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1、第三章第三章 示波测试和测量技术示波测试和测量技术 一、概述 二、示波测试的基本原理 三、示波器多波形显示 四、取样技术在示波测量中的应用 五、波形的存储和记忆 六、示波器的使用第第三三章章 示示波波测测试试及及测测量量技技术术一、概述：一、概述：1931年美国无线电公司发明。年美国无线电公司发明。特点：特点：1、直接观测和真实显示被测波形。、直接观测和真实显示被测波形。可显示脉冲信号的前后沿、脉宽、上升下降时间。可显示脉冲信号的前后沿、脉宽、上升下降时间。2、是时域测试典型仪器，能检测信号波形是否正常，、是时域测试典型仪器，能检测信号波形是否正常，有无失真以及相关关系。有无失真以及相关关系。
2、3、X-Y图示仪。图示仪。 4、是多种电量和非电量测试和测量中的基、是多种电量和非电量测试和测量中的基 本测试仪器。本测试仪器。分类分类通过描绘被研究的信号随时间的变化，可用于通过描绘被研究的信号随时间的变化，可用于调试电子电路、维修仪器设备。调试电子电路、维修仪器设备。是构成其他两个测试领域的仪器设备的基础。是构成其他两个测试领域的仪器设备的基础。根据示波器的性能和结构，分为：根据示波器的性能和结构，分为：通用示波器；多束示波器；取样示波器；通用示波器；多束示波器；取样示波器；记忆、存储示波器；专用或特殊示波器。记忆、存储示波器；专用或特殊示波器。二、二、示波测试的基本原理示波测试的基本原理
3、：衰衰减减Y前置前置放大器放大器延迟线延迟线Y输出输出放大器放大器扫描扫描发生器环发生器环触发触发电路电路X放大器放大器电源电源输输入入输输入入 X Y外触发输入外触发输入校准信号校准信号发生器发生器校准输出校准输出s2Y通道X通道s150Hz电源电源灯丝灯丝阴极阴极K栅极栅极G1G2阳极阳极A1A2FY2Y1X2X1电子枪电子枪偏转系统偏转系统一、阴极射线示波管一、阴极射线示波管 示波管由示波管由电子枪电子枪、偏转系统偏转系统、荧光屏荧光屏组成组成电电电电子子子子枪枪枪枪KA1A2G1G2_+辉度辉度聚焦聚焦辅助辅助聚焦聚焦荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏偏偏偏偏转转转转系系系系统统统统X偏偏偏偏转
4、转转转板板板板Y偏偏偏偏转转转转板板板板A2VabVy+_ s Ly灵敏度：灵敏度：Dy =1/hy二、二、图象显示的基本原理图象显示的基本原理：示波器图象显示原理分为显示示波器图象显示原理分为显示y=f（t）图形和显示图形和显示任意任意两波形关系两波形关系变量的图形。变量的图形。1、显示、显示y=f（t）时变图形时变图形（1）、扫描）、扫描A、偏转特性：偏转特性：测试信号波形的理论依据是：示波器测试信号波形的理论依据是：示波器CRT偏转特偏转特性性静电特性，静电特性，y Vy，x Vx光点在锯齿波作用下扫动的过程称为扫描，从左光点在锯齿波作用下扫动的过程称为扫描，从左到右称为扫描正程，从右到
5、左为回程。到右称为扫描正程，从右到左为回程。B、扫描的同步TsTnTnTn =2TsTn =Ts+1/4Ts为得到稳定的波形，必须为得到稳定的波形，必须保证保证同步同步关系，即关系，即 Tn=NTs N-为整数为整数C、连续扫描和触发扫描 Ts被测脉冲连续扫描Tn=Tst TntTn连续扫描Tn= t触发扫描tvy*连续扫描的特点：连续扫描的特点：1、扫描发生器连续工作；、扫描发生器连续工作；2、无输入信号时显示一条时基线；、无输入信号时显示一条时基线；*触发扫描的特点：触发扫描的特点：1、被测脉冲到来时扫描一次；、被测脉冲到来时扫描一次；2、平时为等待扫描状态；、平时为等待扫描状态；3、主要
6、用于观测占空比很小的脉冲，扫描电压、主要用于观测占空比很小的脉冲，扫描电压持续时间的选择应等于或稍大于脉冲底宽。持续时间的选择应等于或稍大于脉冲底宽。在在有的示波器上，会有一个按钮来进行选择。有的示波器上，会有一个按钮来进行选择。D、关于增辉、消隐关于增辉、消隐存存在在的的问问题题解解决决的的办办法法 如如图图所所示示：扫扫描描正正程程时时加加上上增增辉辉脉脉冲冲，电电电电子子子子枪枪枪枪KG1G2_+辉度辉度聚焦聚焦辅助辅助聚焦聚焦荧荧荧荧光光光光屏屏屏屏A1A2增辉增辉增辉增辉消隐消隐消隐消隐！对于触发扫描，扫描正程增辉！对于触发扫描，扫描正程增辉可避免无信号时中心亮点毁坏可避免无信号时中
7、心亮点毁坏屏幕。屏幕。E、扫描信号锯齿波的产生扫描信号锯齿波的产生#对于扫描信号要求：对于扫描信号要求： 要求波形线性好，下降快；如线性不好时，信号观要求波形线性好，下降快；如线性不好时，信号观测会产生失真，下降不够快时，会出现回扫。测会产生失真，下降不够快时，会出现回扫。 如图所示，如图所示，X通道主要功能即为产生扫描信号。通道主要功能即为产生扫描信号。衰衰减减Y前置前置放大器放大器延迟线延迟线Y输出输出放大器放大器扫描扫描发生器环发生器环触发触发电路电路X放大器放大器电源电源输输入入 X校准信号校准信号发生器发生器校准输出校准输出s2Y通道X通道s1输输入入 Y外触发输入外触发输入50Hz
8、电源电源扫描门扫描门积分器积分器比较和释抑比较和释抑电路电路增辉增辉至至X放大器放大器 E扫描发生器环扫描发生器环1 1、扫描门：采用施密特电路、扫描门：采用施密特电路、扫描门：采用施密特电路、扫描门：采用施密特电路 E2E1tt0V0 又称为时基闸门，又称为时基闸门，连续扫描时，没有触发连续扫描时，没有触发信号也有门控信号输出；信号也有门控信号输出；触发扫描时只有在触发触发扫描时只有在触发脉冲作用下才应产生触脉冲作用下才应产生触发信号。发信号。输入端由三个方面信号控制：输入端由三个方面信号控制：稳定度稳定度提供直流电位提供直流电位触发电路触发电路触发脉冲触发脉冲释抑电路释抑电路释抑信号释抑信
9、号 2 2、积分器：采用密勒积分器，使荧光屏上水平距离代表时间、积分器：采用密勒积分器，使荧光屏上水平距离代表时间、积分器：采用密勒积分器，使荧光屏上水平距离代表时间、积分器：采用密勒积分器，使荧光屏上水平距离代表时间RAViVoT+EC（1）、）、使荧光屏上水平使荧光屏上水平使荧光屏上水平使荧光屏上水平距离代表时间距离代表时间距离代表时间距离代表时间（2）（3）扫描速度粗调扫描速度粗调改变改变 R 或或 C扫描速度微调扫描速度微调改变改变 E 或改变或改变X放大器的增益放大器的增益扫描速度（扫描速度（t/cm） 3 3、比较和释抑电路、比较和释抑电路、比较和释抑电路、比较和释抑电路作用：作用
10、：通过判断积分器输出电压通过判断积分器输出电压来控制扫描门关闭，同时来控制扫描门关闭，同时使积分器复位。复位过程使积分器复位。复位过程即为回扫过程。即为回扫过程。E0E1E2Vrt12t1t1t2t3t3t4t5 连续扫描时，稳定度连续扫描时，稳定度 旋钮电平旋钮电平E0大于上触大于上触 发电平发电平E1 触发扫描时，触发扫描时，E0 介于介于E1与与 E2之间之间 脉冲到来时触发脉冲到来时触发E1E0E2Vr释抑电路释抑电路充电充电释抑电路释抑电路放电放电释抑电路释抑电路充电充电释抑电路释抑电路放电放电（2）、触发电路）、触发电路作用：产生周期与被测信号有关的触发电路脉冲，加至作用：产生周期
11、与被测信号有关的触发电路脉冲，加至扫描门。扫描门。组成：方式开关、电平旋钮、极性开关、组成：方式开关、电平旋钮、极性开关、S1开关组成。开关组成。+ DCHFAC低抑低抑内内外外+ 电源电源电平电平电平电平方式方式方式方式极性极性极性极性AC“极性”决定上升沿或下降沿触发“电平”决定正半周或负半周触发方式开关决定不同的耦合方式：AC、DC1、正极性，正电平、正极性，正电平触发点触发点2、负极性，正电平、负极性，正电平触发点触发点3、正极性，负电平、正极性，负电平触发点触发点4、负极性，负电平、负极性，负电平触发点触发点2、显示两个任意变量的关系显示两个任意变量的关系李沙育图形李沙育图形，例题例
12、题1 示波功能的扩展示波功能的扩展，例题例题21、多线示波器、多线示波器 发射多个相互独立的电子束，多枪多束或单枪发射多个相互独立的电子束，多枪多束或单枪多束；常用双线示波器。多束；常用双线示波器。缺点：工艺要求较高，价格较贵。缺点：工艺要求较高，价格较贵。2、多踪示波器、多踪示波器 组成与普通示波器类似，增加了一个电子开关，组成与普通示波器类似，增加了一个电子开关，具有多个垂直通道。电子开关的切换或转换方式有具有多个垂直通道。电子开关的切换或转换方式有交替和断续两种，属于时间分割方式。交替和断续两种，属于时间分割方式。三、示波器多波形显示三、示波器多波形显示A门门电子开关电子开关B门门垂直位
13、移垂直位移垂直位移垂直位移A通道输入通道输入B通道输入通道输入至垂直偏转板至垂直偏转板双踪示波器双踪示波器Y通道方框图：通道方框图：“交替”方式“断续”方式3、双双扫扫描描示示波波显显示示前置前置放大放大延迟线延迟线A触发触发A扫描扫描A门门电压电压比较比较B触发触发B扫描扫描电子开关电子开关Y线分离线分离B门门X放大放大Y放大放大Rp功能：在观察一个脉冲功能：在观察一个脉冲序列的同时，可以仔细序列的同时，可以仔细观察其中一个或部分脉观察其中一个或部分脉冲的细节冲的细节有有两个独立的两个独立的触发和扫描电触发和扫描电路，扫速可相路，扫速可相差很多倍差很多倍延迟触延迟触发电平发电平被测信号被测信
14、号 A 触发触发A扫描扫描 B触发触发B扫描扫描A增辉增辉B增辉增辉合成增辉合成增辉双双扫扫描描示示波波器器的的有有关关波波形形四、取样技术在示波测量中的应用四、取样技术在示波测量中的应用取样分为取样分为实时取样实时取样非实时取样非实时取样实时取样：指在信号经历的实际时间内对一个信号实时取样：指在信号经历的实际时间内对一个信号波形进行取样。波形进行取样。缺点：不能解决示波器在观测高频信号时所遇到缺点：不能解决示波器在观测高频信号时所遇到的频带限制的困难。的频带限制的困难。非实时取样：取样点分别取自若干个信号波形的非实时取样：取样点分别取自若干个信号波形的不同位置。不同位置。优点：解决了实时取样
15、的缺点。优点：解决了实时取样的缺点。T t2 t3 t4 t 5 tt1t2t3t4t5t6123456五、波形的存储和记忆五、波形的存储和记忆记忆示波器记忆示波器利用记忆示波管组成的电路，可记忆利用记忆示波管组成的电路，可记忆 一周左右。一周左右。数字存储示波器数字存储示波器六、示波器的使用六、示波器的使用（一）、工作特性和选用一）、工作特性和选用1、工作特性：、工作特性：（1）、偏转灵敏度）、偏转灵敏度:10V-10nV，体现测量强弱信号体现测量强弱信号的能力。的能力。（2）、扫描速度）、扫描速度Ss：10S/cm-1nS/cm（3）、带宽：仪器响应降低）、带宽：仪器响应降低3dB时的上限
16、频率。时的上限频率。信号上升时间信号上升时间/示波器对信号的上升时间示波器对信号的上升时间 测量误差测量误差 1/1 41% 3/1 5.2% 5/1 2% 10/1 0.5% 结论结论:示波器带宽越宽，上升时间越短，测量误差越小。示波器带宽越宽，上升时间越短，测量误差越小。2、示波器的选用、示波器的选用依据：依据：1、根据工作特性、根据工作特性2、性能价格比、性能价格比3、测量的准确度、测量的准确度4、通道数、通道数5、数据处理方式、数据处理方式6、采样速率、采样速率7、评价存档能力、评价存档能力8、易使用、易使用（二）、基本测量技术二）、基本测量技术1、电压测量、电压测量直接法直接法比较法
17、比较法位移法位移法2、时间测量、时间测量直接法直接法时标法时标法位移法位移法 掌握各种方法的掌握各种方法的原理、使用，及其优原理、使用，及其优缺点。缺点。3、相位测量、相位测量线线形形扫扫描描法法李李沙沙育育图图形形法法测测相相位位 返回4、调幅系数测量、调幅系数测量梯形法梯形法Y通道通道X通道通道包络法包络法示波器BA（三）、正确使用三）、正确使用1、探头配套使用、探头配套使用2、注意电压高低、注意电压高低3、注意保护屏幕、注意保护屏幕4、注意通电、注意通电 阶梯波电压发生器 集电极扫描电压YXCEB返回50Hz全波全波整流波形整流波形取样电取样电压压保证阶梯波扫描电压的周期为保证阶梯波扫描
18、电压的周期为集电极扫描电压周期的整数倍集电极扫描电压周期的整数倍晶体三极管输出特性晶体三极管输出特性本章内容及要求本章内容及要求1、掌握示波测试的基本原理及示波器显示稳定波形的基本、掌握示波测试的基本原理及示波器显示稳定波形的基本原理原理触发和扫描；触发和扫描；2、掌握通用示波器的基本组成及其工作特性；、掌握通用示波器的基本组成及其工作特性；3、掌握双扫描系统基本原理及双踪双扫描示波器的显示方、掌握双扫描系统基本原理及双踪双扫描示波器的显示方式；式； 触发分为：触发分为：内内触发触发外外触发触发电源电源极性极性电平电平扫描：扫描：同步问题同步问题框图框图4、了解、了解CRT偏转特性及其电子枪中
19、两个电位关系；偏转特性及其电子枪中两个电位关系；5、了解波形的存储，及取样技术在示波测量中的应用。、了解波形的存储，及取样技术在示波测量中的应用。示波器中增辉和消隐示波器中增辉和消隐在在模拟示波器中，存储和取样技术的实现。模拟示波器中，存储和取样技术的实现。功能：在观察一个脉冲序列的同时，可以仔细功能：在观察一个脉冲序列的同时，可以仔细观察其中一个或部分脉冲的细节观察其中一个或部分脉冲的细节双双扫描示波器：扫描示波器：双踪示波器显示方式：双踪示波器显示方式：交替和断续交替和断续数字示波器的输入电路与模拟示波器的输入电路相似；数字示波器的输入电路与模拟示波器的输入电路相似；数字示波器的时基电路的功能与模拟示波器不同，它是数字示波器的时基电路的功能与模拟示波器不同，它是一个晶体振荡器，测量触发信号和取样时钟之间的时间一个晶体振荡器，测量触发信号和取样时钟之间的时间差，处理器根据此时间茶确定将波形取样放在显示器上差，处理器根据此时间茶确定将波形取样放在显示器上什么位置。什么位置。
