第四章 示波器原理及应用示波器是时域分析的最典型仪器,也是当前电子测量领域中, 品种最多、数量最大、最常用的一种仪器;示波测试技术是一 种最灵活、多用的综合性技术它不但能对电信号进行定性和 定量观测，其它非电物理量亦可经转换成为电量使用示波器进 行观测，因此示波器是一种广泛应用的电子测量仪器，它普遍 地应用于国防、科研、学校以及工、农、商业等各个领域示波器的原理应用广泛，例如逻辑分析仪、晶体管特性图示 仪、扫频仪、频谱分析仪等仪器的波形显示部分都有示波测试 技术的成分示波器，全称电子示波器它是一种用荧光屏显示电量随 时间变化过程的电子测量仪器，主要用来观测信号波形、测量 电压、频率、时间等参数，是电子测量三大仪器（电压表、示 波器、电子计数器）之一本章的主要内容1 示波器的分类及其主要技术指标2 示波测试的基本原理3 通用示波器 4 取样示波器5 记忆和存储示波器6 数字存储示波器7 示波器的基本测试技术8 晶体管特性图示仪重点与难点Ü 重点：Ü掌握示波测试技术的基本原理、各种示 波器的电路组成、测试方法及应用；掌 握扫描、同步、触发等基本概念 Ü 难点：Ü扫描、同步、触发等概念；示波器各种 功能键、控制键与电路的对应关系。
第一节 示波器分类及其主要技术指标4.1.1 示波器的分类1 根据示波器对信号的处理方式的不同可分为根据示波器对信号的处理方式的不同可分为: :★模拟示波器:采用模拟方式对时间信号进行处理和 显示 ★数字示波器:对信号进行D/A转换器数字化处理 后再重建波形显示数 字 示 波 器模 拟 示 波 器★多束示波器：采用多束示波管，荧光屏上显示的 每个波形都由单独的电子束扫描产生 ★取样示波器：采用取样技术把高频快速变化的信 号变化成低频慢速变化的信号（周期展宽），以便 观察高频信号的细节变化 ★记忆示波器：采用有记忆功能的示波管，实现模 拟信号的存储、记忆和反复显示 ★专用示波器：是能够满足特殊用途的示波器，又 称特种示波器2 模拟示波器按其用途和特点可以分为: :★通用示波器:采用单束示波管，又可分为单踪、双 踪、多踪示波器;低频(0-1MHz)、普通（5-60MHz）、 宽带（5-60MHz以上）示波器4.1.2 示波器的主要技术指标和特点(1)频带宽度BW和上升时间tr: 示波器的频带宽度BW（BW=fH-fL）一般指Y通道的频带 宽度，标志示波器的最高响应能力上升时间tr（tr表示显示波形的上升沿的幅度从10% 上升到90%所需的时间）是一个与频带宽度BW相关的 参数,频带宽度BW与上升时间tr的关系可近似表示为 :1.主要技术指标(2)扫描速度扫描速度扫描速度: :指荧光屏上光点水平移动的速度指荧光屏上光点水平移动的速度, ,单位单位 为为““cm/s”cm/s”或者或者(div/s)(div/s)。
扫描速度的倒数称为扫描速度的倒数称为““时基因素时基因素””, ,它表示单位距它表示单位距 离代表的时间，单位为离代表的时间，单位为““t/cm”t/cm”或或““t/div”.t/div”.(3)偏转因素(垂直灵敏度)指在输入信号作用下指在输入信号作用下, ,光点在荧光屏上的垂直光点在荧光屏上的垂直(Y)(Y) 方向移动方向移动1cm(1cm(或或1 1格格) )所表示的电压值所表示的电压值, ,单位为单位为 ““V/cm”V/cm”、、““mV/cm”mV/cm”（或（或““V/div”V/div”、、““mV/div”mV/div” ）偏转因素表示了示波器偏转因素表示了示波器Y Y通道的放大通道的放大/ /衰减能力衰减能力. .(4)输入阻抗当被测信号接入示波器时当被测信号接入示波器时, ,示波器输入阻抗示波器输入阻抗Z Zi i( (包括包括 直流电阻和并联电容值直流电阻和并联电容值) )形成被测信号的等效负载形成被测信号的等效负载, ,一一 般般ΩΩ(M(MΩΩ)//)//pFpF表示表示. . (5)输入方式输入方式即输入耦合方式输入方式即输入耦合方式, ,一般有直流一般有直流(DC)(DC)、交流、交流 (AC)(AC)和接地和接地(GND)(GND)三种三种, ,可通过示波器面板选择可通过示波器面板选择. . (6)触发源选择方式触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号来源触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号来源, , 一般有内触发（一般有内触发（INTINT）、外触发（）、外触发（EXTEXT）、电源触发（）、电源触发（ LINELINE）三种。
三种 (7)同步（或触发）电压波形稳定的最小输入电压波形稳定的最小输入电压, ,当输入小于此电压则不能当输入小于此电压则不能 稳定显示稳定显示. .2 电子示波器的基本特点: :(1)输入阻抗高,对被测信号影响小，有较强 的过载能力，测量灵敏度高.(2)可显示信号波形,测量信号的瞬时值.(3)工作速度快,频带宽,便于观察高速变化的 信号.(4)可显示任意两个信号的电压或电流的函数 关系，古可作为信号的X-Y记录仪.第二节 示波测试的基本原理4.2.1 示波器的测试过程Ｙ轴偏转系统将 输入的被测交流信 号放大；Ｘ轴偏转 系统提供一个与时 间成线性关系的锯 齿波电压；两组电 压同时加到示波管 的偏转板上示波管中的电子束在偏转电压的作用下运动，在屏幕 上形成与被测信号一致的波形．4.2.2 阴极射线示波管(示波管CRT)CRTCRT主要由主要由电子枪、偏转系统和荧光屏电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组三部分组 成成, ,基本结构如下图所示基本结构如下图所示荧光–E 辉度 聚焦 辅助聚焦 +EFGKA1A2Y偏转板X偏转板荧 光 屏电子枪偏转系统荧光屏1 电子枪 电子枪发射电子并形成很细的高速电子束电子枪发射电子并形成很细的高速电子束, ,它由它由 灯丝灯丝F F、阴极、阴极K K、栅极、栅极G G1 1和和G G2 2和阳极和阳极A A1 1、、A A2 2组成。
组成★★阴极阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒是一个表面涂有氧化物的金属圆筒, ,在灯丝在灯丝 的加热下的加热下, ,阴极散射出大量游离电子阴极散射出大量游离电子 ★★控制栅极控制栅极是顶端有孔的圆筒是顶端有孔的圆筒, ,套装在阴极外面，套装在阴极外面， 其其电位比阴极电位低电位比阴极电位低, ,用于控制射向荧光屏的电子用于控制射向荧光屏的电子 数量数量, ,改变电子束打在荧光屏上亮点的亮度调节改变电子束打在荧光屏上亮点的亮度调节 电位器电位器R RP1P1可以调节亮度可以调节亮度, ,称之为称之为““辉度辉度””. .调节调节A A1 1的电位器的电位器R RP2P2称为称为““聚焦聚焦（（FOCUSFOCUS））””旋钮旋钮, ,对它进行调节可调节对它进行调节可调节G G2 2与与A A1 1和和A A1 1与与A A2 2之间的电位之间的电位; ;调调 节节A A2 2电位器电位器R RP3P3的旋钮称为的旋钮称为““辅助聚焦辅助聚焦（（AUX FOCUSAUX FOCUS）） ””. .★★第一、二阳极第一、二阳极(A(A1 1、、A A2 2) )是中间开孔、内有许多是中间开孔、内有许多 栅格的金属圆筒栅格的金属圆筒, ,它们与控制栅极配合完成对电子它们与控制栅极配合完成对电子 束的加速和聚焦。
束的加速和聚焦2 偏转系统偏转系统的作用：扫描电压、被测信号加到X、Y 偏转板上时，各自在X、Y偏转板间形成偏转电场， 分别使电子束产生在X、Y方向上的位移，由此确定 出亮点在荧光屏上的位置 ►►示波管的偏转系统由两对相互垂直的平行金属板示波管的偏转系统由两对相互垂直的平行金属板 X X、、Y Y组成，分别称为垂直偏转板和水平偏转板组成，分别称为垂直偏转板和水平偏转板 ►►当有外加电压作用时当有外加电压作用时, ,偏转板之间形成电场偏转板之间形成电场; ;在偏在偏 转电场作用下转电场作用下, ,电子束打向由电子束打向由X X、、Y Y偏转板共同决定偏转板共同决定 的荧光屏上的某个坐标位置的荧光屏上的某个坐标位置 ►►为了示波器有较高的测量灵敏度为了示波器有较高的测量灵敏度,Y,Y偏转板置于靠偏转板置于靠 近电子枪的部位近电子枪的部位, ,而而X X偏转板在偏转板在Y Y的右边►电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外加偏电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外加偏 转电压成正比：转电压成正比：L为偏转板的长 度;S为偏转板 中心到屏幕中 心的距离;b为 偏转板间距;Va 为阳极A2上的 电压► ►示波管的示波管的Y Y轴偏转因素（单位为轴偏转因素（单位为cm/Vcm/V）：）：其倒数为示波管的其倒数为示波管的示波管的垂直灵敏度，单位为示波管的垂直灵敏度，单位为 ＶＶ/cm/cm。
垂直偏转灵敏度越小，示波管越灵敏，观察垂直偏转灵敏度越小，示波管越灵敏，观察 微弱信号的能力就越强微弱信号的能力就越强► ►在一定范围内，荧光屏上的点的偏转距离与偏转在一定范围内，荧光屏上的点的偏转距离与偏转 板上所加的电压成正比，这是示波管观测波形的理板上所加的电压成正比，这是示波管观测波形的理 论依据．论依据．有时为提高有时为提高Y Y轴偏转灵敏度轴偏转灵敏度, ,可在偏转板至可在偏转板至 荧光屏之间加一个后加速阳极荧光屏之间加一个后加速阳极A A3 33 3 荧光屏荧光屏荧光屏内壁涂有荧光物质荧光屏内壁涂有荧光物质( (磷光质磷光质),),外壁则是玻璃管壳外壁则是玻璃管壳, , 荧光屏荧光屏将电信号变为光信号将电信号变为光信号, ,是示波管的波形显示部分是示波管的波形显示部分. .电子枪发射的高速电子束轰击荧光屏发出荧光（亮度取电子枪发射的高速电子束轰击荧光屏发出荧光（亮度取 决于轰击电子束中电子的数目、决于轰击电子束中电子的数目、 密度、密度、 和速度）和速度）, ,并维持并维持 一定的时间一定的时间, ,该现象为荧光物质的该现象为荧光物质的余辉现象余辉现象. .按照余辉现象维持时间按照余辉现象维持时间( (即余辉时间即余辉时间) )的长短的长短, ,荧光物质分为荧光物质分为: :► ►极短余辉极短余辉: :小于小于10us,10us,超高频示波器超高频示波器; ; ► ►短余辉短余辉:10us:10us～～10ms,10ms,高频示波器高频示波器; ; ► ►中余辉中余辉:1ms:1ms～～0.1s,0.1s,普通示波器普通示波器; ; ► ►长余辉长余辉:0.1s:0.1s～～1s,1s,低频示波器低频示波器; ;► ►极长余辉极长余辉: :大于大于1s,1s,极缓慢变化信号示波器极缓慢变化信号示波器; ;一般在荧光屏内壁预先沉积一个透明刻度，称为一般在荧光屏内壁预先沉积一个透明刻度，称为 内刻度；或在屏外安置标有刻度的透明塑料板，称内刻度；或在屏外安置标有刻度的透明塑料板，称 为外刻度。
刻度区域通常为一矩形，称为测量窗或为外刻度刻度区域通常为一矩形，称为测量窗或 显示窗，一般为显示窗，一般为10div×8div10div×8div（宽（宽××高）注意:在使用示波器时，应避免电子束长时间的停留在 荧光屏的一个位置，因为电子的动能在转化为光能的 同时还产生大量的热量，这会减弱荧光物质的发光效 率使荧光屏受损甚至可能烧成一个黑点因此在示波 器开启后不使用的时间内，可将“辉度”调暗作业21: 电子枪的结构由几部分组成，各部分的主 要用途是什么?4.2.3 图象显示的基本原理1 1 显示随时间变化的图形显示随时间变化的图形电子束通过垂直或水平偏转板打到荧光屏上产生亮点， 亮点在荧光屏上移动的轨迹，是加到偏转板上的电压信号 的波形1）Ux、Uy为固定电压时,有下面四种情况：（2）X、Y偏转板上分别加变化电压：仅在垂直偏转板的两 板间加正弦变化的电 压，则光点只在荧光 屏的垂直。