电子测量示波测试和测量技术新学习教案

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1、会计学1电子电子(dinz)测量示波测试和测量技术新测量示波测试和测量技术新第一页，共133页。 示波器的功用、分类、组成(z chn)和波形显示原理 通用(tngyng)示波器的组成原理、特性与应用 取样技术(jsh)在示波器中的应用本章重点：第1页/共133页第二页，共133页。1. 示波器是一种基本(jbn)的、应用最广泛的时域测量仪器。2. 示波器是一种全息仪器。示波器能让人们观察到信号波形的全貌，能测量信号的幅度、频率、周期等基本参量，能测量脉冲信号的脉宽、占空比、上升（下降）时间、上冲、振铃等参数，还能测量两个信号的时间和相位关系(gun x)。这些功能是其它电子仪器难以胜任的。

2、3. 示波器从早期的定性观测，已发展(fzhn)到可以进行精确测量。4. 示波器是其它图式仪器的基础。对扫频仪、频谱仪、逻辑分析仪以及医用B超等各种图示仪器就容易理解了。第2页/共133页第三页，共133页。当前常用的示波器从技术原理(yunl)上可分为： （1）模拟式通用(tngyng)示波器（采用单束示波管实现显示，当前 最通用(tngyng)的示波器）。 （2）数字式数字存储示波器（采用(ciyng)A/D、DSP等技术实现的数字化示波器）。（1）中、低档示波器，带宽在60MHz以下。 （2）高档示波器，带宽在60MHz以上，大多在300MHz以下。 更高档的有1GHz2GHz以上。 从

3、性能上，按示波器的带宽可分为： 第3页/共133页第四页，共133页。FKG1G2A1A2Y偏转板X偏转板辉度聚焦辅助聚焦+E-E荧光屏电子枪偏转系统荧光屏第4页/共133页第五页，共133页。6.2 示波管（CRT） 示波管属于电真空器件(qjin)，又称为阴极射线管（CRT）。KG1G2A1A2Y2X2F6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦UA1辅助聚焦后加速极A315KV电子枪偏转系统荧光屏Y1真空玻璃管Z轴第5页/共133页第六页，共133页。 1 电子枪电子枪的作用是发射电子并形成(xngchng)强度可控制的很细的电子束。它由以下几部分组成： 1.灯丝(dn s)F在交流低压(如

4、6.3V)下使钨丝烧热,用于加热阴极。2.阴极(ynj)K是一个表面涂有氧化钡（其逸出功小，内部自由电子容易逸出）的金属 3.第一栅极G1调节G1的电位可以调节示波器的亮度，即进行“辉度”调节，常置于示波器面板上供使用。 当控制信号加于G1，其亮度可随之改变，则可以传递信息，称为示波器的Z轴电路。4.第二栅极G2隔离开G1和A1，以减小亮度调节与聚焦调节的相互影响。5.第一阳极A1与第二阳极A2构成一个电子透镜，对电子束起聚焦作用。 6.第二阳极A2是个更大的同轴圆筒，其上电压较高，它主要与A1构成电子透镜。调节A2电位的旋钮称为“辅助聚焦”。7.第三阳极A3具有上万伏的高压，用于对电子束加速

5、，故也称后加速阳极。 第6页/共133页第七页，共133页。KG1G2A1A2第7页/共133页第八页，共133页。第8页/共133页第九页，共133页。图6.4 电子束的偏转LSyUyUa屏幕电子束A22yyyaL syUhUb UyyyaVhVbVLsy2第9页/共133页第十页，共133页。yyhD1yyyaVhVbVLsy2aybVLsh2在一定范围内，荧光屏上光点的偏移距离与偏转板上所加电压成正比，这是用示波管观测波形的理论依据。第10页/共133页第十一页，共133页。第11页/共133页第十二页，共133页。 荧光屏在示波管正面内壁涂上一层荧光物质，荧光物质将高速电子(dinz)

6、的轰击动能转变为光能，产生亮点。 余辉时间：当电子束从荧光屏上移去后，光点(un din)仍能在屏上保持一定的时间才消失。从电子束移去到光点(un din)：亮度下降为原始值的10，所延续的时间称为余辉时间 小于10s的为极短余辉(y hu)； 不同荧光材料余辉时间不一样：10s1ms为短余辉（通常是蓝色，便于摄影感光）；1ms0.1s为中余辉（通常为绿色，眼睛不易疲劳）； 0.1s1s为长余辉（通常是黄色）；大于1s为极长余辉（通常是黄色）。第12页/共133页第十三页，共133页。(a) Ux=0、Uy=0(b) Ux=0、Uy=常量 第13页/共133页第十四页，共133页。(c) Ux

7、=常量、Uy=0(d) Ux=常量、Uy=常量第14页/共133页第十五页，共133页。Uy0123401324Uy-Uyt第15页/共133页第十六页，共133页。Ux0123401324Ux-Uxt第16页/共133页第十七页，共133页。Uy0123401324Uy-Uyt0UxtUx-Ux由0、1、2、3、4各点的显示情况可以(ky)理解波形显示过程第17页/共133页第十八页，共133页。描正程”，自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程(guchng)称为“扫描回程”。/xxxSkth t cms第18页/共133页第十九页，共133页。uyTyTxuxtt第19页/共133页第二十

8、页，共133页。t015(6)234789012345678uytuxTy54xyTT101110911yxTT45第20页/共133页第二十一页，共133页。TsT=Tstt(a)被测脉冲(b)连续扫描，且T=Ts不能观测到脉冲细节第21页/共133页第二十二页，共133页。Tstt(a)被测脉冲(c)连续扫描，且T=T=脉冲得到展宽，但波形显示暗，而时基线太亮第22页/共133页第二十三页，共133页。Tstt(a)被测脉冲(d)触发扫描扫描等待能较好地观测脉冲第23页/共133页第二十四页，共133页。t015234678012345678uytuxTyTx=2Ty第24页/共133页第

9、二十五页，共133页。t0123401234uytux01234024第25页/共133页第二十六页，共133页。t0123401234uytux01234第26页/共133页第二十七页，共133页。第27页/共133页第二十八页，共133页。第28页/共133页第二十九页，共133页。图3-13 通用示波器的主要组成框图第29页/共133页第三十页，共133页。vivoR1R2C1C2最佳补偿过补偿欠补偿Z1Z22211CRCR ：1122RCR C1122RCR C 第30页/共133页第三十一页，共133页。第31页/共133页第三十二页，共133页。第32页/共133页第三十三页，共1

10、33页。触 发 点输 入 信 号扫 描 电 压显 示 波 形扫 描起 点tT第33页/共133页第三十四页，共133页。触发点输入信号扫描电压显示波形输入信号延迟后td扫描起点tT第34页/共133页第三十五页，共133页。“10”“1”“”进行定量测量 ）。第35页/共133页第三十六页，共133页。触 发 源选 择触 发 耦 合方 式 选 择放 大 整 形电 路扫 描闸 门扫 描 电 压发 生 器水 平放 大 器比 较 和释 抑 电 路触 发 信 号触 发 电 路扫 描发 生 器 环至 X偏 转 板第36页/共133页第三十七页，共133页。1.触发(chf)电路 作用-为扫描门提供周期与

11、被测信号有关的触发(chf)脉冲 图3-22 触发电路及其在面板上的对应开关第37页/共133页第三十八页，共133页。(1)触发(chf)源选择“内”触发：利用(lyng)从Y通道来的被测信号作触发信号，这是最 常用的情况；“外”触发(chf)：是用外接信号作触发(chf)信号，但触发(chf)信号的周期应 与被测信号有一定的关系，外触发(chf)常用在被测信号不适宜作触 发信号或比较两个信号时间关系的情况。“电源触发”：在观测与电源有关的信号时，可选“电源”触 发，以便于与电源同步。 (2)触发耦合方式 “DC”直接耦合：用于直流或缓慢变化的信号进行触发时； “AC”交流耦合：若用交流信号

12、触发，置AC方式，这时电容 C1（约0.47F）起隔直作用； “低频抑制”：利用C1、C2（约0.01F）串联后的电容，抑 制信号中大约2kHz以下的低频成分，主要目的是滤除信号中 的低频干扰； “HF”高频耦合：利用C1和更小的C3（约1000pF）串联后 只允许通过频率很高的信号。 第38页/共133页第三十九页，共133页。步分离电路实现的，以便对电视信号（如行、场同步信号）进行监测与电视设备维修。第39页/共133页第四十页，共133页。第40页/共133页第四十一页，共133页。(a) 正电平、正极性(b) 正电平、负极性(c) 负 电 平 、 负 极 性(d) 负 电 平 、 正

13、极 性现代示波器中设计(shj)了“自动触发电路”，使触发点能自动地保持在最佳的触发电平的位置。第41页/共133页第四十二页，共133页。第42页/共133页第四十三页，共133页。扫描闸门扫描锯齿波发生器比较和释抑电路+E至X放大器+E“稳定度”调节比较电平触发脉冲输入“增辉”脉冲第43页/共133页第四十四页，共133页。第44页/共133页第四十五页，共133页。第45页/共133页第四十六页，共133页。图3-18 施密特电路及其滞后特性 uo 回差 ub1 ub1 E0 E0 释抑电压触发脉冲 ub1直流电平E0 释抑电压第46页/共133页第四十七页，共133页。Uu0Uu0Uu

14、i图3-17 密勒积分器tRCEEdtRCuo1RC（分档）E（微调）改变锯齿波斜率，即扫描速度定义显示屏上单位长度所代表的时间为示波器的扫描速度Ss(t/cm)按1、2、5分多档，例如分21档：0.2S1S/cm积分器产生的锯齿波电压被送入X放大(fngd)器中放大(fngd)，再加至水平偏转板第47页/共133页第四十八页，共133页。第48页/共133页第四十九页，共133页。图3-19 比较和释抑电路示意图-E充电放电第49页/共133页第五十页，共133页。第50页/共133页第五十一页，共133页。E1E0E2Er来 自 比 较 电 路的 参 考 电 平（ 比 较 电 平 ）扫 描

15、 发 生器 输 出 Vo上 触 发 电 平下 触 发 电 平通 过 “ 稳 定 度” 调 节 的 静 态工 作 电 平 E0触 发 脉 冲12345抑 制 期回 扫 期开 始 下 一次 扫 描跟 随 Vo6释 放闸 门 输 出叠 加 后 的闸 门 输 入Up第51页/共133页第五十二页，共133页。 触发扫描(somio)状态欲看3个脉冲：1、5号脉冲触发有效2、3号脉冲无用4号脉冲要抑制注意(zh y)：三个时刻：t1、tp、t2三个时间：tb、th、tw要求： thtb（释抑放电时间大于回扫时间）图3-20 比较和释抑电路的工作UPuouitptw第52页/共133页第五十三页，共133

16、页。描电压和被测电压的同步。第53页/共133页第五十四页，共133页。图3-21 在连续扫描情况下，比较和释抑电路的工作t1t2t4t5t1t3Ch充Ur连续(linx)扫描状态预置：调 “ 稳 定 度 ” 使 E0E1因此，不论是否有触发脉冲(michng)都可以进行扫描。当有信号（2号触发脉冲(michng)）则环路被信号所同步。第54页/共133页第五十五页，共133页。第55页/共133页第五十六页，共133页。第56页/共133页第五十七页，共133页。第57页/共133页第五十八页，共133页。取样脉冲p(t)输入信号Vi(t)取样信号Vo(t)tt第58页/共133页第五十九页

17、，共133页。tt输入信号取样脉冲取样信号经放大和延长电路后的信号（显示波形）mTt2 t3 t4 tsTmTt 12345第59页/共133页第六十页，共133页。显示较高频率的信号。输入信号输出信号Vi(t)Vo(t)取样脉冲p(t)取样门RCSsTmTt第60页/共133页第六十一页，共133页。12htf 第61页/共133页第六十二页，共133页。输入信号Y放大器输出tmTt2 t 3 t4 tsTmTt12345tX放大器输出（扫描阶梯波电压）第62页/共133页第六十三页，共133页。延迟线取样电路触发电路Y延长门垂直放大器水平放大器步进脉冲发生器Y输入外触发内外扫描信号发生器至

18、X偏转板至Y偏转板第63页/共133页第六十四页，共133页。A反馈电路CsCmui(t)S1取样门取样脉冲延长门脉冲S2延长门+-至Y放大器uo(t)跟随器交流放大器第64页/共133页第六十五页，共133页。1csiuKA u第65页/共133页第六十六页，共133页。21212oiiiiuKAuKA uuKAu第66页/共133页第六十七页，共133页。快斜波发生器水平放大器电压比较器触发脉冲阶梯波发生器取样脉冲发生器泵发生器至取样门至X偏转板第67页/共133页第六十八页，共133页。第68页/共133页第六十九页，共133页。30.44 0.64dBf第69页/共133页第七十页，共

19、133页。闪烁。ssUnU第70页/共133页第七十一页，共133页。FFesesssFFesTVLVStnVtVTVLtnS/1)(等效扫速因此，等效扫速与快斜波上升(shngshng)斜率成反比，可以通过调节快斜波斜率来调整等效扫速。第71页/共133页第七十二页，共133页。应当指出，取样示波器是荷兰菲利浦（Philips）公司最先研制成功的，1969年美国HP公司也研制生产了取样示波器，带宽已达18GHz，后来进展缓慢(hunmn)，以至停产。其主要原因： 一是单纯的取样示波器只能观测(gunc)重复性的周期信号，应用范围受限； 二是数字技术的发展，已将取样技术融合到数字示波器中去了，

20、现代(xindi)数字示波器不仅可以观测超高频重复性的周期信号，还可以观测瞬态的单次脉冲，并且还具有存储功能。 因此，现在市场上已很少见单纯的取样示波器了，但取样示波器技术为现代数字示波器奠定了良好的基础。 第72页/共133页第七十三页，共133页。第73页/共133页第七十四页，共133页。Y1输入电路Y1前置放大器Y1门电路电子开关延迟线Y后置放大器Y2输入电路Y2前置放大器Y2门电路至Y偏转板Y1输入Y2输入控制信号第74页/共133页第七十五页，共133页。uy1uy2ux第75页/共133页第七十六页，共133页。uy1uy2ux第76页/共133页第七十七页，共133页。前置放大

21、延长线Y后置放大A触发A扫描电子开关X放大电压比较B触发选择门Y线光迹分离电路+-B扫描RPY输入A增辉B增辉1234第77页/共133页第七十八页，共133页。第78页/共133页第七十九页，共133页。1234输 入 信 号A 触 发A 扫 描延 迟 触 发 电 平B 触 发B 扫 描A 增 辉B 增 辉合 成 增 辉第79页/共133页第八十页，共133页。KGA1A2G11G12G21G22K1K2收集极存储介质存储栅网荧光屏YX写入电子枪偏转系统读出电子枪记忆与显示记录系统泛射系统第80页/共133页第八十一页，共133页。第81页/共133页第八十二页，共133页。衰减器放大器触发

22、电路A/D转换器延迟线存储器（RAM）D/A转换器地址计数器D/A转换器垂直放大器水平放大器扫描发生器逻辑控制电路（微处理器）输入外触发内外实时存储实时实时存储存储至X偏转板至Y偏转板第82页/共133页第八十三页，共133页。第83页/共133页第八十四页，共133页。CRTX稠密“光点”包络重现信号波形。第84页/共133页第八十五页，共133页。第85页/共133页第八十六页，共133页。第86页/共133页第八十七页，共133页。新波形到来移出，消逝输入波形放大显示波形(a) 卷动显示(b) 放大显示第87页/共133页第八十八页，共133页。第88页/共133页第八十九页，共133页

23、。第89页/共133页第九十页，共133页。第90页/共133页第九十一页，共133页。/divNft第91页/共133页第九十二页，共133页。第92页/共133页第九十三页，共133页。第93页/共133页第九十四页，共133页。+-+-+-编码逻辑电路输出寄存器ViRRR+Vr-Vr采样时钟比较器nn-11nn-11MSBLSB第94页/共133页第九十五页，共133页。S/H4位并行A/D4位并行A/D4位D/A-+减法放大器b7b6b5b4b3b2b1b0(MSB)(LSB)ViV1第95页/共133页第九十六页，共133页。A/D转换器寄存器RAM1RAM2Vi/2fs第96页/共

24、133页第九十七页，共133页。第97页/共133页第九十八页，共133页。第98页/共133页第九十九页，共133页。第99页/共133页第一百页，共133页。信号等。第100页/共133页第一百零一页，共133页。第101页/共133页第一百零二页，共133页。第102页/共133页第一百零三页，共133页。第103页/共133页第一百零四页，共133页。第104页/共133页第一百零五页，共133页。vivoRRiCCiZ1Z2C0输入探头示波器最佳补偿过补偿欠补偿显示波形第105页/共133页第一百零六页，共133页。第106页/共133页第一百零七页，共133页。RthfhhRfft

25、3122.2第107页/共133页第一百零八页，共133页。22 Rrrtttrt51tR22Rrrttt第108页/共133页第一百零九页，共133页。DCyVhDkDCVyD第109页/共133页第一百一十页，共133页。第110页/共133页第一百一十一页，共133页。40.5 1020DCyVhDk(V)0.51251025010050255VmVV/div零电平线显示波形（直流电压）第111页/共133页第一百一十二页，共133页。-PPyyVhDkP PVyDyk第112页/共133页第一百一十三页，共133页。0.51251025010050255VmVV/div零电平线显示波形

26、（交流电压）8 1 18VP PyVhDk 82.322 22 2PP PVVVV第113页/共133页第一百一十四页，共133页。/xxTxDkxDxk第114页/共133页第一百一十五页，共133页。A Af f9 90 0% %1 10 0% %5 50 0% %b bc cT Tt tr rt tf f理理想想脉脉冲冲实实际际脉脉冲冲A Aw we e顶顶底底d d第115页/共133页第一百一十六页，共133页。xD第116页/共133页第一百一十七页，共133页。0.20.5121010010110050Smst/div55nsx7 10/710 xxTxDkms 第117页/共1

27、33页第一百一十八页，共133页。A BA BxTxDA BxxDxA-B第118页/共133页第一百一十九页，共133页。xA-B第119页/共133页第一百二十页，共133页。Txo360Txx第120页/共133页第一百二十一页，共133页。x1x2xT第121页/共133页第一百二十二页，共133页。HNVNyfxfyHxVfNfN第122页/共133页第一百二十三页，共133页。26MHz26HyxVNffN16MHz23HyxVNffNMHz MHz NHNV第123页/共133页第一百二十四页，共133页。00arcsin,arcsinmmyxyx或第124页/共133页第一百二十五页，共133页。2x02xm2y02ymtVvtVvymyxmxsin)sin(第125页/共133页第一百二十六页，共133页。公式推导,22arcsin22arcsin22sin0000mmmmyyxxxxxx第126页/共133页第一百二十七页，共133页。第127页/共133页第一百二十八页，共133页。第128页/共133页第一百二十九页，共133页。第129页/共133页第一百三十页，共133页。第130页/共133页第一百三十一页，共133页。第131页/共133页第一百三十二页，共133页。第132页/共133页第一百三十三页，共133页。