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1、目标规划 4.1 波形测试的基本原理 4.2 通用示波器的工作原理 4.3 示波器的使用操作 4.4 示波器的基本测量应用 4.5 数字示波器的使用 本章小结 自测题解答,返回主目录,第4章 波形测试及示波器,目标规划,（一）学习目标 基本了解：波形显示原理，示波器的组成原理； 示波器的面板开关旋钮的作用与操作方法。 重点掌握：示波器多波形显示和示波器的应用。 （二）技能目标 掌握示波器的正确选择和使用，熟悉用示波器进行有关参数的测量； 学会用示波器检测实际电路。,仪器示例1模拟示波器,仪器示例2数字示波器,4.1 波形测试的基本原理,4.1.1 示波器的主要特点及类型 1.电子示波器的特点
2、实时直观、灵敏度高、输入阻抗高、过载能力强 2.示波器的类型 （1）通用示波器 模拟示波器 （2）取样示波器 （3）数字存储示波器 （4）逻辑示波器 又叫逻辑分析仪,4.1.2 示波管,通用示波器要实现所谓的“复现电信号”，其核心部件是示波管（或称阴极射线管CRT）。,CRT构成部分：电子枪、偏转系统、荧光屏,1.电子枪 由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极组成 ，其作用是发射电子形成高速电子束，去轰击荧光屏使之发光。 2.偏转系统 由一对竖直（Y轴）偏转板和一对水平（X轴）偏转板组成，当在偏转板上加适当的电压形成电场时，电子束的运动方向将发生偏转，从而改变电子束打在屏上的光斑位置。,D
3、y称为示波管的Y轴偏转灵敏度，单位是V/cm（mV/cm）或V/div（mV/div）。 Dy是与外加偏转电压大小无关的常数（重要指标），应重点理解并掌握。,3荧光屏,一般为圆形或矩形的，由示波管末端玻璃屏的内表面上涂了一层荧光粉所构成的。 从电子束移走到光点亮度降为原始值10%所延续的时间称为余辉时间。可分为短余辉、中余辉、长余辉三种，通用示波器一般选用中余辉管。 为了能利用示波器进行定量测量，在荧光屏上还常标有一定的刻度线。刻度区域通常为一矩形，其尺寸为示波器的可视尺寸，一般为10div8div（宽:高=10:8）。 注：div格。,4.1.3 波形显示原理,1.显示随时间变化的波形,有两
4、种类型：一种是显示随时间变化的信号，称为波形显示；另一种是显示任意两个信号X与Y的关系，称为XY显示。,光点在锯齿波作用下移动的过程称为扫描。能实现扫描的锯齿波电压叫扫描电压，分为扫描正程和扫描回程。,（1）扫描的概念,如图3.3(c)所示，亮点从0点经1、2、3至4点移动为正程，从4点迅速返回到0点的移动为回程。,图3.4 锯齿波电压波形 (a)理想锯齿波 (b)实际锯齿波,锯齿波不断地作周期性的扫描，并且每次的扫描时间很短，就可以得到适于观测的稳定波形。需要注意的是，每次重复的扫描周期应小于人眼的视觉暂留时间，否则，人眼就可以分辨出扫描回程，波形就会产生明显的闪烁而不利于观测。,（2）扫描
5、与被测信号的同步 前面介绍的是Tx=Ty时，正好显示了一个周期的被测波形情况。图3.5为扫描电压与被测信号2个周期同步时的情况，图中Tx=2Ty。,结论：扫描的后一个周期描绘的波形与前一周期完全重合，扫描电压与被测信号的同步，简称“同步”。即,Tx = nTy（n=1，2，3，即n为整数）,如果没有这种同步关系，则后一扫描周期描绘的图形与前一扫描周期描绘的图形不重合，如图3.6所示。,可见，如果Tx nTy（这里n取整数），即n为非整数（分数、小数等）时，示波器就不同步工作了。为此常利用被测信号产生一个同步触发信号去控制示波器时基电路中的扫描发生器，迫使它们同步。,2. XY波形显示原理,XY
6、图示仪：当有两个信号分别加在X和Y偏转板上时（Ux不一定是锯齿波），荧光屏上即能显示出两个信号波形之间的关系。通常把两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形叫李沙育图形，它常用的频率和相位测量中。,4.2 通用示波器的组成原理,4.2.1 通用示波器的基本结构和原理,主要由示波管、垂直通道（Y通道）和水平通道（X通道）三部分组成，此外还包括电源电路和校准信号发生器。,图3.9 通用示波器的基本组成框图,4.2.2 示波器的垂直通道（Y通道）,1.输入电路,（1）探极 探极（又叫探头）用于被测信号与示波器的连接，主要作用是提高输入阻抗、减小外界干扰等。无源探极应用较广，它实际上是一个衰减器，衰减比（
7、用Ky表示）有1:1、10:1、100:1三种。当探极衰减比Ky为10:1或100:1时，示波器测得电压分别是被测电压实际值的1/10或1/100。,【知识拓展】使用示波器时为什么要求用专用的探极？,无源探极的结构如图所示，它是一个低电容、高阻抗探头。通常在带有金属屏蔽层的塑料外壳内部装有一个RC并联电路，其一端接探针，另一端通过屏蔽电缆接示波器的输入端。这种低电容、高阻抗无源探极可以提高示波器的输入阻抗，降低探极对被测电路的影响，增强示波器的抗干扰能力和扩大示波器的量程。,具体方法是将示波器标准信号发生器产生的方波加到探极上，用螺丝刀左右旋转补偿电容C，直到调出如下图（a）所示正确的方波（即
8、正确补偿）为止。否则，会产生如图（b）、（c）所示电容过补偿或欠补偿的波形。,为获得最佳补偿，探极中的电容C是可调的（又称为补偿电容）。调整其大小以满足RC=RiCi的条件，可使探极误差与频率无关，能在很宽频率范围得到最佳补偿，使信号不失真。,几种补偿的波形 (a)正确补偿(b)过补偿(c)欠补偿,（2）输入耦合方式选择开关 输入耦合方式设有AC、GND、DC三档选择开关。置交流“AC”挡，此时只有输入交流信号才可以通过；置直流“DC”挡，信号直接接至衰减器，用于观测频率很低或带有直流分量的交流；置“GND”（接地）挡，若无需断开被信号的情况下，可为示波器提供接地参考电平。,（3）衰减器 衰减
9、器一般为阻容步进衰减器，它对应示波器面板上的Y轴灵敏度粗调旋钮，衰减器是为测量不同幅度的被测信号而设置的。其作用是在测量幅度较大的信号时，经衰减后使屏幕上显示的波形不致于因过大而失真。,2延迟级,因为扫描信号ux(t)和被观测信号uy(t)相比总是滞后一段时间延迟级的作用就是把加到Y轴偏转板的脉冲信号也延迟一段时间，使信号出现的时间滞后于扫描开始时间，这样就能够保证在屏幕上可以扫出包括上升时间在内的脉冲全过程。延迟级只起延迟时间的作用，信号通过它时不产生失真。,3.Y放大器,Y放大器提高示波器观测微弱信号的能力，Y放大器分成前置放大器和输出放大器两部分。前置放大器的输出信号一路引至触发电路，作
10、为同步触发信号，另一路经过延迟线延迟以后引至输出放大器。 Y放大器通过调节放大器的增益还可以实现灵敏度微调。当灵敏度微调电位器向右旋足时，示波器灵敏处于“校正”位置。在用示波器作定量测试时，“倍率”开关应置于“1”位置，灵敏度微调旋钮应置于“校正”位置。 Y轴“移位”调节就是改变差分电路的直流电位，它能使屏幕上的波形上下平移，以便观察和读数。,4双踪显示原理,双踪示波器一般有五种显示方式：YA（通道1）、YB（通道2）、 YAYB（叠加）、交替和断续。前三种都是单踪显示，“交替”和“断续”则是 双踪显示方式。,图3.15 双踪示波器Y通道组成框图,（1）交替（ALT）显示方式 交替显示是电子开
11、关在每一次的扫描结束时转换动作，使得每两次扫描分别显示一次A通道和一次B通道信号的波形如图3.16（a）所示。 交替方式适于显示被测信号频率较高的场合。,（2）断续（CHOP）显示方式 当被测信号频率较低时，交替显示会出现明显的闪烁，应采用断续工作方式。这时电子开关工作于自激振荡状态，其转换频率远大于扫描频率。在一次扫描征程期间，电子开关转换多次，轮流将A、B两通道信号加于Y偏转板，显示图形由断续的亮点组成，如图3.16（b）所示。断续方式适于显示被测信号频率较低的场合。,图3.16 双踪显示原理示意图 (a) 交替 (b) 断续,4.2.3 示波器的水平通道（X通道）,示波器的X通道主要由扫
12、描电路发生器环、触发电路和X放大器等部分组成。X通道的作用是产生一个与时间呈线性关系的锯齿波电压。 1.扫描发生器环（时基电路）,2.触发电路,触发电路的输入信号可以来自示波器的内部或外部，它的主要作用是选择触发源并产生稳定可靠的触发脉冲信号，以触发扫描发生器产生稳定的扫描电压。,3.X放大器,X放大器的作用是放大X轴的信号到足以使光点在X方向达到满偏的程度，X轴放大器的输入端有“内”、“外”两个位置，当开关置“内”时，X放大器放大扫描发生器环送来的扫描信号，屏幕上显示信号的时域波形；置“外”时，X放大器加入外输入信号，示波器作为X-Y图示仪使用。此外，还有X轴位移、扫描扩展和扫描因数的校准等
13、。,扫描因数定义为 式中，T测试时间，X屏幕上波形的水平偏转距（cm）。,若改变整个水平系统的放大量为原来的Kx倍，则屏幕上同样的水平距离所代表的时间要缩短为原来的1/Kx，这称为扫描扩展。,4.2.4 主机系统（Z轴系统）,1.高、低压电源 高、低压电源分别用于示波器的高、中压和直流供电。 2.Z轴的增辉与调辉 Z轴放大器的主要作用是进行辉度调节。增辉是将闸门信号放大，使显示的波形正程加亮；调辉是指加外调制信号或时标信号，使屏幕显示的波形发生相应地变化。 3.校准信号发生器 校准信号发生器可产生幅度和频率准确的基准方波信号，为仪器本身提供校准信号源。通用示波器常提供1V、1kHz的标准方波信
14、号。,4.3 示波器的使用与操作,4.3.1 通用示波器的主要技术指标,（1）频带宽度BW 通常指Y通道的工作频率范围，即Y通道输入信号上、下限频率之差。 BW3fmax 式中，fmax被测信号的最高频率。,（2）时域响应（瞬态响应） Y轴系统的频带宽度BW与上升时间tr之间有确定的内在联系，一般有： BW. tr0.35 式中，BW及tr的单位分别为MHz与s。 因为BWfH，所以也就有fH. tr 0.35。,（3）偏转灵敏度Dy 指输入信号在无衰减情况下，亮点在屏幕上偏转1cm（或1格div）所需信号电压的峰峰值（UP-P）。其单位为V / cm或mV /div，其值愈小，偏转灵敏度愈高
15、。一般示波器的偏转灵敏度为几十毫伏。通常示波器的灵敏度都是按125步进分档，例如，10mV/cm20V/cm分为11档。,（4）输入阻抗 Ri值越大、Ci值越小越好。一般示波器二者分别在M和pF数量级。例如，CA8040型示波器的Ri=1M，Ci=25pF。,（5）扫描速度Dx 扫描速度又叫扫描因数。它表示在无扩展情况下，亮点在屏幕上轴方向移动单位长度1cm（或1格div）所表示的时间，其单位为t/cm或t/div。其中t可取s、ms或s。,4.3.2 示波器的选择与使用,1.示波器的合理选择 （1）根据被测信号的特性来选择 （2）根据示波器的性能来选择,2.示波器的正确使用 （1）探极的使用
16、 （2）注意屏幕有效面积的使用 （3）善于使用灵敏度选择开关 （4）波形稳定的调节 （5）正确使用辉度调节,4.3.3 通用示波器的面板功能及操作,电子测量中使用较多的是20MHz或40MHz的双踪示波器，这些示波器的用法基本相同。,1.XC4320型双踪示波器的面板功能,2.双踪示波器的使用方法,（1）测量前的准备工作：主要是通过调整示波器，使屏幕上显示出一条扫描线。,（2）测量信号的步骤 将被测信号输入到示波器通道输入端。 选择各旋钮的位置，使信号正常显示在荧光屏上，记录测量的读数或波形。 【注意】测量时，必须将Y轴增益微调和X轴增益微调旋钮旋至“校准”位置。 分析、运算、处理读数，得到测量结果。,3.通用示波器的操作规程 见附录A,4.4 示波器的基本测量应用,4.4.1 电压的测量方法,1.直流电压的测量 测量直流电压的原理是利用被测电压在屏幕上呈现一条直线。被测直流电压值为 U = HDy
