电子测量仪器教案第4章.pdf

课题第四章电子示波器4.14.1概述4.24.2示波器测试的基本原理（一）教学目标知识与能力：1.掌握电子示波器的定义、分类等。2.理解阴极射线示波管和波形显示的原理。过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点阴极射线示波管和波形显示的原理。教学难点阴极射线示波管和波形显示的原理。新授课4.14.1 概述显示器：阴极射线示波管。实质：电过程 T 图像（通过阴极射线示波器来实现）。用途：测量信号的波形；测量信号的电压、频率、周期、相位差等。利用传感器，还可 测量各种非电量。示波器工作方式：X-Y,反映两个信号之间的函数关系。分类：通用示波器（包括简易示波器、慢扫描示波器、多线示波器和多踪示波器等）；取样示波器；存储示波器；特种示波器等。4.24.2 示波测试的基本原理4.2.14.2.1 阴极射线示波管示波器管：静电偏转的阴极射线示波管。电气结构：电子枪、偏转系统和荧光屏。整个密封在玻璃壳内，成为大型的电真空器件。实质：电信号 T 光信号。普通示波器的结构示意图及供电电路如图所示。荧光屏1.电子枪组成：灯丝（F）、阴极（K）、控制栅极（G）、第一阳极（A1）、第二阳极（A2）和后 加速极（A3）。作用：发射电子并形成很细的高速电子朿，撞击荧光屏而发光。灯丝：加热阴极。阴极：发射电子，控制射向荧光屏的电子流密度，改变荧光屏亮点的辉度。控制栅极：控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变荧光屏亮点的辉度。（实现：调节电位器為，改变栅、阴极之间的电位差）。第一阳极和第二阳极：加速电子束，聚焦作用。/?P2“聚焦”电位器：改变第一阳极的电位。RP3“辅助聚焦”电位器：改变第二阳极的电位。调节尺门和/?P3：使电子束在荧光屏上会聚成点，保证清晰度。注意：示波管的“辉度”与“聚焦”相互关连的。在使用示波器时，这二者经常要配合 调节。后加速极A3（位于荧光屏与偏转板之间）：加速电子朿，增加光迹辉度。练习习题小结1.电子示波器（简称示波器）：利用印记涉嫌示波管作为显示器的一种电子测量仪器。它可以把人眼看不见的电过程转换成具体的可见图像，主要用于被测信号的波形，并可以通 过显示的波形测量被测信号的电压、频率、周期、相位差等。利用传感器，示波器还可测量 各种非电量。2.示波器分类：通用示波器（包括简易示波器、慢扫描示波器、多线示波器和多踪示波器等）；取样示波器；存储示波器；特种示波器等。3.示波器电器结构包括：电子枪、偏转系统和荧光屏。布置作业习题课题教学目标4.2示波器测试的基本原理（二）知识与能力：阴极射线示波管和波形显示的原理。过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点阴极射线示波管和波形显示的原理。教学难点阴极射线示波管和波形显示的原理。新授课2.偏转系统垂直偏转在前（靠近笫二阳极），水平偏转板在后。两对偏转板各自形成静电场，分别 控制电子束在垂直和水平方向的偏转。电子束在偏转电场作用下的运动规律（以垂直偏转板为例），其偏转距离y可用下式来 表示。y=Sy Uy式屮Sy一垂直偏转灵敏度，单位：每伏厘米，符号：cm/V；uy一一加于垂直两偏转板上的电压，单位：伏，符号：V。Sy表示：加在垂直偏转板上的每伏电压所能引起的偏转距离（示波测量方法的理论基 础）。注意：此结论也适于交流电压。示波器垂直偏转因数单位：V/cm。表示：光点在Y方向偏转lcm所需加在Y轴偏转板上的电压值（峰-峰值）。3.荧光屏原理：荧光膜（髙速电子束轰击）T 电子光点 T 余辉 T 当电子束随信号电压偏转时,光点轨迹移动 T 形成信号波形。注意：不应当使亮点长时间停留于一个位置（原因：高速电子束轰击荧光屏，产生热,过热会减弱磷光物质的发光效率，严重时烧成一个黑斑）。有效面积：中间平整的部分（矩形的较之圆形平有效面枳较大）。使用时，应尽量使波 形映现在有效面积内。外刻度片：在荧光屏的外边加一块用有机玻璃，标有垂直和水平方向的刻度。内刻度片：有的分度刻在荧光屏玻璃内侧（优点：消除波形与刻度片不再同一平面上 所造成的视觉误差）。4.2.2 波形显示原理1.波形显示 电子束受“X和y共同作用的结果。观测原理：偏转特性（即：电子束的偏转距离正比于加到偏转板上的电压大小）。电子束沿两个方向的运动是相互独立的，亮点的位置取决于同时加在两副偏转板上的电 压，当不加任何信号或分别为等电位时，亮点则处于中心位置。当只在垂直板上加一个随时间做周期性变化的被测电压，则电子束沿垂直方向运动，其 轨迹为一水平线段（水平亦同）。两种情况分别如图（a）和（b）所示。要显示被测电压随时间变化的波形，就耍把屏幕作为一个直角坐标，其垂直轴作为电压轴，水平轴作为时间轴，使电子束在垂直方向偏转距离正比与被测电压的瞬时值，水平方向 作恒速运动。则必须在示波器的水平偏转板上加随吋间线性变化的扫描锯齿波电压。练习习题小结1.扫描：当仅在水平偏转板上加锯齿波电压时，亮点沿水平方向从左至右恒速运动。当扫描电压达到最大时，亮点亦达最大偏移，然后从该点迅速返回至起始点。若扫描电压重复变化，在屏幕上就显示一条亮线，这个过程称为“扫描”。2.扫描正程：亮点由左边起始点到达最右端的过程称为“扫描正稈”。3.扫描回程（扫描逆程）：从最右端迅速返回起始点的过程叫做“扫描回程”或“扫描逆程”。4.扫描线：上述水平亮线称“扫描线”。5.电子束在偏转电场作用下其偏转距离y可用下式来表示布置作业习题教学目标知识与能力：阴极射线示波管和波形显示的原理。过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度y=SyUy教学重点阴极射线示波管和波形显示的原理。教学难点阴极射线示波管和波形显示的原理。新授课2.扫描扫描电压：观察信号吋，在垂直偏转板上加锯齿波电压。理想的锯齿波如图所示。扫描：在水平偏转板上加锯齿波电压时，亮点沿水平方向从左至右恒速运动。当电压达 到最大时，亮点达最大偏移，然后迅速返冋至起始点。若电压重复变化，在屏幕上就显示一 条亮线，这个过程称为“扫描”。亮点由左边起始点到达最右端的过稈称为“扫描正程”，反 之叫做“扫描回程”或“扫描逆程”。上述水平亮线称“扫描线”。注意：应将正程形成的光迹增辉或逆程形成的光迹隐去，只显示扫描正程时得到的被测 信号波形（目的：使波形清晰）。波形打描：在水平偏转板有扫描电压作用的同时，若在垂直转板上加被测信号电压，就如果扫描电压冷的周期7；正好等于被测电压绚的周期耳，则在绚与冷共同作用下，亮点的光迹正好是一条与绚相同的曲线，亮点从O点经1、2、3至4点的移动为正程。从4点迅速返回0点的移动为回程。图中的回程时间为零。屏幕的X轴看作时间轴。亮点在水平偏转的距离大小代表了吋间的长短，故也称为扫描线为时间基线。3同步如果使Tx=2Tr则在荧光屏上显示如图的波形。由于波形多次重复出现，而且重叠在 一起，所以可观察到一个稳定的波形（图中显示两个周期的波形）。结论：增加显示波形的周期数，则应增加扫描电压俶的周期（即降低冷的频率）。荧光 屏显示被测信号的周期个数就等于7；与比n5 为正整数）。结论：波形向左或向右跑动的原因：7；与7；不成整数倍的关系，形成每次扫描的起始 点不对应被测信号相同相位点。获得稳定的波形，则必使TK=nTr这就是同步。电子束在被测电压与同步扫描电压的共同作用下，亮点在荧光屏上所描绘的图形反映了被测 信号随时间的变化过程，多次重复就形成稳定的波形。练习习题 小结1.扫描：当仅在水平偏转板上加锯齿波电压时，亮点沿水平方向从左至右恒速运动。当扫描电压达到最大吋，亮点亦达最大偏移，然后从该点迅速返回至起始点。若打描电压重复变化，在屏幕上就显示一条亮线，这个过程称为“扫描”。2.扫描正程：亮点由左边起始点到达最右端的过程称为“扫描正程”。3.扫描回程（扫描逆程）：从最右端迅速返回起始点的过程叫做“扫描回程”或“扫描逆程”。4.扫描线：上述水平亮线称“扫描线”。5.电子朿在偏转电场作用下其偏转距离y可用下式來表示布置作业习题y=SyUy教学目标知识与能力：常握通用示波器的基本组成、主要性能指标。过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点掌握通用示波器的基本组成、主要性能指标。教学难点掌握通用示波器的基本组成、主要性能指标。新授课4.34.3 通用示波器4.3.14.3.1 通用示波器的基本组成1.通用示波器的组成框图 组成框图如图所示。o（1）Y系统（垂直系统）组成：衰减器、放大器及延迟线等。作用：放大被测信号电压，以驱动电子束作垂直偏转。（2）X系统（水平系统）组成：同步触发电路、扫描发生器及X放大器。扫描发生器及X放大器的作用：产生扫描锯齿波加以放大，以驱动电子束进行水平扫同步触发电路：保证波形稳定。（3）主机系统组成：示波管、增辉电路、电源和校准信号发生器。增辉电路的作用：在扫描正程使光迹加亮，或在扫描冋程使光迹消隐。电源电路：将交流电变换成多种高、低压电源。校准信号发生器：提供幅度、周期都很准确的方波信号，用作校准性能指标。2.通用示波器的主要技术性能描。（1）Y通道的频域与时域响应 频域响应（频带宽度）：上限频率沧与下限频率九之差（九一般为0 Hz,可用上限 频率用来表示）。瞬态响应（时域相应）：Y通道放大电路在方波脉冲输入信号作用下的过渡特性。表示参数：上升时间（厂、下降时间（/f）等。人与/r的联系：后/严350式中A一一示波器的频带宽度，单位为兆赫，符号为MHz；4一一Y通道的上升时间，单位为纳秒，符号为ns。两者决定了最高信号频率（指周期性连续信号）和脉冲的最小宽度。（2）偏转因数定义：输入信号在无衰减的情况下，亮点在屏幕的Y方向上偏转单位长度所需的电压 峰-峰值。单位：Vp_p/cm或Vp.p/divo下限：示波器观测微弱信号的能力；上限：输入端所允许加的最大电压（峰峰值）。（3）输入阻抗包括：输入电阻尺（越大越好）和输入电容G（越小越好）。（4）扫描速度表示：时基因数（定义：在无扩展情况下，亮点在X方向偏转单位距离所需的时间,“cm（div）量度；t可取|ls、ms或s。）扫描速度越高（即t/cm值越小），能够展开高频率信号或窄脉冲信号的能力越强；反Z,观测缓慢变化的信号，则要求极慢的扫描速度。观测很宽频率范围的信号，要求有很宽范围 的扫描速度。练习习题小结1.（1）Y系统（垂直系统）组成：Y系统由衰减器、放大器及延迟线。主要作用：放大被测信号电压，使之达到适当幅度，以驱动电子束作垂直偏转。（2）X系统（水平系统）组成：同步触发电路、扫描发生器及放大器。扫描发生器 及X放大器的作用：产生扫描锯齿波加以放大，以驱动电子束进行水平扫描。同步触发电 路：保证荧光屏上显示的波形稳定。布置作业习题教学目标知识与能力：学握示波器的垂直系统和水平系统基本组成、输入电路及各部件的作用。过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点示波器的垂直系统和水平系统基本组成、输入电路及各部件的作用。教学难点示波器的垂直系统和水平系统基本组成、输入电路及各部件的作用。新授课4.3.24.3.2 示波器的垂直系统（Y Y 通道）使显示的波形接近被测信号的波形，则要求Y通道必须再现输入信号。Y通道作用：要探测被测信号，对它进行不失真的衰减和放大；具有倒相作用，将被测 信号对称地加到Y偏转板；Y通道还应有延时功能，为了和X通道相配合，并能向其提供 内触发源。基本组成如图。偏转板Y1.输入电路作用：引入被测信号；阻抗变换、电压变换。平衡对称输出优点：适当的输入阻抗、高的灵敏度、大的过载能力、适当的耦合方式,靠近被测信号源。输入电路组成框图如图所示。（1）探头作用：直接探测被测信号，提供高输入阻抗，减小波形失真及展宽示波器的工作频率等。分类：有源探头和无源探头。匸无源探头：由R、C组成，其原理电路如图所示。放大前置R电缆 y y 输入不波器-（I I1MQ1MQC：可变电容，调整对频率变化的影响进行补偿。调整时，可由探头输入一个标准方波，按下图进行调整。_n_FL rut n_n_（a a）正确补偿（b b）过补偿（c c）欠补偿一般对信号衰减10倍，也有的探头的衰减系数由1和10两种，供使用时灵活选择。（2）耦合方式选择开关直流耦合“DC”位：信号可直接通过。交流耦合“AC”位：信号必须经C耦合至衰减器，只有交流分量才可通过。“丄”（接地）位：在不需展开被测信号的情况下，可提供接地参考电平。（3）步进衰减器作用：测量较大信号吋，先经衰减再输入，使信号在Y通道传输时不至于因幅度过大 而失真或引起仪器损坏。电路采用具有频率补偿的阻容衰减器，如图所示。唧Q Q二二”2”2O-O-O O当需要改变衰减量时，可由切换开关切换不同的衰减电路来实现。当图中满足q=/?2c2（c（做成可调）吋，分压电路的衰减量与信号频率无关，其值 恒为尽+/?2+/?2注意：衰减开关的转换是示波器的Y偏转灵敏度（或偏转因数）。练习习题小结（3）主机系统组成：示波管、增辉电路、电源和校准信号发生器。增辉电路的作用：在扫描正程使光迹加亮，或在扫描回程使光迹消隐。电源电路：将 交流电变换成多种高、低压电源，以满足示波器及其它电路工作需耍。校准信号发生器：提供幅度、周期都很准确的方波信号，用作校准示波器的有关性能指标。2.延迟线：Y通道中插入延迟线的目的，是为了补偿X通道屮固有的时间延迟，使被 测信号不比扫描信号先到达偏转板。这样，就可以从荧光屏上观察到被测信号的起始部分。布置作业教学目标知识与能力：学握示波器的垂直系统和水平系统基本组成、输入电路及各部件的作用过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点示波器的垂直系统和水平系统基本组成、输入电路及各部件的作用。教学难点示波器的垂直系统和水平系统基本组成、输入电路及各部件的作用。新授课2.延迟线作用：可荧光屏上观察到被测信号的起始部分（补偿X通道中固有的时间延迟，使被 测信号不比扫描信号先到达偏转板）。3.Y通道中的放大器Y通道放大器：带有高频补偿网络的多级差分反馈放大电路（宽带放大器）。任务：将被测信号不失真地放大到足够幅度，使电子束在Y方向获得足够偏转。在Y放大器中还设有极性倒换、移位、寻迹等功能。4.触发放大电路目的：从延迟线之前引出的被测信号，先经过此电路加以放大，以便有足够幅度驱动 触发整形电路。5.双踪显示原理双踪示波器：采用单束示波管“同时”显示两个被测信号波形的示波器。用途举例：显示并比较两个既相互关联而又相互独立的被测信号之间的时间、相位及 幅度的关系，或实现信号的“和”或“差”显示。结构特点（与其余的单踪不同）：在Y通道中多设一个前置放大器、两个门电路和一个 电子开关。前置放大A A门f f电子开关延迟线前置放大-B B门选择内V下图是双踪示波器的简化结构图。s1显示方式：yA沧、土沧、交替和断续。前三种：单踪显示，、沧只有一个信号；FAXB显示的波形为两个信号的和或差。重点讨论另外两种显示方式。（1）交替电子开关的转换频率受扫描电路控制，以一个扫描周期为间隔，轮流接通和沧。轮 流显示你与血的波形，如图所示。红信号扫描信号$信号适用：被测信号频率较高的场合。注意：产生“相位误差”。I II I解决方法：用相位超前的信号作固定的内触发源，或者改用“断续”的显示方式。（2）断续电子开关工作在白激振荡状态（不受扫描电路控制），将两个被测信号分为很多小段轮 流显示，如图所示。适用：被测信号频率较低的场合。练习习题小结3.双踪示波器的显示方式有五种：沧、YB、XA土YB、交替和断续。（1）交替：电子开关的转换频率受扫描电路控制，以一个扫描周期为间隔，电子开关 轮流接通YA和沧。随着扫描周期的更替，轮流显示必与血的波形。（2）断续：电子开关工作在自激振荡状态（不受扫描电路控制），将两个被测信号分为很多 小段轮流显示。教学目标知识与能力：1.掌握电子示波器的定义、分类等。2.理解阴极射线示波管和波形显示的原理。过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点阴极射线示波管和波形显示的原理教学难点阴极射线示波管和波形显示的原理新授课4.3.34.3.3 示波器的水平系统（X X 通道）1-任务：（1）产生并放大锯齿波电压（与时间呈现线形关系）T 电子束线性偏移（沿水平方向）T 时间基线。（2）选择触发或同步信号 T 产生扫描电压。（3）产生增辉或消隐信号 T 控制Z通道。组成：触发整形电路、扫描发生器电路和X放大电路。2.触发整形电路任务：触发信号 T 触发脉冲（一定幅度、宽度、陡度和极性）T 触发时基闸门 T 同 步扫描。触发整形电路的原理框图如图所示。去 Y Y 信道。Q Q 去 Z Z信道（1）触发源选择S1选择。内触发：触发信号源来自Y通道中触发放大器的被测信号。外触发：外接信号触发扫描（适用：当被测信号不适宜作触发信号源或为了比较两个信 号的吋间关系等用途吋，外接一个与被测信号有严格同步关系的信号来触发扫描电路）。电源触发：市电降压以后的50Hz正弦波作触发信号源。（2）触发耦合方式S2选择。DC直流耦合：接入直流或变化缓慢的信号，或者频率很低且含有直流成分的信号。方式：外触发或连续扫描的。AC交流耦合：观察由低频到较高频率的信号，方式：“内”、“外”、“电源”触发。AC（H）髙频耦合：用于观察髙频信号。（3）触发极性 由开关触发极性开关S3（位置决定开始扫描的时刻）选择。当S3置于“+”，则在测量信号（用“内触发”讨论，下同）的上升部分某时刻开始产生锯齿波，开始扫描。当S3置于则在下降部分某时刻开始扫描。（4）触发电平 由“触发电平”电位器心选择触发点。控制锯齿波电压的起始时刻。（5）放大整形电路 组成：电压比较器、施密特电路、微分及削波电路。电压比较器：将触发信号与心确定的电平进行比较，输出信号经整形产生矩形脉冲，经微分、削波电路之后变为扫描发生器所要求的触发脉冲。练习习题小结1.电子示波器（简称示波器）：利用印记涉嫌示波管作为显示器的一种电子测暈仪器。它可以把人眼看不见的电过程转换成具体的可见图像，主耍用于被测信号的波形，并可以通 过显示的波形测量被测信号的电压、频率、周期、相位差等。利用传感器，示波器还可测量 各种非电量。2.示波器分类：通用示波器（包括简易示波器、慢扫描示波器、多线示波器和多踪示波器等）；取样示波器；存储示波器；特种示波器等。3.示波器电器结构包扌电子枪、偏转系统和荧光屏。布置作业习题教学目标知识与能力：理解阴极射线示波管和波形显示的原理。过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点阴极射线示波管和波形显示的原理。教学难点阴极射线示波管和波形显示的原理。新授课3.扫描发生器（时基发生器）电路去 Y Y 信道去 Z Z信道原理框图如下图中有关部分。组成：时基闸门、扫描电压产生电路、电压比较电路及释抑电路。上述电路组成一个闭环，故也称扫描发生环。（1）工作过程触发脉冲开启扫描门（扫描正程开始）。扫描电压 T 锯齿波扫描电压T X放大器和 电压比较器 T 扫描电压达到预定幅度，释抑电路产生停止信号 T 时基闸门 T 闸门关闭 T 扫描电压产生电路进入逆程期。释抑电路：“抑制”作用，防止后续触发脉冲去启动闸门。直到闸门输入端及扫描电压 产生电路完全恢复到初始状态，才释放闸门。释抑期：从扫描逆程开始到闸门“释放”时为止的一段时间（比逆程期长）。结论：一次扫描至少应包括扫描正程期和释抑期。释抑期要能完成扫描过程，保证电路 恢复到初始状态，使每次有效触发都发生在释抑期结朿之后，否则会引起扫描晃动。（2）环路工作过程分析调节“稳定度”电位器：使时基闸门输入端的起始电平 下触发电平。时基闸门关闭,扫描发生器不工作，环路中有关位置的电平如图中a点。触发脉冲（触发整形电路）T 时基闸门输入端，使其瞬间电平 V 下触发电平 T 实际 闸门打开，锯齿波（扫描发生器产生）（如图b点）TX放大器及电压比较电路。锯齿波 T 预定值（如图中C点）：比较电路有输出，释抑电路有输出，使时基闸门输入端瞬时电位随着锯齿波增氏而升高。锯齿波 T 规定值（如图中d点）：时基闸门输入端的电平升至上触发电平，使闸门关 闭，扫描锯齿波正程结束，开始回程。时基闸门输入端（释抑电路的影响），向初始电平变化，保证在扫描电压产生电路输出 端电平恢复到起始电平后，时基闸门输入端才回复到初始电平（如图中e点）。闸门被后续 触发脉冲有效触发，开始下一次扫描。图中石为锯齿波正程；九为锯齿波回程；th为释抑时间；7；）为休止期；T为锯齿波周期。选择扫描速度（或X轴偏转因数），改变扫描电压产生电路中时基电阻和时基电容。4.X放大器（1）放大扫描电压，使电子束在水平方向获得足够偏转。（2）扩展扫速、水平移位、寻迹等功能。（3）当工作于X-Y方式，作为X外接输入信号的传输通道。5.连续扫描与触发扫描（1）连续扫描：扫描发生器坏路于自激状态，无论被测信号是否存在，连续输出锯齿 波，经x放大器放大，加到x偏转板，使扫描连续进行（波形稳定：rh触发整形电路输出 同步脉冲）。适于：正弦波等连续波。（2）触发扫描：扫描发生器环路于他激状态，由触发脉冲控制是否扫描（注意：不一 定每个触发脉冲都能启动扫描）。适于：测量脉冲信号特别是脉宽较窄的脉冲。（3）扫描方式选择：调节“稳定度”电位器，下图来说明。电位器靠近A点 t 吋基闸门输入端初始电平 v 下触发电平 t 连续扫描，如图（b）o电位器靠近B点 T 时基闸门输入端起始电位很高，使触发脉冲输入 v 下触发电平 T“不触发”状态，如图（d）o电位器滑动端的位置使实际闸门输入端电位处于上、下触发电平T“触发扫描”状态,如图（c）o（4）调节电位器（稳定度旋钮）方法：无触发信号：调节出现扫描线（即进入连续扫描状态）；相反方向调节，使扫描线刚好消失，处于触发扫描状态。接入被测信号，出现稳定的波形（必要时对电位器调节）。单次扫描：电子束只扫描一次（适于：观察非周期性或单次信号）。自动扫描：触发信号消失，扫描信号发生器工作在连续扫描状态，荧光屏上出现扫描线；触发信号到来，自动转入触发扫描状态，显示稳定的信号波形。练习习题小结4.扫描：当仅在水平偏转板上加锯齿波电压时，亮点沿水平方向从左至右恒速运动。当扫描电圧达到最大时，亮点亦达最大偏移，然后从该点迅速返冋至起始点。若扫描电压重复变化，在屏幕上就显示一条亮线，这个过程称为“扫描”。5.扫描正程：亮点由左边起始点到达最右端的过程称为“扫描正程”。6.扫描回程（扫描逆程）：从最右端迅速返回起始点的过程叫做“扫描回程”或“扫描逆程”。7.扫描线：上述水平亮线称“扫描线”。布置作业习题课题教学目标知识与能力：4 43 3通用示波器（六）理解阴极射线示波管和波形显示的原理。过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点阴极射线示波管和波形显示的原理。教学难点阴极射线示波管和波形显示的原理。新授课43.443.4 主机系统组成：高低压电源、阴极射线示波管及其显示电路、Z周电路和校准信号发生器等。1.高低压电源低压电源：为电子电路提供直流电压。一般采用串联式稳压电路。电路的比较放人环节,使用分立元件或集成运放。高圧电源：采用变换器，将直流电压变换为中频（儿十千赫）高压，再经倍压整流得到 直流电压。2.显示电路（乂称电子束控制电路）和Z轴电路组成：阴极射线示波器和为示波管各个电极提供电压的电路、光迹旋转电路Z轴电路。Z轴电路：保证显示清晰信号波形（用于：在扫描回程开始至触发脉冲到来时）。3.校准信号发生器4.3.54.3.5 示波器的基本工作过程工作过程：被测信号电压（经探头）TY输入端 T 衰减和前置放大、倒相T 延迟心 吋间（经延迟线）T 放大（经Y后置放大器）T 输出推挽信号 T 加载垂直偏转板 T 控 制电子束垂直方向的偏转。控制电子束水平偏转方法亦同。稳定波形:使扫描的起点对应于被测信号的统一相位点，将被测信号送至触发整形电路。4.3.64.3.6 示波器典型产品介绍CACTEK CA8020型通用示波器。1.特点：（1）交替扫描扩展功能。（2）峰值自动同步功能。（3）释抑控制功能。（4）电视信号同步功能。（5）交替触发功能。2,主要技术指标（见书）练习习题小结5.扫描正程：亮点由左边起始点到达最右端的过程称为“扫描正程”。6.扫描回程（扫描逆程）：从最右端迅速返回起始点的过程叫做“扫描回程”或“扫描程”。7.扫描线：上述水平亮线称“扫描线”。8.电子束在偏转电场作用下其偏转距离y可用下式来表示。），=Sy Uy布置作业习题逆课题4 45 5示波器选择和使用教学目标知识与能力：1.了解示波器的选用原则。2.掌握示波器的正确使用。过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点示波器的正确使用。教学难点新授课4.54.5示波器选择和使用4.5.14.5.1 示波器选择的一般原理1.据被测信号特性 低频周期信号：普通 非周期：宽度小（触发扫描）变化快（高频）慢（低频）多信号：两个（双踪）多个（多Y通道）2.据示波器性能选择（1）频带宽度和上升时间观测信号的最高频率几“X或脉冲信号的最小宽度。示波器的带宽与上升时间关系：Brtr 0.351一V/Y其中各一一被测信号上升时间。（2）垂直灵敏度被测信号在垂直方向的展示能力。（3）输入阻抗选择输入电阻大而输入电容小的（尤其在观察上升时间短的矩形脉冲时）。（4）扫描速度在水平方向对信号展示的能力。4.5.24.5.2 示波器的正确使用1.使用技术要点（1）亮度、灰度调节：辉度适中，光点不常时间停留。（2）聚焦：光点聚焦。（3）测量：有效面积内测量。（4）连接：被测信号为几百千赫以下的连续信号：导线连接。信号幅度较小：遮蔽线连接。测量脉冲和高频信号时：高频同轴电缆连接。（5）探头：探头要专用，使用前校正。尤其测量脉冲信号时必须使用。（6）灵敏度:Y轴最小数值档：观测微弱信号的能力。最大数值档：决定允许最大输入信号电压的峰值。注意：如果输入电压过大，则应衰减。（7）稳定度：与其他旋钮的配合使用。2.仪器用前的自校以CA8020A为例介绍。（1）光迹水平位置调整：调节使之出现扫描基线。（2）仪器自校及探头补偿：探头接到CH1连接插座，探头的头勾在校准信号输出插座,垂直方式开关置于“CH1”，调节CH1移位和X移位及其他控制装置，调整探头上的微调电 容器，使波形如图所示。（a a）正确平顶（b b）过补偿（c c）欠补偿练习习题小结 布置作业习题课题教学目标知识与能力：4.64.6示波器的基本测量方法（一）掌握示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）。过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）教学难点示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）新授课4.64.6示波器的基本测量方法4.6.14.6.1 测量电压方法：直读法。测量时，Y轴偏转因数的“微调”旋钮应置于“校准”位置。1.测量直流电压适用范围：直流电压的示波器，频率响应必须从直流（DC）开始，下限频率为零。测量方法：（1）调各旋钮出现扫描线于中间，开关置于“丄”。（2）确定极性接入被测电压：开关置于“DC”位，光迹向上偏移为正极性，否则为负极性。（3）开关置于“丄”位，按照极性的反方向，确定零电平线（注：此后不再动Y“移 位”旋钮）。（4）开关置于“DC”，选择Y轴偏转因数，使屏幕显示覆盖垂直分度，被测点电压值 为：U=H（div）XDy（V/div）XK式中H一扫描迹线垂直偏转距离；Dy一一所选用的Y轴偏转因数；K一一探头衰减系数。2.测量正弦电压测量方法：确定零电平线后，开关置于“AC”位置。读出显示波形中所需测量点到零点电平的距离被测点的电压：”=H(div)XDy(V/div)XK式中的符号如前所述。如果被测电压是止弦波，则其峰-峰值为7p.p=H(div)XDy(V/div)式中H波形总高度(如图)垂直偏转 H H被测电压的峰值及有效值分别为:23.测量合成电压和脉冲电压测量方法：确定零电平后，开关置于 DCDC 位。练习习题小结1测量直流电压：U=H(div)XDy(V/div)XK2.测量正弦电压：u=/(div)X Dy(V/div)X K3.根据示波器性能选择(1)频带宽度和上升时间(2)垂直灵敏度(4)扫描速度(3)输入阻抗(4)扫描速度布置作业习题课题教学目标知识与能力：示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）教学难点4.64.6示波器的基本测量方法（二）示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）新授课例 4 41 1 荧光屏显示的波形图如下图所示。/用10:1探头，“V/div”开关在2V/div档，“微调”旋钮置于“校准”位。则得:交流分量电压峰-峰值：C7p.p=2X2X10V=40V直流分量电压：U=2X2X 10 V=40 V由于波形在零电平线的上方，所以测得的直流电压为正电压。例 4 42 2 荧光屏上显示的波形如图所示的锯齿波电压。ffl 10:1探头，“V/div”开关在0.5V/div档，则:锯齿波电压幅值Un=3X0.5X10V=15 VD D 点对地电位(/D=2X0.5X10V=10 VE点对地电位/E=-1X().5X10V=-5 V4.测量两电压的代数和仪器：双踪(或双线)示波器。求和：开关置于CH1CH2(或ADD)位置(注：两个输入通道的偏转因数保持一致)在两个输入端分别加上两个待加信号。求差：将减数信号接入带有极性倒换开关的那个通道，并利用极性倒换开关，使该通 道信号极性变负。注意：(1)信号不要超过输入电压范围。(2)两个通道的扫描线在荧光屏屮间处重卷。(3)两个通道开关AC、丄、DC应一致。(4)将Y轴增益“微调”置“校准”位，测量结果准确。练习习题小结1.测量直流电压：U=H(div)XDy(V/div)XK2.测量正弦电压：u=H(div)XDy(V/div)XK3.根据示波器性能选择(1)频带宽度和上升时间(2)垂直灵敏度(4)扫描速度(3)输入阻抗(4)扫描速度布置作业习题教学目标知识与能力：示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）教学难点示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）新授课4.6.24.6.2 测量周期和频率原理同测量电压，区别在于：测量吋I可（周期）着眼于X系统。扫速开关各档位刻度：时间值。1.测量周期（1）校准。（2）接入被测信号，调节波形于中心区，选择表示一个周期的被测点A、（3）读取两点长度值，如图所示。读出而二兀cm,扫描因数 0 及X轴扩展倍率K,被测信号周期：T=x(cm)X)x(/cm)一K7/B Br/例 4 43 3 从图中知道信号一个周期的x=8cm,Dx=10 ms/cm,扫描扩展置于常态（即 不扩展），求被测信号周期。T=8x 10ms=80 ms2.测量频率测周期方法确定频率：先测得信号周期，再换算为频率。例 4.44.4 若在屏幕上测得一个完整周期波形，显示的兀=8cm,扫描因数置于lOgs/cm,扫描不扩展，则信号频率r=-=!TX-DK=-7-HzSxlOxlO6=12 500 Hz=12.5 kHz练习习题小结1.测塑直流电压：U=H (div)XDy(V/div)XK2.测量正弦电压：w=H(div)XDy(V/div)XAT3.根据示波器性能选择(1)频带宽度和上升时间(2)垂直灵敏度(4)打描速度(3)输入阻抗(4)扫描速度布置作业习题教学目标知识与能力：示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）教学难点示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）新授课4.6.3 测量时间1.测量同一信号内的时间间隔以测量矩形脉冲宽度为例。（1）选用内触发。（2）接入被测信号，调节波形位置。下图（a）和（b）是测量脉冲上升时间和脉冲宽 度的具体实例。（3）X轴增益调至校准位置。修正误差:式中tr被测脉冲实际上升时间；rrx一一屏幕上显示的上升时间；tro-示波器本身固有上升时间。注意：/rx5b心可忽略。2.测塑两个信号（主要指脉冲信号）的时间差将两个被测信号接到Y轴两个通道的输入端（如CA8020型双踪四线的CHI和CH2）,釆用“断续”或“交替”显示。注意：(1)采用内触发。(2)触发源选择时间领先的信号所接入的通道。(3)“交替”显示吋不许采用CH1和CH2交替触发。荧光屏上显示如图中的两个波形，根据与伍在屏幕上的位置及所选用的扫描因数确 定时间间隔练习习题小结1.测塑直流电压：U=H (div)XDy(V/div)XK2.测量正弦电压：w=H(div)XDy(V/div)XAT3.根据示波器性能选择(1)频带宽度和上升时间(2)垂直灵敏度(4)扫描速度(3)输入阻抗(4)扫描速度布置作业习题教学目标知识与能力：示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）教学难点示波器的基本测量方法（电压、周期和频率、时间、正弦波的相位差）新授课4.6.44.6.4 测量正弦波的相位差相位差：频率相同的正弦信号之I可相位差，亦即其初相位之差。测量方法：双示踪示波器测量（1）被测信号接入Y系统的两个通道输入端。（2）选择触发信号，采用“交替”或“断续”显示。/k kK KHillHill1 1 IlliIlliill fill f11 tv11 tv f 1 ff 1 f f f Iff f IfIlliIllif f、/B BIlliIllinilnil111111 111111111 1/L丿-/z z（3）调整“Y位移”，使两个信号重叠起来，如图所示。ACx360?AB则相位差:注意：（1）X轴扫描因数“微调”旋钮不一定要置于“校准”位置，位置一确定不得改动。（2）“交替”显示，相位超前信号作为内触发源，使扫描电路不受Y系统两个通道的 信号轮流触发。*4.6.5*4.6.5 数字存储示波器测量方法介绍 本节以TDS220产品为例介绍数字存储示波器的方法。练习习题小结1.测量直流电压：U=H(div)XDy(V/div)XK2.测量正弦电压：u=H(div)Xy(V/div)XK3.根据示波器性能选择(1)频带宽度和上升时间(2)垂直灵敏度(4)扫描速度(3)输入阻抗(4)扫描速度布置作业习题