電子測(cè)量-課件

1第三章示波測(cè)試和測(cè)量技術(shù)時(shí)域測(cè)試（時(shí)域分析）：研究信號(hào)隨時(shí)間變化的測(cè)試，示波器是最典型儀器。頻域分析：分析信號(hào)包含的頻率成份，頻譜分析儀是最典型儀器。數(shù)據(jù)域分析：顯示多路數(shù)字信號(hào)邏輯狀態(tài)和各路信號(hào)之間的邏輯關(guān)系，邏輯分析儀是最典型儀器。2第一節(jié)

示波測(cè)試的基本原理

一、陰極射線示波管

示波管（CRT）：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏

陰極射線示波管電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏3（一）電子槍：

電子槍由燈絲F，陰極K，柵極G1和G2，陽(yáng)極A1和A2組成。

F、K：當(dāng)燈絲加熱陰極后，涂有氧化物的陰極發(fā)射大量的電子。G1：G1對(duì)K的負(fù)電位的改變，起到調(diào)節(jié)電子密度進(jìn)而調(diào)節(jié)光點(diǎn)亮度的作用，G1電位越負(fù)，圖形越暗，調(diào)節(jié)G1電度的電位器稱為“輝度”。

4G2、A1、A2：G2、A1、A2的電位均遠(yuǎn)高于K，組成聚焦系統(tǒng)，對(duì)電子束進(jìn)行聚焦和加速，G2、

A2一般相連，這個(gè)高電位一般接近于地電位。A1的電位通常低于

A2，。

陰極射線示波管電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏5電子穿越加速場(chǎng)的過(guò)程：

電子穿越加速場(chǎng),由于電子在垂直方向沒(méi)有受力,那么6即電子的運(yùn)動(dòng)方向偏向軸向。

7電子穿越減速場(chǎng)的過(guò)程：

即：電子的運(yùn)動(dòng)方向偏離了軸向。

8電子槍中聚焦系統(tǒng)的作用:

由于A1的電位比G2和A2低，即，且G2的電位遠(yuǎn)高于G1，所以G1至G2和A1至A2電子束的主要趨勢(shì)是聚擾和加速，G2到A1電子來(lái)的主要趨勢(shì)是發(fā)散。調(diào)節(jié)A1電位的電位器稱為“聚焦”旋鈕，調(diào)節(jié)A2電度的旋鈕稱為“輔助聚焦”，以免A2至偏轉(zhuǎn)板間可能發(fā)生散焦。

9+-輝度聚焦輔助聚焦10（二）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：

示波管中至少有X偏轉(zhuǎn)板和Y偏轉(zhuǎn)板各一對(duì)。以Y偏轉(zhuǎn)板為例說(shuō)明光點(diǎn)在熒光屏上的位移與什么因素有關(guān)。

+-電子束屏幕11

為示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為V/cm

在偏轉(zhuǎn)電壓Vy的作用下，Y方向在熒光屏偏轉(zhuǎn)的距離為

12(三)熒光屏

熒光屏在示波管一端，通常是圓形或矩形的。在示波管內(nèi)壁涂上一層熒光物質(zhì)，面向電子槍的一側(cè)還常覆蓋一層極薄的透明鋁膜。高速電子可以穿透這層鋁膜轟擊屏上的熒光物質(zhì)，后者將電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽a(chǎn)生亮點(diǎn)。此外，這層鋁膜還能吸收熒光物質(zhì)發(fā)出的二次電子和光束中的負(fù)離子，還對(duì)熒光有反射作用，使顯示的圖形更加清晰。當(dāng)電子束從熒光屏上移去后，光點(diǎn)仍能在屏上保持一定的時(shí)間才消失。從電子束移去到光點(diǎn)亮度下降為原始值的10％，所延續(xù)的時(shí)間稱為余輝時(shí)間。為了測(cè)量所顯示波形的高度和寬度，在熒光屏上還常有一定的刻度線。13二、圖像顯示的基本原理

圖像顯示基本類型（1）顯示隨時(shí)間變化的信號(hào)。（2）顯示任意兩個(gè)變量x與y的關(guān)系。

（一）顯示隨時(shí)間變化的信號(hào)：

1、掃描的概念

假設(shè)，即為加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上的電壓，則電子束就會(huì)在Y方向按正弦規(guī)律變化，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。

1412031500

假設(shè)在X偏轉(zhuǎn)板上加一隨時(shí)間而線性變化的電壓，即鋸齒波電壓，那么光點(diǎn)在X方向偏轉(zhuǎn)的距離變化反映了時(shí)間的變化，光點(diǎn)在熒光屏上構(gòu)成反映時(shí)間變化的直線

。161234信號(hào)波形在時(shí)間軸上展開(kāi)17掃描：光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動(dòng)的過(guò)程。掃描電壓：能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓。掃描正程：光點(diǎn)自左向右的連續(xù)掃動(dòng)。

掃描回程：光點(diǎn)自右端迅速返回起點(diǎn)。時(shí)間基線：若在Y方向不加電壓，光點(diǎn)只在X方向上構(gòu)成反映時(shí)間變化的一條直線。

182、信號(hào)與掃描電壓的同步：

同步：掃描電壓的周期是被觀察信號(hào)周期的整數(shù)倍。

即19被測(cè)信號(hào)與掃描電壓的同步20被測(cè)信號(hào)與掃描電壓的不同步21同步的實(shí)現(xiàn)：

利用被測(cè)信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)同步觸發(fā)信號(hào)去控制示波器時(shí)基電路中的掃描發(fā)生器，迫使它們同步。

用外加信號(hào)去產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)，但外加信號(hào)的周期應(yīng)與被測(cè)信號(hào)有一定關(guān)系。3、連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描：

連續(xù)掃描:掃描電壓是連續(xù)。觸發(fā)掃描:只有在被測(cè)脈沖到來(lái)時(shí)才掃描一次。22（二）顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系

在示波管中，電子束同時(shí)受到X和Y兩個(gè)偏轉(zhuǎn)的作用，示波器可變?yōu)橐粋€(gè)X-Y圖示儀。李沙育圖形：示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形。

23兩個(gè)同頻率信號(hào)構(gòu)成的李沙育圖形24

第二節(jié)

通用示波器

一、示波器的分類和通用示波器的組成分類：（1）通用示波器（2）多束示波器（3）取樣示波器（4）記憶、存貯示波器

（5）

專用或特殊示波器

組成：

示波管

垂直通道

水平通道

電源電路校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器25X輸入衰減Y前置放大器延遲線Y輸出放大器觸發(fā)電路X放大器掃描發(fā)生器環(huán)Y輸入外觸發(fā)輸入內(nèi)外內(nèi)外X通道Y通道校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器

校準(zhǔn)輸出電源26二、

示波器的垂直通道

垂直通道包括：輸入衰減器

Y前置放大器延遲線

Y輸出放大器

27(—)輸入衰減器

＋__＋若滿足——最佳補(bǔ)償

則

與信號(hào)頻率無(wú)關(guān)

改變分壓比就可改變示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度。

（分壓公式）28

（二）延遲線：作用：把加到垂直偏轉(zhuǎn)板的脈沖信號(hào)延遲一段時(shí)間，使信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間滯后于掃描開(kāi)始時(shí)間。被觀測(cè)脈沖掃描電壓屏幕顯示（三）Y放大器：

Y放大器使示波器具有觀測(cè)微弱信號(hào)的能力。

Y放大器前置放大器輸出放大器29三、示波器的水平通道

組成:掃描發(fā)生器環(huán)觸發(fā)電路

X放大器

（一）掃描發(fā)生器環(huán)

掃描發(fā)生器環(huán)是產(chǎn)生掃描信號(hào)(鋸齒波）的，它又稱時(shí)基電路。30掃描：光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動(dòng)的過(guò)程。掃描電壓：能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓。掃描正程：光點(diǎn)自左向右的連續(xù)掃動(dòng)。

掃描回程：光點(diǎn)自右端迅速返回起點(diǎn)。時(shí)間基線：若在Y方向不加電壓，光點(diǎn)只在X方向上構(gòu)成反映時(shí)間變化的一條直線。

補(bǔ)充31掃描門(mén)積分器

比較和釋抑電路

至X放大器增輝-E掃描發(fā)生器環(huán)的組成D321、積分器：產(chǎn)生鋸齒波

S+ERCA+_+ERCA+_T33S斷開(kāi)：

和t成線性關(guān)系。

S閉合：C迅速放電，迅速上升，形成鋸齒波掃描電壓。

為高電平，T截止，相當(dāng)S斷開(kāi)。為低電平，T導(dǎo)通，相當(dāng)S接通。

+ERCA+_T34

把積分器產(chǎn)生的鋸齒波電壓送入X放大器加以放大，再加至水平偏轉(zhuǎn)板，由于偏轉(zhuǎn)的水平距離與偏轉(zhuǎn)電壓成正比，而這個(gè)電壓與時(shí)間成正比，所以可以用熒光屏上的水平距離代表時(shí)間。

掃描速度

x：光點(diǎn)在水平方向偏轉(zhuǎn)的距離

t：偏轉(zhuǎn)x距離所對(duì)應(yīng)的時(shí)間

掃描速度的粗調(diào)：改變R或C掃描速度的微調(diào)：改變E352、掃描門(mén)

也稱時(shí)基闡門(mén)：用來(lái)產(chǎn)生門(mén)控信號(hào)，用射極耦合雙穩(wěn)觸發(fā)電路即施密特電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

+E-E來(lái)自觸發(fā)電路

來(lái)自比較釋抑電路

-E去積分器T1T2穩(wěn)定度＋－36時(shí),截止，導(dǎo)通，處于第一穩(wěn)定狀態(tài)為低電平，積分器不積分，沒(méi)有鋸齒波產(chǎn)生。時(shí),導(dǎo)通，截止，進(jìn)入第二穩(wěn)定狀態(tài)為高電平，積分器開(kāi)始積分，有鋸齒波產(chǎn)生。**去積分器-E來(lái)自觸發(fā)電路

來(lái)自比較釋抑電路-ET1T2穩(wěn)定度tt00t1t2＋－+E37tt00t1t2

時(shí),，還導(dǎo)通，還截止，保持第二穩(wěn)定狀態(tài)，積分器繼續(xù)積分，有鋸齒波產(chǎn)生。時(shí),，截止，導(dǎo)通，回到第一穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，積分器停止積分，鋸齒波消失。**+E去積分器-E來(lái)自觸發(fā)電路

來(lái)自比較釋抑電路

-ET1T2穩(wěn)定度＋－38(1)受三方面信號(hào)的共同作用：

①“穩(wěn)定度”旋鈕的電位器供給它一個(gè)直流電位；②接受從觸發(fā)電路來(lái)的觸發(fā)脈沖；③接受從釋抑電路來(lái)的釋抑信號(hào)。

+E-E來(lái)自觸發(fā)電路

來(lái)自比較釋抑電路-E去積分器T1T2穩(wěn)定度39②直流電位使高于，在沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，也能使導(dǎo)通，截止,即產(chǎn)生掃描電壓；

(2)“穩(wěn)定度”旋鈕來(lái)的直流電位的作用:

①直流電位使處于與之間，只有在觸發(fā)脈沖作用下才會(huì)翻轉(zhuǎn)到導(dǎo)通，截止的狀態(tài),即產(chǎn)生掃描電壓；

③直流電位過(guò)負(fù)，有觸發(fā)信號(hào)時(shí)也達(dá)不到，則不會(huì)產(chǎn)生掃描信號(hào)，這時(shí)示波器X通道直接輸入外加信號(hào)。

+E-E來(lái)自觸發(fā)電路

來(lái)自比較釋抑電路-E去積分器T1T2穩(wěn)定度403、比較和釋抑電路

掃描門(mén)積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路41tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345（1）觸發(fā)信號(hào)使導(dǎo)通，截止，積分器開(kāi)始積分，輸出掃描電壓（隨時(shí)間線性）

*觸發(fā)掃描

42（2）如果有第二個(gè)觸發(fā)信號(hào)使或沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，導(dǎo)通，截止保持不變（）。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門(mén)積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路43（2）如果有第二個(gè)觸發(fā)信號(hào)使或沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，導(dǎo)通，截止保持不變（）。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門(mén)積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路44

掃描電壓達(dá)到負(fù)值→T導(dǎo)通→充電

→隨兩端的電壓開(kāi)始。

tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門(mén)積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路45

繼續(xù)↓→二極管D截止→電位只由兩端的電壓決定（與“穩(wěn)定度”旋鈕的直流電位無(wú)關(guān)）。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門(mén)積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路46（5），截止，導(dǎo)通,掃描停止→積分器C放電(RC為時(shí)間常數(shù))→積分器停止積分→↑→T截止→放電→隨兩端的電壓↑。

tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門(mén)積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路47（6）繼續(xù)放電，由于，所以C先放電完。

掃描門(mén)積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr1234548C放電完，掃描回程進(jìn)行完畢，但還在繼續(xù)放電。

tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門(mén)積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路49（8）是的放電時(shí)間，觸發(fā)脈沖不起作用，處于“抑”狀態(tài)。

掃描門(mén)積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr1234550

之后，這時(shí)處于“釋”狀態(tài)，如果有觸發(fā)信號(hào)，產(chǎn)生掃描電壓。

tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門(mén)積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路51條件：，保證完成掃描回程前，即使有第4個(gè)脈沖觸發(fā)，也不能產(chǎn)生第二次掃描，保證每次回歸結(jié)束后才可能開(kāi)始下一次掃描。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr1234552tE1E0E2t1t2t3t4tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr*連續(xù)掃描

施密特電路從“穩(wěn)定度”旋紐得到直流電壓，是否有觸發(fā)脈沖都可以掃描。

53（二）觸發(fā)電路

觸發(fā)電路用來(lái)產(chǎn)生周期與被測(cè)信號(hào)有關(guān)的觸發(fā)脈沖，這個(gè)脈沖被加至掃描門(mén)。

電源＋電源－內(nèi)＋內(nèi)－外＋外－外觸發(fā)6.3V(交流）自Y放大器C1C2C3ACAC低頻抑制HFDC極性方式12＋－＋－電平比較整形去掃描發(fā)生器環(huán)12541、比較整形電路

近于并略大于時(shí)電路翻轉(zhuǎn)，輸出觸發(fā)脈沖。電源＋電源－內(nèi)＋內(nèi)－外＋外－外觸發(fā)6.3V(交流）自Y放大器C1C2C3ACAC低頻抑制HFDC極性方式12＋－＋－電平比較整形去掃描發(fā)生器環(huán)12552、“電平”旋鈕

比較整形電路的一端接一個(gè)可調(diào)時(shí)直流電壓，調(diào)整這個(gè)直流電壓的旋鈕稱為“電平”旋鈕。比較整形電路另一端接觸發(fā)信號(hào)。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)的電平接近“電平”旋鈕選擇的直流電位時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。因此“電平”旋鈕是決定信號(hào)在什么電平產(chǎn)生觸發(fā)的。

563、“極性”開(kāi)關(guān)

三刀六位開(kāi)關(guān)，選擇觸發(fā)源和觸發(fā)信號(hào)的極性。電源＋電源－內(nèi)＋內(nèi)－外＋外－外觸發(fā)6.3V(交流）自Y放大器C1C2C3ACAC低頻抑制HFDC極性方式12＋－＋－電平比較整形去掃描發(fā)生器環(huán)1257正極性、正電平負(fù)極性、正電平正極性、負(fù)電平負(fù)極性、負(fù)電平實(shí)線表示觸發(fā)信號(hào)虛線表示直流電位極性選正，觸發(fā)信號(hào)至比較整形電路的輸入端1

極性選負(fù)，觸發(fā)信號(hào)至比較整形電路的輸入端258電源＋電源－內(nèi)＋內(nèi)－外＋外－外觸發(fā)6.3V(交流）自Y放大器C1C2C3ACAC低頻抑制HFDC極性方式12＋－＋－電平比較整形去掃描發(fā)生器環(huán)12594、“方式”開(kāi)關(guān)：

直流（DC）方式交流（AC）方式

AC低頻抑制方式AF高頻耦合方式

（三）X放大器：改變X放大器的增益可以使光跡在水平方向得到若干倍的擴(kuò)展，校準(zhǔn)掃描速度，改變X放大器有關(guān)的直流電位，可使光跡產(chǎn)生水平位移。

60第四節(jié)

示波器的多波形顯示

一、多線顯示和多蹤顯示（一）多線顯示常見(jiàn)雙線示波器：兩個(gè)電子束，并有兩套X、Y偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。（二）多蹤顯示多了一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，并具有多個(gè)垂直通道。

常見(jiàn)雙蹤示波器顯示：一套X、Y偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，兩個(gè)Y通道。61A門(mén)yAA通道輸入+-B門(mén)yBB通道輸入電子開(kāi)關(guān)+-垂直位移垂直位移至垂直偏轉(zhuǎn)板開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換速率不同，有兩種時(shí)間分割方式1、“交替”方式開(kāi)關(guān)信號(hào)與掃描信號(hào)同步。2、“斷續(xù)”方式：開(kāi)關(guān)信號(hào)頻率遠(yuǎn)大于被測(cè)信號(hào)頻率。

62二、雙掃描示波顯示前置放大延遲線電壓比較A觸發(fā)B觸發(fā)A掃描B掃描電子開(kāi)關(guān)Y線分離A門(mén)B門(mén)Y放大X放大+-RPY輸入123同時(shí)產(chǎn)生增輝脈沖A同時(shí)產(chǎn)生增輝脈沖B63脈沖（1）達(dá)到觸發(fā)電平，產(chǎn)生A觸發(fā)，在它作用下產(chǎn)生A掃描，這個(gè)掃描電壓將脈沖（1）——（4）顯示在熒光屏上端。A掃描電壓與電位器RP提供的直流電位在比較器中進(jìn)行比較，當(dāng)電平一致時(shí)產(chǎn)生B觸發(fā)，開(kāi)始B掃描。被測(cè)信號(hào)A觸發(fā)延遲觸發(fā)電平A掃描B觸發(fā)B掃描A增輝B增輝123464B掃描比A掃描延遲的時(shí)間可以通過(guò)跳RP來(lái)調(diào)節(jié)，RP提供的直流電平稱為延遲觸發(fā)電平。B掃描的掃描速度是可以調(diào)節(jié)的，這里使它的掃描正程略大于脈沖（3）的周期，則在B掃描期間脈沖（3）顯示，它被“拉”得很寬，可以看清它的前后沿、上下沖等細(xì)節(jié)。被測(cè)信號(hào)A觸發(fā)延遲觸發(fā)電平A掃描B觸發(fā)B掃描A增輝B增輝123465為了能同時(shí)觀測(cè)脈沖列得全貌及其中某一部分得細(xì)節(jié)，在X通道設(shè)電子開(kāi)關(guān)，把兩套掃描電路得輸出交替地接入X放大器。電子開(kāi)關(guān)還控制Y線分離電路，在兩種掃描時(shí)給Y放大器加不同得直流電位，使兩種掃描顯示的波形上下分開(kāi)。被測(cè)信號(hào)A觸發(fā)延遲觸發(fā)電平A掃描B觸發(fā)B掃描A增輝B增輝123466掃描過(guò)程的增輝增輝：為使掃描回程產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可在掃描回程期間使電子槍發(fā)射更多的電子，即給示波器增輝。增輝方法：掃描正程期間給示波管第一柵極G1加正脈沖或給陰極K加負(fù)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以做到只有掃描正程即有增輝脈沖時(shí)才有顯示，其它時(shí)間熒光屏上沒(méi)有顯示。67被測(cè)信號(hào)A觸發(fā)延遲觸發(fā)電平A掃描B觸發(fā)B掃描A增輝B增輝1234在掃描正程期間掃描門(mén)可以提供增輝脈沖。把A、B掃描門(mén)產(chǎn)生的增輝脈沖疊加起來(lái)，形成合成增輝信號(hào)，用它來(lái)給A通道增輝。68第三節(jié)取樣技術(shù)在示波測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)時(shí)（realtime）測(cè)量法:

示波器顯示波形的過(guò)程中，無(wú)論是連續(xù)掃描還是觸發(fā)掃描，它們都是在信號(hào)經(jīng)歷的實(shí)際時(shí)間內(nèi)顯示的信號(hào)波形，即測(cè)量時(shí)間（一個(gè)掃描正程）與被測(cè)信號(hào)的實(shí)際持續(xù)時(shí)間相等。

實(shí)時(shí)示波器:

能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)（realtime）測(cè)量法的示波器。

69實(shí)時(shí)示波器的上限工作頻率直接受限制的因素：

（1）受到示波管的上限工作頻率的限制。（2）受Y通道放大器帶寬的限制。（3）實(shí)時(shí)示波器的特點(diǎn)是掃描速度必須與被測(cè)快速過(guò)程相當(dāng)，這樣才能把被測(cè)波形展寬。但是，掃描速度過(guò)高將給掃描信號(hào)的產(chǎn)生和同步帶來(lái)困難。70一、取樣示波器的基本原理（一）實(shí)時(shí)取樣

欲觀察一個(gè)波形，可以在這個(gè)波形上取很多的取樣點(diǎn)，把連續(xù)波形變換成離散波形狀，只要取樣點(diǎn)數(shù)足夠多，顯示這些離散點(diǎn)也能夠反映原波形的形狀。

1、連續(xù)時(shí)間信號(hào)vi（t）（輸入信號(hào)）712、取樣門(mén)與取樣脈沖＋－＋－S1

對(duì)一個(gè)連續(xù)時(shí)間信號(hào)vi（t）（輸入信號(hào)）在電路上，取樣通常用電子開(kāi)關(guān)——取樣門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。取樣門(mén)受重復(fù)周期為T(mén)0取樣脈沖（開(kāi)關(guān)信號(hào)）p（t）所控制。72

當(dāng)取樣脈沖p（t）出現(xiàn)瞬間，取樣門(mén)S開(kāi)通,輸入信號(hào)vi（t）被取樣，形成離散輸出信號(hào)vs（t），vs（t）叫“取樣信號(hào)”。3、取樣信號(hào)vs（t）4、取樣信號(hào)vs（t）與輸入信號(hào)vi（t）關(guān)系73

取樣方法是在信號(hào)經(jīng)歷的實(shí)際時(shí)間對(duì)一個(gè)信號(hào)波形進(jìn)行取樣，故叫“實(shí)時(shí)取樣”。實(shí)時(shí)取樣的特點(diǎn)是，取樣一個(gè)波形所得脈沖列的持續(xù)時(shí)間等于輸入信號(hào)實(shí)際經(jīng)歷的時(shí)間，所以取樣信號(hào)vs（t）的頻譜比原信號(hào)vi（t）還要寬。由此可知，實(shí)時(shí)取樣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。5、什么叫實(shí)時(shí)取樣？（二）非實(shí)時(shí)取樣1、什么是非實(shí)時(shí)取樣？

非實(shí)時(shí)取樣不是在信號(hào)一個(gè)周期波形上完成全部取樣過(guò)程，而取樣點(diǎn)是分別取自信號(hào)若干個(gè)周期波形的不同位置。742345611234562、非實(shí)時(shí)取樣的過(guò)程75123456m為兩個(gè)取樣脈沖之間的被測(cè)信號(hào)周期個(gè)數(shù)

76

采用非實(shí)時(shí)取樣所得到取樣信號(hào)脈沖列，其包絡(luò)波形同樣可以重現(xiàn)原信號(hào)波形，而且由于包絡(luò)波形的持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)了，這就有可能用一般低頻示波器來(lái)顯示。由于顯示一個(gè)取樣信號(hào)包絡(luò)波形所需時(shí)間（稱測(cè)量時(shí)間）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被測(cè)信號(hào)波形實(shí)際經(jīng)歷的時(shí)間，故這種示波方法稱非實(shí)時(shí)示波方法。利用非實(shí)時(shí)取樣方法組成的取樣示波器，在屏幕上顯示的信號(hào)波形是由一系列不連續(xù)光點(diǎn)構(gòu)成。

3、非實(shí)時(shí)示波方法77（三）顯示信號(hào)的合成過(guò)程1、Y偏轉(zhuǎn)板上加什么樣的電壓?Y偏轉(zhuǎn)板上應(yīng)該加階梯波，每個(gè)階梯持續(xù)時(shí)間亦應(yīng)為，在Y偏轉(zhuǎn)板各階梯的電壓值對(duì)應(yīng)信號(hào)的取樣值。2、X偏轉(zhuǎn)板上加什么樣的電壓?X偏轉(zhuǎn)板上應(yīng)該加階梯波，每個(gè)階梯持續(xù)時(shí)間亦應(yīng)為，電壓是等距離跳變的階梯波。

78二、取樣示波器的基本組成（一）取樣示波器的Y通道

取樣電路產(chǎn)生正比于取樣值的階梯電壓，這個(gè)電路又叫做閉環(huán)取樣電路。79

閉環(huán)取樣電路由取樣門(mén)、取樣電容CS、交流放大器A1、延長(zhǎng)門(mén)、保持電容電容Cm、直流放大器A2和反饋電路B組成。其中直流放大器是增益為1的高輸入阻抗放大器，它的作用主要是使保持電容Cm上的電壓得以保持。1、閉環(huán)取樣電路的組成

取樣電路的輸入信號(hào)除被觀測(cè)的信號(hào)，第一個(gè)為脈寬較窄的尖沖稱為取樣脈沖，第二個(gè)為脈寬較寬的延長(zhǎng)門(mén)脈沖。802、閉環(huán)取樣電路的工作過(guò)程

第一個(gè)取樣脈沖作用下取樣門(mén)閉合（假設(shè)這一瞬間被觀測(cè)的信號(hào)值為vi1），取樣門(mén)的傳輸系數(shù)為K，交流放大器的增益為A1

。81取樣門(mén)斷開(kāi)后，經(jīng)過(guò)反饋電路B，在CS上的電壓為這個(gè)電壓持續(xù)時(shí)間應(yīng)為82

持續(xù)時(shí)間后，第二個(gè)取樣脈沖作用下取樣門(mén)再次閉合（假設(shè)這一瞬間被觀測(cè)的信號(hào)值vi2）。vi2與CS上的電壓Vil之差經(jīng)過(guò)傳遞系數(shù)K和增益A1后，將在保持電容Cm上與前一次的輸出信號(hào)相疊加，得到這個(gè)電壓亦將保持不變

83

只要每隔來(lái)一個(gè)取樣脈沖和延長(zhǎng)門(mén)脈沖，并滿足KA1B=1的條件就可以在輸出端得到需的階梯波。

（二）取樣示波器的X通道

84第六節(jié)

示波器的使用

一、示波器的基本測(cè)量方法

（一）電壓的測(cè)量

1、直接測(cè)量法

1234hDy:偏轉(zhuǎn)靈敏度

所謂直接測(cè)量法，就是直接從示波器屏幕上量出被測(cè)電壓波形的高度，然后換算成電壓值．85比較信號(hào)發(fā)生器輸入衰耗器

Y放大器延遲線SY輸入2、比較測(cè)量法

比較測(cè)量法就是用已知電壓值(一般為峰－峰值)的信號(hào)波形與被測(cè)信號(hào)電壓波形比較，并算出測(cè)量值。863、位移法

調(diào)電位器P1,使直流電壓表Vm指零。加入被測(cè)信號(hào)，利用“垂直位移”旋鈕使波形最上峰移至0軸下。調(diào)節(jié)電位器P1，使波形最下峰移至0軸上，那么被測(cè)電壓峰－峰值等于電壓表Vm的讀數(shù)。87（二）時(shí)間的測(cè)量

1、直接測(cè)量法

當(dāng)線性掃描時(shí)，示波管熒光屏的水平軸就是時(shí)間軸，若掃描電壓線性變化的速率和X放大器的電壓增益一定，那么掃描速度也為定值．882、時(shí)標(biāo)法

89(三)相位的測(cè)量

1、線性掃描法

902、李沙育圖形法測(cè)相位

sin

91二、示波器功能擴(kuò)展實(shí)例

下面介紹用示波技術(shù)測(cè)量晶體管輸出特性的實(shí)例

1、晶體三極管的輸出特性

晶體三極管的輸出特性是一組以IB為參變數(shù)的曲線簇：

92

每固定一個(gè)IB值，改變EC使VCE從零逐點(diǎn)到一定值，測(cè)出一組VCE、IC值，完成一條IB為某一固定值的IC~f（VCE）曲線。再改變一個(gè)IB值，重復(fù)上述過(guò)程，得另一條曲線的測(cè)量數(shù)據(jù)。最后，根據(jù)全部測(cè)量數(shù)據(jù)作圖。

2、靜態(tài)測(cè)試933、動(dòng)態(tài)測(cè)試——用集電極掃描電壓代替可調(diào)直流電源EC，

集電極掃描電壓波形為50Hz交流全波整流波形這樣，VCE可自動(dòng)從零掃到最大值，然后又回掃到零。

94——提供基極電流IB的可調(diào)直流電源EB可用一個(gè)階梯波電壓發(fā)生器代替。

954、示波器作為X－Y圖示儀

將集電極掃描電壓VCE同時(shí)加到示波器的X輸入端，則水平軸相當(dāng)于VCE軸；而把集電極電流IC的取樣電壓（V1＝ICR1）加到Y(jié)輸入端，則垂直軸相當(dāng)于IC軸。這樣，屏幕上將掃描出一簇IC＝f（VCE）曲線。96三、示波器的正確使用（一）根據(jù)被測(cè)波形選擇合適的示波器

1、示波器的帶寬應(yīng)為被測(cè)信號(hào)的最高頻率的三倍左右。當(dāng)普通示波器頻寬不能滿足要求時(shí)，可考慮采用取樣示波器。

2、信號(hào)所顯示的上升時(shí)間與通帶寬度或者說(shuō)高端頻有關(guān)，要求顯示的波形越陡，示波器的高端頻應(yīng)該越高。3、對(duì)于微弱信號(hào)要選擇Y通道靈敏的示波器4、當(dāng)觀測(cè)窄脈沖或高頻信號(hào)時(shí)，除了示波器的通帶要寬外，還要求有較高的掃描速度。975、觀測(cè)緩慢變化的信號(hào)要求示波器能低速掃描和具有長(zhǎng)余輝，或者具有記憶存貯功能。6、觀測(cè)每個(gè)獨(dú)立信號(hào)可選雙線示波器，觀測(cè)多路相關(guān)信號(hào)可選多蹤示波器。7、當(dāng)需要在觀測(cè)信號(hào)列的同時(shí)還要仔細(xì)觀察它的部分內(nèi)容時(shí)，可選雙掃描示波器。8、當(dāng)需要把被觀測(cè)信號(hào)保留一定時(shí)間，應(yīng)選記憶存貯示波器。9、在能用普通示波器解決觀測(cè)任務(wù)時(shí)，就不一定選用高級(jí)或特殊示波器，這不但簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且觀測(cè)效果不一定差。98（二）正確合作地使用探頭1、低電容探頭圖中Ri和Ci（包括連接電纜的等效電容）為示波器的輸入阻抗?？梢?jiàn)，探頭的R1C（C=C1+C2）電路與RiCi組成了一個(gè)具有高頻補(bǔ)償?shù)腞C型分壓器。若R1C=RiCi，則這個(gè)分壓器的分壓比等于Ri/（Ri+R1），而且與頻率無(wú)關(guān)。一般取分壓比10∶1，若Ri＝1MQ，則R1＝9MQ。99

從探針看進(jìn)去的輸入電阻R＝R1+Ri=10MQ，而輸入電容C≈（C1+C2），因?yàn)椋–1+C2）<<Ci，故稱低電容探頭。由此可見(jiàn)，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，由于探頭具有10倍的衰減，將使示波器的靈敏度也下降十倍。1002、陰極輸出器探頭

陰極輸出器探頭同樣可減小對(duì)被測(cè)電路的影響。陰極輸出器具有高的輸入阻抗，而且由于電壓增益接近1，故既可起到低電容探頭的作用，同時(shí)不引入衰減。1013、電阻分壓器探頭

探頭中的電阻R1與示波器的輸入電阻Ri組成一個(gè)分壓器，一般分壓比為100∶1，甚至更大。這種探頭一般都用來(lái)測(cè)量低頻高壓電路，其特點(diǎn)是具有非常高的輸入電阻。應(yīng)該注意，由于沒(méi)有考慮高頻補(bǔ)償，故這種探頭切不可用于測(cè)量高頻電路。1024、使用示波器探頭時(shí)應(yīng)注意下面幾點(diǎn)：（1）必須根據(jù)測(cè)試的具體要求來(lái)選用探頭類型，否則將得到相反的效果。比如誤用電阻分壓器探頭去測(cè)量高頻或脈沖電路，那么由于這種探頭的高頻響應(yīng)很差，將使脈沖波形產(chǎn)生嚴(yán)重失真。（2）一般，探頭和示波器都應(yīng)配套使用，不能互換，否則將會(huì)導(dǎo)致分壓比誤差增加或高頻補(bǔ)償不當(dāng)。特別是低電容探頭，如果示波器Y通道的輸入級(jí)放大管更換更引起輸入阻抗改變，或探頭互換，這都有可能造成高頻補(bǔ)償不當(dāng)而產(chǎn)生波形失真。103（3）低電容探頭的電容器C1應(yīng)定期校正。具體方法是：以良好的方波電壓通過(guò)探頭加到示波器，若高頻補(bǔ)償良好，應(yīng)顯示示圖（a）波形。若補(bǔ)償不足或過(guò)補(bǔ)償，則分別會(huì)出現(xiàn)圖（b）和（c）波形。這時(shí)可微調(diào)C1，直至調(diào)到出現(xiàn)良好的方波。在沒(méi)有方波發(fā)生器時(shí)，可利用示波器本身的幅值校準(zhǔn)電壓。104練習(xí)3－11（1）偏轉(zhuǎn)靈敏度粗調(diào)（示波器面板上標(biāo)“V/cm”）

偏轉(zhuǎn)靈敏度粗調(diào)開(kāi)關(guān)用來(lái)衰減輸入信號(hào)，以保證顯示在熒光屏上的信號(hào)不致因過(guò)大而失真。調(diào)節(jié)示波器的衰減器分壓比來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)

通過(guò)調(diào)整負(fù)反饋還可進(jìn)行放大器增益即示波器靈敏度的微調(diào)。105（3）Y軸位移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，差分電路還有利于提高共模抑制比。若在差分電路的輸入端饋入不同的直流電位，差分輸出電路的兩個(gè)輸出端直流電位亦會(huì)改變，進(jìn)而影響Y偏轉(zhuǎn)板上的相對(duì)直流電位和