大專電測第3章電子示波器3電子示波器電路構成及原理

1、電子測量技術與儀器,.,同學們： 通過第3章電子示波器、第一節(jié)概述和第二節(jié)示波管及波形顯示原理的學習，我們知道了電子示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖象，便于人們研究各種電現象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質的屏面上，就可產生細小的光點。在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以用它測試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等等。,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構成及原理,復習提問：

2、 1、示波器的主要技術指標有哪些？各表示什么意義？ 2、請解釋以下專業(yè)術語： （1）掃描 （2）掃描電壓 （3）掃描行程 （4）掃描回程,3.3.1 電子示波器的組成 通用雙蹤示波器由垂直系統(tǒng)、水平系統(tǒng)、校準信號及電源組成。如圖3.10所示。垂直系統(tǒng)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(tǒng)由觸發(fā)電路、時基發(fā)生器、X軸輸出放大三部分組成。,3.3 電子示波器電路構成及原理,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構成及原理,3.3.1 電子示波器的組成及主要技術指標,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構成及原理,通用示波器的主要技術性能： 1、頻率響

3、應（頻帶寬度）指上限頻率 f H和下限頻率f L之差，由于示波器能測量直流，所以頻帶寬度就是上限頻率f H。 2、時域響應（瞬態(tài)響應）指Y通道在輸入方波脈沖情況下的過渡特性。常用參數上升時間t r 表示。 Y通道的頻帶寬度f H和上升時間t r 有確定的內在關系，可用下式表示： fH t r =035（ SMHZ） 可見、帶寬越大，上升時間越短。,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構成及原理,3、 Y通道偏轉靈敏度 指輸入信號在無衰減的情況下，亮點在屏幕上偏轉1格（或1厚米）所需信號的峰-峰值。 單位為V/CM 4、輸入阻抗 指Y通道輸入阻抗，它包括輸入電阻和輸入電容，輸入電阻越大越好，輸

4、入電容越小越好。 通用示波器的輸入電阻在1M 左右，輸入電容約為幾十PF 。 5、掃描速度（時基因數） 亮點在X方向移動1格（或1厚米）所經過的時間。單位為 t /CM 。時基因數越?。⊕呙杷俣仍礁撸凑归_高頻信號或窄脈沖信號的能力越強。,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構成及原理,3.3.2 垂直通道（垂直系統(tǒng)）,3.3.2 垂直通道 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y可在很大范圍內調節(jié)。對衰減器的要求

5、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，必須采用圖3.11a所示的阻容補償分壓器，,圖中R1、R2為分壓電阻(R2包括下一級的輸入電阻)，C2為下一級的輸入電容和分布電容，C1為補償電容。衰減器的衰減量為R1C1的并聯阻抗1與22的并聯阻抗2的分壓比。其中 ：,（3.3）,（3.4）,調節(jié)C1，當滿足R1C1=R2C2 時，1、Z2表達式中分母相同，則衰減器的分壓比為：,（3.5

6、）,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R2C2來改變衰減量。 在面板上，直接標注與各檔衰減量對應的偏轉靈敏度， 單位為V/cm，例如，SS-5702示波器的垂直偏轉靈敏度 在5mv/cm10v/cm范圍內分11檔可調。,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(5l0pF)和電阻并聯形式，再與示波器輸入電容、輸入電阻組成補償式分壓器（圖3.11b）。調整可調電容，可實現最佳補償，圖3.11c為最佳補償波形，3.11d為過補償波形，3.11e為欠補償波形。,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

7、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3.12所示。其結果，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。,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構成及原理,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

8、的延遲時間通常在50200ns之間。,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。Y放大器具有以下特點： （1）Y放大器具有穩(wěn)定的放大倍數，而且在校準狀態(tài)是一個確定值。當示波管靈敏度(SV)及示波器靈敏度(S)一定的情況下，Y放大器的放大倍數K 可由下式計算： K= SV /S （3.3.4） 如采用SV=20V的示波管，示波器靈敏度S=20mV時，Y通道放大倍數K=1000倍。,（2）Y放大器應具有足夠的帶寬。放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

9、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C0(集電結電容和引線分布電容之和)及負載電容CL對高頻的分流使高頻增益下降。為此，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lM左右，輸入電容約為幾十pF。,（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）

10、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。 （第一節(jié)課到此結束，下節(jié)課將繼續(xù)講解新的內容。）,3.3.2水平通道 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3.13所示。,圖3.14時基發(fā)生器電路,（1）積分器 積分器由運算放大器、積分電容C1和積分電阻R1組成。它在掃描門控制下產生線性鋸齒電壓。 在b點負方波作用期間，c點正電源通過R1給C1充電，C1得到線性鋸齒電壓。在理想情況下（運算放大器放大倍數，輸入電阻Ri, 輸出電阻R00）輸出電壓U可寫成,（3.7）,式中E為c點至b點直流電壓。,由式3.7可見，U0與時間t成線性關系，改變時間常數11或微調電源E都可改變U0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