论文部分内容阅读
示波器既是各种电子产品开发、生产、调适、维修的常用工具，也是学校物理实验室常用的测量仪器.使用示波器可以观察到被测信号波形的全貌，可以得到信号的幅度、频率、周期等基本参数，还可以测量脉冲信号的脉冲宽度、占空比等参数.不仅可以测量单个信号，还可以对多个信号的相关参量同时显示并进行比较.本文就示波器的选用、调适及维护谈谈个人的体会.
1了解示波器
早期的示波器为模拟示波器，目前大多数学校实验室使用的示波器仍然为模拟示波器.但随着电子技术的快速发展，数字示波器大量涌现并迅速发展，其性能已赶上且在某些方面超越了传统的模拟示波器.尽管示波器的分类方式较多，主要的还是两类：模拟示波器和数字示波器.
模拟示波器是使用模拟控制电路的示波器，利用CRT显像管还原图像.工作原理和显像管电视机类似，主要通过显像管内部的电子枪发射电子束，电子束被加速和偏转后撞击荧光屏，引起荧光屏上的荧光物质发光，直接显示被测量的信号.
与模拟示波器的直接显示不同，数字示波器需对被测量信号进行相应处理.首先通过模数转换器将把被测电压转换为数字信息，并对数值进行存储，当确定采集的样值可以重现被测信号的波形时，数字示波器将在液晶显示屏上显示被测信号的波形.
另外，还有其它对示波器进行分类的方法.如根据显示信号的数量分，有单踪示波器、双踪示波器和多踪示波器；根据显示器类型分，有阴极射线管（CRT）示波器和彩色液晶显示（LCD）示波器；根据可以测量的信号频率范围可以分为低频示波器、中频示波器和高频示波器等.当然，这些种类的示波器就技术原理而言都可以归类为模拟或数字示波器.
2示波器的选用
利用示波器，可以测量出电路中某点的电信号随时间的变化规律.因此，既可以用示波器观察信号的特点，也可以用示波器检测电路故障，以及和传感器互联可以研究一些非电量的规律等，因此示波器的应用非常广泛.
目前，多数中学物理实验室使用的示波器为模拟示波器，有单踪示波器和双踪示波器，可以用来观测一些电信号的波形、比较多个信号的相互关系等，模拟示波器都可以胜任.当然，模拟示波器既有优点，也有不足之处，因此在使用及选择示波器时须先了解模拟及数字示波器各自的特点，根据需要恰当选择.
2.1模拟示波器的特点
首先，模拟示波器操作简单.其操作按钮都在前面板上，可以手动调节.其次，模拟示波器对信号反应及时，且垂直分辨率高，波形连续.再次，模拟示波器的数据更新快，单位时间内捕获的波形数量大，能对信号实时显示.
但是，模拟示波器也有不足之处.比如模拟示波器受工作频率范围的限制.对频率非常低的电信号，很难分辨出信号的波形，显示屏上呈现出缓慢移动的特征.在被测电信号频率较高时，模拟显示器在屏幕上同一位置投射的频度越低，因此显示出的波形较暗.
2.2数字示波器的特点
数字示波器内部电路采用数字器件，并用LCD液晶显示屏作为显示屏幕.工作时，先通过A/D转换将模拟波形转换成数字信息，存储在数字存储器内，显示时再从存储器中读出，并经D/A转换将波形在液晶显示屏上显示.和模拟示波器相比，数字示波器具有如下特点：
（1）显示直观，数字示波器可以将波形的形状、幅度、周期等物理量直接在屏幕上显示出来.（2）可进行捕捉和存储.对于非周期性出现的瞬态波形，可以使用数字示波器的屏幕捕捉按钮，捕捉并存储波形的相关物理量，进行观察和分析.这是模拟示波器所不具有的功能.（3）带宽高，并可以通过USB接口和电脑连接等.
在明确了两类重要示波器的特点后，在结合下列因素，即根据需要可以选择恰当的类型.
首先，要明确待观测的信号的特点.比如信号的类型，信号的复杂程度，是重复性信号还是瞬态信号.如是简单重复性信号，模拟示波器和数字示波器都可以胜任.由于学生实验中所观测的信号多数为简单重复性信号，使用现有的模拟示波器基本上都可以完成任务.但对于频率很低的信号，对于模拟示波器荧光屏的余辉时间很短，显示效果不好，同样对于快速上升及下降时间的低频信号也不能很好的显示.而数字示波器则不受此限制.
当需要频繁测量信号参数时，应选用数字示波器，因为数字示波器具有直观显示的能力，而模拟示波器需要使用者过多的调整.但如果想利用示波器进行设备的调整维护，则尽量选用模拟示波器，因为模拟示波器的实时显示特性使其可以迅速反应输入信号的变化，方便调整.相反，数字示波器由于要进行采用、运算、重构等步骤，会有较明显的时间延迟.
对于非重复性信号和瞬态信号的显示和分析，则只能选用数字示波器.因为数字示波器能够存储波形信息，而普通的模拟示波器则不具有此功能.
其次，要考虑示波器的类型.早期的示波器都是模拟示波器，不少使用者对模拟示波器十分熟悉，而对数字示波器较陌生，再加上模拟示波器具有可直接操作的面板按钮，价格相对便宜等，仍倾向于选择模拟示波器.其实随着电子技术的快速发展，数字示波器的模数转换速度、数据处理速度都有了大幅度的提高，功能更加完善，价格也不断降低，数字示波器的性价比逐步提高.同时，大部分数字示波器都有USB接口，可以通过USB线和电脑相连，在电脑中安装相应软件后就可以通过电脑对示波器进行控制，拓展了示波器的应用.
第三、需考虑示波器的带宽及示波器的通道数.
带宽是示波器能测量的信号的频率范围.带宽是示波器的重要指标之一，和放大器带宽定义相同，即所谓-3dB点，在示波器输入端输入正弦波信号时，幅度衰减至原信号幅度的0.707倍的那个频率点，称之为示波器带宽.随着被测信号频率的增加，示波器对信号的准确显示能力将下降，如果没有足够的带宽，示波器将无法分辨高频变化，所测得参数将不可靠.当然，示波器的更高的带宽其价格也会更高.
如果需要比较两个或多个信号间的关系，则需要选择多通道示波器，它可以同时输入多个信号，显示其波形及相关参数，便于比较.对于专用示波器，在选择时还需考虑触发方式、指标精度、功能多少等方面因素.
3基本使用方法
下面以DS1000数字示波器为例简要介绍数字示波器的使用方法.数字示波器的操作方法与计算机的操作类似，DS1000示波器的前面板的按键或旋钮都与相应的功能菜单对应，可根据需要在各功能菜单或其字菜单中设置相应参量.和模拟示波器使用前的调节类似，应先对示波器进行校准、垂直系统相关设置、水平系统相关设置、触发模式及方式设置、存储功能等方面的设置.
将输入探极和DS1000面板右下角的示波器校正信号输出端连接，信号校正输出端输出频率1000Hz、幅值3伏的方波信号，如在显示窗口的波形参数与此接近，则示波器正常.
Y输入设置方法.DS1000示波器具有双模拟输入通道，分别为CH1、CH2，两通道相互独立，通道参数设置菜单也相互独立，需分别设置，以CH1通道为例介绍设置方法.按CH1键，在显示屏右侧的功能菜单区域设置通道耦合方式、通道带宽限制、探头比例、垂直灵敏度设置等，调节垂直POSITION旋钮可以调节波形的垂直位置，调节垂直SCALE旋钮可以调整通道波形的显示幅度，可以使波形的位置、幅度适中.
X方向调整方法.调节水平POSITION旋钮可以调节波形的水平位置，调节水平SCALE旋钮可以调整示波器的水平扫描速率，可以使波形的水平位置、宽度适中.
和模拟示波器相比，数字示波器具有将被测信号存储和调出的功能.DS1000的信号存储和调出设置为：按前面板上的STORAGE键，弹出存储和调出功能菜单，通过该菜单及其子菜单可以对示波器内部存储区和外接USB设备上的波形和设置文件等进行保存、调入、调出、删除等操作等，实现捕获的信号数据的共享.
4示波器的维护
示波器在使用过程中也要注意保养与维护.工作环境要在合适的温度和湿度范围内，在放置或使用时，应远离强电场和强磁场，以免对仪器造成损坏.应定期清理示波器内部或表面的灰尘.另外，在使用较长时间后（半年时间左右），应对示波器进行校准，以保持其精度.
1了解示波器
早期的示波器为模拟示波器，目前大多数学校实验室使用的示波器仍然为模拟示波器.但随着电子技术的快速发展，数字示波器大量涌现并迅速发展，其性能已赶上且在某些方面超越了传统的模拟示波器.尽管示波器的分类方式较多，主要的还是两类：模拟示波器和数字示波器.
模拟示波器是使用模拟控制电路的示波器，利用CRT显像管还原图像.工作原理和显像管电视机类似，主要通过显像管内部的电子枪发射电子束，电子束被加速和偏转后撞击荧光屏，引起荧光屏上的荧光物质发光，直接显示被测量的信号.
与模拟示波器的直接显示不同，数字示波器需对被测量信号进行相应处理.首先通过模数转换器将把被测电压转换为数字信息，并对数值进行存储，当确定采集的样值可以重现被测信号的波形时，数字示波器将在液晶显示屏上显示被测信号的波形.
另外，还有其它对示波器进行分类的方法.如根据显示信号的数量分，有单踪示波器、双踪示波器和多踪示波器；根据显示器类型分，有阴极射线管（CRT）示波器和彩色液晶显示（LCD）示波器；根据可以测量的信号频率范围可以分为低频示波器、中频示波器和高频示波器等.当然，这些种类的示波器就技术原理而言都可以归类为模拟或数字示波器.
2示波器的选用
利用示波器，可以测量出电路中某点的电信号随时间的变化规律.因此，既可以用示波器观察信号的特点，也可以用示波器检测电路故障，以及和传感器互联可以研究一些非电量的规律等，因此示波器的应用非常广泛.
目前，多数中学物理实验室使用的示波器为模拟示波器，有单踪示波器和双踪示波器，可以用来观测一些电信号的波形、比较多个信号的相互关系等，模拟示波器都可以胜任.当然，模拟示波器既有优点，也有不足之处，因此在使用及选择示波器时须先了解模拟及数字示波器各自的特点，根据需要恰当选择.
2.1模拟示波器的特点
首先，模拟示波器操作简单.其操作按钮都在前面板上，可以手动调节.其次，模拟示波器对信号反应及时，且垂直分辨率高，波形连续.再次，模拟示波器的数据更新快，单位时间内捕获的波形数量大，能对信号实时显示.
但是，模拟示波器也有不足之处.比如模拟示波器受工作频率范围的限制.对频率非常低的电信号，很难分辨出信号的波形，显示屏上呈现出缓慢移动的特征.在被测电信号频率较高时，模拟显示器在屏幕上同一位置投射的频度越低，因此显示出的波形较暗.
2.2数字示波器的特点
数字示波器内部电路采用数字器件，并用LCD液晶显示屏作为显示屏幕.工作时，先通过A/D转换将模拟波形转换成数字信息，存储在数字存储器内，显示时再从存储器中读出，并经D/A转换将波形在液晶显示屏上显示.和模拟示波器相比，数字示波器具有如下特点：
（1）显示直观，数字示波器可以将波形的形状、幅度、周期等物理量直接在屏幕上显示出来.（2）可进行捕捉和存储.对于非周期性出现的瞬态波形，可以使用数字示波器的屏幕捕捉按钮，捕捉并存储波形的相关物理量，进行观察和分析.这是模拟示波器所不具有的功能.（3）带宽高，并可以通过USB接口和电脑连接等.
在明确了两类重要示波器的特点后，在结合下列因素，即根据需要可以选择恰当的类型.
首先，要明确待观测的信号的特点.比如信号的类型，信号的复杂程度，是重复性信号还是瞬态信号.如是简单重复性信号，模拟示波器和数字示波器都可以胜任.由于学生实验中所观测的信号多数为简单重复性信号，使用现有的模拟示波器基本上都可以完成任务.但对于频率很低的信号，对于模拟示波器荧光屏的余辉时间很短，显示效果不好，同样对于快速上升及下降时间的低频信号也不能很好的显示.而数字示波器则不受此限制.
当需要频繁测量信号参数时，应选用数字示波器，因为数字示波器具有直观显示的能力，而模拟示波器需要使用者过多的调整.但如果想利用示波器进行设备的调整维护，则尽量选用模拟示波器，因为模拟示波器的实时显示特性使其可以迅速反应输入信号的变化，方便调整.相反，数字示波器由于要进行采用、运算、重构等步骤，会有较明显的时间延迟.
对于非重复性信号和瞬态信号的显示和分析，则只能选用数字示波器.因为数字示波器能够存储波形信息，而普通的模拟示波器则不具有此功能.
其次，要考虑示波器的类型.早期的示波器都是模拟示波器，不少使用者对模拟示波器十分熟悉，而对数字示波器较陌生，再加上模拟示波器具有可直接操作的面板按钮，价格相对便宜等，仍倾向于选择模拟示波器.其实随着电子技术的快速发展，数字示波器的模数转换速度、数据处理速度都有了大幅度的提高，功能更加完善，价格也不断降低，数字示波器的性价比逐步提高.同时，大部分数字示波器都有USB接口，可以通过USB线和电脑相连，在电脑中安装相应软件后就可以通过电脑对示波器进行控制，拓展了示波器的应用.
第三、需考虑示波器的带宽及示波器的通道数.
带宽是示波器能测量的信号的频率范围.带宽是示波器的重要指标之一，和放大器带宽定义相同，即所谓-3dB点，在示波器输入端输入正弦波信号时，幅度衰减至原信号幅度的0.707倍的那个频率点，称之为示波器带宽.随着被测信号频率的增加，示波器对信号的准确显示能力将下降，如果没有足够的带宽，示波器将无法分辨高频变化，所测得参数将不可靠.当然，示波器的更高的带宽其价格也会更高.
如果需要比较两个或多个信号间的关系，则需要选择多通道示波器，它可以同时输入多个信号，显示其波形及相关参数，便于比较.对于专用示波器，在选择时还需考虑触发方式、指标精度、功能多少等方面因素.
3基本使用方法
下面以DS1000数字示波器为例简要介绍数字示波器的使用方法.数字示波器的操作方法与计算机的操作类似，DS1000示波器的前面板的按键或旋钮都与相应的功能菜单对应，可根据需要在各功能菜单或其字菜单中设置相应参量.和模拟示波器使用前的调节类似，应先对示波器进行校准、垂直系统相关设置、水平系统相关设置、触发模式及方式设置、存储功能等方面的设置.
将输入探极和DS1000面板右下角的示波器校正信号输出端连接，信号校正输出端输出频率1000Hz、幅值3伏的方波信号，如在显示窗口的波形参数与此接近，则示波器正常.
Y输入设置方法.DS1000示波器具有双模拟输入通道，分别为CH1、CH2，两通道相互独立，通道参数设置菜单也相互独立，需分别设置，以CH1通道为例介绍设置方法.按CH1键，在显示屏右侧的功能菜单区域设置通道耦合方式、通道带宽限制、探头比例、垂直灵敏度设置等，调节垂直POSITION旋钮可以调节波形的垂直位置，调节垂直SCALE旋钮可以调整通道波形的显示幅度，可以使波形的位置、幅度适中.
X方向调整方法.调节水平POSITION旋钮可以调节波形的水平位置，调节水平SCALE旋钮可以调整示波器的水平扫描速率，可以使波形的水平位置、宽度适中.
和模拟示波器相比，数字示波器具有将被测信号存储和调出的功能.DS1000的信号存储和调出设置为：按前面板上的STORAGE键，弹出存储和调出功能菜单，通过该菜单及其子菜单可以对示波器内部存储区和外接USB设备上的波形和设置文件等进行保存、调入、调出、删除等操作等，实现捕获的信号数据的共享.
4示波器的维护
示波器在使用过程中也要注意保养与维护.工作环境要在合适的温度和湿度范围内，在放置或使用时，应远离强电场和强磁场，以免对仪器造成损坏.应定期清理示波器内部或表面的灰尘.另外，在使用较长时间后（半年时间左右），应对示波器进行校准，以保持其精度.