示波器-MOS-620-讲义.ppt

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1、东北大学秦皇岛分校实验教育中心2014-10-10,MOS620示波器的原理与使用,说明1：我中心用于基本原理教学的示波器为MOS-620型双踪模拟低频示波器，以下为该设备的基本原理与操作指南，请同学们提前阅读，并做好预习报告，回答本课件后所列思考题。,说明2：由于设备的更新，教材中的示波器型号与实验中所有设备不同，主要体现在操作面板的分布与标示上，基本原理完全相同，请同学们参阅。,示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信

2、号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。,MOS620示波器的原理与使用,MOS620示波器的原理与使用,MOS620示波器的原理与使用,水平控制系统,触发系统,垂直系统,Z轴控制系统,MOS620示波器的原理与使用,（1）示波管操作部分 6“POWER”：主电源开关及指示灯。按下此开关，其左侧的发光二极管指示灯5亮，表明电源已接通。2“INTEN”：亮度调节钮。调节轨迹或光点的亮度。Intensity 强度 3“FOCUS”：

3、聚焦调节钮。调节轨迹或亮光点的聚焦。4“TRACE ROTATION”：轨迹旋转。调整水平轨迹与刻度线相平行。33显示屏。显示信号的波形。,MOS620示波器的原理与使用,（2）垂直轴操作部分7、22“VOLTS/DIV”division：垂直衰减钮。调节垂直偏转灵敏度，从5mV/div5V/div，共10个档位。8“CH1X”：通道1被测信号输入连接器。在X-Y模式下，作为X轴输入端。20“CH2Y”：通道2被测信号输入连接器。在X-Y模式下，作为Y轴输入端。9、21“VAR”垂直灵敏度旋钮：微调灵敏度大于或等于1/2.5标示值。在校正（CAL）位置时，灵敏度校正为标示值。10、19“AC-

4、GND-DC”：垂直系统输入耦合开关。选择被测信号进入垂直通道的耦合方式。“AC”alternating current，简称为AC：交流耦合；“DC”Direct Current：直流耦合；“GND”：接地。,MOS620示波器的原理与使用,11、18“POSITION”：垂直位置调节旋钮。调节显示波形在荧光屏上的垂直位置。12“ALT”/“CHOP”：交替/断续选择按键，双踪显示时，放开此键（ALT），通道1与通道2的信号交替显示，适用于观测频率较高的信号波形；按下此键（CHOP），通道1与通道2的信号同时断续显示，适用于观测频率较低的信号波形。13、15“DC BAL”：CH1、CH2通

5、道直流平衡调节旋钮。垂直系统输入耦合开关在GND时，在5mV与10mV之间反复转动垂直衰减开关，调整“DC BAL”使光迹保持在零水平线上不移动。14“VERTICAL MODE”：垂直系统工作模式开关。CH1：通道1单独显示；CH2：通道2单独显示；DUAL：两个通道同时显示；ADD：显示通道1与通道2信号的代数或代数差（按下通道2的信号反向键“CH2 INV”时）。17“CH2 INV”：通道2信号反向按键。按下此键，通道2及其触发信号同时反向。,MOS620示波器的原理与使用,（3）触发操作部分23“TRIG IN”：外触发输入端子。用于输入外部触发信号。当使用该功能时，“SOURCE”

6、开关应设置在EXT位置。24“SOURCE”：触发源选择开关。“CH1”：当垂直系统工作模式开关14设定在DUAL或ADD时，选择通道1作为内部触发信号源；“CH2”：当垂直系统工作模式开关14设定在DUAL或ADD时，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源；“EXT”：选择“TRIG IN”端子输入的外部信号作为触发信号源。25“TRIGGER MODE”：触发方式选择开关。“AUTO”（自动）：当没有触发信号输入时，扫描处在自由模式下；“NORM”（常态）：当没有触发信号输入时，踪迹处在待命状态并不显示；“TV-V”（电视场）：当想要观察一场的电视信号时；“

7、TV-H”（电视行）：当想要观察一行的电视信号时。26“SLOPE”：触发极性选择按键。释放为“+”，上升沿触发；按下为“-”，下降沿触发。,MOS620示波器的原理与使用,27“LEVEL”：触发电平调节旋钮。显示一个同步的稳定波形，并设定一个波形的起始点。向“+”旋转触发电平向上移，向“-”旋转触发电平向下移。28“TRIG.ALT”：当垂直系统工作模式开关14设定在DUAL或ADD，且触发源选择开关24选CH1或CH2时，按下此键，示波器会交替选择CH1和CH2作为内部触发信号源。,MOS620示波器的原理与使用,（4）水平轴操作部分29“TIME/DIV”：水平扫描速度旋钮。扫描速度从

8、0.2s/div到0.5s/div共20档。当设置到X-Y位置时，示波器可工作在X-Y方式。30“SWP VAR”：水平扫描微调旋钮。微调水平扫描时间，使扫描时间被校正到于面板上“TIME/DIV”指示值一致。顺时针转到底为校正（CAL）位置。31“10 MAG”：扫描扩展开关。按下时扫描速度扩展10倍。32“POSITION”：水平位置调节钮。调节显示波形在荧光屏上的水平位置。,MOS620示波器的原理与使用,（5）其它操作部分1“CAL”：calibration示波器校正信号输出端。提供幅度为2Vpp，频率为1kHz的方波信号，用于校正101探头的补偿电容器和检测示波器垂直与水平偏转因数等

9、。16“GND”：示波器机箱的接地端子。,MOS620示波器的原理与使用,VOLTS/DIV旋钮用于调整显示的垂直刻度,这是一个复合旋钮,由白的的档位旋钮和灰色的微调旋钮组成,刻度盘值指示屏幕每大格表示的电压.,档位指示:白色部分所指示的位置表示当前垂直每格刻度所表示的电压,标注说明将中间的灰色旋钮拔出时,波形放大五倍.,中间灰色旋钮为微调旋钮,旋转旋钮,可以微调波形的垂直大小,至少可调到显示值的1/2.5,校准指示,当此标志处于对准CAL标志时,垂直每格表示的电压才是档位指示所表示的值,当此标志不处于CAL位置时,将灰色旋钮顺时针旋转至底,听到”嗒”的响声,灰色旋钮不能继续旋转,表示此时处于

10、校准状态注意:此时不能用蛮力继续旋转灰色旋钮,否则会损坏机器,MOS620示波器的原理与使用,当灰色旋钮处于CAL状态时垂直档位指示所对应的刻度盘的值所表示的电压值如下图所示的旋钮位置时,标志每格是0.2V,如果灰色旋钮不处于CAL状态,则表示的电压不确定.,MOS620示波器的原理与使用,如图波形显示为四小格,拔出灰色旋钮后波形显示为四大格,波形放大了5倍,如果上图的垂直每格为0.2V,则现在垂直每格为0.04V既400mV,MOS620示波器的原理与使用,垂直位置旋钮:轨迹及光点的垂直位置调整钮,用于调整显示波形的垂直位置,MOS620示波器的原理与使用,通道模式选择:共有四个档位,对应于

11、四种模式:CH1,CH2,DUAL,ADD,CH1:只显示通道1输入的信号波形,CH2:只显示通道2输入的信号波形,DUAL:既显示通道1输入的波形,又显示通道2输入的波形,ADD:将通道1和通道2输入信号相加后显示,MOS620示波器的原理与使用,如图,通道1输入争先波,通道2输入方波.在选择DUAL模式时,将同时显示通道1和通道2的输入信号,因为可以显示两条轨迹,所以叫双踪示波器,双轨迹的显示方式,MOS620示波器的原理与使用,双轨迹的显示方式由面板上的ALT/CHOP切换按钮来决定,在按钮处于弹出位置时,表示选择了ALT的显示模式,在按钮处于按下模式时表示选择了CHOP模式,ALT模式

12、,CHOP模式,MOS620示波器的原理与使用,ALT(交替)模式:就是示波器在显示完通道1的信号后,再显示通道2的信号,这种模式在扫描速度比较慢的时候,不能同时观测到两个通道的信号,会有闪烁的情况,所以不适合于观测低速的信号,左面两图就是在低速扫描的时候用数码相机拍摄到的瞬间显示情况,MOS620示波器的原理与使用,在使用CHOP（断续）模式的时候,示波器同时显示通道1和通道2的信号,在观测低速信号时可同时显示，图左为在CHOP模式下，显示波形的原理，下图为不同时刻时的显示情况。,MOS620示波器的原理与使用,ADD模式：将通道1和通道2的信号相加后显示注意：ADD模式不仅将信号相加，同时

13、两通道垂直位置也相加，其实就是将两通道信号的显示位置相加，其和为代数和，即以屏幕的垂直中线位零点，下面为负，上面为正。,如上图显示信号，通道1为一正弦波，通道2是方波，以红圈表示点为例，通道1对应点的值为+3.1格，通道2信号为-0.2格，相加后得到左图红圈所示点，约为+2.9格。同样蓝圈表示的对应点+3.1+（-2.7）=+0.4格。,MOS620示波器的原理与使用,通道2反向：将通道2 的输入信号取反。实际效果见图。利用通道2反向，然后将CH1和CH2相加，可以获得CH1-CH2的波形注意：与ADD效果一样，通道2方向，将通道显示的位置也同时反向了，即将通道2的显示以屏幕垂直中线为轴，做镜

14、像。以通道2为触发信号时,CH2触发讯号亦会被反向。,通道1输入正弦波，通道2输入方波,通道2反向前,通道2反向后,MOS620示波器的原理与使用,通道输入信号耦合切换开关:共有三种模式,AC,GND,DC.AC模式:通过隔直电容,将通道输入信号的直流分量去处,仅将信号的交流成分接入通道并显示GND模式:将通道接地,即通道的输入在机器内部接地,而不接输入信号,GND可用于观测通道显示的地电位在屏幕显示时的位置DC模式:信号直接耦合入示波器,在某些情况,比如信号为一直流分量上叠加的小信号时,此种方式会导致很难观测到小信号的情况,此时通过交流耦合,会比较方便观测此类信号.,MOS620示波器的原理

15、与使用,水平扫描时间选择旋钮:由于确定扫描时间的单位,其档位表示为水平每个的刻度对应的时间,MAGX10未校准标示，表示在此两档位，当MAGX10按下时，水平时间的准确性不在规格保证范围内,处于此档时，示波器进入X-Y模式,档位指示标志,MOS620示波器的原理与使用,X-Y显示模式：通常模式下，示波器显示的是通道输入信号电压时间关系的情况，既画出U=f（t）的函数关系，在X-Y模式下，以通道1输入为X轴，通道2输入为Y轴画出Y=f（X）的函数图形。Ux=f1（t）；Uy=f2（t）；消除公共参数t，可得Uy=f（Ux），X-Y模式既用于显示此函数波形,上图为两相位相同的正弦信号输入CH1和C

16、H2，在X-Y模式下现实的波形，CH1：Ux=ASIN（wt），Uy=BSIN（Wt），Uy=ABUx，则得到上图。左图为CH1（X）输入为方波，通道2（Y）输入为正弦波的情况。,MOS620示波器的原理与使用,MAGX10按钮：若欲将波形的某一部份放大则须使用较快的扫描速度然而如果放大的部份包含了扫描的起始点那么该部份将会超出显示屏之外。在这种情况下必须按下10MAG键即可以屏幕中央作为放大中心将波形向左右放大十倍。如图4-7所示。放大时的扫描时间为:(TIME/DIV所显示之值)1/10 因此未放大时的最高扫描速度1uSec/DIV在放大后可增加为100nSec/DIV。计算方式:1uSe

17、c/DIV1/10=100nSec/DIV,MOS620示波器的原理与使用,水平位置旋钮：调节此旋钮可以选择波形显示的水平位置，如下图.使波形与刻度线齐平,以利于读值。可以利用此旋钮，将需要仔细观测的波形置于屏幕的中央，然后将MAGx10按钮按下，观测此段波形的细节。,MOS620示波器的原理与使用,扫描时间微调旋钮：微调扫描时间，通过微调此旋钮，可以在水平方向获得最合适的波形疏密程度，以方便观察。,校准状态标示，当此旋钮顺势针旋转至最右边的时候，处于校准状态时，水平扫描时间调整旋钮上的档位刻度才有意义,MOS620示波器的原理与使用,MODE(触发模式)功能:AUTO:当设定于AUTO位置时

18、将会以自动扫描方式操作。在这种模式之下即使没有输入触发讯号扫描产生器仍会自动产生扫描线若有输入触发讯号时则会自动进入触发扫描方式工作。一般而言当在初次设定面板时AUTO模式可以清轻易得到扫描线直到其它控制旋钮设定在适当位置一旦设定完后时常将其再切回NORM模式因为此种模式可以得到更好的灵敏度。AUTO模式一般用于直流测量以及讯号振幅非常低低到无法触发扫描的情况下使用。NORM:当设定于NORM位置时将会以正常扫描方式操作输入触发讯号藉由调整TRIG LEVEL控制钮越过触发准位时将会产生一次扫描线假如没有输入触发讯号将不会产生任何扫描线。TV-V:当设定于TV-V位置时将会触发TV垂直同步脉波

19、以便于观测TV垂直图场(field)或帧(frame)之电视复合影像讯号。水平扫描时间设定于2mS/div时适合观测影像图场讯号而5mS/div适合观测一个完整的影像 帧(两个交叉图场)。TV-H:当设定于TV-H位置时将会触发TV水平同步脉波以便于观测TV水平线(lines)之电视复合影像讯号。水平扫描时间一般设定于10S/div并可立用转动SWP.VAR控制钮来显示更多的水平线波形。本示波器仅适用于负极性电视复合影像信号也就是说同步脉波位于负端而影像信号位于正端。SOURC触发源功能:内部触发源信号及外部EXT TRIG.IN输入信号选择开关 CH1:CH1内部触发CH2:CH2内部触发。

20、LINE:自交流电源中拾取触发信号此种触发源适合用于观察与电源频率有关的波形尤其在测量音频设备与门流体等低准位AC噪声方面特别有效。EXT:外部信号加入外部触发输入端以产生扫描所使用的信号应与被测量的信号有周期上的关系。因为被测量的信号若不作为触发信号那么此法将可以补捉到想要的波形。,MOS620示波器的原理与使用,以通道1为触发源时,以通道2为触发源时,使用ALT TRIG功能后的显示,当通道1和通道二输入不同的信号时，如果只取其中一个通道同步的话，不能观测信号。此时用ALT TRIG功能可同时稳定显示两波形。,当触发源为CH1，或CH2时，且垂直模式选在DUAL，ALT/CHOP切换按钮在

21、ALT状态时，按下ALT TRIG按钮。,ALT TRIG与相位关系。,MOS620示波器的原理与使用,以通道1或2为触发源。同步时的情况，注意方波上升沿对应的正弦波的相位，这是信号的准确显示,使用ALT TRIG功能后的显示，注意红线标志的位置。两信号显示的相位错了。,结论：ALT TRIG用于观测两个同频率的信号时会带来相位的误差，但是，在观测不同频率信号时，可以方便的同时显示波形。,MOS620示波器的原理与使用,通过触发电平和触发沿的选择到波形上唯一的点作为波形开始显示的位置，从而稳定显示，不能稳定显示（未触发）是因为每次开始显示的波形的起始位置是不同的。,MOS620示波器的原理与使

22、用,TRIG LEVEL(触发准位)及SLOPE(斜率)功能说明 TRIG LEVEL旋钮可用来调整触发准位以显示稳定的波形。当触发信号通过所设定的触发准位时便会触发扫描并在屏幕上显示波形。将旋钮向“”方向旋转触发准位会向上移动；将旋钮向“”方向旋转触发准位会向下移动；当旋钮转至中央时则触发准位大约设定在中间值。调整TRIG LEVEL可以设定波形中任何一点作为扫描线的起始点以正旋波为例可以调整起始点来改变显示波形的相位。但请注意假如转动TRIG LEVEL旋钮超出或设定值在NORM触发模式下将不会有扫描线出现因为触发准位已经超出同步信号的峰值电压。当TRIG SLOPE开关设定在位置则扫描线

23、的产生将发生在触发同步信号之上升沿方向通过触发准位时若设定在位置则扫描线的产生将发生在触发同步信号之下降沿方向通过触发准位时。,MOS620示波器的原理与使用,校正电压输出端CAL,波形亮度调整旋钮,聚焦调整旋钮,轨迹水平调整旋钮,MOS620示波器的原理与使用,探棒校正探棒可进行极大范围的衰减因此若没有适当的相位补偿所显示的波形可能会失真而造成量测错误。因此在使用探棒之前请参阅图4-9并依照下列步骤做好补偿:将探棒的BNC连接至示波器上CH1或CH2的输入端。(探棒上的开关置于10位置)将VOLTS/DIV钮转至50mV位置。将探棒连接至校正电压输出端CAL。调整探棒上的补偿螺丝直到CRT出

24、现最佳最平坦的方波为止。,(a)正确补偿,(b)过度补偿,(c)补偿不足,MOS620示波器的原理与使用,不同亮度和聚焦时的波形.注意:亮度和聚焦有相互的关联关系在调整亮度后,波形变粗,可以通过调节聚焦来获得最佳显示,MOS620示波器的原理与使用,通过调整此旋钮,可以改变轨迹的水平倾斜,正常使用前,请先调整轨迹至水平,（1）直流电压的测量1）将示波器垂直灵敏度旋钮置于校正位置，触发方式开关置于“AUTO”。2）将垂直系统输入耦合开关置于“GND”，此时扫描线的垂直位置即为零电压基准线，即时间基线。调节垂直位移旋钮使扫描线落于某一合适的水平刻度线。3）将被测信号接到示波器的输入端，并将垂直系统

25、输入耦合开关置于“DC”。调节垂直衰减旋钮使扫描线有合适的偏移量。4）确定被测电压值。扫描线在Y轴的偏移量与垂直衰减旋钮对应档位电压的乘积即为被测电压值。5）根据扫描线的偏移方向确定直流电压的极性。扫描线向零电压基准线上方移动时，直流电压为正极性，反之为负极性。,MOS620示波器的原理与使用,（2）交流电压的测量1）将示波器垂直灵敏度旋钮置于校正位置，触发方式开关置于“AUTO”。2）将垂直系统输入耦合开关置于“GND”，调节垂直位移旋钮使扫描线准确的落在水平中心线上。3）输入被测信号，并将输入耦合开关置于“AC”。调节垂直衰减旋钮和水平扫描速度旋钮使显示波形的幅度和个数合适。选择合适的触发

26、源、触发方式和触发电平等使波形稳定显示。4）确定被测电压的峰-峰值。波形在Y轴方向最高与最低点之间的垂直距离（偏移量）与垂直衰减旋钮对应档位电压的乘积即为被测电压的峰-峰值。,MOS620示波器的原理与使用,（3）周期的测量1）将水平扫描微调旋钮置于校正位置,并使时间基线落在水平中心刻度线上。3）输入被测信号。调节垂直衰减旋钮和水平扫描速度旋钮等，使荧光屏上稳定显示12波形。3）选择被测波形一个周期的始点和终点，并将始点移动到某一垂直刻度线上以便读数。4）确定被测信号的周期。信号波形一个周期在X轴方向始点与终点之间的水平距离与水平扫描速度旋钮对应档位的时间之积即为被测信号的周期。用示波器测量信

27、号周期时，可以测量信号1个周期的时间，也可以测量n个周期的时间，再除以周期个数n。后一种方法产生的误差会小一些。,MOS620示波器的原理与使用,（3）频率的测量由于信号的频率与周期为倒数关系，即f=1/T。因此，可以先测信号的周期，再求倒数即可得到信号的频率。,MOS620示波器的原理与使用,（4）相位差的测量1）将水平扫描微调旋钮、垂直灵敏度旋钮置于校正位置。2）将垂直系统工作模式开关置于“DUAL”，并使两个通道的时间基线均落在水平中心刻度线上。3）输入两路频率相同而相位不同的交流信号至CH1和CH2，将垂直输入耦合开关置于“AC”。4）调节相关旋钮，使荧光屏上稳定显示出两个大小适中的波

28、形。5）确定两个被测信号的相位差。如图3-4-6所示，测出信号波形一个周期在X轴方向所占的格数（5格），再测出两波形上对应点（如过零点）之间的水平格数（1.6格），则u1超前u2的相位差角,MOS620示波器的原理与使用,【思考与练习】1.示波管由哪些部分组成？各部分的作用是什么？2.简述模拟示波器的基本工作原理？3.简述示波器垂直系统的主要组成和作用。4.简述示波器水平系统的主要组成和作用。5.怎样正确调整和操作模拟示波器？6.熟悉MOS-620/640双踪示波器面板上各旋钮、开关和按键的作用和操作。7.用模拟示波器测量5V的直流电压。8.用模拟示波器测量有效值为100mV的正弦信号的峰峰值。9.用模拟示波器测量交流信号的周期和频率。10.用模拟示波器测量李萨如图形，并了解李萨如图形的原理。,MOS620示波器的原理与使用,