電子測量儀器-電子示波器

電子測量儀器 第 3章 電子示波器 第 3章 電子示波器 概述 示波管及波形顯示原理 示波管的構造 電子束聚焦原理 電子束偏轉原理 加速陽極的作用 波形顯示原理 第 3章 電子示波器 電子示波器電路構成與原理 示波器的垂直通道 示波器的水平通道 主要性能指標 整機組成框圖及工作原理 雙掃描示波器 取樣示波器 數字存儲示波器 訓：示波器的應用 習題 【 本章難點 】 掃描發(fā)生器與觸發(fā)控制原理 示波器的使用 【 本章要點 】 示波管及波形顯示原理（示波管、聚焦與偏轉原理、連續(xù)掃 描與觸發(fā)掃描） 電子示波器的電路構成及原理（垂直通道衰減器、延遲線，水平通道掃描發(fā)生器、觸發(fā)電路） 示波器的使用 第 3章 電子示波器 電子示波器是一種常用的電子儀器，它可以觀察 電信號的波形，通過屏幕顯示直接測量信號的幅度參 數、頻率參數和相位參數，還可以測量脈沖信號的前 后沿、脈寬、上沖、下沖等參數，這是其它測量儀器 很難做到的。電信號大都是時間的函數 （ t）。在示 波器屏幕上，可用 （ t） ，用電子束掃描的方法描繪出被測信號隨時間的變化 過程。 第 3章 電子示波器 研究信號隨時間變化的測試稱為時域測試或時域分析。 示波器是時域分析的典型儀器。示波器又是一臺 示儀，只要能把兩個有關系的變量轉化為電參數，分 別加至示波器的 X、 可以在熒光屏上顯示這 兩個變量之間的關系。 第 3章 電子示波器 由于電子示波器具有直觀和快捷的優(yōu)點，電子測量的 幾個基本領域都要用到示波測量技術。其它非電物理 量也可經過各種傳感器轉換成電量使用示波器進行觀 測，因此，示波器是一種廣泛應用的電子測量儀器， 它普遍地應用于國防、醫(yī)學、生物科學、地質和海洋 科學、力學、地震科學等多種學科中。 （ 1）通用示波器 采用單束示波管，應用示波器基本原理構成的單蹤、 多蹤示波器。 （ 2）多束示波器 采用多束示波管構成的多線示波器。 （ 3）取樣示波器 采用取樣技術，將高頻信號轉換為低頻信號進行測量，可擴展 （ 4）記憶示波器 采用記憶示波管，具有存儲信號的能力。 第 3章 電子示波器 根據不同測試領域的特點，已出現多種不同用途的 示波器。從性能和結構特點出發(fā)可分為以下幾類： （ 5）數字存儲示波器 將被測信號經 A/后寫入存儲器中，需讀出時，再經 D/示波管上顯示出來 。 （ 6）特種示波器 為滿足特出需要而設計的示波器，如矢量示波器、高壓示波器、螺旋掃描示波器、示波表等。 第 3章 電子示波器 電子示波器的基本特點是： # 輸入阻抗高，對被測信號影響小。能顯示信號波形，可測量瞬時值，具有直觀性。 # 測量靈敏度高，并有較強的過載能力。目前示波器的最高靈敏度可達到 10V 格 . # 工作頻帶寬，速度快，便于觀察高速變化的波形的細節(jié)。目前示波器的工作頻帶最寬可達 1000 第 3章 電子示波器 波管及波形顯示原理 波管的構造 陰極射擊線示波管（ 示波器的主要器件。示波管主要由電子槍、偏轉系統和熒光屏三部分組成。它們都被密封在真空的玻璃殼內，基本結構如圖 第 3章 電子示波器 圖 波管構造示意圖 第 3章 電子示波器 第 3章 放大電路基礎 電子槍由燈絲 F、陰極 K、柵極 2，陽極 3組成。當燈絲加熱陰極后，涂有氧化物的陰極發(fā)射大量的電子?？刂茤艠O 的負電位是可變的，起著調節(jié)電子密度進而調節(jié)光點亮度的作用。 到熒光屏上的電子數越少，圖形越暗，調節(jié) 度”旋鈕。 ，它們與 電子束進行聚焦和加速。通常第二柵極 2相連，對陰極來說它們具有相同的高電位，這個電位一般接近地電位，這可以避免在 成散焦。 2，所以電子在離開聚焦系統時的速度主要由 示波管中有一對偏轉板和一對偏轉板，偏轉板水平放置，偏轉板垂直放置，每對偏轉板都由基本平行的金屬板構成。兩板之間相對電壓的變化將影響電子運動的軌跡。偏轉板上電位的變化只能影響光點在屏上的垂直位置，偏轉板上電位的變化只影響光點的水平位置，兩對偏轉板共同配合，決定了任一瞬間光點在屏上的坐標。 第 3章 電子示波器 熒光屏可以顯示波形，它的形狀有圓形和矩形兩種。在示波管的內壁上涂有熒光物質，靠近熒光物質有一層透明鋁膜，熒光物質決定發(fā)光顏色，鋁膜可使熱量較快散發(fā)。此外，這層鋁膜還能吸收熒光物質發(fā)出的二次電子和光束中的負離子，還對熒光有反光作用，使顯示的圖形更加清晰。 第 3章 電子示波器 電子束從熒光屏上移去后，光點仍能保留一段時間才消失，這段時間稱為余輝時間，不同熒光材料的余輝時間也不同，小于 10s 的為極短余輝， 1 1于 1波器的工作頻率越高，示波管的余輝時間要求越短，反之余輝時間越長。使用示波器時，應避免高亮度光點長時間停留在一個位置，這會降低熒光屏的發(fā)光效率，嚴重時還可能燒成一個黑點。 第 3章 電子示波器 在電子搶中，由 K、 面以主聚焦為例說明聚焦原理（參照圖 電場力 1 和 ， 使電子發(fā)散， 電子減速。 電場力 2 和 ， 使電子會聚， 電子減速。 電場力 3 和 ， 使電子會聚， 電子加速。 電場力 4 和 ， 使電子發(fā)散， 電子加速。 第 3章 電子示波器 由于減速作用，電子在點速度小于點速度，速度越小受電場力偏轉作用越顯著，所以，由 產生的會聚作用大于由 產生的發(fā)散作用。 同理，由于加速作用，電子在點速度小于點速度，所以，由 產生的會聚作用大于由 產生的發(fā)散作用。 這樣，電子以一定的發(fā)散角穿過非均勻電場后，將得到會聚力，并以一定的會聚角向軸線靠攏。以不同的發(fā)散角進入非均勻電場的電子，將得到不同的會聚力，并以不同的會聚角向軸線靠攏，最終會聚到熒光屏的一點上。 第 3章 電子示波器 圖 聚焦原理圖 第 3章 電子示波器 子束偏轉原理 在一定范圍內，熒光屏上光點偏移的距離與偏轉板上所加電壓成正比，這是用示波管觀測波形的理論根據。下面以偏轉板為例說明偏轉原理（參照圖 圖 偏轉原理圖 第 3章 電子示波器 在偏轉電壓 方向的偏轉距離 式中 式 轉板間的相對電壓 成的偏轉電場越強；偏轉板長度越長，偏轉電場作用距離越長，都使偏轉距離加大。偏轉板到熒光屏之間的距離 轉距離越大。對于同樣的偏轉電壓 板間距離 電場強度和偏轉距離都變小。同時，若第二陽極電壓 子在軸線方向運動速度越高，穿過偏轉板所用的時間減少了，電場對它的作用減小，偏轉距離也會減少。 第 3章 電子示波器 當示波管確定之后，、 b、 二陽極的電壓 以方向的偏轉距離 y，即： （ 比例系數稱為示波管的偏轉因數，單位為 ，它的倒數稱為示波管的偏轉靈敏度，單位為 轉靈敏度是示波管的重要參數，它的值越小，示波管觀察微弱信號的能力越強，通常 0偏轉靈敏度為 40一定范圍內，熒光屏上光點偏移的距離與偏轉板上所加電壓成正比，這是用示波管觀測波形的理論根據。 第 3章 電子示波器 速陽極的作用 由偏轉公式 想提高示波管的偏轉靈敏度，可以考慮增加偏轉板的長度和偏轉板到熒光屏的距離 S，亦可減小偏轉板間的距離 a。但是，增加必將加大電子穿越偏轉板的渡越時間，而在電子渡越時間內偏轉板上的電壓應基本不變，這樣才能使電子的偏轉與被觀測波形上的某一點有確定的對應關系。的長度應保證遠小于被觀測信號的波長 , 因此，加長必然影響示波器的高頻工作，增大 不但會使示波管過長，還會造成散焦。減小偏轉板間距離 后一個可考慮的辦法是降低第二陽極電壓 a。但是 終造成亮度下降。 第 3章 電子示波器 為此，在偏轉板至熒不屏之間再一個后加速陽極 能使穿過偏轉板的電子束沿軸向得到較大的速度。這種降低第二陽極電壓并采用后加速陽極的系統稱為先偏轉后加速系統。 加速陽極為放置在靠近熒光屏的位置上，通過金屬卡座與高壓電源相連， 用中應注意安全 第 3章 電子示波器 形顯示原理 將一個線性鋸齒波電壓加在偏轉板上，根據偏轉原理，電子束在方向的位置就會隨鋸齒波電壓的幅度變化。由于鋸齒波是線性的，所以，光點在熒光屏上形成一條反映時間變化的直線，稱為時間基線，當鋸齒波電壓達到最大值時，光點達到最右端，然后鋸齒波電壓迅速返回起始點，光點也迅速返回最左端。光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為掃描，能實現掃描的鋸齒波電壓叫掃描電壓，光點自左向右的掃動稱為掃描行程，光點自右端返回起點稱為掃描回程。 第 3章 電子示波器 在掃描電壓的作用的同時，將一定幅度的被測信號(t)=到偏轉板上，電子束就會在沿水平運動的同時，在 一瞬間光點的、坐標分別由這一時刻的掃描電壓和信號電壓共同決定。掃描電壓與信號電壓同時作用到 X、 圖 第 3章 電子示波器 2掃描電壓與信號的同步 當掃描電壓的周期 (被觀察信號周期 (整數倍時，即 =1、 2、 3.),掃描的后一個周期描繪的波形與前一周期完全重合，熒光屏上得到穩(wěn)定的波形，此時，掃描電壓與信號同步。同步時的波形如圖 當掃描電壓的周期 (等于被測信號周期 (整數倍時，掃描的后一個周期描繪的波形與前一周期不重合，熒光屏上看到的是一個移動的波形，此時，掃描電壓與信號不同步。不同步時的波形如圖 第 3章 電子示波器 圖 步時的波形 第 3章 電子示波器 圖 同步時的波形 第 3章 電子示波器 3連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描 以上分析是觀測連續(xù)信號的情況，這時掃描電壓也是連續(xù)的。這種掃描方式稱為連續(xù)掃描連續(xù)掃描時，掃描電壓發(fā)生器出于自激狀態(tài)，不用觸發(fā)信號也可以自動形成掃描線。當觀測占空比（ 小的脈沖信號時，使用連續(xù)掃描就不能正常觀測信號?？捎脠D 選擇掃描周期等于信號周期（ s），脈沖信號被按比例壓縮到屏幕左端（圖 無法觀測脈沖波形的細節(jié)（上升時間、下降時間、脈沖寬度等）。若選擇掃描周期等于脈沖寬度（ ），在一個脈沖周期內，光點在水平方向進行多次掃描，其中只有一次是掃描脈沖信號，其他多次掃描只在水平基線上往返運動，結果在屏幕上顯示的脈沖波形本身非常暗淡，而時間基線卻很明亮，無法正常觀測（圖 第 3章 電子示波器 利用觸發(fā)掃描可解決上述脈沖示波器測量的困難。觸發(fā)掃描的特點是，只有在被測脈沖到來時才形成一次掃描，如圖 時的掃描發(fā)生器工作在單穩(wěn)狀態(tài)，無觸發(fā)信號時處于等待狀態(tài)。只有送入觸發(fā)脈沖時才產生一個掃描電壓。只要選擇掃描電壓的持續(xù)時間等于或稍大于脈動沖底部寬度，則脈沖波形就可展寬到整個屏幕。同時由于在兩個脈動沖間隔時間內沒有掃描，故不會產生很亮的時間基線。實際上現代通用示波器的掃描電路一般均可調節(jié)在連續(xù)掃描或觸發(fā)掃描兩種方式下工作。 第 3章 電子示波器 圖 續(xù)掃描和觸發(fā)掃描波形 第 3章 電子示波器 4掃描過程的增輝和隱熄 上面的分析都假定掃描回程時間為零，實際上回掃是需要一定時間的，為了在熒光屏上不顯示回掃過程，可采用增輝行程或隱熄回程的辦法，將電子束在回程期間關閉。 增輝是對應掃描行程，隱熄則是對應掃描回程。若增輝行程，應在示波管的控制極加正方波，正方波寬度對應了掃描電壓的行程。若隱熄回程，應在示波管的控制極加負方波，負方波寬度對應了掃描電壓的回程。實現增輝或隱熄的電平為相對值，應保證高電平期間 高低電平差的絕對值大于示波管的截止電壓。 增輝與隱熄的波形關系見圖 第 3章 電子示波器 圖 輝與隱熄波形 第 3章 電子示波器 5 在示波管中，電子束同時受和兩個偏轉板的作用，由兩個偏轉板上的電壓共同決定光點在熒光屏上的位置。所以，示波器又是一個圖示儀。 將兩個同頻率、同幅度的正弦信號分別加到、偏轉板上，如果 X、 變兩信號的相位差，熒光屏上會出現不同形狀的圖形。當相位差取 0o、 45o、90o、 135o、 180光屏上則顯示出不同傾斜度的直線、橢圓和圓，這種圖形叫李沙育圖形，可用來測量頻率或相位差。圖 二行給出了 第 3章 電子示波器 圖 第 3章 電子示波器 通用雙蹤示波器由垂直系統、水平系統、校準信號及電源組成。如圖 直系統由衰減器、前置放大、門電路、電子開關及混合放大、延遲線、輸出放大等電路組成。水平系統由觸發(fā)電路、時基發(fā)生器、 子示波器電路構成及原理 第 3章 電子示波器 圖 用示波器框圖 第 3章 電子示波器 直通道 示波器的垂直通道通常包括輸入衰減器、前置放大器、門電路與電子開關、延遲線、輸出放大器等部分。 1輸入衰減器 因為示波管的偏轉靈敏度是基本固定的，為擴大可觀測信號的幅度范圍，通道要設置了衰減器，它可使示波器的偏轉靈敏度 衰減器的要求是輸入阻抗高，同時在示波器的整個通頻帶內衰減的分壓比均勻不變。要達到這個要求，僅用簡單的電阻分壓是達不到目的的。因為在下一級的輸入及引線都存在分布電容，這個分布電容的存在，對于被測信號高頻分量有嚴重的衰減，造成信號的高頻分量的失真 (脈沖上升時間變慢 )。為此， 第 3章 電子示波器 圖 減器 第 3章 電子示波器 圖中 ， 減器的衰減量為與 2 2的并聯阻抗 2的分壓比。其中 ： 1111 1 2222 1 )1()1()1(1122211122120（ （ 第 3章 電子示波器 調節(jié) 滿足 2， 1、 衰減器的分壓比為： 2122120（ 此時，分壓比在整個通頻帶內是均勻的，與頻率無關。通常用一個波段開關換接不同的 面板上，直接標注與各檔衰減量對應的偏轉靈敏度，單位為 V/如，mv/0v/1檔可調。 第 3章 電子示波器 用示波器測量信號時，通常使用同軸電纜做成的探頭作為輸入引線，探頭內設計為可調電容 C(5 電阻并聯形式，再與示波器輸入電容、輸入電阻組成補償式分壓器（圖 調整可調電容，可實現最佳補償，圖 第 3章 電子示波器 2延遲線 在觸發(fā)掃描狀態(tài)，只有當被觀察的信號到來時掃描發(fā)生器才工作，也就是說開始掃描需要一定的電平，因此掃描開始時間總是滯后于被測脈沖起點，如圖 結果，脈沖信號的上升過程就無法完整地顯示出來。延遲線的作用就是把加到垂直偏轉板的脈沖信號也延遲一段時間，使信號出現的時間滯后于掃描開始時間，這樣就能夠保證在屏幕上可以觀察到包括上升時間在內的脈沖全過程。 第 3章 電子示波器 圖 號延遲原理 對延遲線的要求是，它只起延遲時間的作用，而脈沖通過它時不能產生失真。目前延遲線有分布參數和集中參數兩種，前者可采用螺旋平衡式延遲電纜，例如10型示波器就采用這種形式；后者由多節(jié)延遲網絡組成，例如 7型示波器中就采用這種 集中參數的延遲線。延遲線的延遲 時間通常在 50200 第 3章 電子示波器 3放大器 被測信號經探頭檢測引入示波器后，微弱的信號必須通過放大器放大后加到示波器的垂直偏轉板，使電子束有足夠大的偏轉能量。 （ 1） 且在校準狀態(tài)是一個確定值。當示波管靈敏度 (示波器靈敏度 (S)一定的情況下， 可由下式計算： K= S （ 如采用 0波器靈敏度 S=20=1000倍。 第 3章 電子示波器 （ 2） 大器的低頻截止頻率受耦合電容或射極旁路電容的限制，必須加大這些電容以降低低頻截止頻率或采用直接耦合 (直流放大器 )。高頻截止頻率受兩個因素限制，其一是晶體管放大倍數隨頻率升高而下降，其二是晶體管輸出端分布電容 電結電容和引線分布電容之和 )及負載電容 此，要設計優(yōu)良的高低頻補償電路。 （ 3）具有較大的輸入電阻和較小的輸入電容，大多數示波器的輸入電阻在 右，輸入電容約為幾十 第 3章 電子示波器 （ 4）放大器的輸出級常采用差分電路，以使加在偏轉板上的電壓能夠對稱，差分電路還有利于提高共模抑制比，若在差分電路的輸入端設置不同的直流電位，差分輸出電路的兩個輸出端直流電位亦會改變，進而影響偏轉板上的相對直流電位和波形在方向的位置。這種調節(jié)直流電位的旋鈕稱為“軸位移”旋鈕。 （ 5）放大器通常設置“倍率”開關，通過改變負反饋，使放大器的放大倍數擴大 5倍或 10倍，以利于觀測微弱信號或看清波形某個局部的細節(jié)。 （ 6）設置增益調整旋鈕，可使放大器增益連續(xù)改變，此旋鈕右旋到極限位置時，示波器靈敏度為“校準”狀態(tài)。此時，可用面板上的靈敏度標注值讀測信號幅度。 第 3章 電子示波器 示波器的水平通道主要由觸發(fā)電路、時基發(fā)生器和放大器組成。其中時基發(fā)生器和觸發(fā)電路用來產生時基掃描信號，放大器用來放大掃描信號。 1時基發(fā)生器 時基發(fā)生器由掃描門、積分器、比較和釋抑電路組成，如圖 第 3章 電子示波器 圖 基發(fā)生器電路 第 3章 電子示波器 （ 1）積分器 積分器由運算放大器、積分電容 1組成。它在掃描門控制下產生線性鋸齒電壓。在 1給 理想情況下（運算放大器放大倍數 ，輸入電阻 , 輸出電阻 ）輸出電壓 式中 E為 第 3章 電子示波器 由式 變時間常數 1 1或微調電源 0的變化速率。在示波器電路中，通過時基開關切換不同的電容來改變鋸齒波斜率，從而實現掃描速度調整。通過掃描速度微調旋鈕改變充電電阻，實現掃描速度微調。當此旋鈕右旋到極限位置時為“校準”狀態(tài)，此時可通過面板上的掃描速度標度值讀測信號波形的周期和脈沖參數。 當 容上的電荷通過電阻放電， 成鋸齒波的回掃。這樣就形成一個完整周期的掃描電壓。 第 3章 電子示波器 （ 2）掃描門 掃描門又叫時基閘門，用來產生掃描控制方波。示波器有連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描兩種工作狀態(tài)。在連續(xù)掃描狀態(tài)，即使沒有觸發(fā)信號，掃描門亦應有掃描控制方波輸出。在觸發(fā)掃描狀態(tài)，只有在觸發(fā)脈沖作用下才能產生掃描控制方波。不論是連續(xù)掃描還是觸發(fā)掃描，掃描鋸齒波都應與被測信號同步。掃描門由 是一種射極耦合的雙穩(wěn)觸發(fā)電路，如圖 描門輸入端接有來自三個方面的信號。首先由一個稱為“穩(wěn)定度”旋鈕的電位器供它一個直流電位，此外還接有從觸發(fā)電路來的觸發(fā)脈沖和由釋抑電路來的釋抑信號。由三個信號共同決定掃描門的工作狀態(tài)。 第 3章 電子示波器 射極耦合雙穩(wěn)觸發(fā)器是一種電平控制的觸發(fā)電路。該電路的最大特點就是具有滯后特性，如圖 中假設 和 2之間，電路處于 觸發(fā)信號使 時，電路從第一穩(wěn)態(tài)翻轉到第二穩(wěn)態(tài)，即 出電壓 時即使觸發(fā)信號消失， 和 2之間，電路并不再翻轉。只有當從釋抑電路來的信號使 時，電路才返回第一穩(wěn)態(tài)，輸出電壓才從低電位跳回高電位。上、下觸發(fā)電平之間存在滯后電平 p，其數值可達 10左右。 第 3章 電子示波器 圖 描門電壓波形圖 第 3章 電子示波器 （ 3）比較和釋抑電路 在圖 2、 2組成比較釋抑電路，它把積分器輸出的鋸齒波電壓經延遲后回送給掃描門左管掃描門、積分器共同構成一個閉合的掃描發(fā)生器環(huán)路。在掃描過程中，積分器輸出的鋸齒波電壓經 2充電， 0基礎上上升，當升至上觸發(fā)電平 路重新回到 后，進入恢復期，積分電容放電， 此同時，釋抑電容 2放電， 0。下一個觸發(fā)脈沖到來時，電路重復上述過程。 第 3章 電子示波器 （ 4）觸發(fā)掃描狀態(tài)工作波形 觸發(fā)掃描狀態(tài)工作波形如圖 圖 發(fā)掃描工作波形 第 3章 電子示波器 幾點說明：電路由第一個脈沖觸發(fā)啟動掃描，由釋抑電壓達到 電路被第一個脈沖觸發(fā)后， 二、三脈沖已失去作用，掃描結束后，釋抑電容正在放電，第四個脈沖與釋抑電壓疊加仍達不到下觸發(fā)點平 不能使電路翻轉，當第五個脈沖到來時，釋抑電容放電已結束，觸發(fā)電路再次翻轉形成第二周期掃描。電路能被觸發(fā)時（如第一、五脈沖）為釋放狀態(tài)，而對于第二、三、四脈沖，電路為抑制狀態(tài)。為保證電路工作穩(wěn)定，釋抑電路時間常數要大于積分電路時間常數，積分電容放電快于釋抑電容，確保第五個脈沖觸發(fā)時積分電容電荷已釋放干凈。 第 3章 電子示波器 （ 5）連續(xù)掃描狀態(tài)工作波形 連續(xù)掃描狀態(tài)工作波形如圖 觸發(fā)掃描狀態(tài)，通過微調穩(wěn)定度電位器，可改變 疊加在 2，使電路工作穩(wěn)定。 圖 續(xù)掃描工作波形 第 3章 電子示波器 2 觸發(fā)電路 觸發(fā)電路用來產生掃描門需要的觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖的幅度和波形均應達成一定的要求。觸發(fā)電路及其在面板上的對應開關如圖 在觸發(fā)電路中，由比較整形電路把觸發(fā)信號加以整形，產生達到一定要求的觸發(fā)脈沖，例如 V、脈寬為 30 觸發(fā)比較電路常采用雙端輸入的差分電路，其中一個輸入端接被測信號，另一個輸入端接一個可調的直流電壓，在比較點電路狀態(tài)發(fā)生突變形成比較方波，此方波經微分整形電路產生觸發(fā)脈沖送掃描門電路，由負脈沖觸發(fā)掃描。 第 3章 電子示波器 圖 第 3章 電子示波器 （ 1）觸發(fā)極性與觸發(fā)電平控制 觸發(fā)極性為“ +” 時，比較方波下降沿對應 于下降沿對應的負脈沖啟動掃描，所以掃描起點也就對應了信號的上升過程。此時調整“電平”電位器，可以改變比較點，將掃描起點調整到一個確定的相位上。 觸發(fā)極性為“ -” 時，比較方波下降沿對應 描起點也就對應了信號的下降過程。此時調整“電平”電位器，可將掃描起點調整到一個確定的相位上。對應波形如圖 第 3章 電子示波器 圖 a) 觸發(fā)電路波形 第 3章 電子示波器 圖 b) 觸發(fā)電路波形 第 3章 電子示波器 （）耦合方式控制 耦合方式開關為觸發(fā)信號提供了不同的接入方式。若觸發(fā)信號中含有直流或緩慢變化的交流分量，應用直流耦合（ 式；若用交流信號觸發(fā)，則置交流耦合（ 式，這時電容 1制信號中大約 2要目的是濾除信號中的低頻干擾； 種方式常用來觀測 5 第 3章 電子示波器 3 與 放大器也是一個雙端輸入雙端輸出的差分放大器，改變 對掃描速度進行微調，以校準掃描速度。改變 第 3章 電子示波器 要性能指標 垂直系統 （）頻率響應 03 （）上升時間 小于 （）偏轉因數 5 ，按、步進分檔，誤差小于 。 （）輸入阻抗 電阻 1 ，電容 30 F F。 （）最大允許輸入電壓 250V（探頭 ）， 600V（探頭 10）。 （）工作方式 蹤 )、 加）。 水平系統 （）掃描方式 自動掃描，觸發(fā)掃描。 （）掃描速度 格 ，按、步進分 18檔，誤差小于 5。可擴展 5。 第 3章 電子示波器 觸發(fā)系統 （）觸發(fā)源 觸發(fā) （）觸發(fā)極性 正極性、負極性。 （）耦合方式 作方式 軸、 軸。 校準信號源 輸出方波 1機組成框圖及工作原理 1垂直系統 垂直偏轉系統由兩套獨立的衰減器和前置放大器、主放大器和延遲線組成，被測信號通過衰減器加至前置放大器，在前置放大器中被轉換成推挽輸出信號，經延遲后送往主放大器。 第 3章 電子示波器 垂 直 放 大 器延 遲 線衰 減 器 、前 置 放 大 器( C H 1 )I N P U T - 1I N P U T - 2衰 減 器 、前 置 放 大 器( C H 2 )觸 發(fā) 放 大垂 直 模 式 轉 換C R 管電 路水 平放 大 器掃 描發(fā) 生 器觸 發(fā) 脈 沖形 成 電 路I N P U 源校 準信 號 源C A L O U A X I S Z 軸放 大 器圖 第 3章 電子示波器 （ 1）垂直通道工作方式 垂直通道有 蹤 )、 加）四種工作方式，通過 擇開關控制。 道 1或通道 2單獨顯示， 蹤 )時，兩通道的信號以雙蹤的形式同時顯示。在這一方式下，掃描速度高于或等于 時為交替顯示，低于或等于 1 時為斷續(xù)顯示。 加）時，熒光屏顯示通道 1和通道 2信號的代數和，通道 2極性（ 關可改變 實現 （ 2）垂直位移控制 通過 鈕可控制波形在垂直方向移動。順時針旋轉波形上移，逆時針旋轉波形下移；此旋鈕也用作控制靈敏度擴展控制開關。拉出時增益 5倍。 第 3章 電子示波器 （ 3）偏轉靈敏度控制 要精確地測量信號波形，應使顯示的波形置于一個易于觀察的幅度范圍。 V/格（ 關按 11擋選擇垂直偏轉靈敏度，要獲得校正的偏轉靈敏度。微調（ 鈕必須置于校正（ 置。 （ 6）耦合方式選擇 通過耦合方式開關可選擇 此方式時，信號經電容器輸入，輸入信號的直流分量被隔離，只有交流分量被顯示。 此方式時，垂直放大器輸入端接地。 此方式時，輸入信號（包括直流成分）直接送至垂直放大器輸入端。 第 3章 電子示波器 2水平系統 發(fā)脈沖形成電路、掃描發(fā)生器、水平放大器組成。 極性轉換和整形處理送至掃描發(fā)生器，掃描發(fā)生器產生鋸齒波通過水平放大后加到水平偏轉板，控制電子束進行水平掃描。 （ 1）掃描速度控制 為了正確測量信號，必須根據信號的重復頻率選擇適當的掃描速度。掃描速度由 T/格（ 制， 8級，要得到校正的掃描速度。微調（ 鈕必須置于校正（ 置。當微調旋鈕不在校正位置時，可提供在“ T/格”開關各校正擋位之間連續(xù)可調的掃描速度。 （ 2）水平位移控制 通過 鈕可控制波形在水平方向移動。順時針旋轉波形右移，逆時針旋轉波形左移；此旋鈕也用作掃描長度擴展開關。拉出時掃描線擴展 5倍。 第 3章 電子示波器 （ 3）掃描方式控制 通過掃描方式（ 關可實現自動（ 描和常規(guī)（ 描的轉換。 描可由重復頻率 50合方式”開關確定的頻率范圍內的信號所觸發(fā)。當“電平”旋鈕旋至觸發(fā)范圍以外或無觸發(fā)信號加至觸發(fā)電路時，掃描發(fā)生器自動產生掃描電壓。 描可由 “耦合方式”開關所確定的頻率范圍內的信號觸發(fā)。當“電平”旋鈕旋至觸發(fā)范圍以外或無觸發(fā)信號加至觸發(fā)電路時，掃描停止。 （ 4）觸發(fā)源轉換 觸發(fā)源（ 關可選擇觸發(fā)信號。 關置于 “垂直方式選擇”開關置于“雙蹤”時，下列信號被用于觸發(fā)： 當觸發(fā)源開關處于 置時，連接到 當觸發(fā)源開關處于 接到 第 3章 電子示波器 當“垂直方式選擇”開關置于 關的位置也應相應置于 關置于 發(fā)信號來自外觸發(fā)插座。 （ 5）耦合方式（ 選擇觸發(fā)信號的耦合方式。 C）：選擇內觸發(fā)時為交流耦合，選擇外觸發(fā)時為直流耦合。 種耦合方式通過積分電路選出全電視信號的場同步脈沖，適合測量全電 視信號。 （）觸發(fā)極性與觸發(fā)電平 （ 此旋鈕通過調節(jié)觸發(fā)極性與觸發(fā)電平來確定掃描波形的起始點，旋鈕處于推入狀態(tài)時，為正極性觸發(fā)，在信號上升段啟動掃描，旋鈕處于拉出狀態(tài)時，為負極性觸發(fā)，在信號下降段啟動掃描。不論在正極性或負極性狀態(tài)，通過轉動旋鈕可調整觸發(fā)電路的比較電平，從而連續(xù)改變掃描初始相位。 第 3章 電子示波器 下面介紹 間間隔測量、頻率和相位測量過程中的操作方法，可對照面板圖 第 3章 電子示波器 圖 第 3章 電子示波器 1定量測量 將“ V/格”微調旋鈕右旋到底（校準）位置。測量值可由以下公式計算。 ( 式中 峰或任意兩點間電壓值，單位為 V； 位 V/ 峰高度或任意兩點間高度，單位 第 3章 電子示波器 2直流電壓測量 置“掃描方式”開關于“ ，選擇掃描速度使掃描不發(fā)生閃爍現象。 置“交流 直流”開關于 節(jié)垂直“位移”使該掃描線準確地落在水平刻度線上，以便于讀取信號電壓。 置“交流 直流”開關于 將被測電壓加至輸入端。掃描線的垂直位移即為直流電壓幅度。如果掃描線上移，被測電壓相對于地電位為正。如果掃描線下移，該電壓為負。電壓值可用公式 例如：將探頭衰減比置于 10，垂直偏轉靈敏度 V/格置于“ ”“微調”旋鈕置于校準位置，所測得的掃描線偏高5格，根據公式，被測電壓為 5格 10=25V。 第 3章 電子示波器 3交流電壓測量 當測量疊加在直流電上的交流波形時，將“交流 直流”開關置于 僅測量交流分量，則將該開關置于 圖 第 3章 電子示波器 置“時間 /格微調”旋鈕于校準位置 ,讀取“時間 /格”以及“ 5擴展”開關的設定值 ,用下式計算： 時間 (s)=時間 /格設定值 對應于被測時間的長度(格 ) “5 倍擴展”鈕設定值的倒數 此處“ 5倍擴展”設定值的倒數在掃描未擴展時為 1,當掃描擴展時是 1/5. 第 3章 電子示波器 （ 1）脈沖寬度測量 脈沖寬度基本測量方法如下 : 調節(jié)脈沖波形的垂直位置 ,使脈沖波形的頂部和底部距刻度水平中心線的距離相等 ,如圖 調整“時間 /格”開關 ,使信號易于觀測 . 讀取上升和下降沿中點間的距離，即脈沖沿與水平刻度線相交的兩點的距離。用公式計算脈沖寬度。 例如，在沒使用掃描擴展時，測一脈沖電壓信號，調整“時間 /格”開關，并設定在 20s/ 格，讀上升和下降沿中點間的距離為 2。 5格，則該電壓信號的脈沖寬度為： 20s/ 格 50s 第 3章 電子示波器 （ 2）上升（或下降）時間的測量，脈沖上升（或下降）時間的測量如下進行； 調節(jié)脈沖波形的垂直與水平位置，方法與脈沖寬度測量規(guī)程相同。 在圖 0%點至下端 10%點之間的距離 第 3章 電子示波器 圖 寬測量 圖 升（或下降）時間測量 第 3章 電子示波器 率和相位測量 1頻率的測量 對于頻率測量，有下列幾種方法。 第一種方法：可由時間公式求出輸入信號一個周期的時間，然后用下式求出頻率。 頻率（ =1/周期 第二種方法：數出有效區(qū)域中 10格內的重復周期數 N，然后用下式計算頻率。 頻率（ = N/（“時間 /格”設定值 10格）當 30到 50）時，第二種方法的精確程度比第一種方法更高。 第 3章 電子示波器 例如：示波器的時間 /格設定在“ 10s/ 格”的位置上，測得的 波形如圖 10格內重復周期 N=40，則該信號的頻率 為：頻率 =40/（ 10s/ 格 10（格） =400圖 率測量 第 3章 電子示波器 2相位的測量 同時調節(jié)“時間 /格”開關，使所顯示的正弦波一個周期的長度為 6格。此時， 1格刻度代表波形相位為 60 ,(1周期 =2=360 )兩個信號之間的相位差可由下式計算出來。 相位差（度）（格） 60 這里， 例：圖 相位差 = 60 =90 第 3章 電子示波器 圖 雙掃描示波器有兩個獨立的觸發(fā)和掃描電路，兩個掃描電路的掃描速度可以相差很多倍。這種示波器特別適用于在觀察一個脈沖序列的同時，仔細觀察其中一個或部分脈沖的的細節(jié)。雙掃描示波器的電路組成如圖 在通用示波器觸發(fā)掃描電路的基礎上增加了一套 電壓比較電路確定 路掃描電壓由電子開關通過 路 門電路轉換輸出，它的工作波形如圖 第 3章 電子示波器 掃描示波器 第 3章 電子示波器 圖中情況是用 時用 個脈沖，在同一熒光屏上從兩個時間段同時顯示一個脈沖信號。調整 掃描電壓略大于脈沖信號的兩個完整周期。 整比較電平，使比較點位于第 2個脈沖信號的前沿起點，由比較點形成 掃描發(fā)生器，調整 時， 個脈沖包括前后沿、平頂的詳細情況，由于掃描電壓幅度沒變，所以 掃描正程期間掃描門可以提供增輝脈沖。 把 A、 成合成增輝信號，用它來給 應 被加亮，這稱為 。用這種方法可以清楚地表明 顯示中的位置。 第 3章 電子示波器 ( b )Y 放大 器X 門電 路Y 門電 路A 掃 描延 遲 線A 觸 發(fā) 器前 置放 大Y 輸 入R 比較 電 路電 子開 關B 觸 發(fā) 器B 掃 描X 放大 器( a )4321Y 輸 入B 掃 描B 觸 發(fā)A 掃 描A 觸 發(fā)B 增 輝A 增 輝延 遲 觸發(fā) 電 平圖 掃描示波器組成及波形圖 第 3章 電子示波器 樣示波器 由示波器顯示波形的過程可知，在一個掃描正程時間內，被測信號按照實際變化規(guī)律，實時地顯示在熒光屏上，故稱為實時測量法，這種示波器也叫實時示波器。 實時示波器的上限工作頻率受到下列因素的限制： （ 1）受到示波管的上限工作頻率的限制。 （ 2）受 （ 3）受時基電路掃描速度的限制。 當前，高速計算機和其他的高速信息系統要求觀測脈沖信號的瞬變過程，因此，必須尋找新的途徑來擴展示波器的工作頻率。取樣技術在示波測量中的應用，是目前擴展示波器頻帶的一種行之有效的方法。 第 3章 電子示波器 欲測量一個波形，可以把這個波形在示波器上連續(xù)顯示，也可以在這個波形上取很多的取樣點，把連續(xù)波形變換成離散波形，只要取樣點數足夠多，顯示這些離散點也能夠反映原波形的形狀。這種取樣方法是在信號經歷的實際