示波器使用时应放在工作台上,屏幕要避开直射光。检修彩电之类的电器还要用隔离变压器与市电隔离;有些场合,为了避免干扰,仪器面板上专用接地插口要妥善接地。打开仪器之后,不要忙于接上测试信号,首先要将光点或光迹亮度、清晰度调节好,并将光迹移至合适位置,根据被测信号的幅值和时间选择好t/div与v/div旋钮,连接好测试电缆或探头;在与电路中的待测点连接时,应在电路测试点附近找到连接地线的装置,以便固定地线鳄鱼夹。
一、测试前的校准
1.垂直灵敏度与扫描时间校准
测试之前应对仪器进行一些常规校准,如垂直平衡、垂直灵敏度、水平扫描时间。校准垂直平衡时,将扫描方式置于自动扫描状态,在屏幕上形成水平扫描基线,调节Y轴微调,正常时,扫描线沿垂直方向应当没有明显变化,如果变化较大,调节平衡旋钮予以校正,一般这种校正需要反复进行几次才能达到最佳平衡;垂直灵敏度和扫描时间的校准,可输入仪器面板上频率为1000Hz、电压幅值为1V的方波信号进行,采用单踪显示方式进行(见图1)。调校时,如果显示的波形幅值、时间和形状总不能达到标准,表明该信号不准确,或示波器存在问题。
2.探头频率补偿校准
探头补偿不当会给测试的结果带来很大误差,需要经常检查校准。由于两个通道会有一些差异,校准好的探头不宜两个通道之间互换。探头频率补偿的校准实际上是调节探头内的半可调电容,这个电容有的在插头端,有的在探头端,还有的采用整体电容(利用探头外壳的空间距离改变电容),校准方法见图2。
二、波形测试的基本方法
1.电1压幅值的测量
测量电压实际上就是测量信号波形的垂直幅度,被测信号在垂直方向占据的格数、与v/div所对应标称值的乘积为该信号的电压幅值。假设v/div开关置于0.5v/div,波形垂直方向占据5格,则这个信号的电压值为0.5V/div×5格=2.5V(定量测试电压时,垂直微调应当放在校准位置,在后面的文章中,凡是定量测试不再说明)。对于直流信号,由于电压值不随时间变化,其最大值和瞬时值是相同的,因此,示波器显示的光迹仅仅是一条在垂直方向产生位移的扫描直线。
现代示波器垂直放大器都是直流宽带放大器,示波器测量电压的频率范围可以从零一直到数千兆,这是其他电压测量仪器很难实现的。
a.直流电压幅值测量(见图3),电路中任意点的直流电压都可以采用示波器测量。
b.交流电压幅值测量(图4)。
交流信号与直流电压不同,直流信号的幅值不随时间变化,交流信号则是随着时间在不断变化,对应不同的时间幅值不同(表现在波形的形状上)。大多数情况下,这些信号都是周期性变化的,一个周期的信号波形就能够帮助我们了解这个信号。
比较简单和常见的有正弦波、方波、锯齿波等,这些波形变化单一。而电视机中的彩条视频信号、灰度视频信号等是典型的复合信号,在一个周期内往往由几种不同的分量在幅度和时间上的不同组合,不仅需要测量它们的电压或时间,还要根据图形中的分量来具体区分。如一个行扫描周期的视频信号,其中还包括同步信号、色度信号等。下面列举几种信号具体说明。
波形幅值的测试是示波器最基本的,也是经常的操作。有些时候只需要测量幅值,操作过程相对可以简化,测试时先根据待测信号的可能幅度初步确定垂直衰减,并将垂直微调置于校准,实际显示的波形以占据坐标的百分之七十左右为宜(过小则分辨率降低,过大则由于示波管屏幕的非线性也会增大误差)。垂直输入方式根据待测信号选择,如果是交流信号,采用Ac;如果需要测量信号中的直流分量,应当选择DC。在不需要准确读出时间时,扫描时间等的设置可以随意一些,只要能够显示一个周期以上的波形,即使没有稳定同步,都是可以读出幅值的。
2.信号周期、时间间隔和频率的测试
大多数交流信号都是周期性变化的,如我国的市电,变化(一个周期)的时间为20ms,电视机的场扫描信号一个周期也是20ms,行扫描信号的周期为64us,当把这些信号用示波器显示出来之后,依据扫描速度开关(t/div)对应的标称值和波形在屏幕上占据的水平格数,就能读出这个信号的周期。周期和频率互为倒数关系,即f=1/T,因此,周期与频率之间是可以相互转换的。
在信号的每一个周期内,任意两点之间占据的格数叫作这两点之间的时间间隔,在一个波形的不同时段,电压变化的规律会不同,对应的幅值也不同。实际应用中,我们不仅要测量信号的周期,还需要了解一个周期内不同时段电压变化幅值的大小或规律,特别是复合信号。下面分别列举不同的波形进一步说明。
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