6.1 如何進行測量

在本書的前兩章中我們介紹了示波器上可以用來影響信號波形顯示的各種控制機構。在這一章里我們將要講座重要的波形參數(shù)，并且還將介紹如何使用示波器來測量這些參數(shù)。
　　示波器可以測量兩個基本的量，即電壓和時間。從這兩個量出發(fā)，用手工的方法使用光標或者用自動的方法進行所有其它波形參數(shù)的測量。
　　在進行測量時，了解自己的示波器的能力是很重要的。不要試圖在一個20MHz的示波器上觀察一個10MHz的方波，因為在這種情況下不可能看到方波的真實形狀，10MHz的方波中包含有10MHz的正弦波基波，以及30MHz、50MHz、70MHz等的諧波。在10MHz的示波器上，也有可能看到30MHz諧波的部分效果（雖然其幅度不正確），但是下一個諧波分量的頻率是示波器帶寬的2.5倍！所以這時您在示波器上看到的波形將更象一個正弦波而不象方波（見圖50）。

圖50　分別在20MHz和200MHz示波器上顯示的10MHz方波的波形

對于上升時間的測量來說，情況也是這樣。如果您使用一臺上升時間比被測信號的上升時間快10倍的示波器來進行測量，那么示波器本身的上升時間對測量的影響將幾乎可以忽略。然而如果示波器的被測信號的上升時間相同，那么引起的測量誤差可高達41%。

若干標準波形

三種*常見的波形是正弦波、三角波和方波（見圖51）。這些波形在任何函數(shù)發(fā)生器上都可以找到，并且在實際工作中也常常遇到。

圖51　*常見的信號類型

正弦波包含單一的頻率分量；而方波和三角波則由很多不同的相關正弦諧波組成。方波由基波的奇次諧波構成，三角波由基波的偶次諧波構成。這些波形在時間上和幅度上都是對稱的。
　　這些波形還有其變形形式，這通常是波形發(fā)生對稱變化的結果。這樣一來，三角波變成了鋸齒波（從其開頭而得名），而方波變成了矩形波。
　　波形的一個完整的周波叫作一個周期。一個周期就是從一個周波的某一點到下一個周波相應點所需要的時間（見圖52）。

圖52　正弦波及其頻率和幅度的表示

頻率是在一秒鐘之內(nèi)所發(fā)生的波形的周波數(shù)。
　　所以如果我們用1秒除以一個周期所需的時間就得到了用Hz表示的頻率。
　　例如，周期=1ms則
　　頻率=1/10×10-3=1000Hz=1KHz

重復發(fā)生的波形稱為重復性波形或周期性波形。這是*容易測量的波形。
　　對重復性波形或周期性波形*常測量的另一個參數(shù)是波形的幅度。幅度是一個波形上從*高點到*低之間的電壓。這又稱之為峰（一）峰值幅度或Vp-p（見圖52）。

6.2 基本練習或如何解釋正弦波

本部分所包含的練習可以幫助用戶熟悉示波器上的主要控制機構。其內(nèi)容分兩部。先介紹模擬示波器上的控制機構，接著再介紹數(shù)字示波器上的控制機構。有關DSO的專門練習將在后面給出。

需要的設備：

▲示波器：一臺模擬示波器旭PM3094（僅供模擬示波器練習用）或者一臺組合示波器，可從PM3382A……PM3394A系列或類似產(chǎn)品中選取。
　　▲兩個10：1PM9010/091或PM9020/091探頭或類似產(chǎn)品以及微調工具供探頭補償調節(jié)之用。
　　▲能產(chǎn)生頻率達2MHz或更高的正弦波、方波及三角波的函數(shù)發(fā)生器，例如PM5135或PM5138或類似產(chǎn)品。
　　▲兩根50ΩBNC電纜。

開始

如果電纜已連在示波器上，則將其從示波器上拆下。
　　使用正確的電源線將示波器連至市電電源，并將電源開關接通。
　　將探頭連至示波器的通道1，并將探頭連至示波器前面板上的探頭調節(jié)連接器。
　　如果使用的是組合示波器，則選擇模擬模式。
　　按AUTOSET鍵（前面板上部的綠色按鍵）。
　　對于沒有此項功能的老式示波器，則按以上各項進行設置：
　　亮度—中間位置
　　垂直位置控制—中間位置
　　水平位置控制—中間位置
　　時基0.2ms/格
　　CH1靈敏度0.2V/格。注意，如果示波器的自動化程度不高，則增加探頭衰減。
　　觸發(fā)—觸發(fā)源CH1，模式—AUTO，峰-峰值電平觸發(fā)。
　　確認探頭已經(jīng)補償。為此可能需要調節(jié)探頭上的LF補償微調電容，如有必要，可參閱第4章“探頭補償”一節(jié)?，F(xiàn)在我們就可以開始研究各控制機構了。
　　參考本書前后封面上的插圖來尋找各控制機構的位置。

屏置控制

調節(jié)亮度和聚焦控制機構并觀察對屏幕顯示的影響。
　　調節(jié)聚焦控制機構以獲得清晰的掃跡顯示和清楚文字顯示。
　　注意為了觀察從探頭調節(jié)輸出端子給出的方波的上升沿和下降沿，需要將示波器的亮度調得比較亮。這是由于電子束在這些沿上移動得比較快的緣故。
　　調節(jié)文字亮度控制機構使得示波管上的文字亮度達到可以接受的程度。
　　將探頭從CH1輸入端斷開，然后調節(jié)掃跡旋鈕，使得掃跡和示波器的水平標尺線平行。
　　放置標尺亮度控制旋鈕，并觀察標尺變亮。
　　將探頭重新連到CH1上。

垂直控制機構

位置

將探頭從探頭調節(jié)輸出端斷開。
　　旋轉CH1的POS（垂直位置）旋鈕，并將掃跡放到中央的標尺線上。注意通道標志和地電平指示器“1—”。
　　將探頭重新連接到探頭調節(jié)輸出端上。

靈敏度

按動AMPL（幅度）“上/下”按鈕，并觀察顯示波形的幅度隨著所選的靈敏度的不同而變化。
　　觀察屏幕的下部，可以看到靈敏度的讀出數(shù)值也在變化。
　　如果要選擇VAR（可變）靈敏度，則應同時按“上”和“下”兩個鍵，然后再將兩個鍵放開?，F(xiàn)在就可以使用“上”和“下”兩個按鈕平滑的改變顯示波形的幅度。
　　注意，這時靈敏度讀出數(shù)值也隨之變化。
　　再同時按“上”和“下”兩個鍵，以便重新回到1-2-5步進值的工作方式。
注：Fluke公司的模擬示波器，如PM3094和組合示波器，PM3394A在配備這種標準的可變衰減器方面是****的。

耦合

按動AC/DC/GND按鈕，當我們依次經(jīng)歷這三種不同的選擇時，可以觀察到在靈敏度讀出數(shù)值后面的耦合符合也在相應變化。注意：在有些示波器上，設置上分開的控制機構。其中一個用來選擇AC或DC耦合，而另一個用來將輸入通道連接或切換到地。對這種示波器來說，應當使用這兩個控制機構來觀察效果。
　　當我們由AC耦合轉換為DC耦合時，屏幕上的波形將會向上跳動。
　　方波的下部處在零伏電平，所以當選擇DC耦合時，方波的下部應在中央標尺線上。通道標志“1-”為我們顯示出通道號碼和地電平的位置。我們可以看到，當選擇GND時，地電平確實在中央標尺線的位置。這時衰減器的輸入端連到了地電位。

多通道工作

將**個探頭連至CH2，再將此探頭連至探頭調節(jié)輸出，并按AUTOSET。旋轉通道2的POS控制旋鈕，并注意屏幕上現(xiàn)在有兩條掃跡。
　　用CH1和CH2的POS控制旋鈕將兩個掃跡分別放在適當?shù)奈恢谩?br>　　用每個通道的ON按鈕可以把相應通道的掃跡打開或關閉。
　　如有必要可對CH2進行探頭補償。
　　用CH1+CH2按鈕把兩個通道的波形加在一起。
　　現(xiàn)在使用INV按鈕將CH2通道的信號反相，注意方波立即消失。

探頭識別

將探頭從CH1和CH2輸入端斷開。
　　對CH1用AMPL或靈敏度控制選擇1V/格的靈敏度。
　　如果可能，現(xiàn)在將CH1的輸入阻抗設置為50Ω。在有的示波器上可能有一個專門的按鍵用來選擇此低阻抗，也可能在一個“垂直菜單”中來選擇。注意，這時在CH1靈敏度讀出數(shù)值后面出現(xiàn)Lz符號以表示低阻抗狀態(tài)。

重新連接探頭

注意屏幕上靈敏度讀出數(shù)值的變化，現(xiàn)在變?yōu)?0V/格，并且Lz符號已經(jīng)消失。示波器已經(jīng)識別出此探頭為10:1高阻抗探頭。示波器不允許高阻抗探頭和50Ω示波器輸入阻抗配合使用。

水平控制機構

時基

將探頭連至CH1，并將探頭**連至探頭調節(jié)信號。
　　按AUTOSET
　　在控制面板的TIME/DIV菜單之下按ns和s按鍵。則在慢速掃描時基時應在屏幕上看到較多個周期的探頭調節(jié)信號波形；而在掃描時基速度較快時看到的探頭調節(jié)信號波形的周期數(shù)較少。
　　注意在屏幕上顯示的時基讀出數(shù)值按1-2-5的步進值變化。
　　同時按TIME/DIV菜單下的ns和s兩個按鍵，我們就進入了校準的可變時基方式。這和幅度調節(jié)中的可變靈敏度方式是類似的。
　　按ns按鍵，我們將觀察到信號波形的個周期就擴展至填滿整個屏幕。

水平放大和位置控制

將探頭連至CH1，并將探頭**連至探頭調節(jié)信號。
　　按AUTOSET。
　　調節(jié)時基按鍵，使得屏幕上顯示出大約10個周期的探頭調節(jié)信號波形。
　　觀察屏幕上的時基讀出數(shù)值。
　　在PM3094示波器上按10×MAGN按鍵，在PM3394A按MAGNIFY→按鍵。
　　注意這時屏幕上的時基讀數(shù)比原來快了10倍。在PM3394示波器上，還將顯示出一個稱為“存儲器范圍批示器”的符號，用以表明現(xiàn)在屏幕上顯示的波形是由波形存儲器中的那一部分產(chǎn)生的。參見圖53和圖9。

圖53 正宗常的和放大的波形顯示

現(xiàn)在我們就可以用水平的X-POS控制旋鈕來掃描觀察放大了的波形。

雙時基

將探頭連至CH1，將探頭**連至探頭調節(jié)信號。按AUTOSET。
　　如有必要請參看本書封面和封底上的示波器前面板圖。
　　按延遲時基控制部分的DTB。
　　在PM3394A，示波器上使用*上面的菜單選擇功能鍵（以下稱功能鍵）選擇DTBTON。在PM3092示波器上使用**個功能鍵步進尋找以選擇MTBI+DTB。
　　使用位置和掃跡分離控制機構將主時基波形掃跡放在屏幕的上部，而將延遲時基掃跡放在屏幕的下部。
　　使用DELAY和DTB時基控制機構以選擇并放大探頭調節(jié)信號的一個上升沿。如有必要可以調節(jié)掃跡亮度。
　　注意屏幕上顯示出來的延遲時間和延遲時基速度的讀出數(shù)值。當主時基波形掃跡上的加亮部分從MTB觸發(fā)點向右移動時，延遲時間應增加。

自動時基、觸發(fā)時基和單次捕捉時基

將探頭連至CH1，將探頭**連至探頭調節(jié)信號，按AUTOSET。
　　在PM3094示波器上按HORMOSE按鍵，在PM3394A示波器上按TB MODE按鍵。
　　使用功能鍵從菜單中選擇TRIG（觸發(fā)）?，F(xiàn)在示波器需要一個觸發(fā)信號才開始時基掃描。
　　將探頭從CH1輸入端取下來，可以看到掃跡立刻消失了。沒有信號就沒有掃跡！
　　再從菜單中選擇AUTO，則掃跡重又出現(xiàn)。
　　將探頭重新連至CH1以便看到信號。
　　現(xiàn)在從同一菜單中選擇SINGLE，則掃跡重又消失。將掃跡制旋鈕沿順時針方向旋轉。
　　在PM3094示波器上按SINGLE RESET按鍵。在PM3394A示波器上按水平控制部分的SINGLE按鍵。
　　仔細觀察屏幕。當松開按鈕時，將有一條掃跡掠過屏幕。每按一次按鈕就得到一次掃描。
　　當了解了更多的關于觸發(fā)的知識以后，我們還要再做關于這方面的練習。

觸發(fā)控制

將函數(shù)發(fā)生器的輸出設置為：1KHz正弦波、掃描關閉、DC偏置關閉、輸出電壓1V峰（一）峰值。
　　使用BNC電纜將函數(shù)發(fā)生器的輸出連至CH1。
　　按AUTOSET。
　　使用X-POS旋鈕將掃跡向右移動以便看到掃描的起始點。

峰-峰值觸發(fā)

調節(jié)觸發(fā)電平控制旋鈕。
　　注意掃描波形的起點在波形上上下移動。
　　改變函數(shù)發(fā)生器輸出的幅度，并重新調節(jié)觸發(fā)電平。注意示波器總能由輸入波形所觸發(fā)。
　　當調節(jié)觸發(fā)電平時，示波器屏幕上按輸入信號峰-峰值幅度的百分數(shù)顯示出觸發(fā)電平的相對值。

觸發(fā)斜率

按CH1控制部分的TR1G1按鈕。現(xiàn)在示波器按負向斜率觸發(fā)。
　　注意，當按TR1G1按鈕時，在屏幕右下角顯示的斜率符號發(fā)生變化。

從另一個通道觸發(fā)

將CH2的輸入連到函數(shù)發(fā)生器后面板上的TTL輸出端上。
　　按AUTOSET，并在屏幕上調整掃跡的位置使兩條掃跡互相不重疊。
　　觀察屏幕右下角的觸發(fā)源指示符號，并按TRIG2按鈕。
　　現(xiàn)在示波器由通道2的信號觸發(fā)。將BNC電纜從CH2的輸入端去掉，以證明現(xiàn)在示波器確實是由通道2觸發(fā)的。

在某一特定電平下觸發(fā)

將函數(shù)發(fā)生器的輸出設置為：1KHz、三角波、掃描關閉、DC偏置關閉、幅度為1V峰（一）峰值。
　　用BNC電纜將函數(shù)發(fā)生器的輸出連至CH1。
　　按AUTOSET。
　　將CH1設置為DC耦合。
　　將PM3094示波器上按TRIGGER MTB按鍵，在PM3394A示波器上按TRIGGER鍵，并選擇Level-ppOFF（峰-峰值電平觸發(fā)關）。
　　使用觸發(fā)菜單中*下面的功能鍵將觸發(fā)耦合設置為直流耦合。
　　這時可以看到在屏幕的左邊出現(xiàn)“T-”或者“M-”的符號。這種符號表示出了屏幕上的觸發(fā)電平位置。
　　現(xiàn)在調節(jié)觸發(fā)電平控制旋鈕，則T-符號將在信號上上下移動，而屏幕上則顯示出引起示波器觸發(fā)的實際電壓讀出數(shù)值。
　　還可以注意到，如果將觸發(fā)電平設置得處在信號的峰（一）峰值的幅度范圍之外，則將失去觸發(fā)。

單次捕捉觸發(fā)

現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了如何調整**的觸發(fā)電平。因此我們可以做單次捕捉練習。
　　將探頭連至CH1，并將探頭連至探頭調節(jié)信號。
　　如果您使用的是組合示波器，則檢查并確認示波器處于模擬方式之下。
　　按AUTOSET鍵。
　　將探頭從探頭調節(jié)輸出端斷開。
　　將屏幕亮度控制旋鈕沿順時針方向旋轉到頭，以獲得*大的掃跡亮度。
　　在PM3094示波器上按HORMODE鍵，在PM3394A示波器上按TB MODE鍵，并使用功能鍵從菜單中選擇SINGLE。
　　將CH1設置為DC耦合。
　　在PM3094示波器上按TRIGGER MTB鍵，在PM3394A示波器上按TRIGGER鍵，并選擇Level-ppOFF（峰峰值電平觸發(fā)關）。
　　這時你將在屏幕的左部看到觸發(fā)電平符號“M-”或“T-”。
　　現(xiàn)在調節(jié)觸發(fā)電平控制旋鈕。則觸發(fā)電平符號將在屏幕上上下移動，而屏幕上的讀出值則表示出示波器的觸發(fā)電壓。將此觸發(fā)電平設置為200mv。
　　在PM3094示波器上按SINGLE RESET鍵，在PM3394A示波器上按水平控制部分的SINGLE鍵。
　　這時，在觸發(fā)電平控制旋鈕旁邊的紅色LET燈將亮起來，以表明示波器正在等待引起觸發(fā)的信號。
　　仔細觀察屏幕，并用探頭**碰一下探頭調節(jié)輸出。
　　可以看到波形掃跡掠過屏幕一次。用探頭**再碰一下探頭調節(jié)輸出，則屏幕上不再出現(xiàn)掃跡。只有使觸發(fā)電路再進入準備觸發(fā)狀態(tài)才能重復上述現(xiàn)象。
　　如果你使用的是PM3394示波器，則可在DSO模式下重得上述操作?？梢允褂么蠹s一個格的預觸發(fā)觀察區(qū)將波形的前沿顯示在屏幕上。

觸發(fā)式雙時基

將函數(shù)發(fā)生器的輸出設置為：正弦波輸出、掃描起始頻率120KHz、掃描停止頻率121KHz、掃描時間50ms、輸出幅度1V峰-峰值，并使之進行連續(xù)掃描。
　　用BNC電纜將函數(shù)發(fā)生器的輸出連至CH1輸入端。
　　將示波器按以下要求設置：
CH1 0.2V/格、AC耦合、主時基20μs/格、CH1觸發(fā)、正斜率、Levelp-p ON；觸發(fā)電平50%。
　　打開延遲時基，并選擇延遲后STARTS模式。
　　設置DTB掃描速度為1μs/格，延遲為120μs。
　　使用掃跡分離及位置控制機構以獲得如圖54a的波形顯示。

圖54a MTB和DTB掃描波形。DTB處于STARTS模式

看起來屏幕右部的波形在沿X軸方向移動，因此要想詳細觀察波形中的一個周波是很困難的。
　　現(xiàn)在將DTB選為按通道1觸發(fā)的“TRIG‘D’”模式。在PM3094示波器上可由“ch1”指示出來。
　　將DTB觸發(fā)選為DC耦合方式，并將DTB觸發(fā)電平設置為500mv。觸發(fā)電平的調節(jié)在PM3094示波器上用LEVEL DTB控制旋鈕來實現(xiàn)，在PM3394A示波器上用DTB菜單來實現(xiàn)。注意屏幕左部的“D—”符號。這個符號就是DTB觸發(fā)電平指示器。
　　按CH1的觸發(fā)鈕，選擇按通道1以正斜率進行DTB觸發(fā)。
　　現(xiàn)在你應獲得如圖54b的波形顯示。

圖54b MTB和DTB掃描波形。DTB處于觸發(fā)模式

注意屏幕上顯示出的延遲讀出數(shù)值的變化?，F(xiàn)在延遲時間前面出現(xiàn)了一個“”即大于符號。這就意味著DTB的觸發(fā)電路正在等待著MTB觸發(fā)以后超過100μs（見圖）的個正斜率沿上個出現(xiàn)的500mv電平。
　　現(xiàn)在使用DELAY控制旋鈕來改變延遲時間。注意觀察波形的加亮區(qū)域沿著MTB掃描在各個限定的觸發(fā)點之間跳動變化，而DTB掃描則保持穩(wěn)定。改變DTB觸發(fā)電平，觀察當觸發(fā)電平變化時，主掃描波形加亮區(qū)域的起始點在正弦波上上下移動。
　　將函數(shù)發(fā)生器的輸出信號改變?yōu)榉讲?。對DTB重新選擇為STARTS模式。將MTB的掃描速度增至2μs/格。將DTB的掃描速度增至50ns/格。將延遲時間設為8μs，以便使波形的加亮區(qū)域位于屏幕中央的一個上升沿上。濃度用DTB來觀察這個上升沿。觀察起來很困難吧？
　　對DTB選擇為觸發(fā)的“TRIG‘D”模式?，F(xiàn)在該上升沿由DTB穩(wěn)定的顯示出來。改變DTB觸發(fā)電平，你就可以在這個上升沿上任意選擇想要顯示的某一部分。

6.3 測量練習

我們已經(jīng)學會了如何使用示波器的控制機構。所以現(xiàn)在我們可以進行若干實際的測量練習。

測量探頭上校準輸出的頻率和電壓

將探頭連至CH1，并將探頭連至探頭調節(jié)輸出，并按AUTOSET以獲得*佳的波形顯示。對于沒有AUTOSET的示波器來說，則應調節(jié)靈敏度、時基、水平和垂直位置等控制機構以便在屏幕上獲得類似于圖55的波形顯示。
　　以格為單位數(shù)出此信號一個周波的時間和幅度。
　　將這兩個格數(shù)分別乘以示波器的伏/格和時間/格設置值。這樣就得到了此波形的幅度和周期。
　　接著可以求出信號的頻率，通過求周期的倒數(shù)即可得到頻率。
　　由于技術指標中存在著公差范圍，所以您得到的測量結果可能和圖中給出的有所不同。

使用示波器將函數(shù)發(fā)生器的輸出設置成一定的幅度和頻率

我們將使用示波器把函數(shù)發(fā)生器的輸出設置成如圖56的正弦波，100KHz、幅度為峰-峰值3V。
　　將觸發(fā)設置為“Level p-p”、AC耦合、觸發(fā)源為CH1，時基為AUTO。
　　將靈敏度設置為500mv/格，這樣垂直偏轉6格就等于3V。
　　頻率為100KHz的波形，其周期為10μs；即1/（100×103）=10×10-6。所以，如果我們將時基設置為2μs/格，那么此波形的一個周期就占據(jù)5格。
　　調節(jié)函數(shù)發(fā)生器的輸出電平和頻率控制機構以及示波器的觸發(fā)電平和斜率控制機構以便獲得如圖56的波形顯示。
　　在現(xiàn)實世界里的信號，其開頭**不會象函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號那樣好。讓我們來看一看典型的脈沖波形。
　　圖57表示脈沖波形的時間和幅度特性。

圖57 脈沖的各種參數(shù)

脈沖波形的“占空系數(shù)”或“占空比”是很重要的參量。利用這個參數(shù)可以計算出諸如雷達、馬達速度控制、照明系統(tǒng)等等脈沖系統(tǒng)的平均功率。
　　占空系數(shù)=Tw/Trep
　　其中：Tw是脈沖有效時間。
Trep是脈沖的重復時間或周期。
　　占空比可以表示為一個百分數(shù)或者0至1之間的數(shù)。
　　平均功率=峰值功率×占空系數(shù)
　　抖動是度量脈沖信號穩(wěn)定性的一個參數(shù)。它可以用時間表示，也可以用脈沖重復時間的百分數(shù)來表示。
　　脈沖的幅度特性主要反映出理想矩形脈沖的失真情況。應該特別注意波形上計算各有關參數(shù)地起始點和結束點的電平（0%、10%、50%、90%、100%）。這樣我們就明白了為什么要在示波器的標尺上增加額外的標0%和100%的刻度線了。當我們使用可變靈敏度把信號放在這兩條線上時，我們就可以在其它電平刻度線上進行有關的參數(shù)測量。在圖57中所有幅度參數(shù)的測量都是以100%的電平為參考標準的。

使用延遲時基測量方波的上升時間，種方法

將函數(shù)發(fā)生器設置為輸出峰峰值3V的方波，頻率約為120KHz、掃描關閉，并將此信號送至示波器的通道1。按AUTOSET，改變MTB的掃描速度，使在屏幕上顯示出一個全周期以上的信號波形。
　　打開延遲時基，并把波形上的加亮部分放在波形的一個上升沿上。選擇在屏幕左部的一個上升沿以使信號抖動的影響減到*小。
　　改變延遲時基的掃描速度使得顯示出的上升沿占據(jù)幾個水平格。如有必要可以調節(jié)DTB延遲時間和掃跡亮度。
　　將主時基關閉。
　　將CH1的耦合方式切換為接地，并把掃跡放在顯示屏幕的中線上。
　　將CH1的耦合方式切換為AC耦合。
　　使用可變靈敏度控制把信號的項部和底部分別放在100%和0%標尺線上。在此過程中可能需要對垂直位置控制作小的調整。
　　使用X-POS控制機構移動波形，讓波形的上升沿通過主垂直標尺線和10%水平標尺線的交點。
　　現(xiàn)在來測量從剛才說過的交點到波形和90%水平標尺線交點之間的時間。見圖58。

圖58 使用DTB進行上升時間的測量

信號從其10%幅度點到其*終幅度90%之點間所用的時間稱為上升時間。

使用延遲時基測量方波的上升時間，**種方法

采用和前一個練習相同的設置條件。使用可變靈敏度控制將信號的頂部和底部分別放在100%和0%標尺線上。為此可能需要對垂直位置控制作小的調整。
　　調節(jié)延遲控制或者延遲時間倍乘器使用掃跡通過中心垂直標尺線和10%水平標尺線的交點。
　　記下屏幕上顯示的延遲時間。
　　再調節(jié)延遲控制或延遲時間倍乘器使用掃跡通過中心垂直標尺線和90%水平標尺線的交點。
　　再記下屏幕上顯示的延遲時間。
　　用**個延遲時間減去延遲時間，從而求得10%和90%信號電平之間的時間差。這個時間差就是上升時間。
　　當提高延遲時基掃描速度時，用這種辦法可以獲得更高的測量分辨率。
　　用這種方法也能準確地測量脈沖寬度和脈沖的重復速率。

使用上述兩種辦法測量探頭調節(jié)出的脈沖寬度

將探頭連至CH1，并連至探頭調節(jié)輸出。
　　按AUTOSET以獲得*佳的波形顯示。
　　檢查并確認探頭已經(jīng)補償好。
　　打開延遲時基，并把波形的加亮部分放在波形的一個正半周上。此波形周期應選在屏幕的左部以使信號抖動的影響減至*小。
　　改變延遲時基的掃描速度使得所選的半個周期的波形在屏幕上占據(jù)幾個水平格。
　　將主時基關閉。
　　使用可調靈敏度控制，將信號的頂部和底部分別放在10%和0%標尺線上。為此可能需要對垂直位置控制作小的調整。
　　 使用種方法：調節(jié)X-POS控制機構，使上升沿通過某一垂直標線和中心水平標尺線的交點。在這里必須使用中心水平標尺線，因為它位于信號幅度50%的位置（見圖59）

圖59 脈沖寬度的測量

現(xiàn)在測量從上面說的交點到波形下降沿和中心水平標尺線交點之間的時間。這個時間就是脈沖寬度。

使用**種方法：調節(jié)延遲控制，使得掃跡的上升沿通過中心水平標尺線和某一垂直標尺線的交點。這時如果波形的下降沿跑出屏幕的范圍也沒有關系。為了獲得更高的測量分辨率，可以提高延遲時基掃描速度。這時，如有必要可以調節(jié)掃跡的亮度。
　　記下屏幕上顯示的延遲時間。
　　再調節(jié)延遲控制，使得波形的下一個下降沿通過同一個標尺交點。再記下屏幕上顯示的延遲時間。
　　用**個延遲時間減去個延遲時間，就得到了波形上升，下降沿上50%幅度點之間的時間差。這就是正脈沖的寬度。
　　現(xiàn)在使用延遲控制再選擇波形的下一個上升沿并記下屏幕上顯示的延遲時間。
　　從**個讀數(shù)減去個讀數(shù)就可以計算出負脈沖寬度。
　　現(xiàn)在你能計算出信號的頻率和占空比嗎？

6.4 光標和自動測量

光標的種類

到現(xiàn)在為止，在所有我們進行的測量工作中，我們已經(jīng)使用了標尺和示波器的衰減器及時基的設置信息。更現(xiàn)代化的模擬示波器上設有光標，使得測量工作更加容易、更加迅速。
　　光標就是電子束在示波管屏幕上畫的線。光標有垂直和水平的兩種。它們在屏幕上的位置和電壓及時間有關。其位置可以用作示波器測量電壓和時間的基礎。并用來獲得其它測量參數(shù)，如頻率、上升時間等。
　　當示波器的靈敏度或時基設置發(fā)生變化時，屏幕上的光標的時間和電壓讀出數(shù)值也隨之自動調整變化。
　　讀出數(shù)值可以是**讀數(shù)，即相對于地電平的伏數(shù)；也可以是相對讀數(shù)，即光標之間的電壓差；也可以是百分數(shù)。百分數(shù)的表示方法對于脈沖參數(shù)測量特別有用。因為我們已經(jīng)看到，對于象占空比這樣的參數(shù)測量是用周期的百分數(shù)來表示的。
　　光標系統(tǒng)有兩種。種光標系統(tǒng)用于模擬示波器和某些數(shù)字示波器，稱為屏幕映射的光示。這種光標和輸入信號沒有聯(lián)系。這就是說操作人員必須手工地把光標和波形對齊，以便進行測量（見圖60）。由于操作人員必須依靠視覺來把波形和光標對齊，這種手工對齊的操作就造成了產(chǎn)生誤差的機會。示波器的任何小的顯示不準確度都會在不同程度上影響波形和光標的顯示，從而引起測量的誤差。

圖60 屏幕映射光標

**種類型的光標是基于在示波器中存貯的數(shù)字化的波形數(shù)據(jù)。這種光標稱為基于存儲器的光標。這種光標沒有可能由偏轉系統(tǒng)引入誤差。這種光標跟蹤屏幕上的波形。由于所有的波形數(shù)據(jù)都存貯在示波器中，所以其它的參數(shù)測量，如上升時間、頻率、周期等都可以根據(jù)波形的指定部分計算出來。這種類型的光標可以在其它類型的示波器，如PM3365A上找到（見圖61）。

圖61 PM3365A示波器上的基于存儲器的光標

在有些示波器，如PM3394A中，可以將光標分配給不同的掃跡，因而能夠進行諸如傳播延時，開關時間等的測量。
2）注：對于在更先進的示波器，如PM3094上的某些測量來說，屏幕映射光標和信號有聯(lián)系。這類示波器使用峰峰值觸發(fā)電路來測量輸入電壓，并且由此能獲得其它測量參數(shù)。

幅度限定的光標

第三種光標應用得不太廣泛，稱為幅度限定的光標。這種光標對于確定特殊應用場合的時間測量時特別有用。所謂特殊應用場合的時間測量就是和“標準”參數(shù)，如上升時間等不同的別的參數(shù)測量。這種情況在元件測試（如二極管反向恢復時間測量）、控制回路建立時間測量、PLL鎖定時間測量等工作中都會遇到。
　　這種光標的名稱來源是：時間的測量是通過把光標放在信號上的某一確定位置來進行的。例如：可以把光標放在信號達到其*終幅度的20%的位置上，而不必管信號的實際幅度是多少。而另一個光標可以放在信號達到其*終幅度的80%的位置上。從光標的讀出數(shù)值可以得到出兩個光標之間的時間。這個時間就是信號從其*終幅度的20%到80%所需要的時間。
　　使用幅度限定的光標時，時間測量和實際信號的幅度無關。測量具有很大的靈活性?？梢园压鈽朔旁谙鄬τ谝?guī)定參考值的任何水平位置上。參考電平可以從一個與實際幅度有關的數(shù)值度（例如：*小值、*大值、某一**電平、地電平或者統(tǒng)計高或低電平）中選擇。光標不一定放在信號次跨過規(guī)定電平的時刻；**次、第三次或*后一次等其它跨過規(guī)定電平的時刻都可用來放置光標。
　　為了說明這種光標系統(tǒng)的能力，讓我們來看一看下面的例子（見取自PM3394A示波器的圖62）。

圖62 用于測量建立時間的幅度限定光標

我們在這個圖中看到的是，當輸入信號發(fā)生突然變化（階躍電壓）時，一個控制系統(tǒng)的輸出電壓。對于這樣一個系統(tǒng)來說，建立時間定義為回路達到并重新保持在正確的輸出電壓的5%范圍內(nèi)所需要的時間。
　　對于多數(shù)示波器的情況來說，建立時間的測量必須由操作人員使用光標在手動控制下來完成。而使用幅度限定的光標，建立時間的測量則可以自動地進行。
　　建立時間的測量從輸入信號發(fā)生階躍的時刻開始。如果輸入信號不易測量，也可以輸出信號開始增加的時刻為測量的起點。
　　將示波器設置成能夠找到波形上接近其上升沿起點的時刻，比如說波形達到其幅度的20%的電平的時刻。對于實際測量工作來說，用這種方法能夠相當好的確定輸入電壓階躍的起點。對于個光標來說，波形的初始穩(wěn)定電平作為0%，波形的*終值作為100%。個光標就放在參考電平的20%的地方，其位置處在0%和100%之間。
　　**個光標的參考電平設置方法與個光標有所不同。將波形的*終值作為0%，而將波形的初始值定為100%！這樣**個光標就放在信號波形的5%電平點的地方。這里所說的波形*終值就是波形上的所有振鈴消失以后所達到的電平值。這個值按“統(tǒng)計高”電平來選擇。
　　為了找到信號波形保持在其*終電壓的5%之內(nèi)的開始時刻，我們把光標放在信號波形*后一次跨過5%幅度電平的時刻。
　　在圖62中表示出了測得的顯示波形以及光標和參考電壓線。從圖中頂部的一行文字中可以讀出建立時間為1.49us。
　　這種測量方法能自動地給出回路的建立時間，而不必過問輸入階躍的大小。這對于需要重復進行的測量。例如生產(chǎn)測試是非常有用的。這時，示波器能夠自動進行測試而無需操作人員干預。

各種光標測量

使用光標測量周期和頻率

將探頭連至CH1，并連至探頭調節(jié)輸出。按AUTOSET以獲得波形顯示。
　　啟動光標，選擇時間模式或垂直光標以便進行時間測量。
　　將一個光標放在某一信號周波的起始點。而把另一個光標放在同一信號周期的結束點?，F(xiàn)在光標應能測出信號的周期。如將讀出數(shù)值選為△T（光標之間的時間），則可得出信號的周期。也可將讀出數(shù)值選為1/△T，這樣就得到信號的頻率。

用光標測量占空比

采用和前一個練習相同的設置條件，測出校準信號的占空比是很容易的。
　　改變設置條件，使得讀出數(shù)值為按比值給出的△T，放置兩個光標，使得它們能嚴格地包括一個完整的信號周期。按△T=100%，這樣我們就告訴示波器兩個光標之間的時間寬度為一個信號周期的100%。
　　保持個光標在該周波的起始點不變，而將**個光標移動到該周波中間的沿上（見圖63）。這樣光標的讀出數(shù)值就表示了脈沖被光標包括的部分的占空比，其數(shù)值約為50%。

圖63 使用光標測量占空比

使用光標測量相位

將函數(shù)發(fā)生器的輸出連至CH1，將其TTL輸出（在函數(shù)發(fā)生器的后面板上）連至CH2。將函數(shù)發(fā)生器的頻率設置為其可能的*高數(shù)值，并選擇三角波輸出信號。
　　啟動示波器的SUTOSET功能。檢查并確認使用CH1作為觸發(fā)源。調節(jié)垂直偏轉和掃跡的垂直位置以便能夠清楚的看到兩個分開的掃跡。改變時基設置，以便能在屏幕上看到稍多于一個周波的信號波形，如有必要可使用可變時基模式。調節(jié)觸發(fā)電平，以便能夠顯示出CH1波形上升沿的足夠的信息（見圖64）。

圖64 使用光示測量相位

將每個波形對稱的放在某一條水平標尺線的兩邊。
　　啟動光標，并選擇垂直光標以便進行時間測量。選擇相位讀出。
　　現(xiàn)在，從波形的個上升沿開始放置兩個光標以標志出CH1波形的一個周期。利用波形和該水平標尺線的交點作為參考標志來找出沿的中點。
　　按：“△T=360°”按鍵，告訴示波器兩個光標之間的時間為波形的一個完整周期。在PM3394A示波器上，此周期長度可由觸發(fā)源的頻率自動獲得。
　　保持個光標的位置不變，而把**個光標放到CH2波形上升沿的中心。在PM3394A示波器上，可以把代表波形與垂直光標線交點的小十字符號放在任意一個波形上。這可以用光標菜單中的“選擇光標掃跡”來進行。
　　現(xiàn)在就可以讀出以度為單位的兩個波形間相位差。
　　當使用PM3394A示波器時，應當注意此示波器能自動測出所選觸發(fā)源的信號頻率。而從這個頻度又能自動得出相位測量所需的360度的參考標準。當信號頻率改變時，PM3394A示波器能自動的調節(jié)光標的參考標準。而使用其它示波器，包括PM3094時，必須用手工控制重新選擇新的信號周期作為參考標準。

用光標測量信號的幅度

將輸入信號加給示波器并按AUTOSET。
　　打開光標并選擇水平或幅度測量光標。
　　將個光標放到信號*低值的地方，而將另一個光標放在信號*高值的地方。
　　這樣光標的讀數(shù)值就給出這兩個電壓的差值，這就是波形的峰-峰值幅度。
　　在有些示波器，如本書中我們用作示例的PM3094示波器上，可以將讀數(shù)值改變?yōu)榉謩e表示出每一個光標的**電平。這對于疊加在DC分量上的信號或者測量邏輯信號等情況特別有用。

測量AM信號3的調制深度

上一個例子中的幅度測量看起來太簡單了，可能沒有充分的反映出光標的測量能力。現(xiàn)在讓我們來看一個比較復雜的例子。我們將用光標來找出兩個幅度的比值。
　　對于幅度調制信號來說，調制深度定義為調制信號的幅度和載波信號幅度之比。在文獻中通常用m來表示。為測量調制深度，設置函數(shù)發(fā)生器使之輸出幅度調制信號。如果可能的話，將調制深度設為一個已知值。將調制后的信號加至CH1，而將調制信號（有時在函數(shù)發(fā)生器的后面板上）加至CH2。
　　按AUTOSET。在Fluke公司的示波器，AUTOSET功能將*低頻率的信號選為觸發(fā)源。關掉CH2。在使用PM3394A示波器時請選擇模擬模式，或者當使用數(shù)字存儲模式時，請選擇“峰值檢測”模式。
　　改變時基和垂直靈敏度以便獲得類似于圖65所示的波形顯示。

3 本測量中需要使用具有幅度調制能力的信號源，例如PM5134、PM5138A或PM5139。

打開光標，選擇水平光標，并將讀出數(shù)值選△V比。
　　不論調制深度有多大，可以將光標放在波形上的a和c點電平上來測量出載波的幅度（見圖65）。

圖65 AM信號

按△V=100%按鍵，以便將此載波幅度定為100%。
　　下一步，將上面的光標向上移動b電平處（見圖65）。
　　這時，光標的讀出數(shù)值就以百分數(shù)的形式給出調制深度。
此測量結果和函數(shù)發(fā)生器上設置的調制深度相比如何？

6.5 數(shù)字存儲示波器練習

到現(xiàn)在為止我們已經(jīng)做出的各種測量練習既可以用模擬示波器來做，也可以用數(shù)字存儲示波器來說。在這一節(jié)中我們對若干DSO的特別功能進行練習，例次單次捕和自動測量等。
DSO本身具有存貯波形的能力。這使我們能夠捕捉那些人們甚至以為得不到的信號。

捕捉單次信號

將一根BNC電纜連到PM3394A示波器的CH1輸入端，而電纜的另一端不連任何東西。檢查并確認示波器處于數(shù)字存儲模式。
　　按AUTOSET并注意這時示波器沒有發(fā)現(xiàn)任何輸入信號。因此示波器選擇其默認的設置參數(shù)：50mv/格、1ms/格，通道1開通、按通道1正沿觸發(fā)、當沒有信號時使用AUTO觸發(fā)。
　　選擇2格的預觸發(fā)觀察。改選10mv/格。從觸發(fā)菜單中選擇DC觸發(fā)，并關掉Level pp觸發(fā)。從TB模式菜單中選擇TRIG‘D’模式，從而關閉自動觸發(fā)。將觸發(fā)電平指示器“T-”設在基線以上大約半格的位置。
　　拿起B(yǎng)NC電纜的開路一端，并將其在桌子上敲擊。
　　注意，這時電纜就產(chǎn)生了一個小的電信號，并且此信號就為示波器采集（見圖66）

圖66 由一根開路電纜在桌子上敲擊所產(chǎn)生的電信號

存貯波形

這樣我們就捕捉到了一個真正的單次事件，讓我們把這個波形存入后備存儲器供以后使用。
　　選擇SAVE菜單。這樣就能把采集的波形存入由TRACK放置控制機構所選擇的任何一個存儲器中。
　　現(xiàn)在將該波形存入3號存儲器（m3）。這樣，在m3前面的園圈就將變?yōu)閷嵭牡?，表明m3中已經(jīng)存有波形信息。如果存貯波形前園圈已經(jīng)是實心的，則存貯時示波器將先詢問是否可以覆蓋此存儲器的內(nèi)容。

自動測量

很多現(xiàn)代的數(shù)字存儲示波器，如Fluke公司的PM3394A都能完全自動的進行測量而無需使用光標?？梢詼y量的項目非常廣泛，包括了所有一般日常需要進行的測量項目。示波器使用存貯的波形數(shù)據(jù)并按照IEEE4規(guī)定的標準算法來得出所選擇項目的測量結果。
　　作為一個例子，我們來測量剛剛采集到的單次信號的幅度。
　　打開MEASURE菜單。選擇“MEASurement 1”。示波器就按其默認規(guī)定進行峰峰值幅度測量，這正好符合我們的需求。打開這個測量功能，測量結果就立即顯示在屏幕上。
　　注意，示波器可以進行很多種這樣的自動測量，其菜單中包括：與幅度有關的測量（伏）、與時間有關的測量（包括周期和頻率）及延時測量。

4 IEEE為電氣及電子工程師學會

光標限制的測量

考慮圖67中的信號。如果我們想測量波形振鈴的頻率，但是示波器測出的卻是方波信號的頻率。

圖67 帶有振鈴的方波

為了自動的測量振鈴的頻率，必須改變示波器的設置，使得示波器只采集振鈴信號。當然，我們可以使用DTB，使得示波器只采集信號的這一特定部分，但是這樣一來就失去了總的信號的全貌。
　　某些示波器具有在波形的某一特定部分進行自動測量的能力。進行測量的這一波形特定部分則由光標來規(guī)定。用這種方法，既保持了總的信號的全貌，又控制了波形上進行測量的區(qū)域，從而能夠對信號的規(guī)定的細節(jié)，例如振鈴的頻率幅度或者脈沖群中的脈沖頻率等進行測量。

光標限制測量的練習

選擇RECALL菜單，將在存儲器3中存貯的波形調回到示波器屏幕上來，在菜單中進行滾動直至m3變?yōu)榧恿翣顟B(tài)。打開這個波形的顯示。按通道1的標有“ON”的按鍵，現(xiàn)在就可以把該輸入通道的顯示關掉。由于現(xiàn)在在屏幕上有另一個波形，所以采集存儲器將被關掉。
　　打開測量菜單，選擇測量1以計算出信號的峰峰值幅度。選擇“光標限制”子菜單，并打開光標限制。這時光標將自動出現(xiàn)。
　　將兩個光標放在信號的某一細節(jié)部分，并注意幅度指示值。
　　移動兩個光標使它們隔離選擇信號的另一部分。觀察波形的不同部分，示波器顯示的峰峰值讀數(shù)也不相同。

自動量程練習

將函數(shù)發(fā)生器的輸出連至PM3394A示波器的任意一個輸入端。將函數(shù)發(fā)生器設置為輸出頻率約為1KHz峰峰值1V的正弦波。按AUTOSET。

檢查并確認示波器牌數(shù)字存儲模式

按時基部分的紫色的AUTORANGE按鍵及連接信號的輸入通道的紫色AUTORANGE按鍵。
　 現(xiàn)在改變化信號發(fā)生器的幅度和頻率設置，并注意示波器不斷的進行自動調節(jié)以適應信號的變化。
　　您可以看到自動量程組合示波器能夠跟蹤信號的任何變化。這就使得這種示波器對要觀察多種不同信號的場合，例如修理工作或者樣機調試等場合來說是一臺**的工具。
　　如果您的手頭有某一個電子系統(tǒng)，您可以濃度探測該系統(tǒng)的各測試點。您將發(fā)現(xiàn)，這臺示波器可以顯示出所有不同幅度和不同頻率的信號，并且在各種情況下都能以正確的掃描速度和正確的幅度給出穩(wěn)定的顯示波形。
　　為了比較效果，您可以不用自動量程功能，再測量同樣這些測試點。您可以看出使用自動量程能您不用動手調節(jié)示波器就能輕松的完成測量工作。