電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章

電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2023/12/27電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.1概述電子示波器簡稱示波器。它是一種用熒光屏顯示電量隨時間變化過程的電子測量儀器。它能把人的肉眼無法直接觀察到的電信號轉(zhuǎn)換成人眼能夠看到的波形，具體顯示在熒光屏上，以便對電信號進(jìn)行定性和定量觀測，其他非電物理量亦可經(jīng)轉(zhuǎn)換成為電量，使用示波器進(jìn)行觀測，因此示波器是一種廣泛應(yīng)用的電子測量儀器，它普遍地應(yīng)用于國防、科研、學(xué)校以及工、農(nóng)、商業(yè)等各個領(lǐng)域。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章電子示波器的基本特點如下：(1)能顯示信號波形，可測量瞬時值，具有直觀性。(2)輸入阻抗高，對被測信號影響小。測量靈敏度高，并有較強(qiáng)的過載能力，目前示波器的最高靈敏度可達(dá)到10μV/div(微伏/格)。(3)工作頻帶，速度快，便于觀察高速變化的波形的細(xì)節(jié)。目前示波器的工作頻帶最寬可達(dá)1000MHz，預(yù)計不久將研制出帶寬為2GHz以上的示波器。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章(4)在示波器的熒光屏上可描繪出任意兩個電壓或電流量的函數(shù)關(guān)系，可作為比較信號用的高速X-Y記錄儀。由于示波器的上述特點，電子示波器除直接用于電量測試外，也可配以其他設(shè)備組成綜合測量儀器。電子示波器的主要用途如下：(1)觀測電信號波形。(2)測量電壓和電流的幅度、頻率、時間、相位等電量參數(shù)。(3)顯示電子網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。(4)顯示電子器件的伏安特性。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章總之，電子示波器是測量電子電路工作情況的不可或缺的重要工具。電子示波器的發(fā)展可溯源到19世紀(jì)末研制成的第一支冷陰極靜電偏轉(zhuǎn)電子射線示波管。20世紀(jì)40年代末，逐漸建立起專門生產(chǎn)示波器的廠家。幾十年來，示波器由電子管示波器發(fā)展到晶體管、集成電路的示波器，由模擬電路發(fā)展到數(shù)字電路，由通用寬帶示波器發(fā)展到高速取樣示波器、記憶示波器、數(shù)字存儲示波器、邏輯示波器等多種類型示波器，它還可與微型計算機(jī)連接組成智能測量系統(tǒng)。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章建國以后，我國示波器工業(yè)也有了很大的發(fā)展，有些已接近世界先進(jìn)水平，但與工業(yè)先進(jìn)的國家還有一定的差距。目前電子示波器的主要生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品系列如表4.1-1所示。本章在介紹示波器組成結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，介紹示波器的工作原理、種類及應(yīng)用。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.2示波管示波器的核心部件是示波管，它在很大程度上決定了整機(jī)的性能。示波管是一種整個被密封在玻璃殼內(nèi)的大型真空電子器件，也叫陰極射線管。電視機(jī)的彩色顯像管和計算機(jī)的監(jiān)視器都是在電子示波管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它們的組成結(jié)構(gòu)與原理基本相同。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，如圖4.2-1所示。其用途是將電信號轉(zhuǎn)變成光信號并在熒光屏上顯示。電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束，偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由X方向和Y方向兩對偏轉(zhuǎn)板組成，它的作用是決定電子束怎樣偏轉(zhuǎn)，熒光屏的作用則是顯示偏轉(zhuǎn)電信號的波形。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.2-1示波管及電子束控制電路電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.2.1電子槍電子槍由燈絲(h)、陰極(K)、柵極(G1)、前加速極(G2)、第一陽極(A1)和第二陽極(A2)組成。燈絲h用于對陰極K加熱，加熱后的陰極發(fā)射電子。柵極G1電位比陰極K低，對電子形成排斥力，使電子朝軸向運動，形成交叉點F1,并且只有初速度較高的電子能夠穿過柵極奔向熒光屏，初速度較低的電子則返回陰極，被陰極吸收。如果柵極G1電位足夠低，則可使發(fā)射出的電子全部返回陰極，因此，調(diào)節(jié)柵極G1的電位可控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變熒光屏亮點的輝度。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.2-1中輝度調(diào)節(jié)旋鈕控制電位器RW1進(jìn)行分壓調(diào)節(jié)，即調(diào)節(jié)柵極G1的電位?？刂戚x度的另一種方法是以外加電信號控制柵陰極間電壓，使亮點輝度隨電信號強(qiáng)弱而變化(像電視顯像管那樣)，這種工作方式稱為“輝度調(diào)制”。這個外加電信號的控制形成了除X方向和Y方向之外的三維圖形顯示，稱為Z軸控制。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章

G2、A1、A2構(gòu)成一個對電子束的控制系統(tǒng)。這三個極板上都加有較高的正電位，并且G2與A2相連。穿過柵極交叉點F1的電子束由于電子間的相互排斥作用而散開。進(jìn)入G2、A1、A2構(gòu)成的靜電場后，一方面受到陽極正電壓的作用加速向熒光屏運動，另一方面由于A1與G2、A1與A2形成的電子透鏡的作用向軸線聚擾，形成很細(xì)的電子束。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章如果電壓調(diào)節(jié)得適當(dāng)，則電子束恰好聚焦在熒光屏S的中心點F2處。圖4.2-1中RW2和RW3分別是“聚焦”和“輔助聚焦”旋鈕所對應(yīng)的電位器，調(diào)節(jié)這兩個旋鈕使得電子束具有較細(xì)的截面，射到熒光屏上，以便在熒光屏上顯示出清晰的、聚焦很好的波形曲線。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.2.2偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由水平偏轉(zhuǎn)板X1、X2和垂直偏轉(zhuǎn)板Y1、Y2這兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成。垂直偏轉(zhuǎn)板Y在前，水平偏轉(zhuǎn)板X在后，如果僅在Y1、Y2偏轉(zhuǎn)板間加電壓，則電子束將根據(jù)所形成的電場強(qiáng)弱與極性在垂直方向上運動。如果Y1為正，Y2為負(fù)，則電子束向上運動，電場強(qiáng)，運動距離大，電場弱，運動距離??；若Y1為負(fù)，Y2為正，則電子束向下運動。同理，在X1、X2間加電壓，電子束將根據(jù)電場的強(qiáng)弱與極性在水平方向上運動，電子束最終的運動情況取決于水平方向和垂直方向電壓的合成作用，當(dāng)X、Y偏轉(zhuǎn)板加不同電壓時，熒光屏上的亮點可以移動到屏面上的任一位置。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章為了顯示電信號的波形，通常在水平偏轉(zhuǎn)板上加一線性鋸齒波掃描電壓ux，該掃描電壓將Y方向所加信號電壓uy作用的電子束在屏幕上按時間沿水平方向展開，形成一條“信號電壓-時間”曲線，即信號波形，參見圖4.2-2。水平偏轉(zhuǎn)板X板上所加鋸齒形電壓稱為“時基信號”或“掃描信號”。例如，當(dāng)uy信號為正弦波時，只有在掃描電壓ux的頻率fx與被觀察的信號電壓uy的頻率fy相等或成整倍數(shù)n時，才能穩(wěn)定地顯示一個或n個正弦波形，如圖4.2-2(b)、(c)所示。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.2-2偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理圖電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.2.3熒光屏在熒光屏的玻殼內(nèi)側(cè)涂上熒光粉，就形成了熒光屏，它不是導(dǎo)電體。當(dāng)電子束轟擊熒光粉時，激發(fā)產(chǎn)生熒光形成亮點。不同成分的熒光粉，發(fā)光的顏色不盡相同，一般示波器選用人眼最為敏感的黃綠色。熒光粉從電子激發(fā)停止時的瞬間亮度下降到該亮度的10%所經(jīng)過的時間稱為余輝時間。熒光粉的成分不同，余輝時間也不同，為適應(yīng)不同需要，將余輝時間分為長余輝(100ms~1s)、中余輝(1~100ms)和短余輝(10μs~10ms)等不同規(guī)格。普通示波器需采用中余輝示波管，而慢掃描示波器則采用長余輝示波管。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.3電子示波器的結(jié)構(gòu)框圖與性能4.3.1電子示波器的結(jié)構(gòu)框圖電子示波器的基本組成框圖如圖4.3-1所示。電子示波器由Y通道、X通道、Z通道、示波管、幅度校正器、掃描時間校正器、電源幾部分組成。被觀察的波形通過Y通道探頭，經(jīng)過衰減加到垂直前置放大器的輸入端①，垂直前置放大器的推挽輸出信號②和③經(jīng)過延遲線、垂直末級放大器，輸出足夠大的推挽信號⑨、10到示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板Y1、Y2上。由時基發(fā)生器產(chǎn)生線性掃描電壓，經(jīng)水平末級放大器放大后，輸出推挽的鋸齒波信號⑦、⑧加到水平偏轉(zhuǎn)板X1、X2上。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.3-1示波器組成框圖及波形關(guān)系圖電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章為了在示波管上得到穩(wěn)定的顯示波形，要求每次掃描的鋸齒波信號起點應(yīng)對應(yīng)于周期性被顯示信號的同一相應(yīng)點，因此，將被顯示信號③的一部分送到觸發(fā)同步電路，當(dāng)該電路得到的信號相應(yīng)于輸入信號的某個電平和極性時，觸發(fā)同步電路即產(chǎn)生觸發(fā)信號④去啟動時基發(fā)生器，產(chǎn)生一個由觸發(fā)信號控制的掃描電壓⑤。Z軸電路應(yīng)在時基發(fā)生器輸出的正程時間內(nèi)產(chǎn)生加亮(增輝)信號⑥加到示波管控制柵極上，使得示波管在掃描正程加亮光跡，在掃描回程使光跡消隱。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章由圖4.3-1(b)中的波形③、④、⑤可見，觸發(fā)點即鋸齒波的掃描起點并不在被顯示信號的起始過零點，因此，信號前沿?zé)o法觀察。為了克服此缺點，在垂直前置放大器之后加入延遲線，對Y方向加入的信號進(jìn)行延遲，并且使其延遲時間τ2略大于由水平通道引起的固有觸發(fā)延遲τ1，以確保觸發(fā)掃描與顯示信號同步。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章來自Y通道的同步信號(即被觀察信號)被稱為“內(nèi)”同步；來自儀器外部的同步信號被稱為“外”同步。示波器除了用于觀察信號波形外，當(dāng)用于其他測量時，X偏轉(zhuǎn)板上也可不加時基信號，而是加上待測的或參考的信號，這個信號可從X輸入端直接接入示波器，經(jīng)過輸入電路和放大器后加于X偏轉(zhuǎn)板。輸入電路一般由衰減器、射極跟隨器和放大器組成。校正器用來校準(zhǔn)示波器的主要特性。常用的有幅度校正器和掃描時間校正器。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章電源一般由兩個整流器組成。高壓整流器供給示波管高壓電極電壓，低壓整流器供給示波器所有其他電路的電壓和示波管低壓電極電壓。通常低壓電源采用穩(wěn)壓器，較精密的示波器高壓電源也采取穩(wěn)壓措施。電子束控制電路與電源連在一起，包括亮度、聚焦、輔助聚焦和光點位置控制。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.3.2示波器的主要性能指標(biāo)為了正確選擇和使用示波器，必須了解以下六項最重要的性能指標(biāo)。1.頻率響應(yīng)(頻帶寬度)示波器最重要的工作特性就是頻率響應(yīng)fh(最高工作頻率)，又稱帶寬。這是指垂直偏轉(zhuǎn)通道(Y方向放大器)對正弦波的幅頻響應(yīng)下降到中心頻率的0.707(－3dB)倍時的頻率范圍。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章由于信號通過線性電路時，輸出信號的頻譜G(ω)等于輸入信號的頻譜F(ω)乘以電路的頻率特性K(ω)，即G(ω)=K(ω)×F(ω)，因此，如果要求任意形狀信號通過該電路時不產(chǎn)生畸變，則要求電路對被傳輸信號的所有頻譜分量的幅頻特性為常數(shù)。示波器垂直偏轉(zhuǎn)通道的帶寬必須足夠?qū)挘绻ǖ赖膸挷粔颍瑒t對于信號的不同頻率分量，通道的增益不同，信號波形便會產(chǎn)生失真。因此，為了能夠顯示窄脈沖，示波器Y通道帶寬必須很寬。例如，SR-8型二蹤示波器帶寬fh=15MHz,SBM-10A示波器的帶寬fh=30MHz，目前最寬的示波器頻率范圍fh已達(dá)到1000MHz。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2.偏轉(zhuǎn)靈敏度(S)單位輸入信號電壓uy引起光點在熒光屏上偏轉(zhuǎn)的距離H稱為偏轉(zhuǎn)靈敏度S，即S=(4.3-1)則uy==H·d(4.3-2)式中，d為靈敏度的倒數(shù)1/S，稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。S的單位為cm/V、cm/mV或div/V(格/伏)，d的單位為V/cm。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章在測量時，從示波器垂直通道衰減器刻度可讀得它的偏轉(zhuǎn)因數(shù)d，根據(jù)顯示的波形高度H，按式(4.3-2)可求得顯示波形的電壓幅度。例如，d=2V/cm，熒光屏上uy波形高度H=2.6cm，則所觀察波形幅度uy=2V/cm×2.6cm=5.2V。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章3.掃描頻率示波器屏幕上光點水平掃描速度的高低可用掃描速度、時基因數(shù)、掃描頻率等指標(biāo)來描述。掃描速度就是光點水平移動的速度，其單位是cm/s或div/s(格/秒)。掃描速度的倒數(shù)稱為時基因數(shù)，它表示光點水平移動單位長度(cm或div)所需的時間。掃描頻率表示水平掃描的鋸齒波的頻率。一般示波器X方向掃描頻率可由t/cm或t/div分擋開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)，此開關(guān)標(biāo)注的是時基因數(shù)。SR-8雙蹤示波器的時基因數(shù)范圍為1s/div~0.2μs/div,SBM-10A型示波器的時基因數(shù)范圍為0.5s/cm~0.05μs/cm。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.輸入阻抗輸入阻抗是指示波器輸入端對地的電阻Ri和分布電容Ci的并聯(lián)阻抗。在觀測信號波形時，把示波器輸入探頭接到被測電路的觀察點，輸入阻抗越大，示波器對被測電路的影響就越小，所以要求輸入電阻Ri大而輸入電容Ci小。輸入電容Ci在頻率越高時，對被測電路的影響越大。以SBM-10型多用示波器為例，垂直偏轉(zhuǎn)通道的輸入電阻Ri=1MΩ，電容Ci=27pF。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章5.示波器的瞬態(tài)響應(yīng)示波器的瞬態(tài)響應(yīng)就是示波器的垂直系統(tǒng)電路在方波脈沖輸入信號作用下的過渡特性。圖4.3-2顯示了一個正向標(biāo)準(zhǔn)方波脈沖經(jīng)過示波器后波形發(fā)生畸變的情況，與圖3.6-1相似。示波器的瞬態(tài)響應(yīng)特性一般可用圖中所示脈沖的上升時間tr、下降時間tf、上沖s0、下沖sn、預(yù)沖sp及下垂δ等參數(shù)表示。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.3-2中Um是標(biāo)準(zhǔn)方波脈沖的基本幅度(簡稱脈沖幅度)，b是上沖量(脈沖前沿高出Um部分的沖擊量)，f是下沖量(脈沖后沿低于脈沖底值的突出部分)，ΔU為平頂降落量(方波持續(xù)期間頂部幅度的下降量，也稱下垂)。第3章曾提到，脈沖的上沖、下沖、平頂降落等也可以分別用它們對脈沖幅度的百分比值表示，因而可以分別定義如下：電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.3-2示波器的瞬態(tài)響應(yīng)電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章上沖s0是脈沖前沿的上沖量b與Um的百分比值，即下沖s0是脈沖前沿的上沖量b與Um的百分比值，即下垂δ是脈沖平頂降落量ΔU與Um的百分比值，即電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章預(yù)沖sp是脈沖波階躍之前的預(yù)沖量d與Um的百分比值，即脈沖上升時間tr和脈沖下降時間tf與第3章中的定義相同，不再重復(fù)。示波器說明書中通常只標(biāo)示出上升時間tr及上沖s0的數(shù)值。由于示波器中的放大器是線性網(wǎng)絡(luò)，因此放大器的頻帶寬度fB與上升時間tr有確定的關(guān)系：電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章

fB×tr≈350。當(dāng)知道了頻帶寬度fB時，可計算出tr≈350/fB，式中fB的單位為MHz，tr的單位為ns。示波器中，fB=fh。例如,SBM-10A型示波器的fh=30MHz，由此可求得上升時間為不難理解，上升時間tr越小越好。瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)在相當(dāng)大的程度上決定了示波器所能觀測的脈沖信號的最小寬度。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章6.掃描方式

示波器中的掃描電壓鋸齒波是一種線性時間基線。線性時基掃描可分成連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描兩種方式。圖4.3-3是連續(xù)掃描電壓波形，回掃后沒有等待時間，故適用于觀測連續(xù)信號。圖4.3-4是觸發(fā)掃描電壓波形，它只在觸發(fā)信號的激勵下才開始掃描，每完成一次掃描后就處于等待狀態(tài)，直到下一次觸發(fā)信號到來時再進(jìn)行掃描。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.3-3連續(xù)掃描電壓波形電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.3-4觸發(fā)掃描電壓波形電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.4電子示波器的Y、X通道及校正器電子示波器的基本部件由垂直偏轉(zhuǎn)通道(Y通道)、水平偏轉(zhuǎn)通道(X通道)、增輝和Z軸調(diào)制、校正器及電源組成。4.4.1垂直偏轉(zhuǎn)通道(Y通道)垂直通道的任務(wù)是檢測被觀察的信號，并將它無失真或失真很小地傳輸?shù)绞静ü艿拇怪逼D(zhuǎn)板上。同時，為了與水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)配合工作，要將被測信號進(jìn)行一定的延遲。為了完成上述任務(wù)，垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由輸入電路、阻抗變換器、延遲線和放大器組成，如圖4.3-1(a)所示。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章1.輸入電路輸入電路由探頭、衰減器等組成。被測信號通過垂直偏轉(zhuǎn)通道加到示波管的Y偏轉(zhuǎn)板上，整個輸入電路可以看成一個二端網(wǎng)絡(luò)，為了不失真地傳輸信號，此二端網(wǎng)絡(luò)應(yīng)是一個交直流耦合電路，通過該耦合電路后，信號再加到放大器進(jìn)行放大。下面先說明輸入耦合方式，再說明對于大信號必須加入衰減器的情況。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章1)輸入耦合方式對于通頻帶下限不是0的示波器，放大器為交流耦合放大器，其輸入端也用電容耦合；對于通頻帶從0開始的示波器，可以觀察信號的直流分量或變化極慢的信號，放大器是直接耦合的(直流放大器)。被測信號輸入端的耦合則視需要而定，可以是直流耦合，也可以是交流耦合，可用開關(guān)S來控制，如圖4.4-1所示。當(dāng)開關(guān)S打向DC位置時，耦合電容C短接，成為直流耦合，否則為交流耦合。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2)衰減器由于經(jīng)常需要觀察幅度較小的電壓波形，因此示波器的靈敏度設(shè)計得較高，但當(dāng)需要觀察幅度較大的信號時，就必須接入衰減器對信號先進(jìn)行衰減。對衰減器的要求是輸入阻抗高，同時在示波器的整個通頻帶內(nèi)衰減的分壓比均勻不變。要達(dá)到這個要求，僅用簡單的電阻分壓是達(dá)不到目的的。因為在下一級的輸入及引線都存在分布電容，這個分布電容的存在對于被測信號高頻分量有嚴(yán)重的衰減，會造成信號的高頻分量的失真(脈沖上升時間變慢)。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章為此，必須采用圖4.4-1所示的阻容補(bǔ)償分壓器，圖中R1、R2為分壓電阻(R2包括下一級的輸入電阻)，C2為下一級的輸入電容和分布電容，C1為補(bǔ)償電容。調(diào)節(jié)C1，當(dāng)滿足關(guān)系式C1R1=C2R2時，分壓比K0在整個通頻帶內(nèi)是均勻的，它可表示為(4.4-1)這樣的分壓器做成的衰減器就可以無畸變地傳輸窄脈沖信號，僅僅是信號幅度降為原幅度的1/K0。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.4-1阻容補(bǔ)償分壓器電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章大多數(shù)示波器的輸入電阻Ri都設(shè)計在1MΩ左右，它的大小主要取決于R1，因為Ri=R1+R2，而R2<<R1。輸入電容Ci為C1、C2的串聯(lián)值和引線分布電容C0之并聯(lián)值，即Ci=C1C2/(C1+C2)］+C0，約為幾十皮法。通常用一個多量程開關(guān)換接不同的R2、C2來改變衰減量。早期的示波器開關(guān)位置都標(biāo)有衰減量，如衰減30、100等。現(xiàn)在都標(biāo)以偏轉(zhuǎn)因數(shù)值，當(dāng)示波器最高靈敏度為0.02cm/mV時，最小偏轉(zhuǎn)因數(shù)為50mV/cm，衰減2、4、10倍時，分別標(biāo)以偏轉(zhuǎn)因數(shù)100mV/cm、200mV/cm、0.5V/cm。設(shè)計示波器應(yīng)做到開關(guān)在不同位置時，示波器的輸入阻抗不變。偏轉(zhuǎn)因數(shù)的標(biāo)注請參見圖4.5-3中Y通道的兩個調(diào)節(jié)旋鈕V/div。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章3)探頭用示波器觀察信號波形時，長長的引線往往會引起各種雜散干擾，所以通常使用同軸電纜作為輸入引線，以避免干擾影響。因同軸電纜內(nèi)外導(dǎo)體間存在電容使輸入電容Ci顯著增加，這對觀察高頻電路或窄脈沖是很不利的，因此，高頻示波器常用圖4.4-2所示的探頭檢測被觀察信號。探頭里有一可調(diào)的小電容C(5~10pF)和大電阻R并聯(lián)。如果設(shè)計示波器輸入電阻Ri為1MΩ時，R應(yīng)取9MΩ，同時調(diào)整補(bǔ)償電容C可以得到最佳補(bǔ)償，即滿足C·R≈RiCi，則調(diào)整補(bǔ)償電容C時的波形如圖4.4-3所示，圖(a)為理想補(bǔ)償?shù)牟ㄐ危瑘D(b)為過補(bǔ)償?shù)牟ㄐ?。通?c)為欠補(bǔ)償?shù)牟ㄐ?。通常調(diào)整C，以達(dá)到圖(a)所示的理想補(bǔ)償波形。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.4-2示波器探頭電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.4-3補(bǔ)償電容的波形電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章探頭中的電阻電容R、C與示波器的輸入阻抗Ri、Ci形成補(bǔ)償式分壓器，一般分壓比做成10∶1，此時分壓器不會引入被測信號的失真。同時，探頭和電纜都是屏蔽的，不會引入干擾，輸入阻抗也大為增加，Ri′=10MΩ,Ci′=10pF。唯一的缺點是送到示波器輸入端的信號減小了10倍，計算脈沖幅度時，應(yīng)將偏轉(zhuǎn)因數(shù)乘以10。為了避免這一缺點，可采用有源探頭，即探頭內(nèi)有一個場效應(yīng)管源極跟隨器，它的傳輸系數(shù)近似為1，同時又具有高輸入阻抗和屏蔽性。另外，必須強(qiáng)調(diào)的是，探頭里的微調(diào)電容是對特定的示波器調(diào)定的，各臺示波器的Ci值一般都不相同，所以探頭不能互換使用，否則會引入明顯的波形畸變。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2.阻抗變換器阻抗變換器一般可由射極跟隨器構(gòu)成。射極跟隨器的高輸入阻抗使得示波器對外呈現(xiàn)高輸入阻抗，射極跟隨器的低輸出阻抗容易與后接的低阻延遲線相匹配，亦可在發(fā)射極接一個電位器，以便微調(diào)所顯示波形的幅度。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章3.延遲線當(dāng)示波器工作在“內(nèi)”觸發(fā)狀態(tài)時，利用垂直通道輸入的被測信號去觸發(fā)水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生掃描電壓波，從接受觸發(fā)到開始掃描需要一小段時間，這樣就會出現(xiàn)被測信號到達(dá)Y偏轉(zhuǎn)板而掃描信號尚未到達(dá)X偏轉(zhuǎn)板的情況，為了正確顯示波形，必須將接入Y通道的被測信號進(jìn)行一定的延遲，以便與水平系統(tǒng)的掃描電壓在時間上相匹配。通常延遲時間在50~200ns之間，這個延遲準(zhǔn)確性要求不高，但延遲應(yīng)穩(wěn)定，否則會導(dǎo)致圖像的水平漂移和晃動。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章對延遲線的基本要求是在垂直系統(tǒng)的工作頻帶內(nèi)，它能夠無失真地并有一定延時地傳遞信號。在帶寬較窄的示波器里，一般采用多節(jié)LC網(wǎng)絡(luò)作延遲線，在帶寬較寬(大于15MHz)時，則采用平衡螺旋線作延遲線。無論采用哪種延遲線，其特性阻抗均在幾百歐姆以下，延遲線的前邊必須用低輸出阻抗的電路作驅(qū)動級，延遲線的后邊用低輸入阻抗的電路作緩沖器。在示波器的實際電路中，還要接入各種補(bǔ)償電路，以補(bǔ)償延遲線及安裝過程中引起的失真。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.垂直偏轉(zhuǎn)放大器被測信號經(jīng)探頭檢測引入示波器后，微弱的信號必須經(jīng)放大器放大后加到示波器的垂直偏轉(zhuǎn)板，使電子束有足夠大的偏轉(zhuǎn)能量。當(dāng)示波管靈敏度及示波器偏轉(zhuǎn)因數(shù)一定時，放大器的增益K的計算如下：K=×1000(4.4-2)式中，S為示波器偏轉(zhuǎn)因數(shù)，SV為示波管靈敏度。當(dāng)S為1cm/50mV時，高靈敏度示波管的SV=0.5cm/V，此時，要求放大器的放大倍數(shù)K=40；一般示波管的SV=0.04cm/V，要求放大器的放大倍數(shù)K=500。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章垂直偏轉(zhuǎn)放大器設(shè)計中除了要考慮放大器應(yīng)具有足夠大的信號放大倍數(shù)外，還要考慮波形無失真的被放大，即放大器應(yīng)具有足夠的帶寬。換句話說，就是具有足夠低的低頻截止頻率和足夠高的高頻截止頻率。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章放大器的低頻截止頻率受耦合電容或射極旁路電容的限制，必須加大這些電容以降低低頻截止頻率或采用直接耦合(直流放大器)。高頻截止頻率受兩個因素限制：其一是晶體管放大倍數(shù)隨頻率升高而下降；其二是晶體管輸出端分布電容C0(集電結(jié)電容和引線分布電容之和)及負(fù)載電容CL對高頻的分流使高頻增益下降，由它造成的高頻截止頻率為(4.4-3)式中，RL′和CL′是放大器的等效負(fù)載電阻和等效負(fù)載電容。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章為了展寬通頻帶寬度必須采取下列措施：(1)選用截止頻率高的器件，盡量減小負(fù)載電容和分布電容，并選取小的集電極電阻。(2)電路中引入強(qiáng)的負(fù)反饋，如放大器開環(huán)增益為K0，反饋系數(shù)為F，則加負(fù)反饋后，高頻截止頻率擴(kuò)展為原來的(1+K0F)倍。(3)在電路中用電抗元件(電容或電感)加以補(bǔ)償，使放大器截止頻率高一些，使總的頻率響應(yīng)在高頻端有所提升。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章采用以上各種措施后，放大器的通帶寬度可大大提高，若要求更高的帶寬，如大于1GHz，則可采用取樣的方法把觀察信號“減慢”，然后再帶寬較窄的放大器放大，這就是設(shè)計新一類取樣示波器的基本思想。垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的末級放大器都采用推挽式放大器，它輸出一對平衡的交流電壓加到偏轉(zhuǎn)板，這樣當(dāng)被測電壓幅度任意改變時，偏轉(zhuǎn)的基線電位(即偏轉(zhuǎn)板之間的中心電位)保持不變。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章垂直偏轉(zhuǎn)通道放大器可以設(shè)計成輸入端為單端放大器，而在接到示波管之前變換成差動放大器，也可以從輸入端到輸出端都設(shè)計成差動放大器。這是因為差動放大器抑制寄生信號的能力強(qiáng)，而不管這種寄生信號是由附近的干擾源通過空間耦合而來，還是通過傳導(dǎo)而來。此外，差動放大器還能大大改善因環(huán)境溫度、電源電壓、晶體管參數(shù)等變化引起的漂移。示波器后面一般都有插孔，幅度較大的信號可以不經(jīng)過垂直偏轉(zhuǎn)通道從插孔直接加到偏轉(zhuǎn)板上，以減少顯示波形的畸變。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.4.2水平偏轉(zhuǎn)通道(X通道)水平偏轉(zhuǎn)通道即X通道，其作用是產(chǎn)生一個與時間呈線性關(guān)系的電壓，并加到示波管的X偏轉(zhuǎn)板上，使電子射線沿水平方向線性地偏移，形成時間基線。設(shè)Sx為水平方向的偏轉(zhuǎn)靈敏度，水平板上所加電壓為Ux(t)，則偏轉(zhuǎn)距離x為x=SxUx(t)。由上式可知，隨時間線性增長的掃描電壓加在水平偏轉(zhuǎn)板上，屏幕電子束即能由左向右隨時間作水平掃描，這種掃描稱為線性時基掃描。本書著重介紹線性時基掃描方式，對于其他掃描方式如圓掃描、對數(shù)掃描等不作介紹。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章1.掃描分類

線性時基掃描方式可分為連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描兩類。1)連續(xù)掃描該方式的掃描電壓是周期性的鋸齒波電壓。在掃描電壓的作用下，示波管光點將在屏幕上作連續(xù)重復(fù)周期的掃描，若沒有Y通道的信號電壓，則屏幕上只顯示出一條時間基線。在時域測量中，在Y通道加入周期變化的信號電壓，即可顯示信號波形。連續(xù)掃描最主要的問題是如何保證在屏幕上顯示出穩(wěn)定的信號波形。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章為了得到穩(wěn)定的波形顯示，必須使掃描鋸齒波電壓周期T與被測信號周期Ty保持整數(shù)倍的關(guān)系，即T=nTy。由于掃描電壓是由示波器本身的時基電路產(chǎn)生的，它與被測信號電壓不相關(guān)，因此一般采用被測信號(或與被測信號相關(guān)的信號)控制、觸發(fā)時基電路，使T=nTy，這個過程稱為同步。利用這種同步方法可使掃描信號發(fā)生器在一定頻率穩(wěn)定度范圍內(nèi)保證T與Ty的整數(shù)倍關(guān)系，實現(xiàn)穩(wěn)定的顯示。顯示情況如圖4.4-4所示。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.4-4連續(xù)掃描的波形顯示電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2)觸發(fā)掃描被測波形與掃描電壓的同步問題在觀測脈沖波形時尤為突出。圖4.4-5是連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描觀測脈沖波形的比較。其中，圖(a)是被測脈沖波形，可看到脈沖的持續(xù)時間與重復(fù)周期比(t0/Ty)很小，t0為被測脈沖底寬。圖(b)、(c)是用連續(xù)掃描方式顯示被測脈沖波形，掃描周期分別為T=Ty和T=t0。從圖(b)上很難看清波形的細(xì)節(jié)，特別是脈沖波的上升沿。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章如果增加掃描頻率(如圖(c)所示的波形)，則雖可以觀察被測脈沖的細(xì)節(jié)，但光點在水平方向多次掃描中只有一次掃描出脈沖波形，因此顯示的脈沖波形本身很黯淡，而時基線卻很亮，這不僅觀察困難，而且同步也較難。圖(d)所示是觸發(fā)掃描的情形，掃描發(fā)生器平時處于等待工作狀態(tài)，只有送入觸發(fā)脈沖時才產(chǎn)生一次掃描電壓，在屏幕上掃出一個展寬的脈沖波形，而不顯示出時間基線。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.4-5脈沖信號的連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描顯示電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2.水平通道的組成框圖如圖4.4-6所示，示波器的水平通道包括三部分：①觸發(fā)電路，其中包括觸發(fā)方式選擇、脈沖整形電路；②時基發(fā)生器，由閘門電路、掃描發(fā)生器、電壓比較器和釋抑電路組成；③水平放大器。時基發(fā)生器是水平通道的核心，用來產(chǎn)生線性度好、頻率穩(wěn)定、幅度相等的鋸齒波電壓；水平放大器用來放大鋸齒波電壓，輸出對稱的鋸齒波電壓，加至水平偏轉(zhuǎn)板；觸發(fā)電路控制時基的掃描閘門，以實現(xiàn)與被測信號的嚴(yán)格同步。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.4-6水平通道的結(jié)構(gòu)框圖電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章3.時基發(fā)生器時基發(fā)生器由時基閘門、掃描發(fā)生器、電壓比較器和釋抑電路組成，其結(jié)構(gòu)框圖及各點波形如圖4.4-7所示。時基閘門電路是一個典型的施密特電路，它是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，當(dāng)觸發(fā)脈沖在t1時刻到來時，電路翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，使得掃描電壓發(fā)生器開始工作。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.4-7時基發(fā)生器電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章掃描電壓產(chǎn)生器是一個密勒積分器，它能產(chǎn)生高線性度的鋸齒波電壓，其原理如圖4.4-8所示。當(dāng)開關(guān)S斷開時，電源電壓E通過電阻R對電容C充電，產(chǎn)生負(fù)向鋸齒波U0，此電壓一路送入水平放大器，另一路送入時基發(fā)生器的電壓比較器(見圖4.4-7)。時基閘門電路的兩個穩(wěn)態(tài)相當(dāng)于開關(guān)S的斷開和閉合，開關(guān)S閉合時，電容C迅速放電，使U0迅速回升，形成掃描回程電壓。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.4-8密勒積分電路電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章電壓比較器將送入的電壓U0與參考電壓Ur進(jìn)行比較，當(dāng)U0<Ur時，電壓比較器輸出隨U0下降，給釋抑電路的電容器充電，由此使得時基閘門電路的輸入電壓下降，當(dāng)降到雙穩(wěn)態(tài)時基閘門的負(fù)觸發(fā)電平時，時基閘門電路翻轉(zhuǎn)，相當(dāng)于開關(guān)S接通，控制掃描電壓發(fā)生器結(jié)束負(fù)向鋸齒波的生成而進(jìn)入回程期，電路翻轉(zhuǎn)的時刻為t2。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章釋抑電路的作用是保證每次掃描都開始在同樣的起始電平上。通常最簡單的釋抑電路是一個RC電路，該電路保持了電壓比較器送來的負(fù)的電平。在掃描回程期，掃描電壓U0迅速回升，但由于電容的電荷存儲效應(yīng)使得時基閘門輸入保持一個較低的電平，從而保證密勒電路的電容C有足夠的放電時間，以保證下一次積分在同樣的起始電平上開始。利用電位器RP適當(dāng)調(diào)節(jié)預(yù)置電平，就可以改變釋抑時間，有助于時基信號發(fā)生器與觸發(fā)信號同步，從而建立穩(wěn)定的顯示圖像，故調(diào)節(jié)電位器RP被稱為“穩(wěn)定度”調(diào)節(jié)。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.觸發(fā)電路觸發(fā)電路包括觸發(fā)源、觸發(fā)耦合方式、觸發(fā)方式及觸發(fā)整形電路。1)觸發(fā)源觸發(fā)信號有如下三種來源：(1)內(nèi)觸發(fā)。內(nèi)觸發(fā)信號來自于示波器內(nèi)的Y通道觸發(fā)放大器，它位于延遲線前。當(dāng)需要利用被測信號觸發(fā)掃描發(fā)生器時，采用這種方式。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章(2)外觸發(fā)。用外接信號觸發(fā)掃描，該信號由觸發(fā)“輸入”端接入。當(dāng)被測信號不適于作觸發(fā)信號或比較兩個信號的時間關(guān)系時，可用外觸發(fā)。例如，觀測微分電路輸出的尖峰脈沖時，可以用產(chǎn)生此脈沖的矩形波電壓進(jìn)行觸發(fā)，這便于使波形穩(wěn)定。(3)電源觸發(fā)。50Hz交流電源(經(jīng)變壓器)產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖用于觀察與交流電源頻率有時間關(guān)系的信號。例如，整流濾波的紋波電壓等波形在判斷電源干擾時也可以用電源觸發(fā)。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2)觸發(fā)耦合方式為了適應(yīng)不同的信號頻率，示波器設(shè)有四種觸發(fā)耦合方式，可用開關(guān)進(jìn)行選擇，見圖4.4-9。(1)“DC”直流耦合：用于接入直流或緩慢變化的信號，或者頻率較低并且有直流成分的信號，一般用“外”觸發(fā)或連續(xù)掃描方式。(2)“AC”交流耦合：觸發(fā)信號經(jīng)電容C1接入，用于觀察由低頻到較高頻率的信號，用內(nèi)觸發(fā)或外觸發(fā)均可，使用方便，所以常用這一耦合方式。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.4-9觸發(fā)源與觸發(fā)耦合方式電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章(3)“AC低頻抑制”：觸發(fā)信號經(jīng)電容C1及C2接入，電容量減小，阻抗較大，用于抑制2kHz以下的低頻成分。例如觀測有低頻干擾(50Hz噪聲)的信號時，用這一種耦合方式較合適，可以避免波形晃動。圖4.4-10所示為具有低頻干擾的信號。(4)“HF”高頻耦合：觸發(fā)信號經(jīng)電容C1及C3接入，電容量較小，用于觀測大于5MHz的信號。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.4-10具有低頻干擾的信號電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章3)觸發(fā)方式及觸發(fā)整形電路示波器的觸發(fā)方式通常有常態(tài)、自動和高頻三種方式，這三種方式控制觸發(fā)整形電路，以便產(chǎn)生不同形式的掃描觸發(fā)信號，由該觸發(fā)信號去觸發(fā)掃描電壓發(fā)生器，形成不同形式的掃描電壓。(1)常態(tài)觸發(fā)方式。常態(tài)觸發(fā)方式是將觸發(fā)信號輸入整形電路，以便經(jīng)整形后，輸出足以觸發(fā)掃描電壓電路的觸發(fā)脈沖。它的觸發(fā)極性是可調(diào)的，上升沿觸發(fā)即為正極性觸發(fā)，下降沿觸發(fā)即為負(fù)極性觸發(fā)，另外還可調(diào)節(jié)觸發(fā)電平。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章這種觸發(fā)方式的缺點是：在沒有輸入信號或觸發(fā)電平不適當(dāng)時，就沒有觸發(fā)脈沖輸出，因而也無掃描基線。(2)自動觸發(fā)方式。采用自動觸發(fā)方式時，整形電路為一射極定時的自激多諧振蕩器，振蕩器的固有頻率由電路時間參數(shù)決定。該自激多諧振蕩器的輸出經(jīng)變換后去驅(qū)動掃描電壓發(fā)生器，所以在無被測信號輸入時仍有掃描，一旦有觸發(fā)信號且其頻率高于自激頻率，則自激多諧振蕩器由觸發(fā)信號同步而形成觸發(fā)掃描。一般測量均使用自動觸發(fā)方式。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章(3)高頻觸發(fā)方式。高頻觸發(fā)方式的原理同自動觸發(fā)方式，不同的是射極定時電容較小，自激振蕩頻率較高，當(dāng)用高頻觸發(fā)信號去與它同步時，同步分頻比不需要太高，這使得同步較為穩(wěn)定。高頻觸發(fā)方式常用于觀測高頻信號。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.4.3校正器校正器是示波器內(nèi)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，用來校準(zhǔn)或檢驗示波器X軸和Y軸標(biāo)尺的刻度，一般Y軸的校正單位為電壓，X軸的校正單位為時間。當(dāng)示波器X、Y軸標(biāo)尺經(jīng)校正后，就可根據(jù)該標(biāo)尺方便地測量未知電壓、脈沖寬度、信號周期等參數(shù)。一般示波器設(shè)有兩個校正器，分別用于調(diào)整幅度和掃描速度。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章1.幅度校正器

幅度校正器產(chǎn)生幅度穩(wěn)定不變并經(jīng)過校正的電壓(一般為方波)，用于校正Y通道靈敏度。設(shè)校正器的輸出電壓幅度為U校，把它加到Y(jié)輸入端，熒光屏上顯示電壓波形的高度為H校，則示波器偏轉(zhuǎn)靈敏度為(cm/V)偏轉(zhuǎn)因數(shù)為(cm/V)電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章此時可調(diào)節(jié)Y軸的靈敏度旋鈕，使d為整數(shù)。一般校準(zhǔn)信號為1V，靈敏度開關(guān)置于“1”擋上，波形顯示為1cm，當(dāng)被測信號為5cm時，可計算出被測信號幅度為Uy=Hy×d=5×1=5V校正器用以檢驗標(biāo)度是否準(zhǔn)確，每次實驗前檢驗過后就不必每次測量都作校正。當(dāng)用探頭輸入進(jìn)行測量時，因探頭衰減了10倍，故示波器偏轉(zhuǎn)因數(shù)應(yīng)當(dāng)是開關(guān)位置指示的讀數(shù)的10倍，測量電壓的計算也應(yīng)乘以10倍。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2.掃描時間校正器掃描時間校正器產(chǎn)生的信號用于校正X軸時間標(biāo)度，或用來檢驗掃描因數(shù)是否正確。該信號由示波器內(nèi)設(shè)的晶體振蕩器或穩(wěn)定度較高的LC振蕩器提供。它產(chǎn)生頻率f固定而穩(wěn)定度高的正弦波(例如20MHz)。在檢驗示波器掃描因數(shù)時，把它的輸出接到Y(jié)輸入端，在熒光屏上便顯示出它的波形。當(dāng)調(diào)節(jié)掃描時間開關(guān)，使顯示波形的一個周期正好占據(jù)標(biāo)尺上1cm(或1格)時，掃描因數(shù)便等于1/f(s/cm)。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章一般水平標(biāo)尺全長為10cm，為減小讀數(shù)誤差，應(yīng)調(diào)到標(biāo)尺的滿度范圍內(nèi)正好顯示10個周期。例如，校準(zhǔn)正弦波的f=20MHz，按上述方法校正后掃描因數(shù)為50ns/cm，因而掃描開關(guān)的位置應(yīng)指示50ns/cm，如果準(zhǔn)確，則可以進(jìn)行下一步測量，否則就要打開示波器重新調(diào)整。注意，進(jìn)行上述兩種校正時，需將Y軸幅度校正的V/div的微調(diào)旋鈕旋到校準(zhǔn)位置，將X軸時間校正的t/div的微調(diào)旋鈕亦旋到校準(zhǔn)位置。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.5雙蹤和雙線示波器雙蹤和雙線示波器都可在一個示波管熒光屏上同時顯示出兩個信號波形，用來比較被測系統(tǒng)的輸出和輸入信號，研究波形變換器的各級信號，觀察脈沖電路各點的波形和信號通過網(wǎng)絡(luò)時的波形畸變，測量相移等。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.5.1雙蹤示波器如圖4.5-1所示，兩個通道的輸出信號在電子開關(guān)控制下，交替通過主通道加于示波管的同一對垂直偏轉(zhuǎn)板上。A、B兩個通道是相同的，包括衰減器、射極跟隨器、前置放大器以及平衡倒相器。平衡倒相器的作用是把輸入信號轉(zhuǎn)換為對稱的波形輸出。與單蹤示波器不同的是，前置放大器中設(shè)有移位控制，可分別控制兩個顯示圖形的上、下位置。電子開關(guān)由觸發(fā)電路控制的一對放大器(或射極跟隨器)構(gòu)成，觸發(fā)電路的兩個穩(wěn)定狀態(tài)分別控制兩個放大器，把通道A或通道B接于主通道。主通道由中間放大器、延遲線、末級放大器組成，它對兩個通道是公用的。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.5-1雙蹤示波器垂直偏轉(zhuǎn)通道框圖電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章由面板開關(guān)控制的電子開關(guān)可使雙蹤示波器工作于五種不同的狀態(tài)：“A”、“B”、交替、斷續(xù)、“A+B”。(1)“A”：電子開關(guān)將A通道信號接于Y偏轉(zhuǎn)板，形成A通道獨立工作的狀態(tài)。(2)“B”：電子開關(guān)將B通道信號接于Y偏轉(zhuǎn)板，形成B通道獨立工作的狀態(tài)。(3)交替：將A、B兩通道信號輪流加于Y偏轉(zhuǎn)板，熒光屏上顯示兩個通道的信號波形。具體實現(xiàn)時，以時基發(fā)生器的回掃脈沖控制電子開關(guān)的觸發(fā)電路，每次掃描后，改變所接通道，使得每兩次掃描分別顯示一次A通道波形和一次B通道波形。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章(4)斷續(xù)：當(dāng)輸入信號頻率較低時，交替顯示會發(fā)生明顯的閃爍。采用斷續(xù)工作方式，使電子開關(guān)工作于自激振蕩狀態(tài)，振蕩頻率高達(dá)500kHz~1MHz，自動地輪流將A、B兩通道信號加于Y偏轉(zhuǎn)板上，顯示圖形由點線組成，這樣就可每掃描一次，完成兩個通道波形的顯示。(5)“A+B”：A、B兩通道信號代數(shù)相加后，接到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板，顯示兩信號疊加后的波形。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章雙蹤示波器的時基與一般示波器相同，可以是簡單的時基發(fā)生器，也可以采用有延遲掃描的雙掃描時基。時基可以分別由A通道觸發(fā)、B通道觸發(fā)或外觸發(fā)。SR-8型雙蹤示波器是較典型的雙蹤示波器，它的Y通道帶寬為0~15MHz(上升時間為24ns)，最小偏轉(zhuǎn)因數(shù)為10mV/div，采用單一時基掃描，掃描因數(shù)為0.2μs/div~1s/div。SR-37型雙蹤寬帶示波器的Y通道帶寬為0~100MHz,偏轉(zhuǎn)因數(shù)為10mV/cm~5V/cm，雙時基掃描，掃描因數(shù)在20ns/cm~0.5s/cm間可調(diào)。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章參照雙蹤示波器原理，可以設(shè)計多蹤示波器，由于示波管尺寸的限制，最多可為8蹤示波器，顯示8個波形。實現(xiàn)上以8位計數(shù)器輪流接通8個放大器，把8路信號輪流加于Y偏轉(zhuǎn)板。多蹤示波器可以同時顯示多個信號波形，以便研究同一波形通過不同電路時的時間關(guān)系。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.5.2雙線示波器雙線示波器內(nèi)有兩個相互無關(guān)的Y通道A和B，如圖4.5-2所示，每個通道的組成與普通示波器相同。多數(shù)雙線示波器的兩組X偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)公用一個時基發(fā)生器，以觀察兩個“同步”的信號。如果上述每個通道都改為用電子開關(guān)控制的兩通道，則儀器成為等效的4蹤示波器。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.5-2雙線示波器框圖電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章SR-46型高靈敏度二線示波器的帶寬為0~1MHz，靈敏度為50μV~5V/div。SR-54型是一種高靈敏度、長余輝的超低頻雙線示波器，其垂直放大器為兩組，帶寬為0~1MHz，輸入靈敏度為220μV/cm，能同時觀察和測量兩個低頻、超低頻信號或持續(xù)時間較長的脈沖和單次過程，并設(shè)有外控掃描裝置，可對脈沖或單次過程進(jìn)行攝影。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章雙蹤和雙線示波器各有優(yōu)缺點。雙蹤示波器比普通示波器增加的部件不多，可以達(dá)到較高指標(biāo)，價格只增加15%，現(xiàn)在生產(chǎn)的示波器幾乎都具有雙蹤功能。它的缺點是工作于交替方式時，需兩次掃描才能顯示兩個波形，因而無法觀察兩個快速的單次信號或短時間的非周期信號。雙線示波器的兩個通道是完全獨立的，可以彌補(bǔ)上述不足，并且兩個偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以用不同的時基發(fā)生器，使儀器更為靈活。但由于示波管性能的限制，雙線示波器的技術(shù)指標(biāo)一般較低。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.5.3SR-8型雙蹤示波器SR-8型雙蹤示波器可以觀察和測定兩種不同電信號的瞬變過程，并把兩種不同的電信號的波形同時顯示在屏幕上，進(jìn)行分析比較，而且還可以把兩個電信號疊加后顯示出來，也可作為單蹤示波器使用。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章1)Y軸放大器輸入靈敏度：10mV/div~20V/div，按1-2-5進(jìn)制分成11擋，誤差≤5%，微調(diào)增益比≥2.5∶1。頻帶寬度：輸入耦合為DC時，0~15MHz,－3dB;輸入耦合為AC時，10Hz~15MHz，－3dB。輸入阻抗：直接耦合為1MΩ，15pF；經(jīng)探極耦合為10MΩ,15pF。最大輸入電壓：400V(DC+ACp-p）。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2)X軸系統(tǒng)掃描速度：0.2μs/div~1s/div，按1-2-5進(jìn)制分16擋，誤差≤5%，微調(diào)比>2.5∶1。擴(kuò)展“×10”時，其最快掃描速度可以達(dá)到20ns/div，誤差除0.2μs/div擋≤15%外，其余各擋均≤10%。X外接：靈敏度≤3V/div；頻帶寬度100Hz~250kHz,≤3dB;輸入阻抗，1MΩ，40pF。觸發(fā)同步性能如表4.5-1所示。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章3)主機(jī)示波管12SJ102型矩形屏示波管的加速電壓為2kV，屏幕有效工作面積為6div×10div(1div=0.8cm)，中余輝。校準(zhǔn)信號：矩形波1kHz,誤差≤2%,幅度1V,誤差≤3%。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2.使用SR-8型雙蹤示波器的面板布置如圖4.5-3所示。接通電源時，將各控制件置于適中位置，如果看到光點，即可調(diào)整輝度，使光點或時基線的亮度適當(dāng)；如果找不到光點，則可按下“尋跡”按鍵，以辨別光點的偏向，再調(diào)整“Y軸移位”或“X軸移位”使光點居中。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.5-3SR-8型雙蹤示波器的面板布置圖電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章示波器的Y軸靈敏度開關(guān)“V/div”位于0.2擋，其“微調(diào)”位于“校準(zhǔn)”位置，此時如果被測波形占Y軸的坐標(biāo)幅度H為5div，則此時信號電壓Uy幅度為(見圖4.5-4)Uy=V/div×H(div)=0.2V/div×5div=1V電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.5-4電壓測量電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章若被測信號經(jīng)探頭輸入，則應(yīng)將探頭衰減10倍的因素考慮在內(nèi)，被測信號Uy幅度為Uy=0.2V/div×5div×10=10V直流電壓的測量也可如此計算，將直流電壓信號線與時基線比較，求出直流電壓占Y軸的坐標(biāo)幅度H，得到直流電壓幅度值。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2)時間測量首先將X通道掃描控制開關(guān)“t/div”的“微調(diào)”置于“校準(zhǔn)”位置上，這樣可以由開關(guān)的指示值直接計算出時基線上X方向被測兩點之間距離D的時間間隔為T=t/div×D(div)例如，掃描控制開關(guān)置于0.2ms/div，被測波形兩點間距離D為6div，則時間間隔T為(見圖4.5-5)T=0.2ms/div×6div=1.2ms當(dāng)距離D為某一周期波形的一個周期距離時，計算出的T為該波形的周期。當(dāng)距離D為某兩個波形間的距離時，計算出的T為這兩個波形間的時間差，參見圖4.5-6。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.5-5時間間隔測量電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.5-6時間差測量電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章當(dāng)距離D為脈沖寬度時，計算出的T為該脈沖的持續(xù)時間，見圖4.5-7。3）頻率測量對周期性的重復(fù)頻率來說，可按時間測量的公式測定其每一周的時間T，按照頻率f與周期T的倒數(shù)關(guān)系來計算頻率，即電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.5-7脈寬測量電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4)相位測量雙蹤顯示可測得兩個相同頻率信號的相位關(guān)系。測量相位時觸發(fā)點正確與否很重要，應(yīng)將Y軸觸發(fā)源開關(guān)置于“YB”的位置，然后用內(nèi)觸發(fā)形式啟動掃描，測兩信號的相位差。如圖4.5-8所示的被測波形，其一個周期占橫坐標(biāo)刻度上8個div，則1div對應(yīng)45°相位，即360°×1/8，兩波形相位間隔D為1.5div，則兩波形間相位差為

f=D(div)×45°/div=1.5div×45°/div=67.5°電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.5-8相位測量電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.6高速和取樣示波器產(chǎn)生畸變的主要因素如下：(1)示波器偏轉(zhuǎn)板電容C與引線電感L的影響。當(dāng)測量高頻信號時，偏轉(zhuǎn)板電容C與引線電感L構(gòu)成的諧振回路將使階躍信號產(chǎn)生畸變，在上升沿處形成過阻尼、臨界阻尼或阻尼振蕩(欠阻尼)三種情況。過阻尼使得上升沿變壞。欠阻尼時，在上升沿頂部疊加振蕩信號。其等效電路及波形情況如圖4.6-1所示。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.6-1分布參數(shù)的影響電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章為了減小分布參數(shù)的影響，應(yīng)盡量減小L和C。所以，快速示波管的偏轉(zhuǎn)板引線從旁邊引出以縮短其長度，從而減小了引線電感；同時增大偏轉(zhuǎn)板間距可減小C，但帶來的問題是偏轉(zhuǎn)靈敏度也隨之降低，這是人們所不希望的。(2)電子渡越時間的影響。當(dāng)電子束通過偏轉(zhuǎn)板時，偏轉(zhuǎn)板上的電壓不變，那么電子束的偏轉(zhuǎn)量正比于偏轉(zhuǎn)電壓。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章普通示波管中電子通過偏轉(zhuǎn)板的時間即電子渡越時間為1~10ns量級。如果顯示波形周期或脈寬比它大得多，則可以認(rèn)為在波形顯示期間，偏轉(zhuǎn)板上的電壓近似不變。但是，當(dāng)顯示高頻信號，即顯示納秒級脈沖或幾百兆赫茲的正弦波時，因電子通過偏轉(zhuǎn)板期間偏轉(zhuǎn)板上電壓會有明顯變化，故所顯示的波形也會有很大失真。對于正弦波，會使得波形振幅變小，且引入相位差；對于脈沖波形，表現(xiàn)為上升沿和下降沿均變慢，甚至畸變?yōu)槿切尾āｋ娮訙y量技術(shù)基礎(chǔ)第04章(3)Y偏轉(zhuǎn)放大器帶寬不足。放大器高頻截止頻率不夠高，對于高頻信號將產(chǎn)生前、后沿失真。(4)掃描速度不夠快。當(dāng)顯示高頻信號時，要有足夠快的掃描速度。例如，要求光跡在5ns時間內(nèi)掃過10cm長的距離，掃描速度為0.5ns/cm，普通示波器無法達(dá)到。(5)亮度不夠。對于高速脈沖，例如寬為5ns的脈沖，掃出一個波形的時間僅為5ns，即使掃描重復(fù)頻率為每秒1000次，圖形亮度仍很弱。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.6.1高速示波器高速示波器要顯示ns、ps級的脈沖或微波信號，它不同于普通示波器的關(guān)鍵之處是示波管、Y放大器和時基發(fā)生器。1.示波管高速示波器采用專用示波管。如前所述，高速示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)接線要短(從管旁引出)，偏轉(zhuǎn)板間距離d要大，以減小分布電容，加速電壓要高，以減小電子渡越時間，因而導(dǎo)致偏轉(zhuǎn)靈敏度將很低。為了保證示波器的靈敏度，要求Y軸放大器必須有更大的放大倍數(shù)，這無疑增加了Y軸放大器實現(xiàn)上的困難。因此，在要求更高速度時，可采用行波示波管。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2.放大器

Y軸放大器是寬帶放大器，目前集成電路放大器帶寬可達(dá)1000MHz以上。3.時基發(fā)生器高速示波器的時基發(fā)生器在掃描期間的掃描速度很高，因而掃描電容充、放電電流很大。例如，掃描因數(shù)為1ns/cm時，回掃速度可達(dá)du/dt=5×1010V/s，電容為40pF時，因i=C×du/dt，故流過開關(guān)的電流達(dá)2A，這就對充、放電開關(guān)提出較苛刻的要求。由于高速示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度很低，因此常常要求形成幾百伏的掃描電壓。另外，回掃時間應(yīng)很短，因為它限制被測脈沖的最高重復(fù)頻率。上述要求都必須有較大功率的電路才能滿足要求。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章一般頻寬為100MHz以上的示波器稱為高速示波器，主要用于國防、科研等領(lǐng)域。目前，美國泰克公司生產(chǎn)的DP4000其帶寬達(dá)350MHz~1GHz，美國泰克、安捷倫、力科三大公司推出的TDS3000B/TDS5000等系列，其帶寬為60MHz~2GHz。國內(nèi)江蘇綠揚電子儀器集團(tuán)也生產(chǎn)出帶寬達(dá)1GHz的示波器。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.6.2取樣示波器將高頻(一般為1000MHz以上)的重復(fù)性的周期信號經(jīng)過取樣(取樣速率可調(diào)節(jié))變換成低頻的重復(fù)性的周期信號，再運用通用示波器的原理進(jìn)行顯示和觀測的示波器稱為取樣示波器。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章前面介紹的示波器都是“實時信號”顯示的示波器，而取樣示波器則經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換，是一種“非實時取樣”的示波器。這種非實時取樣技術(shù)把一個高頻或超高頻的信號經(jīng)過跨周期的取樣，形成一個波形和相位完全相同、幅度相等或形成某種嚴(yán)格比例的低頻(或中頻)信號。對低頻信號的測量，要比對高頻或超高頻信號的測量在技術(shù)上成熟得多，測量精度也易于得到保證。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章取樣裝置加普通示波器就是取樣示波器的結(jié)構(gòu)，取樣裝置可將頻率上限擴(kuò)展到十幾GHz。1969年HP公司試制的1811A型取樣示波器頻寬為18GHz。我國普源精電公司2004年研發(fā)生產(chǎn)的DS5000系列可達(dá)1GS/s實時采樣率。1.非實時取樣原理圖4.6-2是一個非實時取樣保持電路的原理圖。圖中，S為取樣脈沖p(t)控制的電子開關(guān)，也叫取樣門，在脈沖持續(xù)期tw相當(dāng)于開關(guān)S閉合，在脈沖間歇期T0相當(dāng)于開關(guān)S斷開。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.6-2取樣門及取樣脈沖電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章開關(guān)S閉合時，取樣電路的輸出us(t)=ui(t)，由于脈沖寬度tw很窄，因此可以認(rèn)為在此期間ui(t)的電壓幅度是不變的。us(t)是寬度與脈沖寬度tw相同的離散取樣信號，在脈沖間歇期T0期間，開關(guān)S斷開，輸入信號ui(t)不能通過開關(guān)，則us(t)輸出信號幅度為0，這樣通過取樣脈沖的作用即將連續(xù)的輸入信號ui(t)變成了離散的信號us(t)。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章非實時取樣過程與實時取樣過程的不同之處在于取樣脈沖與輸入信號之間時序上的差別。非實時取樣過程對于輸入信號是進(jìn)行跨周期采樣。如圖4.6-3所示，圖(a)為被測的高頻信號ui(t)，圖(b)為取樣脈沖，通常取樣脈沖的間隔為輸入信號ui(t)的周期T+Δt(取樣脈沖的間隔也可以是mT+Δt,當(dāng)被測信號頻率特別高時，m可取大于1的整數(shù))。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章每次取樣點相當(dāng)于前一個取樣點時間延遲Δt，經(jīng)過多次取樣，最后將被測信號的波形展寬顯示出來，如圖4.6-3(c)和(d)所示，圖(c)為采樣值，圖(d)是經(jīng)過保持及延長后形成的量化信號。這樣，通過若干周期對波形的不同點的采樣，就將高頻信號轉(zhuǎn)換成了低頻信號，以通用示波器顯示uy(t)的包絡(luò)波形來反映和表現(xiàn)被測的實際高頻信號波形，這就是取樣示波器的基本原理。簡言之，圖(d)中的uy(t)波形即為展寬了的ui(t)波形的一個周期，當(dāng)取樣點足夠多時，uy(t)就能比較準(zhǔn)確地反映ui(t)的波形了。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.6-3非實時取樣過程電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2.取樣示波器的組成取樣示波器的組成框圖見圖4.6-4。被測信號ui通過取樣門后，變成窄脈沖信號，經(jīng)放大后，送入延長電路，形成信號包絡(luò)。Y通道由取樣門、放大電路及延長電路組成，延長電路中有保持電容及直流放大器，以便將窄脈沖取樣信號us(t)展寬，得到量化的包絡(luò)信號。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.6-4取樣示波器的組成框圖電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章為了在屏幕上顯示出由不連續(xù)的亮點構(gòu)成的取樣信號波形，必須采用與取樣信號同步的階梯波作掃描電壓。其波形對應(yīng)關(guān)系如圖4.6-5所示。在量化信號（見圖4.6-5(a))與階梯掃描信號(見圖4.6-5(b))的共同作用下，就可在熒光屏上顯示出被測高頻信號的波形如圖(c)所示，當(dāng)取樣點足夠密時，即圖(c)中亮點足夠密時，該波形便能無失真地表現(xiàn)被測高頻波形。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.6-5顯示過程電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章取樣示波器的X通道中的時基單元，除了產(chǎn)生階梯波電壓外，還產(chǎn)生與掃描電壓同步的Δt延遲脈沖，用以同步取樣門及延長門脈沖發(fā)生器，使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)地工作。取樣示波器是一種非實時取樣過程，它只能觀測重復(fù)信號，對非重復(fù)的高頻信號或單次信號，只能用高速示波器進(jìn)行觀測。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.7記憶示波器與存儲示波器通用示波器不具有存儲信息的能力，記憶示波器與存儲示波器分別利用模擬存儲技術(shù)和數(shù)字存儲技術(shù)將信息進(jìn)行存儲，當(dāng)需要顯示時，再在熒光屏上進(jìn)行顯示。這兩種示波器主要用于記錄瞬變的單次信號。存儲技術(shù)與示波技術(shù)的結(jié)合給研究單次瞬變信號的波形帶來了極大的方便。下面分別介紹這兩種示波器的存儲原理和工作方式。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4.7.1記憶示波器記憶示波器的記憶功能是由記憶示波管完成的。利用具有記憶能力的材料制成的示波管結(jié)合相應(yīng)的電子線路，就形成了記憶示波器。1.記憶示波管記憶示波管可分為可變余輝存儲方式和快速轉(zhuǎn)移存儲方式兩種示波管，它們都是將記憶信號存儲于示波管的柵網(wǎng)上，需要顯示時將它顯示出來。柵網(wǎng)存儲示波管的結(jié)構(gòu)如圖4.7-1所示。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.7-1柵網(wǎng)式記憶示波管的結(jié)構(gòu)及泛射示意圖電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章借用計算機(jī)術(shù)語，信號的存儲稱做“寫”，存儲信號的取出稱做“讀”，因此，在記憶示波管中存在兩套電子槍，即“寫入電子槍”和“讀出電子槍”，這兩套電子槍分別控制被測信號的“存儲”和“顯示”。構(gòu)成記憶功能的部件是熒光屏前的柵網(wǎng)，柵網(wǎng)g3上涂有氟化鎂一類的電介質(zhì)，作為存儲介質(zhì)，形成存儲體。由于柵網(wǎng)上的介質(zhì)材料具有良好的絕緣性能，因此可以使電子較長時間地停留在上面，這是實現(xiàn)存儲電信號的關(guān)鍵。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章示波管內(nèi)的寫入電子槍與普通示波管電子槍的結(jié)構(gòu)相同，K為陰極，g為柵極，A1、A2為兩個陽極，調(diào)節(jié)柵網(wǎng)g3上的電壓，可使柵網(wǎng)不起作用，則該示波管可像普通示波管一樣顯示波形。作記憶示波管使用時，寫入電子槍發(fā)射的電子束轟擊柵網(wǎng)，該電子束稱為一次電子。受到轟擊，柵網(wǎng)電介質(zhì)發(fā)出二次電子，當(dāng)二次發(fā)射比δ=二次電子數(shù)/一次電子數(shù)>1時，柵網(wǎng)靶面區(qū)失去的電子多，呈現(xiàn)一個相對正的電位(原來柵網(wǎng)對地電位為－10V)，形成對波形的記錄。柵網(wǎng)的收集極C專門收集發(fā)射的二次電子，以免二次電子的自由活動干擾網(wǎng)區(qū)的存儲信息。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章整個柵網(wǎng)上電位的不均衡也就記錄了寫入電子槍發(fā)射的波形。如圖4.7-2所示，當(dāng)需要顯示記錄的波形時，由讀出電子槍(即泛射槍)發(fā)出低速散射電子流，在校直電極的作用下，散射電子流均勻地、近乎垂直地射向存儲柵網(wǎng)，在散射電子的轟擊下，將柵網(wǎng)上記憶的潛波形在熒光屏上清晰地重現(xiàn)出來。由于柵網(wǎng)的存儲作用，電荷波形在斷電情況下仍能保持一段時間，有的甚至長達(dá)一個星期，保持時間的長短主要取決于存儲柵網(wǎng)上電介質(zhì)材料的絕緣性能。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章每一只記憶示波管內(nèi)有兩只讀出電子槍，每只電子槍有一個陰極和兩個柵極，如圖4.7-1中K1、K2和g11、g12、g21、g22所示。由這兩只電子槍發(fā)出的電子形成的泛射見圖4.7-1(b)，這些泛射電子均勻地射向柵網(wǎng)，但只有柵網(wǎng)上記錄了信號波形軌跡的校正的電位點，散射電子可以通過柵網(wǎng)而轟擊到熒光屏上，顯現(xiàn)出柵網(wǎng)記錄的波形，未記錄波形信號的柵網(wǎng)區(qū)保持－10V的電位，這些地方散射電子不能通過，這就是讀出電子槍波形顯示的原理。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.7-2柵網(wǎng)記錄的潛波形電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章為了提高波形記錄速度，研制成功了轉(zhuǎn)移式存儲管。轉(zhuǎn)移式存儲管有兩個存儲柵網(wǎng)：第一柵網(wǎng)和第二柵網(wǎng)。第一柵網(wǎng)的任務(wù)是：快速記錄寫入電子束的波形，但用該記錄波形顯示時，顯示時間極短。第二柵網(wǎng)的任務(wù)是：在泛射電子轟擊第一柵網(wǎng)時，將第一柵網(wǎng)的電荷圖像讀出，經(jīng)“放大”轉(zhuǎn)移到第二柵網(wǎng)上，即在第一柵網(wǎng)電荷圖像轉(zhuǎn)移過程中，電荷量增加很多，這樣就顯著延長了顯示時間。由于第一柵網(wǎng)和第二柵網(wǎng)的聯(lián)合作用，使得記憶示波管不但有較高的記錄速度，而且有較長的顯示時間。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2.記憶示波器的工作方式記憶示波器又稱為模擬存儲示波器，它以柵網(wǎng)為存儲部件，存儲模擬的電信號波形。由于記憶示波管與普通示波管不同，因此，記憶示波器組成電路中比普通示波器多加了一套泛射系統(tǒng)的控制電路，即讀出電子槍控制電路。該電路提供讀出控制的所有電信號，并有可變余輝的調(diào)節(jié)功能。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章與一般存儲器的工作過程相同，向柵網(wǎng)上記錄波形的過程是：首先清除柵網(wǎng)，如同先將黑板擦干凈一樣，然后控制向柵網(wǎng)寫入信號波形，保存該波形，最后顯示該波形。國產(chǎn)SJ-6型記憶示波器控制電路方框圖如圖4.7-3所示。該記憶示波器工作于以下5種方式。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章圖4.7-3記憶示波器控制電路方框圖電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章1)可變余輝方式轉(zhuǎn)換開關(guān)S1置于“可變余輝”擋，則選用可變余輝方式顯示波形。多諧振蕩器方波經(jīng)單穩(wěn)A輸出正向脈沖，該正向脈沖幅度、寬度均可調(diào)，經(jīng)箝位送到記憶示波管的存儲柵網(wǎng)，存儲柵網(wǎng)的電位高于讀出電子槍的陰極電位，由于不斷地俘獲泛射電子，存儲柵網(wǎng)電位不斷降低，因此當(dāng)柵網(wǎng)電位與讀出槍陰極電位相等時，熒光屏上沒有波形顯示。正向脈沖的脈寬越寬，則顯示時間就越短，即余輝時間越短。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章2)存儲方式采用可變余輝方式顯示波形時，會使得記憶的波形從柵網(wǎng)上消失，為此，存儲示波器設(shè)計了存儲方式，以保存柵網(wǎng)上的記錄波形。當(dāng)開關(guān)S1置于“存儲”位置時，即起到在柵網(wǎng)上保存鎖定記錄波形的作用。此時，由開關(guān)S1E通過增輝電路將－E2電壓加到寫入槍的控制極g，使記錄槍的電子束截止，不再寫入新的波形。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章3)清除方式開關(guān)S1置于“清除”擋，再按下“清除”按鈕，這時就給存儲柵網(wǎng)加+85V電壓，按鈕斷開后，脈沖形成電路通過S1C給存儲網(wǎng)加一個持續(xù)時間為400ms的正脈沖，在脈沖正跳變時，存儲柵網(wǎng)電位上升，吸收泛射電子，400ms過后，脈沖負(fù)跳變，存儲柵網(wǎng)電位下降，且低于截止電平，不再吸收泛射電子，這樣就為記錄新的波形做好了準(zhǔn)備。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章4)最大記錄方式記憶示波管的記錄速度取決于電子束的密度，信號掃速越快，轟擊柵網(wǎng)的電荷密度就會降低，當(dāng)被測信號加快到一定程度，柵網(wǎng)上電荷密度降到一定程度后，該波形就不能再被重現(xiàn)，因此，就產(chǎn)生了最大記錄速度這一指標(biāo)。為了記錄快速信號，可在對柵網(wǎng)“清除”后，減少柵網(wǎng)表面電位的下降量，這樣可使較弱電荷密度的圖形及泛射電子通過而得到顯示，這就意味著記錄速度的提高。從圖4.7-3上看，在最大記錄方式時，柵網(wǎng)通過S1C開關(guān)和電阻接到“清除”開關(guān)，而開關(guān)另一側(cè)則是+85V電位。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章5)常態(tài)方式開關(guān)S1置“常態(tài)”方式，將－85V電壓加到存儲柵網(wǎng)上，抑制泛射電子，寫入電子槍射出的高能電子束可以順利地通過柵網(wǎng)到達(dá)熒光屏，顯示出被測信號的波形。這時，記憶示波器的工作狀態(tài)與通用示波器的相同。電子測量技術(shù)基礎(chǔ)第04章3.記憶示波器的發(fā)展概況

最早的記憶示波器是由美國休斯公司在1957年研制的。當(dāng)時，由于記憶示波管價格昂貴，易燒壞，壽命短，存儲記錄速度慢，等效帶寬低等，其使用范圍窄，發(fā)展緩慢。自20世紀(jì)70年代以來，記憶示波管在制造技術(shù)上有了新的突破，存儲方式不斷增多，在最早的雙穩(wěn)態(tài)存儲方式的基礎(chǔ)上，又研制出了可