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1、E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 电子测量技术基础电子测量技术基础 第四章第四章 1 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 第第4 4章章 电子示波器电子示波器 2 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 第第4 4章章 电子示波器电子示波器 3 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 4.5 4.5 双踪和双线示波器双踪和双线示波器 1多线示波 利用多枪电子管来实现的。 测试时各通道、各波形之间产生的交叉干扰可以减 少或消除，可获得较高的测量准确度。 2多踪示波 在单线示波的基础上增加了电子开关，
2、利用分时复 用的原理，分别把多个垂直通道的信号轮流接到Y 偏转板上，最终实现多个波形的同时显示。 4 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础5 2多踪示波 “Y1”通道（CH1）、“Y2”通道（CH2）和叠加方式（ CH1+CH2）都只显示一个波形。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础6 2多踪示波（续) 交替方式（ALT）：适合于观察高频信号。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础7 2多踪示波（续) 断续方式（CHOP）：适用于被测信号频率较低的 情况。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 第
3、第4 4章章 电子示波器电子示波器 8 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 4.6 4.6 取样示波器取样示波器( (略略) ) 4.6.1 概述 1取样的基本概念 取样就是从被测波形上取得样点的过程。 取样分为实时取样和非实时取样两种。 从一个信号波形中取得所有取样点，来表示一个信号波形 的方法称为实时取样。 从被测信号的许多相邻波形上取得样点的方法称为非实时 取样，或称为等效取样。 9 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 1取样的基本概念 实时取样示意图 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 1取样的基本概念 非实
4、时取样示意图 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 2取样原理 核心电路取样保持器示意图 两个取样脉冲的时间间隔为 ，由于波形包络所经历的 时间变长了，故可用低频示波器显示较高频率的信号。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 2取样原理（续） 步进间隔t与信号最高频率fh应满足取样定理 非实时采样只适用于周期性信号。 顺序进行的取样称为顺序取样；否则称为随机取样 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 3 显示原理 顺序取样示波器中的水平扫描信号为阶梯波电压， 阶梯持续时间，阶梯数对应屏幕上显示的不连续的 光点数。 E-m
5、ail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 4.6.2 取样示波器的组成及工作原理 1.取样示波器的基本框图 15 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 2.取样示波器的垂直通道 垂直通道由延迟线、延长门和Y放大器等电路组成， 最关键的电路是取样电路，它产生正比于取样值的阶梯 电压。下图为常用的闭环取样电路组成框图。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 2.取样示波器的垂直通道（续） 第一个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被测信号对取样 电容Cs充电； 然后该电压被送到交流放大器A放大，在延长门闭合期间对保 持电容Cm充电； 最后
6、保持电压经过反馈电路送回取样电容Cs，故取样电容Cs上 最终得到的电压为 （K为取样门的传输函数）。 若kA=1，则取样电路的输出电压值正比于输入电压的取样值 。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 2.取样示波器的垂直通道（续） 第二个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被测信号与cs上 的电压ui1之差给取样电容Cs充电，充电的电压值经过传递系 数K和增益A后，将在保持电容上与前一次的输出信号叠加， 得到uo2为 取样电路的输出是由离散的、与被测信号成正比的阶梯波构 成的。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 3.取样示波器的水平通道 X通
7、道主要包括触发、放大、分频单元、快斜波发 生器、比较器、阶梯波发生器和X放大器。 下图为阶梯波发生器框图： E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 3.取样示波器的水平通道（续） 图示波形说明了步进脉冲发生器的工作过程 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 第第4 4章章 电子示波器电子示波器 21 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 4.7.1 4.7.1 记忆和存储示波器记忆和存储示波器 模拟记忆示波器是利用记忆示波管的波形记忆 （存储）特性实现波形较长时间的存储，其核 心是记忆示波管： 22 E-mail: nary
8、dh 西南科技大学 电子测量技术基础 4.7.1 记忆和存储示波器 示波管内有两种电子枪，一种称为写入枪，另一种 称为读出枪。 在记录波形之前，首先对存储栅网进行清除，清除 网上的电子。 写入枪发射电子束，实现了存储功能。 读出时，在那些被记录枪电子束扫描过的区域，读 出枪发出的泛射电子可以通过栅网而到达荧光屏， 从而显示波形。 23 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 4.7.2 4.7.2 数字示波器数字示波器 1数字存储示波器的组成原理 24 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 1数字存储示波器的组成原理（续） 当处于存储工作模式时，其
9、工作过程一般分为存储 和显示两个阶段。 在存储工作阶段，将模拟信号转换成数字化信号， 在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM中。 在显示工作阶段，将数字信号从存储器中读出转换 成模拟信号，经垂直放大器放大加到CRT的Y偏转板 。同时，CPU的读地址计数脉冲加至D/A转换器，得 到一个阶梯波扫描电压，驱动CRT的X偏转板， E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 2数字存储式波器的工作方式 （1）数字存储器的功能 随机存储器RAM包括信号数据存储器、参考波形存储器、测 量数据存储器和显示缓冲存储器四种。 （2）触发工作方式 1）常态触发 同模拟示波器基本一样。 2）预置触发
10、 可观测触发点前后不同段落上的波形。 （3）测量与计算工作方式 数字存储示波器对波形参数的测量分为自动测量和手动测量两 种。一般参数的测量为自动测量，特殊值的测量使用手动光标进 行测量。 （4）面板按键操作方式 数字存储示波器的面板按键分为立即执行键和菜单键两种。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 3数字存储示波器的显示方式 （1）存储显示 适于一般信号的观测。 （2）抹迹显示 适于观测一长串波形中在一定条件下才会发生的瞬态信号。 （3）卷动显示 适于观测缓变信号中随机出现的突发信号。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 3数字存储示波器的
11、显示方式 （4）放大显示 适于观测信号波形细节。 （5）XY显示 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 3数字存储示波器的显示方式 （6）显示的内插 插入技术可以解决点显示中视觉错误的问题。 主要有线性插入和曲线插入两种方式。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 4数字存储示波器的特点 （1）波形的采样/存储与波形的显示是独立的 因而可以 无闪烁地观测极慢变化信号 ；对于观测极快信号来说，数字存储 示波器可采用低速显示。 （2）能长时间地保存信号 便于观察单次出现的瞬变信号。 （3）先进的触发功能 不仅能显示触发后的信号，而且能显示 触发前的信
12、号。 （4）测量准确度高 采用了晶振和高分辨率A/D转换器。 （5）很强的数据处理能力 内含微处理器，能自动实现多种 波形参数的测量与显示；还具有自检与自校等多种自动操作功能 （6）外部数据通信接口 可以很方便地将存储的数据送到计算 机或其他的外部设备，进行更复杂的数据运算和分析处理。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 5数字存储示波器的主要技术指标 （1）最高取样速率 指单位时间内取样的次数，用每秒钟完成的A/D转换的最高次 数来衡量。 （2）存储带宽(B) 与取样速率密切相关。 （3）分辨率 包括垂直分辨率(电压分辨率)和水平分辨率(时间分辨率) 垂直分辨率与A
13、/D转换器的分辨率相对应，常以屏幕每格的分 级数(级div)或百分数来表示。 水平分辨率由存储器的容量决定，常以屏幕每格含多少个取 样点或用百分数来表示。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 5数字存储示波器的主要技术指标（续） （4）存储容量 由采集存储器（主存储器）的最大存储容量来表示。 （5）读出速度 读出速度是指将数据从存储器中读出的速度，常用(时间 )/div来表示。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 6数字存储示波器的主要部件及要求 （1）高速A/D转换器 1）并行比较式ADC 采用直接比较原理， 转换速度快，有闪 烁式A/D（
14、Flash A/D）之称。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 6数字存储示波器的主要部件及要求（续） （1）高速A/D转换器 2）并串式ADC E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 6数字存储示波器的主要部件及要求（续） （2）存储器 可将高速采集的数据分路变为低速数据进行存储以降低对存储 速度的要求。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 6数字存储示波器的主要部件及要求（续） （3）控制系统 单处理器系统：仅有一个CPU，加上在CPLD或FPGA等数字逻辑 的管理下进行工作的高速时钟电路。 多处理器系统：由多个CPU完成数据采集、数据处理、显示、 人机控制等功能。 E-mail: narydh 西南科技大学 电子测量技术基础 高速信号采集技术 （1）CCD器件和A/D相结合 对被测信号进行非实时取样后借助CCD进行信号的
