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1、第五章 示波测试和测量技术 第五章 示波测试和测量技术 5-1 概述 一、示波器的特点 1、直接观测和真实显示被测波形。 可显示脉冲信号的前后沿、脉宽、上升下降时间。 第五章 示波测试和测量技术 2、是时域测试典型仪器，能检测信号波形是否正常， 有无失真以及相关关系。 3、X-Y图示仪。 4、是多种电量和非电量测试和测量中的基本测试仪器。 通过描绘被研究的信号随时间的变化，可用于 调试电子电路、维修仪器设备。 是构成其他两个测试领域的仪器设备的基础。 第五章 示波测试和测量技术 二、示波器的分类 模拟 数字示波器 第五章 示波测试和测量技术 模拟示波器 第五章 示波测试和测量技术 第五章 示波
2、测试和测量技术 数字示波器 第五章 示波测试和测量技术 三、主要技术特点 1、通频带fB、上升时间tr 2、偏转灵敏度Sy： 3、扫描速度： 单位为cm/S或div/S 4、输入阻抗： 为f的函数，等效为RC电路 第五章 示波测试和测量技术 F：灯丝 K：阴极 G1：栅极 A1：第一阳极 A2：第二阳极 G2：第二栅极 5-2 示波测试的基本原理 一 阴极射线示波管（CRT） 组成： 电子枪、偏转系统、荧光屏 1、电子枪 （INTENSITY）（FOCUS） （AUX FOCUS） 第五章 示波测试和测量技术 下面分析电子穿越加速场和减速场 V1V2V1V2 加速场减速场 第五章 示波测试和测
3、量技术 2、偏转系统 组成：X1、X2、Y1、Y2 作用：确定任一瞬间光点在荧光屏的坐标 以Y板为例 A2 Vy + - b L Va S y Y方向的偏转距离 同理，可讨论X偏转系统的位移 第五章 示波测试和测量技术 引入PDA系统 （先偏转后加速系统） 为使示波器灵敏度高， 采用PDA 系统 PDA系统： 降低第二阳极的电压，在偏转板与荧光屏之 间，在内壁石墨导电层开几个环状的间隙，加 1015KV的高压，逐渐加速，避免影响偏转 分类：分段式和螺旋式 比较：普通示波器： 采用PDA： 0.5mm/V 56mm/V 第五章 示波测试和测量技术 3、荧光屏 铝膜 荧光物质 玻璃 铝膜的作用：
4、散热 吸收二次电子和负离子 反射作用 1）结构 2）余辉时间：从电子束移去到光点亮度下降到原始值 的10%的时间 分为：极短余辉、短余辉、中余辉、长余辉、极长余辉 连续移动的轨迹？余辉和人眼的惰性 第五章 示波测试和测量技术 二 图像显示原理 偏转原理：静电场力或磁场力 显示信号的类型： A显示随时间变化的信号 B显示任意两个变量的关系 1、显示随时间变化的信号 （1 1）UxUx、UyUy为固定电压时，为固定电压时， (a) Vx=Vy=0 (b) Vx=0，Vy=常量 (c) Vx=常量，Vy=0 (d) Vx=常量，Vy=常量 第五章 示波测试和测量技术 Ux 0 1 2 3 4 01
5、3 2 4 Ux -U x t 仅在仅在X X偏转板加锯齿波信号偏转板加锯齿波信号 ，则荧光屏出现一条，则荧光屏出现一条水平水平亮线。亮线。 （2 2）UxUx、UyUy为变化电压时为变化电压时 （时基亮线） 第五章 示波测试和测量技术 若在若在Y Y垂直偏转板的加正弦变化的电压垂直偏转板的加正弦变化的电压 Uy 0 1 2 3 4 0 1 3 24 Uy -Uy t 荧光屏出现一条荧光屏出现一条垂直垂直亮线亮线 第五章 示波测试和测量技术 若若Y Y偏转板加正弦波电压，偏转板加正弦波电压，X X偏转板加锯齿波电压偏转板加锯齿波电压 Uy 0 1 2 3 40 1 3 2 4 Uy -Uy t
6、 0 Ux t Ux-Ux 荧光屏上将显示出被测信号随时间变化的波形荧光屏上将显示出被测信号随时间变化的波形 第五章 示波测试和测量技术 总结： 要显示随时间变化的信号， 将被观测信号加到Y轴，而X轴加扫描电压 第五章 示波测试和测量技术 （1）、扫描 几个概念：扫描、扫描电压、扫描正程、扫描回程 扫描：扫描：光点在锯齿波作用下扫动的过程光点在锯齿波作用下扫动的过程 扫描电压：扫描电压：能实现扫描的锯齿波电压能实现扫描的锯齿波电压 扫描正程：扫描正程：光点自左向右的连续扫动的过程光点自左向右的连续扫动的过程 扫描逆程：扫描逆程：光点自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程光点自荧光屏的右端迅速返
7、回左端起扫点的过程 2、一些概念 第五章 示波测试和测量技术 其中 Tx：扫描电压的周期 Ty：被测信号的周期 例：若n=2，即Tn=2Ts，见图3-4 （2）同步 目的： 波形稳定 （a a）TxTx= =nTy(nnTy(n为正整数为正整数) ) 如果保持如果保持TxTx= =nTynTy的关系，则称扫描电压与被测电压的关系，则称扫描电压与被测电压“ “同步同步” ”。 第五章 示波测试和测量技术 （b b）T T x x nTnT y y (n(n为正整数为正整数) )，即不满足同步关系时，即不满足同步关系时 显示的波形不稳定显示的波形不稳定 第五章 示波测试和测量技术 （3）、扫描的分
8、类 Ts 被测脉冲 连续扫描 Tn=Ts t Tn t Tn 连续扫描 Tn= t 触发扫描 t vy 第五章 示波测试和测量技术 *连续扫描的特点： 1、扫描发生器连续工作； 2、无输入信号时显示一条时基线； *触发扫描的特点： 1、被测脉冲到来时扫描一次； 2、平时为等待扫描状态； 3、主要用于观测占空比很小的脉冲，扫描电压 持续时间的选择应等于或稍大于脉冲底宽。 在有的示波器上，会有一个按钮来进行选择。 第五章 示波测试和测量技术 （4）增辉 实际扫描回程需要时间，即 解决措施： 增辉-在扫描正程期间使电子枪发射更多的电子 第五章 示波测试和测量技术 3、 显示两个任意波形的关系 若X、
9、Y板分别加任意信号，图形由两信号共同决定 X-Y图示仪 a、同振幅同频同相：b、同振幅、同频、相位差为90度 如：两个偏转板上都加正弦电压时显示李沙育(Lissajous)图形 第五章 示波测试和测量技术 一、模拟示波器的基本组成 示波管、垂直通道、水平通道 5-3、 通用示波器 Y轴 偏转系统 X轴 偏转系统 Y输入 示波管 X输入 第五章 示波测试和测量技术 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 第五章 示波测试和测量技术 （
10、1）输入耦合方式： AC、GND、DC三档 n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。 n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。 n置“DC”时，输入信号直接接到衰减器，用于观 测频率很低的信号或带有直流分量的交流信号 。 二、 Y通道（垂直通道） 1、输入电路：包括输入选择开关和衰减器。输入电路：包括输入选择开关和衰减器。 第五章 示波测试和测量技术 (2)、输入衰减器 最佳补偿条件最佳补偿条件 过补偿过补偿 欠补偿欠补偿 改变分压比示波器的偏转灵敏度粗调 在面板上用在面板上用“ “V/cmV/cm”
11、”标记标记 第五章 示波测试和测量技术 2前置放大器 作用：将信号适当放大，从中取出内触发信号，并 具有偏转因数微调、校正、Y轴位移、极性反转等控 制作用。 电路：大都采用差分放大电路，输出一对平衡的交 流电压。若在差分电路的输入端输入不同的直流电位 ，相应的Y偏转板上的直流电位和波形在Y方向的位置 也会改变。 “Y轴位移”旋钮：调节直流电位以改变被测波形在 屏幕上垂直方向的位置。 第五章 示波测试和测量技术 3、延迟线 没有延迟线时屏幕上没有延迟线时屏幕上 显示的脉冲显示的脉冲 有延迟线时屏幕上显示的脉冲有延迟线时屏幕上显示的脉冲 第五章 示波测试和测量技术 第五章 示波测试和测量技术 4Y
12、输出放大器 作用：将延迟线传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。 要求：应具有稳定的增益、较高的输入阻抗、足够 宽的频带、较小的谐波失真 。 电路：大都采用推挽式放大器，有利于提高共模抑 制比。可采用改变负反馈的方法改变放大器的增益 （ 面板上的倍率“5”或“10”开关 ）。 第五章 示波测试和测量技术 三、 X通道 作用： (1)产生一个与时间成线性关系的电压，产生增辉和 消隐信号控制Z系统 （2）选择适当的同步触发信号，保持与Y输入同步 （3）放大扫描电压或外接电压 组成： 扫描发生器环、触发电路、X放大器 触发电路 触发耦合 方式选
13、择 触发源 选择 放大整形 电路 扫描信号发生器 比较和 释抑电路 扫描 闸门 扫描电压 产生电路 X偏转板 水平 放大器 第五章 示波测试和测量技术 1触发电路 作用：为扫描信号发生器提供符合要求的触发脉冲，加至 扫描门。 。 内触发 外触发输入 电源触发 S1 触发源选择 C1 触发源耦合 方式选择 S2DC AC LF REJ C2 C3 HF REJ 触发极性选择 触发放大 整形 电路 第五章 示波测试和测量技术 + DCHF AC低抑 内 外 + + + 电源 电平电平方式方式 极性极性 AC “极性”决定 上升沿或下 降沿触发 “电平”决定 正半周或负 半周触发 方式开关决定 不同
14、的耦合方 式：AC、DC 组成：方式开关、电平旋钮、极性开关、S1开关组成。 第五章 示波测试和测量技术 （1）触发源选择：一般有3种类型 内触发（INT） 将Y前置放大器输出（延迟线前的被测信号）作为 触发信号，适用于观测被测信号 外触发（EXT） 用外接的、与被测信号有严格同步关系的信号作为 触发源，用于比较两个信号的同步关系 电源触发（LINE） 用50Hz的工频正弦信号作为触发源，适用于观测与 50Hz交流有同步关系的信号 第五章 示波测试和测量技术 （2）触发耦合方式：一般设有4种 “DC”直流耦合 用于接入直流或缓慢变化的触发信号 “AC”交流耦合 用于观察从低频到较高频率的信号
15、“LF REJ”低频抑制耦合： 用于观察含有低频干扰的信号。 “HF REJ”高频抑制耦合： 用于抑制高频成分的耦合 第五章 示波测试和测量技术 （4）触发极性选择和触发电平调节 触发极性 触发电平 指触发点位于触发源信号的上升沿还是下降沿。 指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出电压的瞬时值 触发极性和触发电平决定触发脉冲产生的时刻，并决定 被显示信号的起始点。 （3）扫描触发方式选择（TRIG MODE） 常态（NORM）触发方式 自动（AUTO）触发方式 电视（TV）触发方式 第五章 示波测试和测量技术 （a）被测正弦信号 （b）零电平 正极性触发 （d）正电平 负极性触发 （e）负电平
16、 负极性触发 （c）正电平 正极性触发 （f）负电平 正极性触发 0 t 0 2 3 uy 1 4 1 4 3 2 作用:对触发信号进行放大、整形，以满足触发信号的要求。 （5）放大整形电路 基本形式: 电压比较器 第五章 示波测试和测量技术 2、扫描发生器环时基电路 作用：产生扫描电压 组成：闸门电路、扫描电压发生器、释抑电路 扫描门积分器 比较和释抑 电路 增辉 至X放大器 E 第五章 示波测试和测量技术 （1）扫描门（时基闸门） 作用 1 1）控制积分器扫描。）控制积分器扫描。 2 2）起正程加亮作用。）起正程加亮作用。 3 3）使双踪示波器工作于交替状态。）使双踪示波器工作于交替状态。 E2 E1 t t 0 V0 连续扫描时，没有触发信号也 有门控信号输出； 触发扫描时只有在触发脉冲作 用下才应产生触发信号。 输入端由三个方面信号控制
