第3章電子示波器07912ppt課件

1、第 3 章 電 子 示 波 器 第第3 3章章 電 子 示 波 器電 子 示 波 器 3.1 概述概述 3.2 示波管及波形顯示原理示波管及波形顯示原理 3.3 電子示波器電路的基本組成及原理電子示波器電路的基本組成及原理3.3.2 通用示波器通用示波器Y通道垂直系統(tǒng)）通道垂直系統(tǒng)）3.3.3 通用示波器通用示波器X通道水平系統(tǒng)）通道水平系統(tǒng)） 3.4 SS5702雙蹤示波器雙蹤示波器3.5 雙掃描示波器雙掃描示波器3.6 取樣示波器取樣示波器3.7 數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器本章小結(jié)本章小結(jié)1第 3 章 電 子 示 波 器 第第3章章 電子示波器電子示波器學(xué)習(xí)參考：示波器主要用來(lái)觀(guān)測(cè)信號(hào)波

2、形、測(cè)量電壓、頻率、時(shí)間學(xué)習(xí)參考：示波器主要用來(lái)觀(guān)測(cè)信號(hào)波形、測(cè)量電壓、頻率、時(shí)間等參數(shù)，是電子測(cè)量三大儀器之一。本章主要介紹波形測(cè)試原理及示波器等參數(shù)，是電子測(cè)量三大儀器之一。本章主要介紹波形測(cè)試原理及示波器的組成原理與應(yīng)用。要求通過(guò)學(xué)習(xí)了解示波器的組成、理解它的工作原理、的組成原理與應(yīng)用。要求通過(guò)學(xué)習(xí)了解示波器的組成、理解它的工作原理、掌握它的應(yīng)用。掌握它的應(yīng)用。本章要點(diǎn)：示波管組成及波形顯示原理，示波器掃描過(guò)程、組成、本章要點(diǎn)：示波管組成及波形顯示原理，示波器掃描過(guò)程、組成、技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用。技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用。2第 3 章 電 子 示 波 器 4.1 概述概述電子示波器簡(jiǎn)稱(chēng)為示波器，它借助陰

3、極射線(xiàn)示波管CRT，Cathode Ray Tube電子射線(xiàn)的偏轉(zhuǎn)將電信號(hào)變換成可見(jiàn)圖像，實(shí)現(xiàn)波形的顯示，實(shí)現(xiàn)電壓、周期、頻率、時(shí)間、相位、調(diào)制系數(shù)等參數(shù)的測(cè)量。示波器也是構(gòu)成特性曲線(xiàn)測(cè)試儀器等的重要組成部分，例如晶體管特性圖示儀、掃頻儀等。示波器按其性能、結(jié)構(gòu)分為：（1通用示波器通用示波器采用單束示波管，它分為單蹤、雙蹤、多蹤示波器。單蹤示波器在熒光屏上只能顯示一個(gè)信號(hào)的波形，雙蹤示波器在熒光屏上可顯示兩個(gè)信號(hào)的波形，多蹤示波器在熒光屏上可同時(shí)顯示兩個(gè)以上信號(hào)的波形。3第 3 章 電 子 示 波 器 （2多束示波器多束示波器又稱(chēng)為多線(xiàn)示波器，它采用多束示波管，熒光屏上顯示的每個(gè)波形都由單獨(dú)的

4、電子束掃描產(chǎn)生，能同時(shí)觀(guān)測(cè)、比較兩個(gè)以上的波形。（3取樣示波器取樣示波器將高頻、超高頻信號(hào)經(jīng)取樣變換為較低頻率信號(hào)后再顯示，適用于測(cè)量高頻、超高頻信號(hào)。（4存儲(chǔ)示波器存儲(chǔ)示波器具有存儲(chǔ)被測(cè)信號(hào)的功能，適用于異地觀(guān)測(cè)、異地分析測(cè)量。（5專(zhuān)用示波器專(zhuān)用示波器能夠滿(mǎn)足特殊的用途，如監(jiān)測(cè)調(diào)試電視系統(tǒng)的4第 3 章 電 子 示 波 器 電視示波器，用于調(diào)試彩色電視中有關(guān)色度信號(hào)幅度和相位的矢量示波器和用于觀(guān)測(cè)調(diào)試計(jì)算機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)的邏輯示波器等。 本章著重討論通用示波器的工作原理及其應(yīng)用。 3.2.1 陰極射線(xiàn)示波管的構(gòu)造 陰極射線(xiàn)示波管是示波器重要組成部分，用來(lái)將電信號(hào)變換為光信號(hào)而加以顯示。CRT主要

5、由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三大部分組成，它們都封裝在密閉呈真空的玻璃殼內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。3.2 示波管及波形顯示的基本原理示波管及波形顯示的基本原理5第 3 章 電 子 示 波 器 示波管屬于電真空器件，又稱(chēng)為陰極射線(xiàn)管示波管屬于電真空器件，又稱(chēng)為陰極射線(xiàn)管CRTCRT）。）。KG1G2A1A2Y2X2F6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦聚焦UA1輔助聚焦后加速極后加速極A A3 315KV電子槍電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏熒光屏Y1真空玻璃管真空玻璃管圖3.1 陰極射線(xiàn)示波管Z Z軸軸蘭色：電力線(xiàn)蘭色：電力線(xiàn)紅色：等位面紅色：等位面6第 3 章 電 子 示 波 器 電子槍的作用是

6、發(fā)射電子并形成強(qiáng)度可控制的很細(xì)的電子束。電子槍的作用是發(fā)射電子并形成強(qiáng)度可控制的很細(xì)的電子束。它由以下幾部分組成：它由以下幾部分組成： 1.1.燈絲燈絲FF在交流低壓在交流低壓( (如如6.3V)6.3V)下使鎢絲燒熱下使鎢絲燒熱, ,用于加熱陰極。用于加熱陰極。2.2.陰極陰極KK是一個(gè)表面涂有氧化鋇其逸出功小，內(nèi)部自由電子容易逸出）是一個(gè)表面涂有氧化鋇其逸出功小，內(nèi)部自由電子容易逸出）的金屬的金屬 3.3.第一柵極第一柵極G1G1調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)G1G1的電位可以調(diào)節(jié)示波器的亮度，常置于示波器的電位可以調(diào)節(jié)示波器的亮度，常置于示波器面板上供使用。面板上供使用。 當(dāng)控制信號(hào)加于當(dāng)控制信號(hào)加于G1G1

7、，其亮度可隨之改變，則可以傳遞信息，稱(chēng)為示波器的，其亮度可隨之改變，則可以傳遞信息，稱(chēng)為示波器的Z Z軸電路。軸電路。4.4.第二柵極第二柵極G2G2隔離開(kāi)隔離開(kāi)G1G1和和A1A1，以減小亮度調(diào)節(jié)與聚焦調(diào)節(jié)的相互影響。，以減小亮度調(diào)節(jié)與聚焦調(diào)節(jié)的相互影響。5.5.第一陽(yáng)極第一陽(yáng)極A1A1與第二陽(yáng)極與第二陽(yáng)極A2A2構(gòu)成一個(gè)電子透鏡，對(duì)電子束起聚焦作用。構(gòu)成一個(gè)電子透鏡，對(duì)電子束起聚焦作用。 6.6.第二陽(yáng)極第二陽(yáng)極A2A2是個(gè)更大的同軸圓筒，其上電壓較高，它主要與是個(gè)更大的同軸圓筒，其上電壓較高，它主要與A1A1構(gòu)成構(gòu)成電子透鏡。電子透鏡。 7.7.第三陽(yáng)極第三陽(yáng)極A3A3具有上萬(wàn)伏的高壓，

8、用于對(duì)電子束加速，故也稱(chēng)后加速具有上萬(wàn)伏的高壓，用于對(duì)電子束加速，故也稱(chēng)后加速陽(yáng)極。陽(yáng)極。 7第 3 章 電 子 示 波 器 1. 電子槍電子槍 電子槍用來(lái)發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。它主電子槍用來(lái)發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。它主要由燈絲要由燈絲F、陰極、陰極K、控制柵極、控制柵極G、第一陽(yáng)極、第一陽(yáng)極A1、第二陽(yáng)極、第二陽(yáng)極A2和后加速陽(yáng)極和后加速陽(yáng)極A3組成。組成。陰極是一個(gè)表面涂有氧化物的金屬圓筒，在燈絲的加熱下，陰極是一個(gè)表面涂有氧化物的金屬圓筒，在燈絲的加熱下，陰極散射出大量游離電子。陰極散射出大量游離電子。控制柵極是頂端有孔的圓筒，套裝在陰極外面，其電位比控制柵極是頂端有孔

9、的圓筒，套裝在陰極外面，其電位比陰極電位低，用于控制射向熒光屏的電子數(shù)量，改變電子束打陰極電位低，用于控制射向熒光屏的電子數(shù)量，改變電子束打在熒光屏上亮點(diǎn)的亮度。調(diào)節(jié)電位器在熒光屏上亮點(diǎn)的亮度。調(diào)節(jié)電位器RP1可以調(diào)節(jié)亮度，稱(chēng)之可以調(diào)節(jié)亮度，稱(chēng)之為為“輝度輝度INTENSITY）”調(diào)節(jié)旋鈕。與控制柵極極性相反調(diào)節(jié)旋鈕。與控制柵極極性相反的電壓加到陰極上時(shí)，也可起到與控制柵極相同的作用。的電壓加到陰極上時(shí)，也可起到與控制柵極相同的作用。第一、二陽(yáng)極是中間開(kāi)孔、內(nèi)有許多柵格的金屬圓筒，它第一、二陽(yáng)極是中間開(kāi)孔、內(nèi)有許多柵格的金屬圓筒，它們與控制柵極配合完成對(duì)電子束的加速和聚焦，聚焦就是使電們與控制

10、柵極配合完成對(duì)電子束的加速和聚焦，聚焦就是使電子束在熒光屏上的亮點(diǎn)直徑變小，調(diào)節(jié)電位器子束在熒光屏上的亮點(diǎn)直徑變小，調(diào)節(jié)電位器RP2、RP3可使可使熒熒8第 3 章 電 子 示 波 器 光屏亮點(diǎn)鮮明，得到最佳的聚焦效果，RP2、RP3分別稱(chēng)為“聚焦FOCUS）”調(diào)節(jié)和“輔助聚焦AUX FOCUS）”調(diào)節(jié)旋鈕。 后加速陽(yáng)極用來(lái)加速電子束，提高示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度。2. 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用是：掃描電壓、被測(cè)信號(hào)加到X、Y偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，各自在X、Y偏轉(zhuǎn)板間形成偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，分別使電子束產(chǎn)生在X、Y方向上的位移，由此確定出亮點(diǎn)在熒光屏上的位置。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)位于第二陽(yáng)極之后，由兩對(duì)相互垂直的X水平）、Y垂直偏轉(zhuǎn)

11、板組成，分別控制電子束水平方向、垂直方向的偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的距離分別與加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓大小成正比，該特性稱(chēng)為陰極射線(xiàn)示波管的線(xiàn)性偏轉(zhuǎn)特性。9第 3 章 電 子 示 波 器 為了顯示出被測(cè)信號(hào)的波形，掃描電壓和被測(cè)信號(hào)電壓分別加在示波管X、Y偏轉(zhuǎn)板上。掃描電壓是與時(shí)間成正比的鋸齒波，因而，電子束在水平方向上的偏轉(zhuǎn)距離與時(shí)間成正比，這是示波器測(cè)量時(shí)間、周期等參數(shù)的原理依據(jù)。改變掃描電壓的大小，可以調(diào)整顯示波形的寬度。鋸齒波和被測(cè)信號(hào)都變換成極性相反的對(duì)稱(chēng)信號(hào)后加到偏轉(zhuǎn)板上，如圖4.1所示。被測(cè)信號(hào)變換后加在Y偏轉(zhuǎn)板上，使電子束產(chǎn)生與信號(hào)電壓成正比的偏移，這是示波器測(cè)量電壓等參數(shù)的原理依據(jù)。改變Y偏轉(zhuǎn)板

12、上的信號(hào)電壓大小，可以調(diào)整顯示波形的幅度。 當(dāng)在Y1、Y2偏轉(zhuǎn)板上再疊加上對(duì)稱(chēng)的正、負(fù)直流電壓時(shí)，顯示波形會(huì)整體向上移位，反之，向下移位，調(diào)節(jié)該直流電壓的旋鈕稱(chēng)為“垂直移位(VERTICAL)”旋鈕。當(dāng)在X1、X2偏轉(zhuǎn)板上再疊加上對(duì)稱(chēng)的正、負(fù)直流電壓時(shí)，顯示波形會(huì)整體向左移10第 3 章 電 子 示 波 器 位，反之，向右移位，調(diào)節(jié)該直流電壓的旋鈕稱(chēng)為“水平移位HORIZONTAL）”旋鈕。 3. 熒光屏 熒光屏內(nèi)壁涂有熒光物質(zhì)磷光質(zhì)），外壁則是玻璃管殼。當(dāng)熒光物質(zhì)受到電子槍發(fā)射的高速電子束轟擊時(shí)能發(fā)出熒光，并維持一定的時(shí)間，該現(xiàn)象稱(chēng)為熒光物質(zhì)的余輝現(xiàn)象。按照余輝現(xiàn)象維持時(shí)間即余輝時(shí)間的長(zhǎng)短，

13、熒光物質(zhì)分為短余輝小于1ms）、中余輝1ms2ms和長(zhǎng)余輝大于2s，甚至可達(dá)幾分鐘或更長(zhǎng)等幾種。被測(cè)信號(hào)頻率越低，越宜選用余輝長(zhǎng)的熒光物質(zhì)，反之，宜選用余輝短的熒光物質(zhì)。熒光物質(zhì)發(fā)出的顏色有黃色、綠色、藍(lán)色等幾種，普通示波管常選用黃色或綠色的熒光物質(zhì)。11第 3 章 電 子 示 波 器 3.2.3 3.2.3 電子束偏轉(zhuǎn)原理電子束偏轉(zhuǎn)原理1 1靜電偏轉(zhuǎn)靜電偏轉(zhuǎn)-光點(diǎn)法光點(diǎn)法-用干示波器用干示波器2.2.磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)-光柵法光柵法-用于電視機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器及示波器。用于電視機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器及示波器。2yyyaLsyUh UbU圖圖6.4 6.4 電子束的偏轉(zhuǎn)電子束的偏轉(zhuǎn)L LS SY YU Uy

14、 yUaUa屏幕屏幕電子束電子束A2A22yyyaLsyUh UbU比例系數(shù)稱(chēng)為示波管的偏轉(zhuǎn)比例系數(shù)稱(chēng)為示波管的偏轉(zhuǎn)因數(shù)，單位為因數(shù)，單位為cm/Vcm/V，它的倒，它的倒數(shù)數(shù)DyDy1 1hyhy稱(chēng)為示波管的稱(chēng)為示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為V/cmV/cm。偏轉(zhuǎn)靈敏度是示波管的重要偏轉(zhuǎn)靈敏度是示波管的重要參數(shù)。參數(shù)。12第 3 章 電 子 示 波 器 為了進(jìn)行定量測(cè)試，一般在熒光屏內(nèi)壁預(yù)先沉積一個(gè)透明刻度，稱(chēng)為內(nèi)刻度；或在屏外安置標(biāo)有刻度的透明塑料板，稱(chēng)為外刻度。刻度區(qū)域通常為一矩形，稱(chēng)為測(cè)量窗或顯示窗，其尺寸是示波器可視尺寸，一般為10div8div寬高）。3.2.5 波形

15、顯示原理1. 波形顯示(掃描）當(dāng)示波管未加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏中心位置上而產(chǎn)生亮點(diǎn)。當(dāng)在示波管X、Y偏轉(zhuǎn)板上都只加直流電壓時(shí)，也可以在熒光屏上得到一個(gè)位置產(chǎn)生變化的亮點(diǎn)。每個(gè)亮點(diǎn)所在的位置都可以設(shè)為起始點(diǎn)。被測(cè)信號(hào)的波形可以看作是由很多亮點(diǎn)構(gòu)成的，由示波管的線(xiàn)性偏轉(zhuǎn)特性可知，每個(gè)亮點(diǎn)在X、Y方向上的坐標(biāo)即相對(duì)13第 3 章 電 子 示 波 器 圖3-4 掃描電壓與信號(hào)電壓共同作用 0 3 2 1 4 4 3 2 1 0 0 Vx t t Vy 屏幕顯示 被測(cè)信號(hào) Vy 掃描信號(hào) Vx 14第 3 章 電 子 示 波 器 于起始點(diǎn)的距離分別與被測(cè)信號(hào)波形中該點(diǎn)的時(shí)間及瞬時(shí)電壓成正比。當(dāng)被

16、測(cè)電壓、掃描電壓分別加至垂直、水平偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，電子束受到垂直、水平偏轉(zhuǎn)板的共同作用，使電子束每一時(shí)刻產(chǎn)生的亮點(diǎn)的垂直位移與被測(cè)電壓的瞬時(shí)電壓成正比，而在時(shí)間上則一一對(duì)應(yīng)，這樣就在熒光屏上得到一個(gè)留存時(shí)間很短的亮點(diǎn)軌跡，即波形。如圖3-4所示。只要被測(cè)信號(hào)是周期性信號(hào)，每次得到的波形又能完全重復(fù)，并且每次重復(fù)的間隔時(shí)間又很短，就可以得到穩(wěn)定的被測(cè)信號(hào)波形，重復(fù)間隔時(shí)間應(yīng)少于人眼視覺(jué)暫留時(shí)間，否則，波形會(huì)閃爍，不便于觀(guān)測(cè)。 2. 掃描及同步 圖3.2為掃描電壓實(shí)際波形。15第 3 章 電 子 示 波 器 Ts為掃描正程時(shí)間，在此期間電子束產(chǎn)生自左至右的移動(dòng)，稱(chēng)為“掃描正程”；Tb為掃描逆程時(shí)間，在

17、此期間電子束產(chǎn)生自右至左的移動(dòng)，稱(chēng)為“掃描逆程或“掃描回程”，以保證下次掃描從起始點(diǎn)開(kāi)始向右掃描；Tw為掃描休止時(shí)間，以保證下次掃描在熒光屏上的起始點(diǎn)能夠與本次掃描的起始點(diǎn)重合，為便于分析通常不予考慮。當(dāng)掃描逆程時(shí)間和掃描休止時(shí)間均為零時(shí)，掃描電壓為理想掃描電壓。3. 掃描過(guò)程的增輝與隱熄 掃描正程時(shí)顯示被測(cè)信號(hào)的波形，要求在此期間增強(qiáng)波TbTSTwTx=TS+Tb+Twtux(t)0圖3.2 掃描電壓實(shí)際波形16第 3 章 電 子 示 波 器 形的亮度，即增輝，可以在控制柵極上疊加正極性脈沖或在陰極上疊加負(fù)極性脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)增輝。在掃描逆程時(shí)，電子束在向左移動(dòng)的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)亮線(xiàn)，該亮線(xiàn)稱(chēng)為回掃線(xiàn)

18、。假如在Y偏轉(zhuǎn)板上加正弦電壓，在掃描休止時(shí)，電子束會(huì)在起始點(diǎn)位置出現(xiàn)一條垂直的亮線(xiàn)，該亮線(xiàn)稱(chēng)為休止線(xiàn)。應(yīng)對(duì)回掃線(xiàn)和休止線(xiàn)進(jìn)行消隱，否則，將影響波形的觀(guān)測(cè)，如圖3.3所示，可以在控制柵極上疊加負(fù)極性脈沖或在陰極上疊加正極性脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)消隱。 正程波形（與被測(cè)信號(hào)波形相同）回掃線(xiàn)休止線(xiàn)圖3.3 不消隱時(shí)顯示的波形17第 3 章 電 子 示 波 器 如果要得到穩(wěn)定的周期性被測(cè)信號(hào)波形必須滿(mǎn)足同步條件：Tx=Ts+Tb+Tw=nTyn為正整數(shù)） （3-1）式中，Tx為掃描信號(hào)周期；Ty為被測(cè)信號(hào)周期。由此可見(jiàn)，被測(cè)信號(hào)和掃描電壓對(duì)電子束的作用時(shí)間總是相等的。所以，掃描電壓正程、逆程時(shí)間等于被測(cè)信號(hào)的幾個(gè)

19、周期，就相應(yīng)地掃描得出被測(cè)信號(hào)幾個(gè)周期的波形，其中掃描逆程得到的波形即回掃線(xiàn)是緊隨掃描正程波形之后的被測(cè)信號(hào)波形的回折，即以?huà)呙枵探Y(jié)束點(diǎn)所在縱軸為軸線(xiàn)將正程之后的波形向起始方向?qū)φ?，并且使掃描逆程的結(jié)束點(diǎn)與掃描起始點(diǎn)重合，如圖3.4所示。圖3.4中，掃描電壓周期為被測(cè)信號(hào)周期的三倍，滿(mǎn)足式4-1的關(guān)系，可以得到穩(wěn)定的波形，這種現(xiàn)象稱(chēng)為同步。否則，18第 3 章 電 子 示 波 器 會(huì)產(chǎn)生左移或右移的不穩(wěn)定波形或亮帶。4.連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描 示波管除供電部分外，再加上掃描電壓產(chǎn)生部分（即X通道和輸入電壓變換部分即Y通道則構(gòu)成示波器。示波器一般采用電平觸發(fā)的方法獲取被測(cè)信號(hào)的周期信息，從而實(shí)現(xiàn)掃

20、描電壓與被測(cè)信號(hào)的同步，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為觸發(fā)同步，在這Tx=Ts+Tb=3TyTs=2TyTb=Tyttux(t)uy(t)00正程終點(diǎn)（逆程起點(diǎn)）正程起點(diǎn)（逆程終點(diǎn)）正程波形回掃線(xiàn)對(duì)折方向?qū)?折 軸 線(xiàn)圖3.4 顯示波形的取得19第 3 章 電 子 示 波 器 種狀態(tài)下的掃描稱(chēng)為觸發(fā)掃描，是示波器優(yōu)先采用的掃描方式。有時(shí)，掃描電壓是在自激狀態(tài)下產(chǎn)生的，這種掃描方式稱(chēng)為連續(xù)掃描。有時(shí)掃描電壓是在手動(dòng)控制下產(chǎn)生的，稱(chēng)之為單次掃描，單次掃描適于觀(guān)測(cè)非周期性信號(hào)。有時(shí)在自動(dòng)電路控制下，連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變換，這種掃描方式稱(chēng)為自動(dòng)掃描，是操作示波器時(shí)通常選用的掃描方式。 上述掃描電壓均為鋸齒波

21、電壓，如果只在水平偏轉(zhuǎn)板上加掃描電壓，在熒光屏上會(huì)產(chǎn)生一條可反映時(shí)間長(zhǎng)短的水平亮線(xiàn)，稱(chēng)之為時(shí)間基線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)為時(shí)基線(xiàn)，這種掃描方式稱(chēng)為直線(xiàn)掃描。如果偏轉(zhuǎn)板上加的不是鋸齒波，會(huì)出現(xiàn)圓形或螺旋形波形，稱(chēng)之為圓掃描或螺旋掃描。如無(wú)特別說(shuō)明，本書(shū)不涉及圓掃描和螺旋掃描。20第 3 章 電 子 示 波 器 當(dāng)掃描頻率與窄脈沖的重復(fù)頻率相等時(shí)，顯示的脈沖很窄。a圖為被測(cè)的窄脈沖信號(hào)，b圖為采用低速的連續(xù)掃描信號(hào)，c圖為采用高速的連續(xù)掃描信號(hào)，掃描周期分別為T(mén)=Ty和T=，b圖中波形水平方向被壓縮，在示波器屏幕上很難看清波形的細(xì)節(jié)，無(wú)法分析脈沖信號(hào)的各個(gè)參數(shù)。為了將脈沖信號(hào)展開(kāi)顯示需提高掃描速度，這里只有提高掃

22、描頻率，如c圖所示。 21第 3 章 電 子 示 波 器 在示波管中，電子束同時(shí)受X和Y兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板的作用，若Y偏轉(zhuǎn)板上加正弦波信號(hào)電壓uy=Uymsint ，X偏轉(zhuǎn)板上加鋸齒波電壓ux=kt ，且Tx=Ty，則電子束在兩個(gè)電壓的同時(shí)作用下，在水平方向上和垂直方向上同時(shí)產(chǎn)生位移，熒光屏上將顯示出被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的一個(gè)周期的波形曲線(xiàn)。若兩偏轉(zhuǎn)板的信號(hào)都為正弦波且初相相同，可在熒光屏上顯示一條與水平軸呈45角的直線(xiàn)，若兩個(gè)信號(hào)的初相為90，則在熒光屏上顯示出一個(gè)正橢圓，若x和y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則顯示一個(gè)正圓形。示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形稱(chēng)李沙育圖形，這種圖形在相位和頻率測(cè)量中常

23、常會(huì)用到。如圖3-3(a) 所示為不同初相不同頻率時(shí)的李沙育波形。5. XY顯示方式22第 3 章 電 子 示 波 器 (c)(b)(a)23第 3 章 電 子 示 波 器 3.3 電子示波器電路的基本組成及原理電子示波器電路的基本組成及原理3.3.1 電子示波器的基本組成電子示波器的基本組成圖圖3-10 3-10 通用示波器的主要組成框圖通用示波器的主要組成框圖24第 3 章 電 子 示 波 器 由 上述分析得知，通用示波器主要由 X通道HORIZONTAL）、Y通道VERTICAL）、主機(jī)三大部分組成。單蹤示波器的基本組成如圖3.5所示。 X通道水平系統(tǒng)） X通道由觸發(fā)電路、掃描電路和X放

24、大器組成。它的主要作用是：在觸發(fā)信號(hào)的作用下，輸出大小合適、極性相反的對(duì)稱(chēng)掃描電壓，以驅(qū)動(dòng)電子束水平偏轉(zhuǎn)。 Y通道垂直系統(tǒng)） Y通道由衰減器、前置放大器、延遲級(jí)、輸出放大器等組成。它的主要作用是：對(duì)單端輸入的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行變換、處理成為大小合適極性相反的對(duì)稱(chēng)信號(hào)加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，使電子束產(chǎn)生垂直偏轉(zhuǎn)。25第 3 章 電 子 示 波 器 探極Y衰減器Y前置放大器延遲級(jí)Y輸出放大器Y偏轉(zhuǎn)板觸發(fā)電路掃描電路X放大器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器電源增輝電路控制柵極(或陰極)主機(jī)Y通道X偏轉(zhuǎn)板“X輸入外同步觸發(fā)輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出“X-Y”X通道“掃描”S2S1內(nèi)外電源示波管被測(cè)信號(hào)輸入圖3.5 通用示波器基本組成26第 3

25、 章 電 子 示 波 器 （3主機(jī)部分 主機(jī)部分主要包括標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源、增輝電路、電源、示波管等部分。增輝電路的作用是在掃描正程時(shí)使波形增輝，掃描逆程或掃描休止期時(shí)使回掃線(xiàn)和休止線(xiàn)消隱；或在外加高頻信號(hào)的作用下，對(duì)顯示波形進(jìn)行亮度調(diào)制，即使波形亮暗變化情況受外加信號(hào)的控制，波形由實(shí)線(xiàn)變?yōu)樘摼€(xiàn)，由此可測(cè)量信號(hào)周期或頻率。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源用于提供幅度、周期等都很準(zhǔn)確的方波信號(hào)，例如1kHz、10mVP-P的方波，以便對(duì)示波器有關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)整。由于增輝信號(hào)是加在示波管的控制柵極或陰極上，而控制柵極或陰極均與偏轉(zhuǎn)板垂直，符合三維坐標(biāo)關(guān)系，故增輝電路等又稱(chēng)為Z軸系統(tǒng)，有時(shí)也將主機(jī)部分稱(chēng)為Z軸系統(tǒng)。有關(guān)主機(jī)

26、部分的內(nèi)容不再進(jìn)行詳細(xì)介紹。 27第 3 章 電 子 示 波 器 3.3.2 通用示波器通用示波器Y通道垂直系統(tǒng)）通道垂直系統(tǒng)）示波器Y通道主要由輸入電路、前置放大器、延遲級(jí)和輸出放大器等組成，如圖3.5所示。它的主要作用是把被測(cè)信號(hào)變換成為大小合適的雙極性對(duì)稱(chēng)信號(hào)后加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，使顯示的波形適于觀(guān)測(cè)；向X通道提供內(nèi)觸發(fā)信號(hào)源；補(bǔ)償X通道的時(shí)間延遲，以觀(guān)測(cè)到諸如脈沖等信號(hào)的完整波形。1 輸入電路如圖3.6所示，輸入電路主要包括探極、耦合方式變換開(kāi)關(guān)、衰減器、阻抗變換及倒相放大器等部分。探極被測(cè)信號(hào)與示波器的連接可以選用引線(xiàn)或附帶的探極，通28第 3 章 電 子 示 波 器 常選用高頻特性良好

27、、抗干擾能力強(qiáng)的高輸入阻抗探極。探極分為有源探極和無(wú)源探極兩種，探極中通常設(shè)置有衰減器。有源探極具有良好的高頻特性，衰減比為1：1，適于測(cè)試高頻小信號(hào)，但需要示波器提供專(zhuān)用電源，應(yīng)用較少。應(yīng)用較多的是無(wú)源探極，衰減比輸入/輸出有1：1、10：1和100：1三種，前兩種的應(yīng)用比較普遍，后一種通常用于高頻測(cè)量。當(dāng)探極衰減比為10：1或100：1時(shí)，被測(cè)電壓值是示波器測(cè)得電壓的10倍或100倍。 探極衰減器阻抗變換及倒相放大器偏轉(zhuǎn)因數(shù)Y前置放大器DCACGNDS耦合方式被測(cè)信號(hào)uy(t)圖3.6 Y通道輸入電路29第 3 章 電 子 示 波 器 無(wú)源探極的結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。如果要正確地測(cè)量高頻波和

28、方波，需要調(diào)節(jié)探極補(bǔ)償電容器C。補(bǔ)償電容的位置有的在探針處圖3.7(a)），有的在探極末端圖3.7(b)）或在校準(zhǔn)盒內(nèi)。調(diào)整補(bǔ)償電容時(shí)，將示波器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的方波加到探極上，用螺刀左右旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償電容C，直到調(diào)出圖3.8(a)所示的方波（即正確補(bǔ)償為止。否那么，會(huì)出現(xiàn)圖3.8(b)、圖3.8(c)所示的電容過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償情況。(b)輸入示波器探 極CiRi 1M (a)C9M高阻同軸電纜探針地線(xiàn)輸入示波器探 極CiRi 1MC9M高阻同軸電纜探針地線(xiàn)圖3.7 兩種無(wú)源探極的結(jié)構(gòu)30第 3 章 電 子 示 波 器 原則上，示波器的探極應(yīng)專(zhuān)用。 正確使用探極，可以提高示波器的輸入阻抗，增強(qiáng)示波器

29、的抗干擾能力，擴(kuò)展示波器的電壓量程。接入探極后，一般可以使示波器輸入電阻提高到10M、輸入電容減小到十幾pF。 衰減器衰減器一般為阻容步進(jìn)衰減器，其電路原理如圖3.9所示。改變衰減器衰減比，也就改變了示波器偏轉(zhuǎn)因數(shù)，從而使顯示波形的幅度得以調(diào)整。偏轉(zhuǎn)因數(shù)旋鈕每擋所對(duì)應(yīng)的阻容衰減器是唯一的。 (a)(b)(c)圖3.8 探極補(bǔ)償情況31第 3 章 電 子 示 波 器 對(duì)于圖對(duì)于圖4.9所示的阻容衰減器，只有當(dāng)滿(mǎn)足所示的阻容衰減器，只有當(dāng)滿(mǎn)足R1C1=R2C2時(shí)，衰時(shí)，衰減器才具有平坦的幅頻特性，即示波器偏轉(zhuǎn)因數(shù)與輸入信號(hào)頻減器才具有平坦的幅頻特性，即示波器偏轉(zhuǎn)因數(shù)與輸入信號(hào)頻率無(wú)關(guān)，其衰減比為率

30、無(wú)關(guān)，其衰減比為R2/(R1+R2)。直流或低頻時(shí)直流或低頻時(shí) 高頻時(shí)高頻時(shí) uiR1R2C1C2uo+圖3.9 阻容步進(jìn)衰減器原理圖20pF20pF示波器示波器180pF180pF探頭探頭212oiuRuRR212oiuZuZZ32第 3 章 電 子 示 波 器 3 3 延遲級(jí)延遲級(jí) 為了顯示穩(wěn)定的脈沖波形，示波器通常采用內(nèi)觸發(fā)方式來(lái)為了顯示穩(wěn)定的脈沖波形，示波器通常采用內(nèi)觸發(fā)方式來(lái)產(chǎn)生掃描電壓。只有當(dāng)被測(cè)信號(hào)達(dá)到一定的觸發(fā)電平時(shí)，才能產(chǎn)生掃描電壓。只有當(dāng)被測(cè)信號(hào)達(dá)到一定的觸發(fā)電平時(shí)，才能產(chǎn)生觸發(fā)脈沖并形成掃描電壓，但被測(cè)信號(hào)從零電平開(kāi)始上升產(chǎn)生觸發(fā)脈沖并形成掃描電壓，但被測(cè)信號(hào)從零電平開(kāi)始

31、上升到一定的觸發(fā)電平需要經(jīng)歷一定的時(shí)間，這表明掃描電壓要比到一定的觸發(fā)電平需要經(jīng)歷一定的時(shí)間，這表明掃描電壓要比被測(cè)信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間晚，從而使被測(cè)信號(hào)的前沿?zé)o法完整顯示。被測(cè)信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間晚，從而使被測(cè)信號(hào)的前沿?zé)o法完整顯示。為了完整顯示被測(cè)信號(hào)波形，在為了完整顯示被測(cè)信號(hào)波形，在Y Y通道中設(shè)置延遲級(jí)對(duì)被測(cè)信通道中設(shè)置延遲級(jí)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行延遲號(hào)進(jìn)行延遲, ,延遲時(shí)間一般為延遲時(shí)間一般為6060200ns200ns，常取，常取100ns100ns左右。左右。 圖圖3.103.10為延遲級(jí)原理示意圖，圖為延遲級(jí)原理示意圖，圖3.10 (a)3.10 (a)、圖、圖3.10 (b)3.10 (b)、

32、圖圖3.10( c)3.10( c)、圖、圖3.10 (d)3.10 (d)分別為被測(cè)信號(hào)分別為被測(cè)信號(hào)uy(t)uy(t)、觸發(fā)脈沖、觸發(fā)脈沖p(t)p(t)、掃描電壓、掃描電壓ux(t)ux(t)的波形和被測(cè)信號(hào)的顯示波形，的波形和被測(cè)信號(hào)的顯示波形，UtUt為觸為觸發(fā)電平。由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)延遲級(jí)適當(dāng)延遲后即可看到完整的被發(fā)電平。由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)延遲級(jí)適當(dāng)延遲后即可看到完整的被測(cè)信號(hào)波測(cè)信號(hào)波33第 3 章 電 子 示 波 器 形。但觀(guān)測(cè)正弦等緩慢變化的信號(hào)時(shí)，延遲級(jí)的作用卻不顯著，故簡(jiǎn)易示波器中一般不設(shè)置延遲級(jí)。無(wú)延遲級(jí)顯示的波形延遲時(shí)間有延遲級(jí)顯示的波形t00ux(t)p(t)tuy(t)

33、Ut0t圖3.10 延遲級(jí)原理示意圖(a)(b)(c)(d)34第 3 章 電 子 示 波 器 4. 4. 顯示方式控制電路顯示方式控制電路 雙蹤示波器使用單槍示波管，以交替或斷續(xù)的方式將兩路雙蹤示波器使用單槍示波管，以交替或斷續(xù)的方式將兩路信號(hào)顯示在熒光屏上。顯示方式控制電路由門(mén)電路、電子開(kāi)關(guān)、信號(hào)顯示在熒光屏上。顯示方式控制電路由門(mén)電路、電子開(kāi)關(guān)、及混合放大電路組成，其電路及波形如圖及混合放大電路組成，其電路及波形如圖3-183-18所示。電子開(kāi)關(guān)所示。電子開(kāi)關(guān)又稱(chēng)為通道變換器，其輸入端接前置放大器，又稱(chēng)為通道變換器，其輸入端接前置放大器，S1S1S8S8為模擬電為模擬電子開(kāi)關(guān)。電子開(kāi)關(guān)有

34、子開(kāi)關(guān)。電子開(kāi)關(guān)有“信道信道1”1”、“信道信道2”2”、“疊加疊加”、“交交替和替和“斷續(xù)五種工作狀態(tài)。斷續(xù)五種工作狀態(tài)。 （1 1信道信道1 1CH1 =Y1 CH1 =Y1 ）開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)S1S1、S2S2、S7S7、S8S8斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)S3S3、S4S4、S5S5、S6S6閉合，閉合，CH1CH1輸輸入的信號(hào)送到輸出端，而信道入的信號(hào)送到輸出端，而信道2 2CH2CH2輸入的信號(hào)不能到達(dá)輸輸入的信號(hào)不能到達(dá)輸出端，只能顯示出端，只能顯示CH1CH1輸入的信號(hào)。輸入的信號(hào)。35第 3 章 電 子 示 波 器 （2信道2 （CH2 =Y2）開(kāi)關(guān)S3、S4、S5、S6斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)S1、S2

35、、S7、S8閉合，CH2輸入的信號(hào)送到輸出端，而CH1輸入的信號(hào)不能到達(dá)輸出端，只能顯示CH2輸入的信號(hào)。CH1S1S2S4S3CH2S5S6S8S7+延 遲 級(jí)(a)(b)(c)圖3.18 雙蹤波形顯示原理示意圖36第 3 章 電 子 示 波 器 （3疊加(Y1Y2)開(kāi)關(guān)S1、S2、S5、S6斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)S3、S4、S7、S8閉合，CH1和CH2輸入的兩路信號(hào)均送到輸出端，并在負(fù)載中互相疊加，顯示疊加ADD后的波形。當(dāng)CH2輸入的信號(hào)未倒相時(shí)，實(shí)現(xiàn)求和CH1+CH2），當(dāng)CH2輸入的信號(hào)被倒相后，實(shí)現(xiàn)求差CH1CH2）。（4交替 交替ALT狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)S3、S4、S5、S6和S1、S2、S7、

36、S8斷開(kāi)或閉合的狀態(tài)受時(shí)基閘門(mén)脈沖的控制，并且每間隔一個(gè)掃描周期變換一次狀態(tài)，使得CH1和CH2輸入的信號(hào)輪流接通、輪流顯示，只要輪流顯示的間隔時(shí)間較短，就可交替顯示出兩個(gè)信號(hào)的波形。設(shè)CH1、CH2的輸入分別為梯形波、三角波信號(hào)，示波器顯示的波形如圖4.18(b)所示。37第 3 章 電 子 示 波 器 交替方式適于觀(guān)測(cè)高頻信號(hào)。這是因?yàn)楸粶y(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，所需掃描電壓的周期長(zhǎng)，即交替顯示同一信號(hào)的間隔時(shí)間長(zhǎng)，當(dāng)間隔時(shí)間接近或超過(guò)人眼視覺(jué)暫留時(shí)間時(shí)，顯示波形會(huì)產(chǎn)生閃爍，不便于觀(guān)測(cè)。 （5斷續(xù): 斷續(xù)CHOP狀態(tài)時(shí)，在每一次掃描過(guò)程中，開(kāi)關(guān)S3、S4、S5、S6和S1、S2、S7、S8的斷開(kāi)或

37、閉合受電子開(kāi)關(guān)內(nèi)斷續(xù)器自激多諧振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩信號(hào)如200kHz的方波的控制，快速輪流接通兩個(gè)輸入信號(hào)，從而顯示出每個(gè)被測(cè)信號(hào)的某一段，以后各次掃描重復(fù)以上過(guò)程。這樣顯示出的波形是由許多線(xiàn)段組成的，只要開(kāi)關(guān)變換頻率很快、水平掃速又較慢，這些線(xiàn)段就很短，看起來(lái)顯示的波形好象是連續(xù)的，如圖3.18(c)所示。38第 3 章 電 子 示 波 器 5. Y軸放大器 Y軸放大器分前置放大器和后置放大器兩種。 前置放大器的作用是：放大、補(bǔ)償。對(duì)前級(jí)輸出信號(hào)進(jìn)行放大，補(bǔ)償延遲級(jí)對(duì)信號(hào)的衰減損耗；為X通道的觸發(fā)電路提供大小合適的內(nèi)觸發(fā)信號(hào)，以得到穩(wěn)定可靠的內(nèi)觸發(fā)脈沖。與前置放大器有關(guān)的開(kāi)關(guān)旋鈕有：“倒相開(kāi)

38、關(guān)、垂直“移位旋鈕?！暗瓜嚅_(kāi)關(guān)通過(guò)對(duì)稱(chēng)地改變加在前置放大器的雙端輸入信號(hào)的極性使顯示波形倒置；“移位旋鈕通過(guò)調(diào)節(jié)同軸雙聯(lián)電位器對(duì)稱(chēng)地反向調(diào)節(jié)前置放大器雙端輸出信號(hào)中的直流成分而使波形垂直移位。39第 3 章 電 子 示 波 器 后置放大器是y通道中的主放大器，也稱(chēng)Y輸出放大器，一般采用推挽式放大器電路。電路中采用一定的補(bǔ)償電路和較強(qiáng)的負(fù)反饋，其作用是對(duì)延遲線(xiàn)輸出的信號(hào)放大到足夠的幅度，從而使電子束在垂直方向上產(chǎn)生足夠大的偏轉(zhuǎn)，便于觀(guān)測(cè)微弱信號(hào)。后置放大器應(yīng)在帶寬滿(mǎn)足要求的前提下，有足夠的增益和動(dòng)態(tài)范圍、小的諧波失真，以使熒光屏能不失真地重現(xiàn)被測(cè)信號(hào)。在后置放大器中一般設(shè)有垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)“5”或“

39、10擴(kuò)展功能，把放大器的放大量提高5或10倍，這對(duì)于觀(guān)測(cè)微弱的信號(hào)或仔細(xì)觀(guān)察波形某個(gè)局部的細(xì)節(jié)是很方便的。40第 3 章 電 子 示 波 器 Y放大器具有以下特點(diǎn)： C具有穩(wěn)定的放大倍數(shù)，K=SV/S,K為幅度倍數(shù)，SV為示波管靈敏度，S為示波器靈敏度。 Y放大器應(yīng)具有足夠的帶寬。具有較大的輸入電阻1M歐和較小的輸入電容幾十PF) Y放大器的輸出級(jí)采用差分電路，以使加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓能夠?qū)ΨQ(chēng)。 Y放大器通常設(shè)置“倍率開(kāi)關(guān)，通過(guò)改變負(fù)反饋，使放大倍數(shù)擴(kuò)大510倍。設(shè)置增益調(diào)整旋鈕，可使放大器增益連續(xù)改變。41第 3 章 電 子 示 波 器 3.3.3 通用示波器通用示波器X通道水平系統(tǒng)）通道水平

40、系統(tǒng)）示波器X通道主要由觸發(fā)電路、時(shí)基掃描電路及X放大器等三大部分組成，如圖3.11所示。其中時(shí)基發(fā)生器和觸發(fā)電路的主要作用是產(chǎn)生時(shí)基掃描信號(hào)；X放大器用來(lái)放大掃描信號(hào)。1.時(shí)基發(fā)生器時(shí)基發(fā)生器由掃描門(mén)、積分器、比較和釋抑電路組成，如圖3.12所示。 積分器積分器由運(yùn)算放大器、積分電容C和積分電阻R組成。它在掃描門(mén)的控制下產(chǎn)生線(xiàn)性鋸齒電壓。42第 3 章 電 子 示 波 器 射極跟隨器觸發(fā)放大器觸發(fā)形成器時(shí)基閘門(mén)積分器電壓比較器外觸發(fā)輸入X放大器X偏轉(zhuǎn)板“X輸入從電源來(lái)從Y通道來(lái)射極跟隨器觸發(fā)類(lèi)型耦合方式觸發(fā)電平去Z通道去Y通道+穩(wěn)定度自動(dòng)電路觸發(fā)電路掃描電路內(nèi)外電源S1S2掃速釋抑電路擴(kuò)展移

41、位尋跡“掃描”“X-Y”圖3.11 X通道組成框圖43第 3 章 電 子 示 波 器 時(shí)基發(fā)生器電路圖圖3.12 3.12 比較和釋抑電路示意圖比較和釋抑電路示意圖-E-E充電充電放電放電44第 3 章 電 子 示 波 器 積分器又稱(chēng)為掃描電壓發(fā)生器，是密勒積分器，它具有輸入阻抗高、線(xiàn)性好的特點(diǎn)，電路結(jié)構(gòu)框圖如圖3.16所示。 時(shí)基閘門(mén)電路輸出的閘門(mén)脈沖控制開(kāi)關(guān)S的斷開(kāi)閉合。當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，積分器開(kāi)始積分，產(chǎn)生掃描正程電壓，掃描正程電壓為 改變RC的值，即改變了掃描電壓正程斜率，也就改變了掃描速度。改變積分電阻、積分電容的旋鈕稱(chēng)為“時(shí)基因數(shù)s/div）”旋鈕。當(dāng)S閉合時(shí)，積分電容放電，產(chǎn)生掃描逆程

42、電壓。tRCEdtERCut0s)(1 + + 運(yùn)放ERCS時(shí)基閘門(mén)電路電壓比較器X放大器圖3.16 掃描電壓發(fā)生器電路結(jié)構(gòu)框圖45第 3 章 電 子 示 波 器 掃描門(mén) 時(shí)基閘門(mén)電路又稱(chēng)為掃描門(mén)，是施密特觸發(fā)器。它的作用是在觸發(fā)脈沖作用下或在自激狀態(tài)下產(chǎn)生閘門(mén)脈沖，閘門(mén)脈沖是積分器的控制方波信號(hào)。另外，閘門(mén)脈沖還通過(guò)射隨器加到Z通道去實(shí)現(xiàn)增輝消隱，以及加到雙蹤示波器Y通道電子開(kāi)關(guān)作為交替顯示的控制信號(hào)。示波器有連續(xù)掃描和脈沖掃描兩種工作狀態(tài)。在連續(xù)掃描狀態(tài)，即使沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，掃描門(mén)也有掃描控制方波輸出。在觸發(fā)掃描狀態(tài)，只有在觸發(fā)脈沖作用下才產(chǎn)生控制方波。不論連續(xù)掃描還是觸發(fā)掃描，掃描鋸齒波都

43、應(yīng)與被測(cè)信號(hào)同步。掃描門(mén)是由射極耦合雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的兩個(gè)三極管VT1和VT2組成。掃描門(mén)的輸入端有三個(gè)輸入信號(hào)：“穩(wěn)定度旋鈕的直流電位、觸發(fā)脈沖、釋抑信號(hào)。 46第 3 章 電 子 示 波 器 圖3.17中，當(dāng)無(wú)信號(hào)或觸發(fā)脈沖超過(guò)自動(dòng)電路暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)維持時(shí)間時(shí)，自動(dòng)電路由暫穩(wěn)態(tài)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)輸出低電平，二極管導(dǎo)通，時(shí)基閘門(mén)電路輸入信號(hào)電平降低，時(shí)基閘門(mén)電路工作在自激狀態(tài)下，即連續(xù)掃描方式；當(dāng)有觸發(fā)脈沖時(shí)，自動(dòng)電路由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)輸出高電平，二極管截止，自動(dòng)電路斷開(kāi)與其它電路的連接，時(shí)基閘門(mén)電路輸入信號(hào)電平抬升，時(shí)基閘門(mén)電路工作在觸發(fā)狀態(tài)下，即觸發(fā)掃描方式。 掃描門(mén)電路的射極耦合雙穩(wěn)觸發(fā)電路觸發(fā)

44、掃描波形圖如圖3.14所示。其中VT1的輸入U(xiǎn)B1介于E1和E2之間，幅度為直流電平UD，時(shí)基閘門(mén)輸出U0為方波，掃描電壓為鋸齒波。 47第 3 章 電 子 示 波 器 掃描門(mén)電路的射極耦合雙穩(wěn)觸發(fā)電路波形圖掃描正程掃描休止掃描逆程時(shí)基閘門(mén)上觸發(fā)電平E1時(shí)基閘門(mén)輸出U0穩(wěn)定度確定的直流電平UD時(shí)基閘門(mén)下觸發(fā)電平E2掃描電壓參考電壓Vr觸發(fā)脈沖UB1抑制釋放圖3.14 掃描電路工作波形圖觸發(fā)掃描）時(shí)基閘門(mén)輸入48第 3 章 電 子 示 波 器 （3電壓比較器和釋抑電路如圖3.17所示，二極管與有關(guān)電路一起構(gòu)成電壓比較器，當(dāng)掃描電壓高于參考電壓Vr時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸出信號(hào)經(jīng)釋抑電路送至?xí)r基閘門(mén)電路

45、，以結(jié)束閘門(mén)脈沖，從而閉合掃描電壓發(fā)生器開(kāi)關(guān)S，進(jìn)入掃描逆程。調(diào)節(jié)參考電壓Vr的大小可以改變二極管導(dǎo)通時(shí)間，從而調(diào)節(jié)掃描電壓的幅度。釋抑電路一般是RC電路，如圖3.17所示。釋抑電路的作用是使每次掃描水平方向上起始點(diǎn)在熒光屏上的位置都相同，以保證每次掃描得到的波形能夠重合，這是得到穩(wěn)定波形的重要條件之一。49第 3 章 電 子 示 波 器 當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，掃描電壓還對(duì)釋抑電容Ch充電。當(dāng)二極管截止時(shí)，釋抑電容放電，釋抑電容的放電速度很慢，這樣可以使時(shí)基閘門(mén)電路輸入信號(hào)的電平被長(zhǎng)時(shí)間抬升，使得時(shí)基閘門(mén)脈沖為低電平，積分器控制開(kāi)關(guān)S長(zhǎng)時(shí)間處于閉合狀態(tài)，從而保證積分電容有足夠的時(shí)間進(jìn)行放電。只有在積

46、分射隨器RhCh射隨器參考電壓Vr積分器電壓比較器釋抑電路+穩(wěn)定度時(shí)基閘門(mén)圖3.17 電壓比較器和釋抑電路原理圖50第 3 章 電 子 示 波 器 電容放完電的基礎(chǔ)上，積分器才能在觸發(fā)脈沖的作用下產(chǎn)生掃描正程電壓，這樣就保證了每次掃描水平方向起始點(diǎn)的位置都相同。釋抑電容放完電之前，無(wú)論有無(wú)觸發(fā)脈沖，始終不能產(chǎn)生下次掃描，掃描電路處于被抑制狀態(tài)；釋抑電容放完電到下次產(chǎn)生掃描信號(hào)之前，釋抑電路失效，即掃描電路被釋放，釋抑電路名稱(chēng)由此而來(lái)。 “穩(wěn)定度電位器可以調(diào)節(jié)時(shí)基閘門(mén)電路輸入信號(hào)的直流電平，改變觸發(fā)靈敏度，從而影響掃描電路的工作穩(wěn)定性，同時(shí)也可由該電位器改變掃描方式，如連續(xù)掃描或觸發(fā)掃描。穩(wěn)定度

47、旋鈕一般調(diào)整至使時(shí)基閘門(mén)電路輸入信號(hào)的直流電平位于時(shí)基閘門(mén)電路上下觸發(fā)電平之間接近下觸發(fā)電平處，調(diào)整好后，一般不再對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。51第 3 章 電 子 示 波 器 綜合上述分析，圖3.18的工作過(guò)程如下：當(dāng)時(shí)基閘門(mén)接收到觸發(fā)電路輸出的負(fù)極性觸發(fā)尖脈沖時(shí)，閘門(mén)脈沖由高電平變?yōu)榈碗娖?，控制積分器開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，積分器開(kāi)始輸出正向電壓。積分器輸出電壓除送至X放大器外，還要送給電壓比較器。當(dāng)積分器輸出電壓超過(guò)電壓比較器參考電壓Vr時(shí)，電壓比較器導(dǎo)通，積分器輸出電壓經(jīng)釋抑電路反饋至?xí)r基閘門(mén)輸入端，使時(shí)基閘門(mén)輸入電平線(xiàn)性增大。當(dāng)時(shí)基閘門(mén)輸入電平增大到上觸發(fā)電平時(shí)，閘門(mén)脈沖狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，積分器開(kāi)關(guān)S閉合，積分器輸出

48、電壓迅速減小，電壓比較器斷開(kāi)，釋抑電容開(kāi)始慢慢放去在電壓比較器導(dǎo)通時(shí)充上的電荷，并反饋至?xí)r基閘門(mén)輸入端，使時(shí)基閘門(mén)輸入電平開(kāi)始減小，直至釋抑電容放完電，從而保證積分電容放完電之前，時(shí)基閘門(mén)不被觸發(fā)脈52第 3 章 電 子 示 波 器 沖觸發(fā)，即第二次掃描必須是在前次掃描進(jìn)行完畢的情況下才開(kāi)始。 圖3.19與圖3.18的工作過(guò)程相似，不同之處在于，當(dāng)無(wú)觸發(fā)脈沖時(shí)，自動(dòng)電路單穩(wěn)態(tài)輸出低電平，將時(shí)基閘門(mén)輸入電平拉低而產(chǎn)生掃描。 觸發(fā)掃描狀態(tài)下的工作波形 觸發(fā)掃描狀態(tài)下的工作波形如圖3.18所示。 電路由第一個(gè)脈沖觸發(fā)掃描，由釋抑電壓達(dá)到E1結(jié)束。 第一個(gè)脈沖觸發(fā)后，VT1截止，2、3脈沖失去作用，釋

49、抑電容放電，第四個(gè)脈沖與釋抑電壓疊加不到觸發(fā)電平E2，第五個(gè)脈沖到來(lái)，釋抑電容放電結(jié)束，觸發(fā)電路翻轉(zhuǎn)，形成第二個(gè)掃描。 為穩(wěn)定，釋抑電路時(shí)間常數(shù)要大于積分時(shí)間常數(shù)，確保第五個(gè)脈沖觸發(fā)時(shí)積分電容釋放干凈。53第 3 章 電 子 示 波 器 （4)4)觸發(fā)掃描狀態(tài)觸發(fā)掃描狀態(tài)欲看欲看3 3個(gè)脈沖：個(gè)脈沖：1 1、5 5號(hào)脈沖觸發(fā)有效號(hào)脈沖觸發(fā)有效2 2、3 3號(hào)脈沖無(wú)用號(hào)脈沖無(wú)用4 4號(hào)脈沖要抑制號(hào)脈沖要抑制注意：注意：三個(gè)時(shí)刻：三個(gè)時(shí)刻：t1t1、tptp、t2t2三個(gè)時(shí)間：三個(gè)時(shí)間：tbtb、thth、twtw要求：要求： thtbthtb釋抑放電時(shí)釋抑放電時(shí)間大于回掃時(shí)間）間大于回掃時(shí)間）圖

50、圖3.18 3.18 比較和釋抑電路的工作比較和釋抑電路的工作U UP Puououiuitptptwtw實(shí)用中只要選定實(shí)用中只要選定s/cms/cm，掃描環(huán)則會(huì)自動(dòng)掃出，掃描環(huán)則會(huì)自動(dòng)掃出合適的時(shí)基線(xiàn)。（不必調(diào)合適的時(shí)基線(xiàn)。（不必調(diào)Tn/TS=nTn/TS=n同步了）同步了）54第 3 章 電 子 示 波 器 圖圖3.19 3.19 在連續(xù)掃描情況下，比較和釋抑電路的工作在連續(xù)掃描情況下，比較和釋抑電路的工作t1t1 t2t2t4t4t5t5t1t1t3t3C Ch h充充U Ur r（5)5)連續(xù)掃描狀態(tài)連續(xù)掃描狀態(tài)予置：予置：E0E1E0E1環(huán)路自激環(huán)路自激ChCh放電至放電至E1E1打

51、開(kāi)閘門(mén)，掃描開(kāi)始，打開(kāi)閘門(mén)，掃描開(kāi)始，到到Up Up ，ChCh充電，到充電，到E2E2掃描結(jié)束，掃描結(jié)束，ChCh又放又放電。電。當(dāng)有信號(hào)當(dāng)有信號(hào)2 2號(hào)觸發(fā)脈號(hào)觸發(fā)脈沖則環(huán)路被信號(hào)所沖則環(huán)路被信號(hào)所同步。同步。55第 3 章 電 子 示 波 器 觸發(fā)電路用來(lái)產(chǎn)生掃描門(mén)需要的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)電路及其面板上的開(kāi)關(guān)如圖3.20所示。2.2.觸發(fā)電路觸發(fā)電路 圖圖3.20 3.20 觸發(fā)電路及其在面板上的對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路及其在面板上的對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)56第 3 章 電 子 示 波 器 （1)1)觸發(fā)源選擇觸發(fā)源選擇“內(nèi)觸發(fā)：利用從內(nèi)觸發(fā)：利用從Y Y通道來(lái)的被測(cè)信號(hào)作觸發(fā)信號(hào)，這是最通道來(lái)的被測(cè)信號(hào)作觸發(fā)信

52、號(hào)，這是最 常用的情況；常用的情況；“外觸發(fā)：是用外接信號(hào)作觸發(fā)信號(hào)，但觸發(fā)信號(hào)的周期應(yīng)外觸發(fā)：是用外接信號(hào)作觸發(fā)信號(hào)，但觸發(fā)信號(hào)的周期應(yīng) 與被測(cè)信號(hào)有一定的關(guān)系，外觸發(fā)常用在被測(cè)信號(hào)不適宜作觸與被測(cè)信號(hào)有一定的關(guān)系，外觸發(fā)常用在被測(cè)信號(hào)不適宜作觸 發(fā)信號(hào)或比較兩個(gè)信號(hào)時(shí)間關(guān)系的情況。發(fā)信號(hào)或比較兩個(gè)信號(hào)時(shí)間關(guān)系的情況。“電源觸發(fā)電源觸發(fā)”：在觀(guān)測(cè)與電源有關(guān)的信號(hào)時(shí)，可選：在觀(guān)測(cè)與電源有關(guān)的信號(hào)時(shí)，可選“電源觸電源觸 發(fā)，以便于與電源同步。發(fā)，以便于與電源同步。 2)2)觸發(fā)耦合方式觸發(fā)耦合方式 “DC“DC直接耦合：用于直流或緩慢變化的信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)時(shí)；直接耦合：用于直流或緩慢變化的信號(hào)進(jìn)行觸

53、發(fā)時(shí)； “AC“AC交流耦合：若用交流信號(hào)觸發(fā)，置交流耦合：若用交流信號(hào)觸發(fā)，置ACAC方式，這時(shí)電容方式，這時(shí)電容 C1C1約約0.47F0.47F起隔直作用；起隔直作用； “低頻抑制低頻抑制”：利用：利用C1C1、C2C2約約0.01F0.01F串聯(lián)后的電容，抑串聯(lián)后的電容，抑 制信號(hào)中大約制信號(hào)中大約2kHz2kHz以下的低頻成分，主要目的是濾除信號(hào)中以下的低頻成分，主要目的是濾除信號(hào)中 的低頻干擾；的低頻干擾； “HF“HF高頻耦合：利用高頻耦合：利用C1C1和更小的和更小的C3C3約約1000pF1000pF串聯(lián)后串聯(lián)后 只允許通過(guò)頻率很高的波只允許通過(guò)頻率很高的波 57第 3 章

54、電 子 示 波 器 3)3)觸發(fā)電平與觸發(fā)極性選擇觸發(fā)電平與觸發(fā)極性選擇 其作用是讓使用者可以選定在被測(cè)信號(hào)波形的某一點(diǎn)上產(chǎn)生觸其作用是讓使用者可以選定在被測(cè)信號(hào)波形的某一點(diǎn)上產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，也就是可以自由選定從信號(hào)的某一點(diǎn)開(kāi)始觀(guān)測(cè)。發(fā)脈沖，也就是可以自由選定從信號(hào)的某一點(diǎn)開(kāi)始觀(guān)測(cè)。 示波器窗口示波器窗口現(xiàn)代示波器中設(shè)計(jì)了現(xiàn)代示波器中設(shè)計(jì)了“自動(dòng)觸發(fā)電路自動(dòng)觸發(fā)電路”，使觸發(fā)點(diǎn)能自動(dòng)地保使觸發(fā)點(diǎn)能自動(dòng)地保持在最佳的觸發(fā)電平持在最佳的觸發(fā)電平的位置。的位置。圖圖3.21 3.21 不同觸發(fā)不同觸發(fā)“極性和極性和“電平時(shí)顯示的波形電平時(shí)顯示的波形(a)(a)正極性、正電平正極性、正電平 (b)(b)

55、負(fù)極性、正電平負(fù)極性、正電平(c)(c)正極性、負(fù)電平正極性、負(fù)電平 (d) (d) 負(fù)極性、負(fù)電平負(fù)極性、負(fù)電平A AA AB BC CDD58第 3 章 電 子 示 波 器 3. X放大器放大器 X放大器的作用是：將單端輸入的信號(hào)進(jìn)行放大變換成為大小合適放大器的作用是：將單端輸入的信號(hào)進(jìn)行放大變換成為大小合適的雙端信號(hào)加在的雙端信號(hào)加在X偏轉(zhuǎn)板上，使電子束在水平方向上產(chǎn)生足夠的偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)板上，使電子束在水平方向上產(chǎn)生足夠的偏轉(zhuǎn)，得到合適的波形。當(dāng)示波器用于顯示被測(cè)信號(hào)波形時(shí)，得到合適的波形。當(dāng)示波器用于顯示被測(cè)信號(hào)波形時(shí)，X放大器的輸入放大器的輸入信號(hào)是掃描電壓；當(dāng)示波器工作在信號(hào)是掃描電

56、壓；當(dāng)示波器工作在“X-Y方式時(shí)，輸入信號(hào)是外加的方式時(shí)，輸入信號(hào)是外加的X信號(hào)。信號(hào)。 “X-Y方式時(shí)，示波器方式時(shí)，示波器X偏轉(zhuǎn)板上所加的信號(hào)不再是掃描電壓而偏轉(zhuǎn)板上所加的信號(hào)不再是掃描電壓而是外加的是外加的X信號(hào)，該信號(hào)與信號(hào)，該信號(hào)與Y信號(hào)是各自獨(dú)立的，它們各自在信號(hào)是各自獨(dú)立的，它們各自在X、Y偏偏轉(zhuǎn)板間建立偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)對(duì)電子束共同作用而產(chǎn)生一個(gè)新的圖形，轉(zhuǎn)板間建立偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)對(duì)電子束共同作用而產(chǎn)生一個(gè)新的圖形，59第 3 章 電 子 示 波 器 例如，將兩個(gè)同頻正弦波加到示波器上時(shí)，得到的波形為橢圓、圓或直線(xiàn)，兩個(gè)正弦波加到示波器得到的圖形稱(chēng)為李沙育圖形。 與X放大器有關(guān)的開(kāi)關(guān)旋鈕有：“水

57、平移位”、“掃描擴(kuò)展”、“尋跡等開(kāi)關(guān)旋鈕。“水平移位是通過(guò)改變水平偏轉(zhuǎn)板上疊加的對(duì)稱(chēng)直流電壓的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)波形水平移位的。“掃描擴(kuò)展是通過(guò)成倍增大X放大器增益來(lái)實(shí)現(xiàn)波形擴(kuò)展的?！皩ほE是通過(guò)將X放大器輸入端接地來(lái)實(shí)現(xiàn)水平方向?qū)ほE。60第 3 章 電 子 示 波 器 3.4 SS5702雙蹤示波器雙蹤示波器3.4.1 3.4.1 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)1.1.垂直系統(tǒng)垂直系統(tǒng)頻率相應(yīng)：頻率相應(yīng)：020MHZ(-3DB)020MHZ(-3DB)上升時(shí)間：小于上升時(shí)間：小于17.5ns17.5ns偏轉(zhuǎn)因數(shù)：偏轉(zhuǎn)因數(shù)：5MV/DIV10V/DIV,5MV/DIV10V/DIV,分分1111檔，誤差檔，誤

58、差4 4 輸入阻抗：電阻，輸入阻抗：電阻，1M1M歐歐3 3；電容，（；電容，（30303 3PFPF最大允許輸入電壓：最大允許輸入電壓：250V250V探頭探頭* *1 1），），600V600V探頭探頭* *1010）工作方式：工作方式：CH1CH1、CH2CH2、DUALDUAL雙蹤）、雙蹤）、ADDADD相加）相加）2.2.水平系統(tǒng)水平系統(tǒng)掃描方式：自動(dòng)掃描，觸發(fā)掃描掃描方式：自動(dòng)掃描，觸發(fā)掃描掃描速度：掃描速度：0.50.5微秒微秒/DIV0.2S/DIV/DIV0.2S/DIV，按，按1 1、2 2、5 5步進(jìn)分步進(jìn)分1818檔，誤差小于檔，誤差小于3 3；可擴(kuò)展；可擴(kuò)展* *5

59、561第 3 章 電 子 示 波 器 3.3.觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)源：觸發(fā)源：CH1CH1，CH2CH2，外觸發(fā)，外觸發(fā)觸發(fā)極性：正極性，負(fù)極性觸發(fā)極性：正極性，負(fù)極性耦合方式：耦合方式：ACAC、DCDC、TV-VTV-V4. X-Y4. X-Y工作方式工作方式CH1CH1驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)Y Y軸，軸，CH2CH2驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)X X軸。軸。5.5.校準(zhǔn)信號(hào)源校準(zhǔn)信號(hào)源輸出方波：輸出方波：1KHZ1KHZ，0.3V0.3V3.4.2 3.4.2 整機(jī)組成框圖及工作原理整機(jī)組成框圖及工作原理SS5702SS5702雙蹤示波器組成框圖如圖雙蹤示波器組成框圖如圖3-223-22所示所示垂直系統(tǒng)垂直系統(tǒng)垂直偏轉(zhuǎn)系

60、統(tǒng)由兩套獨(dú)立的衰減器和前置放大器、主放大器垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩套獨(dú)立的衰減器和前置放大器、主放大器和延遲線(xiàn)組成。和延遲線(xiàn)組成。62第 3 章 電 子 示 波 器 輸入耦合方式選擇1衰減器1阻抗變換及倒相放大器1前置放大器1門(mén)電路延遲級(jí)Y輸出放大器輸入耦合方式選擇2衰減器2阻抗變換及倒相放大器2前置放大器2Y偏轉(zhuǎn)板CH1CH2射極跟隨器觸發(fā)電路掃描電路電子開(kāi)關(guān)增輝消隱電路圖3.22 雙蹤示波器基本組成框圖X放大器X偏轉(zhuǎn)板控制柵極外觸發(fā)或“X輸入CH2外CH1S1掃描X-YS263第 3 章 電 子 示 波 器 垂直通道工作方式：有CH1、CH2、DUAL雙蹤）、ADD相加四種方式。通過(guò)Y方式MODE