新編第4章示波測試和測量技術(shù)課件

1、主編 肖曉萍電子測量實訓(xùn)教程第2版 電子教案面向21世紀(jì)高職高專系列教材機械工業(yè)出版社目 錄第1章 緒論 第2章 誤差分析和測量數(shù)據(jù)處理 第3章 常用電子測量儀器 第4章 示波測試和測量技術(shù) 第5章 電路元器件參數(shù)的測量 第6章 電子電路參數(shù)的測量 第7章 頻域測量 第8章 數(shù)據(jù)域測量 第9章 自動測試系統(tǒng) 第4章 示波測試和測量技術(shù)本章要點4.1 示波測試的基本原理4.1.1 陰極射線示波管4.1.2 波形顯示的基本原理4.2 模擬示波技術(shù)4.2.1 模擬示波器的技術(shù)性能指標(biāo)和組成4.2.2 模擬示波器的垂直系統(tǒng)4.2.3 模擬示波器的水平系統(tǒng)4.2.4 示波器的多波形顯示 4.3 數(shù)字存儲

2、示波技術(shù)4.3.1 數(shù)字存儲示波器的組成和基本功能4.3.2 信號采樣原理4.3.3 波形顯示技術(shù)4.3.4 技術(shù)性能指標(biāo)4.4 示波器的基本測量技術(shù)4.4.1 電壓的測量4.4.2 時間的測量 4.4.3 周期和頻率的測量4.4.4 相位差的測量4.4.5 調(diào)幅度的測量4.5 示波器的選擇和使用4.5.1 示波器選擇4.5.2 模擬示波器的使用4.5.3 數(shù)字存儲示波器的使用4.6 實訓(xùn)4.7 習(xí)題 本章要點 示波器的概念、測量功能示波測試的基本原理模擬示波器的組成及工作原理數(shù)字存儲示波器的組成原理示波器的基本測量技術(shù)示波器的選擇和使用 根據(jù)目前示波器的性能和結(jié)構(gòu)，一般可將示波器分為：1模擬

3、示波器 通用示波器 多束示波器 取樣示波器2數(shù)字示波器 數(shù)字存儲示波器 數(shù)字熒光示波器3混合示波器第4章 示波測試和測量技術(shù)4.1 示波測試的基本原理4.1.1陰極射線示波管示波管包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三大部分。如圖4-1所示。1.電子槍 電子束的聚焦第三陽極A3的作用 2.偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)3.熒光屏 4.2 模擬示波技術(shù) 模擬示波器中最常用的是通用示波器，以下均以通用示波器介紹模擬示波技術(shù)。4.1.2 波形顯示的基本原理示波器顯示波形，基本上有兩種類型： 1.時域波形顯示原理2. XY顯示原理4.2.1 模擬示波器的技術(shù)性能指標(biāo)和組成1.主要技術(shù)性能掃描時間因數(shù)觸發(fā)性能 垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù) 頻帶寬度

4、（頻域響應(yīng)） 瞬態(tài)響應(yīng)（時域響應(yīng)） 2通用示波器的組成通用示波器一般包括如圖4-10（a）所示幾個部分：垂直系統(tǒng)（Y通道）水平系統(tǒng)（X通道）主機系統(tǒng)（Z通道） 工作過程如圖4-10（b）所示4.2.2 模擬示波器的垂直系統(tǒng)垂直系統(tǒng)又稱垂直通路或Y通道，它是被測信號的通道。 垂直系統(tǒng)的基本組成：如圖4-11所示 輸入電路 前置放大器 延遲線 后置放大器 內(nèi)觸發(fā)放大器4.2.3 模擬示波器的水平系統(tǒng)組成包括三個部分：如圖4-14所示 觸發(fā)電路 時基發(fā)生器電路（掃描發(fā)生器電路） 水平放大器觸發(fā)電路觸發(fā)源選擇 內(nèi)觸發(fā)（INT）外觸發(fā)（LINE） 電源觸發(fā) 觸發(fā)耦合方式 圖4-15 “DC”直流耦合“A

5、C”交流耦合“AC”（H）觸發(fā)方式（TRIG MODE）選擇常態(tài)觸發(fā)方式（NORM） 圖4-16 自動觸發(fā)方式（AUTO）電視觸發(fā)方式（TV） 觸發(fā)整形電路 時基發(fā)生器電路（掃描發(fā)生器電路）在觸發(fā)脈沖的作用下產(chǎn)生周期性鋸齒波電壓，經(jīng)水平放大器放大后，送至水平偏轉(zhuǎn)板，控制電子束在屏幕上由左向右的水平掃描，這種掃描稱為線性時基掃描。 由掃描閘門、掃描電壓產(chǎn)生電路、比較和釋抑電路組成，如圖4-17（a）所示。時基發(fā)生器電路的一般工作過程 4-17（b）。掃描閘門 圖4-18掃描鋸齒波產(chǎn)生電路 圖4-19 比較電路和釋抑電路 圖4-20 掃描方式分類 連續(xù)掃描 圖4-21 觸發(fā)掃描 圖4-22 4.2

6、.4 示波器的多波形顯示熒光屏上同時顯示幾個波形的顯示稱為多波形顯示。常見的方法有： 多線顯示 （雙線） 如圖4-23 所示 多蹤顯示 雙蹤示波器顯示方式：如圖4-24所示 交替顯示斷續(xù)顯示 圖4-25雙掃描顯示 如圖4-26所示 4.3 數(shù)字存儲示波技術(shù)4.3.1 數(shù)字存儲示波器的組成和基本功能1數(shù)字存貯示波器的組成 如圖4-27所示 2數(shù)字存貯示波器的功能可長期存貯波形既能觀測觸發(fā)后的信息，也能捕捉觸發(fā)前的信號。 可觀測單次過程和突發(fā)事件 具有多種顯示方式能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理 具有多種方式輸出 可進(jìn)行功能擴展4.3.2 信號采樣原理1采樣方式 如圖4-28所示 實時采樣 等效時間采樣序列式

7、采樣隨機采樣 2采樣速率 4.3.3 波形顯示技術(shù)1點顯示技術(shù)2點插入技術(shù)向量式顯示（線性插入）正弦插入 改進(jìn)型正弦插入Sin X/X插入 所記錄波形的長度采樣速率r 時基單位掃描長度4.3.4 技術(shù)性能指標(biāo) 有用存貯帶寬:表示數(shù)字存貯示波器捕捉 信號的能力 有用上升時間 垂直精度和有效位 量化誤差Er為 預(yù)期量化誤差Erc 損失的位數(shù)LB LB=log2(Er / Erc) 有效位數(shù)EB EB=DB-LB式中：DB數(shù)字化器件的位數(shù)。4.4 示波器的基本測量技術(shù) 4.4.1 電壓的測量1直流電壓測量2正弦電壓測量圖4-29不含直流分量的正弦電壓測量含有直流分量的正弦電壓測量3參考電平的設(shè)定4.

8、4.2時間的測量1時間測量的原理被測時間間隔： = LDx /水平擴展倍數(shù) 式中 時間間隔（s） L兩點之間水平距離div） Dx掃描時間因數(shù)（sdiv）。2兩個脈沖信號之間的時間間隔的測量圖4-304.4.3 周期和頻率的測量 直接測量法 李沙育圖形法 如圖4-31所示 4.4.4 相位差的測量 測量原理 雙蹤示波法 圖4-32 橢圓法 圖4-33 圖4-344.4.5 調(diào)幅度的測量 如圖4-35所示 4.5 示波器的選擇和使用4.5.1 示波器選擇1. 模擬示波器 頻帶寬度和上升時間 垂直靈敏度（垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)） 掃描速度2. 數(shù)字示波器 帶寬 采樣速率 采樣速率與t/div的關(guān)系 fsN（

9、t/div） 數(shù)字示波器的上升時間 存儲器深度 4.5.2 模擬示波器的使用1.使用時注意事項2. YB4320雙蹤四跡示波器 主要技術(shù)性能 YB4320示波器的外觀和前面板示意圖圖4-38 YB4320示波器的基本操作說明 測量前的準(zhǔn)備工作 信號測量的步驟 輸出信號 4.5.3 數(shù)字存儲示波器的使用以DS3012B數(shù)字存貯示波器為例1DS3012B技術(shù)指標(biāo) 表4-32DS3012B的使用 DS3012B的面板結(jié)構(gòu) 圖4-39 DS3012B的顯示界面 圖4-40 DS3012B數(shù)字存貯示波器的設(shè)置3DS3012B的應(yīng)用實例4.6 實訓(xùn)4.6.1 示波器的一般應(yīng)用一、實驗?zāi)康亩嶒瀮x器三、預(yù)

10、習(xí)要求四、實驗內(nèi)容和步驟 示波器的校準(zhǔn) 直流電壓的測量 正弦波電壓幅度、周期的測量五.實驗報告要求六. 思考題4.6.2 示波器的特殊應(yīng)用一、實驗?zāi)康亩嶒瀮x器三、預(yù)習(xí)要求四、實驗內(nèi)容和步驟 李沙育圖形測量頻率 直接測量調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù) 梯形法測量調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù)五.實驗報告要求六. 思考題4.6.3 各種交流電壓的測量一、實驗?zāi)康亩?、實驗儀器三、預(yù)習(xí)要求四、交流電壓表征概要五、實驗內(nèi)容和步驟 交流信號頻率的測量 交流信號電壓的測量六、實驗報告要求七、思考題4.7 習(xí)題1 敘述示波器顯示時域波形的原理。2 示波器的基本結(jié)構(gòu)由哪三部分組成？各部分的主要作用是什么？3 延遲線的作用是什么？內(nèi)觸發(fā)

11、信號可否在延遲線以后的電路引出？4 時基發(fā)生器由幾部分組成？試簡述其工作過程。5 什么是“交替”顯示和“斷續(xù)”顯示？各用在何場合？6 當(dāng)示波器X、Y偏轉(zhuǎn)板上加以下電壓時，用作圖法繪出熒光屏顯示的圖形。(1) ux = Asint uy =k(t-nT) N Z，(2) ux = Asint uy = Asint(3) ux = Asint uy = Acost(4) ux = Asint uy = Asin2t 7 在X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板上加上圖4-54所示電壓，用作圖法繪出屏幕上顯示的波形。8 使用帶寬為100MHz的示波器測量脈沖的上升邊，讀得其值為15.6ns，已知測量誤差為+30%，問脈沖

12、的實際上升時間為多少？9 有一個正弦信號，使用垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)為10mV/div的示波器進(jìn)行測量，測量時信號經(jīng)10:1衰減探頭加到示波器。測得在熒光屏上的高度為7.070 7div（峰峰值），問該信號的有效值為多少？10 已知示波器的Y偏轉(zhuǎn)因數(shù)為0.5V/div，熒光屏有效寬度為10div，掃描時間因數(shù)為0.1ms/div。顯示的波形如題圖4-55。求被測信號的頻率和周期為多少？振幅Um=？有效值U=？11 若示波器的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)為10mV/div，掃描時間因數(shù)為1ms/div，繪出下述的波形。 （1）有效值為10mV、頻率為500Hz的正弦信號。 （2）峰峰值為40mV、頻率為200Hz的方波信

13、號。12 被測信號uy和掃描鋸齒波ux的波形如題圖4-56，若示波器的消隱電路失常，將顯示何波形？ 13 用示波器觀測波形時，要達(dá)到如下要求，應(yīng)調(diào)節(jié)哪些旋鈕？波形清晰；亮度適中；波形穩(wěn)定；移動波形位置；改變波形個數(shù)；改變波形的高度。14 一臺示波器的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)在2mV/div擋，對它擴展“5”后，該擋的實際偏轉(zhuǎn)因數(shù)為多少？ 15 現(xiàn)有三種示波器，測量上升時間tr為80ns的脈沖波形，選用哪一種好？為什么？（1）SBT5同步示波器fH =10MHz， tr40ns。（2）SR8雙蹤示波器fH =15MHz，tr24 ns。16 采用通用示波器測量矩形脈沖的上升沿。已知示波器的上升時間為15ns

14、，測量該脈沖時讀數(shù)為50ns，問矩形脈沖的實際上升沿為多寬？觀察這種矩形脈沖時，示波器性能可否滿足要求？17 根據(jù)橢圓法測量相位差的原理，試用作圖法畫出相位差為和時的圖形。說明該圖形為什么是一條直線？18 用雙蹤示波法測量相位差，顯示圖形如圖4-57所示，求相位差=？19 已知調(diào)幅波的瞬時波形如圖4-58，求調(diào)幅系數(shù)m=？ 圖4.1 示波管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 圖4-2 電子槍內(nèi)部的等電位線分布圖 圖4-3 電子聚焦過程 圖4-4 電子在偏轉(zhuǎn)板內(nèi)的運動 電子偏轉(zhuǎn)的距離 D示波管的偏轉(zhuǎn)因數(shù)S（單位： V/cm或V/div） 圖4-5 波形顯示原理 圖4-6掃描電壓與被測電壓不同步 電子束在屏幕上運動

15、的軌跡則由下列方程組決定： （k,T為常數(shù)，n = 0,1,）圖4-7 兩個同頻率信號構(gòu)成的李沙育圖形圖4-9 瞬態(tài)響應(yīng)的表示方法圖4-8 帶寬的表示方法圖圖4-10 通用示波器總方框圖及其工作過程圖4-11 垂直系統(tǒng)的基本組成 圖4-14 水平系統(tǒng)總方框圖 輸入電路 探頭輸入耦合方式DCAC（GND）步進(jìn)衰減器 阻抗轉(zhuǎn)換器圖4-12 圖4-13 耦合電路和衰減器 圖4-15觸發(fā)耦合方式 圖4-16 觸發(fā)極性和觸發(fā)電平不同對波形顯示的影響 圖4-17 時基發(fā)生器的組成及工作波形 圖4-18 用施密特電路構(gòu)成的時基閘門電路 圖4-19 密勒掃描電路原理 圖4-20 比較電路和釋抑電路 圖4-21

16、 連續(xù)掃描的波形顯示 圖4-22 脈沖信號的連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描顯示 圖4-23 雙線示波器的基本組成原理框圖 圖4-24 雙蹤示波器的基本組成 圖4-25 雙蹤顯示方式 圖4-26 AB交替掃描方式圖4-27數(shù)字存貯示波器的組成圖4-28采樣方式圖4-29正弦電壓測量 圖4-30 時間的測量 圖4-31 李沙育圖形圖4-32 雙蹤示波法測量相位差圖4-33橢圓法測量相位差 圖4-34不同的相位差的李沙育圖形 圖4-35調(diào)幅波測量圖4-38 YB4320示波器采樣采樣方式實時采樣等效采樣采樣率100 MS/s10GSa/s平均值所有通道同時達(dá)到N次采樣后，N次數(shù)可在2、4、8、16、32、64和

17、128之間選擇輸入輸入耦合直流、交流或接地（AC、DC、GND）輸入阻抗1M士2%，與15pF士3pF并聯(lián)探頭衰減系數(shù)設(shè)定1，l0，100，1000最大輸入電壓400V（DCAC Peak）垂直系統(tǒng)靈敏度（伏格）范圍（V/div）2mV/div5V/div（在輸入BNC處）模擬帶寬100MHz垂直分辨率8bit通道數(shù)2水平系統(tǒng)掃描時間因數(shù)范圍5ns/div 5s/div按1-2-5進(jìn)制觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)類型邊沿、視頻、Set to（設(shè)定電平至） 50%觸發(fā)方式Auto（自動）、Normal（常態(tài)）、Single（單次）觸發(fā)源DC（直流）CH 1和CH2：1 div（DC10 MHz）EXT（外觸發(fā)）：100mV（DC10 MHz），200mV（10 MHz滿帶寬）EXT /5：500mV（DC100 MHz）AC（交流）50Hz及以上時和直流相