统、标准信号源组成。

 

 

中文名	外文名	属性	应用学科
示波器	oscilloscope	电子测量仪器	机械工程；电测量仪器仪表

 

 

目录

 

1、示波器的概述

2、示波器的作用

3、示波器的分类

4、示波器工作原理

5、示波器的基本结构

6、示波器的选用

7、示波器的正确使用

8、如何使用示波器

9、示波器使用注意事项

 

示波器的概述：

示波器是将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在显示屏上以便观察的电子测量仪器。它描绘电信号的波形曲线能够说明信号的许多特性和用途：信号的时间和电压值、振荡信号的频率、信号所代表电路信号的特定部分相对于其他部分的发生频率、是否存在故障部件使信号产生失真、信号的直流成分(DC)和交流成分(AC)、信号的噪声值和噪声随时间变化的情况、多个波形信号对比等。

 

示波器的作用：

 

用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器，由电子管放大器、扫描振荡器、阴极射线管等组成。除观测电流的波形外，还可以测定频率、电压强度等。凡可以变为电效应的周期性物理过程都可以用示波器进行观测。

 

示波器的分类：

 

1.普通示波器。电路结构简单，频带较窄，扫描线性差，仅用于观察波形。

2.多用示波器。频带较宽，扫描线性好，能对直流、低频、高频、超高频信号和脉冲信号进行定量测试。借助幅度校准器和时间校准器，测量的准确度可达±5%。

3.多线示波器。采用多束示波管，能在荧光屏上同时显示两个以上同频信号的波形，没有时差，时序关系准确。

4.多踪示波器。具有电子开关和门控电路的结构，可在单束示波管的荧光屏上同时显示两个以上同频信号的波形。但存在时差，时序关系不准确。

5.取样示波器。采用取样技术将高频信号转换成模拟低频信号进行显示，有效频带可达GHz级。

6.记忆示波器。采用存储示波管或数字存储技术，将单次电信号瞬变过程、非周期现象和超低频信号长时间保留在示波管的荧光屏上或存储在电路中，以供重复测试。

7.数字示波器。内部带有微处理器，外部装有数字显示器，有的产品在示波管荧光屏上既可显示波形，又可显示字符。被测信号经模一数变换器(A/D变换器)送入数据存储器，通过键盘操作，可对捕获的波形参数的数据，进行加、减、乘、除、求平均值、求平方根值、求均方根值等的运算，并显示出答案数字。

 

 

示波器工作原理：

 

利用显示在示波器上的波形幅度的相对大小来反映加在示波器Y偏转极板上的电压最大值的相对大小，从而反映出电磁感应中所产生的交变电动势的最大值的大小。因此借助示波器可以研究感应电动势与其产生条件的关系。

 

示波器的基本结构：

 

示波器的主要部分有示波管、带衰减器的Y轴放大器、带衰减器的X轴放大器、扫描发生器(锯齿波发生器)、触发同步和电源等。为了适应各种测量的要求，示波器的电路组成是多样而复杂的，这里仅就主要部分加以介绍。

1.示波管

示波管主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三部分，全都密封在玻璃外壳内，里面抽成高真空。下面分别说明各部分的作用。

(1)荧光屏：它是示波器的显示部分，当加速聚焦后的电子打到荧光上时，屏上所涂的荧光物质就会发光，从而显示出电子束的位置。当电子停止作用后，荧光剂的发光需经一定时间才会停止，称为余辉效应。

(2)电子枪：由灯丝H、阴极K、控制栅极G、第一阳极A1、第二阳极A2五部分组成。灯丝通电后加热阴极。阴极是一个表面涂有氧化物的金属筒，被加热后发射电子。控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面。它的电位比阴极低，对阴极发射出来的电子起控制作用，只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。示波器面板上的“亮度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变了屏上的光斑亮度。阳极电位比阴极电位高很多，电子被它们之间的电场加速形成射线。当控制栅极、第一阳极、第二阳极之间的电位调节合适时，电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用，所以第一阳极也称聚焦阳极。第二阳极电位更高，又称加速阳极。面板上的“聚焦”调节，就是调第一阳极电位，使荧光屏上的光斑成为明亮、清晰的小圆点。有的示波器还有“辅助聚焦”，实际是调节第二阳极电位。

(3)偏转系统：它由两对相互垂直的偏转板组成，一对垂直偏转板Y，一对水平偏转板X。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上的光斑位置也发生改变。

容易证明，光点在荧光屏上偏移的距离与偏转板上所加的电压成正比，因而可将电压的测量转化为屏上光点偏移距离的测量，这就是示波器测量电压的原理。

2.信号放大器和衰减器

示波管本身相当于一个多量程电压表，这一作用是靠信号放大器和衰减器实现的。由于示波管本身的X及Y轴偏转板的灵敏度不高(约0.1—1mm/V)，当加在偏转板的信号过小时，要预先将小的信号电压加以放大后再加到偏转板上。为此设置X轴及Y轴电压放大器。衰减器的作用是使过大的输入信号电压变小以适应放大器的要求，否则放大器不能正常工作，使输入信号发生畸变，甚至使仪器受损。对一般示波器来说，X轴和Y轴都设置有衰减器，以满足各种测量的需要。

3.扫描系统

扫描系统也称时基电路，用来产生一个随时间作线性变化的扫描电压，这种扫描电压随时间变化的关系如同锯齿，故称锯齿波电压，这个电压经X轴放大器放大后加到示波管的水平偏转板上，使电子束产生水平扫描。这样，屏上的水平坐标变成时间坐标，Y轴输入的被测信号波形就可以在时间轴上展开。扫描系统是示波器显示被测电压波形必需的重要组成部分。

 

示波器的选用：

 

根据要显示的信号数量，选择单踪、双踪或多踪示波器;

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;

根据被测信号的重现方式，选择模拟或数字存储示波器;

根据被测信号的测试重点选择 。

 

示波器的正确使用：

 

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。

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。

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。

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。

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。

使用专用探头，使用前须校正。

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。

 

如何使用示波器：

示波器使用前，应首先根据说明书，将各控制件置于相应位置。然后接通电源开关，此时指示灯点亮。如果显示屏上未出现水平扫描线，则按下寻迹开关，判断扫描线偏离显示屏的方向，并以此为依据，微调Y位移旋钮和X位移旋钮。待显示屏上出现两条扫描线后，调整亮度、聚焦旋钮，使两条扫描线亮度适当。然后调节标尺亮度，照亮标尺上的刻度线，并调节Y位移旋钮，使两条扫描线均重合在标尺的水平刻度上。

 

示波器使用注意事项：

 

1)示波器与其他仪器(如万用表等)一样，在使用之前都必需要先对其进行校正。而所谓对示波器的校正，是将示波器的原来波形在测试之前正确调试出来。也就是说，校正出来的波形要与示波器本身所设定的参数一致(这些参数通常会在校正的测试点标示出来)。

2)通用示波器通过调节亮度和聚焦旋钮使光点直径最小，以使波形清晰，减少测试误差。

3)不要使光点停留在一点不动，否则电子束长时间轰击一点，容易在显示屏上形成暗斑，损坏显示屏。

4)示波器显示波形一般应调到2~3个周期，波形读数为峰值( Vp-p)，若显示正弦信号，其有效值为Vp-p/2.828。

5)为保证波形稳定显示，应注意调节电平旋钮。

6)读取电压幅值时，应检查V/div开关上的微调旋钮是否顺时针旋到底(校准位置)，否则说明读数是错误的。

7)应检查探头是否是10：1衰减探头(一般放在×1位置)，若放在×10位置，读数应×10。

8)示波器使用的电压为220(1±10%)V范围，超出这个范围将影响仪器的正常工作。当电源电压波动比较大时，最好采用交流稳压措施后再使用。

9)示波器机箱与机内电路接地点相连接，为了安全及减少外界环境对仪器的干扰，应将仪器机壳接地。

10)测试信号输入线最好采用带有香蕉插头的高频屏蔽线或单股线，输入线尽量短一些，将香蕉插头分别插入示波器Y输入与地接线柱及信号输出仪器接线柱。