電子測量第三章示波測試和測量技術(shù)

1、電子測量第三章示波測試和測量技術(shù)第1頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五1 模擬示波器模擬示波器可分為通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶示波器和專用示波器等。 通用示波器采用單束示波管，又可分為單蹤、雙蹤、多蹤示波器。 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獨(dú)的電子束掃描產(chǎn)生。 取樣示波器可以用較低頻率的示波器測量高頻信號。記憶示波器采用有記憶功能的示波管，實(shí)現(xiàn)模擬信號的存儲、記憶和反復(fù)顯示。 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。 第2頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五2 數(shù)字示波器數(shù)字示波器將輸入信號數(shù)字化

2、（時域取樣和幅度量化）后，經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)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。根據(jù)取樣方式不同，數(shù)字示波器又可分為實(shí)時取樣、隨機(jī)取樣和順序取樣三大類。 第3頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.1.2 主要技術(shù)指標(biāo) 1頻帶寬度BW和上升時間tr示波器的頻帶寬度BW一般指Y通道的頻帶寬度。上升時間tr是一個與頻帶寬度BW相關(guān)的參數(shù)，表示由于示波器Y通道的頻帶寬度的限制，反映了示波器Y通道跟隨輸入信號快速變化的能力。頻帶寬度BW與上升時間tr的關(guān)系可近似表示為 第4頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.1.2

3、主要技術(shù)指標(biāo)2掃描速度掃描速度是指熒光屏上單位時間內(nèi)光點(diǎn)水平移動的距離，單位為“cm/s”。熒光屏上通常用間隔1cm的坐標(biāo)線作為刻度線，因此掃描速度的單位也可表示為“cm/div”。掃描速度的倒數(shù)稱為“時基因素”，它表示單位距離代表的時間，單位為“t/cm”或“t/div”，時間t可為s、ms或s，在示波器的面板上，通常按“1、2、5”的順序分成很多檔。 第5頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.1.2 主要技術(shù)指標(biāo)3偏轉(zhuǎn)因素偏轉(zhuǎn)因素指在輸入信號作用下，光點(diǎn)在熒光屏上的垂直（Y）方向移動1cm（即1格）所需的電壓值，單位為“V/cm”、“mV/cm”（或“V/div”、

4、“mV/div”）。偏轉(zhuǎn)因素表示了示波器Y通道的放大/衰減能力。偏轉(zhuǎn)因素的倒數(shù)稱為“（偏轉(zhuǎn)）靈敏度”。 第6頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.1.2 主要技術(shù)指標(biāo)4輸入阻抗當(dāng)被測信號接入示波器時，輸入阻抗Zi形成被測信號的等效負(fù)載。 5輸入方式 即輸入耦合方式，一般有直流（DC）、交流（AC）和接地（GND）三種，可通過示波器面板選擇。 6觸發(fā)源選擇方式 觸發(fā)源是指用于提供產(chǎn)生掃描電壓的同步信號來源，一般有內(nèi)觸發(fā)（INT）、外觸發(fā)（EXT）、電源觸發(fā)（LINE）三種。 第7頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2 CRT顯示原理 3.2.1

5、CRTCRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。 第8頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五1 電子槍 電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束，它由燈絲F、陰極K、柵極G1和G2和陽極A1、A2組成。 通過調(diào)節(jié)G1對K的負(fù)電位可控制電子束的強(qiáng)弱，從而調(diào)節(jié)光點(diǎn)的亮度，即進(jìn)行“輝度”控制。 調(diào)節(jié)A1的電位器稱為“聚焦”旋鈕，通過對它進(jìn)行調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)G2與A1和A1與A2之間的電位；調(diào)節(jié)A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦”。 第9頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五1 電子槍電子束聚焦的原理是，電子從陰極K發(fā)射，經(jīng)G1、G2、A1、A

6、2聚焦和加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。電子在電子槍中的運(yùn)動軌跡如下圖所示。 第10頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五2 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 示波管的偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板 。當(dāng)有外加電壓作用時，偏轉(zhuǎn)板之間形成電場；在偏轉(zhuǎn)電場作用下，電子束打向由X、Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的某個坐標(biāo)位置。為了示波器有較高的測量靈敏度，Y偏轉(zhuǎn)板置于靠近電子槍的部位，而X偏轉(zhuǎn)板在Y的右邊。 第11頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五2 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)電子束在偏轉(zhuǎn)電場作用下的偏轉(zhuǎn)距離與外加偏轉(zhuǎn)電壓成正比：示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)或Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度（單位為

7、V/cm）：偏轉(zhuǎn)靈敏度越大，示波管越靈敏。為提高Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度，可在偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個后加速陽極A3。 l為偏轉(zhuǎn)板的長度；S為偏轉(zhuǎn)板中心到屏幕中心的距離；b為偏轉(zhuǎn)板間距；Va為陽極A2上的電壓。 第12頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3 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 。在使用示波器時，應(yīng)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的時間內(nèi)，可將“輝度”調(diào)暗。當(dāng)電子束停止轟擊熒光屏?xí)r，光點(diǎn)仍能保持一定的時間，這種現(xiàn)象稱為“余輝效應(yīng)”。 第13頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星

8、期五 顯示部分：內(nèi)壁n層熒光粉，再覆蓋一層極薄鋁膜。 高速電子轟擊內(nèi)壁熒光粉動能光能產(chǎn)生亮點(diǎn)發(fā)出二次電子鋁膜吸收二次電子對熒光(反光) 清晰 使用時，關(guān)機(jī)亮點(diǎn)消失有一段時間現(xiàn)象余輝 余輝時間長短與熒光粉的材料有關(guān)。定義：余輝時間：電子束移去到亮度下降到原始值的10%，所用時間 . t 10-3 短 ; 10-3 t10-1 中; t10-1 長。 X,Y偏轉(zhuǎn)板完成偏轉(zhuǎn)后，A3加有數(shù)千伏高壓，給電子束加 速 ，即先偏轉(zhuǎn)后加速系統(tǒng) 。 第14頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基本原理 1顯示隨時間變化的圖形（1）Ux、Uy為固定電壓時，有下面四種情況：

9、 光點(diǎn)出現(xiàn)在熒光屏的中心位置。 光點(diǎn)僅在垂直方向偏移 ：Uy為正電壓時，光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向上移；Uy為負(fù)電壓時，光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向下移。 第15頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基本原理1顯示隨時間變化的圖形（續(xù)）光點(diǎn)僅在水平方向偏移 ：Ux為正電壓時，光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向右移；Ux為負(fù)電壓時，光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向左移。 當(dāng)兩對偏轉(zhuǎn)板上同時加固定的正電壓時，光點(diǎn)位置應(yīng)為兩電壓的矢量合成。 第16頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基本原理1顯示隨時間變化的圖形（續(xù)）（2

10、）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓，有下面兩種情況：僅在垂直偏轉(zhuǎn)板的兩板間加正弦變化的電壓，則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來回移動，出現(xiàn)一條垂直線段。 第17頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基本原理1顯示隨時間變化的圖形（續(xù)）僅在水平偏轉(zhuǎn)板的兩板間加鋸齒電壓，則光點(diǎn)只在熒光屏的水平方向來回移動，出現(xiàn)一條水平線段。第18頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基本原理1顯示隨時間變化的圖形（續(xù)）（3）Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓，熒光屏上將顯示出被測信號隨時間變化的一個周期的波形曲線。 第19頁，共

11、107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基本原理2顯示任意兩個變量之間的關(guān)系 示波器兩個偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時顯示的圖形稱為李沙育（Lissajous）圖形，這種圖形在相位和頻率測量中常會用到。 若兩信號的初相相同，且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫出一條與水平軸呈45度角的直線。 第20頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基本原理2顯示任意兩個變量之間的關(guān)系（續(xù)）若兩信號的初相相差90度，且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫出的圖形為圓。第21頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五

12、3.2.2 波形顯示的基本原理3掃描的概念 如果在X偏轉(zhuǎn)板上加一個隨時間線性變化的電壓，垂直偏轉(zhuǎn)板不加電壓，那么光點(diǎn)在水平方向的偏移距離為 ，比例系數(shù)Sx稱為示波管的X軸偏轉(zhuǎn)靈敏度。 光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動的過程稱為“掃描”，能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點(diǎn)自左向右的連續(xù)掃動稱為“掃描正程”，自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點(diǎn)的過程稱為“掃描逆程”。 第22頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基本原理4同步的概念 （1）Tx=nTy(n為正整數(shù))：熒光屏上將穩(wěn)定顯示n個周期的被測信號波形。 n=2如果掃描電壓周期Tx與被測電壓周期Ty保持Tx=

13、nTy的關(guān)系，則稱掃描電壓與被測電壓“同步”。 第23頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基本原理4同步的概念（續(xù)）（2）TxnTy(n為正整數(shù))，即不滿足同步關(guān)系時，顯示的波形不穩(wěn)定。 第24頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基本原理5連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描 掃描電壓是連續(xù)的方式稱為連續(xù)掃描。 當(dāng)欲觀測脈沖信號，尤其是占空比很小的脈沖時，采用連續(xù)掃描存在一些問題：選擇掃描周期等于脈沖重復(fù)周期時，難以看清脈沖波形的細(xì)節(jié)。 第25頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基

14、本原理5連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描（續(xù)） 選擇掃描周期等于脈沖底寬時，觀測者不易觀察波形，而且掃描的同步很難實(shí)現(xiàn)。 第26頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基本原理5連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描（續(xù)） 觸發(fā)掃描時，使掃描脈沖只在被測脈沖到來時才掃描一次；沒有被測脈沖時，掃描發(fā)生器處于等待工作狀態(tài)。第27頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.2.2 波形顯示的基本原理6掃描過程的增輝 為了使回掃產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可以設(shè)法在掃描正程期間，給示波器增輝。 若不增輝將產(chǎn)生如圖的回掃線第28頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，

15、星期五3.3 通用示波器 3.3.1 通用示波器的組成 第29頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3 通用示波器3.3.2 通用示波器的垂直通道1輸入電路：包括衰減器和輸入選擇開關(guān)。 （1）衰減器 最佳補(bǔ)償條件 ：過補(bǔ)償 ：欠補(bǔ)償：改變分壓比的開關(guān)為示波器的垂直靈敏度粗調(diào)開關(guān)，在面板上用“V/cm”標(biāo)記。 第30頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3 通用示波器（2）輸入耦合方式 輸入耦合方式設(shè)有AC、GND、DC三檔選擇開關(guān)。觀察交流信號時，置“AC”檔。確定零電壓時，置“GND”檔。觀測頻率很低的信號或帶有直流分量的交流信號 時，置“DC

16、”檔。 第31頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.2 通用示波器的垂直通道2前置放大器 前置放大器將信號適當(dāng)放大，從中取出內(nèi)觸發(fā)信號，并具有靈敏度微調(diào)、校正、Y軸移位、極性反轉(zhuǎn)等控制作用。 Y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，相應(yīng)的Y偏轉(zhuǎn)板上的直流電位和波形在Y方向的位置也會改變。 可通過調(diào)節(jié)“Y軸位移”旋鈕，調(diào)節(jié)直流電位以改變被測波形在屏幕上的位置。 第32頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.2 通用示波器的垂直通道3延遲線 觸發(fā)掃描時，掃描的開始時間總是滯后于被觀測脈沖

17、一段時間，這樣，脈沖的上升過程就無法被完整地顯示出來。 左圖為沒有延遲線時屏幕上顯示的脈沖。第33頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.2 通用示波器的垂直通道3延遲線（續(xù)） 延遲線的作用就是把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的脈沖信號延遲一段時間，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。 延遲線的要求：只對信號產(chǎn)生延遲，不失真。第34頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.2 通用示波器的垂直通道4Y輸出放大器 Y輸出放大器是將延遲線傳來的被測信號放大到足夠的幅度，用以驅(qū)動示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使電子束獲得Y方向的滿偏轉(zhuǎn)。 Y輸出放大器應(yīng)具有穩(wěn)

18、定的增益、較高的輸入阻抗、足夠?qū)挼念l帶、較小的諧波失真 。 Y輸出放大器大都采用推挽式放大器，有利于提高共模抑制比?？刹捎酶淖冐?fù)反饋的方法改變放大器的增益 （面板上的“5”或“10”開關(guān) ）。 第35頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道 水平通道包括觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等部分，其主要任務(wù)是產(chǎn)生隨時間線性變化的掃描電壓，再放大到足夠的幅度，然后輸出到水平偏轉(zhuǎn)板，使光點(diǎn)在熒光屏的水平方向達(dá)到滿偏轉(zhuǎn)。 第36頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道1觸發(fā)電路觸發(fā)電路的作用是為掃描信號發(fā)生

19、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、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。 第37頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道1觸發(fā)電路（續(xù)）（1）觸發(fā)源選擇 內(nèi)觸發(fā)（INT）：將Y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。 外觸發(fā)（EXT）：用外接的、與被測信號有嚴(yán)格同步關(guān)系的信號作為觸發(fā)源，用于比較兩個信號的同步關(guān)系。電源觸發(fā)（LINE）：用50Hz的工頻正弦信號作為觸發(fā)源，適用于觀測與50Hz交流有同步關(guān)系的信號。第38頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26

20、分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道1觸發(fā)電路（續(xù)）（2）觸發(fā)耦合方式 “DC”直流耦合：用于接入直流或緩慢變化的觸發(fā)信號。 “AC”交流耦合：用于觀察從低頻到較高頻率的信號。 “AC低頻抑制”耦合：用于觀察含有低頻干擾的信號。 “HF REJ”高頻抑制耦合：用于抑制高頻成分的耦合。 第39頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道1觸發(fā)電路（續(xù)）（3）掃描觸發(fā)方式選擇（TRIG MODE） 常態(tài)（NORM）觸發(fā)方式：指有觸發(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。 自動（AUTO）觸發(fā)方式：有連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出，熒光屏上總

21、能顯示掃描線。（可以在連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描自動切換） 電視（TV）觸發(fā)方式：是在原有放大、整形電路基礎(chǔ)上插入電視同步分離電路實(shí)現(xiàn)的，以便對電視信號（如行、場同步信號）進(jìn)行監(jiān)測與電視設(shè)備維修。 第40頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道1觸發(fā)電路（續(xù)）（4）觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調(diào)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，并決定被顯示信號的起始點(diǎn)。 觸發(fā)極性是指觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)源信號的上升沿還是下降沿。 觸發(fā)電平是指觸發(fā)脈沖到來時所對應(yīng)的觸發(fā)放大器輸出電壓的瞬時值。 第41頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3

22、通用示波器的水平通道（4）觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調(diào)節(jié)第42頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道1觸發(fā)電路（續(xù)）（5）放大整形電路 放大整形電路的作用是對觸發(fā)信號進(jìn)行放大、整形，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(dāng)輸入的觸發(fā)源信號與通過“觸發(fā)極性”和“觸發(fā)電平”選擇的信號之差達(dá)到某一設(shè)定值時，比較電路翻轉(zhuǎn)，輸出矩形波，然后經(jīng)過微分整形，變成觸發(fā)脈沖。 第43頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道2掃描發(fā)生器環(huán) 掃描發(fā)生器環(huán)又叫時基電路，常由積分器、掃描閘門及比較釋抑電路

23、組成 。第44頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道2掃描發(fā)生器環(huán)（續(xù)）閘門電路產(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)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。第45頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道2掃描發(fā)生器環(huán)（續(xù)）（1）掃描方式選擇：包括連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描。（2）掃描門 1）控制積分器掃描。 2）起正程加

24、亮作用。 3）使雙蹤示波器工作于交替狀態(tài)。 第46頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道2掃描發(fā)生器環(huán)（續(xù)）（2）掃描門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電路。右圖為施密特觸發(fā)器構(gòu)成的閘門電路。 第47頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道2掃描發(fā)生器環(huán)（續(xù)）（3）積分器 密勒（Miller）積分器是通用示波器中應(yīng)用最廣的一種積分電路。 第48頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道2掃描發(fā)生器環(huán)（續(xù)）（3）積分器 積分器產(chǎn)

25、生的鋸齒波電壓被送入X放大器中放大，再加至水平偏轉(zhuǎn)板。 熒光屏上單位長度所代表的時間為示波器的掃描速度 （t/cm），x：光跡在水平方向偏轉(zhuǎn)的距離；t：偏轉(zhuǎn)x距離所對應(yīng)的時間。 在示波器中通常改變R或C值作為“掃描速度”粗調(diào)，用改變E值作為“掃描速度”微調(diào)。 第49頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道2掃描發(fā)生器環(huán)（續(xù)）（4）比較和釋抑電路 在比較電路中，輸入電壓與預(yù)置的參考電平進(jìn)行比較，當(dāng)輸入電壓等于預(yù)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。 釋抑電路在掃描逆程開始后，關(guān)閉或抑制掃描閘門，使“抑制

26、”期間掃描電路不再受到同極性觸發(fā)脈沖的觸發(fā)。 第50頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道2掃描發(fā)生器環(huán)（續(xù)）（4）比較和釋抑電路 比較和釋抑電路與掃描門、積分器構(gòu)成一個閉合的掃描發(fā)生器環(huán)。 掃描門的輸入接受三個方面的信號：“穩(wěn)定度”電位器提供的直流電位；來自釋抑電路的釋抑信號；來自觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖。 1）觸發(fā)掃描過程： 第51頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道2掃描發(fā)生器環(huán)（續(xù)）（4）比較和釋抑電路第52頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器

27、的水平通道2掃描發(fā)生器環(huán)（續(xù)）（4）比較和釋抑電路2）連續(xù)掃描。 在此掃描方式下，通過“穩(wěn)定度”調(diào)節(jié)，使閘門電路的靜態(tài)工作電平高于上觸發(fā)電平E1，則不論是否有觸發(fā)脈沖，掃描閘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，以控制掃描正程的結(jié)束，從而實(shí)現(xiàn)掃描電壓和被測電壓的同步。 第53頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.3 通用示波器的水平通道3水平放大器 其基本作用是選擇X軸信號，并將其放大到足以使光點(diǎn)在水平方向達(dá)到滿偏的程度。 X放大器的輸入端置于“內(nèi)”時，X放大器放大掃描信號；置于“外”時，水平放大器放大由面板上X輸入端直接輸入的信號。 第54頁，

28、共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.4 通用示波器的其他電路 1高、低壓電源 分別用于示波器的高、中壓和直流供電。2Z軸的增輝與調(diào)輝 增輝：將閘門信號放大，使顯示的波形正程加亮。 調(diào)輝：加外調(diào)制信號或時標(biāo)信號，使屏幕顯示的波形發(fā)生相應(yīng)地變化。3校準(zhǔn)信號發(fā)生器 可產(chǎn)生幅度和頻率準(zhǔn)確的基準(zhǔn)方波信號，為儀器本身提供校準(zhǔn)信號源。 第55頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五例：用示波器觀測正弦波時，熒光屏上得到如圖所示波形，試分析示波器哪個部分工作不正常? (1)為掃描鋸齒波線性度不好；(2)Y放大器引入失真，出現(xiàn)削頂，產(chǎn)生截止失真；(3)有掃描回線，增輝

29、電路工作不正常。 第56頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.5 示波器的多波形顯示 1多線示波 利用多槍電子管來實(shí)現(xiàn)的。 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(zhǔn)確度。 2多蹤示波 在單線示波的基礎(chǔ)上增加了電子開關(guān)，利用分時復(fù)用的原理，分別把多個垂直通道的信號輪流接到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，最終實(shí)現(xiàn)多個波形的同時顯示。 第57頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.5 示波器的多波形顯示2多蹤示波“Y1”通道（CH1）、“Y2”通道（CH2）和疊加方式（CH1+CH2）都只顯示一個波形。 第58頁，共107頁，2022

30、年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.5 示波器的多波形顯示2多蹤示波（續(xù)) 交替方式（ALT）：適合于觀察高頻信號。 第59頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.5 示波器的多波形顯示2多蹤示波（續(xù)) 斷續(xù)方式（CHOP）：適用于被測信號頻率較低的情況。 第60頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.6 雙時基掃描顯示 雙時基示波器有兩個獨(dú)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(xì)觀察其中一個或部分脈沖的細(xì)節(jié)。 第61頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.6 雙時基掃描顯示為了能同時觀測脈

31、沖列的全貌及其中某一部分的細(xì)節(jié)，設(shè)立電子開關(guān)，把兩套掃描電路的輸出交替地接人X放大器。這稱為A延遲B。把A、B掃描門產(chǎn)生的增輝脈沖疊加起來，形成合成增輝信號，用它來給A通道增輝，則A通道所顯示的脈沖列中，對應(yīng)B掃描期間的那個脈沖3被加亮，這稱為B加亮A。包括上兩種方式的，被稱為自動雙掃描。 第62頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.3.6 雙時基掃描顯示第63頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.4 數(shù)字存儲示波器 1數(shù)字存儲示波器的組成原理 第64頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.4 數(shù)字存儲示波器1數(shù)字存儲示波器

32、的組成原理（續(xù)）工作模式：實(shí)時工作模式（與模擬示波器相同）存儲工作模式當(dāng)處于存儲工作模式時，其工作過程一般分為存儲和顯示兩個階段。在存儲工作階段，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號，在邏輯控制電路的控制下依次寫入到RAM中。在顯示工作階段，將數(shù)字信號從存儲器中讀出轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)垂直放大器放大加到CRT的Y偏轉(zhuǎn)板。同時，CPU的讀地址計數(shù)脈沖加至D/A轉(zhuǎn)換器，得到一個階梯波掃描電壓，驅(qū)動CRT的X偏轉(zhuǎn)板，顯示圖像：以稠密的“光點(diǎn)”包絡(luò)重現(xiàn)圖像 第65頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.4 數(shù)字存儲示波器2數(shù)字存儲式波器的工作方式 （1）數(shù)字存儲器的功能 隨機(jī)存儲器RAM包括

33、信號數(shù)據(jù)存儲器、參考波形存儲器、測量數(shù)據(jù)存儲器和顯示緩沖存儲器四種。 （2）觸發(fā)工作方式 1）常態(tài)觸發(fā) 同模擬示波器基本一樣。 2）預(yù)置觸發(fā) 可觀測觸發(fā)點(diǎn)前后不同段落上的波形。 第66頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.4 數(shù)字存儲示波器2數(shù)字存儲式波器的工作方式（續(xù)）（3）測量與計算工作方式 數(shù)字存儲示波器對波形參數(shù)的測量分為自動測量和手動測量兩種。一般參數(shù)的測量為自動測量，特殊值的測量使用手動光標(biāo)進(jìn)行測量。（4）面板按鍵操作方式 數(shù)字存儲示波器的面板按鍵分為立即執(zhí)行鍵和菜單鍵兩種。 第67頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.4 數(shù)字存儲示

34、波器3數(shù)字存儲示波器的顯示方式 （1）存儲顯示 適于一般信號的觀測。 （2）抹跡顯示 適于觀測一長串波形中在一定條件下才會發(fā)生的瞬態(tài)信號。（3）卷動顯示 適于觀測緩變信號中隨機(jī)出現(xiàn)的突發(fā)信號。 第68頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.4 數(shù)字存儲示波器3數(shù)字存儲示波器的顯示方式（4）放大顯示 適于觀測信號波形細(xì)節(jié)。 （5）XY顯示 第69頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.4 數(shù)字存儲示波器3數(shù)字存儲示波器的顯示方式（6）顯示的內(nèi)插 插入技術(shù)可以解決點(diǎn)顯示中視覺錯誤的問題。 主要有線性插入和曲線插入兩種方式。 第70頁，共107頁，2022

35、年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.4 數(shù)字存儲示波器4數(shù)字存儲示波器的特點(diǎn) （1）波形的采樣/存儲與波形的顯示是獨(dú)立的 因而可以無閃爍地觀測極慢變化信號 ；對于觀測極快信號來說，數(shù)字存儲示波器可采用低速顯示。（2）能長時間地保存信號 便于觀察單次出現(xiàn)的瞬變信號。 （3）先進(jìn)的觸發(fā)功能 不僅能顯示觸發(fā)后的信號，而且能顯示觸發(fā)前的信號。 第71頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.4 數(shù)字存儲示波器4數(shù)字存儲示波器的特點(diǎn)（續(xù)）（4）測量準(zhǔn)確度高 采用了晶振和高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器。 （5）很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力 內(nèi)含微處理器，能自動實(shí)現(xiàn)多種波形參數(shù)的測量與顯示；還具有自檢與自

36、校等多種自動操作功能。 （6）外部數(shù)據(jù)通信接口 可以很方便地將存儲的數(shù)據(jù)送到計算機(jī)或其他的外部設(shè)備，進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算和分析處理。 第72頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.4 數(shù)字存儲示波器5數(shù)字存儲示波器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）最高取樣速率 指單位時間內(nèi)取樣的次數(shù)，用每秒鐘完成的A/D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來衡量。 實(shí)時取樣速率 （N為每格的取樣數(shù)；t/div為掃描一格所用的時間即掃描時間因數(shù)）。（2）存儲帶寬(B) 允許采樣，存儲的信號帶寬。與取樣速率密切相關(guān) 一般取第73頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.4 數(shù)字存儲示波器5數(shù)字存儲示波器的主

37、要技術(shù)指標(biāo)（續(xù)）（3）分辨率 包括垂直分辨率（電壓分辨率）和水平分辨率（時間分辨率）。 垂直分辨率與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率相對應(yīng)，常以屏幕每格的分級數(shù)(級div)或百分?jǐn)?shù)來表示。例如：8位A/D，垂直分辨率為1/256=0.39%。若屏幕垂直方向8格，則：32級div。水平分辨率由存儲器的容量決定，常以屏幕每格含多少個取樣點(diǎn)或用百分?jǐn)?shù)來表示。例如：若存儲器容量1kB(=1024)，若屏幕水平方向10格，則：1024/10=100點(diǎn)div或1/1024=0.1%。第74頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.4 數(shù)字存儲示波器5數(shù)字存儲示波器的主要技術(shù)指標(biāo)（續(xù)）（4）存儲容量

38、 由采集存儲器（主存儲器）的最大存儲容量來表示。 （5）讀出速度（掃描速度） 讀出速度是指將數(shù)據(jù)從存儲器中讀出的速度，常用(時間)/div來表示。第75頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五示波器的選擇及正確使用（一）確定你需要模擬還是數(shù)字示波器模擬示波器的優(yōu)點(diǎn)： 操作控制均很熟悉。 對諸如垂直靈敏度、時基掃描速度、跟蹤位置以及觸發(fā)電平等常 用調(diào)節(jié)可以進(jìn)行直接專門控制。 價格低（頻率較低的）模擬示波器的缺點(diǎn)： 精度低、測量能力較弱 帶寬有局限性 無預(yù)觸發(fā)觀測能力 顯示易閃爍并容易顯示模糊第76頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五 數(shù)字示波器的優(yōu)點(diǎn)： 測

39、量精度高 帶寬較寬 顯示可存儲 有預(yù)觸發(fā)觀測能力 能捕捉單次信號，并準(zhǔn)確定位 能進(jìn)行峰值毛刺檢測 自動測量 可與計算機(jī)打印機(jī)、繪圖儀連接 具有波形運(yùn)算能力，包括波形、數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算功能。 有平均和無限余輝顯示模式 亮度高，聚焦好 可進(jìn)行自校準(zhǔn)第77頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5 示波器的基本測試技術(shù) 3.5.1 示波器的選用（1）根據(jù)要顯示的信號數(shù)量，選擇單蹤或雙蹤示波器。 （2）根據(jù)被測信號的頻率特點(diǎn)選擇。 （3）根據(jù)被測信號的重現(xiàn)方式選擇。 （4）根據(jù)被測信號是否含有交直流成分選擇。 （5）根據(jù)被測信號的測試重點(diǎn)選擇。 第78頁，共107頁，2022年，5月

40、20日，4點(diǎn)26分，星期五 （二）確定你對帶寬的要求 首先要考慮示波器的帶寬 即頻率上限， 通常為了使信號的高頻成分基本不衰減地顯示，示波器的帶寬至少應(yīng)為被測信號中最高頻率的三倍以上。（正弦波可1:1） 下圖說明一50MHz的方波在不同的四種數(shù)字示波器上進(jìn)行觀測的結(jié)果：500M有高頻細(xì)節(jié),上升時間快150M高頻信號細(xì)節(jié)丟失,上升時間減慢20M顯示波形面目全非100M上升時間變慢,幅度有衰減第79頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五如果需要更高的精度，要求示波器的帶寬高出被測信號頻率的十倍。（雖然精確的幅值測量并不完全取決于頻率響應(yīng)） 考慮信號顯示的上升時間 與通帶寬度或者

41、說高頻端有關(guān)設(shè)：示波器的高端頻為 （ ）若被測信號實(shí)際上升時間為若則示波器的影響忽略不計否則測量值 對于定時測量，信號上升時間與示波器上升時間的比值越高，則測量誤差越小。第80頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五7.6.2 示波器的正確使用 使用注意事項（1）檢查電源電壓。 （2）通電預(yù)熱后再調(diào)整各旋鈕，同時注意各旋鈕應(yīng)先大致旋在中間位置。（3）亮度不宜開得過高，且亮點(diǎn)不宜長期停留在固定位置，不觀測波形時，應(yīng)該將輝度調(diào)暗。（4）輸入信號電壓的幅度應(yīng)控制在示波器的最大允許輸入電壓范圍內(nèi)。 第81頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.2 示波器的正

42、確使用2通用示波器的主要技術(shù)性能 （1）Y軸通道 包括偏轉(zhuǎn)靈敏度、頻帶寬度、輸入阻抗、最大輸入電壓、工作方式及Y通道延遲時間等。 （2）X軸通道包括時基因數(shù)、工作方式、觸發(fā)方式、耦合方式及外觸發(fā)最大輸入電壓等。 （3）主機(jī)包括顯示尺寸、后加速陽極電壓、校準(zhǔn)信號等。第82頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.2 示波器的正確使用3通用示波器的面板示意圖 （1）CH1（X）通道1：垂直輸入端。 （2）CH2（Y）通道2：垂直輸入端。 （3）VOLTS/DIV輸入衰減器。 （4）VERT MODE：垂直方式選擇開關(guān)。 （5）SOURCE觸發(fā)源選擇開關(guān)。 （6）COUPLI

43、NG觸發(fā)信號耦合方式開關(guān)。 （7）TIME/DIV掃描時間選擇開關(guān)。 第83頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.2 示波器的正確使用3通用示波器的面板示意圖（續(xù)）（8）SWEEP MODE掃描方式選擇開關(guān)。 （9）EXT TRIG和EXT HOR外觸發(fā)和外水平共用輸入端。 （10）LEVEL HOLD OFF觸發(fā)電平和釋抑時間雙重控制旋鈕。 （11）X-Y方式。 第84頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.2 示波器的正確使用3通用示波器的面板示意圖（續(xù)）第85頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.2 示波器

44、的正確使用4探頭的正確使用常見探頭為低電容高電阻探頭： 第86頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.2 示波器的正確使用4探頭的正確使用（續(xù)）低電容探頭的應(yīng)用使輸入阻抗大大提高，特別是輸入電容大大減小。但是，將使示波器的靈敏度有所下降。探頭和示波器是配套使用的，不能互換，否則將會導(dǎo)致分壓比誤差增加或高頻補(bǔ)償不當(dāng)。低電容高電阻探頭的校正方法是以良好的方波電壓通過探頭加到示波器，微調(diào)電容C以達(dá)到出現(xiàn)良好的方波。采用射級耦合跟隨器的有源探頭，可進(jìn)一步提高輸入阻抗。 第87頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.3 用示波器測量電壓 1直流電壓的測

45、量 （1）測量原理 利用被測電壓在屏幕上呈現(xiàn)的直線偏離時間基線（零電平線）的高度與被測電壓的大小成正比的關(guān)系進(jìn)行的。 為被測直流電壓值，h為被測直流信號線的電壓偏離零電平線的高度； 為示波器的垂直靈敏度， k為探頭衰減系數(shù)。第88頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.3 用示波器測量電壓1直流電壓的測量（續(xù)）（2）測量方法 1）將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置（CAL）。2）將待測信號送至示波器的垂直輸入端。3）確定零電平線。(斷開輸入線，接地)4）將示波器的輸入耦合開關(guān)撥向“DC”檔，確定直流電壓的極性。5）讀出被測直流電壓偏離零電平線的距離h。 6）

46、計算被測直流電壓值。 第89頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.3 用示波器測量電壓1直流電壓的測量（續(xù)）例7-1 示波器測直流電壓及垂直靈敏度開關(guān)示意圖如圖所示，h=4cm、V/cm、若k=10：1，求被測直流電壓值。 (V)第90頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.3 用示波器測量電壓2交流電壓的測量 （1）測量原理 為被測交流電壓值（峰-峰值）；h為被測交流電壓波峰和波谷的高度或任意兩點(diǎn)間的高度； 為示波器的垂直靈敏度； 為探頭衰減系數(shù)。（2）測量方法 垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置；接入待測信號；輸入耦合開關(guān)置于“AC”

47、；調(diào)節(jié)掃描速度使波形穩(wěn)定顯示；調(diào)節(jié)垂直靈敏度開關(guān)；讀出被測交流電壓波峰和波谷的高度；計算被測交流電壓的峰-峰值。 第91頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.3 用示波器測量電壓2交流電壓的測量（續(xù)）例7-2 示波器正弦電壓如圖所示，h=8cm、V/cm、若K=1：1，求被測正弦信號的峰-峰值和有效值。正弦信號的峰-峰值為正弦信號的有效值為 V第92頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.4 用示波器測量時間和頻率 1測量周期和頻率 （1）測量原理 被測交流信號的周期（x為被測交流信號的一個周期在熒光屏水平方向所占距離； 為示波器的掃描速度； 為X軸擴(kuò)展倍率。 周期的倒數(shù)即為頻率。 第93頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.4 用示波器測量時間和頻率1測量周期和頻率（續(xù)）（2）測量方法 1）將示波器的掃描速度微調(diào)旋鈕置于“校準(zhǔn)” 位置。 2）將待測信號送至示波器的水平輸入端。3）將示波器的輸入耦合開關(guān)置于“AC”位置。4）調(diào)節(jié)掃描速度開關(guān)，記錄 值。5）讀出被測交流信號的一個周期在熒光屏水平方向所占的距離x。6）計算被測交流信號的周期。 第94頁，共107頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)26分，星期五3.5.4 用示波器測量時間和頻率1測量周