常用电子仪器原理及使用

1附录Ⅰ示波器原理及使用一、示波器的基本结构示波器的种类很多，但它们都包含下列基本组成部分，如附图1－1所示。附图1－1示波器的基本结构框图1、主机主机包括示波管及其所需的各种直流供电电路，在面板上的控制旋钮有：辉度、聚焦、水平移位、垂直移位等。2、垂直通道垂直通道主要用来控制电子束按被测信号的幅值大小在垂直方向上的偏移。它包括Y轴衰减器，Y轴放大器和配用的高频探头。通常示波管的偏转灵敏度比较低，因此在一般情况下，被测信号往往需要通过Y轴放大器放大后加到垂直偏转板上，才能在屏幕上显示出一定幅度的波形。Y轴放大器的作用2提高了示波管Y轴偏转灵敏度。为了保证Y轴放大不失真，加到Y轴放大器的信号不宜太大，但是实际的被测信号幅度往往在很大范围内变化，此Y轴放大器前还必须加一Y轴衰减器，以适应观察不同幅度的被测信号。示波器面板上设有“Y轴衰减器”（通常称“Y轴灵敏度选择”开关）和“Y轴增益微调”旋钮，分别调节Y轴衰减器的衰减量和Y轴放大器的增益。对Y轴放大器的要求是：增益大，频响好，输入阻抗高。为了避免杂散信号的干扰，被测信号一般都通过同轴电缆或带有探头的同轴电缆加到示波器Y轴输入端。但必须注意，被测信号通过探头幅值将衰减(或不衰减)，其衰减比为10∶1(或1∶1)。3、水平通道水平通道主要是控制电子束按时间值在水平方向上偏移。主要由扫描发生器、水平放大器、触发电路组成。3.1）扫描发生器扫描发生器又叫锯齿波发生器，用来产生频率调节范围宽的锯齿波，作为X轴偏转板的扫描电压。锯齿波的频率（或周期）调节是由“扫描速率选择”开关和“扫速微调”旋钮控制的。使用时，调节“扫速选择”开关和“扫速微调”旋钮，使其扫描周期为被测信号周期的整数倍，保证屏幕上显示稳定的波形。3.2）水平放大器其作用与垂直放大器一样，将扫描发生器产生的锯齿波放大到X轴偏转板所需的数值。3.3）触发电路用于产生触发信号以实现触发扫描的电路。为了扩展示波器应用范围，一般示波器上都设有触发源控制开关，触发电平与极性控制旋钮和触发方式选择开关等。二、示波器的二踪显示1、二踪显示原理示波器的二踪显示是依靠电子开关的控制作用来实现的。电子开关由“显示方式”开关控制，共有五种工作状态，即Y1、Y2、Y1＋3Y2、交替、断续。当开关置于“交替”或“断续”位置时，荧光屏上便可同时显示两个波形。当开关置于“交替”位置时，电子开关的转换频率受扫描系统控制，工作过程如附图1－2所示。即电子开关首先接通Y2通道，进行第一次扫描，显示由Y2通道送入的被测信号的波形；然后电子开关接通Y1通道，进行第二次扫描，显示由Y1通道送入的被测信号的波形；接着再接通Y2通道……这样便轮流地对Y2和Y1两通道送入的信号进行扫描、显示，由于电子开关转换速度较快，每次扫描的回扫线在荧光屏上又不显示出来，借助于荧光屏的余辉作用和人眼的视觉暂留特性，使用者便能在荧光屏上同时观察到两个清晰的波形。这种工作方式适宜于观察频率较高的输入信号场合。当开关置于“断续”位置时，相当于将一次扫描分成许多个相等的时间间隔。在第一次扫描的第一个时间间隔内显示Y2信号波形的某一段；在第二个时间时隔内显示Y1信号波形的某一段；以后各个时间间隔轮流地显示Y2、Y1两信号波形的其余段，经过若干次断续转换，使荧光屏上显示出两个由光点组成的完整波形如附图1－3(a)所示。由于转换的频率很高，光点靠得很近，其间隙用肉眼几乎分辨不出，再利用消隐的方法使两通道间转换过程的过渡线不显示出来,见附图1－3(b)，因而同样可达到同时清晰地显示两个波形的目的。这种工作方式适合于输入信号频率较低时使用。附图1-2交替方式显示波形附图1-3断续方式显示波形2、触发扫描在普通示波器中，X轴的扫描总是连续进行的，称为“连续扫描”。为了能更好地观测各种脉冲波形，在脉冲示波器中，通常采用“触发扫描”。采用这4种扫描方式时，扫描发生器将工作在待触发状态。它仅在外加触发信号作用下，时基信号才开始扫描，否则便不扫描。这个外加触发信号通过触发选择开关分别取自“内触发”（Y轴的输入信号经由内触发放大器输出触发信号），也可取自“外触发”输入端的外接同步信号。其基本原理是利用这些触发脉冲信号的上升沿或下降沿来触发扫描发生器，产生锯齿波扫描电压，然后经X轴放大后送X轴偏转板进行光点扫描。适当地调节“扫描速率”开关和“电平”调节旋钮，能方便地在荧光屏上显示具有合适宽度的被测信号波形。上面介绍了示波器的基本结构，下面将结合使用介绍电子技术实验中常用的CA8020型双踪示波器。三、CA8020型双踪示波器1、概述CA8020型示波器为便携式双通道示波器。本机垂直系统具有0～20MHz的频带宽度和5mV/DIV～5V/DIV的偏转灵敏度，配以10∶1探极，灵敏度可达5V/DIV。本机在全频带范围内可获得稳定触发，触发方式设有常态、自动、TV和峰值自动，尤其峰值自动给使用带来了极大的方便。内触设置了交替触发，可以稳定地显示两个频率不相关的信号。本机水平系统具有0.5S/DIV～0.2μS/DIV的扫描速度，并设有扩展×10，可将最快扫速度提高到20nS/DIV。2、面板控制件介绍CA8020面板图如附图1－4所示附图1－4CA8020型双踪示波器面板图5序号控制件名称功能（1）亮度调节光迹的亮度（2）辅助聚焦与聚焦配合，调节光迹的清晰度（3）聚焦调节光迹的清晰度（4）迹线旋转调节光迹与水平刻度线平行（5）校正信号提供幅度为0.5V，频率为1KHz的方波信号，用于校正10∶1探极的补偿电容器和检测示波器垂直与水平的偏转因数（6）电源指示电源接通时，灯亮（7）电源开关电源接通或关闭（8）CH1移位PULLCH1－XCH2－Y调节通道1光迹在屏幕上的垂直位置，用作X－Y显示（9）CH2移位PULLINVERT调节通道2光迹在屏幕上的垂直位置，在ADD方式时使CH1＋CH2或CH1－CH2（10）垂直方式CH1或CH2：通道1或通道2单独显示ALT：两个通道交替显示CHOP：两个通道断续显示，用于扫速较慢时的双踪显示ADD：用于两个通道的代数和或差（11）垂直衰减器调节垂直偏转灵敏度（12）垂直衰减器调节垂直偏转灵敏度（13）微调用于连续调节垂直偏转灵敏度，顺时针旋足为校正位置（14）微调用于连续调节垂直偏转灵敏度，顺时针旋足为校正位置6（15）耦合方式(AC-DC-GND)用于选择被测信号饋入垂直通道的耦合方式（16）耦合方式(AC-DC-GND)用于选择被测信号饋入垂直通道的耦合方式（17）CH1ORX被测信号的输入插座（18）CH2ORY被测信号的输入插座（19）接地(GND)与机壳相联的接地端（20）外触发输入外触发输入插座（21）内触发源用于选择CH1、CH2或交替触发（22）触发源选择用于选择触发源为INT（内），EXT（外）或LINE（电源）（23）触发极性用于选择信号的上升或下降沿触发扫描（24）电平用于调节被测信号在某一电平触发扫描（25）微调用于连续调节扫描速度，顺时针旋足为校正位置（26）扫描速率用于调节扫描速度（27）触发方式常态（NORM）：无信号时，屏幕上无显示；有信号时，与电平控制配合显示稳定波形。自动（AUTO）：无信号时，屏幕上显示光迹；有信号时，与电平控制配合显示稳定波形。电视场（TV）：用于显示电视场信号。峰值自动（P－PAUTO）：无信号时，屏幕上显示光迹；有信号时，无须调节电平即能获得稳定波形显示。（28）触发指示在触发扫描时，指示灯亮（29）水平移位PULL×10调节迹线在屏幕上的水平位置拉出时扫描速度被扩展10倍73、操作方法1)、电源检查CA8020双踪示波器电源电压为220V±10%。接通电源前，检查当地电源电压，如果不相符合，则严格禁止使用！2)、面板一般功能检查A．将有关控制件按下表置位控制件名称作用位置控制件名称作用位置亮度居中触发方式峰值自动聚焦居中扫描速率0.5mS/div位移居中极性正垂直方式CH1触发源INT灵敏度选择10mV/div内触发源CH1微调校正位置输入耦合ACB．接通电源，电源指示灯亮，稍预热后，屏幕上出现扫描光迹，分别调节亮度、聚焦、辅助聚焦、迹线旋转、垂直、水平移位等控制件，使光迹清晰并与水平刻度平行。C．用10∶1探极将校正信号输入至CH1输入插座。D．调节示波器有关控制件，使荧光屏上显示稳定且易观察方波波形。E．将探极换至CH2输入插座，垂直方式置于“CH2”，内触发源置于“CH2”，重复D操作。3)、垂直系统的操作A．垂直方式的选择当只需观察一路信号时，将“垂直方式”开关置“CH1”或“CH2”，此时被选中的通道有效，被测信号可从通道端口输入。当需要同时观察两路信号时，将“垂直方式”开关置“交替”，该方式使两个通道的信号被交替显示，交替8显示的频率受扫描周期控制。当扫速低于一定频率时，交替方式显示会出现闪烁，此时应将开关置于“断续”位置。当需要观察两路信号代数和时，将“垂直方式”开关置于“代数和”位置，在选择这种方式时，两个通道的衰减设置必须一致，CH2移位处于常态时为CH1＋CH2，CH2移位拉出时为CH1－CH2。B．输入耦合方式的选择直流（DC）耦合：适用于观察包含直流成份的被测信号，如信号的逻辑电平和静态信号的直流电平，当被测信号的频率很低时，也必须采用这种方式。交流（AC）耦合：信号中的直流分量被隔断，用于观察信号的交流份量，如观察较高直流电平上的小信号。接地（GND）：通道输入端接地（输入信号断开），用于确定输入为零时光迹所处位置。C．灵敏度选择(V/div)的设定按被测信号幅值的大小选择合适档级。“灵敏度选择”开关外旋钮为粗调，中心旋钮为细调（微调），微调旋钮按顺时针方向旋足至校正位置时，可根据粗调旋钮的示值(V/div)和波形在垂直轴方向上的格数读出被测信号幅值。4)、触发源的选择A．触发源选择当触发源开关置于“电源”触发，机内50Hz信号输入到触发电路。当触发源开关置于“常态”触发，有两种选择，一种是“外触发”，由面板上外触发输入插座输入触发信号；另一种是“内触发”，由内触发源选择开关控制。B．内触发源选择“CH1”触发：触发源取自通道1。“CH2”触发：触发源取自通道2。“交替触发”：触发源受垂直方式开关控制，当垂直方式开关置于“CH1”，触发源自动切换到通道1；当垂直方式开关置于“CH2”，触发源自动切换到通道2；当垂直方式开关置于“交替”，触发源与通道1、通道2同步切换，在这9种状态使用时，两个不相关的信号其频率不应相差很大，同时垂直输入耦合应置于“AC”，触发方式应置于“自动”或“常态”。当垂直方式开关置于“断续”和“代数和”时，内触发源选择应置于“CH1”或”CH2”。5)、水平系统的操作A．扫描速度选择(t/div)的设定按被测信号频率高低选择合适档级，“扫描速率”开关外旋钮为粗调，中心旋钮为细调（微调），微调旋钮按顺时针方向旋足至校正位置时，可根据粗调旋钮的示值(t/div)和波形在水平轴方向上的格数读出被测信号的时间参数。当需要观察波形某一个细节时，可进行水平扩展×10，此时原波形在水平轴方向上被扩展10倍。B．触发方式的选择“常态”：无信号输入时，屏幕上无光迹显示；有信号输入时，触发电平调节在合适位置上，电路被触发扫描。当被测信号频率低于20Hz时，必须选择这种方式。“自动”：无信号输入时，屏幕上有光迹显示；一旦有信号输入时，电平调节在合适位置上，电路自动转换到触发扫描状态，显示稳定的波形，当被测信号频率高于20Hz时，最常用这一种方式。“电视场”：对电视信号中的场信号进行同步，如果是正极性，则可以由CH2输入，借助于CH2移位拉出，把正极性转变为负极性后测量。“峰值自动”：这种方式同自动方式，但无须调节电平即能同步，它一般适用于正弦波、对称方波或占空比相差不大的脉冲波。对于频率较高的测试信号，有时也要借助于电平调节，它的触发同步灵敏度要比“常态”或“自动”稍低一些。C．“极性”的选择用于选择被测试信号的上升沿或下降沿去触发扫描。D．“电平”的位置10用于调节被测信号在某一合