(一)電壓的測(cè)量 利......



(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?jī)x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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)置于“地”位置，觸發(fā)方式開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)指示值與H的乘積。
直接測(cè)量法簡(jiǎn)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(kāi)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(kāi)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(lái)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(kāi)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(kāi)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?jī)蓚€(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(jiǎn)單方法。
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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(lái)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(kāi)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.李沙育圖形法測(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)。
形成橢圓的原理如圖5-13所示。
由圖可見(jiàn)，設(shè)Y軸偏轉(zhuǎn)板上的信號(hào)u1導(dǎo)前于X軸偏轉(zhuǎn)板上的信號(hào)u21/8周期，設(shè)u2的初相為零，即φ2=0，因此當(dāng)u2為零時(shí)，u1為一個(gè)較大的值。如圖中的“0”點(diǎn)。此時(shí)，熒光屏上的光點(diǎn)也相應(yīng)地位于“0”點(diǎn)。隨著時(shí)間的變化，u1上升，u2也上升，則熒光屏上的光點(diǎn)向右上方移動(dòng)。當(dāng)經(jīng)1/8周期后，u1、u2分別到達(dá)“1”點(diǎn)，此時(shí)u1到達(dá)最大值，u2為一個(gè)較大的值，熒光屏上的光點(diǎn)位于相應(yīng)的“1”。如此繼續(xù)下去，熒光屏上的光點(diǎn)將描出一個(gè)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的橢圓。如果u1滯后于u2則形成一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的橢圓。當(dāng)然，這只有在信號(hào)頻率很低時(shí)(如幾赫茲)，且在短余輝的熒光屏上便會(huì)清楚地看到熒光屏上的光點(diǎn)順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。由上述可見(jiàn)橢圓的形狀是隨兩個(gè)正弦信號(hào)電壓u1、u2相位差的不同而不同。因此可以根據(jù)橢圓的形狀確定兩個(gè)正弦信號(hào)之間的相位差Δφ。在圖5-13中設(shè)A是橢圓與Y軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)，B是橢圓上各點(diǎn)坐標(biāo)的最大值。由圖可見(jiàn)，A是對(duì)應(yīng)于t=0時(shí)u1的瞬時(shí)電壓，即
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A=Um1sinφ1
B是對(duì)應(yīng)于u1的幅值，即
B=Um1
于是 A/B=(Um1sinφ1)/ Um1= sinφ1
來(lái)表示。在實(shí)際測(cè)試中為讀數(shù)方便，常讀取2A，2B(或2C，2D)，按式
Δφ=arc sin(2A/2B)或Δφ=arc sin(2C/2D)
來(lái)計(jì)算相位差。
圖5-14所示的各種圖形分別表示正弦信號(hào)電壓在不同相位差時(shí)的情況。不難看出，如果橢圓的主軸在第1和第3象限內(nèi)，則相位差在0°～90°或270°～360°之間;如果主軸在第2和第4象限內(nèi)，相位差在90°～180°或180°～270°之間。
圖5-14 不同相位差時(shí)的圖形
(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(kāi)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.李沙育圖形法測(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 :