現(xiàn)代電子測量技術第三章波形測量

現(xiàn)代電子測量技術第三章波形測量第一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.1概述3.1.1示波器的分類

根據(jù)示波器對信號的處理方式的不同可分為模擬、數(shù)字兩大類：1模擬示波器——采用模擬方式對時間信號進行處理和顯示。2數(shù)字示波器——對信號進行數(shù)字化處理后再顯示。

第二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三1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的電子束掃描產生。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，實現(xiàn)模擬信號的存儲、記憶和反復顯示。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。第三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2數(shù)字示波器數(shù)字示波器將輸入信號數(shù)字化（時域取樣和幅度量化）后，經由D/A轉換器再重建波形。

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時取樣、隨機取樣和順序取樣三大類。

第四頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.1.2主要技術指標

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的關系可近似表示為

第五頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.1.2主要技術指標2．掃描速度

掃描速度是指熒光屏上單位時間內光點水平移動的距離，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“時基因數(shù)”，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μs、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。第六頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.1.2主要技術指標3．偏轉因數(shù)偏轉因數(shù)指在輸入信號作用下，光點在熒光屏上的垂直（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”、“mV/div”）。偏轉因數(shù)表示了示波器Y通道的放大/衰減能力。偏轉因數(shù)的倒數(shù)稱為“（偏轉）靈敏度”。第七頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.1.2主要技術指標4．輸入阻抗 當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)源是指用于提供產生掃描電壓的同步信號來源，一般有內觸發(fā)（INT）、外觸發(fā)（EXT）、電源觸發(fā)（LINE）三種。

第八頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2CRT顯示原理

3.2.1CRT

CRT主要由電子槍、偏轉系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，基本結構如下圖所示。

第九頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三1電子槍

電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束，它由燈絲F、陰極K、柵極G1和G2和陽極A1、A2組成。通過調節(jié)G1對K的負電位可控制電子束的強弱，從而調節(jié)光點的亮度，即進行“輝度”控制。調節(jié)A1的電位器稱為“聚焦”旋鈕，通過對它進行調節(jié),可調節(jié)G2與A1,A1與A2之間的電位；調節(jié)A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦”。

第十頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三1電子槍(a)電子穿越電場時的加速與減速 (b)電子在電子槍中的運動軌跡圖7-2電子束的聚焦原理示意圖第十一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三1電子槍控制柵極G1呈圓筒狀，包圍著陰極，只在面向熒光屏的方向開一個小孔，使電子束從小孔中穿過。通過調節(jié)G1對K的負電位可調節(jié)光點的亮度，即進行“輝度”控制。第一陽極A1使電子匯聚；第二陽極A2使電子加速。A1和A2與G1對電子束進行聚焦并加速，使到達熒光屏的電子形成很細的一束并具有很高速度。調節(jié)A1的電位，即可調節(jié)G2與A1和A1與A2之間的電位，調節(jié)A1的電位器稱為“聚焦”旋鈕；調節(jié)A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦”。G1、G2、A1、A2的電位關系為：VG1<VK、VG2>VG1、VA1<VG2、VA2>VA1，因此，電子從G1至G2、A1至A2將得到匯聚并加速，而從G2至A1將發(fā)散。第十二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2偏轉系統(tǒng)

示波管的偏轉系統(tǒng)由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為垂直偏轉板和水平偏轉板。當有外加電壓作用時，偏轉板之間形成電場；在偏轉電場作用下，電子束打向由X、Y偏轉板共同決定的熒光屏上的某個坐標位置。為了示波器有較高的測量靈敏度，Y偏轉板置于靠近電子槍的部位，而X偏轉板在Y的右邊。

第十三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2偏轉系統(tǒng)圖7-3電子束的偏轉第十四頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2偏轉系統(tǒng)電子束在偏轉電場作用下的偏轉距離與外加偏轉電壓成正比：示波管的Y軸偏轉靈敏度（單位為cm/V）：其倒數(shù)為示波管的Y軸偏轉因數(shù)。偏轉靈敏度越大，示波管越靈敏。為提高Y軸偏轉靈敏度，可在偏轉板至熒光屏之間加一個后加速陽極A3。

l為偏轉板的長度；S為偏轉板中心到屏幕中心的距離；b為偏轉板間距；Va為陽極A2上的電壓。第十五頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3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，可將“輝度”調暗。當電子束停止轟擊熒光屏時，光點仍能保持一定的時間，這種現(xiàn)象稱為“余輝效應”。第十六頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2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：

光點出現(xiàn)在熒光屏的中心位置。

光點僅在垂直方向偏移：Uy為正電壓時，光點從熒光屏的中心往垂直方向上移；Uy為負電壓時，光點從熒光屏的中心往垂直方向下移。

第十七頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2波形顯示的基本原理1．顯示隨時間變化的圖形（續(xù)）光點僅在水平方向偏移：Ux為正電壓時，光點從熒光屏的中心往水平方向右移；Ux為負電壓時，光點從熒光屏的中心往水平方向左移。

當兩對偏轉板上同時加固定的正電壓時，光點位置應為兩電壓的矢量合成。第十八頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2波形顯示的基本原理1．顯示隨時間變化的圖形（續(xù)）（2）X、Y偏轉板上分別加變化電壓，有下面兩種情況：僅在垂直偏轉板的兩板間加正弦變化的電壓，則光點只在熒光屏的垂直方向來回移動，出現(xiàn)一條垂直線段。第十九頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2波形顯示的基本原理1．顯示隨時間變化的圖形（續(xù)）僅在水平偏轉板的兩板間加鋸齒電壓，則光點只在熒光屏的水平方向來回移動，出現(xiàn)一條水平線段。第二十頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2波形顯示的基本原理1．顯示隨時間變化的圖形（續(xù)）（3）Y偏轉板加正弦波信號電壓，X偏轉板加鋸齒波電壓，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。

第二十一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2波形顯示的基本原理2．顯示任意兩個變量之間的關系

示波器兩個偏轉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。

第二十二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2波形顯示的基本原理2．顯示任意兩個變量之間的關系（續(xù)）若兩信號的初相相差90度，且在X、Y方向的偏轉距離相同，在熒光屏上畫出的圖形為圓。第二十三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2波形顯示的基本原理3．掃描的概念

如果在X偏轉板上加一個隨時間線性變化的電壓，垂直偏轉板不加電壓，那么光點在水平方向的偏移距離為，比例系數(shù)Sx稱為示波管的X軸偏轉靈敏度。光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為“掃描”，能實現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點自左向右的連續(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的過程稱為“掃描逆程”。

第二十四頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2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=nTy的關系，則稱掃描電壓與被測電壓“同步”。

第二十五頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2波形顯示的基本原理4．同步的概念（續(xù)）（2）Tx≠nTy(n為正整數(shù))，即不滿足同步關系時，顯示的波形不穩(wěn)定。

第二十六頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2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周期時，難以看清脈沖波形的細節(jié)。

第二十七頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2波形顯示的基本原理5．連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描（續(xù)）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現(xiàn)。

第二十八頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2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)。第二十九頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.2.2波形顯示的基本原理6．掃描過程的增輝為了使回掃產生的波形不在熒光屏上顯示，可以設法在掃描正程期間，給示波器增輝。

若不增輝將產生如圖的回掃線第三十頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3通用示波器

3.3.1通用示波器的組成

第三十一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3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。（1）衰減器

最佳補償條件：過補償：欠補償：改變分壓比的開關為示波器的垂直靈敏度粗調開關，在面板上用“V/cm”標記。

第三十二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3通用示波器（2）輸入耦合方式

輸入耦合方式設有AC、GND、DC三檔選擇開關。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”檔。

第三十三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.2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放大，從中取出內觸發(fā)信號，并具有靈敏度微調、校正、Y軸移位、極性反轉等控制作用。

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，相應的Y偏轉板上的直流電位和波形在Y方向的位置也會改變?？赏ㄟ^調節(jié)“Y軸位移”旋鈕，調節(jié)直流電位以改變被測波形在屏幕上的位置。

第三十四頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.2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。第三十五頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.2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的脈沖全過程。延遲線的輸入級需采用低輸出阻抗電路驅動，而輸出級則采用低輸入阻抗的緩沖器。

第三十六頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.2通用示波器的垂直通道4．Y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，用以驅動示波管的垂直偏轉系統(tǒng)，使電子束獲得Y方向的滿偏轉。

Y輸出放大器應具有穩(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、足夠寬的頻帶、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。可采用改變負反饋的方法改變放大器的增益（面板上的“×5”或“×10”開關）。第三十七頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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，其主要任務是產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板，使光點在熒光屏的水平方向達到滿偏轉。

第三十八頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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。

第三十九頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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、與被測信號有嚴格同步關系的信號作為觸發(fā)源，用于比較兩個信號的同步關系。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交流有同步關系的信號。第四十頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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。

“HFREJ”高頻抑制耦合：用于抑制高頻成分的耦合。第四十一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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（TRIGMODE）

常態(tài)（NORM）觸發(fā)方式：指有觸發(fā)源信號并產生了有效的觸發(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，熒光屏上總能顯示掃描線。電視（TV）觸發(fā)方式：是在原有放大、整形電路基礎上插入電視同步分離電路實現(xiàn)的，以便對電視信號（如行、場同步信號）進行監(jiān)測與電視設備維修。第四十二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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)電平調節(jié)觸發(fā)極性和觸發(fā)電平決定觸發(fā)脈沖產生的時刻，并決定被顯示信號的起始點。觸發(fā)極性是指觸發(fā)點位于觸發(fā)源信號的上升沿還是下降沿。觸發(fā)電平是指觸發(fā)脈沖到來時所對應的觸發(fā)放大器輸出電壓的瞬時值。第四十三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3通用示波器的水平通道（4）觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調節(jié)第四十四頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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”選擇的信號之差達到某一設定值時，比較電路翻轉，輸出矩形波，然后經過微分整形，變成觸發(fā)脈沖。

第四十五頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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組成。第四十六頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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。第四十七頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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）起正程加亮作用。

3）使雙蹤示波器工作于交替狀態(tài)。

第四十八頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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)器構成的閘門電路。

第四十九頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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用最廣的一種積分電路。

第五十頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3通用示波器的水平通道2．掃描發(fā)生器環(huán)（續(xù)）（3）積分器積分器產生的鋸齒波電壓被送入X放大器中放大，再加至水平偏轉板。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的距離；t：偏轉x距離所對應的時間。在示波器中通常改變R或C值作為“掃描速度”粗調，用改變E值作為“掃描速度”微調。第五十一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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，輸入電壓與預置的參考電平進行比較，當輸入電壓等于預置的參考電平時，輸出端電位產生跳變，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，關閉或抑制掃描閘門，使“抑制”期間掃描電路不再受到同極性觸發(fā)脈沖的觸發(fā)。

第五十二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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：

第五十三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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

第五十四頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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

2）連續(xù)掃描。在此掃描方式下，通過“穩(wěn)定度”調節(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束，從而實現(xiàn)掃描電壓和被測電壓的同步。

第五十五頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.3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在水平方向達到滿偏的程度。

X放大器的輸入端置于“內”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。第五十六頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.4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。2．Z軸的增輝與調輝

—增輝：將閘門信號放大，使顯示的波形正程加亮?！{輝：加外調制信號或時標信號，使屏幕顯示的波形發(fā)生相應地變化。3．校準信號發(fā)生器

—可產生幅度和頻率準確的基準方波信號，為儀器本身提供校準信號源。

第五十七頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.5示波器的多波形顯示

1．多線示波

利用多槍電子管來實現(xiàn)的。測試時各通道、各波形之間產生的交叉干擾可以減少或消除，可獲得較高的測量準確度。2．多蹤示波

在單線示波的基礎上增加了電子開關，利用分時復用的原理，分別把多個垂直通道的信號輪流接到Y偏轉板上，最終實現(xiàn)多個波形的同時顯示。

第五十八頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.5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。第五十九頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.5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。

第六十頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.3.5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。第六十一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4取樣示波器

3.4.1概述

1．取樣的基本概念取樣就是從被測波形上取得樣點的過程。取樣分為實時取樣和非實時取樣兩種。從一個信號波形中取得所有取樣點，來表示一個信號波形的方法稱為實時取樣。從被測信號的許多相鄰波形上取得樣點的方法稱為非實時取樣，或稱為等效取樣。第六十二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.1概述1．取樣的基本概念 實時取樣示意圖

第六十三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.1概述1．取樣的基本概念 非實時取樣示意圖第六十四頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.1概述2．取樣原理

核心電路取樣保持器示意圖兩個取樣脈沖的時間間隔為 ，由于波形包絡所經歷的時間變長了，故可用低頻示波器顯示較高頻率的信號。第六十五頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.1概述2．取樣原理（續(xù)）步進間隔Δt與信號最高頻率fh應滿足取樣定理非實時采樣只適用于周期性信號。順序進行的取樣稱為順序取樣；否則稱為隨機取樣。第六十六頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.1概述3顯示原理

順序取樣示波器中的水平掃描信號為階梯波電壓，階梯持續(xù)時間，階梯數(shù)對應屏幕上顯示的不連續(xù)的光點數(shù)。

第六十七頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.2取樣示波器的組成及工作原理

1.取樣示波器的基本框圖第六十八頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.2取樣示波器的組成及工作原理2.取樣示波器的垂直通道 垂直通道由延遲線、延長門和Y放大器等電路組成，最關鍵的電路是取樣電路，它產生正比于取樣值的階梯電壓。下圖為常用的閉環(huán)取樣電路組成框圖。第六十九頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.2取樣示波器的組成及工作原理2.取樣示波器的垂直通道（續(xù)）第一個取樣脈沖到來時，取樣門閉合，輸入的被測信號對取樣電容Cs充電；然后該電壓被送到交流放大器A放大，在延長門閉合期間對保持電容Cm充電；最后保持電壓經過反饋電路送回取樣電容Cs，故取樣電容Cs上最終得到的電壓為

（K為取樣門的傳輸函數(shù)）。

若kAβ=1，則取樣電路的輸出電壓值正比于輸入電壓的取樣值。

第七十頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.2取樣示波器的組成及工作原理2.取樣示波器的垂直通道（續(xù)）第二個取樣脈沖到來時，取樣門閉合，輸入的被測信號與cs上的電壓ui1之差給取樣電容Cs充電，充電的電壓值經過傳遞系數(shù)K和增益A后，將在保持電容上與前一次的輸出信號疊加，得到uo2為取樣電路的輸出是由離散的、與被測信號成正比的階梯波構成的。第七十一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.2取樣示波器的組成及工作原理3.取樣示波器的水平通道X通道主要包括觸發(fā)、放大、分頻單元、快斜波發(fā)生器、比較器、階梯波發(fā)生器和X放大器。下圖為階梯波發(fā)生器框圖：第七十二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.2取樣示波器的組成及工作原理3.取樣示波器的水平通道（續(xù)） 圖示波形說明了步進脈沖發(fā)生器的工作過程第七十三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.2取樣示波器的組成及工作原理4.取樣示波器的主要參數(shù)

（1）取樣示波器的帶寬要提高取樣示波器的帶寬，取樣門用元件的高頻特性要足夠好；其次取樣脈沖本身要足夠窄。取樣脈沖通常有兩種形式：規(guī)則脈沖和尖三角脈沖。取樣門的最高工作頻率為 （τ為取樣脈沖底寬），即與取樣脈沖底邊的寬度成反比。

第七十四頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.2取樣示波器的組成及工作原理4.取樣示波器的主要參數(shù)（續(xù)）（2）取樣密度

指電路掃描時，在示波器屏幕X軸上顯示的被測信號每格所對應的取樣點數(shù)，常用每厘米的光點數(shù)來表示。屏幕上的光點總數(shù)為 （Us為X方向最大偏轉電壓；Δus為階梯波每級上升的電壓）。使ΔUs變小，可使總點數(shù)增加，即取樣密度變大；但取樣點過多可能導致波形閃爍。

第七十五頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.4.2取樣示波器的組成及工作原理4.取樣示波器的主要參數(shù)（續(xù)）（3）等效掃速

等效掃速定義為被測信號經歷時間與水平方向展寬的距離比。在取樣示波器中，雖然在屏幕上顯示n個亮點需要n（mT+Δt）的時間，但它等效于被測信號經過了nΔt的時間。Us為X方向最大偏轉電壓；N為X軸偏轉格數(shù)；為快斜波的斜率。第七十六頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5波形存儲及顯示技術

3.5.1波形模擬存儲技術和記憶模擬記憶示波器是利用記憶示波管的波形記憶（存儲）特性實現(xiàn)波形較長時間的存儲，其核心是記憶示波管：第七十七頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.1波形模擬存儲技術和記憶示波器示波管內有兩種電子槍，一種稱為寫入槍，另一種稱為讀出槍。在記錄波形之前，首先對存儲柵網進行清除，清除網上的電子。寫入槍發(fā)射電子束，實現(xiàn)了存儲功能。讀出時，在那些被記錄槍電子束掃描過的區(qū)域，讀出槍發(fā)出的泛射電子可以通過柵網而到達熒光屏，從而顯示波形。第七十八頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器

1．數(shù)字存儲示波器的組成原理

第七十九頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器1．數(shù)字存儲示波器的組成原理（續(xù)）當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換成模擬信號，經垂直放大器放大加到CRT的Y偏轉板。同時，CPU的讀地址計數(shù)脈沖加至D/A轉換器，得到一個階梯波掃描電壓，驅動CRT的X偏轉板，第八十頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2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

—隨機存儲器RAM包括信號數(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）預置觸發(fā)—可觀測觸發(fā)點前后不同段落上的波形。

第八十一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2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進行測量。（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。

第八十二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器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出現(xiàn)的突發(fā)信號。第八十三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2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節(jié)。

（5）X—Y顯示

第八十四頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器3．數(shù)字存儲示波器的顯示方式（6）顯示的內插

插入技術可以解決點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。第八十五頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器4．數(shù)字存儲示波器的特點

（1）波形的采樣/存儲與波形的顯示是獨立的

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。第八十六頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器4．數(shù)字存儲示波器的特點（續(xù)）（4）測量準確度高采用了晶振和高分辨率A/D轉換器。（5）很強的數(shù)據(jù)處理能力內含微處理器，能自動實現(xiàn)多種波形參數(shù)的測量與顯示；還具有自檢與自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)送到計算機或其他的外部設備，進行更復雜的數(shù)據(jù)運算和分析處理。第八十七頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器5．數(shù)字存儲示波器的主要技術指標（1）最高取樣速率

指單位時間內取樣的次數(shù)，用每秒鐘完成的A/D轉換的最高次數(shù)來衡量。實時取樣速率 （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)

與取樣速率密切相關。

第八十八頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器5．數(shù)字存儲示波器的主要技術指標（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轉換器的分辨率相對應，常以屏幕每格的分級數(shù)(級／div)或百分數(shù)來表示。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或用百分數(shù)來表示。

第八十九頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器5．數(shù)字存儲示波器的主要技術指標（續(xù)）（4）存儲容量

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

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。

第九十頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器6．數(shù)字存儲示波器的主要部件及要求（1）高速A/D轉換器

1）并行比較式ADC采用直接比較原理，轉換速度快，有閃爍式A/D（FlashA/D）之稱。

第九十一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器6．數(shù)字存儲示波器的主要部件及要求（續(xù)）（1）高速A/D轉換器

2）并串式ADC

第九十二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器6．數(shù)字存儲示波器的主要部件及要求（續(xù)）（2）存儲器

可將高速采集的數(shù)據(jù)分路變?yōu)榈退贁?shù)據(jù)進行存儲以降低對存儲速度的要求。

第九十三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器6．數(shù)字存儲示波器的主要部件及要求（續(xù)）（3）控制系統(tǒng)

單處理器系統(tǒng)：僅有一個CPU，加上在CPLD或FPGA等數(shù)字邏輯的管理下進行工作的高速時鐘電路。多處理器系統(tǒng)：由多個CPU完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、人機控制等功能。第九十四頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器７．高速信號采集技術（1）CCD器件和A/D相結合 對被測信號進行非實時取樣后借助CCD進行信號的模擬存儲。然后將CCD中存儲的信號讀出并進行A/D轉換，其結果存入RAM。

第九十五頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.5.2數(shù)字存儲示波器７．高速信號采集技術（續(xù)）（2）掃描交換管和A/D相結合

將高速信號存儲在掃描變換管的靶面上，然后通過電子掃描靶面以圖像信號輸出的形式取出存儲信號，并經A/D轉換將數(shù)字化結果存入存儲器。

（3）等效取樣和A/D相結合

采用等效取樣的方法將高速信號變?yōu)榈退傩盘?，對此低速信號進行采集、存儲就可能完成測量任務。

第九十六頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三７．高速信號采集技術（續(xù)）（4）多通道組合

將多個通道的采集能力均用于一個通道對被測信號進行采集。第九十七頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三第九十八頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6示波器的基本測試技術

3.6.1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選擇。第九十九頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6.2示波器的正確使用

１．使用注意事項（1）檢查電源電壓。

（2）通電預熱后再調整各旋鈕，同時注意各旋鈕應先大致旋在中間位置。（3）亮度不宜開得過高，且亮點不宜長期停留在固定位置，不觀測波形時，應該將輝度調暗。（4）輸入信號電壓的幅度應控制在示波器的最大允許輸入電壓范圍內。第一百頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6.2示波器的正確使用2．通用示波器的主要技術性能

（1）Y軸通道

——包括偏轉靈敏度、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——包括顯示尺寸、后加速陽極電壓、校準信號等。第一百零一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6.2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）VERTMODE：垂直方式選擇開關。（5）SOURCE觸發(fā)源選擇開關。（6）COUPLING觸發(fā)信號耦合方式開關。（7）TIME/DIV掃描時間選擇開關。

第一百零二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6.2示波器的正確使用3．通用示波器的面板示意圖（續(xù)）（8）SWEEPMODE掃描方式選擇開關。

（9）EXTTRIG和EXTHOR外觸發(fā)和外水平共用輸入端。

（10）LEVELHOLDOFF觸發(fā)電平和釋抑時間雙重控制旋鈕。

（11）X-Y方式。

第一百零三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6.2示波器的正確使用3．通用示波器的面板示意圖（續(xù)）第一百零四頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三第一百零五頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6.2示波器的正確使用4．探頭的正確使用常見探頭為低電容高電阻探頭：

第一百零六頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6.2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，否則將會導致分壓比誤差增加或高頻補償不當。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，微調電容C以達到出現(xiàn)良好的方波。第一百零七頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6.3用示波器測量電壓

1．直流電壓的測量

（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系進行的。

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)。第一百零八頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三1．直流電壓的測量（續(xù)）（2）測量方法

1）將示波器的垂直偏轉靈敏度微調旋鈕置于校準位置（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。4）將示波器的輸入耦合開關撥向“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）計算被測直流電壓值。

第一百零九頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三1．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)第一百一十頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2．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

垂直偏轉靈敏度微調旋鈕置于校準位置；接入待測信號；輸入耦合開關置于“AC”

；調節(jié)掃描速度使波形穩(wěn)定顯示；調節(jié)垂直靈敏度開關；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。第一百一十一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2．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第一百一十二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6.4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軸擴展倍率。周期的倒數(shù)即為頻率。

第一百一十三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6.4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旋鈕置于“校準”位置。

2）將待測信號送至示波器的垂直輸入端。

3）將示波器的輸入耦合開關置于“AC”位置。

4）調節(jié)掃描速度開關，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。第一百一十四頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6.4用示波器測量時間和頻率1．測量周期和頻率（續(xù)）例7-3熒光屏上的波形如圖所示，信號一周期7cm，掃描速度開關置于“10ms/cm”位置，掃描擴展置于“拉出×10”位置，求被測信號的周期。

ms

第一百一十五頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2．測量時間間隔

（1）測量同一信號中任意兩點A與B的時間間隔的測量方法如下圖。

A與B的時間間隔 （為A與B的時間間隔在熒光屏水平方向所占距離，為示波器的掃描速度）第一百一十六頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2．測量時間間隔（續(xù)）（2）若A、B兩點分別為脈沖波前后沿的中點，則所測時間間隔為脈沖寬度，如下圖示。

第一百一十七頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2．測量時間間隔（續(xù)）（3）采用雙蹤示波器可測量兩個信號的時間差。將B脈沖的起點左移1格，讀出兩被測信號起始點時間的水平距離。第一百一十八頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三3.6.5用示波器測量相位

1．用雙蹤示波法測量相位

將欲測量的兩個信號A和B分別接到示波器的兩個輸入通道。利用熒光屏上的坐標測出信號的一個周期在水平方向上所占的長度。再測量兩波形上對應點之間的水平距離x，則兩信號的相位差為第一百一十九頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三1．用雙蹤示波法測量相位（續(xù)）

用這種方法測相位差時應該注意，只能用其中一個波形去觸發(fā)另一路信號。

第一百二十頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2．用李沙育圖形法測量頻率或相位

（1）測量頻率

示波器工作于X-Y方式下，將頻率已知的信號與頻率未知的信號加到示波器的兩個輸入端，調節(jié)已知信號的頻率，使熒光屏上得到李沙育圖形，由此可測出被測信號的頻率。和分別為水平線、垂直線與李沙育圖形的交點數(shù)；、分別為示波器Y和X信號的頻率。李沙育圖形存在關系：第一百二十一頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2．用李沙育圖形法測量頻率或相位（續(xù)） 例7-4如圖所示的李沙育圖形，已知X信號頻率為6MHz，問Y信號的頻率是多少？

或MHz

MHz第一百二十二頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2．用李沙育圖形法測量頻率或相位（續(xù)）

（2）測量相位差把比較相位差的兩個同頻率、同幅度的正弦信號分別送入示波器的Y通道和X通道，使示波器工作在X-Y方式，這時示波器的屏幕上會顯示出橢圓波形，由橢圓上的坐標可求得兩信號的相位差為

第一百二十三頁，共一百三十八頁，編輯于2023年，星期三2．用李沙育圖形法測量頻率或相位（續(xù)）

（2）測量相位差第一