下面就示波器的電壓、時(shí)間、相位和頻率這4種測(cè)量方法進(jìn)行分析。
一、電壓的測(cè)量
利用示波器所做的任何測(cè)量,都是歸結(jié)為對(duì)電壓的測(cè)量。示波器可以測(cè)量各種波形的電壓幅度,既可以測(cè)量直流電壓和正弦電壓,又可以測(cè)量脈沖或非正弦電壓的幅度。更有用的是它可以測(cè)量一個(gè)脈沖電壓波形各部分的電壓幅值,如上沖量或頂部下降量等。這是其他任何電壓測(cè)量儀器都不能比擬的。
1.直接測(cè)量法
所謂直接測(cè)量法,就是直接從屏幕上量出被測(cè)電壓波形的高度,然后換算成電壓值。定量測(cè)試電壓時(shí),一般把y軸靈敏度開關(guān)的微調(diào)旋鈕轉(zhuǎn)至“校準(zhǔn)”位置上,這樣,就可以從“v/div”的指示值和被測(cè)信號(hào)占取的縱軸坐標(biāo)值直接計(jì)算被測(cè)電壓值。所以,直接測(cè)量法又稱為標(biāo)尺法。
(1)交流電壓的測(cè)量
將y軸輸入耦合開關(guān)置于“ac”位置,顯示出輸入波形的交流成分。如交流信號(hào)的頻率很低時(shí),則應(yīng)將y軸輸入耦合開關(guān)置于“dc”位置。
將被測(cè)波形移至示波管屏幕的中心位置,用“v/div”開關(guān)將被測(cè)波形控制在屏幕有效工作面積的范圍內(nèi),按坐標(biāo)刻度片的分度讀取整個(gè)波形所占y軸方向的度數(shù)h,則被測(cè)電壓的峰-峰值vp-p可等于“v/div”開關(guān)指示值與h的乘積。如果使用探頭測(cè)量時(shí),應(yīng)把探頭的衰減量計(jì)算在內(nèi),即把上述計(jì)算數(shù)值乘10.
例如示波器的y軸靈敏度開關(guān)“v/div”位于0.2檔級(jí),被測(cè)波形占y軸的坐標(biāo)幅度h為5div,則此信號(hào)電壓的峰-峰值為1v.如是經(jīng)探頭測(cè)量,仍指示上述數(shù)值,則被測(cè)信號(hào)電壓的峰-峰值就為10v.
(2)直流電壓的測(cè)量
將y軸輸入耦合開關(guān)置于“地”位置,觸發(fā)方式開關(guān)置“自動(dòng)”位置,使屏幕顯示一水平掃描線,此掃描線便為零電平線。
將y軸輸入耦合開關(guān)置“dc”位置,加入被測(cè)電壓,此時(shí),掃描線在y軸方向產(chǎn)生跳變位移h,被測(cè)電壓即為“v/div”開關(guān)指示值與h的乘積。
直接測(cè)量法簡單易行,但誤差較大。產(chǎn)生誤差的因素有讀數(shù)誤差、視差和示波器的系統(tǒng)誤差(衰減器、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、示波管邊緣效應(yīng))等。
2.比較測(cè)量法
比較測(cè)量法就是用一已知的標(biāo)準(zhǔn)電壓波形與被測(cè)電壓波形進(jìn)行比較求得被測(cè)電壓值。
將被測(cè)電壓vx輸入示波器的y軸通道,調(diào)節(jié)y軸靈敏度選擇開關(guān)“v/div”及其微調(diào)旋鈕,使熒光屏顯示出便于測(cè)量的高度hx并做好記錄,且“v/div”開關(guān)及微調(diào)旋鈕位置保持不變。去掉被測(cè)電壓,把一個(gè)已知的可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電壓vs輸入y軸,調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電壓的輸出幅度,使它顯示與被測(cè)電壓相同的幅度。此時(shí),標(biāo)準(zhǔn)電壓的輸出幅度等于被測(cè)電壓的幅度。比較法測(cè)量電壓可避免垂直系統(tǒng)引起和誤差,因而提高了測(cè)量精度。
二、時(shí)間的測(cè)量
示波器時(shí)基能產(chǎn)生與時(shí)間呈線性關(guān)系的掃描線,因而可以用熒光屏的水平刻度來測(cè)量波形的時(shí)間參數(shù),如周期性信號(hào)的重復(fù)周期、脈沖信號(hào)的寬度、時(shí)間間隔、上升時(shí)間(前沿)和下降時(shí)間(后沿)、兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差等等。
將示波器的掃速開關(guān)“t/div”的“微調(diào)”裝置轉(zhuǎn)至校準(zhǔn)位置時(shí),顯示的波形在水平方向刻度所代表的時(shí)間可按“t/div”開關(guān)的指示值直讀計(jì)算,從而較準(zhǔn)確地求出被測(cè)信號(hào)的時(shí)間參數(shù)。
三、相位的測(cè)量
利用示波器測(cè)量兩個(gè)正弦電壓之間的相位差具有實(shí)用意義,用計(jì)數(shù)器可以測(cè)量頻率和時(shí)間,但不能直接測(cè)量正弦電壓之間的相位關(guān)系。利用示波器測(cè)量相位的方法很多,下面,僅介紹幾種常用的簡單方法。
1.雙蹤法
雙蹤法是用雙蹤示波器在熒光屏上直接比較兩個(gè)被測(cè)電壓的波形來測(cè)量其相位關(guān)系。測(cè)量時(shí),將相位超前的信號(hào)接入yb通道,另一個(gè)信號(hào)接入ya通道。選用yb觸發(fā)。調(diào)節(jié)“t/div”開關(guān),使被測(cè)波形的一個(gè)周期在水平標(biāo)尺上準(zhǔn)確地占滿8div,這樣,一個(gè)周期的相角360°被8等分,每1div相當(dāng)于45°。讀出超前波與滯后波在水平軸的差距t,按下式計(jì)算相位差φ:
φ=45°/div×t(div)
如t==1.5div ,則φ=45°/div×1.5div=67.5°
2.李薩如圖形法測(cè)相位
將示波器的x軸選擇置于x軸輸入位置,將信號(hào)u1接入示波器的y軸輸入端,信號(hào)u2接入示波器的x軸輸入端。適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器面板上相關(guān)旋鈕,使熒光屏上顯現(xiàn)一個(gè)大小適宜的橢圓(在特殊情況下,可能是一個(gè)正圓或一根斜線)。
四、頻率的測(cè)量
用示波器測(cè)量信號(hào)頻率的方法很多,下面介紹常用的兩種基本方法。
1.周期法
對(duì)于任何周期信號(hào),可用前述的時(shí)間間隔的測(cè)量方法,先測(cè)定其每個(gè)周期的時(shí)間t,再用下式求出頻率f :f=1/t
例如示波器上顯示的被測(cè)波形,一周期為8div,“t/div”開關(guān)置“1μs”位置,其“微調(diào)”置“校準(zhǔn)”位置。則其周期和頻率計(jì)算如下:
t=1us/div×8div = 8us
f= 1/8us =125khz
所以,被測(cè)波形的頻率為125khz.
2.李薩育圖形法測(cè)頻率
將示波器置x-y工作方式,被測(cè)信號(hào)輸入y軸,標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)輸入“x外接”,慢慢改變標(biāo)準(zhǔn)頻率,使這兩個(gè)信號(hào)頻率成整數(shù)倍時(shí),例如fx :
fy=1:2,則在熒光屏上會(huì)形成穩(wěn)定的李沙育圖形。