示波器使用中的常見問題

示波器使用中的常見問題
1． 開機后，示波器黑屏怎么辦？
所謂黑屏，就是示波器的熒光屏看起來沒有任何光點，好像沒有開機一樣。造成這種現(xiàn)象的主要原因有以下幾種：
1） 示波器的輝度不合適
示波器輝度被調(diào)整而引起黑屏的現(xiàn)象一般出現(xiàn)于，上次使用者由于測試需要降低了輝度（比如在昏暗的燈光下，過強的輝度會刺眼）；教師在考核學(xué)生時，故意將示波器輝度調(diào)整為最小；維修者的習(xí)慣性操作。但是，這個問題不容忽視，當(dāng)出現(xiàn)黑屏?xí)r，首先檢查輝度旋鈕，并將其擰到最大，是一個良好的習(xí)慣。
2） 示波器沒有觸發(fā)掃描
輝度合適的情況下，仍然可能出現(xiàn)黑屏。
當(dāng)示波器的觸發(fā)方式為常態(tài)（Normal），如果輸入通道沒有接入有效信號，或者接入的信號幅度沒有達到設(shè)定電平（Level），將不會引起X軸偏轉(zhuǎn)板上鋸齒波的產(chǎn)生。在多數(shù)情況下，熒光屏的左邊（以觀察者為基準(zhǔn)）將會出現(xiàn)一個不移動的光點。但是，如果此時X軸基準(zhǔn)位置（X_Position）不正確，將使得此光點不出現(xiàn)在屏幕上。這也就造成了黑屏。
解決的方法就是讓示波器出現(xiàn)掃描線。因為，X_Position可以將一個光點移出屏幕，但是卻無法將寬達8cm左右的掃描線整個移出。
將觸發(fā)方式選擇為自動觸發(fā)（Auto）就可以讓示波器產(chǎn)生掃描線。（參見1.1.2中第6個問題）
3） 示波器Y基線位置（Y_Position）不合適
如果示波器的Y軸基線位置不合適，即便產(chǎn)生掃描線，也有可能使得掃描線處于屏幕的上方或者下方，仍然可能出現(xiàn)黑屏。這種情況下，通過旋轉(zhuǎn) Y_Position旋鈕，可以很快找回掃描線，而消除黑屏。
4） 不合適的被測信號
通過上述分析，可以得出，消除黑屏的一般步驟是：旋轉(zhuǎn)輝度至最大（保證輝度正常）→將觸發(fā)方式設(shè)為自動（保證掃描線產(chǎn)生）→將X位置旋鈕旋至中間→滿幅度調(diào)整Y_Position（找回掃描線）。
但是，即便此時，也有可能仍然黑屏。當(dāng)被測信號是一種特殊信號，也有可能讓觀察者難以看到，而誤認(rèn)為是黑屏。當(dāng)輸入信號為上下沿均很陡的方波，由于Y軸增益的不合適，使得方波的高低電平均超出了Y軸顯示范圍，這種波形在熒光屏上僅僅出現(xiàn)了幾條很陡的豎線。當(dāng)示波管老化，或者其它原因，非常容易造成觀察者難以察覺。
將輸入耦合開關(guān)置于GND，示波器將關(guān)斷輸入信號而顯示0線，就可以回避這個問題。
因此，按照下述步驟操作，一般均可順利消除黑屏，除非示波器真的損壞了。
旋轉(zhuǎn)輝度至最大（保證輝度正常）→將觸發(fā)方式設(shè)為自動（保證掃描線產(chǎn)生）→將輸入耦合開關(guān)置于GND（保證不受到奇異被測信號的影響）→將X位置旋鈕旋至中間→滿幅度調(diào)整Y_Position（找回掃描線）。
2． 張同學(xué)和李同學(xué)分別制作了一個波形發(fā)生器，輸出都是1000Hz的方波。當(dāng)將這兩個被測信號分別接入一個示波器的通道1和通道2，每一路信號都可以穩(wěn)定顯示，用雙蹤顯示卻怎么也無法穩(wěn)定顯示兩路波形，為什么？
任何兩個非通源的波形發(fā)生器，要做到頻率完全相同是不可能的。隨著時間的推移，它們之間存在的相位差將不停地改變，因此，數(shù)字示波器可以記錄某一個瞬間它們之間的相差關(guān)系，并穩(wěn)定顯示，而模擬示波器由于沒有記錄功能，只能顯示觀察的時刻它們之間不穩(wěn)定的相差，因此，不穩(wěn)定顯示是正常的，穩(wěn)定了反而是此前某一個時刻的記錄或者出現(xiàn)了什么問題。
3． 一個周期性信號如圖1.1.23A所示，周同學(xué)無論如何也無法將其在示波器上穩(wěn)定顯示，你有什么辦法嗎？

圖1.1.23 一個特殊心電波形的觸發(fā)顯示方法
之所以難以穩(wěn)定顯示的原因是：無論使用上升沿還是下降沿觸發(fā)，在圖中顯示的每個周期中，都存在2個滿足電平觸發(fā)條件的時刻（用縱向虛線表示）。這就造成如圖1.1.23B所示的兩個不同的觸發(fā)位置，導(dǎo)致波形顯示的不重疊。
仔細調(diào)整掃速的微調(diào)旋鈕（內(nèi)圈），可以使得第二個滿足觸發(fā)條件被正在發(fā)生的鋸齒波所覆蓋，而使波形穩(wěn)定顯示，如圖1.1.23C所示。但是，這樣就造成顯示的波形無法讀取時間參數(shù)（一旦改變微調(diào)，則示波器不在測量狀態(tài)）。
復(fù)雜一些，但是可以解決問題的方法如下：
用比較器對輸入信號進行數(shù)字化處理，產(chǎn)生如圖1.1.23D所示的信號。然后，用2進制計數(shù)器將信號變?yōu)?.1.23E所示。用E圖信號作為觸發(fā)源，就可以穩(wěn)定顯示上述波形。
在數(shù)字電路中，預(yù)將圖D所示的信號穩(wěn)定顯示，也經(jīng)常使用這種方法。
4． 趙同學(xué)發(fā)現(xiàn)，示波器的觸發(fā)方式選擇存在與書上介紹不一致的地方。他將觸發(fā)方式選擇由常態(tài)（Normal）變?yōu)樽詣樱ˋuto），按道理，觸發(fā)將按照自動節(jié)律，波形會出來，但不會穩(wěn)定?？墒?，他怎么改變信號頻率，示波器仍然穩(wěn)定顯示，這是為什么？
現(xiàn)在生產(chǎn)的多數(shù)示波器，都豐富了AUTO（自動觸發(fā)）的功能：當(dāng)觸發(fā)源信號滿足電平觸發(fā)條件，觸發(fā)電路按照觸發(fā)源產(chǎn)生鋸齒波，這與NORM（常態(tài)觸發(fā)）沒有任何區(qū)別；當(dāng)觸發(fā)源信號不滿足電平觸發(fā)條件，才按照固定頻率產(chǎn)生無法穩(wěn)定波形顯示的鋸齒波。趙同學(xué)實驗中輸入的信號，滿足電平觸發(fā)條件，所以可以穩(wěn)定顯示。
5． 陳同學(xué)將一個峰峰值為1V的正弦波，用兩根電纜線分別接入通道1和通道2，在示波器上讀數(shù)，通道1為峰峰值1V，通道2卻是0.8V，為什么？
陳同學(xué)沒有將通道2的Y軸增益開關(guān)內(nèi)圈旋鈕右旋到底。應(yīng)該右旋內(nèi)圈旋鈕，聽到“啪嗒”聲響，示波器才進入測量狀態(tài)。
6． 王同學(xué)將一個峰峰值為1V的正弦波，用兩根電纜線分別接入通道1和通道2，并且他學(xué)會了問題5，將兩個通道的Y軸增益均設(shè)為測量狀態(tài)，在示波器上讀數(shù)，通道1為峰峰值1V，通道2卻是0.1V，為什么？
王同學(xué)使用的是帶衰減開關(guān)的電纜線。這種電纜線具有“×1”和“×10”兩種選擇。當(dāng)置于“×10”位置時，電纜對輸入信號進行1/10衰減，導(dǎo)致輸入到示波器的信號幅度變?yōu)樵盘柕?/10。
7． 楊同學(xué)在一旁觀察到了陳同學(xué)和王同學(xué)所犯的測量錯誤，他也將一個峰峰值為1V的正弦波，用兩根沒有任何衰減的電纜線分別接入自己示波器的通道1和通道2，并將兩個通道的Y軸增益均設(shè)為測量狀態(tài)，在示波器上讀數(shù)，通道1為峰峰值1V，通道2卻是0.85V，為什么？
這種情況，幾乎可以肯定，是示波器的通道2發(fā)生了故障，通常是Y軸放大器的增益控制出現(xiàn)了問題，應(yīng)該檢修。
8． 輸入信號是1Hz的方波，在示波器上卻看到如圖1.1.24所示的波形，為什么？
錯誤地將輸入耦合開關(guān)置于AC，改變?yōu)?a target="_blank">DC就可以消除這種故障。
9． 能夠用模擬示波器觀察1Hz的信號嗎？

圖1.1.24 低頻方波信號在AC耦合下的顯示
模擬示波器是利用被測信號的周期性，在熒光屏上重復(fù)掃描獲得穩(wěn)定波形的。當(dāng)被測信號頻率較低時，用于掃描的鋸齒波，其周期也會相應(yīng)變長。這就造成觀察者可以在屏幕上看到光點的緩慢移動，而不是波形連續(xù)的曲線。圖1.1.24所示的波形，更確切地說，應(yīng)該是光點移動的軌跡。但是，有些觀察者可以通過大腦的記憶，而在大腦中形成這樣的波形。因此，應(yīng)該說，模擬示波器可以顯示低頻信號，但是效果不好。
有一種被稱為“長余輝”的示波器，利用一種特殊的熒光粉——這種熒光粉，在電子束轟擊并停止轟擊后，會繼續(xù)發(fā)出較長時間的余輝，余輝時間的長短，也是示波器的一個指標(biāo)——可以使模擬示波器穩(wěn)定顯示更加低頻的被測信號。
10． 將一個信號源的正弦波輸出直接接到示波器的通道1，卻看到一條直線。這是為什么？
這是教師在指導(dǎo)實驗時，最常遇到的問題，只要同學(xué)們認(rèn)真分析，就不難解決。可能造成這種現(xiàn)象的主要原因有：
 信號源本身就是損壞的；
 信號源沒有使用正確；
 信號源存在過量的衰減，輸出值太小；
 信號源的輸出線斷了；
 示波器是損壞的；
 示波器的通道選擇錯誤（常見）；
 示波器的輸入耦合開關(guān)錯誤地置于GND上（常見）；
 示波器掃速太快（常見）；
 示波器通道1的電纜線斷了；
 其它可能的錯誤。
很顯然，同學(xué)們遇到這樣的問題，立即叫老師，是錯誤地認(rèn)為，不是信號源壞了，就是示波器壞了，而儀器損壞自己是無能為力的，只好叫老師。實際上，以我們的經(jīng)驗，多數(shù)情況下，發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是儀器損壞之外的。
正確的處理方法是：將信號源和示波器斷開，用示波器的校準(zhǔn)信號單獨測試示波器，以保證示波器工作良好，然后用替換的方法，按照上述可能的故障，逐步查找，很快就可以找到故障所在。
11． 孫同學(xué)發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象：他將信號源輸出電纜線的紅線和示波器電纜線的紅線連接在一起，卻忘記將這兩根電纜線的地線（黑線）接在一起?？墒?，他卻在示波器上看到了清晰的信號源輸出。這是為什么？
出于安全和抗干擾的要求，許多儀器設(shè)備都將機殼、信號地和電源引線中的大地相連（儀器的大地來源于建筑物就近的接地點，并且通過墻內(nèi)的交流電源線，出現(xiàn)在電源插板上）。因此，當(dāng)信號源和示波器共用一個電源插板，它們的信號地實際上已經(jīng)連接在一起了。這就造成了張同學(xué)發(fā)現(xiàn)的奇怪現(xiàn)象：信號的單線傳輸。
12． 許同學(xué)明白了問題11后，心想，既然信號源的地線和示波器的地線已經(jīng)在電源插板上連接在一起，以后只需要連接信號線就可以了，地線可以不接了。這樣做，對嗎？
這樣做不對。不管外部連接與否，正確的使用規(guī)定的接地線是必須的。
13． 錢同學(xué)希望將輸入信號反相后接入，于是他將信號源的黑線和示波器的紅線連接，信號源紅線與示波器黑線連接，這樣做，可以嗎，有危險嗎？
由于問題11已經(jīng)解釋的原因，信號源和示波器的地線實際上已經(jīng)連接在一起。當(dāng)將信號源的紅線和示波器的黑線連接在一起，實際上就等于將信號源的紅線和自己的地線連接在一起，肯定會造成信號源的輸出短路。輕則燒毀保險，重則引發(fā)更大的故障或者危險。
14． 何同學(xué)也發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象：他用手接觸示波器探頭中的紅線，發(fā)現(xiàn)示波器上顯示出高達幾十伏的，頻率大約是50Hz的，很難看的信號。難道自己是一個信號源嗎？或者自己的身體可以發(fā)電嗎？
人體類似于一個大天線，在目前的環(huán)境中，接收50Hz交流電引起電磁場變化產(chǎn)生的干擾信號，是一種客觀存在。這種干擾信號的特點是：電壓幅度較大，高達幾十伏，但是輸出電阻也很大。因此，這種高電壓干擾，既不能電擊別人，也不能提供功率輸出——點亮燈泡，或者電爐子。但是，這種信號在遇到高輸入阻抗的儀器時，卻能夠?qū)㈦妷后w現(xiàn)在儀器的輸入端。示波器的輸入電阻為1MΩ，接收并顯示這個電壓是正常的。
多數(shù)電路設(shè)計中，信號都具有較小的輸出電阻，這些信號即便幅度很小，當(dāng)它們與人體接觸時，就類似于一個小幅度、低輸出電阻的信號與一個大幅度、高輸出電阻的信號的連接，實際的輸出值幾乎不會受到人體的干擾。這就是很多電路中，用手指接觸電路的裸露部分，幾乎不會影響電路工作的原因。而一旦電路設(shè)計中，出現(xiàn)某個裸露部分，具有較高的輸出電阻，并且被人體接觸，則電路有可能出現(xiàn)故障。這就是為什么有些儀器的內(nèi)部電路，不允許隨意觸摸的原因。
這種特性，也被應(yīng)用于一些檢測領(lǐng)域：比如有一種觸摸臺燈，臺燈表面有一個金屬片，連接一個高輸入電阻的檢測部分——通常用高阻的場效應(yīng)管實現(xiàn)，當(dāng)人體感應(yīng)的干擾信號通過手指接觸到金屬片，則放大電路就接受到一個比較大的電壓信號，利用這個電壓信號作為人體接觸臺燈的標(biāo)識，來點亮或者關(guān)閉臺燈。
15． 在雙蹤顯示中，如何選擇使用ALT（交替）或者CHOP（斷續(xù)）？
在被測信號頻率較低時，不宜使用ALT。
在被測信號頻率較高時，不宜使用CHOP。
在大多數(shù)情況下，ALT和CHOP沒有明顯區(qū)別，可以隨意使用。
16． 胡同學(xué)將探頭校準(zhǔn)信號引入通道1，卻顯示兩個光點在屏幕上移動，是怎么回事？
是掃速不合適引起的。將掃速開關(guān)由原先的0.2s/DIV改為0.5ms/DIV，顯示正常。
17． 示波器出現(xiàn)圖1.1.25A所示的波形，是怎么回事？

圖1.1.25 奇怪的顯示波形1及其波形原貌

在雙蹤顯示中，出現(xiàn)這種奇怪波形，一般是由于兩個波形的顯示位置不合適而引起的。實際的波形如圖1.1.25B所示，由虛線、黑實線、白實線組成，其中黑實線在熒光屏之外，肯定無法顯示，而虛線由于波形的沿很陡，實際掃描時間非常短暫，導(dǎo)致只有仔細觀察，才有可能看到虛弱的線，一般都會被忽視。
改變兩個通道的0電平位置——通過Y軸POSITION旋鈕，或者改變其Y軸增益——通過Y軸增益開關(guān)，就可以消除這種奇怪的波形，而清楚地顯示兩個波形及其關(guān)系。
1． 示波器可以用于觀察或者測量非周期性信號嗎？
根據(jù)示波器工作原理，示波器無法將非周期性信號穩(wěn)定顯示，因此，似乎示波器面對非周期性信號，也就無能為力了。但是，觀察者也可以利用示波器的不穩(wěn)定顯示，獲得足夠的信息，比如檢測電源質(zhì)量、觀察噪聲特征等。
因此，示波器也廣泛應(yīng)用于觀察或者測量一些非周期性信號。
2． 怎樣用示波器檢測直流電源？
示波器可以粗略檢測出直流電源是否滿足要求：電壓是否準(zhǔn)確、紋波是否合適。
1） 直流電源的電壓
判斷直流穩(wěn)壓電源提供的輸出電壓，是否滿足設(shè)計的數(shù)值要求，通常有兩種方法：萬用表測量和示波器測量。萬用表使用方便，讀數(shù)準(zhǔn)確。但是，它無法判斷電源是否含有較大的紋波。示波器讀數(shù)不甚準(zhǔn)確，使用也相對較為麻煩，但是，它的可視性彌補了這些缺陷，也被廣泛采用。更加合理的方法是兩者的結(jié)合：首先用示波器做粗率觀察，然后用萬用表做精確測量。
直接并僅用示波器檢測直流電源的輸出電壓，通常應(yīng)用于對電源電壓的準(zhǔn)確性要求不高的場合。從示波器屏幕上刻度可以看出，觀察者一般可以分辯出刻度中的1/2個小格，而在示波器的縱軸上，有40個小格，因此，誤差小于1/80的測量要求，示波器是難以實現(xiàn)的。加上示波器本身的誤差，示波器測量就顯得更為粗略。因此，示波器一般用于估測。
測量方法是，將示波器SWEEP MODE 選擇為自動觸發(fā)，輸入耦合開關(guān)置于DC，然后根據(jù)0電平線讀數(shù)。
2） 直流電源的紋波
將示波器的輸入耦合開關(guān)置于AC，并適當(dāng)增大Y軸增益，就可以看到直流電源上的紋波。盡管示波器難以將這樣的非周期性信號穩(wěn)定顯示，但是觀察者一般都可以從重疊波形中粗略讀出紋波幅度，并用這個幅度來衡量直流電源的紋波大小。