【正文】 電子測(cè)量原理 第 1頁(yè) 第 5章 時(shí)域測(cè)量 概述 CRT顯示原理 通用示波器 取樣示波器 波形存儲(chǔ)及顯示技術(shù) 示波器的基本測(cè)試技術(shù) 電子測(cè)量原理 第 2頁(yè) 概述 示波器的分類(lèi) 根據(jù)示波器對(duì)信號(hào)的處理方式的不同可分為模擬、數(shù)字兩大類(lèi)： ? 1 模擬示波器 —— 采用模擬方式對(duì)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行處理和顯示。 ? 2 數(shù)字示波器 —— 對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理后再顯示。 電子測(cè)量原理 第 3頁(yè) 1 模擬示波器 ? 模擬示波器可分為通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶示波器和專(zhuān)用示波器等。 ? 通用示波器采用單束示波管，又可分為單蹤、雙蹤、多蹤示波器。 ? 多束示波器采用多束示波管，熒光屏上顯示的每個(gè)波形都由單獨(dú)的電子束掃描產(chǎn)生。 ? 取樣示波器可以用較低頻率的示波器測(cè)量高頻信號(hào)。 ? 記憶示波器采用有記憶功能的示波管，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的存儲(chǔ)、記憶和反復(fù)顯示。 ? 專(zhuān)用示波器是能夠滿(mǎn)足特殊用途的示波器，又稱(chēng)特種示波器。 電子測(cè)量原理 第 4頁(yè) 2 數(shù)字示波器 ? 數(shù)字示波器將輸入信號(hào)數(shù)字化（時(shí)域取樣和幅度量化）后，經(jīng)由 D/A轉(zhuǎn)換器再重建波形。 ? 數(shù)字示波器具有記憶、存貯被觀察信號(hào)功能，又稱(chēng)為數(shù)字存貯示波器。 ? 根據(jù)取樣方式不同，數(shù)字示波器又可分為實(shí)時(shí)取樣、隨機(jī)取樣和順序取樣三大類(lèi)。 電子測(cè)量原理 第 5頁(yè) 主要技術(shù)指標(biāo) 1．頻帶寬度 BW和上升時(shí)間 tr 示波器的頻帶寬度 BW一般指 Y通道的頻帶寬度。 上升時(shí)間 tr是一個(gè)與頻帶寬度 BW相關(guān)的參數(shù)，表示由于示波器 Y通道的頻帶寬度的限制，反映了示波器 Y通道跟隨輸入信號(hào)快速變化的能力。 頻帶寬度 BW與上升時(shí)間 tr的關(guān)系可近似表示為 [ ] , [ ] 10[ ] [ ]rrt s t nsBW M Hz BW M Hz? ? ? ?或電子測(cè)量原理 第 6頁(yè) 主要技術(shù)指標(biāo) ?2．掃描速度 掃描速度是指熒光屏上單位時(shí)間內(nèi)光點(diǎn)水平移動(dòng)的距離，單位為 “ cm/s”。 熒光屏上通常用間隔 1cm的坐標(biāo)線作為刻度線，因此掃描速度的單位也可表示為 “ cm/div”。 掃描速度的倒數(shù)稱(chēng)為 “ 時(shí)基因素 ” ，它表示單位距離代表的時(shí)間，單位為 “ t/cm”或 “ t/div”，時(shí)間 t可為 μ s、 ms或 s，在示波器的面板上，通常按“ 5”的順序分成很多檔。 電子測(cè)量原理 第 7頁(yè) 主要技術(shù)指標(biāo) ?3．偏轉(zhuǎn)因素 偏轉(zhuǎn)因素指在輸入信號(hào)作用下，光點(diǎn)在熒光屏上的垂直（ Y）方向移動(dòng) 1cm（即 1格）所需的電壓值，單位為 “ V/cm”、 “ mV/cm”（或 “ V/div”、“ mV/div”）。 偏轉(zhuǎn)因素表示了示波器 Y通道的放大 /衰減能力。 偏轉(zhuǎn)因素的倒數(shù)稱(chēng)為 “ （偏轉(zhuǎn)）靈敏度 ” 。 電子測(cè)量原理 第 8頁(yè) 主要技術(shù)指標(biāo) ?4．輸入阻抗 當(dāng)被測(cè)信號(hào)接入示波器時(shí)，輸入阻抗 Zi形成被測(cè)信號(hào)的等效負(fù)載。 ?5．輸入方式 即輸入耦合方式，一般有直流（ DC）、交流（ AC）和接地（ GND）三種，可通過(guò)示波器面板選擇。 ?6．觸發(fā)源選擇方式 觸發(fā)源是指用于提供產(chǎn)生掃描電壓的同步信號(hào)來(lái)源，一般有內(nèi)觸發(fā)（ INT）、外觸發(fā)（ EXT）、電源觸發(fā)（ LINE）三種。 電子測(cè)量原理 第 9頁(yè) CRT顯示原理 CRT CRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。 FKG1G2 A1 A2Y 偏轉(zhuǎn)板X(qián) 偏轉(zhuǎn)板輝度聚焦輔助聚焦+EE熒光屏電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏電子測(cè)量原理 第 10頁(yè) 1 電子槍 ? 電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束，它由燈絲 F、陰極 K、柵極 G1和 G2和陽(yáng)極 A A2組成。 ? 通過(guò)調(diào)節(jié) G1對(duì) K的負(fù)電位可控制電子束的強(qiáng)弱，從而調(diào)節(jié)光點(diǎn)的亮度，即進(jìn)行 “ 輝度 ” 控制。 ? 調(diào)節(jié) A1的電位器稱(chēng)為 “ 聚焦 ” 旋鈕，通過(guò)對(duì)它進(jìn)行調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié) G2與 A1和 A1與 A2之間的電位；調(diào)節(jié) A2電位的旋鈕稱(chēng)為 “ 輔助聚焦 ” 。 電子測(cè)量原理 第 11頁(yè) 1 電子槍 ? 電子束聚焦的原理是，電子從陰極 K發(fā)射，經(jīng) GG A A2聚焦和加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。 ? 電子在電子槍中的運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖所示。 KG1G2A1A2電子測(cè)量原理 第 12頁(yè) 2 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) ? 示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對(duì)相互垂直的平行金屬板組成，分別稱(chēng)為垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板 。 ? 當(dāng)有外加電壓作用時(shí)，偏轉(zhuǎn)板之間形成電場(chǎng)；在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下，電子束打向由 X、 Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的某個(gè)坐標(biāo)位置。 ? 為了示波器有較高的測(cè)量靈敏度， Y偏轉(zhuǎn)板置于靠近電子槍的部位，而 X偏轉(zhuǎn)板在 Y的右邊。 電子測(cè)量原理 第 13頁(yè) 2 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) ?電子束在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn)距離與外加偏轉(zhuǎn)電壓成正比： ?示波管的 Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度（單位為 cm/V）： 其倒數(shù)為示波管的 Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)。偏轉(zhuǎn)靈敏度越大，示波管越靈敏。 ?為提高 Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度，可在偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個(gè)后加速陽(yáng)極 A3。 2 yalSyVbV?l為偏轉(zhuǎn)板的長(zhǎng)度； S為偏轉(zhuǎn)板中心到屏幕中心的距離； b為偏轉(zhuǎn)板間距； Va為陽(yáng)極 A2上的電壓。 2y alSSbV?電子測(cè)量原理 第 14頁(yè) 3 熒光屏 ? 熒光屏將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，是示波管的波形顯示部分 。 ? 在使用示波器時(shí)，應(yīng)避免電子束長(zhǎng)時(shí)間的停留在熒光屏的一個(gè)位置，否則將使熒光屏受損。因此在示波器開(kāi)啟后不使用的時(shí)間內(nèi)，可將 “ 輝度 ”調(diào)暗。 ? 當(dāng)電子束停止轟擊熒光屏?xí)r，光點(diǎn)仍能保持一定的時(shí)間，這種現(xiàn)象稱(chēng)為 “ 余輝效應(yīng) ” 。 電子測(cè)量原理 第 15頁(yè) 波形顯示的基本原理 1．顯示隨時(shí)間變化的圖形 （ 1） Ux、 Uy為固定電壓時(shí)，有下面四種情況： (a) Ux= 0 、Uy=0光點(diǎn)出現(xiàn)在熒光屏的中心位置。 (b) Ux= 0 、Uy= 常量光點(diǎn)僅在垂直方向偏移 ： Uy為正電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向上移； Uy為負(fù)電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向下移。 電子測(cè)量原理 第 16頁(yè) 波形顯示的基本原理 1．顯示隨時(shí)間變化的圖形（續(xù)） (c) Ux= 常量、Uy=0光點(diǎn)僅在水平方向偏移 ： Ux為正電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向右移； Ux為負(fù)電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向左移。 (d) Ux= 常量、Uy= 常量當(dāng)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上同時(shí)加固定的正電壓時(shí)，光點(diǎn)位置應(yīng)為兩電壓的矢量合成。 電子測(cè)量原理 第 17頁(yè) 波形顯示的基本原理 1．顯示隨時(shí)間變化的圖形（續(xù)） （ 2） X、 Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓，有下面兩種情況： Uy012340132 4UyUyt僅在垂直偏轉(zhuǎn)板的兩板間加正弦變化的電壓，則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來(lái)回移動(dòng)，出現(xiàn)一條垂直線段。 電子測(cè)量原理 第 18頁(yè) 波形顯示的基本原理 1．顯示隨時(shí)間變化的圖形（續(xù)） Ux012340 1324UxUxt僅在水平偏轉(zhuǎn)板的兩板間加鋸齒電壓，則光點(diǎn)只在熒光屏的水平方向來(lái)回移動(dòng)，出現(xiàn)一條水平線段。 電子測(cè)量原理 第 19頁(yè) 波形顯示的基本原理 1．顯示隨時(shí)間變化的圖形（續(xù)） （ 3） Y偏轉(zhuǎn)板加 正弦波信號(hào)電壓， X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波 電壓，熒光屏上 將顯示出被測(cè)信 號(hào)隨時(shí)間變化的 一個(gè)周期的波 形曲線。 Uy01234 01324UyUyt0UxtUxUx電子測(cè)量原理 第 20頁(yè) 波形顯示的基本原理 2．顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系 示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形稱(chēng)為李沙育（ Lissajous）圖形，這種圖形在相位和頻率測(cè)量中常會(huì)用到。 t01234 01234uytux01234若兩信號(hào)的初相相同，且在X、 Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫(huà)出一條與水平軸呈 45度角的直線 。 電子測(cè)量原理 第 21頁(yè) 波形顯示的基本原理 2．顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系（續(xù)） t012340 1234uytux01234024若兩信號(hào)的初相相差 90度，且在 X、 Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫(huà)出的圖形為圓 。 電子測(cè)量原理 第 22頁(yè) 波形顯示的基本原理 3．掃描的概念 ? 如果在 X偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)隨時(shí)間線形變化的電壓，垂直偏轉(zhuǎn)板不加電壓，那么光點(diǎn)在水平方向的偏移距離為 ，比例系數(shù) Sx稱(chēng)為示波管的 X軸偏轉(zhuǎn)靈敏度。 ? 光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動(dòng)的過(guò)程稱(chēng)為 “ 掃描 ” ，能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱(chēng)為掃描電壓，光點(diǎn)自左向右的連續(xù)掃動(dòng)稱(chēng)為 “ 掃描正程 ” ，自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點(diǎn)的過(guò)程稱(chēng)為 “ 掃描逆程 ” 。 [ / ]xxx S k t h t c m s? ? ?電子測(cè)量原理 第 23頁(yè) 波形顯示的基本原理 4．同步的概念 （ 1） Tx=nTy(n為正整數(shù) )：熒光屏上將穩(wěn)定顯示 n個(gè)周期的被測(cè)信號(hào)波形。 uyTyTxuxttn=2 如果掃描電壓周期 Tx與被測(cè)電壓周期 Ty保持 Tx=nTy的關(guān)系，則稱(chēng)掃描電壓與被測(cè)電壓 “ 同步 ” 。 電子測(cè)量原理 第 24頁(yè) 波形顯示的基本原理 4．同步的概念（續(xù)） （ 2） Tx≠nT y(n為正 整數(shù) )，即不滿(mǎn)足同 步關(guān)系時(shí)，顯示的 波形不穩(wěn)定。 t01 5(6)234 789 012345678uytuxTy54xyTT ?1011109 11電子測(cè)量原理 第 25頁(yè) 波形顯示的基本原理 5．連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描 ? 掃描電壓是連續(xù)的方式稱(chēng)為連續(xù)掃描。 ? 當(dāng)欲觀測(cè)脈沖信號(hào)，尤其是占空比很小的脈沖時(shí)，采用連續(xù)掃描存在一些問(wèn)題：選擇掃描周期等于脈沖重復(fù)周期時(shí)，難以看清脈沖波形的細(xì)節(jié)。 TsT=Tstt(a) 被測(cè)脈沖(b) 連續(xù)掃描，且T=T s?不能觀測(cè)到脈沖細(xì)節(jié)電子測(cè)量原理 第 26頁(yè) 波形顯示的基本原理 5．連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描（續(xù)） ? 選擇掃描周期等于脈沖底寬 時(shí)， 觀測(cè)者不易觀察波形，而且掃描的同步很難實(shí)現(xiàn)。 Tstt(a)被測(cè)脈沖(c)連續(xù)掃描，且T=??T= ?脈沖得到展寬，但波形顯示暗，而時(shí)基線太亮電子測(cè)量原理 第 27頁(yè) 波形顯示的基本原理 5．連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描（續(xù)） ? 觸發(fā)掃描時(shí)，使掃描脈沖只在被測(cè)脈沖到來(lái)時(shí)才掃描一次；沒(méi)有被測(cè)脈沖時(shí)，掃描發(fā)生器處于等待工作狀態(tài)。 Tstt(a) 被測(cè)脈沖?(d) 觸發(fā)掃描掃描 等待能較好地觀測(cè)脈沖電子測(cè)量原理 第 28頁(yè) 波形顯示的基本原理 6．掃描過(guò)程的增輝 為了使回掃產(chǎn)生的 波形不在熒光屏上顯示， 可以設(shè)法在掃描正程 期間，給示波器增輝。 若不增輝將產(chǎn)生如圖的回掃線 t01 5234 678012345678uytuxTyTx=2Ty電子測(cè)量原理 第 29頁(yè) 通用示波器 通用示波器的組成 Y 輸入電路Y 前置放大器觸發(fā)電路延遲線Y 后置放大器水平放大器掃描發(fā)生器Y 輸入外觸發(fā)內(nèi)外至X偏轉(zhuǎn)板至