【正文】 圖 不同觸發(fā) “ 極性 ” 和 “ 電平 ” 時(shí)顯示的波形 (a) 正極性 、 正電平 (b) 負(fù)極性 、 正電平 (c) 正極性 、 負(fù)電平 (b) 負(fù)極性 、 負(fù)電平 A A B C D （時(shí)基電路） 作用：產(chǎn)生由觸發(fā)脈沖啟動(dòng) 的掃描鋸齒波信號(hào)。 是示波器 發(fā)展史 上的一個(gè) 重大 進(jìn)步 。它使示波器實(shí)現(xiàn)了既可 連續(xù)掃描，又可觸發(fā)掃描，且 不管哪種掃描都可以與外加信 號(hào)自動(dòng)同步，而不必麻煩地調(diào) 節(jié) Tn=nTs來同步。 掃描門 圖 掃描發(fā)生器環(huán)的組成 模擬閉環(huán)自動(dòng)控制電路 1)掃描門（時(shí)基閘門、可以是任何 雙穩(wěn)態(tài)電路 ） 圖 施密特電路及其滯后特性 uo 回差 ub1 ub1 E0 E0 釋抑電壓 觸發(fā)脈沖 ub1 直流電平 E0 釋抑電壓 2)積分器（鋸齒掃描電壓產(chǎn)生，密勒 (Miller)積分器） Uu0 Uu0 Uui 圖 密勒積分器 tRCEE dtRCu o ? ???? 1RC（ 分檔 ） E（ 微調(diào) ） 改變鋸齒波斜率 ， 即掃描速度 定義 顯示屏上單位長(zhǎng)度所代表的時(shí)間為示波器的掃描速度 Ss(t/cm) 按 5分多檔 ， 例如分21檔： ~1S/cm 3)比較和釋抑電路 圖 比較和釋抑電路示意圖 E 充電 放電 4)觸發(fā)掃描狀態(tài) 欲看 3個(gè)脈沖 ： 5號(hào)脈沖觸發(fā)有效 3號(hào)脈沖無用 4號(hào)脈沖要抑制 注意 ： 三個(gè)時(shí)刻： t tp、 t2 三個(gè)時(shí)間： tb、 th、 tw 要求 ： thtb（ 釋抑放電時(shí)間大于回掃時(shí)間 ） 圖 比較和釋抑電路的工作 tp tw ˊ 圖 在連續(xù)掃描情況下 ， 比較和釋抑電路的工作 t1 t2 t4 t5 t1 ˊ t3 Ch充 Ur 5)連續(xù)掃描狀態(tài) 予臵： E0E1 環(huán)路自激 Ch放電至 E1打開閘門 ， 掃描開始 ，到 Up ， Ch充電 ， 到 E2掃描結(jié)束 ， Ch又放電 。 當(dāng)有信號(hào) （ 2號(hào)觸發(fā)脈沖 ） 則環(huán)路被信號(hào)所同步 。 6)結(jié)論： E0調(diào)節(jié) 觸發(fā)掃描： E1≥ E0E2常態(tài) 連續(xù)掃描： E0E1E2自動(dòng)、高頻 外觸發(fā)掃描： E0≥E 2 掃描環(huán)的巧妙加入，通過調(diào)節(jié) E0（ RW穩(wěn)定度） 可使電路處于： “ 常態(tài) ” 觸發(fā)掃描狀態(tài)； “ 自動(dòng) ” 低頻連續(xù)掃描狀態(tài)； “ 高頻 ” 高頻連續(xù)掃描狀態(tài) 且不管哪種掃描都能自動(dòng)與被測(cè)信號(hào)同步。 說明 ：上面是以最簡(jiǎn)單的電路來講述環(huán)路工作原理的，實(shí)際 電路更完善更先進(jìn)。 （見前 p17框圖） 1)作用：放大掃描鋸齒電壓并對(duì)稱地加至水平偏轉(zhuǎn)板 2)特點(diǎn)：帶寬比 Y通道窄 510倍 3)按鈕：水平（ X）位移 X— Y工作模式 X擴(kuò)展 X放大器增益： 5； 10 示波器的多波形顯示 1)多線顯示 兩個(gè)電子束，兩個(gè) Y通道相互獨(dú)立，可以實(shí)時(shí)看到兩個(gè)瞬變信 號(hào)。這種能產(chǎn)生多個(gè)電子束的示波管工藝要求較高、價(jià)格較貴。 2)多蹤顯示 uA uB 圖 雙蹤示波器 Y通道方框圖 工作方式： A B A+B AB 交替 斷續(xù) 注意 ： 由誰(shuí)觸發(fā) ？ A 、 B各自觸發(fā) ，則不便比較時(shí)間關(guān)系 。 A、 B共一觸發(fā) ，便于比較時(shí)間關(guān)系 。 (a) “ 交替 ”方式 適合觀測(cè) 高 頻信號(hào) 交替描繪 A、 B兩路 非實(shí)時(shí)（隔周）比較 (b) “ 斷續(xù) ”方式 適合觀測(cè) 低 頻信號(hào) 多次取樣，準(zhǔn)實(shí)時(shí) 波形非連續(xù)，可能 uA uA uB uB 漏掉信息 既可看全景，又可看局部（雷達(dá)、特寫鏡頭） 圖 雙掃描示波器的組成 工作方式： A工作模式； B加亮 A； A延遲 B工作 通用示波器的應(yīng)用 1)帶寬 、上升時(shí)間 Y通道的頻帶寬度 (Bw)， Wr Bt?2)掃描速度 掃描速度反映示波器在水平方向展開信號(hào)的能力。掃描速度 是光點(diǎn)的水平移動(dòng)速度，單位是 s/cm，或 s/div。 div(格 )一 般為 1cm。 3)偏轉(zhuǎn)靈敏度 偏轉(zhuǎn)靈敏度 Dy反映示波器觀察微弱信號(hào)的能力。單位為 mV/cm或 V/div。 4)輸入阻抗 示波器輸入阻抗一般可等效為電阻和電容并聯(lián)。 5)掃描方式 示波器掃描方式可分為連續(xù)和觸發(fā)掃描兩種，隨示波器功能的 擴(kuò)展，還出現(xiàn)了多種的雙時(shí)基掃描。主要有延遲掃描、組合掃 描、交替掃描等，但此時(shí)示波器中要有兩套掃描系統(tǒng)。 6)觸發(fā)特性 為了將被測(cè)信號(hào)穩(wěn)定地顯示在屏幕上，掃描電壓必須在一定的 觸發(fā)脈沖作用下產(chǎn)生。 選用示波器的主要依據(jù)是上述各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)，但 最主要的 是帶寬 。 示波器 Y通道 BW=100MHz tr= = tx=0 tx=10nS trx= trx=？ trx=10+ ？ 因兩獨(dú)立變量應(yīng)均方相加 則 22x rx rt t t??但這樣測(cè)讀太麻煩，最好 0rt ?x rxtt?這要滿足什么條件呢？經(jīng)誤差分析， Δtrx/trx% 圖 示波器帶寬對(duì)讀出誤差的影響 %rxrxtt?)(hrxfBWtt可得右圖關(guān)系： tx/tr=1時(shí)，屏幕讀數(shù)相對(duì)誤差 %40/ ?? rxrx tt通常要求選用的示波器上升時(shí)間要 tx/tr=3～ 5 對(duì)于一般連續(xù)信號(hào) BW/fh=3～ 5 這里 fh是被測(cè)信號(hào)中的最高頻率 分量。 利用示波器可以進(jìn)行電壓、頻率、相位差以及其它物理量的測(cè) 量。 在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行 。 提問： 1 觀測(cè)一個(gè) 10MHz正弦波，為使失真小應(yīng)選什么示波器？ 2 測(cè)量電視機(jī)的視頻信號(hào)要選什么示波器？ 3 測(cè)量電視機(jī)的中頻信號(hào)要選什么示波器？ 4 測(cè)量電視機(jī)的高頻信號(hào)要選什么示波器？ 習(xí)題 ： 30MHz 120MHz 20MHz 3000MHz 取樣技術(shù)在示波器中的應(yīng)用 以上介紹的通用示波器是“ 實(shí)時(shí)示波器 ”，測(cè)量時(shí)間 (一個(gè)掃 描正程 )=被測(cè)信號(hào)的實(shí)際持續(xù)時(shí)間， 看到的就是正發(fā)生的 。 但有兩點(diǎn)不足 :1. BW 1500MHz周期重復(fù)信號(hào)難以實(shí)現(xiàn) → 取樣 2. 單次、非周期信號(hào) 難以觀測(cè)（拍照） → 存儲(chǔ) BW再提高受到下列因素的限制： （ 1）受到示波管的上限工作頻率的限制。 （ 2）受 Y通道放大器帶寬的限制； (3) 受時(shí)基電路掃描速度的限制。 取樣示波器的基本原理 取樣的概念 是以少量間斷的樣品表征一個(gè)連續(xù)的完整過程。 例如，電影、數(shù)字音視頻技術(shù)都是建立在取樣技術(shù)的基礎(chǔ)上的。 同理，欲觀察一個(gè)波形，可以把這個(gè)波形在示波器上連續(xù)顯示， 也可以在這個(gè)波形上取很多的取樣點(diǎn)，把連續(xù)波形變換成離散 波形，只要取樣點(diǎn)數(shù)足夠多，滿足取樣定理的要求，顯示這些 離散點(diǎn)也能夠反映原波形的形狀。上述取樣方法叫“ 實(shí)時(shí)取樣 ” 。取樣信號(hào) uo(t)的 頻譜比原信號(hào) ui(t)還要寬。 由此可知，實(shí)時(shí) 取樣并不能解決示波器在觀測(cè)高頻信號(hào)時(shí)所遇到的頻帶限制的 困難。 ui(t) t t t Uo(t) 圖 取樣過程 (a) 輸入信號(hào) (b) 取樣門與取樣脈沖 (c) 取樣信號(hào) Uo(t) ui(t) 非實(shí)時(shí)取樣 不是在一個(gè)信號(hào)波形上完成全部取樣過程，而取 樣點(diǎn)是分別取自若干個(gè)信號(hào)波形的不同位臵，如圖 。 條件： 周期信號(hào) 連綿不斷 取樣點(diǎn)間隔： mt+nΔt 左圖 m=1（ 每個(gè)周期取一點(diǎn) ） 若 m=10,1000… 則波形展得更寬 圖 在屏幕上由取樣點(diǎn)合成信號(hào)波形的過程 t t t ux uy uy ↑ u5 u1 u2 u3 u4 兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上加什么樣的電壓呢 ? 因要經(jīng)過 mt+Δt的停留時(shí)間 ，然后跳至下一點(diǎn) 。 可見 X、 Y偏轉(zhuǎn)板上都應(yīng)該加階梯波 取樣示波器的基本組成 Y通道的作用是在取樣脈沖的作用下，把 高頻信號(hào)變?yōu)榈皖l信 號(hào) 。延長(zhǎng)電路起記憶作用，把每個(gè)取樣信號(hào)幅度記錄下來并 展寬水平系統(tǒng)的主要任務(wù)是產(chǎn)生時(shí)基掃描信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生 Δt 步進(jìn)延遲脈沖送 Y軸系統(tǒng)。 取樣示波器的參數(shù) 取樣示波器除具有通用示波器的性能指標(biāo)外，還具有其本身 的技術(shù)參數(shù)。 取樣示波器的帶寬主要決定于 取樣門（ 技術(shù)關(guān)鍵 ） ，因?yàn)?被測(cè)頻率越高，要求取樣脈沖越窄 。當(dāng)取樣門所用元件工作頻率足夠高時(shí)，取樣門的 最高工作頻率與取樣脈沖底邊寬度 τ成反比 。通常， 樣門最高工作頻率可表示為 ?~?BW （ ） 取樣密度是指屏幕在水平方向上顯示的被測(cè)信號(hào)每格對(duì)應(yīng)的取 樣點(diǎn)數(shù)，常用每厘米的亮點(diǎn)數(shù)表示。若取樣密度太低，顯示波 形會(huì)有閃爍現(xiàn)象。 等效掃速定義為被測(cè)信號(hào)經(jīng)歷時(shí)間與水平方向展寬的距離比。 應(yīng)當(dāng)指出，取樣示波器是荷蘭菲利浦（ Philips）公司最先研 制成功的， 1969年美國(guó) HP公司也研制生產(chǎn)了取樣示波器， 帶寬已達(dá) 18GHz，后來進(jìn)展緩慢，以至停產(chǎn)。其主要原因： 一是 單純的取樣示波器只能觀測(cè)重復(fù)性的周期信號(hào)，應(yīng)用范 圍受限 ； 二是 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，已將 取樣技術(shù)融合到數(shù)字示波器中去了 ， 現(xiàn)代數(shù)字示波器不僅可以觀測(cè)超高頻重復(fù)性的周期信號(hào)，還可 以觀測(cè)瞬態(tài)的單次脈沖，并且還具有存儲(chǔ)功能。 因此，現(xiàn)在市場(chǎng)上已 很少見單純的取樣示波器了 ，但取樣示波 器技術(shù)為現(xiàn)代數(shù)字示波器奠定了良好的基礎(chǔ)。 數(shù)字示波器 數(shù)字示波器通常稱為數(shù)字存儲(chǔ)示波器 (Digital Storage Oscilloscope，縮寫 DSO)。 這類 4441 型示波器，其實(shí)時(shí)帶寬為 20或 40MHz，最大采樣 率為 10MS/s或 25MS/s。 數(shù)字示波器的組成原理 +數(shù)字存儲(chǔ)示波器 輸入 放大器 同步 放大 邏輯控 制電路 Y輸出 放大器 X輸出 放大器 掃描 發(fā)生器 模擬 濾 波 D/A A/D RAM 數(shù)字 數(shù)字 輸入 Y 圖 模擬＋數(shù)字存儲(chǔ)示波器框圖 模擬 顯示器 RAM CPU ROM GPIB I/O I/O I/O D/A D/A A/D X Y 放大 放大 觸發(fā)信號(hào) X通道 Y通道 CRT 取樣門 取樣通道 與保持 Ux Uy 圖 數(shù)字儲(chǔ)示波器框圖 被測(cè)信號(hào) ui 其他 命令 或用軟件完成 t Ui us t U1s t t Ux t 鎖存及 D/A變換 讀出數(shù)字量 A/D變換及存儲(chǔ) 存儲(chǔ)數(shù)字量 圖 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的讀出顯示過程 圖 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的采樣存儲(chǔ)過程 RAM A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 地址 D0 D1 D2 D3 D12 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 數(shù)據(jù) A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 地址 D0 D1 D2 D3 D12 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 數(shù)據(jù) RAM （用 HP54600系列示波器來說明） 通道 通道 衰減器 衰減器 前臵放大 前臵放大 跟蹤保持 跟蹤保持 處理器 后臵放大 后臵放大 波 形 總 線 A/D A/D 采集 觸發(fā)比較器 信號(hào)調(diào)整 觸 發(fā) 選 擇 電源信號(hào) 觸發(fā)電平 外觸發(fā) 按鍵 接口 接口 選擇 模擬 控制 CPU ROM RAM RAM 視頻 光柵掃描 顯示器 前臵放大 波形 翻譯器 存儲(chǔ)器 波形 收發(fā)器 微處理器總線 1 2 圖 HP54600數(shù)字示波器簡(jiǎn)化框圖 圖中包含了 三個(gè)處理器 （主處理器、采集處理器和波形翻譯器） ，現(xiàn)分四部分進(jìn)行介紹。 1)模擬部分 這里的跟蹤保持電路的功能是在獲取采樣時(shí)凍結(jié)此刻的瞬息電 壓，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)