第六章示波测量技术精选文档.ppt
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1、第六章示波测量技术第六章示波测量技术本讲稿第一页,共六十页示波器分类:通用示波器 取样示波器 逻辑示波器 存储示波器 给示波器加上各种配件即可组成各种监测仪,本章主要介绍示波器的基本原理,基本组成。本讲稿第二页,共六十页 一、示波器基本组成 6.26.2示波测试基本原理示波测试基本原理示波器主要由Y(垂直)通、x(水平)通道和显示屏三大部分组成,如图所示。Y(垂直)通道:由探头、衰减器、前置放大器、延迟线和输出放大器组成,主要对被测信号进行不失真的线性放大,以保证示波器的测量灵敏度。x(水平)通道:由触发电路、时基发生器和水平输出放大器组成,主要产生与被测信号相适应的扫描锯齿波。显示屏:主要由
2、阴极射线管组成,常以CRT(Cathode Ray Tube)表示,通常称为示波管。本讲稿第三页,共六十页二、二、阴极射线示波管(阴极射线示波管(CRTCRT)本讲稿第四页,共六十页1.电子枪(1 1)电子在电场中的运动)电子在电场中的运动前者为电子穿越加速场前者为电子穿越加速场,U,U2 2UU1 1 电子向轴线收拢电子向轴线收拢后者为电子穿越减速场,后者为电子穿越减速场,U U2 2UU1 1.发散发散可证明可证明本讲稿第五页,共六十页(2)静电式CRT中的电子枪U UG1G1UUUG1 G1:G:G1 1至至G G2 2电子束聚拢电子束聚拢U UA1A1UUUA1A1:A:A1 1至至A
3、 A2 2电子束聚拢电子束聚拢 调节调节U UA1A1可达到使电子束在荧光屏聚拢的目的可达到使电子束在荧光屏聚拢的目的,当然当然也可调也可调U UA2A2(辅助聚焦辅助聚焦).).本讲稿第六页,共六十页 2.偏转系统 偏转系统由一对偏转系统由一对Y(Y(垂直垂直)偏转板和一对偏转板和一对X(X(水平水平)偏转板偏转板(均为金属板均为金属板)组成组成.偏转板位于电子枪之后偏转板位于电子枪之后,板上加电压将影响板上加电压将影响电子运动轨迹电子运动轨迹(两对板上电位两两相等两对板上电位两两相等,电子束打电子束打在荧光屏正中在荧光屏正中).).本讲稿第七页,共六十页 以以Y Y偏转系统为例偏转系统为例
4、:可以证明可以证明,在在U Uy y(偏转电压偏转电压)的的作用下电子在作用下电子在Y Y方向的偏转距离为方向的偏转距离为:由于由于l l、s s、b b、v va a为定值为定值,故故上式还可写成上式还可写成:,h hy y为偏转因数为偏转因数(cm/V),(cm/V),其值越大越好其值越大越好 ,D DY Y为偏转灵敏度为偏转灵敏度(V/cm),(V/cm),其值越小越其值越小越好。示波管重要参数好。示波管重要参数本讲稿第八页,共六十页 3.荧光屏 由磷光质材料制成由磷光质材料制成,受电子轰出后能产生辉光受电子轰出后能产生辉光,即即电子动能变成光能及热能电子动能变成光能及热能.利用余辉可以
5、使人们看到一连续波形利用余辉可以使人们看到一连续波形长余辉长余辉:低频低频 0.1s-1s 0.1s-1s中余辉中余辉:中频中频 1ms-0.1s 1ms-0.1s短余辉短余辉:高频高频 10us-1ms 10us-1ms本讲稿第九页,共六十页三、图像显示基本原理 1.显示随时间变化的图形(1)扫描的概念 在X(水平)偏转板上加上一个随时间做线性变化的锯齿波电压,也称扫描电压.波形显示原理:Y轴通常为输入信号 X轴此时为时间轴,若Y输入f(t),屏幕上显示的是随时间变化的波形f(t).本讲稿第十页,共六十页只加只加V VY Y信号信号,显示一条垂线显示一条垂线,如左图如左图;只加只加V VX
6、X信号信号,显示显示一条做匀速运动的直线一条做匀速运动的直线,如右上图如右上图;同时加同时加U UX X、U UY,Y,显示随显示随t t变化变化的波形的波形,如右图如右图:本讲稿第十一页,共六十页(2 2)信号与扫描电压的同步)信号与扫描电压的同步 当当T Tn n=nT=nTs s时时(n=1,2),(n=1,2),称信号和扫描电压同步称信号和扫描电压同步,此时可此时可得到稳定、清晰的图像得到稳定、清晰的图像.其中其中T Tn n为扫描电压周期,为扫描电压周期,T Ts s为被测为被测信号周期。若不满足条件信号周期。若不满足条件,则得不到所需波形或稳定的波则得不到所需波形或稳定的波形形.下
7、图为下图为T Tn n=2T=2Ts s时的图像时的图像.由于由于Tn与与Ts为两为两个无关信号个无关信号,为了为了保证保证Tn=nTs,必须必须有同步电路来迫有同步电路来迫使使Tn=nTs.对于同步电路在后叙述.本讲稿第十二页,共六十页 (3 3)连续(自激)扫描与触发扫描)连续(自激)扫描与触发扫描 连续扫描连续扫描-扫描电压为连续的周期性锯齿波扫描电压为连续的周期性锯齿波 特点特点:U:Uy y=0=0时时,屏幕也显示一条时基线屏幕也显示一条时基线 应用应用:观测连续信号波形观测连续信号波形 触发扫描触发扫描-只有当触发脉冲到来时只有当触发脉冲到来时,锯齿波发生器锯齿波发生器才开始工作并
8、进行扫描才开始工作并进行扫描 特点特点:U:Uy y=0=0时时,屏幕无显示屏幕无显示 应用应用:研究脉冲波过程参数研究脉冲波过程参数,特别是特别是 /T/Ts s很小的信很小的信号号本讲稿第十三页,共六十页 现代示波器可选择任一种扫描方式工作现代示波器可选择任一种扫描方式工作,下图是连续扫下图是连续扫描和触发扫描方式下对脉冲波形的观测描和触发扫描方式下对脉冲波形的观测:(b)(b)脉冲细节看不清脉冲细节看不清(c)(c)时基线太亮不易时基线太亮不易观察,难同步观察,难同步(d)(d)能较好的观测能较好的观测脉冲脉冲TsttttuyuxuxuxTnTn本讲稿第十四页,共六十页 (4 4)扫描过
9、程的增辉)扫描过程的增辉 实际的扫描电压是非理想的实际的扫描电压是非理想的,扫扫描回程将产生回程线描回程将产生回程线.克服方法克服方法:在扫描正程给示波器在扫描正程给示波器增辉增辉,即正程才可显示即正程才可显示,回程不回程不显示显示.增辉方法增辉方法:在扫描正程期间在扫描正程期间给示波管第一栅极给示波管第一栅极G G1 1加正脉冲或加正脉冲或给阴极给阴极K K加负脉冲加负脉冲.2.显示任意两个变量间关系若X偏转板不加扫描信号,将两变量信号分别加到Y,X偏转板,则可显示两变量间的关系.本讲稿第十五页,共六十页例:李沙育图形 下图为ux与Uy同频率和用示波器观察射随器跟随过程ui-uo图.本讲稿第
10、十六页,共六十页一、基本组成 通用示波器主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分组成.此外还包括电源电路,它产生示波管和仪器电路中需要的多种电源.6.36.3通用示波器通用示波器本讲稿第十七页,共六十页二、示波器的垂直(Y)通道1.1.输入电路输入电路作用作用:衰减过大的衰减过大的输入信号输入信号,以免失真以免失真.通常由如右图示的通常由如右图示的一系列一系列RC(RC(脉冲脉冲)分压器组成分压器组成衰减系数衰减系数:K=V:K=V0 0/V/Vi i=Z=Z2 2/(Z/(Z1 1+Z+Z2 2)Z Z1 1=R=R1 1(1/j(1/jC C1 1)/(R)/(R1 1+1/j+1/jC C
11、1 1)=R)=R1 1/(1+j/(1+jC C1 1R R1 1)Z Z2 2=R=R2 2(1/j(1/jC C2 2)/(R)/(R2 2+1/j+1/jC C2 2)=R)=R2 2/(1+j/(1+jC C2 2R R2 2)若满足:C1R1=C2R2 为最佳补偿 则 K=V0/Vi=R2/(R1+R2)本讲稿第十八页,共六十页2.2.延迟线延迟线 分布参数式分布参数式:螺旋平衡时延迟电缆螺旋平衡时延迟电缆 集中参数式集中参数式:LC:LC延迟网络延迟网络 作用作用:保证能显示脉冲前沿保证能显示脉冲前沿 原理原理:将输入信号延迟使其滞后于扫描开始时间将输入信号延迟使其滞后于扫描开始
12、时间下图下图a a为无延迟线的情况为无延迟线的情况,图图b b为加延迟线后的情况为加延迟线后的情况tTtd本讲稿第十九页,共六十页 3.Y放大器 Y通道的主放大器 功能:将延迟线传来的被测信号放大到足够的幅度,用以驱动示波管的垂直偏转系统,使电子束获得Y方向的满偏转.特点:具有稳定的增益,较高的输入阻抗,足够的频带,较小的谐波失真.结构:差分平衡放大器 本讲稿第二十页,共六十页三.示波器的水平(X)通道 组成:触发电路 扫描发生器环 X放大器 1.扫描发生器环(时基电路)产生符合一定标准的稳定的锯齿波电压,其组成如下图:本讲稿第二十一页,共六十页(1)积分器功能:形成线性良好的锯齿波功能:形成
13、线性良好的锯齿波 当当E,R,CE,R,C一定一定,V,V0 0与与t t成正比成正比 定义扫描速度定义扫描速度 S Ss s=t/x (t/cm)=t/x (t/cm)X-X-光迹在水平方向偏转的距光迹在水平方向偏转的距离离 t-t-偏转偏转X X所对应的时间所对应的时间本讲稿第二十二页,共六十页 (2)扫描门功能:产生控制积分器开关S的门控信号要求:能与被测信号同步,完成连续、触发扫描组成:施密特触发电路 双稳触发器本讲稿第二十三页,共六十页 触发扫描态触发扫描态:调调W(W(稳定度稳定度)使使V Vb1b1介于介于E E1 1,E,E2 2间间 有触发脉冲时有触发脉冲时V V0 0=1,
14、=1,开始扫描开始扫描 无触发脉冲时无触发脉冲时V V0 0=0,=0,无扫描无扫描,显示一点显示一点连续扫描态连续扫描态:调调W W使使V Vb1 b1 EE1 1,无论有无触发均有无论有无触发均有V V0 0=1,=1,无信号时无信号时 显示一直线显示一直线X X外加信号态外加信号态(不扫描不扫描):):调调W W使使Etb,thtb,可保证回扫结束后扫描门才可触发可保证回扫结束后扫描门才可触发tt2 2-t-t3 3 “抑抑”,触发脉冲不起作用,触发脉冲不起作用tt3 3以后以后,“,“释释”,可触发,可触发UpUp变化变化,使得使得t t2 2变变,最终导致最终导致U U0 0变变本讲
15、稿第二十六页,共六十页连续扫描状态的同步连续扫描状态的同步:调稳定度使调稳定度使U Ui i=E=E0 0 无论有无脉冲均可扫描无论有无脉冲均可扫描有脉冲有脉冲,t,t4 4开始二次扫描开始二次扫描(同步同步)无脉冲无脉冲,t,t5 5开始二次扫描开始二次扫描增辉脉冲可从扫描门取出增辉脉冲可从扫描门取出(正正,负均可负均可)本讲稿第二十七页,共六十页 2.触发电路 产生与被测信号周期相关的触发脉冲。脉冲宽度与幅度均确定.本讲稿第二十八页,共六十页 触发源触发源 .内触发内触发(+,-):(+,-):被测信号作触发源被测信号作触发源 最常用最常用 .外触发外触发(+,-):(+,-):利用外界信
16、号作触发信号利用外界信号作触发信号,常用来常用来 比较两信号的时间关系比较两信号的时间关系,触发信号触发信号 与被测信号有一定关系与被测信号有一定关系.电源触发电源触发(+,-):(+,-):在观测与电源有关的信号时选择在观测与电源有关的信号时选择(耦合)方式选择(耦合)方式选择 DC:DC:用于接入直流或缓慢变化信号用于接入直流或缓慢变化信号,一般用于外触一般用于外触 发或连续扫描方式发或连续扫描方式 AC:C AC:C1 1起隔直作用起隔直作用.用于观察交流信号用于观察交流信号 低频抑制(低频抑制(LFREJLFREJ):C:C1 1与与C C2 2串联后抑制约为串联后抑制约为2KH2KH
17、Z Z以下低频以下低频 部分部分 高频耦合(高频耦合(HFHF):C:C1 1 和和C C3 3串联后串联后,C,C C C1 1 较小较小,只允许通过较高频只允许通过较高频(一般一般5MH5MHZ Z)信号信号 高频抑制(高频抑制(HFREJHFREJ):):本讲稿第二十九页,共六十页 触发极性触发极性 .正极性正极性(正斜率正斜率):V):V1 1接触发信号接触发信号,V,V2 2接电平电位器接电平电位器 .负极性负极性(负斜率负斜率):V):V1 1接电平电位器接电平电位器,V,V2 2接触发信号接触发信号触发电平触发电平 当当U U1 1=U U2 2时时,电路翻转电路翻转,输出触发脉
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