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1、第7章 示波测试技术,内容提要,介绍了示波器图象显示的基本原理；分析了通用示波器、取样示波器、记忆存储示波器及数字存储示波器的工作原理；重点介绍了通用示波器电路组成、测试的基本原理、测试方法；并详细介绍使用示波器进行电压、时间、相位等参量测试的方法。,重点与难点,重点： 掌握各种示波器的电路组成、测试的基本原理、测试方法及应用；掌握扫描、同步、触发等基本概念。 难点： 扫描、同步、触发等概念；示波器各种功能键、控制键与电路的对应关系。,模拟示波器,数字示波器,7.1 概述,示波器是时域分析的最典型仪器，也是当前电子测量领域中，品种最多、数量最大、最常用的一种仪器，使用示波器可直观地看到电信号随
2、时间变化的图形。更广泛的，只要能把两个有关系的变量转化为电参数，分别加至示波器的X、Y通道,就可以在荧光屏上显示这两个变量之间的关系。,7.1.1 示波器的分类,7.1.2 示波器的主要技术指标,7.2 示波测试的基本原理,7.2.1 示波器的测试过程,Y轴 偏转系统,X轴 偏转系统,图7.1示波器结构的框图,被测信号,示波管,7.2.2 阴极射线示波管,1电子枪 电子枪由灯丝F、阴极K、栅极G1和G2、阳极A1和A2组成。 当灯丝F通电后，加热阴极，涂有氧化物的阴极发射出大量的电子，电子在阳极吸引下形成电子束，轰击荧光屏上的荧光粉发光。,2偏转系统 两对相互垂直的、平行的金属板X偏转板和Y偏
3、转板共同作用，决定任一瞬间光点在屏上的位置。,在偏转电压Uy的作用下，Y方向的偏转距离为 式中 L 偏转板的长度； S 偏转板中心到屏幕中心的距 离； b 偏转板之间的距离； Uy垂直偏转板所加偏转电压； Ua 第二阳极电压。,L、b、S均为常数，第二阳极的电压Ua也基本不变，所以Y方向的偏转距离y正比于偏转板上的电压 uy ，即 式中 y Y方向的偏转距离； 比例系数，称为示波管的偏转因数，单位为cm/V； uy 垂直偏转板所加的偏转电压。,其中，比例系数 的倒数称为示波管的垂直灵敏度，单位为V/cm。 垂直偏转灵敏度是示波管的一个重要参数。 在一定范围内，荧光屏上光点偏移的距离与偏转板上所
4、加电压成正比，这是用示波管观测波形的理论根据。,3荧光屏,示波管荧光屏的内壁涂有一层荧光物质，当高速电子轰击荧光屏上荧光物质时，荧光将电子的动能转变为光能，产生亮点。 光点的亮度取决于轰击电子束中电子的数目、密度和速度。 余辉时间 操作注意,7.2.3 图象显示的基本原理,1显示随时间变化的图形,Y偏转板加正弦波信号电压 X偏转板加锯齿波电压 。 即X、Y偏转板同时加电压，假设 ，则电子束在两个电压的同时作用下，在水平方向和垂直方向同时产生位移，荧光屏上将显示出被测信号随时间变化的一个周期的波形曲线。如图7.6所示。,图7.6 X、Y偏转板同时加信号时光点的轨迹图,2显示任意两个变量之间的关系
5、,示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示李沙育(Lissajous)图形。,3扫描的概念,光点在锯齿波作用下扫动的过程称为扫描。 能实现扫描的锯齿波电压叫扫描电压。 光点自左向右的连续扫动称为“扫描正程”，光点自屏的右端迅速返回起扫点的过程称为“扫描逆程”。,4同步的概念 同步即荧光屏上显示稳定的波形，即显示曲线形状相同，并有同一个起点。 (n为正整数) (n为正整数),5连续扫描和触发扫描,扫描正程紧跟着逆程，逆程结束又开始新的正程，扫描是不间断的，这种扫描方式称为连续扫描。,7.3 通用示波器,7.3.1 通用示波器的组成 主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分组成。此外，还包括电源电路，它
6、产生示波管和仪器电路中需要的多种电源。通用示波器中还常用附有校准信号发生器，产生幅度或周期非常稳定的校准信号，用于示波器的校准，以便对被测信号进行定量测试。,Y输入,Y输入 电路,Y前置 放大器,延迟线,Y后置 放大器,增辉 电路,高压 电源,低压 电源,X放大 电路,扫描 电路,触发 电路,校准信号 发生器,外触发 输入,X输入,校准信 号输出,正高压,负高压,各电路,7.3.2 通用示波器的垂直通道,垂直通道（Y轴通道）是对被测信号处理的主要通道，它将输入的被测信号进行衰减或线性放大，并在一定范围内保持增益稳定，最后，输出符合示波管偏转要求的信号，以推动垂直偏转板，使被测信号在屏幕上显示出
7、来。 垂直通道包括输入电路、Y前置放大器、延迟线和Y后置放大器等部分 。,1输入电路,主要是由衰减器和输入选择开关构成。 衰减器 衰减器如图7.12所示。当 时，衰减器的分压比为 改变分压比，即改变示波器的偏转灵敏度。改变分压比的开关即为示波器垂直灵敏度粗调开关，在面板上常用Vcm标记。,输入衰减器原理图,输入耦合方式,输入耦合方式设有AC、GND、DC三档选择开关。 置“AC”时，输入信号经电容耦合到衰减器上，只有交流分量可通过，适于观察交流信号。 置“GND”时，用于确定零电平，即不需要断开被测信号，可为示波器提供接地参考电平。 置“DC”时，输入信号直接接到衰减器，用于观测频率很低的信号
8、或带有直流分量的交流信号。,2前置放大器,前置放大器将信号适当放大，并从中取出内触发信号，具有灵敏度调节、校正、Y轴移位等控制作用。 3延迟线 延迟线是一种起延迟时间作用传输线。 目前延迟线主要有两种，一种是采用双股螺旋平衡式延迟电缆；另一种是利用LC非线性电路的后滞作用构成的多节LC网络。 4Y输出放大器 Y输出放大器是Y通道的主放大器，它的功能是将延迟线传输来的被测信号放大到足够的幅度，用以驱动示波管的垂直偏转系统，使电子束获得Y方向的满偏转。,7.3.3 通用示波器的水平通道,水平通道（X轴通道）的主要任务是产生随时间线性变化的扫描电压，再放大到足够幅度，然后输出推挽信号，加到水平偏转板
9、上，使光点在荧光屏的水平方向达到满偏转。,水平系统组成框图,水平系统通道包括触发电路、扫描电路和水平放大器等部分。,图7.13水平系统组成框图,1触发电路,触发电路的作用是为扫描信号发生器提供符合要求的触发脉冲。 触发电路包括触发源选择、触发耦合方式选择、触发方式选择、触发极性选择、触发电平选择和触发放大整形等电路。 触发源选择 触发源一般有3种类型的触发源，用开关S1选择，如图7.14所示。 触发耦合方式 示波器一般设有4种触发耦合方式，可用开关S2选择，如图7.14所示。,扫描触发方式选择（TRIG MODE）,扫描触发方式通常有常态（NORM）、自动（AUTO）2种方式。 a. 常态（N
10、ORM）触发方式 是指只有在有触发源信号，并且产生了有效的触发脉冲时，扫描电路才能被触发，才能产生扫描锯齿波电压，荧光屏上才有扫描线。 b. 自动（AUTO）触发方式 自动触发方式是指在一段时间没有触发脉冲时，扫描系统按连续扫描方式工作，此时扫描电路处于自激状态，有连续扫描锯齿波电压输出，荧光屏上显示出扫描线。 自动触发方式是一种最常用的触发方式。,触发极性选择和触发电平,2扫描信号发生电路,扫描发生器用来产生线性良好的锯齿波，又叫时基电路，常由积分器、扫描门及比较和释抑电路组成，如图7.16所示。,扫描方式选择,为了更好地观测各种信号，示波器应该既能连续扫描又能触发扫描，扫描方式的选择通过开
11、关进行。在连续扫描时，没有触发脉冲信号，扫描闸门也不受触发脉冲的控制，仍会产生门控信号，并启动扫描发生器工作；在触发扫描时，只有在触发脉冲作用下才产生门控信号。,扫描门,扫描门是用来产生闸门信号的，它有三个作用。 a. 输出时间准确的矩形开关信号，又称闸门信号，控制积分器扫描。 b. 闸门信号可作为增辉脉冲控制示波管，起正程加亮作用。 c. 在双踪示波器中利用闸门信号触发电子开关，使之工作于交替状态。,积分器,扫描电压是锯齿形的，它由积分器产生。 a. 简单锯齿波的形成,b. 线性良好锯齿波的获得,比较和释抑电路,比较电路利用比较、识别电平的功能来控制锯齿波的幅度。,3水平放大器,水平放大器的
12、基本作用是选择X轴信号，并将其放大到足以使光点在水平方向达到满偏的程度。 示波器除了显示随时间变化的波形外，还可以作为一个X-Y图示仪来显示任意两个函数间的关系，因此X放大器的输入端有“内”、“外”信号的选择。置于“内”时，X放大器放大扫描信号；置于“外”时，水平放大器放大由面板上X输入端直接输入的信号。,7.3.4 通用示波器的其它电路,1高、低压电源 低压电源为电路各级提供所需的直流电压。 高压电源电路多用于示波器的高、中压供电 2Z轴增辉与调辉 增辉作用是将闸门信号放大，加到示波器管上，使显示的波形正程加亮。 调辉电路的作用是将外调制信号或时标信号加到示波管上，使屏幕显示的波形与调制发生
13、相应的变化。 3校准信号发生器 校准信号发生器可产生基准方波信号，它为仪器提供校准信号源，以便随时校准示波器的垂直灵敏度和扫描时间因数。,7.3.5 示波器的多波形显示,1多线示波 多线示波利用多枪电子管来实现。 2多踪示波 多踪示波是在单线示波的基础上，增加电子开关实现多个波形的同时显示。,示波器显示方式,根据电子开关工作方式的不同，双踪示波器有5种显示方式。 “Y1”通道（CH1） 接入Y1通道，单踪显示Y1的波形。 “Y2”通道（CH2） 接入Y2通道，单踪显示Y2的波形。 叠加方式（CH1+CH2） 两通道同时工作，Y1、Y2通道的信号在公共通道放大器中进行代数相加后送入垂直偏转板。 Y2通道的前置放大器内设有极性转换开关，可改变输入信号的极性，从而实现两信号的“和”或“差”的功能。,交替方式（ALT）,断续方式（CHOP）,
