電子測量,曾濤或王化深第三章

第三章示波測試和測量技術(shù)一、概述二、示波測試的基本原理三、示波器多波形顯示四、取樣技術(shù)在示波測量中的應用五、波形的存儲和記憶六、示波器的使用第三章

示波測試及測量技術(shù)一、概述：1931年美國無線電公司發(fā)明。特點：1、直接觀測和真實顯示被測波形?？娠@示脈沖信號的前后沿、脈寬、上升下降時間。2、是時域測試典型儀器，能檢測信號波形是否正常，有無失真以及相關(guān)關(guān)系。3、X-Y圖示儀。4、是多種電量和非電量測試和測量中的基本測試儀器。分類通過描繪被研究的信號隨時間的變化，可用于調(diào)試電子電路、維修儀器設備。是構(gòu)成其他兩個測試領(lǐng)域的儀器設備的基礎。根據(jù)示波器的性能和結(jié)構(gòu)，分為：通用示波器；多束示波器；取樣示波器；記憶、存儲示波器；專用或特殊示波器。二、示波測試的基本原理：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XY外觸發(fā)輸入校準信號發(fā)生器校準輸出s2Y通道X通道s150Hz電源燈絲陰極K柵極G1G2陽極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：D’y=1/h’y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（t）時變圖形（1）、掃描A、偏轉(zhuǎn)特性：測試信號波形的理論依據(jù)是：示波器CRT偏轉(zhuǎn)特性——靜電特性，yVy，x

Vx光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為掃描，從左到右稱為掃描正程，從右到左為回程。B、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=NTsN-為整數(shù)C、連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描

Ts被測脈沖連續(xù)掃描Tn=TstTntTn連續(xù)掃描Tn=t觸發(fā)掃描tvy**連續(xù)掃描的特點：1、掃描發(fā)生器連續(xù)工作；2、無輸入信號時顯示一條時基線；**觸發(fā)掃描的特點：1、被測脈沖到來時掃描一次；2、平時為等待掃描狀態(tài)；3、主要用于觀測占空比很小的脈沖，掃描電壓持續(xù)時間的選擇應等于或稍大于脈沖底寬。在有的示波器上，會有一個按鈕來進行選擇。D、關(guān)于增輝、消隱存在的問題解決的辦法如圖所示：掃描正程時加上增輝脈沖，電子槍KG1G2_+輝度聚焦輔助聚焦熒光屏A1A2增輝消隱！對于觸發(fā)掃描，掃描正程增輝可避免無信號時中心亮點毀壞屏幕。E、掃描信號鋸齒波的產(chǎn)生#對于掃描信號要求：

要求波形線性好，下降快；如線性不好時，信號觀測會產(chǎn)生失真，下降不夠快時，會出現(xiàn)回掃。

如圖所示，X通道主要功能即為產(chǎn)生掃描信號。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校準信號發(fā)生器校準輸出s2Y通道X通道s1輸入Y外觸發(fā)輸入50Hz電源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)1、掃描門：采用施密特電路E2E1tt0V0

又稱為時基閘門，連續(xù)掃描時，沒有觸發(fā)信號也有門控信號輸出；觸發(fā)掃描時只有在觸發(fā)脈沖作用下才應產(chǎn)生觸發(fā)信號。輸入端由三個方面信號控制：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

2、積分器：采用密勒積分器，使熒光屏上水平距離代表時間RAViVoT+EC（1）、使熒光屏上水平距離代表時間（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）

3、比較和釋抑電路作用：通過判斷積分器輸出電壓來控制掃描門關(guān)閉，同時使積分器復位。復位過程即為回掃過程。E0E1E2Vrt12t1t1′t2t3t4t5

連續(xù)掃描時，穩(wěn)定度旋鈕電平E0大于上觸發(fā)電平E1

觸發(fā)掃描時，E0介于E1與E2之間脈沖到來時觸發(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（2）、觸發(fā)電路作用：產(chǎn)生周期與被測信號有關(guān)的觸發(fā)電路脈沖，加至掃描門。組成：方式開關(guān)、電平旋鈕、極性開關(guān)、S1開關(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”決定正半周或負半周觸發(fā)方式開關(guān)決定不同的耦合方式：AC、DC1、正極性，正電平觸發(fā)點2、負極性，正電平觸發(fā)點3、正極性，負電平觸發(fā)點4、負極性，負電平觸發(fā)點2、顯示兩個任意變量的關(guān)系李沙育圖形，例題1

示波功能的擴展，例題21、多線示波器發(fā)射多個相互獨立的電子束，多槍多束或單槍多束；常用雙線示波器。缺點：工藝要求較高，價格較貴。2、多蹤示波器組成與普通示波器類似，增加了一個電子開關(guān)，具有多個垂直通道。電子開關(guān)的切換或轉(zhuǎn)換方式有交替和斷續(xù)兩種，屬于時間分割方式。三、示波器多波形顯示A門電子開關(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：“交替”方式“斷續(xù)”方式3、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掃描電子開關(guān)Y線分離B門X放大Y放大Rp功能：在觀察一個脈沖序列的同時，可以仔細觀察其中一個或部分脈沖的細節(jié)有兩個獨立的觸發(fā)和掃描電路，掃速可相差很多倍延遲觸發(fā)電平被測信號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)波形四、取樣技術(shù)在示波測量中的應用取樣分為實時取樣非實時取樣實時取樣：指在信號經(jīng)歷的實際時間內(nèi)對一個信號波形進行取樣。缺點：不能解決示波器在觀測高頻信號時所遇到的頻帶限制的困難。非實時取樣：取樣點分別取自若干個信號波形的不同位置。優(yōu)點：解決了實時取樣的缺點。Tt2t3t4t5tt1t2t3t4t5t6123456五、波形的存儲和記憶記憶示波器——利用記憶示波管組成的電路，可記憶一周左右。數(shù)字存儲示波器六、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)測量強弱信號的能力。（2）、掃描速度Ss：10S/cm--1nS/cm（3）、帶寬：儀器響應降低3dB時的上限頻率。信號上升時間/示波器對信號的上升時間測量誤差1/141%3/15.2%5/12%10/10.5%結(jié)論:示波器帶寬越寬，上升時間越短，測量誤差越小。2、示波器的選用依據(jù)：1、根據(jù)工作特性2、性能價格比3、測量的準確度4、通道數(shù)5、數(shù)據(jù)處理方式6、采樣速率7、評價存檔能力8、易使用（二）、基本測量技術(shù)1、電壓測量直接法比較法位移法2、時間測量直接法時標法位移法掌握各種方法的原理、使用，及其優(yōu)缺點。3、相位測量線形掃描法李沙育圖形法測相位

返回4、調(diào)幅系數(shù)測量梯形法Y通道X通道包絡法示波器BA（三）、正確使用1、探頭配套使用2、注意電壓高低3、注意保護屏幕4、注意通電階梯波電壓發(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本章內(nèi)容及要求1、掌握示波測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：同步問題框圖4、了解CRT偏轉(zhuǎn)特性及其電子槍中兩個電位關(guān)系；5、了解波形的存儲，及取樣技術(shù)在示波測量中的應用。示波器中增輝和消隱在模擬示波器中，存儲和取樣技術(shù)的實現(xiàn)。功能：在觀察一個脈沖序列的同時，可以仔細觀察其中一個或部分脈沖的細節(jié)雙掃描示波器：雙蹤示波器顯示方式：交替和斷續(xù)6、了解數(shù)字示波器和邏輯分析儀原理及應用本章重點：示波測試的基本原理、基本測量技術(shù)、基本測量方法、工作特性及數(shù)字示波器、邏輯分析儀的原理組成和特點。本章作業(yè)：示波測試的應用、有關(guān)觸發(fā)和掃描的基本概念、雙掃描系統(tǒng)的基本原理、示波器的正確選擇及故障分析。第四章KGA1A2YXK1K2G11G12G21G22收集極存儲介質(zhì)存儲柵網(wǎng)寫入電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)讀出電子槍記憶和顯示部分返回柵網(wǎng)式存儲示波管水平放大器輸入衰減器輸入放大器觸發(fā)電路A/D轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器邏輯控制電路(微處理器)地址計數(shù)器D/A轉(zhuǎn)換器GPIB控制器記錄輸出控制器掃描發(fā)生器延遲線垂直放大器存儲實時實時存儲存儲輸入外觸發(fā)CRT存儲器(RAM)數(shù)字示波器可以方便的實現(xiàn)對模擬信號進行長期存儲;可以利用機內(nèi)微處理器對存儲的信號進行進一步的處理;例如:自動測量被測波形的頻率、幅度、前后沿時間、平均值等數(shù)字示波器分為實時和存儲兩種工作模式；當為存儲模式時，工作過程分為存儲和顯示兩個階段當為實時工作模式時，原理與傳統(tǒng)模擬示波器基本一樣。取樣器模-數(shù)變換存儲器取樣器模-數(shù)變換存儲器時基電路處理器顯示晶體振蕩器時鐘前置放大器輸入1輸入2外觸發(fā)數(shù)字示波器的輸入電路與模擬示波器的輸入電路相似；數(shù)字示波器的時基電路的功能與模擬示波器不同，它是一個晶體振蕩器，測量觸發(fā)信號和取樣時鐘之間的時間差，處理器根據(jù)此時間差確定將波形取樣放在顯示器上什么位置。被測信號取樣脈沖取樣值RAM地址數(shù)據(jù)A0A1A2A3A4A5A7A8A9A10A11A6D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11取樣和存儲過程地址數(shù)據(jù)A0A1A2A3A4A5A7A8A9A10A11A6D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11讀出和顯示過程讀出數(shù)字量X通道掃描信號熒光屏顯示數(shù)字示波器的技術(shù)指標、特點及應用技術(shù)指標1、最大取樣速率單位時間內(nèi)完成的完整A/D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)2、存儲帶寬3、分辨率包括水平和垂直分辨率4、存儲容量5、讀出速度數(shù)字存儲示波器的特點：1、可觀測甚低頻信號波形；2、可長期存儲波形3、可進行負延遲；可同時觀察到觸發(fā)點前、后的波形，有利于觀察振蕩器起振的過程。觸發(fā)點4、便于觀測單次過程和緩慢變化的過程可用于觀察地震、金屬斷裂、武器發(fā)射、材料變形等單次過程和緩慢變化過程。5、多種顯示方式卷動例如：適合于連續(xù)波形中尋找所需信號的兩種顯示方式適用于在緩慢變化中的信號尋找所需的信號。新波形老波形改寫點自動抹跡每滿足一次觸發(fā)條件，新存儲的波形就覆蓋原波形。6、便于數(shù)據(jù)處理7、可用字符顯示測量結(jié)果8、便于程控和用多種方式輸出9、便于進行功能擴展例如：可擴展為同時顯示時、頻域波形的儀器。HP54645D示波器應用1、模擬信號觀測2個輸入通道；2、數(shù)字信號觀測：16個數(shù)字輸入通過對數(shù)字邏輯信號測量的設置操作，對通道數(shù)字輸入狀態(tài)進行測量3、觸發(fā)方式設置邊沿觸發(fā)觸發(fā)電平4、觸發(fā)類型AUTO:自動觸發(fā)AutioLvl:自動電平觸發(fā)Normal:常態(tài)觸發(fā)模式觸發(fā):對信號通道設置觸發(fā)類型,可以是數(shù)字編碼或者是模擬通道的信號。先進觸發(fā)包括毛刺觸發(fā)、模式觸發(fā)和TV觸發(fā)。1、毛刺觸發(fā)可通過對毛刺的極性和寬度進行定義產(chǎn)生觸發(fā)。2、模式觸發(fā)設置信號的碼型模式作為觸發(fā)信號。3、TV觸發(fā)對電視信號進行觀測時使用。邏輯分析儀原理、組成4、基本組成觸發(fā)識別數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)顯示3、數(shù)據(jù)域測試典型代表;1、數(shù)據(jù)域分析：以離散時間或事件為自變量的數(shù)據(jù)流。2、數(shù)字系統(tǒng)的特點通常是按時續(xù)傳遞多位傳輸傳遞方式多樣速度變化范圍寬單次或非周期信號故障判別數(shù)據(jù)采集探頭輸入寄存器FIFO存儲器觸發(fā)識別器內(nèi)時鐘發(fā)生器顯示發(fā)生器++CRT門限電平設定外時鐘輸入0通道1通道N通道觸發(fā)字置入外觸發(fā)輸入觸發(fā)信號觸發(fā)識別:為了捕獲和顯示感興趣的內(nèi)容，觸發(fā)識別電路用于尋找觸發(fā)字或觸發(fā)事件。數(shù)據(jù)獲?。涸跁r鐘作用下，通過多路數(shù)據(jù)采集探頭，與設定的門限電平進行比較，判為0、1兩種狀態(tài)后存入輸入存儲器。數(shù)據(jù)存儲：存儲采集到的數(shù)據(jù)。通常采用先進先出（FIF