什么事示波器的工作原理

lmy456

　　示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。
　　一、示波器的工作原理一)示波器的组成普通示波器有五个基本组成部分：显示电路、垂直(Y轴)放大电路、水平(X轴)放大电路、扫描与同步电路、电源供给电路。
　　荧光屏
　　荧光屏位于示波管的终端，它的作用是将偏转后的电子束显示出来，以便观察。在示波器的荧光屏内壁涂有一层发光物质，因而，荧光屏上受到高速电子冲击的地点就显现出荧光。此时光点的亮度决定于电子束的数目、铬层测厚密度及其速度。改变控制极的电压时，电子束中电子的数目将随之改变，光点亮度也就改变。在使用示波器时，不宜让很亮的光点固定出现在示波管荧光屏一个位置上，否则该点荧光物质将因长期受电子冲击而烧坏，从而失去发光能力。
　　涂有不同荧光物质的荧光屏，在受电子冲击时将显示出不同的颜色和不同的余辉时间，通常供观察一般信号波形用的是发绿光的，属中余辉示波管，供观察非周期性及低频信号用的是发橙黄色光的，属长余辉示波管;供照相用的示波器中，一般都采用发蓝色的短余辉示波管。
　　Y轴插件部分
　　(1)显示方式选择开关 用以转换两个Y轴前置放大器YA与YB 工作状态的控制件，具有五种不同作用的显示方式：
　　“交替”： 当显示方式开关置于“交替”时，电子开关受扫描信号控制转换，每次扫描都轮流接通YA或YB 信号。当被测信号的频率越高，扫描信号频率也越高。电
　　子开关转换速率也越快，不会有闪烁现象。这种工作状态适用于观察两个工作频率较高的信号。
　　“断续”：当显示方式开关置于“断续”时，电子开关不受扫描信号控制，多层镍测厚产生频率固定为200kHz方波信号，使电子开关快速交替接通YA和YB。由于开关动作频率高于被测信号频率，因此屏幕上显示的两个通道信号波形是断续的。当被测信号频率较高时，断续现象十分明显，甚至无法观测;当被测信号频率较低时，断续现象被掩盖。因此，这种工作状态适合于观察两个工作频率较低的信号。
　　“YA”、“YB ”：显示方式开关置于“YA ”或者“YB ”时，表示示波器处于单通道工作，此时示波器的工作方式相当于单踪示波器，即只能单独显示“YA”或“YB ”通道的信号波形。
　　“YA + YB”：显示方式开关置于“YA + YB ”时，电子开关不工作，YA与YB 两路信号均通过放大器和门电路，示波器将显示出两路信号叠加的波形。
　　(2)“DC-⊥-AC” Y轴输入选择开关，用以选择被测信号接至输入端的耦合方式。置于“DC”是直接耦合，能输入含有直流分量的交流信号;置于“AC”位置，实现交流耦合，只能输入交流分量;置于“⊥”位置时，Y轴输入端接地，X射线测厚仪这时显示的时基线一般用来作为测试直流电压零电平的参考基准线。
　　(3)“微调V/div” 灵敏度选择开关及微调装置。灵敏度选择开关系套轴结构，黑色旋钮是Y轴灵敏度粗调装置，自10mv/div～20v/div分11档。红色旋钮为细调装置，顺时针方向增加到满度时为校准位置，可按粗调旋钮所指示的数值，读取被测信号的幅度。当此旋钮反时针转到满度时，其变化范围应大于2.5倍，连续调节“微调”电位器，可实现各档级之间的灵敏度覆盖，在作定量测量时，此旋钮应置于顺时针满度的“校准”位置。
　　(4)“平衡” 当Y轴放大器输入电路出现不平衡时，显示的光点或波形就会随“V/div”开关的“微调”旋转而出现Y轴方向的位移，调节“平衡”电位器能将这种位移减至最小。
　　(5)“↑↓ ” Y轴位移电位器，用以调节波形的垂直位置。
　　(6)“极性、拉YA ” YA 通道的极性转换按拉式开关。拉出时YA 通道信号倒相显示，即显示方式(YA+ YB )时，显示图像为YB - YA 。
　　(7)“内触发、拉YB ” 触发源选择开关。在按的位置上(常态) 扫描触发信号分别取自YA涡流测厚仪 及YB 通道的输入信号，适应于单踪或双踪显示，但不能够对双踪波形作时间比较。当把开关拉出时，扫描的触发信号只取自于YB 通道的输入信号，因而它适合于双踪显示时对比两个波形的时间和相位差。
　　(8)Y轴输入插座 采用BNC型插座，被测信号由此直接或经探头输入。
　　X轴插件部分
　　(1)“t/div” 扫描速度选择开关及微调旋钮。X轴的光点移动速度由其决定，从0.2μs～1s共分21档级。当该开关“微调”电位器顺时针方向旋转到底并接上开关后，即为“校准”位置，此时“t/div”的指示值，即为扫描速度的实际值。
　　(2)“扩展、拉×10” 扫描速度扩展装置。是按拉式开关，在按的状态作正常使用，拉的位置扫描速度增加10倍。“t/div”的指示值，也应相应计取。采用“扩展 拉×10”适于观察波形细节。
　　(3)“→← ” X轴位置调节旋钮。系X轴光迹的水平位置调节电位器，是套轴结构。外圈旋钮为粗调装置，顺时针方向旋转基线右移，反时针方向旋转则基线左移。置于套轴上的小旋钮为细调装置，适用于经扩展后信号的调节。
　　(4)“外触发、X外接”插座 采用BNC型插座。在使用外触发时，作为连接外触发信号的插座。也可以作为X轴放大器外接时信号输入插座。其输入阻抗约为1MΩ。外接使用时，输入信号的峰值应小于12V。
　　(5)“触发电平”旋钮 触发电平调节电位器旋钮。用于选择输入信号波形的触发点。具体地说，就是调节开始扫描的时间，决定扫描在触发信号波形的哪一点上被触发。顺时针方向旋动时，触发点趋向信号波形的正向部分，逆时针方向旋动时，触发点趋向信号波形的负向部分。
　　(6)“稳定性” 触发稳定性微调旋钮。用以改变扫描电路的工作状态，一般应处于待触发状态。调整方法是将Y轴输入耦合方式选择(AC-地-DC)开关置于地档，将V/div开关置于最高灵敏度的档级，在电平旋钮调离自激状态的情况下，用小螺丝刀将稳定度电位器顺时针方向旋到底，则扫描电路产生自激扫描，此时屏幕上出现扫描线;然后逆时针方向慢慢旋动，使扫描线刚消失。此时扫描电路即处于待触发状态。在这种状态下，用示波器进行测量时，只要调节电平旋钮，即能在屏幕上获得稳定的波形，并能随意调节选择屏幕上波形的起始点位置。少数示波器，当稳定度电位器逆时针方向旋到底时，屏幕上出现扫描线;然后顺时针方向慢慢旋动，使屏幕上扫描线刚消失，此时扫描电路即处于待触发状态。
　　(7)“内、外” 触发源选择开关。置于“内”位置时，扫描触发信号取自Y轴通道的被测信号;置于“外”位置时，触发信号取自“外触发X 外接”输入端引入的外触发信号。

正源商城

示波器是一种图形显示设备，它描绘电信号的波形曲线。这一简单的波形能够说明信号的许多特性：信号的时间和电压值、振荡信号的频率、信号所代表电路中“变化部分”信号的特定部分相对于其它部分的发生频率、是否存在故障部件使信号产生失真、信号的直流成份（DC）和交流成份（AC）、信号的噪声值和噪声随时间变化的情况、比较多个波形信号等。

　　１、示波器的发展过程

　　初期主要为模拟示波器

　　廿世纪四十年代是电子示波器兴起的时代，雷达和电视的开发需要性能良好的波形观察工具，泰克成功开发带宽10MHz的同步示波器，这是近代示波器的基础。五十年代半导体和电子计算机的问世，促进电子示波器的带宽达到100MHz。六十年代美国、日本、英国、法国在电子示波器开发方面各有不同的贡献，出现带宽6GHz的取样示波器、带宽4GHz的行波示波管、1GHz的存储示波管；便携式、插件式示波器成为系列产品。七十年代模拟式电子示波器达到高峰，行谱系列非常完整，带宽1GHz的多功能插件式示波器标志着当时科学技术的高水平，为测试数字电路又增添逻辑示波器和数字波形记录器。模拟示波器从此没有更大的进展，开始让位于数字示波器，英国和法国甚至退出示波器市场，技术以美国领先，中低档产品由日本生产。

　　模拟示波器要提高带宽，需要示波管、垂直放大和水平扫描全面推进。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的A/D转换器的性能，对示波管和扫描电路没有特殊要求。加上数字示波管能充分利用记忆、存储和处理，以及多种触发和预前触发能力。廿世纪八十年代数字示波器异军突起，成果累累，大有全面取代模拟示波器之势，模拟示波器逐渐从前台退到后台。

　　但是在发展初期模拟示波器的某些特点，却是数字示波器所不具备的：

　　○ 操作简单：全部操作都在面板上可以找到，波形反应及时，数字示波器往往要较长处理时间。

　　○ 垂直分辨率高：连续而且无限级，数字示波器分辨率一般只有8位至10位。

　　○ 数据更新快：每秒捕捉几十万个波形，数字示波器每秒捕捉几十个波形。

　　○ 实时带宽和实时显示：连续波形与单次波形的带宽相同，数字示波器的带宽与取样率密切相关，取样率不高时需借助内插计算，容易出现混淆波形。

　　简而言之，模拟示波器为工程技术人员提供眼见为实的波形，在规定的带宽内可非常放心进行测试。人类五官中眼睛视觉神经十分灵敏，屏幕波形瞬间反映至大脑作出判断，细微变化都可感知。因此，刚开始模拟示波器深受使用者的欢迎。

正源商城

中期数字示波器独领风骚

　　八十年代的数字示波器处在转型阶段，还有不少地方要改进，美国的TEK公司和HP公司都对数字示波器的发展作出贡献。它们后来停产模拟示波器，并且只生产性能好的数字示波器。进入九十年代，数字示波器除了提高带宽到1GHz以上，更重要的是它的全面性能超越模拟示波器。出现所谓数字示波器模拟化的现象，换句话说，尽量吸收模拟示波器的优点，使数字示波器更好用。

　　数字示波器首先在取样率上提高，从最初取样率等于两倍带宽，提高至五倍甚至十倍，相应对正弦波取样引入的失真也从100%降低至3%甚至1%。带宽1GHz的取样率就是5GHz/s，甚至10GHz/s。

　　其次，提高数字示波器的更新率，达到模拟示波器相同水平，最高可达每秒40万个波形，使观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲的能力大为增强。

　　再次，采用多处理器加快信号处理能力，从多重菜单的烦琐测量参数调节，改进为简单的旋钮调节，甚至完全自动测量，使用上与模拟示波器同样方便。

　　最后，数字示波器与模拟示波器一样具有屏幕的余辉方式显示，赋于波形的三维状态，即显示出信号的幅值、时间以及幅值在时间上的分布。具有这种功能的数字示波器称为数字荧光示波器或数字余辉示波器即数模兼合。