示波器怎样使用

　　我常常看到很多小公司用的过于低端，带宽低，采样率底，认为能抓到波形就行，认为没有必要买那么好的示波器，并且认为示波器操作简单，没有那么多规范。看到他们对示波器的操作，不做测试之前的准备，拿起来就用，其实那样做是不正确的，可能往往就是这个操作不正确导致测试结果失真，影响分析。即使一些很资深的工程师可能也不会注意到一些细节。不少工程师对示波器的认识度欠缺，如何更好的使用示波器还是有待提高的。下面就以我见到的很多工程师常犯的问题予以纠正，分享一下我掌握的一些知识。

　　示波器怎样正确使用

　　很多工程师直接拿起探头就测试，根本不去检查探头是否需要补偿，示波器是否需要校验。只有在一些大公司或经过培训的工程师才会在使用前做准备工作

　　示波器使用前需要自校准和需要探头补偿调节，执行这种调节是使探头匹配输入通道。

　　首次操作仪器时以及同时显示多个输入通道的数据时，可能需要在垂直和水平方向上校准数据，以使时基、幅度和位置同步。例如，发生明显温度变化（》 5°） 时就需要进行校准。

　　从通道输入连接器上断开任何探头或电缆。确保仪器运行并预热一段时间。R&S示波器从 File（文件）菜单中，选择Selfalignment（自校准）。

　　在 Control（控制）选项卡上，点击Start Alignment（开始校准）。

　　R&S示波器完成此过程需几分钟时间。有的示波器可能需要一个小时以上时间。整体通过/失败结果会显示在Overall alignment state（整体校准状态）字段中。每个输入通道各个校准步骤的结果会显示在Results（结果）选项卡中。

　　探头补偿调节的操作步骤如下：

　　1、将示波器探头连接到通道，按前面板上的 PRESET（预设）按键（左侧面板设置区域中）。

　　将探头信号端和参考地连接到示波器面板上的参考输出，然后按Autoset（自动设置）。如果使用探头钩式前端附件，请将信号针前端牢固连接在探头上，确保正确连接。如组图一所示：

　　图1-1

　　图1-2

　　组图一 探头补偿调节

　　2、检查所显示波形的形状。可能会出现的情况如图二。

　　图二 补偿过度，不足和正确补偿后半部的波形形状示意

　　过度和不足都需要调节探头。以能更好的测试准确值。

　　3、如果波形不正确，请调整探头。如下图三所示，直至波形为上面的补偿正确波形。

　　以上两点看似简单，但往往是工程师忽略的。为了使测量更，请一定要注意检验。这两个校准功能在任何示波器都应该有。

　　测试电压纹波

　　很多电源工程师在纹波的测量的时候，也不会关注那么多，想当然的测试。示波器的使用方法不同导致测试的结果差异很大。如下组图四和组图五，对于同一个产品同一个测试点，由于测试方法的差异，导致测试结果的差异很大。纹波对于电源来说是个重要参数，但是由于自己的操作问题而导致做测试不通过，又浪费大量的人力和成本去整改是很不值得的。

　　有时候您的客户由于对仪器的使用和注意不够，导致测试的数据错误。但是自己这边产品又是没有问题的，弄的怎么说也说不通，以至于客户还以为是在欺骗他们，所以测试方法很重要。注意这些细节，可以节省很多时间，让自己的能力更上一层。

　　示波器测试的值本身就存在误差的（这里我就暂时不讲解了）。现在很多公司要求测试波形图的值作为判定依据。其实示波器只是测试电压随着时间变化的过程，主要是调试中捕获波形。具体测量直流电压有效值额度准确度还不如数字万用表的值。示波器的直流的指标标定也是以万用表做参考的。 但是越来越多公司和工程师以示波器的值当作真实值，那么我们就只能尽力作到是测试误差少。

　　下面是测试纹波的图解和分析：

　　图4-1

　　图4-2 组图四

　　图5-1

　　图5-2 组图五

　　组图四的测试纹波的结果值3.9921V比图五0.126V大很多，但是组图四的测试值是不真实的。

　　问题分析：其实产品没有问题。只是测试方法有问题而已。现在我们就来指出问题点：

　　个错误是使用了长的接地线。

　　第二个错误是将探头形成的环路和接地线均置于电源变压器和开关元件附近。

　　第三个错误是示波器探头和输出电容之间存在多余电感。

　　由于这些不注意，导致拾取了很多高频信号，变压器的磁场，开关的电场，以至于示波器抓出来的波形有高频杂讯掺杂在里面显示出来。

　　第四个错误是量程太大。

　　准确地测试纹波需要做到：

　　使用带宽限制来测量纹波，以防止拾取并非真正存在的高频杂讯。示波器带宽设置为20M即可。

　　去掉探头“帽子”和地线夹，以防止长地线形成的天线效应。用近地线缠绕在探头和地之间。罗德与施瓦茨公司有专门提供配套的短地线。可以考虑在信号与地之间并联一个0.1uf和一个10uf电容做去耦。电容的PIN脚的长短也影响了测试的值。

　　由于很多工程师对示波器的不了解，导致误操作，损坏示波器或电源之后还搞不清楚为什么

　　很多初级工程师在用多个探头测量电源的时候，刚一开机，电源产品就“炸机”，甚至损害示波器。他们会问我，示波器不是直接把探头接到要测试的元件之间吗？我好像没有接错啊，为什么会这样啊？那是由于对示波器的通道和地的接法不了解。示波器的多个探头在示波器内部是共地。所以在同时测量电源的原边和副边的时候，如果用一根探头接原边的地，另一个探头接副边的地，由于示波器的内部通道的地连接在一起，相当于把电源的原边和副边的地短路在一起了，然而原边和副边地之间是有电压差的，那么短路后的大电流容易烧坏产品和探头，甚至也可能损坏示波器。在测试原边和副边电压的时候应该一侧用差分探头，一侧用普通探头。 即使测试同一侧线路，探头的地线也要是共参考点。 示波器的地又是通过电源地连接的。很多公司基本上都会在示波器前面加一个隔离变压器，这种方法挺好。有些公司直接剪断电源三相地的PIN脚，那样没有接地，用手摸示波器机壳，漏电流会加大。建议不要这样使用。

　　其实问题还不止是这些，如在动态的应用，探头之间运算的应用，测试电压值注意的事项等。大家都知道示波器的功能很强大，几乎没有不使用示波器的电子工程师，所以自己在使用示波器的时候一定要多想想，多试验，多了解示波器的功能，内部选项键之间的差别，了解不同示波器参数对测量的影响，那样就能更好的帮助我们。不要只是为了完成任务，随意为之。认真做起，细心观察，这样我们的进步才会很大。经验是一步一步积累起来的。

　　示波器的选用

　　根据要显示的信号数量，选择单踪、双踪或多踪示波器；

　　根据被测信号的频率特点，选择慢扫描、通用、高速或取样示波器；

　　根据被测信号的重现方式，选择模拟或数字存储示波器；

　　根据被测信号的测试重点选择

　　示波器的基本测量方法

　　电压测量

　　直流电压测量

　　测量原理

　　示波器测量直流电压的原理是利用被测电压在屏幕上呈现一条直线，该直线偏离时间基线（零电平线）的高度与被测电压的大小成正比的关系进行的。被测直流电压值VDC为

　　VDC=h·Dy·ky （5-6-1）

　　式中，h为被测直流信号线的电压偏离零电平线的高度；Dy为示波器的垂直灵敏度；ky为探头衰减系数。

　　测量方法

　　首先应将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置（CAL）。

　　将待测信号送至示波器的垂直输入端。

　　确定零电平线。将示波器的输入耦合开关置于“GND”位置，调节垂直位移旋钮，将荧光屏上的扫描基线（零电平线）移到荧光屏的中央位置。

　　确定直流电压的极性。调整垂直灵敏度开关到适当位置，将示波器的输入耦合开关拨向“DC”档，观察此时水平亮线的偏转方向，若位于前面确定的零电平线之上，则被测直流电压为正极性；若向下偏转，则为负极性。

　　读出被测直流电压偏离零电平线的距离h。

　　根据式（5-6-1）计算被测直流电压值。

　　交流电压测量

　　使用示波器测量交流电压的优点是可以直接观测到波形的形状，还可显示其频率和相位。将式（5-6-2）中的h换为被测交流信号波形任意两点A与B间的高度差lA-B，测得的电压值即为两点A与B两点间的电压VA-B。若A与B两点分别为被测交流电压波峰和波谷，则测得值为被测交流电压的峰-峰值VPP。测量时，Y通道输入耦合开关置“AC”档。

　　时间和频率测量

　　周期和频率测量

　　测量原理

　　对于周期性信号，周期和频率互为倒数，只要测出其中一个量，另一个参量可通过公式求出。被测交流信号的周期T为

　　T=l·Dx/kx（5-6-2）

　　式中：l为被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占距离；Dx为示波器的扫描速度；kx为X轴扩展倍率。

　　测量方法

　　首先将示波器的扫描速度微调旋钮置于“校准”（CAL）位置。

　　将待测信号送至示波器的垂直输入端。

　　将示波器的输入耦合开关置于“AC”位置。

　　调节扫描速度开关，使显示的波形稳定，并记录Dx值。

　　读出被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占的距离x。

根据式（5-6-2）

计算被测交流信号的周期。

　　时间间隔测量

　　将式（5-6-2）中的l换为信号波形任意两点A与B间的水平距离lA-B，则测得的时间值为A与B两点间的时间间隔tA-B。

　　相位测量

　　相位测量是指两个同频率的信号之间的相位差的测量。一般采用双踪法测量相位差，将两信号分别接入Y1和Y2，设与两信号的周期和相位差所对应的水平距离分别为T和d，则两信号的相位差为

　　Δφ=2π·d/T （5-6-3）

　　用李沙育图形法测量频率或相位

　　李沙育图形法测相位是利用示波器X和Y通道分别输入被测信号和一个已知信号，调节已知信号的频率使屏幕上出现稳定的图形，根据已知信号的频率（或相位）便可求得被测信号的频率（或相位）。李沙育图形法既可测量频率又可测量相位。

　　测量频率

　　李沙育图形法测量频率时，示波器工作于X-Y方式下，频率已知的信号与频率未知的信号加到示波器的两个输入端，调节已知信号的频率，使荧光屏上得到李沙育图形，由此可测出被测信号的频率。

　　示波器工作于X-Y方式时，X和Y两信号对电子束的使用时间总是相等的，垂直线、水平线与李沙育图形的交点数分别与X和Y信号频率成正比。因此，李沙育图形存在关系：

　　fy/fx = NH/NV（5-6-4）

　　式中，NH和NV分别为水平线、垂直线与李沙育图形的交点数，fy和fx分别为示波器Y和X信号的频率。图5-20所示为常见的几种不同频率、不同相位的李沙育图形。

　　图6 几种常用的李沙育图形

　　事实上，垂直线（或水平线）与李沙育图形的切点数NV′和NH′也与X（或Y）信号频率成正比，即

　　fy/fx=NH′/NV′=NH/NV（5-6-5）

　　例7-1 如图所示的李沙育图形，已知X信号频率为6MHz，问Y信号的频率是多少？

　　解：分别在李沙育图形上画出垂直线和水平线，则NH=2，NV=6，或NH′=1，NV′=3。注意必须在交点数多的位置画线。

　　fy=fx·NH/NV=6&TImes;2/6=2（MHz）

　　或 fy=fx·NH′/NV′=6&TImes;1/3=2（MHz）

　　例7-1 李沙育图形

　　李沙育图形法适合测量频率比在1：10至10：1之间的信号，否则波形显示复杂，难以确定交点数或切点数，给调整和测量带来困难。

　　测量相位差

　　把要比较相位差的两个频率、同幅度的正弦信号分别送入示波器的Y通道和X通道，使示波器工作在X-Y显示方式，这时示波器的屏幕上会显示出一个椭圆波形，由椭圆上的坐标可求得两信号的相位差。

　　Δφ=arcsin（y0/ym）=arcsin（x0/xm）（5-6-7）

　　式中：为两信号的相位差；x0、y0为椭圆与X轴、Y轴截距的一半；xm、ym为荧光屏上光点在X轴、Y轴方向上的偏转距离的一半。

　　图8 椭圆法测信号的相位差

　　虽然李沙育图形法测量过程比双踪示波法复杂，但其测量结果比双踪示波法要准确。

　　示波器使用中的注意事项

　　仪器操作人员的安全和仪器安全，仪器在安全范围内正常工作，保证测量波形准确、数据可靠。因此，在仪器使用中应注意：

　　1、通用示波器通过调节亮度和聚焦旋钮使光点直径以使波形清晰，减小测试误差；不要使光点停留在一点不动，否则电子束轰击一点宜在荧光屏上形成暗斑，损坏荧光屏。

　　2、测量系统- 例如示波器、信号源；打印机、计算机等设备等。被测电子设备- 例如仪器、电子部件、电路板、被测设备供电电源等设备接地线必须与公共地（大地）相连。

　　3、TDS200/TDS1000/TDS2000 系列数字示波器配合探头使用时，只能测量（被测信号- 信号地就是大地，信号端输出幅度小于300V CAT II）信号的波形。不能测量市电AC220V 或与市电AC220V 不能隔离的电子设备的浮地信号。（浮地是不能接大地的，否则造成仪器损坏，如测试电磁炉。）

　　4、通用示波器的外壳，信号输入端BNC 插座金属外圈，探头接地线，AC220V 电源插座接地线端都是相通的。如仪器使用时不接大地线，直接用探头对浮地信号测量，则仪器相对大地会产生电位差；电压值等于探头接地线接触被测设备点与大地之间的电位差。这将对仪器操作人员、示波器、被测电子设备带来严重安全危险。

　　5.、用户如须要测量开关电源（开关电源初级，控制电路） 、UPS（不间断电源）、电子整流器、节能灯、变频器等类型产品或其它与市电AC220V 不能隔离的电子设备进行浮地信号测试时，必使用DP100高压隔离差分探头。

　　除此之外，热电子仪器还要避免频繁开机、关机，并且关机前先将辉度调节旋钮沿逆时针方向转到底，使亮度减到，然后再断开电源开关。