示波器测量的方法是什么

在电路测试实验中，相位差测量（简称相位测量）的应用很广泛。例如测量各种滤波器移相器和放大器等双口网络的频率特性时，就需要对它们的输入信号与输出信号之间的相位差进行测量，也就是测量不同频率的正弦信号在通过双口网络时所产生的相位移。  
用示波器来进行相位差的测量，能测量的最小相角可达5-10度。双踪示波器测量相位差时，可采用直接显示波形的方法。
设有两个频率的正弦信号电压  
U1=Vm1sin（ωt+φ1）
U2  =Vm2sin（ωt+φ2）
它们之间的相位差为Δφ=（ωt+φ1）-（ωt+φ2）=φ1-φ2  上式中φ1为电压U1的初相，φ2为电压U2的初相，由上式可知，两个同频率的正弦电压的相位差与时间无关。  
将这两个被测的正弦信号分别输入到双踪示波器的CHA和CHB两通道内，如图C所示，此时示波器X轴的线性锯齿波电压同时对两个被测信号进行扫描，调节两条扫描线（即时基线）使之重合，于是在示波器的荧光屏上就可以同时显示出两个信号的波形，如图  D所示。
根据荧光屏上显示的U1和U2两个信号的波形，量出它们的一个周期在示波器时间基线上所占的格数（所对应的相位为360度）和两个波形相位点在时间基线上间距的格数m，从而求得相位差
Δφ=（n/m）*360度  
为了读数和计算方便，测量时可以适当调节示波器面板上的相关旋钮，使荧光屏上显示的信号的一个周期恰好为X轴上坐标刻度的九格（或八格），这样X轴上的刻度值每格就代表360度/9=40度（360度/8=45度）。

SR-8型双踪示波器的面板图如图5-12所示。其面板装置按其位置和功能通常可划分为3大部分：显示、垂直（Y轴）、水平（X轴）。现分别介绍这3个部分控制装置的作用。
1．显示部分主要控制件为：
（1）电源开关。
（2）电源指示灯。
（3）辉度  调整光点亮度。
（4）聚焦调整光点或波形清晰度。
（5）辅助聚焦  配合“聚焦”旋钮调节清晰度。
（6）标尺亮度调节坐标片上刻度线亮度。
（7）寻迹  当按键向下按时，使偏离荧光屏的光点回到显示区域，而寻到光点位置。
（8）标准信号输出1kHz、1V方波校准信号由此引出。加到Y轴输入端，用以校准Y轴输入灵敏度和X轴扫描速度。
2．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，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，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  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。
3．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。
（8）“AC”“AC（H）”“DC”触发耦合方式开关。  “DC”档，是直流藕合状态，适合于变化缓慢或频率甚低（如低于100Hz）的触发信号。“AC”档，是交流藕合状态，由于隔断了触发中的直流分量，因此触发性能不受直流分量影响。“AC（H）”档，是低频抑制的交流耦合状态，在观察包含低频分量的高频复合波时，触发信号通过高通滤波器进行耦合，抑制了低频噪声和低频触发信号（2MHz以下的低频分量），免除因误触发而造成的波形幌动。
（9）“高频、常态、自动”触发方式开关。用以选择不同的触发方式，以适应不同的被测信号与测试目的。“高频”档，频率甚高时（如高于5MHz），且无足够的幅度使触发稳定时，选该档。此时扫描处于高频触发状态，由示波器自身产生的高频信号（200kHz信号），对被测信号进行同步。不必经常调整电平旋钮，屏幕上即能显示稳定的波形，操作方便，有利于观察高频信号波形。“常态”档，采用来自Y轴或外接触发源的输入信号进行触发扫描，是常用的触发扫描方式。“自动”挡，扫描处于自动状态（与高频触发方式相仿），但不必调整电平旋钮，也能观察到稳定的波形，操作方便，有利于观察较低频率的信号。
（10）“+、－”触发极性开关。在“+”位置时选用触发信号的上升部分，在“－”位置时选用触发信号的下降部分对扫描电路进行触发。

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，1、示波器初次使用前或久藏复用时，有必要进行一次能否工作的简单检查和进行扫描电路稳定度、垂直放大电路直流平衡的调整。示波器在进行电压和时间的定量测试时，还必须进行垂直放大电路增益和水平扫描速度的校准。2、选择Y轴耦合方式：根据被测信号频率的高低，将Y轴输入耦合方式选择“AC-地-DC”开关置于AC或DC。选择Y轴灵敏度：根据被测信号的大约峰-峰值（如果采用衰减探头，应除以衰减倍数；在耦合方式取DC档时，还要考虑叠加的直流电压值），将Y轴灵敏度选择V/div开关（或Y轴衰减开关）置于适当档级。实际使用中如不需读测电压值，则可适当调节Y轴灵敏度微调（或Y轴增益）旋钮，使屏幕上显现所需要高度的波形。3、选择触发（或同步）信号来源与极性：通常将触发（或同步）信号极性开关置于“+”或“-”档。4、选择扫描速度：根据被测信号周期（或频率）的大约值，将X轴扫描速度t/div（或扫描范围）开关置于适当档级。实际使用中如不需读测时间值，则可适当调节扫速t/div微调（或扫描微调）旋钮，使屏幕上显示测试所需周期数的波形。如果需要观察的是信号的边沿部分，则扫速t/div开关应置于最快扫速档。

示波器的测量基本操作方法
1．  信号的接入与测量被测信号送给示波器观测连接的方法有两种：一种是将被测信号直接送到示波器的信号输入端，如图2-55所示。另一种是被测信号通过示波器的探头送到示波器的信号输入端，如图2-56所示。
2．  测量信号的基本操作按以下方法操作示波器测量信号。
①将示波器的探头连接到垂直输入端（VERT.INPUT），并将切换开关的位置拨到AC（测交流信号波形），如同时检测直流分量，将此开关置于DC（直流）位置。
②将垂直轴灵敏度切换钮拨至衰减的位置（反时针旋转）o③将示波器的探头接到被测电路后，一边观察波形图像，一边调整垂直灵敏度使波形大小适当。
④将示波器的时间轴切换钮左右旋转，使示波管上的信号波形显示出比较清楚的波形，一般2～3个周期为宜。如果波形不容易同步，可微调触发电平钮(  TRIGLEVEL)，使波形稳定为宜。
3．  波形参数的读取方法被测信号送入示波器就会在示波管上显示出该信号的波形，波形的幅度可以根据刻度估算出来。信号电压和周期的读取方法如图2-57所示，图中的信号是一个锯齿波信号，在测量电压的时候要将垂直轴灵敏度调整旋钮顺时针拨至最大值，即为CAL（校正）的位置。

1．刻度测量
　　
　　最迅速，最直观的测量方法。用灵敏度乘格数，扫速乘格数计算。例如下图中，Ul波形占4格，下图右下角的圆盘内圈①顺时针转到头，（CAL状态），外圈②转到“.2V”位置，探头10×，Ul波形的峰一峰值为10×2V/格×4格=8V，同理，可算出U2波形的峰一峰值为4V。下图右上角的圆盘③（A扫描）指示Ims/格，Ul波形一个周期占4格，T=Ims/格×4格=400μs，显然，用A扫描无法测出U2与Ul之间的延迟时间。我们作A加亮B操作，下图中调节右上角的内圆盘⑥移动亮区，调节右上角的外圆盘⑤扩展或缩小亮区，选择下图中深黑的区域正好包含需要观测的Ul与U2变化沿部分，我们作A延迟B扫描操作，在拉出④(×10)，波形如下图中虚线所示，U2后沿比Ul前沿延迟1.2格。圆盘⑤指示lμs/格，延迟tdHL=(1.2格×lμs/格)/10=120ns。最好把Ul、U2移动到与X轴对称，上下占的格数相同，特别有利于读取延迟格数。
　　
　　刻度测量可以迅速找到幅频特性的一3dB的频点。如CH2输出波形。
　　
　　在通带中心频率点，细调CH2垂直灵敏度（模拟示波器如下图右下角②粗调①细调，数字示波器按CH2MENU菜单，按屏幕右侧子菜单：按钮3-细调）到上下各占2.8格，升高频率，一旦波形幅度小到上下各占2格时停止改变频率，读取频率数据，这就是通频带频率上限。同理，从中心频率开始，预先把扫描速度降低，使示波器屏幕包含几十个周期，降低频率，使波形幅度小到上下各占2格时就是通频带频率下限。
　　
　　对于有CRT读出功能的示波器，可以方便地从屏幕下方直接读出Y灵敏度、扫速等数据，不必再看旋钮的刻度。
　　2．游标测量
　　
　　使用此方法能通过移动总是成对出现的游标并从显示读数中读取它们的数值从而进行测量。以TDS10系列数字存储示波器为例。先按图9中的AUTOSET钮获得稳定的波形。适当调节垂直，水平幅度，位置使之便于测量如上图，上下各占2.5格，左右扩展到只见前沿部分是最佳测量位置。按图9中的CURSOR菜单钮，在屏幕右侧出现5个子菜单。1号钮对应的是类型：有“关闭”、“幅度”和“时间”选项，选“时间”。2号钮对应的是信源：有“CH1”、“CH2”选项，选“CH1”。以上图测脉冲前沿为例，按4号钮游标1，调节多功能钮使游标1移到与脉冲前沿交叉点在-2格，交叉点有一条小横线，正好在格线上。按5号钮游标2，移到与脉冲前沿交叉点的小横线正好在+2格位置。从屏幕右侧读取游标位置、△t，△V等数据。△t就是波形电平的10%和90%之间的上升时间（前沿），对于TDS220系列，用POSITION移动游标。测量幅度的实例见下图，读出上冲640mV。注意，用10×探头时要在通道设置中设定，具体步骤是：
　　
　　①按下CHlMENU(CH11菜单)按钮。
　　
　　②按下4号钮“探头”③选择“电压”④“衰减”选择10×。有1×，10×，100×等选项。下面自动测量中也有此类问题，不再重复说明。

　　3．自动测量
　　
　　因为这种测量是平均计算的结果，所以比刻度或光标测量更精确。示波器采集新数据的同时对这些读数进行周期性更新。
　　
　　按下AUTOSET“自动设置”按钮。示波器自动设置垂直、水平和触发控制。如果要优化波形的显示，可手动调整上述控制。
　　
　　自动测量图11某波形上升沿的操作步骤：
　　
　　①按图9中的MEASURE(测量)钮，显示屏幕右侧子菜单。
　　
　　②按下顶部选项按钮，显示MeasurelMenu(测量l菜单)。
　　
　　(3)按下“类型”>“频率”，“值”读数将显示测量结果及更新信息。
　　
　　④按下“返回”选项按钮。
　　
　　(5)按下顶部第二个选项按钮，显示Measure2Menu（测量2菜单）。
　　
　　⑥按下“类型”>“周期”。“值”读数将显示测量结果及更新信息。
　　
　　⑦按下“返回”选项按钮。
　　
　　⑧按下中间的选项按钮，显示Measure3Menu(测量3菜单)。
　　
　　⑨按下“类型”，“峰-峰值”，“值”读数将显示测量结果及更新信息。
　　
　　⑩按下“返回”选项按钮。
　　
　　（11）按下底部倒数第二个选项按钮；显示Measure4Menu“上升时间”。“值”读数将显示测量结果及更新信息。
　　
　　（13）按下“返回”选项按钮。
　　
　　（14）按下底部的选项按钮；显示MeasureSMenu(测量5菜单)。
　　
　　（15）按下“类型”，P“正频宽”。“值”读数将显示测量结果及更新信息。
　　（16）按下“返回”选项按钮。
　　
　　测量两个信号计算增益的大小实例下图的操作步骤：
　　要激活并显示连接到通道1和通道2的信号，并选择两个通道进行测量，
　　
　　①按下MEASURE(测量)钮。显示屏幕右侧子菜单②按下顶部选项按钮：显示MeasurelMenu(测量1菜单)③按下“信源”>CH1。
　　
　　④按下“类型”>“峰-峰值”。
　　
　　⑤按下“返回”选项按钮。
　　
　　⑥按下顶部第二个选项按钮：菜单。
　　
　　⑦按下“信源”>CH2。
　　
　　⑧按下“类型”>“峰-峰值”。
　　
　　⑨按下“返回”选项按钮。读取两个通道的峰一峰值幅度。
　　
　　⑩要计算放大器电压增益，可使用以下公式：
　　
　　电压增益=输出幅度/输入幅度电压增益(dB)=2010g/电压增益类似的例子见下图。