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示波器的測試應用

（一）電壓的測量

    利用示波器所做的任何測量，都是歸結為對電壓的測量。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軸靈敏度開關的微調旋鈕轉至“校準”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值直接計算被測電壓值。所以，直接測量法又稱為標尺法。

    （1）交流電壓的測量

    將Y軸輸入耦合開關置于“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，則應將Y軸輸入耦合開關置于“DC”位置。

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

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

   （2）直流電壓的測量

    將Y軸輸入耦合開關置于“地”位置，觸發方式開關置“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軸輸入耦合開關置“DC”位置，加入被測電壓，此時，掃描線在Y軸方向產生跳變位移H，被測電壓即為“V/div”開關指示值與H的乘積。

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

    2．比較測量法

    比較測量法就是用一已知的標準電壓波形與被測電壓波形進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，調節Y軸靈敏度選擇開關“V/div”及其微調旋鈕，使熒光屏顯示出便于測量的高度Hx并做好記錄，且“V/div”開關及微調旋鈕位置保持不變。去掉被測電壓，把一個已知的可調標準電壓Ｖs輸入Ｙ軸，調節標準電壓的輸出幅度，使它顯示與被測電壓相同的幅度。此時，標準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引起和誤差，因而提高了測量精度。

   （二）時間的測量

    示波器時基能產生與時間呈線性關系的掃描線，因而可以用熒光屏的水平刻度來測量波形的時間參數，如周期性信號的重復周期、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“t/div”的“微調”裝置轉至校準位置時，顯示的波形在水平方向刻度所代表的時間可按“t/div”開關的指示值直讀計算，從而較準確地求出被測信號的時間參數。

   （三）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。調節“t/div”開關，使被測波形的一個周期在水平標尺上準確地占滿8div，這樣，一個周期的相角360°被8等分，每1div相當于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．李沙育圖形法測相位

    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。適當調節示波器面板上相關旋鈕，使熒光屏上顯現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Y軸偏轉板上的信號u1導前于X軸偏轉板上的信號u21/8周期，設u2的初相為零，即φ2=0，因此當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。當經1/8周期后，u1、u2分別到達“1”點，此時u1到達最大值，u2為一個較大的值，熒光屏上的光點位于相應的“1”。如此繼續下去，熒光屏上的光點將描出一個順時針旋轉的橢圓。如果u1滯后于u2則形成一個逆時針旋轉的橢圓。當然，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的現象。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。因此可以根據橢圓的形狀確定兩個正弦信號之間的相位差Δφ。

（四）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”開關置“1μs”位置，其“微調”置“校準”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．李沙育圖形法測頻率

    將示波器置X-Y工作方式，被測信號輸入Y軸，標準頻率信號輸入“X外接”，慢慢改變標準頻率，使這兩個信號頻率成整數倍時，例如fx :

    fy=1:2，則在熒光屏上會形成穩定的李沙育圖形。

    李沙育圖形的形狀不但與兩個偏轉電壓的相位有關，而且與兩個偏轉電壓的頻率也有關。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沙育圖形如圖5-15所示。
利用李沙育圖形與頻率的關系，可進行準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沙育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為m，垂直線與圖形的交點數n，則
fy / fx=m / n

    當標準頻率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，通常盡可能調節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。

    李沙育圖形法測量頻率是相當準確的，但操作較費時。同時，它只適用于測量頻率較低的信號。

    示波器使用注意事項

    1. 為了儀器操作人員的安全和儀器安全，儀器在安全范圍內正常工作，保證測量波形準確、數據可靠、降低外界噪聲干擾；通用示波器通過調節亮度和聚焦旋鈕使光點直徑最小以使波形清晰，減小測試誤差;不要使光點停留在一點不動，否則電子束轟擊一點宜在熒光屏上形成暗斑，損壞熒光屏。

    2.測量系統- 例如示波器、信號源；打印機、計算機等設備等。被測電子設備- 例如儀器、電子部件、電路板、被測設備供電電源等設備接地線必須與公共地(大地)相連。

    3. TDS200/TDS1000/TDS2000 系列數字示波器配合探頭使用時，只能測量（被測信號- 信號地就是大地，信號端輸出幅度小于300V CAT II）信號的波形。絕對不能測量市電AC220V 或與市電AC220V 不能隔離的電子設備的浮地信號。（熱地是不能接大地的，否則造成儀器損壞，如測試電磁爐。）

    4.通用示波器的外殼，信號輸入端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。如儀器使用時不接大地線，直接用 探頭對浮地信號測量，則儀器相對大地會產生電位差；電壓值等于探頭接地線接觸被測設備點與大地之間的電位差。這將對儀器操作人員、示波器、被測電子設備帶來嚴重安全危險。

    5. 用戶如須要測量開關電源(開關電源初級,控制電路) 、UPS(不間斷電源)、電子整流器、節能燈、變頻器等類型產品或其它與市電AC220V 不能隔離的電子設備進行浮地信號測試時， 必使用DP100高壓隔離差分探頭。