電子示波器及測量技術(shù)課件

第5章電子示波器及測量技術(shù)

電子示波器的類型；掌握示波管及波形顯示原理、通用電子示波器的組成及原理；示波器的雙蹤顯示原理；通用電子示波器的正解選擇與使用；通用示波器的基本測量方法；電子示波器的發(fā)展。

5.1概述

電子示波器（簡稱示波器）是一種以陰極射線管作為顯示器的顯示信號(hào)波形的測量儀器。它對(duì)電信號(hào)的分析是按時(shí)域法進(jìn)行的，即研究信號(hào)的瞬時(shí)幅度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。5.1.1電子示波器的主要特點(diǎn)1．具有良好的直觀性，可直接顯示信號(hào)的波形；也可測量信號(hào)的瞬時(shí)值。2．靈敏度高、工作頻帶寬、速度快，對(duì)觀測瞬變信號(hào)的細(xì)節(jié)帶來了很大的便利。3．輸入阻抗高（兆歐級(jí)），對(duì)被測電路的影響小。5.1.2電子示波器的類型電子示波器種類型號(hào)繁多，主要分為以下幾大類：1．通用示波器：應(yīng)用了基本顯示原理，可對(duì)電信號(hào)進(jìn)行定性和定量觀測。2．取樣示波器：采用取樣技術(shù)將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的低頻信號(hào)，再應(yīng)用通用示波器的基本顯示原理觀測信號(hào)。取樣示波器一般用于觀測頻率高、速度快的脈沖信號(hào)。5.2示波管及波形顯示原理5.2.1示波管示波管（或稱陰極射線管CRT）——示波器的核心組件，是一種將被測電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的顯示器件（真空電子管）。

它分為靜電偏轉(zhuǎn)式和磁偏轉(zhuǎn)式兩大類，在電子示波器中應(yīng)用最廣的是靜電偏轉(zhuǎn)式。

示波管（或稱陰極射線管CRT）主要由三部分組成：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏。其結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。

圖5-1示波管結(jié)構(gòu)示意圖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，去轟擊熒光屏使之發(fā)光。電子槍由燈絲（F）、陰極（K）、柵極（G）、第一陽極（A1）和第二陽極（A2）組成。

燈絲用于加熱陰極；陰極是一個(gè)表面涂有氧化物，在燈絲加熱下發(fā)射電子。第一陽極和第二陽極對(duì)電子束有加速作用，同時(shí)和控制柵極構(gòu)成一個(gè)對(duì)電子束的控制系統(tǒng)，想聚焦作用。調(diào)節(jié)可改RP2可改變第一陽極的電位，調(diào)節(jié)RP3可以改變第二陽極的電位，使電子束恰好在熒光屏上匯聚成細(xì)小的亮點(diǎn)，以保證顯示波形的清晰度。因此把RP2和RP3分別稱為“聚焦”和“輔助聚焦”電位器，儀器面板上對(duì)應(yīng)的旋鈕分別是“聚焦”和“輔助聚焦”旋鈕。使用中要注意的是：在調(diào)節(jié)“輝度”旋鈕時(shí)會(huì)影響聚焦效果，因此，示波管的“輝度”與“聚焦”并非相互獨(dú)立，要配合調(diào)節(jié)。2．偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖5-1中，在第二陽極的后面，用兩對(duì)相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。垂直（Y軸）偏轉(zhuǎn)板在前（靠近第二陽極），水平（X軸）偏轉(zhuǎn)板在后，兩對(duì)極板間各自形成靜電場，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn)。從電子槍射出的電子束，若不受電場的作用，則將沿直線向熒光屏方向運(yùn)行，在熒光屏中心軸線位置顯示出靜止的光點(diǎn)；若電子束受到電場的作用，則其運(yùn)動(dòng)方向就會(huì)偏離中心軸線，即熒光屏上的光點(diǎn)位置就會(huì)產(chǎn)生位移；如果電場是周期性交變的，則熒光屏上將顯示出一條光點(diǎn)的軌跡。其偏轉(zhuǎn)位移可由式下式來表示。式中：l---偏轉(zhuǎn)板長度（cm）L---偏轉(zhuǎn)板右側(cè)邊緣到熒光屏之間的距離（cm）d---兩偏轉(zhuǎn)板之間的距離（cm）UA2---第二陽極與陰極間的電壓（V）Uy---加一起Y軸兩偏轉(zhuǎn)板間的電壓（V）上式中L、l、d均為常數(shù)，當(dāng)亮點(diǎn)聚焦調(diào)整好以后，UA2也基本不變，則熒光屏上的亮點(diǎn)偏轉(zhuǎn)距離y與加于偏轉(zhuǎn)板上的電壓Uy成正比。設(shè)

則稱Sy為示波管Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度，表示亮點(diǎn)在熒光屏上偏轉(zhuǎn)1cm所需加于偏轉(zhuǎn)板上的電壓值（峰-峰值）。此值愈小表示靈敏度愈高。偏轉(zhuǎn)靈敏度是與外加偏轉(zhuǎn)電壓大小無關(guān)的常數(shù)。同理，X軸偏轉(zhuǎn)板也有靈敏度的數(shù)值。3．熒光屏熒光屏一般為圓形或矩形的，其內(nèi)壁沉積有磷光物質(zhì)，形成熒光膜，面向電子槍的一側(cè)。它在受到高速運(yùn)動(dòng)著電子轟擊后，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為光能，產(chǎn)生亮點(diǎn)。當(dāng)電子束隨信號(hào)電壓偏轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)亮點(diǎn)的移動(dòng)軌跡就形成了信號(hào)的波形。

實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)示波器用途不同選用不同余輝的示波管，顯示高頻信號(hào)的示波器宜用短余輝管；觀察生物及自動(dòng)控制等緩慢信號(hào)的超低頻示波器宜用長余輝管；一般用途的示波器均用中余輝管。5.2.2波形顯示原理

用示波器顯示被測信號(hào)的波形，基本上有兩種類型：一種是顯示任意兩個(gè)信號(hào)與的關(guān)系；另一種是顯示隨時(shí)間變化的信號(hào)。

1．電子束沿與作用的合成方向運(yùn)動(dòng)打在熒光屏上亮點(diǎn)的位置取決于同時(shí)加在垂直和水平偏轉(zhuǎn)板上的電壓。

當(dāng)示波管的兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上不加任何信號(hào)時(shí)，亮點(diǎn)則打在熒光屏的中心位置。若僅在Y軸偏轉(zhuǎn)板加一個(gè)隨時(shí)間變化的電壓，例如，uy=umsinωt，則電子束沿垂直方向運(yùn)動(dòng)，任一瞬間的偏轉(zhuǎn)距離正比于該瞬間Y偏轉(zhuǎn)板上的電壓，其軌跡為一條垂直直線，如圖5-3（a）所示。

同理，若僅在X軸偏轉(zhuǎn)板上加正弦波電壓，則電子束沿水平方向運(yùn)動(dòng)，軌跡為一條水平線，如圖5-3(b)所示。

在Y軸和X軸同時(shí)加同一正弦波電壓時(shí)，如果ux=uy，亮點(diǎn)在熒光屏上的位置由電壓和共同決定。因?yàn)樵谕粫r(shí)刻，X、Y方向偏轉(zhuǎn)的距離相同，則在熒光屏上顯示一條直線，這條直線與水平軸呈45，如圖5-3（c）。1、顯示隨時(shí)間變化的圖形電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對(duì)X、Y的控制作用有如下幾種情況。（1）Ux、Uy為固定電壓的情況a）設(shè)Ux=Uy=0，則光點(diǎn)在垂直和水平方向都不偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)在熒光屏的中心位置，如圖a。b）設(shè)Ux=0、Uy=常量，光點(diǎn)在垂直方向偏移。設(shè)Uy為正電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向上移，若Uy為負(fù)電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向下移。c）設(shè)Ux=常量、Uy=0，則光點(diǎn)在水平方向偏移。若Ux為正電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向右移，若Ux為負(fù)電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向左移。d）設(shè)Ux=常量、Uy=常量，當(dāng)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上同時(shí)加固定的正電壓時(shí)，應(yīng)為兩電壓的矢量合成。二、圖像顯示的基本原理電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點(diǎn)在屏幕上移動(dòng)的軌跡，是加到偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號(hào)的波形。

(2）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓

a)設(shè)ux=0，uy=Umsinωt。由于X偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在水平方向是不偏移的，則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來回移動(dòng)，出現(xiàn)一條垂直線段，如圖a。

b）設(shè)ux=kt，uy=0，由于Y偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在垂直方向是不移動(dòng)的，則光點(diǎn)在熒光屏的水平方向上來回移動(dòng)，出現(xiàn)的也是一條水平線段，如圖b。(a)(b)水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓

2、顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)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(huì)用到。(a)若兩信號(hào)的初相相同，則可在熒光屏上畫出一條直線，若兩信號(hào)在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，這條直線與水平軸呈45o角;(b)如果這兩個(gè)信號(hào)初相位相差90o，則在熒光屏上畫出一個(gè)正橢圓；若X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則熒光屏上畫出的圖形為圓。

(a)ux、uy同頻同相

(b)ux、uy同頻但相差90o2．顯示隨時(shí)間變化的波形⑴掃描的概念為了顯示uy的波形，必須在Y軸偏轉(zhuǎn)板加有uy信號(hào)的同時(shí)，在X軸偏轉(zhuǎn)板加隨時(shí)間線性變化的掃描電壓（鋸齒波形電壓）,如圖5-4所示。

0tUmTx圖5-4鋸齒波電壓波形

若在Y方向不加電壓，則光點(diǎn)在熒光屏上構(gòu)成一條反映時(shí)間變化的直線，稱為時(shí)間基線，如圖5-3（b）所示。

光點(diǎn)在鋸齒波作用下移動(dòng)的過程稱為掃描，能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓叫掃描電壓，光點(diǎn)自左向右的連續(xù)移動(dòng)稱為掃描正程，光點(diǎn)自屏幕的右端迅速返回起點(diǎn)稱為掃描回程。

當(dāng)Y軸加被觀測的信號(hào)，X軸加掃描電壓，則屏幕上光點(diǎn)的Y和X坐標(biāo)分別與這一瞬時(shí)的信號(hào)電壓和掃描電壓成正比。由于掃描電壓與時(shí)間成比例，所以熒光屏上所描繪的就是被測信號(hào)隨時(shí)間變化的波形，如圖5-5所示。圖5-5顯示波形原理

圖中的周期為，如果掃描電壓的周期等于，在及共同作用下，亮點(diǎn)的軌跡正好是一條與相同的正弦曲線。亮點(diǎn)從0點(diǎn)經(jīng)1、2、3至4點(diǎn)移動(dòng)為正程，從4點(diǎn)迅速返回到0點(diǎn)的移動(dòng)為回程，如圖5-5所示。

⑵同步的概念

如果=2，其波形顯示如圖5-6所示，可以觀察到兩個(gè)周期的信號(hào)電壓波形。如果波形多次重復(fù)出現(xiàn)，而且重疊在一起，就可以觀察到一個(gè)穩(wěn)定的圖像。圖5-6

=2時(shí)顯示的波形顯示兩個(gè)周期被測信號(hào)※由圖5-6可見，欲顯示多個(gè)周期的波形圖，應(yīng)增加掃描電壓的周期，即降低的掃描頻率。在使用示波器時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)原理進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。熒光屏上顯示波形的周期個(gè)數(shù)為：

其中為n整數(shù)。若n不為整數(shù)，會(huì)有什么樣的結(jié)果呢？

設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓Uy=Umsinωt，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux=kt，且有Tx=3/2Ty熒光屏顯示的是被測信號(hào)隨時(shí)間變化的不穩(wěn)定波形。tUyt0Ux0第一掃描周期第二掃描周期如圖5-7所示波形是=7/8時(shí)的情況。

圖5-7

=7/8

時(shí)顯示的波形

由此可見，為了在屏幕上獲得穩(wěn)定的圖像，

（包括正程和回程）與之比必須成整數(shù)關(guān)系，即

=n

,以保證每次掃描起始點(diǎn)都對(duì)應(yīng)信號(hào)的相同相位點(diǎn)上，這種過程稱為“同步”。5、增輝、消隱現(xiàn)象實(shí)際的掃描電壓中，回程時(shí)間與休止時(shí)間并不為零，則電子從右端回到左端時(shí)，也會(huì)有掃描軌跡?；爻誊壽E的存在影響被測波形的觀測，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，使電子槍發(fā)射的電子遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于掃描逆程，即給示波器增輝，這樣觀測者看的就只有掃描正程顯示的波形。或者示波器中要將回程軌跡消隱，即使得正程軌跡亮度增加，回程軌跡黯淡，凸顯正程。例：

設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓Uy=Umsinωt，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux，Tx=Ts+Tb+Tw,且有Ts=2Ty,Tb=Ty,Tw=0,熒光屏顯示如下波形。Uyt0Ux0t回程掃描軌跡掃描正程軌跡5.3通用電子示波器5.3.1通用電子示波器的基本組成

1．電子示波器的結(jié)構(gòu)

通用電子示波器的種類很多，但無論何種類型都有以下幾部分組成：示波管、垂直系統(tǒng)（Y軸系統(tǒng)）和水平系統(tǒng)（X軸系統(tǒng)），如圖5-8所示。圖5-8電子示波器的基本組成

⑴垂直系統(tǒng)（Y軸系統(tǒng)或Y通道）：由衰減器、前置放大器、延遲線和后置放大器等組成。

Y軸主要作用：是放大被測信號(hào)電壓，控制電子束的垂直偏轉(zhuǎn)。

⑵水平系統(tǒng)（X軸系統(tǒng)或X通道）：由觸發(fā)整形電路、掃描發(fā)生器及X放大器組成。

⑶主機(jī)部分（Z軸系統(tǒng)）：主機(jī)包括示波管、Z通道、整機(jī)供電電源和校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器等。

2．通用示波器的主要技術(shù)性能為了正確選擇和使用示波器，必須了解以下主要性能指標(biāo)：⑴頻率響應(yīng)（頻帶寬度）示波器的頻帶寬度是指加至輸入端的信號(hào)（包括Y軸和X軸——不加說明時(shí)均指Y軸）其上限頻率與下限頻率之差。

一般情況＞＞

，所以頻率響應(yīng)可用上限頻率表示。⑵時(shí)域響應(yīng)（瞬態(tài)響應(yīng)）表示放大電路在方波脈沖輸入信號(hào)作用下的過渡特性。常用參數(shù)有上升時(shí)間（）、下降時(shí)間（）等。Y軸系統(tǒng)的頻帶寬度與上升時(shí)間之間有確定的內(nèi)在聯(lián)系，一般有：·≈350

上式中，及的單位分別為MHz與ns。因?yàn)椤?，所以也就?/p>

·≈350。當(dāng)已知的值時(shí)，就可以算出上升時(shí)間：≈

例1．知GOS-6013C型示波器=100MHz，求示波器的上升時(shí)間是多少？解：∵=100MHz∴≈350/=350/10×106=3.5ns此值愈小愈好。

⑶偏轉(zhuǎn)靈敏度指輸入信號(hào)在無衰減情況下，亮點(diǎn)在屏幕上偏轉(zhuǎn)1cm（或1格—div）所需信號(hào)電壓的峰—峰值（）。其單位為/cm或/div，它反映示波器觀察微弱信號(hào)的能力。其值愈小，偏轉(zhuǎn)靈敏度愈高。

⑷輸入阻抗用在示波器輸入端測得的直流電阻值和并聯(lián)電容值分別給出。希望值越大、值越小越好。一般示波器值和值分別在MΩ和pF數(shù)量級(jí)。

⑸掃描因數(shù)表示在無擴(kuò)展情況下，亮點(diǎn)在屏幕上x軸方向移動(dòng)單位長度1cm（或1格—div）所表示的時(shí)間，其單位為t/cm。其中t可取μs、ms或s。掃描因數(shù)愈高（即t/cm值愈?。?，表明示波器能夠展開高頻信號(hào)或窄脈沖信號(hào)波形的能力愈強(qiáng)。5.3.2示波器的垂直系統(tǒng)（Y軸系統(tǒng)）Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是傳送被測信號(hào)的通道。它的作用是引入被測信號(hào)，將其不失真地放大后傳送到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板，使屏幕上顯示大小適中的信號(hào)波形，主要性能有：足夠的頻帶寬度和靈敏度、小的上升時(shí)間等。Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（Y通道）主要由探極、衰減器、前置放大器、延遲級(jí)、后置放大器及電子開關(guān)（雙蹤示波器特有）等組成，如圖5-9所示。延遲線前置放大輸入電路X通道觸發(fā)放大后置放大Y1Y2被測信號(hào)圖5-9Y通道的基本組成1．輸入電路

輸入電路的基本作用是引入被測信號(hào)，為前置放大器提供良好的工作條件。

它包括探極、交直流耦合開關(guān)、高阻抗輸入衰減器、阻抗轉(zhuǎn)換器等電路，如圖5-10所示。圖5-10輸入電路方框圖

⑴探極

探極裝在示波器機(jī)體的外面，用電纜線和儀器相連接，它用于直接探測被測信號(hào)、提高示波器的輸入阻抗、減小波形失真、展寬示波器的帶寬。探極分為無源探極和有源探極兩種。

無源探極是一個(gè)衰減器，衰減比有1：1、10：1、100：1三種，多用于觀察低頻信號(hào)；有源探極內(nèi)部包括有高輸入阻抗放大器，多用于探測高頻信號(hào)。

⑵耦合方式選擇開關(guān)

有三個(gè)檔位（儀器面板上有設(shè)置）：DC、AC、接地，如圖5-10所示耦合方式部分。在直流DC位，信號(hào)可直接通過；在交流AC位，信號(hào)經(jīng)C耦合至衰減器，此時(shí)只有輸入交流信號(hào)才可以通過；在“”（接地）位，若無需斷開被測信號(hào)的情況下，可為示波器提供接地參考電平。⑶衰減器

對(duì)應(yīng)示波器面板上的Y軸靈敏度粗調(diào)旋鈕，衰減器是為測量不同幅度的被測信號(hào)而設(shè)置的。衰減器常使用阻、容分壓器電路，其原理示意圖如圖5-11所示。

圖5-11阻容衰減器原理圖C2C1R2R1Uoui

衰減器的衰減量為輸出電壓uo與輸入電壓ui之比，也等于R1C1的并聯(lián)阻抗Z1與R2C2的并聯(lián)阻抗Z2的分壓比。其中C1做成可調(diào)電容，當(dāng)滿足R1C1=R2C2時(shí)，則衰減器的分壓比為：這時(shí)分壓比與頻率無關(guān)。滿足上式的情況稱為最佳補(bǔ)償。如圖5-12所示的幾種補(bǔ)償情況。

圖5-12幾種補(bǔ)償?shù)牟ㄐ?/p>

⑷阻抗變換器

阻抗變換器用于變換阻抗。為了保證Y軸輸入端為高阻抗，在衰減器和放大電路之間必須插入阻抗轉(zhuǎn)換電路，并且把單端輸入的被測信號(hào)變成對(duì)稱輸出的平衡信號(hào)。2．延遲線因?yàn)閽呙栊盘?hào)的引出是從Y軸系統(tǒng)分離出來，并且要經(jīng)過一定的過程才能產(chǎn)生，它和被觀測信號(hào)相比總是滯后一段時(shí)間，如圖5-13所示。圖5-13沒有延遲線時(shí)的情況3．Y軸系統(tǒng)的放大器Y放大器使示波器具有觀測微弱信號(hào)的能力。通常把Y放大器分成前置放大器和輸出放大器兩部分。前置放大器的輸出信號(hào)一方面引至觸發(fā)電路，作為同步觸發(fā)信號(hào)；另一方面經(jīng)過延遲線延遲以后引至輸出放大器。

Y軸采用變換放大器的增益的方法，進(jìn)行“倍率”調(diào)節(jié)。

例如，許多示波器Y軸的“倍率”開關(guān)有“×5”和“×1”兩個(gè)位置，在通常情況下“倍率”開關(guān)置“×1”位置，若把“倍率”開關(guān)置于“×5”，則放大器增益增加5倍，這便于觀測微弱信號(hào)或看清波形某個(gè)局部的細(xì)節(jié)。但在進(jìn)行定量計(jì)算時(shí)要注意其中的換算。

Y軸通過調(diào)節(jié)放大器的增益還可以實(shí)現(xiàn)靈敏度微調(diào)。當(dāng)靈敏度微調(diào)電位器處于極端位置時(shí)，示波器靈敏處于“校正”位置，在用示波器作定量時(shí)，放大器的增益應(yīng)是固定的，此時(shí)應(yīng)將靈敏度微調(diào)于“校正”。Y放大器的輸出級(jí)常采用差分電路，以使加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓能夠?qū)ΨQ。Y軸“移位”調(diào)節(jié)就是改變差分電路的直流電位，它能使屏幕上的波形上下平移，以便觀察和讀數(shù)。

4．雙蹤顯示基本原理在實(shí)際測試中，常常希望把兩個(gè)相關(guān)的信號(hào)波形同時(shí)顯示在屏幕上，以便進(jìn)行信號(hào)之間的比較，或顯示兩個(gè)信號(hào)疊加波形：“和”、“差”的顯示。常用的方法在通用示波器的Y軸系統(tǒng)中加入電子開關(guān)S1、S2，其工作過程如圖5-14所示。

圖5-14電子開關(guān)的工作原理采用單束示波管“同時(shí)”顯示兩個(gè)被測信號(hào)波形的示波器——雙蹤示波器。

雙蹤示波器是在Y通道中多設(shè)一個(gè)前置放大器、兩個(gè)電子開關(guān)。通過電子開關(guān)的切換，可使示波器的顯示方式有五種：YA、YB、YA±YB

、交替和斷續(xù)。

前三種均為單蹤顯示，YA

、YB與普通示波器相同，此時(shí)的S1或S2處于恒接通狀態(tài)；YA±YB顯示的波形為兩個(gè)信號(hào)的和或差（與“極性”選擇開關(guān)相配合），此時(shí)把S1和S2恒接通。

下面重點(diǎn)討論后兩種顯示方式。

⑴“交替”顯示方式當(dāng)掃描電壓第一次掃描時(shí)，S1閉合、S2斷開；第二次掃描時(shí)，S1斷開、S2閉合，如此重復(fù)下去。

如圖5-15所示。“交替”方式適用于顯示高頻信號(hào)。圖5-15“交替”顯示方式⑵“斷續(xù)”顯示方式

這種方式就是在一次掃描時(shí)間內(nèi)輪番開閉和，顯示出被測信號(hào)的某一段，以后各次掃描重復(fù)以上過程。這種工作方式適用于觀測低頻信號(hào)。如圖5-16所示。

圖5-16“斷續(xù)”顯示方式5.3.3示波器的水平系統(tǒng)（X軸系統(tǒng)）X軸系統(tǒng)（X通道）的作用是產(chǎn)生一個(gè)與時(shí)間呈線性關(guān)系的鋸齒波電壓，當(dāng)這個(gè)掃描電壓的正程加到水平偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，電子束就沿水平方向偏轉(zhuǎn)，形成時(shí)間基線。X通道主要包括觸發(fā)整形電路、掃描電路、X放大器等部分，如圖5-17所示。圖5-17X通道的基本組成1．觸發(fā)整形電路觸發(fā)整形電路的作用在于把來源不同的觸發(fā)信號(hào)整形為具有一定波形、一定幅度的觸發(fā)脈沖。其主要功能有觸發(fā)源選擇、耦合方式選擇、觸發(fā)極性選擇、觸發(fā)電平調(diào)節(jié)、觸發(fā)放大整形電路等，其方框圖如圖5-18所示。到時(shí)基發(fā)生器觸發(fā)源選擇輸入耦合方式選擇觸發(fā)放大器觸發(fā)極性轉(zhuǎn)換觸發(fā)脈沖整形電路圖5-18觸發(fā)整形電路方框圖觸發(fā)整形電路的原理圖如圖5-19所示。圖5-19觸發(fā)整形電路原理圖

⑴觸發(fā)源選擇

觸發(fā)源選擇一般有兩種，即內(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)；前者的觸發(fā)信號(hào)取自Y通道中的被測信號(hào)，后者取自外部信號(hào)源。由轉(zhuǎn)換開關(guān)S1（對(duì)應(yīng)面板上“極性”開關(guān)）選擇不同的觸發(fā)信號(hào)源。

⑵觸發(fā)耦合方式

為適合不同的信號(hào)頻率示波器設(shè)有多種耦合方式。由開關(guān)S2選擇?！癉C”：直流耦合。用于接入直流或緩慢變化的信號(hào)，或者頻率較低且有直流成分的信號(hào)?！癆C”：交流耦合。用于觀察由低頻到較高頻率的信號(hào)?！癆C（H）”：高頻耦合。用于觀察高頻（一般大于5MHz）的信號(hào)。

⑶觸發(fā)極性選擇

觸發(fā)極性開關(guān)用于確定在觸發(fā)信號(hào)的那一點(diǎn)上產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。當(dāng)觸發(fā)點(diǎn)在觸發(fā)脈沖的上升段時(shí)，稱之為正極性觸發(fā)；當(dāng)觸發(fā)點(diǎn)在下降段時(shí)，稱之為負(fù)極性觸發(fā)。⑷觸發(fā)電平調(diào)節(jié)

觸發(fā)電平是指觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)信號(hào)波形的上部、中部及下部，由RP電位器調(diào)節(jié)。

觸發(fā)極性、電平的共同作用對(duì)顯示脈沖信號(hào)或只顯示周期連續(xù)信號(hào)中的某一段具有明顯的作用，如圖5-20所示。

圖5-20觸發(fā)極性—電平的不同對(duì)波形顯示的影響

⑸放大整形電路

一般由電壓比較器、施密特電路、微分電路組成。電壓比較器將觸發(fā)信號(hào)與RP確定的電平進(jìn)行比較，其輸出信號(hào)再經(jīng)整形產(chǎn)生矩形脈沖，經(jīng)微分電路之后變換為掃描發(fā)生器所需要的觸發(fā)脈沖。2．掃描發(fā)生器掃描發(fā)生器電路在觸發(fā)脈沖啟動(dòng)下，產(chǎn)生周期線性變化的鋸齒波掃描電壓。

它的組成如圖5-21所示。

圖5-21掃描發(fā)生器原理圖掃描發(fā)生器電路主要包括掃描閘門、掃描電壓產(chǎn)生電路（鋸齒波發(fā)生器）、比較電路、釋抑電路等。上述電路組成一個(gè)閉環(huán)，也稱掃描發(fā)生器環(huán)。掃描通常分連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描兩種形式。

連續(xù)掃描是在示波器的水平偏轉(zhuǎn)板上加上不間斷的鋸齒波，如圖5-22（b）、（c）所示。圖5-22連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描的比較觸發(fā)掃描也稱等待掃描，其特點(diǎn)是每次掃描均由被測信號(hào)觸發(fā)啟動(dòng)，如圖5-22（d）所示。當(dāng)信號(hào)到來時(shí)，示波器進(jìn)行一次掃描，沒有信號(hào)時(shí)，掃描也就停止，等待下一次信號(hào)的到來，現(xiàn)代通用示波器廣泛采用了這種觸發(fā)掃描方式。3.X放大器X放大器的作用是為示波管的水平偏轉(zhuǎn)板提供對(duì)稱的推動(dòng)電壓，使電子束能在水平方向滿偏轉(zhuǎn)。當(dāng)示波器工作在X-Y方式時(shí)，外加的X輸入信號(hào)也要由X放大器傳送到X偏轉(zhuǎn)極板。改變X放大器的增益可以使亮點(diǎn)在屏幕的水平方向得到擴(kuò)展，或?qū)呙枰驍?shù)進(jìn)行微調(diào)，或校準(zhǔn)掃描因數(shù)。改變X放大器有關(guān)的直流電位也可以使光跡產(chǎn)生水平位移。5.3.4主機(jī)系統(tǒng)（Z軸系統(tǒng)）通用示波器的主機(jī)系統(tǒng)主要包括低壓直流電源，高頻高壓直流電源及校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。低壓直流電源主要是為各單元電路提供工作電壓。高頻高壓直流電源的作用是為示波管各電極供給合適的工作電壓。另外還有Z軸放大器，用來進(jìn)行輝度調(diào)節(jié)。校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的作用是用來產(chǎn)生幅度已知的精度較高的穩(wěn)定方波，以便校準(zhǔn)示波器垂直系統(tǒng)的靈敏度。通用示波器常提供1V、1kHz的標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)。5.4通用電子示波器的使用使用示波器進(jìn)行有效測量時(shí)，必須合理地選擇各種示波器，并應(yīng)能正確地操作它。1．根據(jù)被測信號(hào)的波形和個(gè)數(shù)來選擇5.4.1示波器的選擇

若需要觀測一個(gè)低頻正弦信號(hào)，可選用普通示波器；若需要同時(shí)觀測和比較兩個(gè)信號(hào)，則可選擇雙蹤示波器等。2．根據(jù)被測信號(hào)的頻率來選擇

示波器Y軸系統(tǒng)的通頻帶愈寬，被測信號(hào)的波形失真愈小。因此，一般要求示波器通頻帶寬應(yīng)大于被測信號(hào)最高頻率以上，即＞3。例如，要觀測頻率為50MHz的正弦信號(hào)，則應(yīng)選擇通頻帶寬大于150MHz的示波器。3．根據(jù)示波器的上升時(shí)間來選擇

一般要求示波器本身的上升時(shí)間應(yīng)比被測脈沖信號(hào)的上升時(shí)間小三倍以上。又知示波器通頻帶寬與上升時(shí)間的關(guān)系為：·≈350式中，及的單位分別為MHZ與ns若要選擇為被測信號(hào)上升時(shí)間的1/3時(shí)，即=則應(yīng)選擇示波器的通頻帶寬為:≈≈

另外要根據(jù)被測信號(hào)幅度選擇示波器要有相適應(yīng)的Y軸靈敏度、掃描因數(shù)的范圍。

5.4.2示波器的正確使用正確使用示波器時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：1．用光點(diǎn)聚焦，不要用掃描線聚焦

在未接入信號(hào)時(shí)先使屏幕上只出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)。并能過“聚焦”、“輝度”及“輔助聚焦”各旋鈕的調(diào)節(jié)，使亮點(diǎn)聚至最小。2．探頭的使用一般示波器與探頭應(yīng)配套使用，不能互換，否則會(huì)帶來不必要的測量誤差。

3．注意屏幕有效面積的使用屏幕的有效面積是屏幕比較平整的部分，測量時(shí)應(yīng)將波形主要部分顯示在有效面積范圍內(nèi)可以提高測量精度。4．善于使用靈敏度選擇開關(guān)Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度開關(guān)的最小數(shù)值檔（即最高靈敏度檔），反映觀測微弱信號(hào)的能力。

5.正確使用輝度開關(guān)顯示波形時(shí)，輝度不宜調(diào)的過亮，屏幕上亮點(diǎn)不要長時(shí)間停留在一個(gè)位置，以免縮短示波管的壽命；中途暫時(shí)不使用時(shí)，應(yīng)將輝度調(diào)暗。5.5SR8型示波器的面板圖

下面以常用的SR8型雙蹤示波器為例，介紹其使用方法。5.5.1主要技術(shù)性能1．Y軸系統(tǒng)⑴輸入靈敏度：10mV/div～20V/div分11檔；⑵頻帶寬度：DC為0～15MHz；AC為10Hz～15MHz⑶輸入阻抗：直接輸入為1M?//35pF，經(jīng)探頭輸入為10M?//15pF⑷最大輸入電壓：DC為250VAC為500V；⑸上升時(shí)間：≤24ns。2．X軸系統(tǒng)⑴掃描速度：0.2μs/div～1s/div分21檔。處于“擴(kuò)展×10”檔時(shí)，最快掃描可達(dá)20ns/div；3．標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率為1kHz、幅度為1V的矩形波。⑵X外接：靈敏度≤3V/div,帶寬0～500，輸入阻抗為1M?//35pF。5.5.2面板布置SR8型雙蹤示波器的面板布置如圖5-23所示，各種開關(guān)旋鈕主要分三大功能區(qū)：位于面板左方的示波器顯示控制區(qū)；位于面板右上方的X軸系統(tǒng)控制區(qū)；位于面板右下方的Y軸系統(tǒng)控制區(qū)。

圖5-23SR8型雙蹤示波器面板圖5.6示波器的基本測量方法示波器的基本測量技術(shù)，就是利用示波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，?？赏瓿傻臏y量有電壓的測量、時(shí)間的測量、頻率的測量、相位的測量等。5.6.1電壓的測量利用示波器測電壓有它獨(dú)特的特點(diǎn)，它可以測量各種波形的電壓幅度。電壓測量又分直流電壓和交流電壓的測量。電壓測量時(shí)，都應(yīng)將示波器的Y軸靈敏度開關(guān)“V/div”的“微調(diào)”旋鈕順時(shí)針方向轉(zhuǎn)至“校準(zhǔn)”位置。當(dāng)Y軸微調(diào)處于“校準(zhǔn)”位置時(shí)，Y軸系統(tǒng)的電壓增益為定值。1．直流電壓的測量測量方法：⑴先將觸發(fā)方式開關(guān)置“自動(dòng)”或“高頻”，使屏幕上出現(xiàn)掃描基線，再將Y軸輸入耦合方式開關(guān)置于“”處，然后調(diào)節(jié)Y軸“移位”旋鈕使掃描線位于屏幕中間。

⑵確定被測電壓極性接入被測電壓，將Y軸輸入耦合方式開關(guān)置于“DC”處，觀察掃描光跡的偏移方向，若光跡向屏幕上方偏移，則被測電壓為正極性，否則為負(fù)極性。⑶將Y軸輸入耦合方式開關(guān)置于“”處，然后按照直流電壓極性的反方向，調(diào)節(jié)Y“移位”旋鈕，將掃描線移動(dòng)到屏幕的合適位置上（整刻度線上為宜），將此處定為零電平線，此后不再移動(dòng)Y軸“移位”旋鈕。⑷測量直流電壓值將Y軸輸入耦合再次撥到“DC”處，選擇合適的Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏“V/div”,使屏幕顯示盡可能多地覆蓋Y方向分度格數(shù)（在有效面積范圍內(nèi)），以提高測量準(zhǔn)確度。⑸觀察掃描線在Y軸方向平移的分度格數(shù)H，如圖5-24所示。圖5-24直流電壓的測量分度格數(shù)H與Y軸靈敏度開關(guān)“V/div”指示值相乘，即為被測信號(hào)的直流電壓值：

其中，H—為掃描線在Y軸方向移動(dòng)的格數(shù)（div）；Sy—為所選用的Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度(V/div)；K—為探極衰減系數(shù)。例5.2：

Y軸靈敏度開關(guān)置“V/div”置0.5處，讀出水平掃描線上移6個(gè)格，且信號(hào)輸入進(jìn)經(jīng)10:1探極，則直流電壓為:例5.3：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、若k=10:1，求被測直流電壓值。

2．交流電壓的測量示波器只能測出被測電壓的峰值、峰-峰值、任意時(shí)刻的電壓瞬時(shí)值或任意兩點(diǎn)間的電位差值，如果需要求被測電壓的有效值或平均值，則必須進(jìn)行換算。

測量方法:⑴測量時(shí)先將Y軸耦合方開關(guān)置“”處，調(diào)節(jié)Y“移位”旋鈕使掃描線至屏幕中心（或所需位置），以此作為零電平線，此后不現(xiàn)移動(dòng)Y“移位”。⑵將Y軸輸入耦合開關(guān)置于“AC”處。當(dāng)信號(hào)頻率很低時(shí)，則應(yīng)置于“DC”處。⑶選擇合適的Y軸靈敏開關(guān)（V/div）,使顯示的波形在Y軸方向中心位置盡可能展開。⑷按坐標(biāo)刻度片的分度讀出波形中所測點(diǎn)到零電平間的分度格數(shù)，與Y軸靈敏開關(guān)“V/div”指示值相乘，則可求出被測點(diǎn)的電壓：

若被測電壓是正弦波，則讀出整個(gè)波形所占Y軸方向的分度格數(shù)，如圖5-25所示。與Y軸靈敏開關(guān)“V/div”指示值相乘，即為被測信號(hào)的交流電壓峰-峰值：圖5-25正弦電壓的測量其峰值電壓為：有效值為：

例5.4：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(hào)的峰-峰值和有效值。正弦信號(hào)的峰-峰值為正弦信號(hào)的有效值為v5.6.2時(shí)間和頻率的測量時(shí)間是描述周期性現(xiàn)象的重要參數(shù)，時(shí)間包括時(shí)刻和時(shí)間間隔，示波器所進(jìn)行的時(shí)間測量是指后者。

實(shí)際測量時(shí),利用示波器的X軸掃描因數(shù)開關(guān)“t/div”,將其“微調(diào)”旋扭順時(shí)針方向轉(zhuǎn)至“校準(zhǔn)”位置，此時(shí)X軸系統(tǒng)的電壓增益為定值。1．時(shí)間間隔的測量在屏幕上調(diào)出適度的被測波形，讀出被測兩點(diǎn)間距離在水平方向上所占的分度格數(shù)，由掃描因數(shù)（t/div）標(biāo)稱值及擴(kuò)展倍率，即可算出被測信號(hào)的時(shí)間間隔，如圖5-26所示。圖5-26時(shí)間間隔的測量

其中，為任意兩點(diǎn)的時(shí)間間隔；為X軸掃描因數(shù)（t/div）；(div)為被測兩點(diǎn)間距離在水平方向所點(diǎn)分度格數(shù)；為X軸擴(kuò)展倍率（根據(jù)需要選用）。2．周期和頻率的測量

周期的測量，本質(zhì)上是時(shí)間間隔的測量。為了提高測量的準(zhǔn)確度，常常在屏幕顯示多個(gè)（例如N個(gè)周期）周期的波形，先讀出多周期波形兩個(gè)同相位點(diǎn)（正弦波可取兩個(gè)峰頂或兩個(gè)方向相同的過零點(diǎn)；脈沖波可取兩個(gè)變化相同的突變點(diǎn)）在水平方向所占格數(shù)。

由掃描因數(shù)（t/div）標(biāo)稱值及擴(kuò)展倍率，計(jì)算出這兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔，然后再求出一個(gè)周期值，如圖5-26所示。這種方法稱為多周期測量法。圖5-27示波器的多周期測量法被測信號(hào)的頻率為：例5.5：信號(hào)一周期的x=8cm，掃描速度開關(guān)置于5ms/cm，掃描擴(kuò)展置“拉出×10”位置，求被測信號(hào)的頻率。3.相位的測量

相位測量是指兩個(gè)同頻信號(hào)之間相位差的測量。設(shè)有兩個(gè)頻率的正弦信號(hào)電壓，其表達(dá)式為它們之間的相位差為用示波器測量相位差可用單蹤示波器測量，也可用雙蹤示波器進(jìn)行測量。

⑴單蹤示波法單蹤示波法測量相位差的線路接法如圖5-28所示。

圖5-28單蹤示波法測量相位差當(dāng)測量、之間的相位差時(shí)，若以作為參考信號(hào)，可認(rèn)為的初始相位為零，這時(shí)應(yīng)將接至示波器的外觸發(fā)端。、的表達(dá)式可寫為

測量時(shí)，首先令開關(guān)置于“1”處，顯示出的波形，如圖5-28（b）中的實(shí)線。調(diào)整儀器使顯示波形的始點(diǎn)固定在某一位置a，讀出ac的長度并記錄下來。然后將開關(guān)置于“2”處，這時(shí)顯示出的波形，圖5-28（b）中的虛線所示，讀出ab的長度。相位差可按下式計(jì)算：

為便于直接讀數(shù)，也可以將ac長度調(diào)整為6格，則每格為。

⑵雙蹤示波法使用雙蹤示波器測量相位時(shí)，可將被測信號(hào)、分別接至Y軸系統(tǒng)的兩個(gè)通道輸入端，并選擇作為觸發(fā)信號(hào)（超前者）。適當(dāng)整“Y移位”，使兩個(gè)信號(hào)重疊起來，如圖5-28所示。

圖5-29雙蹤示波器法測量相位差

從圖中直接讀取ab和ac的長度。并按式