COS-620示波器的原理与使用方法
[实验目的] (1)了解示波器的工作原理和技术指标；
(2)熟悉示波器面板上各旋钮的作用及其正确使用方法；
(3)用示波器测量信号的幅值、频率和同频率正弦信号的相位关系；
一、示波器的组成 1.1 荧光屏
荧光屏是示波管的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线,指示出信号波形的电压和时间之间的关系。水平方向指示时间,垂直方向指示电压。水平方向分为10格,垂直方向分为8格，每格又分为5份。垂直方向标有0％，10％，90％，100％等标志，水平方向标有10％，90％标志，供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。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。 1.2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。一般不应太亮，以保护荧光屏。
3.聚焦(Focus)
聚焦旋钮调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态。 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。 1.3 垂直偏转因数和水平偏转因数
（1）垂直偏转因数选择(VOLTS/DIV)和微调
在单位输入信号作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对X轴和Y轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为cm/V，cm/mV或者DIV/mV，DIV/V，垂直偏转因数的单位是V/cm，mV/cm或者V/DIV，mV/DIV。实际上因习惯用法和测量电压读数的方便,有时也把偏转因数当灵敏度。
双踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按1,2,5方式从 5mV/DIV到5V/DIV分为10档。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如波段开关置于1V/DIV档时,如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变化1V。
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。许多示波器具有垂直扩展功能,当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍(偏转因数缩小若干倍)。例如,如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采用×5扩展状态时,垂直偏转因数是0.2V/DIV。
在做数字电路实验时，在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5V信号的垂直移动距离之比常被用于判断被测信号的电压值。 （2）时基选择(TIME/DIV)和微调
时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。时基选择也通过一个波段开关实现,按
1、
2、5方式把时基分为若干档。波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值。例如在1μS/DIV档,光点在屏上移动一格代表时间值1μS。
“微调”旋钮用于时基校准和微调。沿顺时针方向旋到底处于校准位置时,屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值一致。逆时针旋转旋钮,则对时基微调。旋钮拔出后处于扫描扩展状态。通常为×10扩展,即水平灵敏度扩大10倍,时基缩小到1/10。例如在2μS/DIV档,扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的时间值等于2μS×(1/10)=0.2μS。 TDS实验台上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的时钟信号,由石英晶体振荡器和分频器产生,准确度很高,可用来校准示波器的时基。
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。例如COS5041型示波器标准信号源提供一个VP-P=2V,f=1kHz的方波信号。
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。旋转水平位移旋钮(标有水平双向箭头)左右移动信号波形,旋转垂直位移旋钮(标有垂直双向箭头)上下移动信号波形。 1.4 输入通道和输入耦合选择
（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信号和通道2信号。测试信号时,首先要将示波器的地与被测电路的地连接在一起。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“×1”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“×10\"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。 （2）输入耦合方式
输入耦合方式有三种选择：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。当选择“地”时,扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号。交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号。在数字电路实验中,一般选择“直流”方式,以便观测信号的绝对电压值。 1.5 触发
被测信号从Y轴输入后,一部分送到示波管的Y轴偏转板上,驱动光点在荧光屏上按比例沿垂直方向移动;另一部分分流到x轴偏转系统产生触发脉冲,触发扫描发生器,产生重复的锯齿波电压加到示波管的X偏转板上,使光点沿水平方向移动,两者合一,光点在荧光屏上描绘出的
图形就是被测信号图形。由此可知,正确的触发方式直接影响到示波器的有效操作。为了在荧光屏上得到稳定的、清晰的信号波形,掌握基本的触发功能及其操作方法是十分重要的。
（1）触发源(Source)选择
要使屏幕上显示稳定的波形,则需将被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号加到触发电路。触发源选择确定触发信号由何处供给。通常有三种触发源：内触发(INT)、电源触发(LINE)、外触发EXT)。
内触发使用被测信号作为触发信号,是经常使用的一种触发方式。由于触发信号本身是被测信号的一部分,在屏幕上可以显示出非常稳定的波形。双踪示波器中通道1或者通道2都可以选作触发信号。
电源触发使用交流电源频率信号作为触发信号。这种方法在测量与交流电源频率有关的信号时是有效的。特别在测量音频电路、闸流管的低电平交流噪音时更为有效。
外触发使用外加信号作为触发信号,外加信号从外触发输入端输入。外触发信号与被测信号间应具有周期性的关系。由于被测信号没有用作触发信号,所以何时开始扫描与被测信号无关。
正确选择触发信号对波形显示的稳定、清晰有很大关系。例如在数字电路的测量中,对一个简单的周期信号而言,选择内触发可能好一些,而对于一个具有复杂周期的信号,且存在一个与它有周期关系的信号时,选用外触发可能更好。 （2）触发耦合(Coupling)方式选择
触发信号到触发电路的耦合方式有多种,目的是为了触发信号的稳定、可靠。这里介绍常用的几种。
AC耦合又称电容耦合。它只允许用触发信号的交流分量触发,触发信号的直流分量被隔断。通常在不考虑DC分量时使用这种耦合方式,以形成稳定触发。但是如果触发信号的频率小于10Hz,会造成触发困难。
直流耦合(DC)不隔断触发信号的直流分量。当触发信号的频率较低或者触发信号的占空比很大时,使用直流耦合较好。
低频抑制(LFR)触发时触发信号经过高通滤波器加到触发电路,触发信号的低频成分被抑制;高频抑制(HFR)触发时,触发信号通过低通滤波器加到触发电路,触发信号的高频成分被抑制。此外还有用于电视维修的电视同步(TV)触发。这些触发耦合方式各有自己的适用范围,需在使用中去体会。
（3）触发电平(Level)和触发极性(Slope)
触发电平调节又叫同步调节,它使得扫描与被测信号同步。电平调节旋钮调节触发信号的触发电平。一旦触发信号超过由旋钮设定的触发电平时,扫描即被触发。顺时针旋转旋钮,触发电平上升;逆时针旋转旋钮,触发电平下降。当电平旋钮调到电平锁定位置时,触发电平自动保持在触发信号的幅度之内,不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。当信号波形复杂,用电平旋钮不能稳定触发时,用释抑(Hold Off)旋钮调节波形的释抑时间(扫描暂停时间),能使扫描与波形稳定同步。
极性开关用来选择触发信号的极性。拨在“+”位置上时,在信号
增加的方向上,当触发信号超过触发电平时就产生触发。拨在“-”位置上时,在信号减少的方向上,当触发信号超过触发电平时就产生触发。触发极性和触发电平共同决定触发信号的触发点。 1.6 扫描方式(SweepMode)
扫描有自动(Auto)、常态(Norm)和单次(Single)三种扫描方式。
自动：当无触发信号输入,或者触发信号频率低于50Hz时,扫描为自激方式。
常态：当无触发信号输入时,扫描处于准备状态,没有扫描线。触发信号到来后,触发扫描。
单次：单次按钮类似复位开关。单次扫描方式下,按单次按钮时扫描电路复位,此时准备好(Ready)灯亮。触发信号到来后产生一次扫描。单次扫描结束后,准备灯灭。单次扫描用于观测非周期信号或者单次瞬变信号,往往需要对波形拍照。
二、示波器的技术指标和前面板介绍 2.1示波器的技术指标
2.2示波器前面板介绍
CRT：7-电源
主电源开关，当此开关开启时，发光二极管6发亮； 1-亮度
调节光迹或亮点的亮度； 3-聚焦
调节光迹或亮点的清晰度；
4-轨迹旋转 半固定的电位器用来调整水平轨迹与刻度线的平行； 30-滤波片
使波形显示效果更舒适。 垂直轴：
17-CH1(X)输入：Y1通道输入端，在X-Y模式下，作为X轴输入端。
18-CH2(Y)输入：Y2通道输入端，在X-Y模式下，作为Y轴输入端。 28,33- CH1 和CH2的DC BAL：用于两个通道的衰减器平衡调试 15,16- AC-GND-DC：旋转垂直轴输入信号的输入方式。
AC：交流耦合；
GND：垂直放大器的输入接地，输入端断开； DC：直流耦合；
11,12-垂直衰减开关：调节垂直偏转灵敏度从1mV/div～1V/div分12档。
13,14-垂直微调：微调比≥2.5:1，在校正位置时，灵敏度校正为标示值。 8,9-垂直位移：调节光迹在屏幕上的垂直位置。 10-垂直方式：选择CH1 与CH2放大器的工作方式；
CH1 与CH2：通道1或者通道2单独显示 DUAL：两个通道同时显示
ADD：显示两个通道的代数和CH1 +CH2。按下CH2 INV 35按钮，为代数差CH1 -CH2。
32-ALT/CHOP：在双踪显示时，放开此键，通道1与通道2交替显示（通常用于扫描速度较快的情况）；当此键按下时，通道1与通道2同时断续显示（通常用于扫描速度较慢的情况）
35- CH2 INV：通道2的信号反相，当此键按下时，通道2的信号以及通道2的触发信号同时反相。 触发：
20-外触发输入端子：用于外部处理信号，当使用该功能时，触发源选
择开关应设置在EXT的位置上。
21-触发源选择：选择内（INT）或外（EXT）触发
CH1：当垂直方式选择开关10设定在DUAL或ADD状态下，选择通道1作为内部触发信号源。
CH2：当垂直方式选择开关10设定在DUAL或ADD状态下，选择通道2作为内部触发信号源。
LINE：选择交流电源作为触发信号。
EXT：外部触发信号接于20作为触发信号源。
TRIG ALT 22：当垂直方式选择开关10设定在DUAL或ADD状态下，而且触发源开关21选在通道1或者通道2上，按下此键时，则以交替选择通道1和通道2作为内触发信号源。
23-极性：触发信号的极性选择。“+”上升沿触发，“-”下降沿触发。 24-触发电平：显示一个同步稳定的波形，并设定一个波形的起始点，向“+”（顺时针）旋转触发电平增大，向“-”（逆时针）旋转触发电平减小。
27-触发方式：选择触发方式
AUTO：自动 当没有触发信号输入时扫描在自动模式下。 NORM：常态 当没有触发信号时，踪迹在待命状态（并不显示）。 TV-V：电视场 适用于观察一场的电视信号。
TV-H：电视场行 适用于观察一行的电视信号。（仅当同步信号为负脉冲时，方可同步电视场和电视行）
24-触发电平锁定：将触发电平旋转24向逆时针方向转到底且听到咔
哒一声后，触发电平被锁定在一个固定电平上，这时改变扫描速度或信号幅度时，不再需要调节触发电平，即可获得同步信号。 时基：
26-水平扫描速度开关：扫描速度可以分为19档，从0.2uS/div到0.2S/div。（当设置到X-Y位置时该开关不起作用。）
25-水平微调：微调水平扫描时间，使扫描时间被校正到与面板上TIME/DIV指示一致。TIME/DIV扫描速度可连续变化，当顺时针旋转到底为校正位置。整个延时可达2.5倍甚至更多。 29-水平位移：调节光迹在屏幕上的水平位置。 31-扫描扩展开关：按下时扫描速度扩展10倍。 其它：
5-CAL：提供幅度为2Vp-p频率为1KHz的方波信号，用于校正10:1探头的补偿电容器和检测示波器垂直与水平的偏转因数。 19-GND：示波器机箱的接地端子。
三、示波器的使用方法
使用前，AC-DC按钮置AC位置；亮度旋钮适当。打开电源开关，指示灯亮。调整亮度、聚焦旋钮，使光点最小，调整水平位移和垂直位移旋钮；将光点调到屏幕中央，注意不要让光点长时间停留在某一固定位置，以免灼伤屏幕。预热几分钟示波器就可使用了。
1、如何读出被测信号的幅度值
被测信号的幅度值等于被测信号在垂直方向所占的格数与伏/DIV选择开关（垂直幅度）的乘积，用公式表示就是：
幅度值＝伏/DIV选择开关的挡位×被测信号所占格数 例如：图1-1中是：伏/DIV选择开关置于0.5V/DIV，扫描时间选择开关（扫描速度）置于0.5ms/DIV，测试探头置于1：1时，测得的某一振荡信号的波形，从图中可以看出，该波形的峰值在垂直方向上占4格，根据以上公式，可知该信号的幅度值为
0.5 V/DIV ×4格＝2V 若测试探头置于10：1，则被测信号的幅度值应乘以10，即2V×10=20V。
图1-1 正弦波信号
2、如何读出被测信号的周期和频率
示波器上显示的波形的周期和频率，用波形在X轴上所占的格数来表示。被测信号一个完整的波形所占的格数与扫描时间开关的挡位的乘积，就是该波形的周期T。周期的倒数就是频率（f）。用公式表示就是：
周期（T）=扫描时间选择开关的挡位×被测信号一个周期在水平方向上所占的格数，频率（f）=1/T。
例如：图1-1，从图中可以看出，被测信号在一个周期内占用4个格，所以被测信号的周期为 0.5ms×4＝2ms
频率为f=1/T=1/2ms＝1/0.002s＝500Hz
3、电压的测量 （1）直流电压的测量
置输人耦合开关于“DC”位置，扫描时间选择开关可置任意挡，被测信号直接从Y轴输人，若扫描线原在中间，则正电压输人后，扫描线上移，负电压输人后，扫描线下移，扫描线偏移的格数乘以伏/DIV选择开关的挡位，即可计算出输人信号的直流电压值。
例如：图1-1是输人耦合开关置于“AC”位置所测得的信号，若将输人藕合开关置于“DC”后，被测信号波形向上平移了3个格，则根据以上可知：被测点的直流电压为3*0.5V/DIV=1.5V，若使用的是10：1探头，则被测信号的波形幅度为3 * 0.5V/DIVX 10=15V （2）交流电压的测量
置输人藕合开关于“AC\"位置，将交流信号从Y轴输人，就能测量信号波形峰一峰间或某两点间的电压幅值。从屏幕上读出波形峰一峰间所占的格数，将它乘以伏/DIV选择开关的挡位，即可计算出被测信号的交流电压值。
（3）频率和周期的测量
置输人祸合开关于“AC，，位置，观察屏幕上信号波形的一个周期内在水平方向上所占的格数，则信号的周期为扫描时间选择开关的挡位与格数的乘积，信号的频率为周期的倒数。
4、示波器使用中的一些技巧
（1）测试前，应首先估算被测信号的幅度大小，若不明确，应将
示波器的伏/DIV选择开关置于最大挡，避免因电压过大因损坏示波器。
（2）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。
（3）示波器可作为高内阻的电流电压表使用。大家都知道，电压表的输人阻抗越高越好，电流表的输人阻抗越小越好，用阻抗高的电压表测量才会更准确，对电路的工作状态不会造成影响。液晶彩显电路中有一些高内阻电路，若用普通万用表测电压，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起万用表要高得多，使用示波器直流输人方式，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。
（4）用示波器可以清楚地看出直流电压上的纹波系数，便于判断电源电路的工作情况。使用时，示波器时要选择DC挡，然后选择量程，一般选择0.5 V、1V的挡。
