第5章 時域測量 v14

1、第第5 5章章 時域測量時域測量 電子示波器是應用最廣泛的電子測量儀器，其用途是電子示波器是應用最廣泛的電子測量儀器，其用途是時域測量。不但可以測量電量，還可以測量時域測量。不但可以測量電量，還可以測量非電量非電量。時域測量是指測量信號的各種特性隨時間的變換規(guī)律。時域測量是指測量信號的各種特性隨時間的變換規(guī)律。 本章重點敘述電子示波器的分類，示波器顯示器件的結本章重點敘述電子示波器的分類，示波器顯示器件的結構與作用，示波管直流供電電路，模擬示波器的構與作用，示波管直流供電電路，模擬示波器的y y通道和通道和x x通通道的組成與電路原理。道的組成與電路原理。 詳細地闡述了多波形顯示、取樣示波器、

2、數(shù)字存儲示詳細地闡述了多波形顯示、取樣示波器、數(shù)字存儲示波器的組成和工作過程。波器的組成和工作過程。第第5 5章章 時域測量時域測量5.1 5.1 示波器的分類示波器的分類 所謂所謂波形波形：在電子技術領域中主要是指各種以電參數(shù)作為時間函：在電子技術領域中主要是指各種以電參數(shù)作為時間函數(shù)的圖形。波形測試是電子測量中十分重要的內(nèi)容。數(shù)的圖形。波形測試是電子測量中十分重要的內(nèi)容。 示波器示波器是以短暫掃描光跡的形式顯示一個量的瞬時值的儀器，也是是以短暫掃描光跡的形式顯示一個量的瞬時值的儀器，也是一種測量、觀察、記錄用的儀器。它利用一個或多個電子束的偏轉，得一種測量、觀察、記錄用的儀器。它利用一個或

3、多個電子束的偏轉，得到表示某變量函數(shù)瞬時值的顯示。直觀表示二維、三維及多維變量之間到表示某變量函數(shù)瞬時值的顯示。直觀表示二維、三維及多維變量之間的瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)函數(shù)關系，及邏輯關系。的瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)函數(shù)關系，及邏輯關系。示波器的主要特點是：示波器的主要特點是：工作頻率范圍寬，適應于測試快速脈沖信號。工作頻率范圍寬，適應于測試快速脈沖信號。靈敏度高。能夠觀測微弱信號的變化，且因而過載能力強。靈敏度高。能夠觀測微弱信號的變化，且因而過載能力強。輸入阻抗高，對被測電路影響很小。輸入阻抗高，對被測電路影響很小。5.1 5.1 示波器的分類示波器的分類示示波波器器模擬示波器模擬示波器數(shù)字示波器數(shù)字示波器通用模擬

4、示波器通用模擬示波器取樣模擬示波器取樣模擬示波器記憶模擬示波器記憶模擬示波器數(shù)字存儲示波器數(shù)字存儲示波器數(shù)字熒光示波器數(shù)字熒光示波器邏輯示波器邏輯示波器u數(shù)字示波器數(shù)字示波器將輸入信號數(shù)字化（時域取樣和幅度量化）后，經(jīng)將輸入信號數(shù)字化（時域取樣和幅度量化）后，經(jīng)由由D/AD/A轉換器再重建波形。數(shù)字示波器具有記憶、存貯被觀察轉換器再重建波形。數(shù)字示波器具有記憶、存貯被觀察信號功能，又稱為數(shù)字存貯示波器。信號功能，又稱為數(shù)字存貯示波器。u根據(jù)根據(jù)取樣方式取樣方式不同，數(shù)字示波器又可分為實時取樣、隨機取樣不同，數(shù)字示波器又可分為實時取樣、隨機取樣和順序取樣三大類。和順序取樣三大類。 u通用示波器通

5、用示波器采用單束示波管，又可分為單蹤、雙蹤、多蹤示波采用單束示波管，又可分為單蹤、雙蹤、多蹤示波器。器。 u多束示波器多束示波器采用多束示波管，熒光屏上顯示的每個波形都由單采用多束示波管，熒光屏上顯示的每個波形都由單獨的電子束掃描產(chǎn)生。獨的電子束掃描產(chǎn)生。 u取樣示波器取樣示波器可以用較低頻率的示波器測量高頻信號?？梢杂幂^低頻率的示波器測量高頻信號。u記憶示波器記憶示波器采用有記憶功能的示波管，實現(xiàn)模擬信號的存儲、采用有記憶功能的示波管，實現(xiàn)模擬信號的存儲、記憶和反復顯示。記憶和反復顯示。 u專用示波器專用示波器是能夠滿足特殊用途的示波器，又稱特種示波器。是能夠滿足特殊用途的示波器，又稱特種示

6、波器。 5.2 5.2 模擬示波器模擬示波器5.2.1 5.2.1 模擬示波器的基本構成模擬示波器的基本構成 Y Y輸入輸入電路電路Y Y前置前置放大器放大器觸發(fā)電路觸發(fā)電路延遲線延遲線Y Y后置后置放大器放大器水平水平放大器放大器掃描掃描發(fā)生器發(fā)生器Y輸入外觸發(fā)內(nèi)外至X偏轉板至Y偏轉板校準信號校準信號發(fā)生器發(fā)生器低壓電源低壓電源高壓電源高壓電源電源至各電路正高壓負高壓X輸入校準信號輸出5.2.1 5.2.1 模擬示波器的基本構成模擬示波器的基本構成模擬示波器電路基本結構方框圖模擬示波器電路基本結構方框圖 通用示波器是由通用示波器是由Y軸偏轉系統(tǒng)、軸偏轉系統(tǒng)、X軸偏轉系統(tǒng)和主機部分軸偏轉系統(tǒng)和

7、主機部分組成。組成。 Y軸偏轉系統(tǒng)是由軸偏轉系統(tǒng)是由Y軸衰減器、延遲線和軸衰減器、延遲線和Y軸放大器等組軸放大器等組成。成。 X軸偏轉系統(tǒng)是由同步觸發(fā)電路、掃描發(fā)生器、消隱電路軸偏轉系統(tǒng)是由同步觸發(fā)電路、掃描發(fā)生器、消隱電路和和X軸放大器等組成。軸放大器等組成。 主機系統(tǒng)是由示波管、電源、主機系統(tǒng)是由示波管、電源、Z通道和標準信號源等組成。通道和標準信號源等組成。5.2.2 5.2.2 示波器波形顯示原理示波器波形顯示原理1 1 示波管結構原理示波管結構原理CRTCRT主要由電子槍、偏轉系統(tǒng)和熒光屏三部分組成。主要由電子槍、偏轉系統(tǒng)和熒光屏三部分組成。（1）電子槍）電子槍 電子槍的作用是發(fā)射電

8、子并形成很細的高速電子電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束，撞擊熒光屏而發(fā)光。它是由燈絲（束，撞擊熒光屏而發(fā)光。它是由燈絲（F）、陰極）、陰極（K）、柵極（）、柵極（G1）、前加速極（）、前加速極（G2）、第一陽極）、第一陽極（A1）、第二陽極（）、第二陽極（A2）組成。燈絲的作用是加熱）組成。燈絲的作用是加熱陰極，加熱后的陰極發(fā)射電子。陰極，加熱后的陰極發(fā)射電子。（2）偏轉系統(tǒng)）偏轉系統(tǒng) 偏轉系統(tǒng)是由兩對位置互相垂直的偏轉板組成。偏轉系統(tǒng)是由兩對位置互相垂直的偏轉板組成?？拷娮訕尩囊粚κ谴怪逼D板，另一對是水平偏靠近電子槍的一對是垂直偏轉板，另一對是水平偏轉板。電子束靠偏轉板上加的

9、電場發(fā)生偏轉。轉板。電子束靠偏轉板上加的電場發(fā)生偏轉。電子槍電子槍電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束，它電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束，它由燈絲、陰極由燈絲、陰極K K、柵極、柵極G G1 1和和G G2 2和陽極和陽極A A1 1、A A2 2組成。組成。通過調節(jié)通過調節(jié)RP1RP1使使G G1 1對對K K的負電位可控制電子束的數(shù)量，從而的負電位可控制電子束的數(shù)量，從而調節(jié)光點的亮度，即進行調節(jié)光點的亮度，即進行“輝度輝度”控制。控制。調節(jié)調節(jié)RP2RP2電位器可調節(jié)電位器可調節(jié)G G2 2與與A A1 1和和A A1 1與與A A2 2之間的電位差，調整之間的電位

10、差，調整電子束匯聚效果，使電子束在熒光屏上匯聚為一點；稱為電子束匯聚效果，使電子束在熒光屏上匯聚為一點；稱為“聚焦聚焦”。偏轉系統(tǒng)偏轉系統(tǒng) 示波管的偏轉系統(tǒng)由兩對相互垂直的平行金屬示波管的偏轉系統(tǒng)由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為垂直偏轉板和水平偏轉板板組成，分別稱為垂直偏轉板和水平偏轉板 。 當有外加電壓作用時，偏轉板之間形成電場；當有外加電壓作用時，偏轉板之間形成電場；在偏轉電場作用下，電子束打向由在偏轉電場作用下，電子束打向由X X、Y Y偏轉板共同偏轉板共同決定的熒光屏上的某個坐標位置。決定的熒光屏上的某個坐標位置。 為了示波器有較高的測量靈敏度，為了示波器有較高的測量靈敏度，Y

11、 Y偏轉板置于偏轉板置于靠近電子槍的部位，而靠近電子槍的部位，而X X偏轉板在偏轉板在Y Y的右邊。的右邊。yAUdULly22示波管的示波管的Y Y軸軸偏轉靈敏度偏轉靈敏度（單位為（單位為V/cmV/cm）)/(22cmVLldUyUSAyy其倒數(shù)為示波管的其倒數(shù)為示波管的Y Y軸偏轉因數(shù)軸偏轉因數(shù)D D。)/(212VcmdULlSDAy（3）熒光屏）熒光屏 熒光屏是熒光粉涂在玻璃屏的內(nèi)表壁而制成。熒光屏是熒光粉涂在玻璃屏的內(nèi)表壁而制成。熒光屏的發(fā)光顏色通常有綠色、黃色、蘭色和白色。熒光屏的發(fā)光顏色通常有綠色、黃色、蘭色和白色。 余輝時間有中余輝時間（余輝時間有中余輝時間（0.010.1s

12、）、長余輝）、長余輝時間（時間（0.1s以上）、短余輝時間（小于以上）、短余輝時間（小于10-3s）。）。 觀察頻率較低的信號時用長余輝時間的示波管；觀察頻率較低的信號時用長余輝時間的示波管；觀察頻率較高的信號時用余輝時間較短的示波管；觀察頻率較高的信號時用余輝時間較短的示波管；一般示波器中均采用中余輝示波管。一般示波器中均采用中余輝示波管。熒光屏熒光屏熒光屏將電信號變?yōu)楣庑盘?，是示波管的波形顯示部分熒光屏將電信號變?yōu)楣庑盘?，是示波管的波形顯示部分 。 熒光屏一般為圓形曲面或矩形平面，其內(nèi)壁沉積有熒光物質，熒光屏一般為圓形曲面或矩形平面，其內(nèi)壁沉積有熒光物質，形成熒光膜。它在受到電子轟擊后，將

13、其動能轉化為光能，形形成熒光膜。它在受到電子轟擊后，將其動能轉化為光能，形成亮點；當電子束隨信號電壓偏轉時，這個亮點的移動軌跡就成亮點；當電子束隨信號電壓偏轉時，這個亮點的移動軌跡就形成了信號的波形。形成了信號的波形。在使用示波器時，應避免電子束長時間的停留在熒光屏的一在使用示波器時，應避免電子束長時間的停留在熒光屏的一個位置，否則將使熒光屏受損。因此在示波器開啟后不使用個位置，否則將使熒光屏受損。因此在示波器開啟后不使用的時間內(nèi)，可將的時間內(nèi)，可將“輝度輝度”調暗。調暗?！坝噍x效應余輝效應”余輝時間余輝時間短余輝短余輝 10us10us1ms1ms中余輝中余輝 1ms1ms100ms100m

14、s長余輝長余輝 100ms100ms1s1s1）當）當X軸、軸、Y軸偏轉板都不加電壓，電子束打在軸偏轉板都不加電壓，電子束打在熒光屏的中心。熒光屏的中心。2）當）當X軸偏轉板不加電壓，只在軸偏轉板不加電壓，只在Y軸偏轉板加上軸偏轉板加上電壓時，則電子束垂直偏離中心，偏離的大小與電壓時，則電子束垂直偏離中心，偏離的大小與偏轉板上加的電壓成正比。偏轉板上加的電壓成正比。v 偏轉電壓的作用偏轉電壓的作用3）當）當Y軸偏轉板不加電壓，只在軸偏轉板不加電壓，只在X軸偏轉板加上軸偏轉板加上電壓時，則電子束水平偏離中心，偏離的大小也電壓時，則電子束水平偏離中心，偏離的大小也是與偏轉板上的電壓成正比。是與偏轉

15、板上的電壓成正比。4）當）當X軸、軸、Y軸偏轉板同時也加上電壓時，電子軸偏轉板同時也加上電壓時，電子束的偏轉可以這樣來確定，電子束最終打在分別束的偏轉可以這樣來確定，電子束最終打在分別平行于平行于Y軸軸(Ux的作用）和的作用）和X軸（軸（Uy的作用）的線的作用）的線的交點處的屏幕上。的交點處的屏幕上。Oscilloscope 示波器示波器Cathode陰極陰極Vacuum真空真空Phosphor熒光屏熒光屏Plates 平板平板Grid 柵極柵極Anodes 陽極陽極Electrons 電子電子Space charge 空間電荷空間電荷 Cathode陰極陰極Thermionic emissi

16、on 熱熱離子發(fā)射離子發(fā)射CathodeAnodes 陽極陽極0V+1000VCathodeAnodesPlates平板平板+-CathodeAnodes Plates+-+-CathodeAnodes PlatesPlatesScreen屏幕屏幕CathodeAnodes PlatesIntensity輝度輝度Focus 聚焦聚焦+-GNDGND+-Y input Y (vertical) amplifierGND+-GND-VrefVtriggerSweep Generator (Timebase 時基時基)VoGND+-GND-VrefVtriggerSweep Generator (t

17、imebase)VoVoVtriggerttKtVdtVrefrefVVtrigttY inputYt2 2、示波器波形顯示原理、示波器波形顯示原理1 1電子束沿電子束沿UyUy和和UxUx共同作用的合成方向運動共同作用的合成方向運動(a) Ux=0、Uy=0 (b) Ux=0、Uy=常量 (c) Ux=常量、Uy=0 (d) Ux=常量、Uy=常量1 1電子束沿電子束沿UyUy和和UxUx共同作用的合成方向運動共同作用的合成方向運動2 2、示波器波形顯示原理、示波器波形顯示原理Uy01234Uy-Uyt3 31 1電子束沿電子束沿UyUy和和UxUx共同作用的合成方向運動共同作用的合成方向運

18、動X X、Y Y偏轉板上分別加變偏轉板上分別加變化電壓，有下面兩種情化電壓，有下面兩種情況：況：0 012 24 4（1 1）僅在垂直偏轉板）僅在垂直偏轉板的兩板間加正弦變化的的兩板間加正弦變化的電壓，而電壓，而X X偏轉板上電偏轉板上電壓為壓為0 0，顯示什么？，顯示什么？光點只在熒光屏的垂直方向來回光點只在熒光屏的垂直方向來回移動，出現(xiàn)一條垂直線段。移動，出現(xiàn)一條垂直線段。2 2、示波器波形顯示原理、示波器波形顯示原理Ux01234Ux-Uxt1 1電子束沿電子束沿UyUy和和UxUx共同作用的合成方向運動共同作用的合成方向運動0 01 13 32 24 4（2 2）僅在水平偏轉板的）僅在

19、水平偏轉板的兩板間加變化的電壓，而兩板間加變化的電壓，而Y Y偏轉板上電壓為偏轉板上電壓為0 0，顯示，顯示什么？什么？光點只在熒光屏的水平方向來回光點只在熒光屏的水平方向來回移動，出現(xiàn)一條水平線段。移動，出現(xiàn)一條水平線段。2 2、示波器波形顯示原理、示波器波形顯示原理Uy01234Uy-Uyt0Uxt-UxUx1 1電子束沿電子束沿UyUy和和UxUx共同作用的方向運動共同作用的方向運動熒光屏上將顯示出被測熒光屏上將顯示出被測信號隨時間變化的一個信號隨時間變化的一個周期的波形曲線。周期的波形曲線。 Y Y偏轉板加正弦波信號電偏轉板加正弦波信號電壓，壓，X X偏轉板加鋸齒波電偏轉板加鋸齒波電壓

20、，熒光屏上將顯示什么壓，熒光屏上將顯示什么波形呢？波形呢？013242 2、示波器波形顯示原理、示波器波形顯示原理t t0 01 12 23 34 40 01 12 23 34 4u uy yt tu ux x0 01 12 23 34 4若兩信號的初相相同，且若兩信號的初相相同，且在在X X、Y Y方向的偏轉距離相方向的偏轉距離相同，在熒光屏上畫出一條同，在熒光屏上畫出一條與水平軸呈與水平軸呈4545度角的直線度角的直線。 2 2、示波器波形顯示原理、示波器波形顯示原理t0123401234uytux01234024若兩信號的初相相差若兩信號的初相相差9090度，且在度，且在X X、Y Y方

21、向的偏方向的偏轉距離相同，在熒光屏轉距離相同，在熒光屏上畫出的圖形為圓上畫出的圖形為圓。2 2、示波器波形顯示原理、示波器波形顯示原理2 2、掃描的概念、掃描的概念 如果在如果在X X偏轉板上加一個隨時間線形變化的鋸齒波電偏轉板上加一個隨時間線形變化的鋸齒波電壓，垂直偏轉板不加電壓，那么光點在水平方向的偏移壓，垂直偏轉板不加電壓，那么光點在水平方向的偏移距離為：距離為：kttkSUSxxxx111 光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為“掃描掃描”，能，能實現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點自左向右的實現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點自左向右的連續(xù)掃動稱為連續(xù)掃

22、動稱為“掃描正程掃描正程”，自熒光屏的右端迅速返回，自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點的過程稱為左端起掃點的過程稱為“掃描逆程掃描逆程”。2 2、示波器波形顯示原理、示波器波形顯示原理2 2、示波器波形顯示原理、示波器波形顯示原理v 如果被測信號電壓如果被測信號電壓Uy的周期為的周期為Ty，掃描電壓的周期為，掃描電壓的周期為Tx，當當Tx = Ty，并同時加到偏轉板，電子就在，并同時加到偏轉板，電子就在Uy與與Ux共同所產(chǎn)共同所產(chǎn)生的偏轉電場作用下，打在熒光屏上形成的亮點的光跡正是生的偏轉電場作用下，打在熒光屏上形成的亮點的光跡正是與與Uy相同的曲線。相同的曲線。3 3、同步的概念、同步的概念（

23、1 1）TxTx= =nTy(nnTy(n為正整數(shù)為正整數(shù)) )：熒光屏上將穩(wěn)定顯示熒光屏上將穩(wěn)定顯示n n個個周期的被測信號波形。周期的被測信號波形。如果掃描電壓周期如果掃描電壓周期TxTx與被與被測電壓周期測電壓周期TyTy保持保持TxTx= =nTynTy的關系，則稱掃描電壓與的關系，則稱掃描電壓與被測電壓被測電壓“同步同步”。 2 2、示波器波形顯示原理、示波器波形顯示原理3 3、同步的概念、同步的概念（2 2）T Tx xnTnTy y(n(n為正整數(shù)為正整數(shù)) )，即不滿足同步關系時，顯即不滿足同步關系時，顯示的波形不穩(wěn)定。示的波形不穩(wěn)定。 t t0 01 15(6)5(6)2 2

24、3 34 47 78 89 90 01 12 23 34 45 56 67 78 8u uy yt tu ux xT Ty y54X yT T 1010111110109 911112 2、示波器波形顯示原理、示波器波形顯示原理3 3、同步的概念、同步的概念VottYtVottNeed for synchronisation 同步同步VottYt主要技術指標主要技術指標 加至示波器輸入端加至示波器輸入端( (包括包括x x軸和軸和y y軸，不加說明時均指軸，不加說明時均指y y軸軸) )的信號在屏幕上所顯示圖像的幅度對應中頻段頻率顯的信號在屏幕上所顯示圖像的幅度對應中頻段頻率顯示幅度下降示幅度

25、下降3dB3dB的范圍，即上限頻率的范圍，即上限頻率f fh h與下限頻率與下限頻率f fl l之差。之差。一般指一般指Y Y通道的頻帶寬度，取決于通道的頻帶寬度，取決于Y Y通道放大器的動態(tài)范圍。通道放大器的動態(tài)范圍。hlhBffff主要技術指標主要技術指標表示示波器在方波脈沖輸入信號作用下的過渡特性。表示示波器在方波脈沖輸入信號作用下的過渡特性。上升時間上升時間t tr r下降時間下降時間t tf f上沖上沖s so o下沖下沖s sn n預沖預沖s sp p下垂下垂)(350)(MHzfnstBr主要技術指標主要技術指標 是指在輸入信號作用下，光點在熒光屏上偏轉是指在輸入信號作用下，光點

26、在熒光屏上偏轉1cm1cm（或（或1 1格）所需的電壓值峰峰值，單位為格）所需的電壓值峰峰值，單位為“V/cmV/cm”、“mV/cmmV/cm”（或（或“V/divV/div”、“mV/divmV/div”）。）。 它反映示波器觀察微弱信號的能力，其值愈小，它反映示波器觀察微弱信號的能力，其值愈小，偏轉靈敏度愈高。取決于示波管的偏轉靈敏度、放大偏轉靈敏度愈高。取決于示波管的偏轉靈敏度、放大器的增益帶寬積和噪聲等因素。一般示波器的靈敏器的增益帶寬積和噪聲等因素。一般示波器的靈敏度為每厘米若干毫伏。度為每厘米若干毫伏。主要技術指標主要技術指標 指光點在熒光屏上水平移動單位距離所用的時間，指光點在

27、熒光屏上水平移動單位距離所用的時間，單位為單位為“t/cmt/cm” 或或“t/divt/div” 。 掃描速度愈高掃描速度愈高( (即即t/cmt/cm的值愈小的值愈小) )表明示波器能夠表明示波器能夠展開高頻信號或窄脈沖信號波形的能力愈強。反之，為展開高頻信號或窄脈沖信號波形的能力愈強。反之，為了觀測緩慢變化的信號，要求示波器具有較低的掃描速了觀測緩慢變化的信號，要求示波器具有較低的掃描速度。所以示波器掃描速度的范圍愈寬愈好。度。所以示波器掃描速度的范圍愈寬愈好。 當被測信號接入示波器時，輸入阻抗當被測信號接入示波器時，輸入阻抗ZiZi形成被測信號形成被測信號的等效負載。由輸入電阻的等效負

28、載。由輸入電阻RiRi和輸入電容和輸入電容CiCi表示，希望電阻表示，希望電阻值大，而電容值小。值大，而電容值小。5.2.3 5.2.3 示波管及其直流供電系統(tǒng)示波管及其直流供電系統(tǒng)1 1高、低壓電源高、低壓電源 分別用于示波器的高、中壓和直流供電。分別用于示波器的高、中壓和直流供電。2 2Z Z軸的增輝與調輝軸的增輝與調輝 增輝：將閘門信號放大，使顯示的波形正程加亮。增輝：將閘門信號放大，使顯示的波形正程加亮。 調輝：加外調制信號或時標信號，使屏幕顯示的調輝：加外調制信號或時標信號，使屏幕顯示的波形發(fā)生相應地變化。波形發(fā)生相應地變化。3 3校準信號發(fā)生器校準信號發(fā)生器 可產(chǎn)生幅度和頻率準確的

29、基準方波信號，為儀器可產(chǎn)生幅度和頻率準確的基準方波信號，為儀器本身提供校準信號源。本身提供校準信號源。5.2.4 5.2.4 通用示波器的垂直系統(tǒng)通用示波器的垂直系統(tǒng)垂直系統(tǒng)組成原理框圖垂直系統(tǒng)組成原理框圖5.2.4 5.2.4 通用示波器的垂直系統(tǒng)通用示波器的垂直系統(tǒng)1. 輸入耦合方式輸入耦合方式輸入耦合方式設有輸入耦合方式設有ACAC、GNDGND、DCDC三檔選擇開關。三檔選擇開關。觀察交流信號時，置觀察交流信號時，置“ACAC”檔。檔。確定零電壓時，置確定零電壓時，置“GNDGND”檔。檔。觀測頻率很低的信號或帶有直流分量的觀測頻率很低的信號或帶有直流分量的交流信號交流信號 時，置時，

30、置“DCDC”檔。檔。5.2.4 5.2.4 通用示波器的垂直系統(tǒng)通用示波器的垂直系統(tǒng)2. 衰減器衰減器211221221211RCRjCRjRRZZZ2211CRCR212212RRRZZZ最佳補償條件：最佳補償條件：2211CRCR過補償過補償 ：1122RCR C欠補償：欠補償：1122RCR C5.2.4 5.2.4 通用示波器的垂直系統(tǒng)通用示波器的垂直系統(tǒng)3. 阻抗變換電路阻抗變換電路探極線的阻抗匹配探極線的阻抗匹配: 實際應用中為了測量方便和避免因連接導線的寄生參實際應用中為了測量方便和避免因連接導線的寄生參數(shù)影響而產(chǎn)生諧振，當交流正弦信號頻率大于數(shù)影響而產(chǎn)生諧振，當交流正弦信號頻

31、率大于1MHz1MHz或測試或測試脈沖信號時，均需用探極線連接被測對象和示波器脈沖信號時，均需用探極線連接被測對象和示波器y y輸入端。輸入端。高阻輸入，低阻輸出，銜接輸入端和前置放大器。高阻輸入，低阻輸出，銜接輸入端和前置放大器。2211CRCR為了獲得最佳補償，取：為了獲得最佳補償，?。?.2.4 5.2.4 通用示波器的垂直系統(tǒng)通用示波器的垂直系統(tǒng)4.4.前置放大器前置放大器 前置放大器將信號適當放大，從中取出內(nèi)觸發(fā)信號，前置放大器將信號適當放大，從中取出內(nèi)觸發(fā)信號，并具有增益微調、增益擴展、并具有增益微調、增益擴展、Y Y軸移位、極性反轉等控制軸移位、極性反轉等控制作用。作用。 Y Y

32、前置放大器大都采用差分放大電路，輸出一對平衡的前置放大器大都采用差分放大電路，輸出一對平衡的交流電壓。若在差分電路的輸入端輸入不同的直流電位，交流電壓。若在差分電路的輸入端輸入不同的直流電位，相應的相應的Y Y偏轉板上的直流電位和波形在偏轉板上的直流電位和波形在Y Y方向的位置也會改方向的位置也會改變。變。 可通過調節(jié)可通過調節(jié)“Y Y軸位移軸位移”旋鈕，調節(jié)直流電位以改變被旋鈕，調節(jié)直流電位以改變被測波形在屏幕上的位置。測波形在屏幕上的位置。左圖為沒有延遲線時左圖為沒有延遲線時屏幕上顯示的脈沖。屏幕上顯示的脈沖。5.2.4 5.2.4 通用示波器的垂直系統(tǒng)通用示波器的垂直系統(tǒng)5.5.延遲線延

33、遲線 觸發(fā)掃描時，掃描的開始時間總是滯后于被觀測脈沖觸發(fā)掃描時，掃描的開始時間總是滯后于被觀測脈沖一段時間，這樣，脈沖的上升過程就無法被完整地顯示出一段時間，這樣，脈沖的上升過程就無法被完整地顯示出來。來。5.5.延遲線延遲線5.2.4 5.2.4 通用示波器的垂直系統(tǒng)通用示波器的垂直系統(tǒng) 延遲線的作用就是把加到垂直偏延遲線的作用就是把加到垂直偏轉板上的被測信號延遲一段時間，使轉板上的被測信號延遲一段時間，使被測信號的起點與掃描信號起點同步，被測信號的起點與掃描信號起點同步，以保證在屏幕上掃描出包括上升時間以保證在屏幕上掃描出包括上升時間在內(nèi)的脈沖全過程。在內(nèi)的脈沖全過程。 延遲線的輸入級需采

34、用低輸出阻延遲線的輸入級需采用低輸出阻抗電路驅動，而輸出級則采用低輸入抗電路驅動，而輸出級則采用低輸入阻抗的緩沖器。阻抗的緩沖器。 對延遲線的延遲時間應足夠長和對延遲線的延遲時間應足夠長和穩(wěn)以補償穩(wěn)以補償X X通道掃描電路啟動時間通道掃描電路啟動時間的延遲。還必須有良好的頻率特性及的延遲。還必須有良好的頻率特性及相位特性，損耗小。相位特性，損耗小。5.5.延遲線延遲線對稱螺旋延遲電纜的示意圖和等效電路對稱螺旋延遲電纜的示意圖和等效電路5.2.4 5.2.4 通用示波器的垂直系統(tǒng)通用示波器的垂直系統(tǒng)6.6.垂直系統(tǒng)主放大器垂直系統(tǒng)主放大器 Y Y輸出放大器是將延遲線傳來的被測信號放大到足輸出放大

35、器是將延遲線傳來的被測信號放大到足夠的幅度，用以驅動示波管的垂直偏轉系統(tǒng)，使電子束夠的幅度，用以驅動示波管的垂直偏轉系統(tǒng)，使電子束獲得獲得Y Y方向的偏轉。方向的偏轉。 Y Y輸出放大器應具有穩(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、輸出放大器應具有穩(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、足夠寬的頻帶（動態(tài)范圍）、較小的非線性失真足夠寬的頻帶（動態(tài)范圍）、較小的非線性失真 。5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波器的水平放大系統(tǒng) 水平通道包括觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等部水平通道包括觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等部分，其分，其主要任務是產(chǎn)生隨時間線性變化的掃描電壓，再放主要任務是產(chǎn)生隨時間線性變化的掃描

36、電壓，再放大到足夠的幅度，然后輸出到水平偏轉板，使光點在熒光大到足夠的幅度，然后輸出到水平偏轉板，使光點在熒光屏的水平方向達到滿偏轉。屏的水平方向達到滿偏轉。5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波器的水平放大系統(tǒng)1.1.掃描時基電路掃描時基電路掃描時基電路又叫掃描發(fā)生器環(huán)，常由掃描時基電路又叫掃描發(fā)生器環(huán)，常由積分器、掃描閘門及比較釋抑電路組成積分器、掃描閘門及比較釋抑電路組成 掃描閘門在觸發(fā)脈沖作用下產(chǎn)生快速上升或下降的閘門信掃描閘門在觸發(fā)脈沖作用下產(chǎn)生快速上升或下降的閘門信號，閘門信號啟動掃描發(fā)生器工作，產(chǎn)生鋸齒波電壓，同時把號，閘門信號啟動掃描發(fā)生器工作，產(chǎn)生鋸齒波電壓，同時把

37、閘門信號送到增輝電路，以便在掃描正程加亮掃描的光跡。閘門信號送到增輝電路，以便在掃描正程加亮掃描的光跡。 釋抑電路起到了穩(wěn)定掃描鋸齒波的形成、防止干擾和誤觸發(fā)釋抑電路起到了穩(wěn)定掃描鋸齒波的形成、防止干擾和誤觸發(fā)的作用，確保每次掃描都在觸發(fā)源信號的同樣的起始電平上開始的作用，確保每次掃描都在觸發(fā)源信號的同樣的起始電平上開始以獲得穩(wěn)定的圖象。以獲得穩(wěn)定的圖象。掃描系統(tǒng)的組成原理框圖掃描系統(tǒng)的組成原理框圖5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波器的水平放大系統(tǒng)2.2.掃描閘門電路掃描閘門電路常用的閘門電路有雙穩(wěn)態(tài)、施密特觸發(fā)器和隧道二極管整常用的閘門電路有雙穩(wěn)態(tài)、施密特觸發(fā)器和隧道二極管整形

38、電路。右圖為施密特觸發(fā)器構成的閘門電路。形電路。右圖為施密特觸發(fā)器構成的閘門電路。01,0 oEEVdtttCRR C來自來自掃描閘門掃描閘門- -+ +R RC C+E+E掃描鋸齒波掃描鋸齒波輸出輸出V Vo o5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波器的水平放大系統(tǒng)3.3.積分器（掃描電路）積分器（掃描電路）密勒積分器是通用示波器中應用最廣的一種積分電路。密勒積分器是通用示波器中應用最廣的一種積分電路。 積分器產(chǎn)生的鋸齒波電壓被送入積分器產(chǎn)生的鋸齒波電壓被送入X X放大器中放大，再加至放大器中放大，再加至水平偏轉板。在示波器中通常改變水平偏轉板。在示波器中通常改變R R或或C C值

39、作為值作為“掃描速度掃描速度”粗粗調，用改變調，用改變E E值作為值作為“掃描速度掃描速度”微調。微調。5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波器的水平放大系統(tǒng)4.4.比較和釋抑電路比較和釋抑電路 在比較電路中，輸入電壓與預置的參考電平進行比較，當在比較電路中，輸入電壓與預置的參考電平進行比較，當輸入電壓等于預置的參考電平時，輸出端電位產(chǎn)生跳變，并把輸入電壓等于預置的參考電平時，輸出端電位產(chǎn)生跳變，并把它作為控制信號輸出。它決定掃描的終止時刻。它作為控制信號輸出。它決定掃描的終止時刻。 釋抑電路的釋抑電路的“釋釋”的功能為啟動掃描正程的起始點，的功能為啟動掃描正程的起始點，“抑抑”的功

40、能是停止掃描正程，使掃描閘門、積分器和釋抑電路組成的功能是停止掃描正程，使掃描閘門、積分器和釋抑電路組成閉環(huán)系統(tǒng)，保證產(chǎn)生一個幅度足夠大、線性良好的鋸齒波電壓。閉環(huán)系統(tǒng)，保證產(chǎn)生一個幅度足夠大、線性良好的鋸齒波電壓。（1）釋抑電路的工作過程）釋抑電路的工作過程（2）RP1（穩(wěn)定度）的作用（穩(wěn)定度）的作用4.4.比較和釋抑電路比較和釋抑電路連續(xù)掃描連續(xù)掃描: : 在此掃描方式下，通過在此掃描方式下，通過“穩(wěn)定度穩(wěn)定度”調節(jié)，使閘門電調節(jié)，使閘門電路的靜態(tài)工作電平高于上觸發(fā)電平路的靜態(tài)工作電平高于上觸發(fā)電平E E1 1，則不論是否有觸，則不論是否有觸發(fā)脈沖，掃描閘門都將輸出閘門信號。發(fā)脈沖，掃描閘

41、門都將輸出閘門信號。 掃描閘門仍然受比較和釋抑電路的控制，以控制掃掃描閘門仍然受比較和釋抑電路的控制，以控制掃描正程的結束，從而實現(xiàn)掃描電壓和被測電壓的同步。描正程的結束，從而實現(xiàn)掃描電壓和被測電壓的同步。 4.4.比較和釋抑電路比較和釋抑電路5.增輝電路增輝電路（1）隧道二極管的特性）隧道二極管的特性（2）隧道二極管雙穩(wěn)態(tài)電路）隧道二極管雙穩(wěn)態(tài)電路5.增輝電路增輝電路（3）增輝電路）增輝電路5.增輝電路增輝電路6.同步過程同步過程（1）連續(xù)掃描的同步）連續(xù)掃描的同步（2）觸發(fā)掃描的同步）觸發(fā)掃描的同步（3）高頻同步）高頻同步6.同步過程同步過程5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波

42、器的水平放大系統(tǒng)觸發(fā)電路：觸發(fā)電路： 觸發(fā)電路的作用是為掃描信號發(fā)生器提供符合要求的觸發(fā)觸發(fā)電路的作用是為掃描信號發(fā)生器提供符合要求的觸發(fā)脈沖。包括觸發(fā)源選擇、觸發(fā)耦合方式選擇、觸發(fā)方式選擇、脈沖。包括觸發(fā)源選擇、觸發(fā)耦合方式選擇、觸發(fā)方式選擇、觸發(fā)極性選擇、觸發(fā)電平選擇和觸發(fā)放大整形等電路。觸發(fā)極性選擇、觸發(fā)電平選擇和觸發(fā)放大整形等電路。5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波器的水平放大系統(tǒng)內(nèi)觸發(fā)（內(nèi)觸發(fā)（INTINT）：將）：將Y Y前置放大器輸出（延遲線前的被前置放大器輸出（延遲線前的被測信號）作為觸發(fā)信號，適用于觀測被測信號。測信號）作為觸發(fā)信號，適用于觀測被測信號。 外觸發(fā)

43、（外觸發(fā)（EXTEXT）：用外接的、與被測信號有嚴格同步關）：用外接的、與被測信號有嚴格同步關系的信號作為觸發(fā)源，用于比較兩個信號的同步關系。系的信號作為觸發(fā)源，用于比較兩個信號的同步關系。電源觸發(fā)（電源觸發(fā)（LINELINE）：用）：用50Hz50Hz的工頻正弦信號作為觸發(fā)的工頻正弦信號作為觸發(fā)源，適用于觀測與源，適用于觀測與50Hz50Hz交流有同步關系的信號。交流有同步關系的信號。（1 1）觸發(fā)源選擇）觸發(fā)源選擇觸發(fā)電路：觸發(fā)電路：5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波器的水平放大系統(tǒng)（2 2）觸發(fā)耦合方式）觸發(fā)耦合方式 “DCDC”直流耦合：用于接入直流或緩慢變化的觸直流耦合

44、：用于接入直流或緩慢變化的觸發(fā)信號。發(fā)信號。 “ACAC”交流耦合：用于觀察從低頻到較高頻率的交流耦合：用于觀察從低頻到較高頻率的信號。信號。 “ACAC低頻抑制低頻抑制”耦合：用于觀察含有低頻干擾耦合：用于觀察含有低頻干擾的信號。的信號。 “HF REJHF REJ”高頻抑制耦合：用于抑制高頻成分的高頻抑制耦合：用于抑制高頻成分的耦合。耦合。 觸發(fā)電路：觸發(fā)電路：5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波器的水平放大系統(tǒng)（3 3）掃描觸發(fā)方式選擇（）掃描觸發(fā)方式選擇（TRIG MODETRIG MODE）常態(tài)（常態(tài)（NORMNORM）觸發(fā)方式：指有觸發(fā)源信號并產(chǎn)生了有）觸發(fā)方式：指有觸

45、發(fā)源信號并產(chǎn)生了有效的觸發(fā)脈沖時，熒光屏上才有掃描線。效的觸發(fā)脈沖時，熒光屏上才有掃描線。 自動（自動（AUTOAUTO）觸發(fā)方式：有連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出，）觸發(fā)方式：有連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出，熒光屏上總能顯示掃描線。熒光屏上總能顯示掃描線。 電視（電視（TVTV）觸發(fā)方式：是在原有放大、整形電路基礎）觸發(fā)方式：是在原有放大、整形電路基礎上插入電視同步分離電路實現(xiàn)的，以便對電視信號（如上插入電視同步分離電路實現(xiàn)的，以便對電視信號（如行、場同步信號）進行監(jiān)測與電視設備維修。行、場同步信號）進行監(jiān)測與電視設備維修。 觸發(fā)電路：觸發(fā)電路：5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波器的水平放大

46、系統(tǒng)（4 4）觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調節(jié)）觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調節(jié)觸發(fā)極性和觸發(fā)電平?jīng)Q定觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時刻，并決觸發(fā)極性和觸發(fā)電平?jīng)Q定觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時刻，并決定被顯示信號的起始點。定被顯示信號的起始點。 觸發(fā)極性是指觸發(fā)點位于觸發(fā)源信號的上升沿還是觸發(fā)極性是指觸發(fā)點位于觸發(fā)源信號的上升沿還是下降沿。下降沿。 觸發(fā)電平是指觸發(fā)脈沖到來時所對應的觸發(fā)放大器觸發(fā)電平是指觸發(fā)脈沖到來時所對應的觸發(fā)放大器輸出電壓的瞬時值。輸出電壓的瞬時值。觸發(fā)電路：觸發(fā)電路：(a) 正電平、正極性(b) 正電平、負極性(c) 負電平、負極性(d) 負電平、正極性5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波器的水平

47、放大系統(tǒng)（4 4）觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調節(jié)）觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調節(jié)觸發(fā)電路：觸發(fā)電路：5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波器的水平放大系統(tǒng)（5 5）放大整形電路）放大整形電路放大整形電路的作用是放大整形電路的作用是對觸發(fā)信號進行放大、整形，對觸發(fā)信號進行放大、整形，以滿足觸發(fā)信號的要求。以滿足觸發(fā)信號的要求。 整形電路的基本形式是電壓比較器，當輸入的觸發(fā)整形電路的基本形式是電壓比較器，當輸入的觸發(fā)源信號與通過源信號與通過“觸發(fā)極性觸發(fā)極性”和和“觸發(fā)電平觸發(fā)電平”選擇的信號選擇的信號之差達到某一設定值時，比較電路翻轉，輸出矩形波，之差達到某一設定值時，比較電路翻轉，輸出矩形波

48、，然后經(jīng)過微分整形，變成觸發(fā)脈沖。然后經(jīng)過微分整形，變成觸發(fā)脈沖。觸發(fā)電路：觸發(fā)電路：5.2.5 5.2.5 示波器的水平放大系統(tǒng)示波器的水平放大系統(tǒng)水平放大器：水平放大器： 其基本作用是選擇其基本作用是選擇X X軸信號，并將其放大到足以使光軸信號，并將其放大到足以使光點在水平方向達到滿偏的程度。點在水平方向達到滿偏的程度。 X X放大器的輸入端置于放大器的輸入端置于“內(nèi)內(nèi)”時，時，X X放大器放大掃描放大器放大掃描信號；置于信號；置于“外外”時，水平放大器放大由面板上時，水平放大器放大由面板上X X輸入端輸入端直接輸入的信號。直接輸入的信號。1 1多線示波多線示波利用多束示波管來實現(xiàn)的。利用

49、多束示波管來實現(xiàn)的。 測試時各通道、各波形之間產(chǎn)生的交叉干擾可以測試時各通道、各波形之間產(chǎn)生的交叉干擾可以減少或消除，可獲得較高的測量準確度。減少或消除，可獲得較高的測量準確度。2 2多蹤示波多蹤示波 在單線示波的基礎上增加了電子開關，利用分時在單線示波的基礎上增加了電子開關，利用分時復用的原理，分別把多個垂直通道的信號輪流接到復用的原理，分別把多個垂直通道的信號輪流接到Y Y偏轉板上，最終實現(xiàn)多個波形的同時顯示。偏轉板上，最終實現(xiàn)多個波形的同時顯示。5.3 5.3 交替和斷續(xù)顯示交替和斷續(xù)顯示2 2多蹤示波多蹤示波“Y1Y1”通道（通道（CH1CH1）、）、“Y2Y2”通道（通道（CH2CH

50、2）和疊加方）和疊加方式（式（CH1+CH2CH1+CH2）都只顯示一個波形。）都只顯示一個波形。2 2多蹤示波多蹤示波交替方式（交替方式（ALTALT）：適合于觀察高頻信號。）：適合于觀察高頻信號。2 2多蹤示波多蹤示波斷續(xù)方式（斷續(xù)方式（CHOPCHOP）：適用于被測信號頻率較低的情況。）：適用于被測信號頻率較低的情況。3 3雙時基掃描顯示雙時基掃描顯示 雙時基示波器有兩個獨立的觸發(fā)和掃描電路，特別雙時基示波器有兩個獨立的觸發(fā)和掃描電路，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細節(jié)?；虿糠置}沖的細節(jié)。3 3雙時基掃描顯示雙時基掃描顯示 為了能同時觀測脈沖列的全貌及其中某一部分的為了能同時觀測脈沖列的全貌及其中某一部分的細節(jié)，設立電子開關，把兩套掃描電路的輸出交替地細節(jié)，設立電子開關，把兩套掃描電路的輸出交替地接人接人X X放大器。這稱為放大器。這稱為A A延遲延遲B B。 把把A A、B B掃描門產(chǎn)生的增輝脈沖疊加起來，形成合掃描門產(chǎn)生的增輝脈沖疊