示波器的使用入门教程

j2458示波器正确使用方法(j2459示波器使用方法视频)

我们都知道万用表(又称欧姆表)是工程师调试电路最常用的工具，但是它的作用非常有限。如果需要观测一些随时间变化的参数，如频率、幅度、噪声等。，示波器是最好的选择。

我们先来看看示波器是什么。的主要目的是什么？

示波器的主要用途是把随时间变化的电信号以图形的形式画出来。大多数示波器使用二维图形，时间为X轴，电压为Y轴。

横轴是时间，纵轴是电压。

示波器屏幕周围的控制按钮可以调整图形的显示比例，显示器的水平和垂直比例可以调整，从而可以在时间和幅度维度上对信号进行缩放和查看。还有一个旋钮可以调节“触发器”，以帮助“稳定”波形的显示。

除了这些基本功能，示波器还可以帮助工程师快速量化被测信号的频率、幅度等波形参数。简而言之，示波器可以测试基于时间和基于电压的参数，如下所示:

基于时间的参数：频率和周期、占空比、上升时间和下降时间等电压参数：幅度、最大电压、最小电压、平均电压等

你什么时候会使用示波器？

在调试电路的输入、输出以及中间系统的时候用以确定信号的频率和幅度，基于这些信息可以判断电路的工作是否正常确定电路中噪声的大小判断波形的形状-正弦波、方波、三角板、锯齿波、复合波形等等测量两个不同信号的相位差

示波器的选择依据

示波器的功能、性能、价格差别很大。示波器的选择需要根据使用场景(考虑未来所有可能的项目需求)并结合自己的预算来做。需要考虑的主要参数如下:

数字 vs. 模拟 – 早期的模拟示波器将输入的电压以电子束的方式直接打在显示屏上；数字示波器内部由微处理器控制，通过模数转换器（ADC）将输入的模拟信号进行量化，并经过一系列的处理后将量化的波形显示出来。一般来讲，早期的模拟示波器带宽相对较低，功能较少，但响应时间也许更快，且没有数字示波器由于采样带来的混叠频率，随着科技的发展目前主流的都已经是数字示波器，除非特殊的场合需要模拟示波器；通道数 – 可以同时处理的模拟信号输入的数量，2通道最为常见，其次是4通道；带宽 – 能够可靠测量的模拟信号的频率范围，一般以MHz为单位来表示，下面的图可以看出来如果模拟带宽不够对被测波形的影响。

模拟带宽对信号波形的影响

取样率 – 这是数字示波器特有的指标，反映了对模拟信号以每秒多少次的速度进行采样。有的多通道示波器，当多个通道同时使用的时候采样率可能会降低，一般以MSa/S来表示，示波器的最高采样率应该大于4倍的模拟带宽。上升时间 – 示波器的上升时间决定了其能够测量的最快的上升脉冲，这个指标与带宽高度相关，可以用这个公式来换算：Rise Time = 0.35 / Bandwidth.最大输入电压 – 每种电子产品都有其能够承受电压的最高极限，示波器的最高输入电压指的是，如果输入的信号电压超过这个值，极有可能会损毁示波器。分辨率 – 表征了对输入电压的量化精度，一般高速的示波器都采用8bit的高速ADC对模拟信号进行量化采样。垂直灵敏度 – 这个值表征了垂直显示的电压量程的最小和最大值，单位是伏/格。时间基准 – 表征了水平的时间轴的灵敏度范围，单位是秒/格输入阻抗 – 如果被测信号为很高频率的信号，即便是非常小的阻抗（电阻、电容、电感）叠加在电路上都会对信号带来比较大的影响。每一个示波器都会对测量的电路增加一定的阻抗，这个阻抗就是输入阻抗，它一般是比较大的电阻(gt;1 MΩ)与比较小的电容（在pF的范围）并联 (||). 在测量非常高频率的信号的时候输入阻抗的影响就变得比较明显，可以通过调节使用的探头来进行补偿。

以Rigol的DS1204B为例，看看这个示波器的指标:

了解这些参数的意义对于您选择合适的示波器非常重要。接下来，我们来谈谈如何正确使用示波器。

示波器的组成

各种示波器的功能基本相同，都有一些共同的属性——显示、水平线、垂直线、触发、输入等。

数字示波器内部结构框图

数字示波器面板

显示部分

示波器最重要的作用是以时间为坐标显示你要测量的电信号，所以它是示波器最重要的部分之一。

示波器的显示界面一般是由多条水平线和垂直线组成的网格。垂直刻度单位是伏特/格，水平刻度单位是秒/格。一般来说，示波器的显示屏在垂直方向(伏特)有8-10帧，水平方向(秒)有10-14帧。

越来越多的数字示波器采用多色液晶屏，可以方便地在一个屏幕上显示多个波形(不同颜色)。

一般在显示屏外围(右侧或底部)有五个输入按钮，用于切换菜单和控制设置。

垂直调整

示波器屏幕的垂直显示显示被测信号的电压，其显示控制通常是通过两个旋钮:一个是调整波形在垂直方向的位置，另一个是调整每个网格的刻度(伏特/网格)。

调节垂直显示比例的旋钮

具有DC偏移的信号

通过调节这两个旋钮，可以观察到波形的细节。例如，如果你想仔细观察一个5V方波信号的上升沿，你可以通过调节这两个旋钮来放大上升沿。

水准测量

示波器的水平部分是一个时间刻度。就像垂直调节一样，有两个水平调节按钮——调节左右移动和改变刻度大小(以秒/帧为单位)。

左右位置的旋钮可以左右移动显示波形，屏幕上显示多少周期的波形可以通过水平比例的按钮调节。

您可以通过水平缩放按钮水平放大波形以查看细节。

通过水平和垂直调整，波形显示恰到好处。

触发系统

触发系统主要用于稳定波形显示和使示波器聚焦。通过调整“触发”按钮，可以告诉示波器从哪个起始点开始测量。如果被测信号是周期波形，通过设置触发器，波形可以稳定地显示在屏幕上，就像它是静止的一样。如果没有正确调整触发器，波形将在屏幕上四处流动，无法稳定。

示波器的触发部分一般包含一个触发电平按钮和几个用于选择触发源和触发类型的按钮。调节“触发电平按钮”可以将触发点设置为固定的电压值。

其他按钮和屏幕菜单一起构成触发系统的其余部分，主要用于选择触发源和触发模式。几种常见的触发器类型:

最基本的边沿触发—当输入信号的电压超过某一个设定的电平，示波器开始测量。可以设置为上升沿或下降沿触发，或者两个沿都可以触发。脉冲触发—遇到某种指定的电压脉冲的时候示波器开始测量，你可以指定脉冲的宽度以及脉冲的方向。斜坡触发—正向或负向的波形斜坡超过了某一个指定的时间则启动示波器的测量还有一些更复杂的触发机制用以检测某些标准的波形，比如NTSC或PAL信号

左边的菜单可以看到不同的触发类型。

探针部分

示波器的测量离不开与被测电路相连的探头。它是一个单输入设备，将电信号从被测电路传输到示波器。它有一个尖锐的尖端来接触你要测试的电路的测试点。在许多情况下，这种尖端将配有钩子、镊子或夹子，以便于连接到被测电路。每个探针都有一个接地夹，在测试过程中，接地夹应该安全地连接到被测电路的公共地。

探针看起来很简单，但使用起来更有学问。大部分硬件工程师都不会用示波器的探头。让我们看看发生了什么:

理想情况下，示波器的探头应该对被测信号没有影响，但现实情况是其长连接不可避免地存在杂散电感、电容和电阻。因此，在任何情况下，它们都会影响示波器对待测信号的解释，尤其是在非常高的频率下。

探头有很多种，最常用的是大多数示波器自带的无源衰减探头。它有一个大电阻和一个小电容并联，有助于减少探针长电缆对被测电路的负载影响。该内部高阻与示波器输入端的电阻串联，形成输入信号的分压。

示波器探头的内部等效阻抗及其与示波器输入的连接

大多数示波器探头的内阻为9 mω电阻，与示波器输入端的标准1 mω输入电阻相连，形成1/10分压。这种探头称为10X衰减探头。很多探头都有一个开关，可以切换衰减是10:1 (10X)还是无衰减(1X)。

衰减探头在高频应用中可以保证很高的精度，但不好的地方是它先把输入信号衰减10倍。如果你要测量的信号是幅度很小的微弱信号，最好使用1x探头，不要衰减。这时候你需要设置示波器的菜单，通知它衰减发生了变化。很多示波器可以自动检测探头是否衰减。

除了刚才说的无源衰减探头，还有一种有源探头(单独供电)，它可以将待测信号放大甚至预处理后再送入示波器；有一个探头能够测量交流或DC电流。电流探针通常围绕待测信号线，但不接触待测电路。

示波器的使用步骤

1选择并设置探头。

首先，根据自己的需求选择合适的探头。对于大多数测量信号，可以使用您购买的仪器附带的简单无源探头。

接下来设置探头的衰减，一般是10X，这是很多场合的最佳选择。如果想要测量幅度相对较小的信号，可以将其设置为1X。

连接探头并打开示波器。

将探头连接到示波器的第一个通道，打开示波器的开关，开始运行。你可以在示波器的屏幕上看到一条水平线形成的方块、刻度和波形，有微弱的噪声波动。

屏幕上将显示上次关机前设置的时间(水平方向)和电压(垂直方向)刻度。你不需要担心这些，调节相应的旋钮并将示波器设置为标准设置:

打开通道1，关掉通道2；设置通道1为直流耦合；设置触发源为通道1 – 没有外接的信号源或其它通道的信号对此进行触发；设置触发类型为上升沿触发, 触发模式为自动；确认示波器探头的衰减设置同你使用的探头的状态一致（例如1X, 10X）；

3校准探针

通常，示波器会在其面板右下方提供一个内部产生的方波测试信号，该信号具有高可靠性、固定的频率和幅度，用于校准。它有两个独立的连接点，一个用于输出校准信号，一个用于连接到系统的地。将探头的接地夹接到该测试信号的接地端，将示波器的探头接到测试信号的输出端。

旋转水平和垂直调节按钮，以便在屏幕上正确显示波形，调节“触发”按钮，以便在屏幕上稳定显示波形。

4.补偿衰减的探针。

如果探头设置为10X，但发现显示的方波波形不是严格的方波，就需要进行阻抗补偿——用小螺丝刀调整探头上的并联电容，如下图所示。

高频下探头的等效电路

调整时，可以看到屏幕上的波形在变化。

直到屏幕上显示的波形是一个完美的方波。记住，只有在使用10X时才需要补偿调整。

对于被测电路，示波器探头示波器相当于一个与Cload并联的10MΩ的电阻，根据这个等效电路可以计算出对被测电路的影响。

探头校准后，您可以测量电路上的信号。测量时的一些技巧:

1使用不影响性能的方便、安全的连接方法——将探针的接地夹连接到该点。有时候需要在电路板上焊一根很细的线，方便探头的接地夹。探头的尖端也可以通过带有d簧、钩子等的夹子方便地连接到待测信号点。–简而言之，要找到一种方法，你不必一直用手拿着探头。

2.避免测量方法不当产生的噪声——如果待测信号是高频(几十MHz)信号，用示波器测试时接地线的连接要尽可能短，否则探头的接地线和探头尖端形成的回路会形成天线，待测点附近的高频信号(无线电波在空和板上开关的信号辐射之间)会被接收并叠加在待测信号上，给自己带来极大的调试。大多数情况下，需要将同轴线直接焊接在电路板上，以避开接收电路。

3.熟悉您使用的仪器的所有测量工具——不同的示波器有不同的测量功能。可以查看使用说明书，调整各个按钮，充分熟悉所用仪器的功能，如周期、峰峰值、脉冲宽度、比值空、上升沿、下降沿、平均电压等的测量。以及如何使用FFT函数。什么可以自动测量和显示？

使用示波器的测量工具获取Vpp、Vmax、频率、周期、比值空等信息。

参数的自动计算和显示

4.手动测量波形参数–可以通过移动光标来读取和计算。移动光标时，时间和电压值会发生变化。光标通常成对出现。您可以通过读取两个光标之间的差异来获得所需的信息。

用光标测量方波的过冲振铃

5.波形比较-根据您的测量结果，您可以调整电路，并在调整后再次测量。有些示波器有保存和打印波形的功能，所以你可以调出以前测试的信号进行比较。

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