10.示波器工作原理

1、第三章 示波測(cè)試和測(cè)量技術(shù) 一、概述 二、示波測(cè)試的基本原理 三、示波器多波形顯示 四、取樣技術(shù)在示波測(cè)量中的應(yīng)用 五、波形的存儲(chǔ)和記憶 六、示波器的使用1第三章 示波測(cè)試及測(cè)量技術(shù)一、概述：1931年美國(guó)無(wú)線電公司發(fā)明。特點(diǎn)：1、直接觀測(cè)和真實(shí)顯示被測(cè)波形。可顯示脈沖信號(hào)的前后沿、脈寬、上升下降時(shí)間。22、是時(shí)域測(cè)試典型儀器，能檢測(cè)信號(hào)波形是否正常，有無(wú)失真以及相關(guān)關(guān)系。3、X-Y圖示儀。 4、是多種電量和非電量測(cè)試和測(cè)量中的基 本測(cè)試儀器。分類通過(guò)描繪被研究的信號(hào)隨時(shí)間的變化，可用于調(diào)試電子電路、維修儀器設(shè)備。是構(gòu)成其他兩個(gè)測(cè)試領(lǐng)域的儀器設(shè)備的基礎(chǔ)。根據(jù)示波器的性能和結(jié)構(gòu)，分為：通用示波器

2、；多束示波器；取樣示波器；記憶、存儲(chǔ)示波器；專用或特殊示波器。3二、示波測(cè)試的基本原理：衰減Y前置放大器延遲線Y輸出放大器掃描發(fā)生器環(huán)觸發(fā)電路X放大器電源輸入輸入 X Y外觸發(fā)輸入校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器校準(zhǔn)輸出s2Y通道X通道s150Hz電源4燈絲陰極K柵極G1G2陽(yáng)極A1A2FY2Y1X2X1電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)一、陰極射線示波管示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏組成5電子槍KA1A2G1G2_+輝度聚焦輔助聚焦熒光屏偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)X偏轉(zhuǎn)板Y偏轉(zhuǎn)板A2VabVy+_ s Ly靈敏度：Dy =1/hy6二、圖象顯示的基本原理：示波器圖象顯示原理分為顯示y=f（t）圖形和顯示任意兩波形關(guān)系變量的圖形。1、顯示y=f（

3、t）時(shí)變圖形（1）、掃描A、偏轉(zhuǎn)特性：測(cè)試信號(hào)波形的理論依據(jù)是：示波器CRT偏轉(zhuǎn)特性靜電特性，y Vy，x Vx光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動(dòng)的過(guò)程稱為掃描，從左到右稱為掃描正程，從右到左為回程。7B、掃描的同步TsTnTnTn =2TsTn =Ts+1/4Ts為得到穩(wěn)定的波形，必須保證同步關(guān)系，即 Tn=NTs N-為整數(shù)8C、連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描 Ts被測(cè)脈沖連續(xù)掃描Tn=Tst TntTn連續(xù)掃描Tn=t觸發(fā)掃描tvy9*連續(xù)掃描的特點(diǎn)：1、掃描發(fā)生器連續(xù)工作；2、無(wú)輸入信號(hào)時(shí)顯示一條時(shí)基線；*觸發(fā)掃描的特點(diǎn)：1、被測(cè)脈沖到來(lái)時(shí)掃描一次；2、平時(shí)為等待掃描狀態(tài)；3、主要用于觀測(cè)占空比很小的脈沖，掃

4、描電壓持續(xù)時(shí)間的選擇應(yīng)等于或稍大于脈沖底寬。在有的示波器上，會(huì)有一個(gè)按鈕來(lái)進(jìn)行選擇。10D、關(guān)于增輝、消隱存在的問(wèn)題解決的辦法 如圖所示：掃描正程時(shí)加上增輝脈沖，11電子槍KG1G2_+輝度聚焦輔助聚焦熒光屏A1A2增輝消隱！對(duì)于觸發(fā)掃描，掃描正程增輝可避免無(wú)信號(hào)時(shí)中心亮點(diǎn)毀壞屏幕。12E、掃描信號(hào)鋸齒波的產(chǎn)生#對(duì)于掃描信號(hào)要求： 要求波形線性好，下降快；如線性不好時(shí)，信號(hào)觀測(cè)會(huì)產(chǎn)生失真，下降不夠快時(shí)，會(huì)出現(xiàn)回掃。 如圖所示，X通道主要功能即為產(chǎn)生掃描信號(hào)。13衰減Y前置放大器延遲線Y輸出放大器掃描發(fā)生器環(huán)觸發(fā)電路X放大器電源輸入 X校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器校準(zhǔn)輸出s2Y通道X通道s1輸入 Y外觸發(fā)輸入

5、50Hz電源14掃描門積分器比較和釋抑電路增輝至X放大器E掃描發(fā)生器環(huán)151、掃描門：采用施密特電路 E2E1tt0V0 又稱為時(shí)基閘門，連續(xù)掃描時(shí)，沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)也有門控信號(hào)輸出；觸發(fā)掃描時(shí)只有在觸發(fā)脈沖作用下才應(yīng)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。輸入端由三個(gè)方面信號(hào)控制：穩(wěn)定度提供直流電位觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖釋抑電路釋抑信號(hào)16 2、積分器：采用密勒積分器，使熒光屏上水平距離代表時(shí)間RAViVoT+EC（1）、使熒光屏上水平距離代表時(shí)間（2）（3）掃描速度粗調(diào)改變 R 或 C掃描速度微調(diào)改變 E 或改變X放大器的增益掃描速度（t/cm）17 3、比較和釋抑電路作用：通過(guò)判斷積分器輸出電壓來(lái)控制掃描門關(guān)閉，同時(shí)使積分

6、器復(fù)位。復(fù)位過(guò)程即為回掃過(guò)程。E0E1E2Vrt12t1t1t2t3t4t5 連續(xù)掃描時(shí)，穩(wěn)定度 旋鈕電平E0大于上觸 發(fā)電平E1 觸發(fā)掃描時(shí)，E0 介于E1與 E2之間 脈沖到來(lái)時(shí)觸發(fā)E1E0E2Vr釋抑電路充電釋抑電路放電釋抑電路充電釋抑電路放電18（2）、觸發(fā)電路作用：產(chǎn)生周期與被測(cè)信號(hào)有關(guān)的觸發(fā)電路脈沖，加至掃描門。組成：方式開(kāi)關(guān)、電平旋鈕、極性開(kāi)關(guān)、S1開(kāi)關(guān)組成。+ DCHFAC低抑內(nèi)外+ 電源電平方式極性AC“極性”決定上升沿或下降沿觸發(fā)“電平”決定正半周或負(fù)半周觸發(fā)方式開(kāi)關(guān)決定不同的耦合方式：AC、DC191、正極性，正電平觸發(fā)點(diǎn)202、負(fù)極性，正電平觸發(fā)點(diǎn)213、正極性，負(fù)電平

7、觸發(fā)點(diǎn)224、負(fù)極性，負(fù)電平觸發(fā)點(diǎn)232、顯示兩個(gè)任意變量的關(guān)系李沙育圖形，例題1 示波功能的擴(kuò)展，例題2241、多線示波器 發(fā)射多個(gè)相互獨(dú)立的電子束，多槍多束或單槍多束；常用雙線示波器。缺點(diǎn)：工藝要求較高，價(jià)格較貴。2、多蹤示波器 組成與普通示波器類似，增加了一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，具有多個(gè)垂直通道。電子開(kāi)關(guān)的切換或轉(zhuǎn)換方式有交替和斷續(xù)兩種，屬于時(shí)間分割方式。三、示波器多波形顯示25A門電子開(kāi)關(guān)B門垂直位移垂直位移A通道輸入B通道輸入至垂直偏轉(zhuǎn)板雙蹤示波器Y通道方框圖：26“交替”方式“斷續(xù)”方式273、雙掃描示波顯示前置放大延遲線A觸發(fā)A掃描A門電壓比較B觸發(fā)B掃描電子開(kāi)關(guān)Y線分離B門X放大Y放大R

8、p功能：在觀察一個(gè)脈沖序列的同時(shí)，可以仔細(xì)觀察其中一個(gè)或部分脈沖的細(xì)節(jié)有兩個(gè)獨(dú)立的觸發(fā)和掃描電路，掃速可相差很多倍延遲觸發(fā)電平28被測(cè)信號(hào) A 觸發(fā)A掃描 B觸發(fā)B掃描A增輝B增輝合成增輝雙掃描示波器的有關(guān)波形29四、取樣技術(shù)在示波測(cè)量中的應(yīng)用取樣分為實(shí)時(shí)取樣非實(shí)時(shí)取樣實(shí)時(shí)取樣：指在信號(hào)經(jīng)歷的實(shí)際時(shí)間內(nèi)對(duì)一個(gè)信號(hào)波形進(jìn)行取樣。缺點(diǎn)：不能解決示波器在觀測(cè)高頻信號(hào)時(shí)所遇到的頻帶限制的困難。非實(shí)時(shí)取樣：取樣點(diǎn)分別取自若干個(gè)信號(hào)波形的不同位置。優(yōu)點(diǎn)：解決了實(shí)時(shí)取樣的缺點(diǎn)。30Tt2t3 t4 t 5tt1t2t3t4t5t612345631五、波形的存儲(chǔ)和記憶記憶示波器利用記憶示波管組成的電路，可記憶

9、 一周左右。數(shù)字存儲(chǔ)示波器六、示波器的使用（一）、工作特性和選用1、工作特性：（1）、偏轉(zhuǎn)靈敏度:10V-10nV，體現(xiàn)測(cè)量強(qiáng)弱信號(hào)的能力。32（2）、掃描速度Ss：10S/cm-1nS/cm（3）、帶寬：儀器響應(yīng)降低3dB時(shí)的上限頻率。信號(hào)上升時(shí)間/示波器對(duì)信號(hào)的上升時(shí)間 測(cè)量誤差 1/1 41% 3/1 5.2% 5/1 2% 10/1 0.5% 結(jié)論:示波器帶寬越寬，上升時(shí)間越短，測(cè)量誤差越小。332、示波器的選用依據(jù)：1、根據(jù)工作特性2、性能價(jià)格比3、測(cè)量的準(zhǔn)確度4、通道數(shù)5、數(shù)據(jù)處理方式6、采樣速率7、評(píng)價(jià)存檔能力8、易使用34（二）、基本測(cè)量技術(shù)1、電壓測(cè)量直接法比較法位移法2、時(shí)

10、間測(cè)量直接法時(shí)標(biāo)法位移法 掌握各種方法的原理、使用，及其優(yōu)缺點(diǎn)。353、相位測(cè)量線形掃描法36李沙育圖形法測(cè)相位 返回374、調(diào)幅系數(shù)測(cè)量梯形法Y通道X通道38包絡(luò)法示波器BA39（三）、正確使用1、探頭配套使用2、注意電壓高低3、注意保護(hù)屏幕4、注意通電40 階梯波電壓發(fā)生器 集電極掃描電壓YXCEB返回50Hz全波整流波形取樣電壓保證階梯波掃描電壓的周期為集電極掃描電壓周期的整數(shù)倍晶體三極管輸出特性41本章內(nèi)容及要求1、掌握示波測(cè)試的基本原理及示波器顯示穩(wěn)定波形的基本原理觸發(fā)和掃描；2、掌握通用示波器的基本組成及其工作特性；3、掌握雙掃描系統(tǒng)基本原理及雙蹤雙掃描示波器的顯示方式； 觸發(fā)分為：內(nèi)觸發(fā)外觸發(fā)電源極性電平掃描：同步問(wèn)題框圖424、了解CRT偏轉(zhuǎn)特性及其電子槍中兩個(gè)電位關(guān)系；5、了解波形的存儲(chǔ)，及取樣技術(shù)在示波測(cè)量中的應(yīng)用。示波器中增輝和消隱在模擬示波器中，存儲(chǔ)和取樣技術(shù)的實(shí)