有源探頭的優(yōu)點包括對信號源的負載很低,探頭尖端具有可調(diào)的直流偏置(對直流電平上疊加的交流信號具有高分辨率),以及能夠被示波器自動識別,無須手動調(diào)節(jié)。有源探頭具有單端型及差分型兩種類型。有源探頭采用了諸如場效應(yīng)晶體管等有源元件,其輸入電容非常低,對于在大頻率范圍內(nèi)保持高輸入阻抗來說很有好處。它們還可以用來測量阻抗未知的電路,并且允許使用更長的接地線。由于有源探頭的負載極低,所以當連接至高阻抗電路時(無源探頭的負載相對來說過大),有源探頭是必不可少的。
盡管可以對各個信號采用單獨的探頭進行探測并測量出差分信號,但較佳方法仍然是采用差分探頭。差分探頭利用內(nèi)置的差分放大器對兩個信號進行相減,因此僅占用一個示波器通道,而且還能在比單端型探頭更寬廣的頻率范圍內(nèi)提供足夠高的 CMRR(共模抑制比)性能。差分探頭可以使用在單端和差分應(yīng)用中。
電流探頭通過測量電流流經(jīng)導體時所產(chǎn)生的電磁通量場來測量電流。然后,電磁通量場會被轉(zhuǎn)換成為對應(yīng)的電壓,以供示波器進行測量和分析。當示波器的測量與數(shù)學功能結(jié)合使用時,電流探頭讓用戶能夠執(zhí)行各種各樣的功率測量。
常規(guī)用途的無源探頭最大適用電壓一般在 400V 左右。當電路中遇到比如 20 kV 的高電壓時,需要利用專門的探頭才能進行安全測量。很明顯,在對如此之高的電壓進行測量時,安全是首要考慮因素,而這種類型的探頭通常會利用十分長的線纜長度來適應(yīng)高電壓。
探頭附加到電路上最基本以及較為重要的特征便是負載,而這種負載有阻性、容性和感性負載之分。阻性負載會造成幅值衰減和直流漂移偏置,并且會改變電路的偏壓。如果探頭的輸入電阻與所探測的信號電阻相同的話,那么阻性負載就會變得非常大,因為電路中的一部分電流會流入探頭。這樣反過來會降低電路與探針接觸位置的電壓。
用示波器測量交流電壓的方法如下:
1)首先將輸入耦合開關(guān)置于“AC”位置(擴展控制開關(guān)未拉出),將交流信號從y軸輸入,這樣就能測量信號波形峰峰間或某兩點間的電壓幅值。
2)從屏幕上讀出波形峰峰間所占的格數(shù),將它乘以垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)旋鈕的擋位,即可計算出被測信號的交流電壓值。若將擴展控制開關(guān)拉出,則再除以5。
在使用示波器時應(yīng)注意下列事項:
1)測試前應(yīng)估算被測信號的幅度大小,若不明確,應(yīng)將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)旋鈕置于最大擋,避免因電壓過大而損壞示波器。
2)在測量小信號波形時,由于被測信號較弱,示波器上顯示的波形就不容易同步。這時可采取以下兩種方法加以解決:
第一:仔細調(diào)節(jié)示波器上的觸發(fā)電平旋鈕,使被測信號穩(wěn)定和同步。必要時可結(jié)合調(diào)整掃描微調(diào)旋鈕,但應(yīng)注意,調(diào)節(jié)該旋鈕會使屏幕上顯示的頻率讀數(shù)發(fā)生變化(逆時針旋轉(zhuǎn),掃描因數(shù)擴大2.5倍以上),會給計算頻率造成一定困難。在一般情況下,應(yīng)將此旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)到底,使之位于校正位置(CAL)。
第二:使用與被測信號同頻率(或整數(shù)倍)的另一強信號作為示波器的觸發(fā)信號,該信號可以直接從示波器的通道2輸入。
3)示波器工作時,周圍不要放一些大功率的變壓器,否則測出的波形會有重影和噪波干擾。
4)示波器可作為高內(nèi)阻的電流電壓表使用,手機電路中有一些高內(nèi)阻電路,若使用普通測電壓,由于萬用表內(nèi)阻較低,測量結(jié)果會不準確,而且還可能會影響被測電路的正常工作,而示波器的輸入阻抗比萬用表高得多,使用示波器直流輸入方式,先將示波器輸入接地,確定好示波器的零基線,就能方便地測量被測信號的直流電壓。
示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖像,便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束,打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上,就可產(chǎn)生細小的光點(這是傳統(tǒng)的模擬示波器的工作原理)。在被測信號的作用下,電子束就好像一支筆的筆尖,可以在屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線,還可以用它測試各種不同的電量,如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。
用示波器能觀察各種不同電信號幅度隨時間變化的波形曲線,在這個基礎(chǔ)上示波器可以應(yīng)用于測量電壓、時間、頻率、相位差和調(diào)幅度等電參數(shù)。下面介紹用示波器觀察電信號波形的使用步驟。
1、示波管和電源系統(tǒng)
(1)電源(Power):示波器主電源開關(guān)。當此開關(guān)按下時,電源指示燈亮,表示電源接通。
(2)輝度(Intensity):旋轉(zhuǎn)此旋鈕能改變光點和掃描線的亮度。觀察低頻信號時可小些,高頻信號時大些。
(3)聚焦(Focus):聚焦旋鈕調(diào)節(jié)電子束截面大小,將掃描線聚焦成清晰狀態(tài)。
(4)標尺亮度(Illuminance):此旋鈕調(diào)節(jié)熒光屏后面的照明燈亮度。正常室內(nèi)光線下,照明燈暗一些好。室內(nèi)光線不足的環(huán)境中,可適當調(diào)亮照明燈。
2、熒光屏
根據(jù)被測信號在屏幕上占的格數(shù)乘以適當?shù)谋壤?shù)(V/DIV,TIME/DIV)能得出電壓值與時間值。根據(jù)輸入通道的選擇,將示波器探頭插到相應(yīng)通道插座上,示波器探頭上的地與被測電路的地連接在一起,示波器探頭接觸被測點。示波器探頭上有一雙位開關(guān)。此開關(guān)撥到“X1”位置時,被測信號無衰減送到示波器,從熒光屏上讀出的電壓值是信號的實際電壓值。此開關(guān)撥到“X10”位置時,被測信號衰減為1/10,然后送往示波器,從熒光屏上讀出的電壓值乘以10才是信號的實際電壓值。
3、垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)和水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)
每個波段開關(guān)上往往還有一個小旋鈕,微調(diào)每檔垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。將它沿順時針方向旋到底,處于“校準”位置,此時垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值與波段開關(guān)所指示的值一致。逆時針旋轉(zhuǎn)此旋鈕,能夠微調(diào)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)后,會造成與波段開關(guān)的指示值不一致,這點應(yīng)引起注意。示波器的標準信號源CAL,專門用于校準示波器的時基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。示波器前面板上的位移(PosiTIon)旋鈕調(diào)節(jié)信號波形在熒光屏上的位置。
(1)輸入通道選擇-輸入通道至少有三種選擇方式:通道1(CH1)、通道2(CH2)、雙通道(DUAL)。
選擇通道1時,示波器僅顯示通道1的信號;選擇通道2時,示波器僅顯示通道2的信號;選擇雙通道時,示波器同時顯示通道1和通道2的信號。維修中以選擇通道1或通道2為多。
(2)輸入耦合方式輸入耦合方式-交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。
5、觸發(fā)
(1)常態(tài)(NORM):無信號時,屏幕上無顯示;有信號時,與電平控制配合顯示穩(wěn)定波形;
(2)自動(AUTO):無信號時,屏幕上顯示光跡;有信號時與電平控制配合顯示穩(wěn)定的波形;
(3)電視場(TV):用于顯示電視場信號;
(4)峰值自動(P-PAUTO):無信號時,屏幕上顯示光跡;有信號時,無需調(diào)節(jié)電平即能獲得穩(wěn)定波形顯示。
6、掃描方式(SweepMode)
掃描有自動(Auto)、常態(tài)(Norm)和單次(Single)三種掃描方式。
舉例:幅度和頻率的測量方法(以測試示波器的校準信號為例)
(1)將示波器探頭插入通道1插孔,并將探頭上的衰減置于“1”檔;
(2)將通道選擇置于CH1,耦合方式置于DC檔;
(3)將探頭探針插入校準信號源小孔內(nèi),此時示波器屏幕出現(xiàn)光跡;
(4)調(diào)節(jié)垂直旋鈕和水平旋鈕,使屏幕顯示的波形圖穩(wěn)定,并將垂直微調(diào)和水平微調(diào)置于校準位置;
(5)讀出波形圖在垂直方向所占格數(shù),乘以垂直衰減旋鈕的指示數(shù)值,得到校準信號的幅度;
(6)讀出波形每個周期在水平方向所占格數(shù),乘以水平掃描旋鈕的指示數(shù)值,得到校準信號的周期(周期的倒數(shù)為頻率);
(7)一般校準信號的頻率為1kHz,幅度為0.5V,用以校準示波器內(nèi)部掃描振蕩器頻率,如果不正常,應(yīng)調(diào)節(jié)示波器(內(nèi)部)相應(yīng)電位器,直至相符為止。
示波器的面板按其位置和功能大概可以分為顯示、垂直(Y軸)、水平(X軸)三大部分,接下來對這三部分面板裝置分別加以介紹。
1、顯示部分
顯示部分包括電源開關(guān)、電源指示燈、輝度(調(diào)整光點亮度)、聚焦(調(diào)整光點或波形清晰度)、輔助聚焦(配合“聚焦”旋鈕調(diào)節(jié)清晰度)、標尺亮度(調(diào)節(jié)坐標片上刻度線亮度)、尋跡(當按鍵向下按時,使偏離熒光屏的光點回到顯示區(qū)域,從而尋到光點位置)和標準信號輸出(1kHz、1V方波校準信號由此引出,加到Y(jié)軸輸入端,用以校準Y軸輸入靈敏度和X軸掃描速度)。
2、垂直(Y軸)部分
垂直(Y軸)部分包括顯示方式選擇開關(guān)(用以轉(zhuǎn)換兩個Y軸前置放大器YA與YB工作狀態(tài))、“DC-地-AC”Y軸輸入選擇開關(guān)(用以選擇被測信號接至輸入端的耦合方式)、“微調(diào)V/div”靈敏度選擇開關(guān)及微調(diào)裝置、“↑↓”Y軸位移電位器(用以調(diào)節(jié)波形的垂直位置)、“極性、拉YA”YA通道的極性轉(zhuǎn)換按拉式開關(guān)、“內(nèi)觸發(fā)、拉YB”觸發(fā)源選擇開關(guān)和Y軸輸入插座。
3、水平(X軸)部分
水平(X軸)部分包括“t/div”掃描速度選擇開關(guān)及微調(diào)旋鈕、“擴展、拉&TImes;10”掃描速度擴展裝置、“→←”X軸位置調(diào)節(jié)旋鈕、“外觸發(fā)、X外接”插座、“觸發(fā)電平”旋鈕、“穩(wěn)定性”觸發(fā)穩(wěn)定性微調(diào)旋鈕(用以改變掃描電路的工作狀態(tài))、“內(nèi)、外”觸發(fā)源選擇開關(guān)、“AC-AC(H)-DC”觸發(fā)耦合方式開關(guān)、“高頻-常態(tài)-自動”觸發(fā)方式開關(guān)和“+、-”觸發(fā)極性開關(guān)。
軸靈敏度:根據(jù)被測電信號的峰峰值,將Y軸靈敏度選擇“V/div”開關(guān)置于適當檔級(在實際使用過程中,若無需讀取被測電壓值,則只需適當調(diào)節(jié)Y軸靈敏度微調(diào)旋鈕,使得屏幕上顯示所需高度波形即可);
步驟三、選擇觸發(fā)信號來源與極性:通常將觸發(fā)信號極性開關(guān)置于“+”或“-”檔位上;
步驟四、選擇掃描速度:根據(jù)被測信號周期,將將X軸掃描速度“t/div”開關(guān)置于適當檔級(在實際使用過程中,若無需讀取被測時間值,則只需適當調(diào)節(jié)掃描速度“t/div”微調(diào)旋鈕,使得屏幕上顯示所需周期數(shù)波形即可);
步驟五、輸入被測信號:被測信號由探頭衰減后通過Y軸輸入端輸入示波器。
示波器注意事項
(1)熱電子儀器一般要避免頻繁開機、關(guān)機,示波器也是這樣。
(2)作定量測量時,應(yīng)先將示波器通電預熱10分鐘以上,使機中各元件在熱穩(wěn)定狀態(tài)下工作,否則由于機內(nèi)元件溫度處于上升過程,影響測量結(jié)果。
(3)如果發(fā)現(xiàn)波形受外界干擾,可將示波器外殼接地。
(4)在觀察熒屏上的亮斑并進行調(diào)節(jié)時,亮斑的亮度要適中,不能過亮。
(5)“Y輸入”的電壓不可太高,以免損壞儀器,在大衰減時也不能超過400V。
(6)關(guān)機前先將輝度調(diào)節(jié)旋鈕沿逆時針方向轉(zhuǎn)到底,使亮度減到小,然后再斷開電源開關(guān)。