有源探头的优点包括对信号源的负载很低,探头尖端具有可调的直流偏置(对直流电平上叠加的交流信号具有高分辨率),以及能够被示波器自动识别,无须手动调节。有源探头具有单端型及差分型两种类型。有源探头采用了诸如场效应晶体管等有源元件,其输入电容非常低,对于在大频率范围内保持高输入阻抗来说很有好处。它们还可以用来测量阻抗未知的电路,并且允许使用更长的接地线。由于有源探头的负载极低,所以当连接至高阻抗电路时(无源探头的负载相对来说过大),有源探头是必不可少的。
尽管可以对各个信号采用单独的探头进行探测并测量出差分信号,但较佳方法仍然是采用差分探头。差分探头利用内置的差分放大器对两个信号进行相减,因此仅占用一个示波器通道,而且还能在比单端型探头更宽广的频率范围内提供足够高的 CMRR(共模抑制比)性能。差分探头可以使用在单端和差分应用中。
电流探头通过测量电流流经导体时所产生的电磁通量场来测量电流。然后,电磁通量场会被转换成为对应的电压,以供示波器进行测量和分析。当示波器的测量与数学功能结合使用时,电流探头让用户能够执行各种各样的功率测量。
常规用途的无源探头最大适用电压一般在 400V 左右。当电路中遇到比如 20 kV 的高电压时,需要利用专门的探头才能进行安全测量。很明显,在对如此之高的电压进行测量时,安全是首要考虑因素,而这种类型的探头通常会利用十分长的线缆长度来适应高电压。
探头附加到电路上最基本以及较为重要的特征便是负载,而这种负载有阻性、容性和感性负载之分。阻性负载会造成幅值衰减和直流漂移偏置,并且会改变电路的偏压。如果探头的输入电阻与所探测的信号电阻相同的话,那么阻性负载就会变得非常大,因为电路中的一部分电流会流入探头。这样反过来会降低电路与探针接触位置的电压。
用示波器测量交流电压的方法如下:
1)首先将输入耦合开关置于“AC”位置(扩展控制开关未拉出),将交流信号从y轴输入,这样就能测量信号波形峰峰间或某两点间的电压幅值。
2)从屏幕上读出波形峰峰间所占的格数,将它乘以垂直偏转因数旋钮的挡位,即可计算出被测信号的交流电压值。若将扩展控制开关拉出,则再除以5。
在使用示波器时应注意下列事项:
1)测试前应估算被测信号的幅度大小,若不明确,应将示波器的垂直偏转因数旋钮置于最大挡,避免因电压过大而损坏示波器。
2)在测量小信号波形时,由于被测信号较弱,示波器上显示的波形就不容易同步。这时可采取以下两种方法加以解决:
第一:仔细调节示波器上的触发电平旋钮,使被测信号稳定和同步。必要时可结合调整扫描微调旋钮,但应注意,调节该旋钮会使屏幕上显示的频率读数发生变化(逆时针旋转,扫描因数扩大2.5倍以上),会给计算频率造成一定困难。在一般情况下,应将此旋钮顺时针旋转到底,使之位于校正位置(CAL)。
第二:使用与被测信号同频率(或整数倍)的另一强信号作为示波器的触发信号,该信号可以直接从示波器的通道2输入。
3)示波器工作时,周围不要放一些大功率的变压器,否则测出的波形会有重影和噪波干扰。
4)示波器可作为高内阻的电流电压表使用,手机电路中有一些高内阻电路,若使用普通测电压,由于万用表内阻较低,测量结果会不准确,而且还可能会影响被测电路的正常工作,而示波器的输入阻抗比万用表高得多,使用示波器直流输入方式,先将示波器输入接地,确定好示波器的零基线,就能方便地测量被测信号的直流电压。
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像,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(这是传统的模拟示波器的工作原理)。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。
用示波器能观察各种不同电信号幅度随时间变化的波形曲线,在这个基础上示波器可以应用于测量电压、时间、频率、相位差和调幅度等电参数。下面介绍用示波器观察电信号波形的使用步骤。
1、示波管和电源系统
(1)电源(Power):示波器主电源开关。当此开关按下时,电源指示灯亮,表示电源接通。
(2)辉度(Intensity):旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可小些,高频信号时大些。
(3)聚焦(Focus):聚焦旋钮调节电子束截面大小,将扫描线聚焦成清晰状态。
(4)标尺亮度(Illuminance):此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。正常室内光线下,照明灯暗一些好。室内光线不足的环境中,可适当调亮照明灯。
2、荧光屏
根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V/DIV,TIME/DIV)能得出电压值与时间值。根据输入通道的选择,将示波器探头插到相应通道插座上,示波器探头上的地与被测电路的地连接在一起,示波器探头接触被测点。示波器探头上有一双位开关。此开关拨到“X1”位置时,被测信号无衰减送到示波器,从荧光屏上读出的电压值是信号的实际电压值。此开关拨到“X10”位置时,被测信号衰减为1/10,然后送往示波器,从荧光屏上读出的电压值乘以10才是信号的实际电压值。
3、垂直偏转因数和水平偏转因数
每个波段开关上往往还有一个小旋钮,微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到底,处于“校准”位置,此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋钮,能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后,会造成与波段开关的指示值不一致,这点应引起注意。示波器的标准信号源CAL,专门用于校准示波器的时基和垂直偏转因数。示波器前面板上的位移(PosiTIon)旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置。
(1)输入通道选择-输入通道至少有三种选择方式:通道1(CH1)、通道2(CH2)、双通道(DUAL)。
选择通道1时,示波器仅显示通道1的信号;选择通道2时,示波器仅显示通道2的信号;选择双通道时,示波器同时显示通道1和通道2的信号。维修中以选择通道1或通道2为多。
(2)输入耦合方式输入耦合方式-交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。
5、触发
(1)常态(NORM):无信号时,屏幕上无显示;有信号时,与电平控制配合显示稳定波形;
(2)自动(AUTO):无信号时,屏幕上显示光迹;有信号时与电平控制配合显示稳定的波形;
(3)电视场(TV):用于显示电视场信号;
(4)峰值自动(P-PAUTO):无信号时,屏幕上显示光迹;有信号时,无需调节电平即能获得稳定波形显示。
6、扫描方式(SweepMode)
扫描有自动(Auto)、常态(Norm)和单次(Single)三种扫描方式。
举例:幅度和频率的测量方法(以测试示波器的校准信号为例)
(1)将示波器探头插入通道1插孔,并将探头上的衰减置于“1”档;
(2)将通道选择置于CH1,耦合方式置于DC档;
(3)将探头探针插入校准信号源小孔内,此时示波器屏幕出现光迹;
(4)调节垂直旋钮和水平旋钮,使屏幕显示的波形图稳定,并将垂直微调和水平微调置于校准位置;
(5)读出波形图在垂直方向所占格数,乘以垂直衰减旋钮的指示数值,得到校准信号的幅度;
(6)读出波形每个周期在水平方向所占格数,乘以水平扫描旋钮的指示数值,得到校准信号的周期(周期的倒数为频率);
(7)一般校准信号的频率为1kHz,幅度为0.5V,用以校准示波器内部扫描振荡器频率,如果不正常,应调节示波器(内部)相应电位器,直至相符为止。
示波器的面板按其位置和功能大概可以分为显示、垂直(Y轴)、水平(X轴)三大部分,接下来对这三部分面板装置分别加以介绍。
1、显示部分
显示部分包括电源开关、电源指示灯、辉度(调整光点亮度)、聚焦(调整光点或波形清晰度)、辅助聚焦(配合“聚焦”旋钮调节清晰度)、标尺亮度(调节坐标片上刻度线亮度)、寻迹(当按键向下按时,使偏离荧光屏的光点回到显示区域,从而寻到光点位置)和标准信号输出(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、垂直(Y轴)部分
垂直(Y轴)部分包括显示方式选择开关(用以转换两个Y轴前置放大器YA与YB工作状态)、“DC-地-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)、“微调V/div”灵敏度选择开关及微调装置、“↑↓”Y轴位移电位器(用以调节波形的垂直位置)、“极性、拉YA”YA通道的极性转换按拉式开关、“内触发、拉YB”触发源选择开关和Y轴输入插座。
3、水平(X轴)部分
水平(X轴)部分包括“t/div”扫描速度选择开关及微调旋钮、“扩展、拉&TImes;10”扫描速度扩展装置、“→←”X轴位置调节旋钮、“外触发、X外接”插座、“触发电平”旋钮、“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)、“内、外”触发源选择开关、“AC-AC(H)-DC”触发耦合方式开关、“高频-常态-自动”触发方式开关和“+、-”触发极性开关。
轴灵敏度:根据被测电信号的峰峰值,将Y轴灵敏度选择“V/div”开关置于适当档级(在实际使用过程中,若无需读取被测电压值,则只需适当调节Y轴灵敏度微调旋钮,使得屏幕上显示所需高度波形即可);
步骤三、选择触发信号来源与极性:通常将触发信号极性开关置于“+”或“-”档位上;
步骤四、选择扫描速度:根据被测信号周期,将将X轴扫描速度“t/div”开关置于适当档级(在实际使用过程中,若无需读取被测时间值,则只需适当调节扫描速度“t/div”微调旋钮,使得屏幕上显示所需周期数波形即可);
步骤五、输入被测信号:被测信号由探头衰减后通过Y轴输入端输入示波器。
示波器注意事项
(1)热电子仪器一般要避免频繁开机、关机,示波器也是这样。
(2)作定量测量时,应先将示波器通电预热10分钟以上,使机中各元件在热稳定状态下工作,否则由于机内元件温度处于上升过程,影响测量结果。
(3)如果发现波形受外界干扰,可将示波器外壳接地。
(4)在观察荧屏上的亮斑并进行调节时,亮斑的亮度要适中,不能过亮。
(5)“Y输入”的电压不可太高,以免损坏仪器,在大衰减时也不能超过400V。
(6)关机前先将辉度调节旋钮沿逆时针方向转到底,使亮度减到小,然后再断开电源开关。
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