第二章 通用示波器及其基本知识（讲义）.docx

第二章通用示波器及其基本知识通用示波器原理示波器是一种能将电信号用图形方式显现出来的电子仪器，它不但可以用来观察电压、电流的波形，测定电压、电流、功率，而且还可以用来定量的测量信号的频率、幅度、相位、宽度、调幅度、幅频特性、相频特性等参数。示波器还可以同其他仪器相结合，测定电路的输入阻抗、输出阻抗，检查各种元件数的参数、检查电路的工作状态和失真情况以及对各种非电量的测量，示波器在维修各种电子设备中是必不可少的主要工具之一。世界上第一台示波器于1931年在美国研制成功，20世纪60年代发达国家首先将示波器用于汽车点火系统和故障诊断，20世纪80年代，我国开始在汽车发动机故障诊断方面应用示波器。在近70年的时间里，示波器由电子管发展到晶体管，又发展到集成电路；由单一的通用型示波器发展到取样、记忆、数字存储、逻辑、智能化、专用示波器等十大系列，几百个品种。用于汽车故障检测的示波器称之为“汽车专用示波器”，它以测量响应快、频率范围宽、灵敏度高、输入阻抗高和过载能力强等优点，已经成为从事汽车相关行业的专业人士最基本且必备的测试仪器了。在本章中，我们将为您讲述通用示波器和汽车专用示波器的相关知识。第一节常用示波器的种类及特点示波器是一种用途极为广泛的电子仪器，它的基本功能是将各种时域信号波形描述在荧光屏上，以便观察、测量和分析。在电子设备中有很多用来传输、存储或处理各种信号的电路，在检查、调试或维修这些设备时。往往需要检测电路的输入或输出的波形信号，通过对信号波形的观测判断电路是否正常。根据不同的分类标准，可将示波器进行不同的分类，此外，还有一些有特色的、可用于特殊环境的示波器。一、按性能和频带宽度划分：（一）简易示波器：用作一般的定性观察，频带宽度在5Mhz以下，常用连续扫描方式，如ST16。（二）低频示波器：又叫做慢扫示波器，适用于测量低频信号，其频带宽度上限不超过IMHz,如SR-54型。（三）普通示波器：适用于测量中频信号，其频带宽度上限频率在5-60MHz,如SBM-IO型。（四）宽带示波器：频带宽度的上限频率在60MHZ以上，如SBM14型。（五）高频示波器和超高频示波器：可测量的频带宽度上限频率分别为100MHz和1000MHzo二、从技术原理上划分：（一）模拟式示波器：即通用示波器，采用单线示波管作显示器，可作为一般的定性和定量测量。（二）数字记忆示波器：又叫模拟存储示波器，是将测量的信号数字化以后暂存在存储器中，然后再从存储器中读出显示在示波管上。目前常用的数字存储技术有A/D、DSP等。三、从显示信号的数量上划分：（一）单踪示波器：采用单线示波管作显示器，只可显示一个信号。如SBT5型。（二）双踪示波器：采用两束示波管，可同时观测和比较两个信号波形或图象，如SBT6型。（三）多踪示波器：可同时显示多个信号的波形。采用取样技术，将高频信号先进行取样，从而模拟变换成低频信号，然后再进行显示。四、按显示方式划分：（一）光点扫描式示波器：采用示波管的光点扫描来显示波形或图象。（二）光栅增辉式示波器：采用大屏幕的显象管作为显示器，利用光栅增辉技术显示波形及图象。另外，还有一些有特色的示波器，例如取样示波器（用取样技术将高频信号转换为低频信号，再用通用示波器显示）、特种示波器（有某种特殊要求的示波器）等等。总之，电子示波器今后发展的方向是扩展频带、提高灵敏度，增加使用功能,做到多用化、数字化、程序化，以实现测试自动化。第二节示波管显示的基本原理一、示波管的结构在示波器中用于显示被观测信号波形的电子束管称为示波管。示波管是示波器的核心部件，它是一种整个被密封在玻璃壳内的大型真空电子射线管，即阴极射线管CRT-Cathode-RayTude的一种。CRT作为显示被观测波形曲线、图象与数据的测量显示器或终端部件，不仅适用与示波器，而且还广泛应用于电子计算机终端、雷达设备、自动导航、天体观测、石油化工生产现场以及飞行器、舰船、核堆工况等检测装置。不仅如此，CRT在生物医学领域还被神奇地利来显示脑、心、胃等器官的立体动态图象。而在示波器上，它的作用是把被测电信号转换成光信号，在荧光屏上显示出来。电子枪2-电子束3-荧光屏4 -光亮点普通示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成。其结构示意图如图2-1所示。5垂直偏转板6水平偏转板02-1（一）电子枪电子枪的作用是发射电子，并形成很细的高速电子束,这些电子束经过加速、聚焦、后加速，经偏转系统电场力的控制作用而偏转，使电子束在荧光屏上的运动轨迹而产生偏移，当对偏转系统施加被观测信号和扫描信号时，所要观测的被观测信号变化曲线或图形、数据就可在荧光屏上显现出来。电子枪由灯丝（h）阴极（K）、栅极（G）、和阳极（Al、A2）组成。灯丝用于对阴极加热，K的顶端涂有氧化物质，能发射热电子。套在阴极外面的电极G称为栅极（控制极或调制极），呈圆筒形，顶端有个小孔，小孔正对阴极端头的氧化物面。阴极发射的电子，在阳极的作用下，通过栅极小孔飞出，射向荧光屏。栅极电位设置比阴极低，对电子形成排斥力，若改变控制控制栅极与阴极之间的负偏压，就可以改变电子流的强弱，即飞出电子的数量，从而改变荧光屏上光点的亮暗，从而达到“调节亮度”的目的。在示波管的结构中，阳极Al、A2都是圆筒形电极，它们都带有较高的正电压，构成一个对电子束的控制系统。Al是电子的加速极，电压比阴极高约IkV。Al和A2之间形成的特殊电场能使运动的电子束会聚，形成很细的电子束。同时，电子束在阳极正高压的作用下，加速向荧光屏运动。有的示波管有高压后加速极，用来增大光点亮度，-一般小型示波器无后加速极。1.偏转系统偏转系统的作用是使电子束有规律地移动，从而在荧光屏上显示出被测波形。它位于第三阳极和荧光屏之间，由水平偏转板X和垂直偏转板Y两对相互垂直的偏转板组成。前者是垂直放置后者是水平放置。如图2-2所示口2302-2如果两对偏转板从电子枪射出的电子束不受电场的作用，将沿着直线前进,在荧光屏中心显示一个静止的光点。如果对两对偏转板上同时加上电压，电子束的运动情况将取决于水平方向与垂直方向电压的合成作用。为了显示电信号的波形，通常在垂直偏转板上输入被测信号，再水平偏转板上加个线形锯齿波扫描电压，该扫描电压将Y方向所加的信号电压作用的电子束在荧光屏上按水平方向展开，形成一条“信号电压一时间”曲线，即信号波形，如图2-3所示。2.荧光屏示波管前端的内壁上涂有一层荧光物质，形成荧光屏，它是示波器的显示部分。荧光屏受到高速电子束的轰击后，把电子的动能转化成光能，形成一个光点。当电子束的信号偏离后，该点仍会继续发亮，但亮度会逐渐下降。光点亮度下降到至最大植10%的持续时间称余辉时间。由于荧光物质的余辉，同时人眼也有视觉暂留，当电子束受偏转板电场快速偏转扫描时，我们能看见完整的波形。不同成分的荧光粉，发光颜色不同。普通示波器大都是绿色，高频示波器多为蓝紫色，低频示波器多为黄色。在使用过程中，应该注意保护荧光屏。二、示波原理电子束从电子枪中发射出来后，受到阳极正电压的吸引，经偏转系统向荧光屏方向加速前进。如果偏转板上不加电压，则电子束只能径直射向荧光屏中央，使荧光屏中央出现一个轴光点。2-4Yooodoodoo如果在Y偏转板上加一直流电压，如图2-4所示，则在两块Y偏转板之间就会产生一个由上向下的电场。当电子束向荧光屏方向加速运动穿过该电场时，受到电场力的作用产生向上的偏转;如果所加偏转电压的极性改变，则电子束将向下偏转。X轴偏转的原理与Y轴偏转的原理相同，可使电子束向左或向右偏转。在X偏转板和Y偏转板上同时施加电压后，在两个电场力的共同作用下，电子束就可以上下左右的移动。由于荧光屏的余辉和眼睛视觉暂留的综合作用，就能在荧光屏上看到亮点所描绘出的各种波形。一般情况下，被测电压加在Y轴偏转板上，而X轴偏转板上加随时间线性变化的锯齿波扫描电压。这时，由于电子束在作垂直运动的同时，又以匀速沿水平方向移动，因而在荧光屏上扫描出被测电压随时间变化的波形。如果锯齿波扫描电压的周期与被测电压的周期完全相等，扫描电压每变化一次，荧光屏上就出现一个完整的被测波形。每一个周期出现的波形都重叠在一起，荧光屏上就能看到一个稳定清晰的波形，如图2-5所示。如果锯齿波扫描电压周期是被测信号周期的整数倍，荧光屏上会稳定地显示出若干个被测信号的波形。为达到上述目的，调节扫描电压的频率可以通过调节示波器面板上的“扫描范围”和“扫描微调”旋钮来实现。O2-5ODODDD实际上，由于锯齿波扫描电压和被测电压来自两个电源，两个电压周期的整数倍关系很难长时间保持绝对稳定，因此，需要利用整步作用来保持上述整数倍的关系。整步作用是把信号电压送人扫描发生器，使锯齿波扫描电压的频率受到被测信号的控制而使两者同步。这个起整步作用的信号电压叫“整步电压”，整步电压越大，整步作用越强。整步电压除了可取自被测信号外，还可取自示波器内部的正、负电源。整步电压的选择和大小调节可由示波器面板上的“整步选择”和“整步调节”旋钮来实现。第三节通用示波器的基本结构一、示波器的组成通用示波器的简化框图如图2-6所示，它主要是由Y（垂直）通道、X（水平）通道和主机部分构成。图2-6普通示波器简要框图首先对这框图作-概述：Y偏转通路有两个相同的输入通道Yl和Y2o利用电子开关，可以对Yl,Y2输入信号作选择，单显示或同时显示。Y通道中的时间延迟线能让被测信号延迟一一段时间到达示波管。因为触发扫描器只有当被观测的信号到来时才工作，也就是说，扫描需要一定的电平。因此扫描开始的时间总是滞后于被观测脉冲一段时间，其结果是脉冲的上升过程无法被显示出来，因为有一段时间扫描尚未开始。延迟线的作用就是把加到垂直偏转板的脉冲信号也延迟一段时间，使信号出现的时间滞后于扫描开始的时间，这样就能在荧光屏上扫描出脉冲全过程。如果没有延迟线,在荧光屏上就看不到被测信号的初始部分。X偏转通路产生锯齿形扫描波，作为Y波的时间尺度。通道包括同步触发电路，扫描信号发生器和X放大器。X通道可不作扫描，而让外信号放大后加到X偏转板，实现多功能显示。当X同步扫描时，可用内部Y信号同步，也可用外信号同步。主机部分包括示波管，Z通道，整机供电电源和校准信号发生器等。示波管的相关知识我们前面已经介绍过了，这里不再缀余；Z通道是用来将X通道产生的增辉信号放大后加到示波管的控制栅极；校准信号发生器是一个标准方波电压发生器，用已知的准确方波信号去校准X,Y轴的坐标刻度。二、Y通道Y通道即垂直通道，又称Y轴偏转系统或垂直偏转系统。主要包括输入电路、前置放大器、延迟电路和放大器等几部分。（一）输入电路输入电路又包括测量探头、输入衰减器、射极跟随器等部分。1 .探头的基本作用是增大Y入口的输入阻抗，即增大输入电阻、减少并联电容，从而减弱仪器和连接线对被测电路的影响，便于直接在被测电源上探测信号，从而展宽示波器的实际使用频带。探头按电路原理分为有源和无源两种。有源探头的优点是不需要灯丝、轻巧可靠、温升较小，一般装有发射极跟随器，有高的输入阻抗和低的输出阻抗。有源探头可以在无衰减的情况下，获得优良的高频工作性能，特别适用于探测高速小信号（通常小于2pF）。无源探头实际上是一个补偿分压器，如下图所示的分压器式无源探头电路。调整补偿电容CI可以得到最佳补偿。进行调整时，应一边查看屏幕显示波形，一边微调电容，当示波器上显示的波形如图2-7a）时，表明得到最佳补偿。过补偿和欠补偿的波形亦如图2-7）b、2-7C）所示。1.Lb）a）图2-7a）最佳补偿b）过补偿C）欠补偿2 .输入衰减器用来衰减输入信号，保证显示屏上的信号不致因过大而失真。示波器要观察幅度很小的电压波形，它的灵敏度要设计得很高。当需要观察幅度较大的信号时，就必须接人衰减器。调节衰减器，可改变示波器的偏转因数。它常由RC（电阻电容）电路组成，改变分压比即可改变示波器的偏转灵敏度。对衰减器的基本要求是：有足够宽的调节范围和频率范围，准确的分压系数，高而恒定的输入阻抗等。3 .射随器起着阻抗变换作用，它的高输入阻抗使示波器对外呈现高输入阻抗，减小对被测电路的影响。它的低输出阻抗容易与后接的低阻延迟线相匹配。亦可以在发射极接一个电位器，以便对波形幅度进行微调。（二）前置放大器前置放大器用来放大被测信号，它是一个宽频带、高增益、低噪声、直接耦合，并且都采用平衡放大电路的放大器。前置放大器应有足够的电压增益，这样有利于减轻内触发器的负担，又可使通道转换器工作在较大信号的情况下，有助于减少干扰和噪音的影响。（三）延迟线延迟线用来将被测信号延时，以补偿X通道的延时。因为电压送到水平放大器使水平偏转板发生作用的过程中，需经过触发电路、时基发生器，因此时间会比垂直放大器将信号电压送到偏转板的时间稍长。因此，为了使垂直和水平两条线能够同步出现，延迟线便产生约200ns的时间延迟，使信号从垂直放大器到偏转板的时间延后。对延迟线的要求是，它只起时间延迟的作用，而对输入信号的频率成分不能丢失，即脉冲通过它时不应产生失真。在带宽较窄的示波器中，一般采用多节LC延迟网络；在带宽较宽的示波器中，一般采用双芯平衡螺旋导线作延迟线，它可等效为多节LC延迟网络，延迟时间多为75nsm0为防止信号反射，须注意延迟线前后级的的阻抗匹配。因此,延迟线的输入级需采用低输入阻抗电路驱动，而输出级则采用低输入阻抗的缓冲器。（四）放大器这里提到的放大器电路包括很多方面，例如：垂直放大器、水平放大器、输出放大器和内触发放大器。垂直放大器的作用在于使输入阻抗增大、放大功率以使垂直偏转板能有足够的偏转工作电压。水平放大器的主要作用是利用来自垂直放大器的一部分信号电压做触发，以产生横向扫描所需的锯齿波，并控制水平偏转板。输出放大器用来推动Y偏转板；内触发放大器用来为同步触发电路提供足够的内触发信号。三、X通道X通道即水平通道，又称X轴偏转系统或水平偏转系统。它是在触发信号的控制下产生的矩形波扫描电压，使光点在水平方向上左右移动，并且使X轴坐标与时间呈线形关系。当扫描电压的正程加到水平偏转上时，电子束就延水平方向偏转，形成一条水平时间基线。同时，X通道还产生一个增辉信号，经Z通道送至示波管的控制栅极上，使示波管的电子枪只在电子束从荧光屏最左端偏移到最右端时间内发射出电子束，从而消除电子束在荧光屏上的回扫痕迹，获得清晰的波形。X通道主要包括同步触发电路、扫描信号发生器和水平放大器。其结构如图2-8所示。026QDD00DD0（一）同步触发电路同步触发电路在内接触发信号或外接触发信号作用下，把触发信号变换成具有陡峭前沿的触发脉冲，触发扫描发生器，产生矩形波。触发电路包括触发源选择、触发信号耦合方式选择、触发信号放大及触发整形电路。如图2-9所示。发生M阡图2-9触发电路的组成1.触发源的选择触发源一般有内触发（INT）外触发（EXT）和电源触发（LlNE）这三种类型。内触发是将Y前置放大器输出作为触发信号，触发信号与被测信号的频率是完全一致的，适用于观测被测信号；外触发是用外接的、与被测信号有严格同步关系的信号作为触发源，这种触发源用于比较两个信号的同步关系；电源触发是用50Hz的工频正弦信号作为触发源，适用于观测与50Hz交流有同步关系rV口2.0触发耦合方式选择好触发源后，为了适应不同的触发信号频率，示波器一般设有四种触发耦合方式，“DC”直流耦合、“AC”交流耦合、“AC低频抑制”耦合、“AC高频抑制”耦合。下面只作简单介绍。“DC”直流耦合是一种直接耦合方式，用于接入直流或缓慢变化的触发信号；“AC”交流耦合是一种通过电容耦合的方式，有隔直作用；“AC低频抑制”耦合也是一种通过电容耦合的方式，与“AC”交流耦合不同的是其电容一般较小，阻抗较大，用于抑制2kHz以下的频率成分；“AC高频抑制”耦合只允许通过频率较高的信号，这种方式常用来观测5MHz以上的高频信号。3.放大整形电路由于输入到触发电路的波形复杂，频率、幅度、极性都可能不同，因此需对触发信号进行放大整形。整形电路的基本形式是电压比较器，当输入的触发源信号与通过“触发极性”和“触发电平”选择的信号之差达到某一设定值时，比较电路翻转，输出矩形波，然后经过微分整形，变成触发脉冲。（二）扫描信号发生器扫描发生器用来产生线形良好的矩形波，现代示波器通常用扫描发生器环来产生扫描信号。扫描发生器环又叫时基电路，常由积分器、扫描闸门及比较释抑电路组成。时基闸门电路是双稳态触发电路。闸门电路产生快速上升或下降的闸门信号，闸门信号启动扫描仪进行工作，产生矩形波电压，同时把闸门信号送到增辉电路，以便在扫描正程加亮扫描光迹。释抑电路的作用是保证每次扫描都在同样的起始电平上开始，以获得稳定的波形。当扫描发生器开始扫描时，释抑电路就“抑制”触发脉冲继续触发，直至一次扫描全过程结束，扫描电压恢复到其始电平上；此时，释抑电路才“释放”触发脉冲，使之再次触发扫描发生器。（三）水平放大器水平放大器的工作原理与垂直放大器相类似，也是线形、宽带放大器，改变X放大器的增益可以使光迹在水平方向得到扩展，或对扫描速度进行微调，以校准扫描速度。改变X放大器有关的直流电位也可以使光迹产生直流位移。水平放大器的作用是为示波器的水平偏转板提供对称的推动电压，使电子束能在水平方向满偏转。要使光点满偏转，在两个水平拍偏转板之间一般需加100<00V的偏转电压。四、多波形显示在荧光屏上如果能同时显示两个或两个以上的波形，则对这些波形之间的对比分析就会非常方便。实现多波形同时显示的方法有多线示波法和多踪示波法。（一）多线示波多线示波是利用多枪电子管来实现的。其示波管中有多个相互独立的电子枪和偏转系统，多个电子束线在同一个荧光屏上描绘出各自的信号波形。即偏转系统各自控制电子束的运动而荧光屏共用。因此，测量时各通道各波形之间产生的交叉干扰可以减少或取消，可获得较高的测量准确度。（二）多踪小波多踪示波只有单一电子束线，利用电子开关使在屏幕上显示出多个波形的踪迹。多踪示波器实现简单，成本较低，因而得到普及应用。在图2-6中（前面提到）就是一个双踪显示器。它具有Yl、Y2、Y1+Y2和YI-Y2、交替和断续五种电子开关方式。Yl或Y2方式只是看Yl或Y2一个信号的波形；Y1+Y2方式是显示两信号加在一起的波形；Y1-Y2方式是显示Y2倒像后与Yl加在一起的波形；而交替和断续方式才市示波器的双踪显示。LJn-（a）交悻方式（b）断续方式交替方式双踪显示如图2-10a）°第一次扫描时接通Yl通道，第二次扫描时接通Y2通道，交替地显示Yl、Y2通道输入的信号。电子开关的频率，应低于被测信号频率，扫描频率又应高于50Hz,开关切换的频率应高于25Hz,否则人眼就会有轮换的闪烁感，所以交替方式适合于观察高频信号。02-100断续方式如图2-1Ob）所示，在一个扫描周期内，高速地轮流接通两个输入信号，被测波形由许多线段时续地显示出来，所以显示的曲线有断裂痕迹。当开关频率远大于扫描频率时，屏幕显示看起来是连续的曲线。因此，断续方式适用于被测信号较低的情况。第四节通用示波器的一般应用示波器通常反映电压随时间推移而变化的特性，因此，它能测量可以变换为电压的任何时变量。例如，应用示波器工作原理将能量进行变换的“换能器”可将电能变成声波，这就是扬声器的基本原理。示波器还经常应用于直接测量某些工作直接依赖与电的设备内发生的瞬变电压信号，如计算机、自动化控制、电话、电视、电源等。本节将介绍用示波器进行基本测量，即电压、时间、相位差和频率等的方法。一、电压测量（一）直流电压测量直流电压测量的方法是：首先，将垂直系统的Y轴输入短路接地，触发“电平”电位器置于“自动”，使屏幕上出现一条扫描基线，并按被测信号的幅度和频率将档级开关和扫描开关至于适当的位置，然后调节垂直位移电位器，使扫描基线位于坐标的某一特定基准位置。其次，将Y轴输入耦合开关置于“DC”位置，并加入被测信号。这时，时基线将在Y轴方向产生位移。此时，档级开关在面板上的指示值，与时基线在Y轴方向上的位移度数的乘积就是被测信号的直流电压值。（二）交流电压测量一般的周期性电压波形都可用示波器测量其峰值。即用类似直流电压的测量法，测的直流电压峰值在屏幕上具有的垂直距离Hpp,再用公式Vpp=Hpp（显示系数）（探头系数）得电压峰值。二、电流测量用示波器观测电流信号时，需在被测电流回路中串联一个精度较高、阻值远远小于原有回路的无感电阻。从电阻两端取出正比于被测电流的电压信号，送入示波器的Y轴输入端，示波器荧光屏上显示的波形即为被测电流的变化波形。测量该电压信号的双峰值，并换算成有效值，再利用欧姆定律计算出被测回路的电流值。三、时间测量（一）时间间隔的测量调节显示的波形易于观测，波形任意两点间的时间间隔T等于“t/div”开关指示值与时基线被测值两点间距离D的乘积。时间间隔的测量如图2-1Ia）所示，即T=D*tdiv（二）时间差的测量使用“交替”或“断续”的显示方式测量两信号的时间差。测量时，将Y轴触发源开关置于“Yb”位置，相位超前的信号输入到Yb触发扫描后，荧光屏上显示出两个信号波形。两信号时间差的测量图如下2-1Ib）所示，读出两时间差在水平方向上的读数，按下式计算即可算出两个信号时间差T的数值。T=D*tdiv图2-1Ia）时间间隔的测量图b）两信号时间差的测量图第三节汽车用示波器现4的汽车都采用了微机控制系统，在各零件各系统工作过程中，由各种传感器或装置将测得的各种控制信号输入给车载电脑ECU,经电脑综合判断处理后，再向各执行元件输出各种控制信号。在这整个过程中的电信号不外乎两种，即模拟信号和数字信号，其基本的波形如下图2-12所示。图2-12示波器输入输出电信号波形图在信号传递过程中，通常是以电压和电流的变化为依据的，所以，示波器可以将电压和电流的任意变化以曲线的形式在显示器上显示出来，有的示波器还可以将波形储存记忆，于是我们就可以通过对波形的分析来判断故障。我们通常用的示波器一般装有两个或两个以上的测试通道，可以同时对多路电信号进行同步显示，便于我们分析比较。在现代汽车微机控制系统的检测诊断中，示波器已经成了必不可少的检测设备。一、汽车专用示波器的结构汽车专用示波器由传感器、电控系统和显示器等组成。以下举两个现今汽车检测中常见的示波器，图2-13为WFJ-I型汽车发动机综合测试仪，图2-14为BOSCH发动机综合测试仪FSA740o图2-13WFJ-I型汽车发动机综合测试仪WFJ-I型汽车发动机综合测试仪是一种多功能汽车专用示波器，其荧光屏用来显示被测部位的电压波形，波形控制旋钮可以调整波形的水平或垂直方向的位置及显示亮度，并控制波形的同步。（用途再做介绍）02-14BOSCHFSA7400011通常汽车示波器都设有测试菜单，只需要选择要测试的传感器或执行元件的菜单就可以自动进入测量。电子存储示波器还具有连续记忆和重放功能，便于捕捉间歇性故障。同时也可以通过一定的软件于Pe机相连，将采集的数据进行存储、打印和再现。二、汽车专用示波器的分类及工作原理汽车专用示波器按照工作原理可分为磁电式和阴极射线式；按显示器的形式，示波器可分为示波管显示式和液晶显示式；按结构形式不同可分为台式和便携式。通常外出抢修比较常用的就是便携式，它以干电池为电源，多用液晶显示器，兼有示波器与数字万用表的功能。图2-15是WFJ1型发动机综合测试仪的原理方框图，由图可见，各种传感器从发动机采集的信号经过处理放大送往主机，主机为一台微型计算机，它在相应软件的支持下，完成各种性能参数的测量、分析与故障判断，其结果由存储器存储，并送往显示器，由荧光屏或数码显示管显示，亦可打印输出。荧光屏上显示的是一条信号电压随时间变化的波形曲线。图2-15WFLl型发动机综合测试仪原理方框图三、示波器的使用方法示波器的使用主要包括电压信号的拾取和输入，电压波形的触发、调整和观容介木斤八（W）电压信号的拾取汽车的电压信号有两种:一是等于或低于蓄电池的低压信号，当电流突然中断时产生的感应电动势高达100V左右:另一类为高于15KV的高压信号，如发动机的点火电压。对于低电压信号源，可通过测试线直接连接示波器；而对于高压信号的拾取，必须采用如图2-16所示的方法:把感应夹卡在高压线上，当高压电流通过高压线时，在其周围就感应出一个电压信号，该信号由测试线输入示波器。1012-16I-黑色夹接地2-红色夹连接关于点火分电器的BAT3-黄色夹连接汽车电器系统的电压4-绿色夹连接点火分电器的TACH5-感应类型夹夹在1缸电缆上6-夹在点火分电器中间金属板上的夹子7-电容夹夹在中间金属板上（二）电压信号的输入及输入通道电压信号输入示波器可用旋钮选择直流（DC）输入方式和交流（AC）输入方式，后者通过祸合线圈输入，能隔断发电机和二次线圈的低振幅干扰，故广泛适用于汽车的故障诊断中。有一种双轨示波器，其屏幕能同时显示两种波形，两种波形既能同时显示，也可交替显示，以便于对波形进行比较和分析。从信号电压输入示波器到显示屏幕显示图像的电路称为输入通道，双轨示波器有CHI、CH2两个信号输入通道。（三）波形在显示屏上的触发采用示波管作为显示器的示波器，波形的触发是指电子枪在波形触发电路的控制下自左向右扫描，在屏幕上形成一个完整波形的过程；采用液晶显示的示波器，其电子控制系统对电压信号取样再经微处理器处理，每当将数字化的处理结果送往图形发生器，液晶显示器屏幕上就形成一次图形，这就是它的波形触发过程。在测试点火波形时，一般采用一缸点火高压作为触发信号，这称为外部触发源:在测试电控燃油喷射发动机各传感器的信号电压时，示波器内部电子控制系统产生触发信号，触发示波器屏幕上的波形:某些用微机控制的示波器具有记忆功能，按下过程记录键，显示器就会显示存储在寄存器中的各种波形。如果波形的起点不一致，就不会在屏幕上形成一个清晰的图形。有些示波器装有同步按钮，波形和起点可用同步按旋来控制。没有同步按钮的示波器，其波形起点由控制电路自动控制。（四）屏幕显示波形的调整1.波形高度和宽度的调整。在一般显示器面板上有垂直幅度和水平幅度调节旋钮，前者用来调整波形的高度，后者则可调整波形的宽度。虽然波形的高度和宽度可以变化，但其代表的电压与时间是不变的。图2-17(a)所示的示波器屏幕左侧纵坐标每格代表IV电压，右侧纵坐标每格代表5V,同样是5V电压，在左侧的波形高度是右侧波形高度的5倍。图2-17(b)所示屏幕的横坐标，上边的每格代表2ms,下边的每格代表IOms,同样是5ms时间，上边的波形比下边的宽5倍。图2-17波形高度与宽度的调整2 .波形位置的调整。转动显示器面板上的垂直位置旋钮和水平位置旋钮(见图2-13),就可以调整波形在显示屏上的位置。图2-17(a)所示屏幕上纵坐标为O的水平线为电压基准线，转动垂直位置旋钮，该基准线上下移动，整个波形也会随之上下移动。同样在图2-17(b)中间为O的一条垂直线为时间基准线，旋转水平位置旋钮，该基准线左右移动，整个波形也会随之左右移动，这就是波形位置的调整。3 .波形清晰度的调整。面板上的亮度调整旋钮用来调整屏幕的亮度，以弥补环境光线的不足。有的示波器面板上还有聚焦旋钮，用以调节屏幕上的明暗对比程度，它与亮度旋钮配合使用，使波形更加清晰。4 .波形倾斜度的调整。有的示波器设有倾斜度调整旋钮，当屏幕上的波形倾斜时，可用它来调整波形的水平与垂直程度。(五)示波器记忆功能的选用随机存储器(RAM)具有记忆功能，可对示波器检测全过程的信息进行存储，测试过程中利用“记录”键将存的波形调出来在屏幕上显示，显示的波形处于静止状态，观察起来很清楚，通过方向键可察看其全貌，必要时还可将图形打印出来。(六)电压波形的检查1 .电压波形的基本量1)电压值。用坐标线或坐标格两种形式显示电压波形，并用数字表示其最大、最小值。2)脉冲宽度。达到电压最大值时的维持时间称为脉冲宽度，通常以InS为单位。汽车上的各种电磁阀多是用脉冲电压信号来控制的，脉冲信号的宽度就是电磁阀的通电时间，也常用屏幕的坐标显示电流通过时间的百分比。2 .电压波形的检查1)示波器自身接地电路的检查。示波器接地情况的好坏，对屏幕波形的显示质量至关重要。使用示波器之前，应首先检查其接地连接是否可靠，以使波形显TK稳定、清晰。2)观察波形。将示波器的一根测试线连接至电压取样点，另一根测试线接地,被测的电压波形就会在屏幕上显示，注意两根测试线端部探头距离越近，干扰的信号就越小。对于重复性差、变化很大的波形，比如发动机加速时节气门传感器的电压波形，因其在屏幕上一闪而过，测试时可按下示波器的锁定键，捕捉某一瞬间的电压波形，以便观察分析。对于重复性强、按一定规律变化的电压波形，应注意其频率和脉冲宽度的变化，可通过水平幅度旋钮增加其波形宽度，以便看清波形的细微末节。若需同时触发两个波形观察分析，比如同时观察曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的两个波形，可用双轨示波器将两个传感器的电压信号由不同的通道输入示波器。3）检查问歇性故障。用示波器检查器件间歇性故障，可先使其信号波形显示在屏幕上，为发现故障，可轻轻摇动有关导线或连接插头，或轻拍相关的电器元件。对于热敏性元件，可对其加热或冷却，观察波形的变化。还可使用示波器的锁定键，或有记忆功能示波器的“记录”键，以便详细观察某些瞬时波形。四、示波器在汽车故障诊断中的应用随着电控系统在汽车上的普遍使用，电子设备在汽车上所占的比例逐年上升，所以在汽车维修过程中，电子设备的修理工作就变得越来越重要。为了更快更准确地修理汽车电子设备，就必须具备相应的诊断检测设备。汽车示波器的诞生为汽车修理技术人员快速判断汽车电子设备故障提供了有力的工具，用示波器不仅可以测量计算机系统的工作状况，而且通过示波器可以观察到汽车电子系统是如何工作的。此外，汽车示波器能够使你确认故障是否真正被排除了，这可以通过修理前后从示波器中观看氧传感器的信号波形来加以判断。1 .对一个已设计完成的产品，如何用示波器经行检测分析其可靠性？答：示波器早已成为检测电子线路最有效的工具之一，通过观察线路关键节点的电压电流波形可以直观地检查线路工作是否正常，验证设计是否恰当。这对提高可靠性极有帮助。当然对波形的正确分析判断有赖于工程师自身的经验。2 .决定示波器探头价格的主要因素是什么？答：示波器的探头有非常多的种类，不同的性能，比如高压，差分，有源高速探头等等，价格也从几百人民币到接近一万美元。价格的主要决定因素当然是带宽和功能。探头是示波器接触电路的部分，好的探头可以提供测试需要的保真度。为做到这一点，即使无源探头，内部也必须有非常多的无源器件补偿电路（RC网络）。3 .一般的安捷伦示波器探头的使用寿命有多长时间？探头需不需要定期的标定？答：示波器的探头寿命不好说，取决于使用环境和方法。标准对于探头没有明确的计量规定，但是对于无源探头，至少在更换探头，探头交换通道的时候，必须进行探头补偿调整。所有有源探头在使用前应该有至少20分钟的预热，有的有源探头和电流探头需要进行零点漂移调整。4 .什么是示波器的实时采样率？答：实时采样率是指示波器一次采集（一次触发）采样间隔的倒数。据了解，目前业界的最高水平是四个通道同时使用。5 .什么是示波器的等效时间采样？答：等效时间采样指的是示波器把多次采集（多次触发）采集到的波形拼凑成一个波形，每次采样速率可能很慢，两次采集触发点有一定的偏移，最后形成的两个点间的最小采样间隔的倒数称为等效采样速率。其指标可以达到很高，如Ipso6 .什么是功率因数？如何如何测量？答：功率因数：在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里,电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以COS表示，其实最简单的测量方式就是测量电压与电流之间的相位差，得出的结果就是功率因数。7 .如何表达和测试功率密度？答：功率密度就是单位体积里的功率，一般电源里用Win308 .有无办法利用示波器测出高频变压器或电感磁芯的工作情况？答：TEK推出的功率测试方案里就有一项功能B-H曲线的分析，它能反应磁芯的工作状态，还能测出动态电感值，并得出磁芯损耗。9 .开关电源的噪声有多种如布线不合理引起的交叉干扰、电感漏磁、二极管反向尖峰等引起噪声，如何用示波器鉴别？答：TEK的TDS5000示波器上有频域分析、分析噪声的频率段就能分析出噪声的种类，才好用相应的处理方法。示波器只能提供数据分析和波段形显示。10 .用力科示波器怎样可以测试到开头电源的幅射？答：开关电源存在幅射干扰，一般做法是设法探出干扰源，然后再去屏蔽它。用示波器可以傅立叶变换的功能分析其频率成份构成，根据频率范围，从而判断干扰的种类。11 .在反激式电源设计过程当中，经常会因为变压器漏感大，而使变压器的转换效率降低，绕制时采用初级中间夹绕次级的方式仍然不大理想。变压器绕制有什么技巧吗？答：将大功率的输出绕组绕在里面，尽量靠近原边，加强偶合。12 .有没有能分析开关损耗的示波器？答：泰克的电源测试系统即TDS5000系列数字荧光示波器加上TDSPWR2功率分析软件就可以轻松的分析开关损耗以及每周期的功率损耗甚至包括RDSONo13 .示波器能否进行傅立叶分解？答：现代数字示波器大多具有FFT功能，其中上述系统甚至可以按EN61000-3-2标准对电流谐波进行预测试。14 .示波器能否进行滤波处理？如对PWM波进行低通滤波？答：TDS5000可以进行20MHz,150MHz低通滤波，还可以进行一种称之为高分辨率采集的数字低通滤波，在此种模式中采样点的垂直分辨率可从8bits提高到12bits,上述系统可以输出像比如PWM这样的信号按照脉宽变化的趋势的类似正弦波波形。15 .使用数字示波器时，对B触发和触发电平的设置与被测信号有什么原则？答：泰克的示波器支持A,Btrigger功能，简单说就是可以双事件序列触发，当选择A-BSeq时，A事件作为主触发，配合B事件捕获复杂的波形。触发方法为A事件arm触发系统，当定义的B事件出现时在B事件处触发。具体详细的触发说明，请参考示波器的手册。16 .如何用TDS3052B测量载波频率为几十K,调制波频率为电源频率的已调波的最大值？答：工频输入可能为低频的50Hz60Hz,同时载波为几十K,一个工频周期为20ms左右，如果示波器需要观测20ms信号，即示波器的duration采集窗口至少为2msdivX10格，同时根据几十k的载波信号，确定示波器的采样率。最后可以估算出需要的采集内存长度，判断是否能够满足测试要求。17 .使用一台标称IoOMHZ的DSo示波器，测量一个高频开关幅值400V,f=50M,示波器如何描绘出它的波形和上升时间？答：示波器的带宽是以正弦波幅度衰减一3dB点为带宽定义的。数字示波器中对于波形和上升时间的描绘都是通过实时采样电路和高速A/D变换器获得波形数据，再通过插值运算得到的