示波测试和测量技术

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1、第四章 示波测试和测量技术 主编 肖晓萍电子测量实训教程第2版电子教案面向21世纪 高职高专系列教材机械工业出版社第四章 示波测试和测量技术 目 录l第1章 绪论 l第2章 误差分析和测量数据处理 l第3章 常用电子测量仪器 l第4章 示波测试和测量技术 l第5章 电路元器件参数的测量 l第6章 电子电路参数的测量 l第7章 频域测量 l第8章 数据域测量 l第9章 自动测试系统 第四章 示波测试和测量技术 第4章 示波测试和测量技术l本章要点 l4.1 示波测试 的基本原理 l4.1.1 阴极射线示波管 l4.1.2 波形显示的基本原理 l4.2 模拟示波技术 l4.2.1 模拟示波器的技术

2、性能指标 和组成 l4.2.2 模拟示波器的垂直系统 l4.2.3 模拟示波器的水平系统 l4.2.4 示波器的多波形显示 第四章 示波测试和测量技术 l4.3 数字存储示波技术l4.3.1 数字存储示波器的组成和基本 功能l4.3.2 信号采样原理l4.3.3 波形显示技术l4.3.4 技术性能指标l4.4 示波器的基本测量技术l4.4.1 电压的测量l4.4.2 时间的测量第四章 示波测试和测量技术 l4.4.3 周期和频率的测量l4.4.4 相位差的测量l4.4.5 调幅度的测量l4.5 示波器的选择和使用l4.5.1 示波器选择l4.5.2 模拟示波器的使用l4.5.3 数字存储示波器

3、的使用l4.6 实训l4.7 习题 第四章 示波测试和测量技术 本章要点 l示波器的概念、测量功能l示波测试的基本原理l模拟示波器的组成及工作原理l数字存储示波器的组成原理l示波器的基本测量技术l示波器的选择和使用第四章 示波测试和测量技术 根据目前示波器的性能和结构，一般可将示波器分为： 1模拟示波器l 通用示波器l 多束示波器l 取样示波器 2数字示波器l 数字存储示波器l 数字荧光示波器 3混合示波器第4章 示波测试和测量技术第四章 示波测试和测量技术 4.1 示波测试的基本原理 4.1.1阴极射线示波管示波管包括电子枪、偏转系统和荧光屏三 大部分。如图4-1所示。1.电子枪 l电子束的

4、聚焦l第三阳极A3的作用 2.偏转系统3.荧光屏 第四章 示波测试和测量技术 4.2 模拟示波技术模拟示波器中最常用的是通用示波器，以下均以通用示波器介绍模拟示波技术。4.1.2 波形显示的基本原理示波器显示波形，基本上有两种类型： 1.时域波形显示原理2. XY显示原理第四章 示波测试和测量技术 4.2.1 模拟示波器的技术性能指标和组成 1.主要技术性能l扫描时间因数l触发性能 l垂直偏转因数 l频带宽度（频域响应） l瞬态响应（时域响应） 2通用示波器的组成 通用示波器一般包括如图4-10（a）所示 几个部分：l垂直系统（Y通道）l水平系统（X通道）l主机系统（Z通道） 工作过程如图4-

5、10（b）所示第四章 示波测试和测量技术 4.2.2 模拟示波器的垂直系统 垂直系统又称垂直通路或Y通道，它是被 测 信号的通道。 垂直系统的基本组成：如图4-11所示 l 输入电路l 前置放大器l 延迟线l 后置放大器l 内触发放大器 4.2.3 模拟示波器的水平系统 组成包括三个部分：如图4-14所示 l 触发电路l 时基发生器电路（扫描发生器电路）l 水平放大器第四章 示波测试和测量技术 触发电路l触发源选择 内触发（INT） 外触发（LINE） 电源触发 l触发耦合方式 图4-15 “DC”直流耦合 “AC”交流耦合 “AC”（H）l触发方式（TRIG MODE）选择 常态触发方式（N

6、ORM） 图4-16 自动触发方式（AUTO） 电视触发方式（TV） l触发整形电路 第四章 示波测试和测量技术 时基发生器电路（扫描发生器电路） 在触发脉冲的作用下产生周期性锯齿波电 压，经水平放大器放大后，送至水平偏转板 ，控制电子束在屏幕上由左向右的水平扫描 ，这种扫描称为线性时基扫描。 l由扫描闸门、扫描电压产生电路、比较和释 抑电路组成，如图4-17（a）所示。时基发 生器电路的一般工作过程 4-17（b）。扫描闸门 图4-18扫描锯齿波产生电路 图4-19 比较电路和释抑电路 图4-20 l扫描方式分类 连续扫描 图4-21 触发扫描 图4-22 第四章 示波测试和测量技术 4.2

7、.4 示波器的多波形显示荧光屏上同时显示几个波形的显示称为多 波 形显示。 常见的方法有： l多线显示 （双线） 如图4-23 所示 l多踪显示双踪示波器显示方式：如图4-24所 示 交替显示 断续显示 图4-25l双扫描显示 如图4-26所示 第四章 示波测试和测量技术 4.3 数字存储示波技术 4.3.1 数字存储示波器的组成和基本功能1数字存贮示波器的组成 如图4-27所示 2数字存贮示波器的功能l可长期存贮波形l既能观测触发后的信息，也能捕捉触发 前的信号。 l可观测单次过程和突发事件 l具有多种显示方式l能进行数据分析和处理 l具有多种方式输出 l可进行功能扩展第四章 示波测试和测量

8、技术 4.3.2 信号采样原理 1采样方式 如图4-28所示l 实时采样 l 等效时间采样l序列式采样l随机采样 2采样速率 4.3.3 波形显示技术 1点显示技术 2点插入技术l向量式显示（线性插入）l正弦插入 l改进型正弦插入 lSin X/X插入所记录波形的长度 采样速率r 时基单位扫描长度第四章 示波测试和测量技术 4.3.4 技术性能指标l 有用存贮带宽:表示数字存贮示波器捕捉 信号的能力l 有用上升时间l 垂直精度和有效位量化误差Er为预期量化误差Erc损失的位数LB LB=log2(Er / Erc) 有效位数EB EB=DB-LB式中：DB数字化器件的位数。第四章 示波测试和测

9、量技术 4.4 示波器的基本测量技术 4.4.1 电压的测量 1直流电压测量 2正弦电压测量图4-29 l不含直流分量的正弦电压测量 l含有直流分量的正弦电压测量 3参考电平的设定 4.4.2时间的测量 1时间测量的原理 被测时间间隔： = LDx /水平扩展倍 数式中 时间间隔（s）L两点之间水平距离div）Dx扫描时间因数（sdiv） 。 2两个脉冲信号之间的时间间隔的测量 图4-30第四章 示波测试和测量技术 4.4.3 周期和频率的测量l 直接测量法l 李沙育图形法 如图4-31所示 4.4.4 相位差的测量l 测量原理l 双踪示波法 图4-32l 椭圆法 图4-33图4-344.4.

10、5 调幅度的测量 如图4-35所示 第四章 示波测试和测量技术 4.5 示波器的选择和使用 4.5.1 示波器选择1. 模拟示波器l 频带宽度和上升时间l 垂直灵敏度（垂直偏转因数）l 扫描速度 2. 数字示波器l 带宽l 采样速率l 采样速率与t/div的关系 fsN（t/div） l 数字示波器的上升时间l 存储器深度 第四章 示波测试和测量技术 4.5.2 模拟示波器的使用 1.使用时注意事项 2. YB4320双踪四迹示波器l 主要技术性能l YB4320示波器的外观和前面板示意图 图4-38l YB4320示波器的基本操作说明l 测量前的准备工作l 信号测量的步骤l 输出信号 第四章

11、 示波测试和测量技术 4.5.3 数字存储示波器的使用以DS3012B数字存贮示波器为例1DS3012B技术指标 表4-32DS3012B的使用l DS3012B的面板结构 图4-39l DS3012B的显示界面 图4-40l DS3012B数字存贮示波器的设置l3DS3012B的应用实例第四章 示波测试和测量技术 4.6 实训4.6.1 示波器的一般应用 一、实验目的 二、实验仪器 三、预习要求 四、实验内容和步骤l 示波器的校准l 直流电压的测量l 正弦波电压幅度、周期的测量 五.实验报告要求 六. 思考题第四章 示波测试和测量技术 4.6.2 示波器的特殊应用一、实验目的二、实验仪器三、

12、预习要求四、实验内容和步骤l 李沙育图形测量频率l 直接测量调幅波的调幅系数l 梯形法测量调幅波的调幅系数五.实验报告要求六. 思考题第四章 示波测试和测量技术 4.6.3 各种交流电压的测量一、实验目的二、实验仪器三、预习要求四、交流电压表征概要五、实验内容和步骤l 交流信号频率的测量l 交流信号电压的测量六、实验报告要求七、思考题第四章 示波测试和测量技术 4.7 习题l1 叙述示波器显示时域波形的原理。l2 示波器的基本结构由哪三部分组成？ 各部分的主要作用是什么？l3 延迟线的作用是什么？内触发信号可 否在延迟线以后的电路引出？l4 时基发生器由几部分组成？试简述其 工作过程。l5 什

13、么是“交替”显示和“断续”显示？各 用在何场合？第四章 示波测试和测量技术 l6 当示波器X、Y偏转板上加以下电压时， 用作图法绘出荧光屏显示的图形。 (1) ux = Asint uy =k(t-nT) N Z， (2) ux = Asint uy = Asint (3) ux = Asint uy = Acost (4) ux = Asint uy = Asin2t l7 在X、Y两对偏转板上加上图4-54所示电 压，用作图法绘出屏幕上显示的波形。l8 使用带宽为100MHz的示波器测量脉冲 的上升边，读得其值为15.6ns，已知测量 误差为+30%，问脉冲的实际上升时间为 多少？第四章

14、示波测试和测量技术 l9 有一个正弦信号，使用垂直偏转因数 为10mV/div的示波器进行测量，测量 时信号经10:1衰减探头加到示波器。测 得在荧光屏上的高度为7.070 7div（峰 峰值），问该信号的有效值为多少？l10 已知示波器的Y偏转因数为0.5V/div ，荧光屏有效宽度为10div，扫描时间 因数为0.1ms/div。显示的波形如题图4 -55。求被测信号的频率和周期为多少 ？振幅Um=？有效值U=？第四章 示波测试和测量技术 l11 若示波器的垂直偏转因数为 10mV/div，扫描时间因数为1ms/div，绘出下述的波形。（1）有效值为10mV、频率为500Hz的正弦信号。（

15、2）峰峰值为40mV、频率为 200Hz的方波信号。l12 被测信号uy和扫描锯齿波ux的波形 如题图4-56，若示波器的消隐电路失常，将显示何波形？ 第四章 示波测试和测量技术 l13 用示波器观测波形时，要达到如下 要求，应调节哪些旋钮？波形清晰；亮度适中；波形稳定；移动波形位置；改变波形个数；改变波形的高度。l14 一台示波器的垂直偏转因数在 2mV/div挡，对它扩展“5”后，该挡的 实际偏转因数为多少？ 第四章 示波测试和测量技术 l15 现有三种示波器，测量上升时间tr为 80ns的脉冲波形，选用哪一种好？为 什么？（1）SBT5同步示波器fH =10MHz ， tr40ns。（2）SR8双踪示波器fH =15MHz ，tr24 ns。l16 采用通用示波器测量矩形脉冲的上 升沿。已知示波器的上升时间