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1、 第5章时域测量电子测量技术基础 第5章第5章 时域测量 信号以信号以连续时间连续时间为自变量的函数为自变量的函数以以f f为自变量，为自变量，P P或能量为因变量的函数或能量为因变量的函数以以离散时间离散时间或事件出现的次序为自变量，或事件出现的次序为自变量， 把状态值为因变量的函数关系。把状态值为因变量的函数关系。例：例：脉冲发生器、函发、脉冲发生器、函发、示波器示波器、计数器、计数器例：例：频谱仪，频谱仪，布尔和冯诺依曼布尔和冯诺依曼奠定了数学基础奠定了数学基础例：例：逻辑分析仪，逻辑分析仪，麦克斯韦和傅立叶麦克斯韦和傅立叶奠定了数学基础奠定了数学基础频域频域数据域数据域时域时域电子测量
2、技术基础 第5章第5章 时域测量 5.1 示波器的分类 5.2 通用示波器* 5.3 多波形显示 5.4 取样示波器 5.5 示波器的应用*电子测量技术基础 第5章 第5章 时域测量 重点： 通用示波器 通用示波器的基本构成 通用示波器显示波形的原理 示波器的应用 测频、测相位 难点： 通用示波器显示波形的原理电子测量技术基础 第5章 第5章 时域测量 示波器的应用： 示波器的特点：电信号的时域测量非电信号（如T、压力、a等）的变化测量速度快，工作频率宽，可测高速脉冲灵敏度高，可观察微弱信号变化过载能力强输入阻抗高电子束惯性小电子束惯性小非指针指示非指针指示配有高增益放大器配有高增益放大器对被
3、测电路影响小对被测电路影响小电子测量技术基础 第5章5.1 示波器的分类数字示波器数字示波器模拟示波器模拟示波器通用示波器通用示波器* *多束示波器多束示波器取样示波器取样示波器记忆示波器记忆示波器专用示波器专用示波器 实时取样实时取样随机取样随机取样顺序取样顺序取样A/D，D/A中低档中低档B100MHz测量高频周期信号测量高频周期信号例：高灵敏度示波器例：高灵敏度示波器测量瞬变的单次信号测量瞬变的单次信号电子测量技术基础 第5章5.2 通用示波器 5.2.1 通用示波器的基本构成 5.2.2 示波器显示波形的原理 5.2.3 垂直系统 5.2.4 水平系统电子测量技术基础 第5章5.2.1
4、 通用示波器的基本构成Y Y轴轴 输入输入外外X X轴输入轴输入外触发输入外触发输入示波管示波管垂直系统垂直系统（Y Y通道）通道）水平系统水平系统（X X通道通道）主机（显示电源）主机（显示电源）电子测量技术基础 第5章5.2.2 示波器显示波形的原理一、示波管的结构(CRT-Cathode Ray Tube)电子测量技术基础 第5章5.2.2 示波器显示波形的原理一、示波管的结构 由电子枪、偏转系统、荧光屏组成由电子枪、偏转系统、荧光屏组成 这个密封在玻璃壳内，形成大型的电真空器件这个密封在玻璃壳内，形成大型的电真空器件用途：电信号用途：电信号 光信号光信号 电子测量技术基础 第5章5.2
5、.2 示波器显示波形的原理一、示波管的结构发射电子并形成很细的高速电子束发射电子并形成很细的高速电子束灯丝灯丝F F、阴极阴极K K、栅极栅极G G、前加速极前加速极G G2 2、第一第一阳极阳极A A1 1、第二阳极第二阳极A A2 2A A、灯丝灯丝F F加热产生电子束加热产生电子束B B、负电位栅极负电位栅极G G控制电子束的强弱控制电子束的强弱辉度辉度调节调节C C、G G2 2、A A1 1、A A2 2构成电子束的聚焦构成电子束的聚焦A A1 1聚焦调节聚焦调节A A2 2辅助聚焦调节辅助聚焦调节1 1、电子枪、电子枪 作用：作用：组成：组成：原理：原理：电子测量技术基础 第5章5
6、.2.2 示波器显示波形的原理一、示波管的结构电子束在电子枪内的运动轨迹：电子束在电子枪内的运动轨迹：1 1、电子枪、电子枪为增加聚焦效果：为增加聚焦效果： G G2 2加隔板，加隔板，截获偏离轴线远的电子截获偏离轴线远的电子 A A2 2中心有一个小孔，中心有一个小孔，利于聚束利于聚束电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理 一、示波管的结构2 2、偏转系统、偏转系统垂直偏转板水平偏转板垂直偏转板水平偏转板外加电压在偏转板之间形成外加电压在偏转板之间形成电场电场；使电子；使电子束打向荧光屏上的某个坐标位置。束打向荧光屏上的某个坐标位置。Y Y偏转板置于靠近偏转板置于靠近A
7、A2 2的部位，而的部位，而X X偏转板在偏转板在Y Y 的右边。为了示波器有的右边。为了示波器有较高的灵敏度较高的灵敏度。 组成：组成：放置：放置：原理：原理：电子测量技术基础 第5章5.2.2 示波器显示波形的原理一、示波管的结构(CRT-Cathode Ray Tube)电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理一、示波管的结构2 2、偏转系统、偏转系统以垂直偏转板为例以垂直偏转板为例电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理一、示波管的结构2 2、偏转系统、偏转系统以垂直偏转板为例以垂直偏转板为例偏转板距离偏转板距离y y与偏转电压与偏转电压U Uy y
8、的关系：的关系：板长板长板屏距板屏距板间距板间距偏转灵敏度偏转灵敏度 V/cmV/cm提高灵敏度措施：提高灵敏度措施：增大增大L L，垂直偏转置于水平偏转左边垂直偏转置于水平偏转左边 减小减小U UA2A2， 增加先偏转后加速系统（增加先偏转后加速系统（PDAPDA） P157P157加屏蔽层，加屏蔽层，消除偏转板间交叉干扰及外界电磁场作用消除偏转板间交叉干扰及外界电磁场作用电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理 一、示波管的结构3 3、荧光屏、荧光屏余辉时间余辉时间光点亮度下降为最大值光点亮度下降为最大值1010持续的时间持续的时间 荧光粉荧光粉将电信号将电信号 光信号光
9、信号大部分转化成热能，少部分转化成光能。因此：大部分转化成热能，少部分转化成光能。因此： 不能长时间停不能长时间停在一处，否则易损坏荧光粉而形成斑点在一处，否则易损坏荧光粉而形成斑点 。铝膜铝膜 位于荧光屏内侧位于荧光屏内侧短余辉短余辉10us1ms10us1ms 中余辉中余辉1ms0.1s1ms0.1s 长余辉长余辉0.1s1s0.1s1s一般示波器一般示波器高频信号高频信号超低频信号超低频信号电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理 二、示波管波形显示原理1 1、显示随时间变化的波形、显示随时间变化的波形 UxUx、UyUy为固定电压时，有下面四种情况：为固定电压时，有下
10、面四种情况：光点出现在荧光屏的中心位置光点出现在荧光屏的中心位置 A A、 UxUxUyUy0 0B B、 UxUx0,Uy=0,Uy=常量常量光点仅在垂直方向偏移光点仅在垂直方向偏移电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理 二、示波管波形显示原理1 1、显示随时间变化的波形、显示随时间变化的波形D D、 UxUx常量常量, ,UyUy= =常量常量C C、 UxUx常量常量, ,UyUy=0=0光点仅在水平方向偏移光点仅在水平方向偏移光点在象限内，为两者的矢量合成光点在象限内，为两者的矢量合成电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理 二、示波管波形显示原理
11、2 2、扫描的概念、扫描的概念A A、 UxUx0,Uy0,Uy为为正弦波电压正弦波电压UyUyUyUyt t01234 02413电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理 二、示波管波形显示原理B B、 UyUy=0, =0, UxUx为为锯齿波电压锯齿波电压01324UxUxUxUxt t0t t01234UxUx扫描：扫描：UxUx为周期锯齿波电压（扫描电压），在屏幕为周期锯齿波电压（扫描电压），在屏幕 上显示一条水平亮线上显示一条水平亮线（时间基线）（时间基线），这过程称扫描，这过程称扫描 。2 2、扫描的概念、扫描的概念电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显
12、示波形的原理 二、示波管波形显示原理 2 2、扫描的概念、扫描的概念C C、 UxUx为为锯齿波电压，锯齿波电压，UyUy为正弦波电压为正弦波电压（设（设TxTxTyTy）01324UxUxUxUxUyUyUyUy0 1 2 3 4电子测量技术基础 第5章UyUyUxUxt tt tn=2n=2TxTxTyTy5.2.2 示波器显示波形的原理二、示波管波形显示原理3 3、同步的概念、同步的概念设设TxTx2Ty2Ty电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理二、示波管波形显示原理3 3、同步的概念、同步的概念设设TxTx5Ty/45Ty/40123467810911TxTxUx
13、Uxt t0123455678910TyTyUyUyt t012 3456 7910波形一直往左跑波形一直往左跑不同步不同步同步同步TxTxnTynTy电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理 二、示波管波形显示原理4 4、扫描过程的增辉、扫描过程的增辉（设（设TxTx2Ty2Ty）01234678t tUxUxt tTxTxUyUyTyTy012 3456 785501234678正程增辉正程增辉使波形不出现回扫线使波形不出现回扫线电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理 二、示波管波形显示原理5 5、连续扫描和触发扫描、连续扫描和触发扫描连续扫描连续扫描
14、锯齿波电压连续的扫描锯齿波电压连续的扫描触发扫描触发扫描只在信号来时才触发，而平时无只在信号来时才触发，而平时无 触发的扫描。触发的扫描。应用：占空比小的脉冲信号应用：占空比小的脉冲信号 例：例：TsTsT TTsTst tt t难以观察脉冲细节难以观察脉冲细节a.a.连续扫描连续扫描电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理 二、示波管波形显示原理5 5、连续扫描和触发扫描、连续扫描和触发扫描例：例：ttTsTs脉冲展宽，但太暗而脉冲展宽，但太暗而 时间基线太亮时间基线太亮b.b.连续扫描连续扫描电子测量技术基础 第5章t TsTs扫描扫描等待等待5.2.2 示波器显示波形的
15、原理 二、示波管波形显示原理5 5、连续扫描和触发扫描、连续扫描和触发扫描例：例：能较好观察脉冲能较好观察脉冲c.c.触发扫描触发扫描触发扫描触发扫描信号来时触发，而平时无触发。信号来时触发，而平时无触发。电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理 二、示波管波形显示原理6 6、X XY Y方式波形显示方式波形显示01234UyUyUxUxt tt t（1 1）UxUx与与UyUy都为正弦波，且同相都为正弦波，且同相电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理 二、示波管波形显示原理6 6、X XY Y方式波形显示方式波形显示（2 2）UxUx与与UyUy都为正弦波，不同相，设相位差都为正弦波，不同相，设相位差9090o o0123 4024UyUyUxUxt tt t若峰值不同，则为椭圆若峰值不同，则为椭圆电子测量技术基础 第5章 5.2.2 示波器显示波形的原理 二、示波管波形显示原理7 7、主要的性能指标、主要的性能指标（1 1）频带宽度）频带宽度BWBW和上升时间和上升时间t tr r一般指一般指Y Y通道的频带宽度。通道的频带宽度。反映可观反映可观测信号的最高频率，越大越好。测信
