示波器基礎知識

pengchln

在論壇裡深潛了很久看了許多網友們熱心分享的維修心得報告
好像一拆機第一個檢查的項目就是先看電容有無爆漿有的話就先換下在上電看會不會完修
以這樣的心態來維修不能說不對只是大家比較少會去想當初設計者為何會去設計這種電路
或者說這是何種電路是要作何用途只知道要測量電阻，電容，晶體好壞把壞的元件儘快地找出換起來
所以大家大部分都是依序論壇有發佈過的維修報告作為維修的首要依據不能說不對是可以縮短維修時間
可是對於沒發生過的問題在維修上就可能就會感到比較頭大對不對
所以對於 wish 版大所發佈的維修報告都會很感興趣對吧！維修起來 快  狠  準
因為 wish 版大會把維修方式維修方針檢查目標依據故障的檢查要點依依地告訴各位網友
可是網友們你們可知 wish 版大要維修一台機器 當他拆開機器的內部對於各部分佈都有一定的瞭解了才下手動刀的
所以大夥網友依循wish 版大的文化去維修是好事情
可是對於自己的維修思緒可能還沒有一個明確的方向
當然因有許多網友不是本科系出身在電子理論維修吸收上就有先天的限制可是他們願意跨出這一大步也要向他們尊敬
因為一陣子看大家瘋  買示波器，第二代家電維修測試儀......等等一些工具儀器
對工欲善其事，必先利其器沒錯也是正確的方向
只是看到好像看到買回來就擱在那邊把它供起來看好像......
繼續萬用表  凸全主機板 到最後再來秀個示波器圖型，個人覺得對示波器有點大才小用了
也浪費了 WISH 版大提供的教學文獻了

在版上WISH 版大已經提供相當多的示波器的教學文獻了

我也在提供ㄧ些示波器的基礎理論可能某些與 WISH 版大提過的重覆但還是提供大家參考



　　 我們可以把示波器簡單地看成是具有圖形顯示的電壓表。  
　　 普通的電壓表是在其度盤上移動的指針或者數字顯示來給出信號電壓的測量讀數。而示波器則與其不同的地方。示波器具有屏幕，它能在屏幕上以圖形的方式顯示信號電壓隨時間的變化，即波形。  
　　 示波器和電壓表之間的主要區別是：  
　　 1.電壓表可以測出信號的數值，這通常是有效值即RMS值。但是電壓表不能給出有關信號形狀的信息。有的電壓表也能測量信號的峰值電壓和頻率。然而，示波器則能以圖形的方式顯示信號隨時間變化的歷史情況。  
　　 2.電壓表通常只能對一個信號進行測量，而示波器則能同時顯示兩個或多個信號。  
   
顯示系統    
　　 示波器的顯示器件是陰極射線管，縮寫為CRT，見圖1。陰極射線管的基礎是一個能產生電子的系統，稱為電子槍。電子槍向屏幕發射電子。電子槍發射的電子經聚焦形成電子束，並打在屏幕中心的一點上。屏幕的內表面塗有螢光物質，這樣電子束打中的點就發出光來。  
   

   
圖1 陰極射線管圖    
電子在從電子槍到屏幕的途中要經過偏轉系統。在偏轉系統上施加電壓就可以使光點在屏幕上移動。偏轉系統由水平（X）偏轉板和垂直（Y）偏轉板組成。這種偏轉方式稱為靜電偏轉。  
　 　 在屏幕的內表面用刻劃或腐蝕的方法作出許多水平和垂直的直線形成網絡，稱為標尺。標尺通常在垂直方向有8個，水平方向有10個，每個格為1cm。有的標尺 線又進一步分成小格，並且還有標明0％和100％的特別線。這些特別的線和標明10％和90％的標尺配合使用以進行上升時間的測量。我們後面會討論這個問 題。  
　　 如上所述，受到電子轟擊後，CRT上的螢光物質就會發光。當電子束移開後，螢光物質在一個短的時間內還會繼續發光。這個時間稱為餘輝時間。餘輝時間的長短 隨螢光物質的不同而變化。最常用的螢光物質是P31，其餘輝時間小於一毫秒(ms).而螢光物質P7的餘輝時間則較長，約為300ms，這對於觀察較慢的 信號非常有用。P31材料發射綠光，而P7材料發光的顏色為黃綠色。  
　　 將輸入信號加到Y軸偏轉板上，而示波器自己使電子束沿X軸方向掃瞄。這樣就使得光點在屏幕上描繪出輸入信號的波形。這樣掃出的信號波形稱為波形軌跡。  
　　 影響屏幕的控制選項有：    
—輝度    (INTENSITY)
　 　 輝度控制用來調整波形顯示的亮度。比較新型的示波器改採用自動電路能夠根據不同的掃瞄速度自動調整輝度。當電子束移動得比較快時，螢光物質受到激勵的 時間就變短，因此必須增加輝度才能看清軌跡。相反，當電子束移動緩慢時，屏幕上的光點變得很亮，因此必須減小輝度以免螢光物質被燒壞。從而延長示波管的壽 命。  
　　 對於屏幕上的文字部分，另有單獨的輝度控制選項。  
   
—聚焦    (FOCUS)
　　 聚焦控制機構用來控制屏幕上光點的大小，以便獲得清晰的波形軌跡。有些示波器，例如比較新型的示波器，聚集也是由示波器自己進行最佳控制的，從而能在不同的輝度和不同的掃瞄下保持清晰的波形軌跡。另外也會提供手動調節的聚集控制。  
   
—掃瞄偏向調整  (ASTIG)
　　 這個控制選項使X軸掃瞄線和水平標尺線對齊。由於地球的磁場在各個地方是不同的，這將會影響示波管顯示的掃瞄線。偏向調整功能就用來對此進行補償。偏向調整功能是預先調好的，通常只需在示波器搬動後再行調節。  
   
—標尺照明    (SCALE ILLUM)
　　 標尺亮度可以單獨控制。這對於屏幕攝影或在弱光線條件下工作時非常有用。  
   
—Z調製    (Z AXIS Input)
　　  
掃瞄的輝度可以用電氣的方法通過一個外加的信號來改變。這對於由外部信號來產生水平偏轉以及使用X－Y顯示方式來尋找頻率關係的應用中是十分有用的。  
　　 此信號輸入端通常是示波器後面板上的一個BNC插座。  
   
1．2 模擬示波器方框圖    
　　 CRT是所有示波器的基礎。現在我們已經對它有所瞭解。下面我們就看一看示波管是怎樣作為示波器的心臟來起作用的。  
　　 我們已經看到，示波器有兩個垂直偏轉板，兩個水平偏轉板和一個電子槍。從電子槍發射出的電子束的強度可以用電氣的辦法來加以控制。  
　　 在上述基礎上，再增添下面敘述的電路就可以構成一個完整的示波器（見圖2）  
   
   

   
圖2 模擬示波器方框圖    
示波管的垂直偏轉系統包括：  
　　 —輸入衰減器（每通道一個）  
　　 —前置放大器（每通道一個）  
　　 —用來選擇使用哪一個輸入通道的電子開關  
　　 —偏轉放大器  
　　 示波器的水平偏向系統包括：時基、觸發電路和水平偏轉放大器  
　　 輝度控制電路用電子學的方法在恰當的時刻點亮和熄滅掃跡。  
　　 為使所有這些電路工作，任何示波器的基本性能都是由它的垂直偏轉系統的特性來決定的，所以我們首先來詳細地觀察這一部分。  
   
1．3 垂直偏向  
靈敏度    
　 　 垂直偏向系統對輸入信號進行比例變換，使之能在屏幕上表現出來。示波器可以顯示峰對峰值電壓為幾毫伏到幾十伏的信號。因此必須把不同幅度的信號進行變換以適應屏幕的顯示範圍，這樣就可以按照標尺刻度對波形進行測量。為此就要求對大信號進行衰減、對小信號進行放大。示波器的靈敏度或衰減器控制就是為此而設置 的。  
　　 靈敏度是以每格的伏特數來衡量的看一下圖3可以知道其靈敏度設置為1V/格。因此，峰對峰值為6V的信號使得掃跡在垂直方向的6個格內偏轉變化。知道了示波器的靈敏度設置值和電子束在垂直方向掃瞄的格數，我們就可以測量出信號的峰對峰電壓值。  
　　 在多數的示波器上，靈敏度控制都是按1－2－5的序列步進變化的。即靈敏度。設置顛倒為10mV/格、20mV/格、50mV/、100mV/格等等。靈敏度通常是用幅度上升/下降鈕來進行控制的，而在有些示波器則是用轉動垂直靈敏度旋鈕來進行。  
　 　 如果使用這些靈敏度步進不能調節信號使之能夠準確的按照要求在屏幕上顯示，那麼就可以使用可變（VAR）控制。在第6章我們將會看到，使用標尺刻度來進行 信號上升時間的測量就是一個很好的例子。可變控制能夠在1－2－5的步進值之間對靈敏度進行連續調節。通常當使用可變控制時，準確的靈敏度值是不知道的。 我們只知道這時示波器的靈敏度是在1－2－5序列的兩個步進值之間的某個值。這時我們稱該通道的Y偏轉是未校準的或表示為"uncal"。這種未校準的狀 態通常在示波器的前面板或屏幕上指示出來。  
　　 在比較現代化的示波器，由於採用了現代先進的技術進行控制和校準。因此示波器的靈敏度可以在最小值和最大值之間連續變化，而始終保持處於校準狀態。  
　　 在老式的示波器上，通道靈敏度的設置值是從靈敏度控制旋鈕周圍的刻度上讀出的。而在新型的示波器上，通道靈敏度設置值清晰地顯示在屏幕上 以及顯示當前波型的頻率，如圖3所示，或者用一個單獨的LED顯示器顯示出來。  


                                             
圖3 在靈敏度為1v/格的情況下，峰對峰值為6v的信號使電子束在垂直方向偏轉6格耦合    
　　 耦合控制機構決定輸入信號從示波器前面板上的BNC輸入端通到該通道垂直偏轉系統其它部分的方式。耦合控制可以有兩種設置方式，即DC耦合和AC耦合。  
　　 DC耦合方式為信號提供直接的連接通路。因此信號提供直接的連接通路。因此切換所有的信號（AC和DC）都會影響示波器的波形顯示。  
　 　 AC耦合方式則在BDC端和衰減器之間串聯一個電容。這樣，信號的DC份量就被阻斷，而信號的低頻AC份量也將受阻或大為衰減。示波器的低頻截止頻率就是 示波器顯示的信號幅度僅為其直實幅度為71％時的信號頻率。示波器的低頻截止頻率主要決定於其輸入耦合電容的數值。示波器的低頻截止頻率典型值為 10Hz，見圖4。  



   
圖4 說明AC及DC耦合、輸入接地以及50Ω輸入阻抗功能選擇的簡化輸入電路    
和耦合控制機構有關的另一個功能是輸入接地功能。這時，輸入信號和衰減器斷開並將衰減器輸入端連至示波器的地電平。當選擇接地時，在屏幕上將會看到一條位於0V電平的直線。這時可以使用位置控制機構來調節這個參考電平或掃瞄基線的位置。  
   
輸入阻抗    
　　 多數示波器的輸入阻抗為1MΩ和大約25pF相關聯。這足以滿足多數應用場合的要求，因為它對多數電路的負載效應極小。  
　 　 有些信號來自輸出阻抗為50Ω來源。為了準確的測量這些信號並避免發生失真，必須對這些信號進行正確的傳送和端接。這時應當使用50Ω特性阻抗的電纜並用 50Ω的負載進行端接。某些示波器，如TEK 2445和TEK 24465B，內部裝有一個50Ω的負載，提供一種用戶可選擇的功能。為避免誤操作，選擇此功能時 需經再次確認。由於同樣的理由，50Ω輸入阻抗功能不能和某些探頭配合使用。  
   
位置    
　　 垂直位置控制或POS控制選項控制掃描在屏幕Y軸的位置。在輸入耦合控制中選擇接地，這時就將輸入信號斷開，這樣就可以找到地電平的位置。在比較高級的示波器上設有單獨的地電平指示器，它可以讓使用者能連續地獲得波形的參考電平。  
   
動態範圍    
　　 動態範圍就是示波器能夠不失真地顯示信號的最大幅值，在此信號幅值下只要調節示波器的垂直位置仍能觀察到波形的全部。對於Fluke公司的示波器來說，動態範圍的典型值為24路（3個屏幕）  
   
相加和反向    
　　 簡單的把兩個信號相加起來似乎沒有什麼實際意義。但如果，把兩個有關信號之一反向，再將二者相加，實際上就實現了兩個信號的相減。這對於消除共模干擾（就我們常說的交流聲），或者進行差分測量都是非常有用的。  
　　 從一個系統的輸出信號中減去輸入信號，再進行適當的比例變換，就可以測出被測系統引起的失真。  
　　 由於很多電子系統本身就具有反向的特性，這樣只要把示波器的兩個輸入信號相加就能實現我們所期望的信號相減。    
交替和斷續    
　　 示波器CRT本身一次只能顯示一條掃描線。然而，在很多示波器應用中，常常要進行信號的比較，例如，研究輸入/輸出信號間的關係，或者一個系統對信號的延遲等。這就要求示波器實際上能同時顯示不只一個信號。  
　　 為了達到這一目的，可以用兩種辦法來控制電子束：  
　　 1.可以交替地畫完一條掃描線，再畫另一條掃描線。這種方法稱為交替模式，或簡稱為ALT模式。  
　　 2.可以在兩條掃描線之間迅速的進行開關或斬波切換，從而分段的畫出兩條掃描線。這稱為斷續模式或CHOP模式。其結果是在一次掃瞄的時間裡一段接一段的畫出兩條掃描線。  
　　 斷續模式適合於在低時基速率下顯示低頻率信號，因為這時斬波器開關能快速進行切換。  
　　 交替模式適合於需要使用較快時基設置的高頻率信號的顯示。使示波器在不同的掃瞄速度下能自動地ALT或CHOP模式以給出最好的顯示效果。使用者也可以手動選擇ALT或CHOP模式以適合特殊信號的需求。    
帶寬    
　　 示波器最生根的技術指標就是頻寬。示波器的頻寬表明了該示波器垂直系統的頻率響應。示波器的頻寬定義為示波器在屏幕上能以不低於真實信號3dB的幅度來顯示信號的最高頻率。  
　　 —3dB點的頻率就是示波器所顯示的信號幅度「Vdisp」為示波器輸入端真實信號值「Vinput」的71％時的信號頻率，如下式所示：設：  
　　 dB(伏)＝20log(電壓比)  
　　 —3Db=20log(Vdisp/Vinput)  
　　 —0.15＝log(Vdisp/Vinput)  
　　 10-0.15=Vdisp/Vinput  
　　 Vdisp=0.7Vinput    
　　 圖5表示出一個100MHz示波器的典型頻率響應曲線。  
   


圖 5 一台典型為100MHz示波器的頻率響應曲線（簡化的曲線和實際的曲線） 出於現實的理由，通常把帶寬想像成為單響曲線一直平坦延伸至其截止頻率，然後從該頻率以－20dB/+倍頻程的斜率下降。當然，這是一種簡化的考慮。實際 上，放大器的靈敏度從較低的頻率就開始下降，百在其截止頻率達到－3dB。圖5中中同時給出了簡化的頻率響應曲線和實際的頻率響應曲線。  
   
頻寬限制器    
　　 使用頻寬限制器可以把通常帶寬在100MHz以上的寬帶示波器的頻帶減小到20MHz的典型值。這樣就降低了噪聲電平和干擾，這對於進行高靈敏度的測量是非常有用的。  
   
上升時間    
　　 上升時間直接和頻寬有關。上升時間通常規定為信號從其穩態最大值的10％到90％所用的時間。  
　 　 上升時間是一個示波器從理論上來說能夠顯示的最快的瞬變的時間。示波器的高頻響應曲線是經過認真安排的。這就保證了具有高諧波含量的信號，如方波，能夠在 屏幕上精確的再現。如果頻響曲線下降太快，則在信號的快速上升沿上就會發生振鈴現象。如果頻響曲線下降太慢，即在頻響曲線上下降開始得過早，則示波器總的 高頻響應就受到影響，使得方波失去「方形」特性。  
　　 對於各種通用示波器來說，其高頻響應曲線是類似的。從該曲線我們可以得到一個示波器帶寬和上升時間的簡單關係公式。此公式為：  
　　 tr(s)=0.35/BW(Hz)  
　　 對於高頻示波器來說，這個公式可以表示為：  
　　 tr(ns)=350/BW(MHz)  
　　 對於一個100MHz的示波器來說，上升時間為3.5（ns=奈秒10－9秒）  
　　 在示波器的標尺上刻有標明0％和100％的專門的線，用來進行上升時間的測量。測量時我們先用VAR靈敏度控制機構將被測認號的頂部和底部分別和標有0％和100％的線對齊。  
　　 然後找出信號和標尺上標有10％和90％的兩條線的交點。這樣，上升時間就可以從這兩個交點沿X軸方向的時間間隔讀出來。  
　 　 要想測量一台示波器的上升時間，我們使用與上述相同的方法，只是要求測試信號的上升時間應當比該示波器的上升時間短得多。為獲得2％的測量誤差，測試信號 的上升時間至少應小於示波器上升時間的五分之一。示波器上顯示的上升時間應當是示波器上升時間和信號上升時間和組合函數。其關係為  
   
trdisplayed=√(trsignal2+trScopeM2)    請記住這個公式，你將發現它是很有用的。
　　
 
 

xiaolaba

這個也很好的資料. 提到震鈴...因為俺看過機械的簡諧運動的公式, 訊號在暫態到穩態過程, 如果 DMAPING 不足的話會出現震鈴, 頻率固定, 振幅隨時間收縮, 所以題外話想請教你, 我用 30MHZ 的 XTAL, 震盪訊號輸出就是 30MHZ, 用什麼方法故意把他的震鈴再放大, 俺的目的是要88-108MHZ之間的可調震盪訊號.

pengchln

xiaolaba 發表於 2012-10-14 06:08 PM static/image/common/back.gif
這個也很好的資料. 提到震鈴...因為俺看過機械的簡諧運動的公式, 訊號在暫態到穩態過程, 如果 DMAPING 不足 ...

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2012-10-14 09:18 PM 上傳

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xiaolaba

pengchln 發表於 2012-10-14 09:19 PM static/image/common/back.gif
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雖然看來不是俺想要的答案, 還是謝謝你的資料.