【正文】 點(diǎn)開(kāi)始觀測(cè)。 示波器的 X(水平 )通道 示波器的 X通道主要由掃描發(fā)生器環(huán)、觸發(fā)電路和 X放大器 組成． （見(jiàn)前第 17張 幻燈稿：示波器組成框圖 ） 作用 為掃描門(mén)提供觸發(fā)脈沖 圖 觸發(fā)電路及其在面板上的對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān) 1)觸發(fā)源選擇 “ 內(nèi)”觸發(fā) ：利用從 Y通道來(lái)的被測(cè)信號(hào)作觸發(fā)信號(hào)，這是最 常用的情況； “ 外”觸發(fā) ：是用外接信號(hào)作觸發(fā)信號(hào)，但觸發(fā)信號(hào)的周期應(yīng) 與被測(cè)信號(hào)有一定的關(guān)系，外觸發(fā)常用在被測(cè)信號(hào)不適宜作觸 發(fā)信號(hào)或比較兩個(gè)信號(hào)時(shí)間關(guān)系的情況。 f U 寬頻帶 、 高增益差分放大 示波器售價(jià)主要決定帶寬 主要按鈕： 垂直（ Y）位移 調(diào) Y放大器直流電位，使水平基 線上下移動(dòng)。 Y放大器應(yīng)該有 穩(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、足夠?qū)挼念l帶和對(duì)稱(chēng)輸出的 輸出級(jí)。 通常示波器的靈敏度都是按 5步進(jìn) ，例如， 10mV/cm ~20V/cm分 11檔。 R1C1=R2C2 R1C1R2C2 R1C1R2C2 示波器的衰減器實(shí)際上 由一系列 RC分壓器組成 ，改變分壓比 即可改變示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度。 1)無(wú)源電壓探頭 20pF 示波器 180pF 探頭 圖 通用示波器探極原理圖 輸入電阻： 1MΩ→ 10MΩ 輸入電容： 180pF→ 18pF 展寬了頻帶 分壓比： 10︰ 1 擴(kuò)展示波器的量程上限 附加一個(gè) RLC阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，把工作頻率上限提高到了 300 MHz以上。 （探極）與耦合 作用 提高輸入阻抗作用 減小外界干擾 提高可測(cè)測(cè)電壓幅度 分類(lèi) 無(wú)源電壓探頭 有源電壓探頭 有源電流探頭 注意： 探頭不能張冠李戴，必須配對(duì)使用 。 顯示器總匯與發(fā)展歷程簡(jiǎn)介： 被動(dòng)發(fā)光 平板顯示器 （ FPD） 等離子 PDP（ 紫外線 +熒光粉 ） 背光源 +液晶板 陰極射線管 （ CRT） 主動(dòng)發(fā)光 電致發(fā)光 EL板 熒光 VFD顯示屏 發(fā)光二極管 LED顯示屏 場(chǎng)致發(fā)射 FED表面?zhèn)鲗?dǎo)電子 （ 像素點(diǎn)電子源 +熒光粉 ） 顯 示 器 作業(yè)： 通用示波器 通用示波器的組成 通用示波器是指示波器中應(yīng)用最廣泛的一種，它通常泛指采用 單束示波管、除取樣示波器及專(zhuān)用或特殊示波器以外的各種示 波器。 X、 Y偏轉(zhuǎn)只用于決 定光點(diǎn)在屏幕上的位臵，而 Z軸電路（見(jiàn)示波管第一柵極）則 用于控制光點(diǎn)顯示的強(qiáng)弱亮暗，這是由被測(cè)信號(hào)控制的。 電子束先要在行、場(chǎng)（即 X、 Y）掃描的配合下，從左到右、 從上到下掃出略有傾斜的水平亮線，這些亮線合成為光柵， 如圖 （示意圖）。利用這種特點(diǎn)就可以把示波器變?yōu)橐粋€(gè) X— Y圖示儀 。 Ts t t t t uy ux ux ux Tn Tn 圖 連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的比較 1mS 1181。 波形顯示原理 顯示隨時(shí)間變化的圖形 光點(diǎn)位臵控制： uy Y1 Y2 1 2 3 4 0 t 1 3 0 2 4 (a) (b) t X2 X1 0 0 ux Ts Tn + + + + + + + + 光點(diǎn)在合力作用下移動(dòng) . uy 1 2 3 4 0 t Ts ux uy ux X1 X2 Y1 Y2 1 2 3 4 0 t 0 Tn 1 2 3 4 0 圖 掃描過(guò)程 uy Ts Tn t 0 1 3 5 7 9 10 8 6 4 2 0,8 1,9 5 3 7 210 412 6 8 1 t ux 2 5 7 9 1 2 3 3 4 4 5 6 6 7 10 8 圖 掃描電壓與被測(cè)信號(hào)同步 同步 ： Tn/TS=n N=1， 2， … 波形穩(wěn)定 若顯示兩個(gè)正弦波怎么辦？ 連續(xù)掃描 ： 一開(kāi)機(jī)就有掃描線 ，來(lái)信號(hào)同步后波形才穩(wěn)定 。 余輝時(shí)間 ：當(dāng)電子束從熒光屏上移去后，光點(diǎn)仍能在屏上保持 一定的時(shí)間才消失。 偏轉(zhuǎn)靈敏度是示波管的重要參數(shù) 。 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 1．靜電偏轉(zhuǎn) 光點(diǎn)法 用干示波器 2..磁偏轉(zhuǎn) 光柵法 用于電視機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器及示波器。 A2—— 是個(gè)更大的同軸圓筒，其上電壓較高，它主要與 A1構(gòu)成 電子透鏡。 G2—— 隔離開(kāi) G1和 A1，以減小亮度調(diào)節(jié)與聚焦調(diào)節(jié)的相互影響。 K—— 是一個(gè)表面涂有氧化鋇（其逸出功小，內(nèi)部自由電子容易逸出） 的金屬 G1—— 調(diào)節(jié) G1的電位可以調(diào)節(jié)示波器的亮度，常臵于示波器 面板上供使用。 K G1 G2 A1 A2 Y2 X2 F ~ 0V X1 亮度 Ug1 輔助聚焦 后加速極 A3 ＋ 15KV 電子槍 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 熒光屏 Y1 真空玻璃管 圖 陰極射線示波管 Z軸 電子槍 電子槍的作用是 發(fā)射電子并形成強(qiáng)度可控制的很細(xì)的電子束 。另外，平板顯示屏 是后起之秀，發(fā)展很快，尤其是 液晶顯示屏（ LCD）已經(jīng)應(yīng)用于 示波器了。 顯示屏 ：主要由陰極射線管組成， 常以 CRT (Cathode Ray Tube) 表示，通常稱(chēng)為示波管。 從性能上，按示波器的帶寬可分為： 示波器的組成 Y（垂直）通道 ：由探頭、衰減器、前臵放大器、延遲線和 輸出放大器組成，實(shí)質(zhì)上是個(gè)多級(jí)寬頻帶、高增益放大器， 主要對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行不失真的線性放大，以保證示波器的測(cè) 量靈敏度。 （ 2） 高檔示波器，帶寬在 60MHz以上，大多在 300MHz以下。 （ 2） 數(shù)字式 —— 數(shù)字存儲(chǔ)示波器 （采用 A/D、 DSP等技術(shù)實(shí)現(xiàn) 的數(shù)字化示波器）。對(duì)掃頻儀、頻譜儀、邏輯 分析儀以及醫(yī)用 B超等各種圖示儀器就容易理解了。 3. 示波器從早期的 定性觀測(cè) ，已發(fā)展到可以進(jìn)行 精確測(cè)量 。示波器能讓人們觀察到信號(hào)波形的全貌， 能測(cè)量信號(hào)的幅度、頻率、周期等基本參量，能測(cè)量脈沖信 號(hào)的脈寬、占空比、上升（下降）時(shí)間、上沖、振鈴等參數(shù)， 還能測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)的時(shí)間和相位關(guān)系。 T 圖 調(diào)頻波頻譜圖 F U 調(diào)制域 頻域 時(shí)域 示波器的功用 1. 示波器是一種基本的、 應(yīng)用最廣泛 的時(shí)域測(cè)量?jī)x器。第六章 時(shí)域測(cè)量 本章要點(diǎn)： 〃 示波器的功用、分類(lèi)、組成和波形顯示原理 〃 通用示波器的組成原理、特性與應(yīng)用 〃 取樣技術(shù)在示波器中的應(yīng)用 〃 數(shù)字示波器的組成原理 、信號(hào)采集處理技術(shù)、 特性與功能 本章開(kāi)始將介紹幾種 圖示式儀器 ，從三個(gè)方面去進(jìn)行研究，即 時(shí)域 (Time Domain)反映的幅度 U與時(shí)間 T的關(guān)系 (如 示波器 )、 頻域 (Frequency Domain)反映的幅度 U與頻率 F的關(guān)系 (如頻 譜儀 )及調(diào)制域 (Modulation Domain)。下面將分三章介紹 三 種圖示式儀器 ： 時(shí)域 —— 示波器 、 頻域 —— 頻譜儀和數(shù)據(jù)域 —— 邏輯分析儀 。 2. 是一種 全息儀器 。這些功能是其它電子 儀器難以勝任的。 4. 示波器是其它 圖式儀器的基礎(chǔ) 。 示波器的分類(lèi) 當(dāng)前常用的示波器從技術(shù)原理上可分為： （ 1） 模擬式 —— 通用示波器 （采用單束示波管實(shí)現(xiàn)顯示，當(dāng)前 最通用的示波器）。 （ 1） 中、低檔示波器，帶寬在 60MHz以下 。 更高檔的有 1GHz～ 2GHz以上。 X（水平）通道 ：由觸發(fā)電路、時(shí)基發(fā)生器和水平輸出放大器 組成，主要產(chǎn)生與被測(cè)信號(hào)相適應(yīng)的掃描鋸齒波。當(dāng)前以 光點(diǎn)和光柵方式作顯示屏的主要 采用示波管。 Y (垂直 ) 通 道 X (水平 ) 通 道 電源 圖 示波器的基本組成 顯示屏 示波管（ CRT） 示波管屬于電真空器件，又稱(chēng)為 陰極射線管（ CRT） 。 它由以下幾部分組成： F—— 在交流低壓 (如 )下使鎢絲燒熱 ,用于加熱陰極。 當(dāng)控制信號(hào)加于 G1，其 亮度 可隨之改變，則可以傳遞信息，稱(chēng)為示波器的 Z軸 電路。 A1—— 與第二陽(yáng)極 A2構(gòu)成一個(gè)電子透鏡，對(duì)電子束起 聚焦 作用。 A3—— 具有上萬(wàn)伏的高壓，用于對(duì)電子束加速，故也稱(chēng) 后加速 陽(yáng)極 。 2 y y yaLsy U h UbU??圖 電子束的偏轉(zhuǎn) L S Y Uy Ua 屏幕 電子束 A2 2 y y yaLsy U h UbU??比例系數(shù)稱(chēng)為示波管的偏轉(zhuǎn)因數(shù) ， 單位為 cm/V， 它的倒數(shù) Dy＝ 1／ hy稱(chēng)為示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度 ， 單位為 V/cm。 熒光屏 在示波管正面內(nèi)壁涂上一層熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)將高速電子的 轟擊動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽a(chǎn)生亮點(diǎn)。從電子束移去到光點(diǎn)：亮度下降為原始值 的 10％，所延續(xù)的時(shí)間稱(chēng)為余輝時(shí)間． 小于 10μs的為極短余輝； 不同熒光材料余輝時(shí)間不一樣： 10μs～ 1ms為短余輝（通常是 藍(lán)色 ，便于攝影感光）； 1ms～ （通常為 綠色 ，眼睛不易疲勞）； ～ 1s為長(zhǎng)余輝（通常是 黃色 ）； 大于 1s為極長(zhǎng)余輝（通常是 黃色 ）。 觸發(fā)掃描 ： 一開(kāi)機(jī)沒(méi)有掃描線 ，來(lái)信號(hào)觸發(fā)后波形才穩(wěn)定 。S 999 顯示兩個(gè)變量之間的關(guān)系 EU EV 長(zhǎng)度：飽和度 角度：色調(diào) Ux和 Uy配合起來(lái) ， 即能夠畫(huà)出任意的波形 。 ：校準(zhǔn)頻率指示 ： 0、 1顯示 ：色坐標(biāo) ※ 光柵顯示原理 光柵顯示主要用于 電視機(jī) 和計(jì)算機(jī)的 顯示器 ，通常都是采用 磁偏轉(zhuǎn)方式的顯像管 。 圖 光柵顯示的掃描過(guò)程 光柵顯示是三維（ X、 Y、 Z）坐標(biāo)顯示。 平板顯示原理 上述顯示是基于電真空器件 CRT內(nèi)進(jìn)行的，這種方式優(yōu)點(diǎn)多多 缺點(diǎn)不少，引發(fā)世人發(fā)明多種方案欲取而代入。 圖 通用示波器的主要組成框圖 示波器的 Y(垂直 )通道 示波器的 Y通道的任務(wù)是將被觀測(cè)的信號(hào)盡量不失真地加到示 波管 Y偏轉(zhuǎn)板上。否則 300MHz帶 寬的示波器可能不到 50MHz的效果。 圖 帶有阻抗匹配時(shí)的無(wú)源探頭 圖 源極跟隨器式探頭的基本電路 2)耦合 c AC DC 50 Ω 1MΩ 1MΩ 地 20p 7~30pf . 100Ω 1k 10k 100k 1M f 1KHz 10K 100K 1M 10M 100M 50 Ω 圖 輸入衰減器原理示意圖 ui uo C1 C2 R1 R2 對(duì)于直流或低頻情況： 212oiu Ru R R? ?對(duì)于高頻情況 212oiu Zu Z Z??當(dāng)滿(mǎn)足 R1C1=R2C2 能在很寬頻率范圍得到最佳補(bǔ)償，使信號(hào)不失真。這個(gè)改變分壓比的開(kāi)關(guān)即為 示波器靈敏度粗調(diào)開(kāi)關(guān)，在面板上常用 V/cm加標(biāo)記。 td=100ns~200ns 延遲電纜或 LC延遲網(wǎng)絡(luò) 圖 延時(shí)線的作用 tT td Y放大器使示波器具有觀測(cè)微弱信號(hào)的能力。 通常把 Y放大器分成前臵放大器和輸出放大器兩部分。 尋跡 有時(shí) Y增益過(guò)大 ,基線跑出屏幕 ,按“尋跡” 倍率 若把“倍率”臵于“ 5”, 則負(fù)反饋減小， 使增益大大降低拉回基線 增益增加 5倍，這便于觀測(cè)微弱信號(hào)。 “ 電源觸發(fā) ”：在觀測(cè)與電源有關(guān)的信號(hào)時(shí)，可選“電源”觸 發(fā)，以便于與電源同步。 示波器窗口 現(xiàn)代示波器中設(shè)計(jì)了“ 自動(dòng)觸發(fā)電路 ” ，使觸發(fā)點(diǎn)能自動(dòng)地保持在最佳的觸發(fā)電平的位臵 。 是示波器 發(fā)展史 上的一個(gè) 重大 進(jìn)步 。 掃描門(mén) 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(mén)（時(shí)基閘門(mén)、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) ）