大專電測第3章電子示波器3電子示波器電路構(gòu)成及原理

1、電子測量技術(shù)與儀器,.,同學(xué)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(xué)習(xí)，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(xiàn)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(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)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(diào)幅度等等。,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構(gòu)成及原理,復(fù)習(xí)提問：

2、 1、示波器的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？各表示什么意義？ 2、請解釋以下專業(yè)術(shù)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(zhǔn)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(guān)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(gòu)成及原理,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構(gòu)成及原理,3.3.1 電子示波器的組成及主要技術(shù)指標(biāo),第三章 電子示波器33 電子示波器電路構(gòu)成及原理,通用示波器的主要技術(shù)性能： 1、頻率響

3、應(yīng)（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(yīng)（瞬態(tài)響應(yīng)）指Y通道在輸入方波脈沖情況下的過渡特性。常用參數(shù)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(nèi)在關(guān)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(gòu)成及原理,3、 Y通道偏轉(zhuǎn)靈敏度 指輸入信號在無衰減的情況下，亮點在屏幕上偏轉(zhuǎn)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(shù)） 亮點在X方向移動1格（或1厚米）所經(jīng)過的時間。單位為 t /CM 。時基因數(shù)越?。⊕呙杷俣仍礁撸?，即展開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(gòu)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(guān)、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(zhuǎn)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(shè)置了衰減器，它可使示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度y可在很大范圍內(nèi)調(diào)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(nèi)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(yán)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(lián)阻抗1與22的并聯(lián)阻抗2的分壓比。其中 ：,（3.3）,（3.4）,調(diào)節(jié)C1，當(dāng)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(nèi)是均勻的，與頻率無關(guān)。 通常用一個波段開關(guān)換接不同的R2C2來改變衰減量。 在面板上，直接標(biāo)注與各檔衰減量對應(yīng)的偏轉(zhuǎn)靈敏度， 單位為V/cm，例如，SS-5702示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度 在5mv/cm10v/cm范圍內(nèi)分11檔可調(diào)。,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(nèi)設(shè)計為可調(diào)電容C(5l0pF)和電阻并聯(lián)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(diào)整可調(diào)電容，可實現(xiàn)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(dāng)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(jié)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(zhuǎn)板的脈沖信號也延遲一段時間，使信號出現(xiàn)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(nèi)的脈沖全過程。,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構(gòu)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(chǎn)生失真。目前延遲線有分布參數(shù)和集中參數(shù)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(wǎng)絡(luò)組成，例如7型示波器中就采用這種集中參數(shù)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(jīng)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(zhuǎn)板，使電子束有足夠大的偏轉(zhuǎn)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(shù)，而且在校準(zhǔn)狀態(tài)是一個確定值。當(dāng)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(shù)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(shù)K=1000倍。,（2）Y放大器應(yīng)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(shù)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(jié)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(shè)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(shù)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(zhuǎn)板上的電壓能夠?qū)ΨQ，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(shè)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(zhuǎn)板上的相對直流電位和波形在方向的位置。這種調(diào)節(jié)直流電位的旋鈕稱為“軸位移”旋鈕。 （5）

10、放大器通常設(shè)置“倍率”開關(guān)，通過改變負反饋，使放大器的放大倍數(shù)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(shè)置增益調(diào)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(zhǔn)”狀態(tài)。此時，可用面板上的靈敏度標(biāo)注值讀測信號幅度。 （第一節(jié)課到此結(jié)束，下節(jié)課將繼續(xù)講解新的內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)，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(guān)系，改變時間常數(shù)11或微調(diào)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(guān)切換不同的電容來改變鋸齒波斜率，從而實現(xiàn)掃描速度調(diào)整。通過掃描速度微調(diào)旋鈕改變充電電阻，實現(xiàn)掃