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示波器的原理和使用方法 数字示波器原理( 二 )


示波器的基本框图如图2所示 。它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和电源组成 。
图2示波器基本组成框图
被测信号①接“Y”输入，经Y轴衰减器适当衰减后，送Y1放大器(前置放大)推挽输出信号②、③ 。通过延迟级到Y2放大器延迟г 1次 。放大后，产生足够的信号④和⑤，加到示波管的Y轴偏转板上 。为了在屏幕上显示完整稳定的波形，将Y轴的测量信号③引入X轴系统的触发电路，在引入信号的正(或负)极性的某一电平值产生触发脉冲⑥，启动锯齿波扫描电路(时基发生器)产生扫描电压⑥ 。由于从触发到开始扫描有一个时间延迟г 2，为了保证X轴在Y轴信号到达屏幕之前开始扫描，Y轴的延迟时间г 1应该比X轴的延迟时间г 2稍长 。扫描电压⑦由X轴放大器放大，产生推挽输出⑨和⑩，加到示波管的X轴偏转板上 。z轴系统用于放大扫描电压的正范围，使之变成正的矩形波，送到示波管的栅极 。这使得在正向扫描路径中显示的波形具有一定的固定亮度，而在反向扫描路径中被擦除 。
以上是示波器的基本工作原理 。双踪显示是用电子开关将Y轴输入的两个不同的测量信号分别显示在屏幕上 。由于人类视觉的持续性，当开关频率足够高时，我们可以看到两个稳定清晰的信号波形 。
示波器通常有一个精确稳定的方波信号发生器来校准示波器 。
2、示波器使用本节介绍示波器的使用 。示波器有多种类型和型号，具有不同的功能 。数字电路实验中广泛使用20MHz或40MHz双踪示波器 。这些示波器的使用方式大致相同 。本节并不针对某一类型的示波器，而是从概念上介绍示波器在数字电路实验中的常用功能 。
2.1荧光屏
荧光屏是示波管的显示部分 。屏幕上有几条水平和垂直方向的刻度线，表示信号波形的电压和时间的关系 。水平方向表示时间，垂直方向表示电压 。水平方向分为10个方块，垂直方向分为8个方块，每个方块又分为5个部分 。垂直方向标有0%、10%、90%、100%，水平方向标有10%、90%，用于测量DC电平、交流信号幅度、延迟时间等参数 。根据被测信号在屏幕上所占的单元数，乘以适当的比例常数(V/div，TIME/DIV)即可得到电压值和时间值 。
2.2示波管和电源系统
1.电源(电源)
主示波器电源开关 。按下此开关时，电源指示灯亮起，表示电源已接通 。
2.亮度(强度)
旋转此旋钮可以改变光点和扫描线的亮度 。观察低频信号时可以小一点，观察高频信号时可以大一点 。
一般不要太亮，保护荧光屏 。
3.焦点
聚焦旋钮调节电子束的横截面尺寸，以将扫描线聚焦到最清晰的状态 。
4.标尺亮度(照度)
这个旋钮调节屏幕后面照明灯的亮度 。正常室内光线下，调暗灯光比较好 。在室内光线不足的环境下，可以适当开灯 。
2.3垂直偏转系数和水平偏转系数
1.垂直偏转系数选择(伏特/格)和微调
在单位输入信号的作用下，光点在屏幕上移动的距离称为移动灵敏度，这个定义对X轴和Y轴都适用 。灵敏度的倒数叫做偏转系数 。垂直灵敏度的单位是cm/V，cm/mv或div/mv，div/v，垂直偏转系数的单位是v/cm，mv/cm或v/div，mv/div 。事实上，由于习惯用法和测量电压力读数的方便，有时偏转系数被视为灵敏度 。
示波器中的每个通道都有一个垂直偏转系数选择波段开关 。一般分为1、2、5种方式从5mV/DIV到5v/div共10个等级 。波段开关指示的值代表屏幕垂直方向上一个网格的电压值 。例如，当波段开关设置为1V/div时，如果屏幕上的信号光斑移动一格，就意味着输入信号电压变化1V 。
每个波段开关上通常有一个小旋钮，用于微调每个档位的垂直偏转系数 。将它一直顺时针旋转到“校准”位置 。此时，垂直偏转系数的值与波段开关指示的值一致 。逆时针旋转该旋钮，微调垂直偏转系数 。微调垂直偏转系数后，会与波段开关指示值不一致，需要注意 。很多示波器都有垂直扩展的功能 。拉出微调旋钮，垂直灵敏度扩大几倍(偏转系数减小几倍) 。例如，如果波段开关指示的偏转系数为1V/DIV，则采用×5扩展状态时，垂直偏转系数为0.2V/DIV 。
在做数字电路实验时，经常用被测信号垂直移动距离与屏幕上+5V信号垂直移动距离的比值来判断被测信号的电压值 。

2.时基选择(时间/分度)和微调
时基选择和微调类似于垂直偏转因子选择和微调 。时基的选择也是通过一个波段开关来实现的，时基按照1、2、5模式分为若干档 。波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一格的时间值 。例如，在1μS/div的文件中，光点在屏幕上移动一个网格来表示1μS的时间值 。


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