浅谈示波器优化使用的方法

庞书胜

摘要：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。它集各种现代电子技术于一身，具有知识综合，直观方便等特点。示波器操作看似容易，然而时常有被测信号波形失真的情况发生。其主要原因是探头选配不当和操作者在操作过程中忽视有些操作步骤而导致的，一旦被测信号波形失真，就会产生错误的测量结果。

关键词：示波器；优化；使用；方法；分析

1导言

示波器发展到现阶段，已把数据分析提高到了重要的位置。使用示波器已不仅仅是在调试中观察波形，更为重要的是能很好地在设计中分析、计算器件的参数，帮助优化设计方案。本文介绍了一些容易实施，但往往又常被忽视的方法，可以确保操作者每次测量都能够快速准确地得到结果，并且也是在这个基础之上提出了下文中的一些内容，希望能够给予相同行业进行工作的人员提供出相应的参考。

2带宽

带宽是示波器最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值，而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽，数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关（数字实时带宽=最高数字化速率/K），一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出，模拟带宽只适合重复周期信号的测量，而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆，实际上指的是模拟带宽，数字实时带宽是要低于这个值的。所以在测量单次信号时，一定要参考数字示波器的数字实时带宽，否则会给测量带来意想不到的误差。

3示波器探头

3.1示波器探头的定义

示波器探头是在测试点或信号源与示波器之间建立的一条物理和电子连接，是把信号源连接到示波器输入端上的某类设备或网络，它必须在信号源和示波器输入端之间提供足够方便优质的连接。

3.2示波器探头的选择

一般情况下，为具体的测量任务选用合适的探头总会得到最好的测量结果。通常，对于通用测量，10：1探头就足够了；对于低幅度信号测量，操作者可考虑使用1：1探头；对于高频测量，操作者应着重考虑探头电容。

3.3示波器探头的兼容性

有一种情况相当普遍，人们使用A公司生产的示波器却配B公司生产的探头进行测量。事实上，示波器和探头并不总是可互换或可兼容的。最好的做法是使用同一家公司生产的示波器和探头，从而排除任何潜在的冲突问题。

3.4示波器探头补偿电容的调整

使用10：1衰减探头时，通常需要对探头给予补偿调整。一个实际的10：1探头具有几个可调的电容和电阻，以便在很宽的频率范围内获得正确的频率响应，这些可调元件的大多数都是在制造探头时由工厂调好的。只有一个微调电容留给用户去调节。通过调节这个电容使探头和与之相配用的示波器匹配。使用示波器前面板上的信号输出可以进行这项调节工作，调节方法为：将探头与探头校准的方波信号输出端子相连，若在屏幕上出现一个幅值和频率都相符的方波波形，探头的特征为最佳状态，然后再对被测信号进行测量，这样测量出来的波形不失真，误差小。

4探头接地

在进行高速测量时，可能犯的最大错误是使用探头接地夹，造成示波器探头问题。使用接地夹相当于在接地路径中加入了一个串联电感。这个串联电感和探头电容共同作用，就会引入振荡和过冲。最好的接地连接方法是使用探头内部的接地屏蔽网，只是您得拆开探头。不过，这不难做到。首先，将探头帽拿掉，从探头探针上松开塑料外皮，把它从探头上褪下。这时探头的金属接地屏蔽网就露出来了。然后，把接地夹从探头上取下，就完成了。现在可以进行测量了，简单地测一个节点，将探头的金属接地屏蔽网接到最接近的被测电路接地点。这种方法可以排除任何串联电感，几乎消除了所有的振荡和过冲。

5差分测量

在进行时差或传输延迟的测量时，请确保使用的是同样长度的两个探头。电缆的传输延迟大约为1.5ns/ft。电缆长度不一样会给你带来麻烦。例如，使用一根3英尺和一根6英尺长的电缆示波器探头测量传输延迟，电缆长度差会造成大约4.5纳秒（ns）的误差，当要分辨以1ns为单位的测量时，这是相当大的误差。此时可使用差分探头，同时探头的接地导线尽可能的短以消除共模噪声对测试的影响。

6示波器使用前一定要进行校准和补偿

校准主要是为了使当前的测量值处于最优化的，不受外界温度环境等的影响。校准的方法是调用示波器里面自行加载的校准文件进行校准，基本上就是按下校准键就可以了。

补偿是为了使输入示波器的信号不会因为阻抗不匹配而发生信号完整性问题。补偿的方法是将探头接到示波器的方波发生信号引脚（这个引脚示波器都会有的，主要就是用来进行补偿校准的），用小螺丝刀调整探头的松紧，使方波信号呈现正确的形状。补偿过度会使波形上下冲，补偿不足会使波形过缓。

7调节示波器的量程，时基，观察中心点坐标等使波形达到最佳观测状态。

（1）通常电压量程和幅度微调为套轴电位器，外调节旋钮是电压量程选择，转动此旋钮为电压量程微调，顺时针旋到底为校正位置，逆时针调节，波形幅度变化范围在电压每格两档之间，一般以出现波形至于屏幕最佳坐标位置上为好。

（2）选择示波器时基的原则：在能观察到信号的完整周期的情况下选择最小档位，因为越小仪器测量精度越高。一般对于周期性信号我们要调节示波器的时间档位观察信号的1.5到3个周期即可。对于非周期性信号，需要按停止键后观察，这个时候要考虑的是需要观察信号的总体长度，将需要观察的波形的长度除以仪器显示时间轴的格数就可以了。

8电源纹波的测量

电源纹波测量的正确方法：（1）将探头的套帽摘掉以减少探头引入的寄生电感；（2）将地线回路尽可能减小，地线缠绕在探头上，或直接使用地线夹；（3）在测量端并入一个10uF和一个0.1uF的电容，同时将示波器的带宽限制在20MHz，起到低通滤波的作用，防止高频信号串扰使测量值不准；（4）根据奈奎斯特采样率，时基选择要使得测量频率是开关频率的2倍以上；（5）测试点要远离干扰源。

9变压器的原边用差分探头，副边用普通探头，不能同时用不同探头，因为普通探头之间的地是相通的，但是主副边的地是有电压差的，这样会使示波器的地之间被短路，有烧坏示波器的风险。

10结论

通过对上述的内容进行分析研究之后可以得出，总而言之，由于示波器操作繁琐，有些看似不起眼但又必需的操作的环节往往容易被忽视，只要操作者养成良好的操作习惯，在使用示波器之前进行校准，相信一定能测量出理想的波形，将测量误差减小到最小程度。

参考文献

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