现代电子测量技术第三章波形测量幻灯片.ppt

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1、现代电子测量技术第三章波形测量第1页，共138页，编辑于2022年，星期一3.1 概述3.1.1 示波器的分类 根据示波器对信号的处理方式的不同可分为模拟、数字两大类：1 模拟示波器采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。2 数字示波器对信号进行数字化处理后再显示。第2页，共138页，编辑于2022年，星期一1 模拟示波器l l模拟示波器可分为通用示波器、多束示波器、取样示波器、记忆模拟示波器可分为通用示波器、多束示波器、取样示波器、记忆示波器和专用示波器等。示波器和专用示波器等。l l通用示波器采用单束示波管，又可分为单踪、双踪、多踪示波器。通用示波器采用单束示波管，又可分为单踪、双踪、多踪示

2、波器。l l多束示波器采用多束示波管，荧光屏上显示的每个波形都由单多束示波器采用多束示波管，荧光屏上显示的每个波形都由单独的电子束扫描产生。独的电子束扫描产生。l l取样示波器可以用较低频率的示波器测量高频信号。取样示波器可以用较低频率的示波器测量高频信号。l l记忆示波器采用有记忆功能的示波管，实现模拟信号的存储、记忆示波器采用有记忆功能的示波管，实现模拟信号的存储、记忆和反复显示。记忆和反复显示。l l专用示波器是能够满足特殊用途的示波器，又称特种示波器。专用示波器是能够满足特殊用途的示波器，又称特种示波器。第3页，共138页，编辑于2022年，星期一2 数字示波器l l数字示波器将输入信

3、号数字化（时域取样和幅度量化）数字示波器将输入信号数字化（时域取样和幅度量化）后，经由后，经由D/AD/A转换器再重建波形。转换器再重建波形。l l数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功能，又称为数数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功能，又称为数字存贮示波器。字存贮示波器。l l根据取样方式不同，数字示波器又可分为实时取样、随根据取样方式不同，数字示波器又可分为实时取样、随机取样和顺序取样三大类。机取样和顺序取样三大类。第4页，共138页，编辑于2022年，星期一3.1.2 主要技术指标 1 1频带宽度频带宽度BWBW和上升时间和上升时间trtr示波器的频带宽度示波器的频带宽度BWBW一般指一般

4、指Y Y通道的频带宽度。通道的频带宽度。上升时间上升时间trtr是一个与频带宽度是一个与频带宽度BWBW相关的参数，表示由于示相关的参数，表示由于示波器波器Y Y通道的频带宽度的限制，反映了示波器通道的频带宽度的限制，反映了示波器Y Y通道跟随输入信号快速通道跟随输入信号快速变化的能力。变化的能力。频带宽度频带宽度BWBW与上升时间与上升时间trtr的关系可近似表示为的关系可近似表示为 第5页，共138页，编辑于2022年，星期一3.1.2 主要技术指标l l2扫描速度扫描速度是指荧光屏上单位时间内光点水平移动的距离，单位为“cm/s”。荧光屏上通常用间隔荧光屏上通常用间隔1cm1cm的坐标线

5、作为刻度线，因此扫描速度的单位也可表示为“cm/divcm/div”。扫描速度的倒数称为扫描速度的倒数称为“时基因数时基因数”，它表示单位距离代表的时间，单位为“t/cmt/cm”或“t/div”，时间，时间t可为s、ms或s，在示波器的面板上，通常按，在示波器的面板上，通常按“1、2 2、5”的顺序分成很多档。的顺序分成很多档。第6页，共138页，编辑于2022年，星期一3.1.2 主要技术指标l l3 3偏转因数偏转因数偏转因数指在输入信号作用下，光点在荧光屏上的垂直（Y）方向移动1cm（即1格）所需的电压值，单位为“V/cm”、“mV/cm”（或“V/div”、“mV/div”）。偏转因

6、数表示了示波器Y通道的放大/衰减能力。偏转因数的倒数称为“（偏转）灵敏度”。第7页，共138页，编辑于2022年，星期一3.1.2 主要技术指标l l4输入阻抗当被测信号接入示波器时，输入阻抗ZiZi形成被测形成被测信号的等效负载。信号的等效负载。l l5 5输入方式输入方式 即输入耦合方式，一般有直流（即输入耦合方式，一般有直流（DC）、交流（）、交流（ACAC）和接地（和接地（GNDGND）三种，可通过示波器面板选择。）三种，可通过示波器面板选择。l l6 6触发源选择方式 触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号来源，触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号来源，一般有内触发（一般有内触

7、发（INTINT）、外触发（）、外触发（EXT）、电源触发（）、电源触发（LINE）三种。）三种。第8页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2 CRT显示原理 3.2.1 CRTCRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，基本结构如下图所示。第9页，共138页，编辑于2022年，星期一1 电子枪 l l电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子束，它由灯丝F、阴极K、栅极G1和G2和阳极A1、A2组成。l l通过调节G1对K的负电位可控制电子束的强弱，从而调节光点的亮度，即进行“辉度”控制。l l调节A1的电位器称为“聚焦”旋钮，通过对它进行调节,可调节G2与A1,A1与A2之间的电

8、位；调节A2电位的旋钮称为“辅助聚焦”。第10页，共138页，编辑于2022年，星期一1 电子枪(a)电子穿越电场时的加速与减速 (b)电子在电子枪中的运动轨迹图7-2 电子束的聚焦原理示意图第11页，共138页，编辑于2022年，星期一1电子枪l l控制栅极控制栅极G1G1呈圆筒状，包围着阴极，只在面向荧光屏的方向呈圆筒状，包围着阴极，只在面向荧光屏的方向开一个小孔，使电子束从小孔中穿过。通过调节开一个小孔，使电子束从小孔中穿过。通过调节G1G1对对K K的负的负电位可调节光点的亮度，即进行电位可调节光点的亮度，即进行“辉度辉度”控制。控制。l l第一阳极第一阳极A1A1使电子汇聚；第二阳极

9、使电子汇聚；第二阳极A2A2使电子加速。使电子加速。A1A1和和A2A2与与G1G1对电子束进行聚焦并加速，使到达荧光屏的电子形成很对电子束进行聚焦并加速，使到达荧光屏的电子形成很细的一束并具有很高速度。调节细的一束并具有很高速度。调节A1A1的电位，即可调节的电位，即可调节G2G2与与A1A1和和A1A1与与A2A2之间的电位，调节之间的电位，调节A1A1的电位器称为的电位器称为“聚焦聚焦”旋钮；调节旋钮；调节A2A2电位的旋钮称为电位的旋钮称为“辅助聚焦辅助聚焦”。l lG1G1、G2G2、A1A1、A2A2的电位关系为：的电位关系为：VG1VKVG1VG1VG2VG1、VA1VG2VA1

10、VA1VA2VA1，因此，电子从，因此，电子从G1G1至至G2G2、A1A1至至A2A2将得到汇将得到汇聚并加速，而从聚并加速，而从G2G2至至A1A1将发散。将发散。第12页，共138页，编辑于2022年，星期一2 偏转系统 l l示波管的偏转系统由两对相互垂直的平行金属板组成，示波管的偏转系统由两对相互垂直的平行金属板组成，分别称为垂直偏转板和水平偏转板分别称为垂直偏转板和水平偏转板 。l l当有外加电压作用时，偏转板之间形成电场；在偏转电场作用下，电子束打向由X X、Y Y偏转板共同决定的偏转板共同决定的荧光屏上的某个坐标位置。荧光屏上的某个坐标位置。l l为了示波器有较高的测量灵敏度，

11、Y Y偏转板置于靠近电偏转板置于靠近电子枪的部位，而子枪的部位，而X偏转板在偏转板在Y的右边。的右边。第13页，共138页，编辑于2022年，星期一2 偏转系统图7-3 电子束的偏转第14页，共138页，编辑于2022年，星期一2 偏转系统l l电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外加偏转电压成电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外加偏转电压成正比：正比：l l示波管的示波管的Y轴偏转灵敏度（单位为cm/Vcm/V）：）：其倒数为示波管的其倒数为示波管的Y Y轴偏转因数。偏转灵敏度越大，示波管越灵敏。l l为提高为提高Y Y轴偏转灵敏度，可在偏转板至荧光屏之间加一轴偏转灵敏度，可在偏转板至荧光屏之

12、间加一个后加速阳极个后加速阳极A3。l为偏转板的长度；S为偏转板中心到屏幕中心的距离；b为偏转板间距；Va为阳极A2上的电压。第15页，共138页，编辑于2022年，星期一3 荧光屏 l l荧光屏将电信号变为光信号，是示波管的波形显示部分。l l在使用示波器时，应避免电子束长时间的停留在荧光屏的一个位置，否则将使荧光屏受损。因此在示波器开启后不使用的时间内，可将“辉度”调暗。l l当电子束停止轰击荧光屏时，光点仍能保持一定的时间，这种现象称为“余辉效应”。第16页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理 1显示随时间变化的图形显示随时间变化的图形（1 1）UxUx、

13、UyUy为固定电压时，有下面四种情况：为固定电压时，有下面四种情况：光点出现在荧光屏的中心位置。光点出现在荧光屏的中心位置。光点出现在荧光屏的中心位置。光点出现在荧光屏的中心位置。光点仅在垂直方向偏移光点仅在垂直方向偏移 ：UyUy为正电压时，光点从为正电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向上移；荧光屏的中心往垂直方向上移；UyUy为负电压时，为负电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向下移。光点从荧光屏的中心往垂直方向下移。第17页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理1 1显示随时间变化的图形（续）显示随时间变化的图形（续）光点仅在水平方向偏移光点仅在水平方向偏移

14、：UxUx为正电压时，光点从荧为正电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向右移；光屏的中心往水平方向右移；UxUx为负电压时，光点为负电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向左移。从荧光屏的中心往水平方向左移。当两对偏转板上同时加固定的正电当两对偏转板上同时加固定的正电压时，光点位置应为两电压的矢量压时，光点位置应为两电压的矢量合成。合成。第18页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理1 1显示随时间变化的图形（续）显示随时间变化的图形（续）（2 2）X X、Y Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情况：偏转板上分别加变化电压，有下面两种情况：仅在垂直偏转板的仅在垂直偏转

15、板的两板间加正弦变化两板间加正弦变化的电压，则光点只的电压，则光点只在荧光屏的垂直方在荧光屏的垂直方向来回移动，出现向来回移动，出现一条垂直线段。一条垂直线段。第19页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理1 1显示随时间变化的图形（续）显示随时间变化的图形（续）仅在水平偏转板的两板仅在水平偏转板的两板仅在水平偏转板的两板仅在水平偏转板的两板间加锯齿电压，则光点间加锯齿电压，则光点间加锯齿电压，则光点间加锯齿电压，则光点只在荧光屏的水平方向只在荧光屏的水平方向只在荧光屏的水平方向只在荧光屏的水平方向来回移动，出现一条水来回移动，出现一条水来回移动，出现一条水来回移

16、动，出现一条水平线段。平线段。平线段。平线段。第20页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理1 1显示随时间变化的图形（续）显示随时间变化的图形（续）（3 3）Y Y偏转板加偏转板加正弦波信号电压，正弦波信号电压，X X偏转板加锯齿波偏转板加锯齿波电压，荧光屏上电压，荧光屏上将显示出被测信将显示出被测信号随时间变化的号随时间变化的一个周期的波一个周期的波形曲线。形曲线。第21页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理2 2显示任意两个变量之间的关系显示任意两个变量之间的关系 示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称为李沙育示波器两个

17、偏转板上都加正弦电压时显示的图形称为李沙育（LissajousLissajous）图形，这种图形在相位和频率测量中常会用到。）图形，这种图形在相位和频率测量中常会用到。若两信号的初相相同，且在若两信号的初相相同，且在X X、Y Y方向的偏转距离相同，在荧光方向的偏转距离相同，在荧光屏上画出一条与水平轴呈屏上画出一条与水平轴呈4545度角度角的直线的直线。第22页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理2 2显示任意两个变量之间的关系（续）若两信号的初相相差若两信号的初相相差9090度，度，且在且在X X、Y Y方向的偏转距离相方向的偏转距离相同，在荧光屏上画出的图形

18、同，在荧光屏上画出的图形为圆为圆。第23页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理3扫描的概念扫描的概念 如果在X X偏转板上加一个随时间线性变化的电压，垂直偏转板不加电压，那么光点在水平方向的偏移距离为 ，比例系数Sx称为示波管的称为示波管的X X轴偏转灵敏度。轴偏转灵敏度。光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描”，能实现，能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压，光点自左向右的连续扫动扫描的锯齿波电压称为扫描电压，光点自左向右的连续扫动称为称为“扫描正程”，自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点，自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程称为的过程称为“扫描逆程扫描逆程”。第2

19、4页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理4同步的概念同步的概念（1 1）Tx=nTy(nTx=nTy(n为正整数为正整数)：荧光屏上将稳定显示n个周期的被测信号波形。n=2n=2如果扫描电压周期如果扫描电压周期TxTx与被测电压周期与被测电压周期TyTy保持保持Tx=nTyTx=nTy的关的关系，则称扫描电压系，则称扫描电压与被测电压与被测电压“同步同步”。第25页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理4同步的概念（续）同步的概念（续）（2）TxnTy y(n(n为正整数整数)，即不满足同，即不满足同步关系时，显示的步关系时，显示的

20、波形不稳定。波形不稳定。第26页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理5 5连续扫描和触发扫描连续扫描和触发扫描 扫描电压是连续的方式称为连续扫描。当欲观测脉冲信号，尤其是占空比很小的脉冲时，采用连续扫描存在一些问题：选择扫描周期等于脉冲重复周期时，难以看清脉冲波形的细节。第27页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理5 5连续扫描和触发扫描（续）连续扫描和触发扫描（续）选择扫描周期等于脉冲底宽时，观测者不易观察波形，观测者不易观察波形，而且扫描的同步很难实现。而且扫描的同步很难实现。第28页，共138页，编辑于2022年，星期一3.

21、2.2 波形显示的基本原理5连续扫描和触发扫描（续）触发扫描时，使扫描脉冲只在被测脉冲到来时才扫描一次；没有被测脉冲时，扫描发生器处于等待工作状态。第29页，共138页，编辑于2022年，星期一3.2.2 波形显示的基本原理6扫描过程的增辉扫描过程的增辉 为了使回扫产生的为了使回扫产生的波形不在荧光屏上显示，波形不在荧光屏上显示，可以设法在扫描正程期间，给示波器增辉。期间，给示波器增辉。若不增辉将产生如图的回扫线若不增辉将产生如图的回扫线若不增辉将产生如图的回扫线若不增辉将产生如图的回扫线第30页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3 通用示波器 3.3.1 通用示波器的组成 第31页，

22、共138页，编辑于2022年，星期一3.3 通用示波器3.3.2 通用示波器的垂直通道1 1输入电路：包括衰减器和输入选择开关。输入电路：包括衰减器和输入选择开关。（1）衰减器）衰减器 最佳补偿条件最佳补偿条件最佳补偿条件最佳补偿条件 ：过补偿过补偿过补偿过补偿：欠补偿：欠补偿：欠补偿：欠补偿：改变分压比的开关为示波器的垂直灵敏度粗调开关，在面板上用改变分压比的开关为示波器的垂直灵敏度粗调开关，在面板上用改变分压比的开关为示波器的垂直灵敏度粗调开关，在面板上用改变分压比的开关为示波器的垂直灵敏度粗调开关，在面板上用“V/cmV/cmV/cmV/cm”标记。标记。标记。标记。第32页，共138页

23、，编辑于2022年，星期一3.3 通用示波器（2）输入耦合方式 ll输入耦合方式设有输入耦合方式设有AC、GND、DC三档选择开关。ll观察交流信号时，置“AC”档。ll确定零电压时，置确定零电压时，置“GND”档。ll观测频率很低的信号或带有直流分量的交流信号 时，置“DC”档。档。第33页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.2 通用示波器的垂直通道2 2前置放大器 ll 前置放大器将信号适当放大，从中取出内触发信号，并具有灵敏度微调、校正、Y Y轴移位、极性反转等控制作用。ll Y前置放大器大都采用差分放大电路，输出一对平衡的前置放大器大都采用差分放大电路，输出一对平衡的交流电压

24、。若在差分电路的输入端输入不同的直流电位，交流电压。若在差分电路的输入端输入不同的直流电位，相应的相应的Y偏转板上的直流电位和波形在Y Y方向的位置也会改变。ll 可通过调节可通过调节“Y Y轴位移轴位移”旋钮，调节直流电位以改变被旋钮，调节直流电位以改变被测波形在屏幕上的位置。测波形在屏幕上的位置。第34页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.2 通用示波器的垂直通道3 3延迟线 触发扫描时，扫描的开始时间总是滞后于被观测脉触发扫描时，扫描的开始时间总是滞后于被观测脉冲一段时间，这样，脉冲的上升过程就无法被完整地显示冲一段时间，这样，脉冲的上升过程就无法被完整地显示出来。出来。左图为

25、没有延迟线时屏幕上显左图为没有延迟线时屏幕上显示的脉冲。示的脉冲。第35页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.2 通用示波器的垂直通道3 3延迟线（续）延迟线（续）ll 延迟线的作用就是把加到延迟线的作用就是把加到垂直偏转板上的脉冲信号延迟垂直偏转板上的脉冲信号延迟一段时间，以保证在屏幕上扫一段时间，以保证在屏幕上扫描出包括上升时间在内的脉冲描出包括上升时间在内的脉冲全过程。全过程。ll 延迟线的输入级需采用延迟线的输入级需采用低输出阻抗电路驱动，而低输出阻抗电路驱动，而输出级则采用低输入阻抗的输出级则采用低输入阻抗的缓冲器。缓冲器。第36页，共138页，编辑于2022年，星期一3.

26、3.2 通用示波器的垂直通道4 4Y Y输出放大器ll Y Y输出放大器是将延迟线传来的被测信号放大到足够的输出放大器是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，使电子束获得幅度，用以驱动示波管的垂直偏转系统，使电子束获得Y Y方向的满偏转。方向的满偏转。ll Y输出放大器应具有稳定的增益、较高的输入阻抗、足够宽的频带、较小的谐波失真。ll Y Y输出放大器大都采用推挽式放大器，有利于提高共模抑制比。可采用改变负反馈的方法改变放大器的增益（面板上的“55”或或“1010”开关开关 ）。）。第37页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道

27、 水平通道包括触发电路、扫描电路和水平放大器等部水平通道包括触发电路、扫描电路和水平放大器等部分，其分，其主要任务是产生随时间线性变化的扫描电压，再放大到足够的幅度，然后输出到水平偏转板，使光点在荧光屏的水平方向达到满偏转。第38页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道1 1触发电路触发电路触发电路的作用是为扫描信号发生器提供符合要求的触发电路的作用是为扫描信号发生器提供符合要求的触发脉冲。包括触发源选择、触发耦合方式选择、触发方式触发脉冲。包括触发源选择、触发耦合方式选择、触发方式选择、触发极性选择、触发电平选择和触发放大整形等电路。选择、触发极性选择、触发电

28、平选择和触发放大整形等电路。第39页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道1 1触发电路（续）触发电路（续）（1 1）触发源选择 ll内触发（INT）：将）：将Y前置放大器输出（延迟线前的被测前置放大器输出（延迟线前的被测信号）作为触发信号，适用于观测被测信号。信号）作为触发信号，适用于观测被测信号。ll外触发（EXTEXT）：用外接的、与被测信号有严格同步关系）：用外接的、与被测信号有严格同步关系的信号作为触发源，用于比较两个信号的同步关系。的信号作为触发源，用于比较两个信号的同步关系。ll电源触发（电源触发（LINE）：用50Hz的工频正弦信号作为触发源，适

29、用于观测与50Hz50Hz交流有同步关系的信号。交流有同步关系的信号。第40页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道1 1触发电路（续）触发电路（续）（2）触发耦合方式）触发耦合方式ll “DC”直流耦合：用于接入直流或缓慢变化的触发信号。ll“ACAC”交流耦合：用于观察从低频到较高频率的信号。ll“ACAC低频抑制低频抑制”耦合：用于观察含有低频干扰的信号。ll “HF REJHF REJ”高频抑制耦合：用于抑制高频成分的耦合。第41页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道1 1触发电路（续）（3 3）扫描触发方式选择（）扫描

30、触发方式选择（TRIG MODE）常态（NORM）触发方式：指有触发源信号并产生了有效的触发脉冲时，荧光屏上才有扫描线。自动（AUTOAUTO）触发方式：有连续扫描锯齿波电压输出，）触发方式：有连续扫描锯齿波电压输出，荧光屏上总能显示扫描线。荧光屏上总能显示扫描线。电视（TV）触发方式：是在原有放大、整形电路基础）触发方式：是在原有放大、整形电路基础上插入电视同步分离电路实现的，以便对电视信号（如行、上插入电视同步分离电路实现的，以便对电视信号（如行、场同步信号）进行监测与电视设备维修。场同步信号）进行监测与电视设备维修。第42页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水

31、平通道1 1触发电路（续）（4 4）触发极性选择和触发电平调节）触发极性选择和触发电平调节ll 触发极性和触发电平决定触发脉冲产生的时刻，并决定被显示信号的起始点。ll 触发极性是指触发点位于触发源信号的上升沿还是下触发极性是指触发点位于触发源信号的上升沿还是下降沿。降沿。ll 触发电平是指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出触发电平是指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出电压的瞬时值。电压的瞬时值。第43页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道（4 4）触发极性选择和触发电平调节）触发极性选择和触发电平调节第44页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.

32、3 通用示波器的水平通道1触发电路（续）（5 5）放大整形电路）放大整形电路 ll 放大整形电路的作用是放大整形电路的作用是对触发信号进行放大、整形，以对触发信号进行放大、整形，以满足触发信号的要求。满足触发信号的要求。ll 整形电路的基本形式是电压比较器，当输入的触发源信号与通过“触发极性触发极性”和和“触发电平触发电平”选择的信号之差达到某一设定值时，比较电路翻转，输出矩形波，然后经过微分整形，变成触发脉冲。第45页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道2 2扫描发生器环扫描发生器环 ll 扫描发生器环又叫时基电路，常由积分器、扫描闸门及比较释抑电路组成。第

33、46页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道2 2扫描发生器环（续）闸门电路产生快速上升或下降的闸门信号，闸门信号启动扫描发生器工作，产生锯齿波电压，同时把闸门信号送到增辉电路，以便在扫描正程加亮扫描的光迹。释抑电路起到了稳定扫描锯齿波的形成、防止干扰和释抑电路起到了稳定扫描锯齿波的形成、防止干扰和误触发的作用，确保每次扫描都在触发源信号的同样的误触发的作用，确保每次扫描都在触发源信号的同样的起始电平上开始以获得稳定的图象。起始电平上开始以获得稳定的图象。第47页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道2扫描发生器环（续）扫描发生器

34、环（续）（1 1）扫描方式选择：包括连续扫描和触发扫描。）扫描方式选择：包括连续扫描和触发扫描。（2）扫描门）扫描门 1）控制积分器扫描。2）起正程加亮作用。）起正程加亮作用。3 3）使双踪示波器工作于交替状态。第48页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道2扫描发生器环（续）扫描发生器环（续）（2）扫描门）扫描门常用的闸门电路有常用的闸门电路有双稳态、施密特触双稳态、施密特触发器和隧道二极发器和隧道二极管整形电路。右图管整形电路。右图为施密特触发器构成的闸门电路。第49页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道2 2扫描发生器环（

35、续）（3）积分器 密勒（密勒（MillerMiller）积分器是通用示波器中应用最广的一种积分）积分器是通用示波器中应用最广的一种积分电路。电路。第50页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道2 2扫描发生器环（续）（3 3）积分器）积分器ll 积分器产生的锯齿波电压被送入X X放大器中放大，再加放大器中放大，再加至水平偏转板。至水平偏转板。ll 荧光屏上单位长度所代表的时间为示波器的扫描速度荧光屏上单位长度所代表的时间为示波器的扫描速度 （t/cm），x：光迹在水平方向偏转的距离；t：偏转：偏转x x距离所对应的时间。距离所对应的时间。ll 在示波器中通常改变

36、R或或C C值作为值作为“扫描速度扫描速度”粗调，粗调，用改变用改变E值作为值作为“扫描速度扫描速度”微调。第51页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道2 2扫描发生器环（续）（4）比较和释抑电路）比较和释抑电路 ll 在比较电路中，输入电压与预置的参考电平进行比较，在比较电路中，输入电压与预置的参考电平进行比较，当输入电压等于预置的参考电平时，输出端电位产生跳变，当输入电压等于预置的参考电平时，输出端电位产生跳变，并把它作为控制信号输出。它决定扫描的终止时刻。并把它作为控制信号输出。它决定扫描的终止时刻。ll 释抑电路在扫描逆程开始后，关闭或抑制扫描闸门，使

37、释抑电路在扫描逆程开始后，关闭或抑制扫描闸门，使“抑制”期间扫描电路不再受到同极性触发脉冲的触发。第52页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道2 2扫描发生器环（续）扫描发生器环（续）（4 4）比较和释抑电路）比较和释抑电路 ll 比较和释抑电路与扫描门、积分器构成一个闭合的扫描发生器环。ll 扫描门的输入接受三个方面的信号：扫描门的输入接受三个方面的信号：“稳定度”电位器电位器提供的直流电位；来自释抑电路的释抑信号；来自触发电提供的直流电位；来自释抑电路的释抑信号；来自触发电路的触发脉冲。路的触发脉冲。1 1）触发扫描过程：）触发扫描过程：第53页，共138

38、页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道2扫描发生器环（续）（4 4）比较和释抑电路）比较和释抑电路 第54页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道2扫描发生器环（续）扫描发生器环（续）（4 4）比较和释抑电路2）连续扫描。）连续扫描。ll 在此扫描方式下，通过“稳定度稳定度”调节，使闸门电路调节，使闸门电路的静态工作电平高于上触发电平的静态工作电平高于上触发电平E1，则不论是否有触发脉冲，扫描闸门都将输出闸门信号。ll 扫描闸门仍然受比较和释抑电路的控制，以控制扫描正程的结束，从而实现扫描电压和被测电压的同步。第55页，共138页，编辑于2

39、022年，星期一3.3.3 通用示波器的水平通道3 3水平放大器 ll 其基本作用是选择X X轴信号，并将其放大到足以使光点轴信号，并将其放大到足以使光点在水平方向达到满偏的程度。在水平方向达到满偏的程度。ll X放大器的输入端置于放大器的输入端置于“内内”时，时，X X放大器放大扫描信号；置于“外外”时，水平放大器放大由面板上时，水平放大器放大由面板上X X输入端直接输入的信号。第56页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.4 通用示波器的其他电路 1 1高、低压电源高、低压电源 分别用于示波器的高、中压和直流供电。分别用于示波器的高、中压和直流供电。2 2Z轴的增辉与调辉轴的增辉与

40、调辉 增辉：将闸门信号放大，使显示的波形正程加亮。调辉：加外调制信号或时标信号，使屏幕显示的波形发生相应地变化。3校准信号发生器 可产生幅度和频率准确的基准方波信号，为仪器本身提供校准信号源。第57页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.5 示波器的多波形显示 1 1多线示波 ll 利用多枪电子管来实现的。ll 测试时各通道、各波形之间产生的交叉干扰可以减少或测试时各通道、各波形之间产生的交叉干扰可以减少或消除，可获得较高的测量准确度。消除，可获得较高的测量准确度。2多踪示波 在单线示波的基础上增加了电子开关，利用分时复用的原理，分别把多个垂直通道的信号轮流接到Y Y偏转板上，最终实现

41、多个波形的同时显示。第58页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.5 示波器的多波形显示2 2多踪示波“Y1Y1”通道（通道（CH1）、）、“Y2”通道（通道（CH2）和叠加方式（CH1+CH2）都只显示一个波形。第59页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.5 示波器的多波形显示2 2多踪示波（续)交替方式（ALT）：适合于观察高频信号。第60页，共138页，编辑于2022年，星期一3.3.5 示波器的多波形显示2多踪示波（续)断续方式（CHOP）：适用于被测信号频率较低的情况。第61页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4 取样示波器 3.4.1 概述概述 1取样的基

42、本概念取样的基本概念ll取样就是从被测波形上取得样点的过程。取样就是从被测波形上取得样点的过程。ll取样分为实时取样和非实时取样两种。取样分为实时取样和非实时取样两种。ll从一个信号波形中取得所有取样点，来表示一个信号波从一个信号波形中取得所有取样点，来表示一个信号波形的方法称为实时取样。形的方法称为实时取样。ll从被测信号的许多相邻波形上取得样点的方法称为非实从被测信号的许多相邻波形上取得样点的方法称为非实时取样，或称为等效取样。时取样，或称为等效取样。第62页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.1 概述1 1取样的基本概念实时取样示意图 第63页，共138页，编辑于2022年，星

43、期一3.4.1 概述1 1取样的基本概念取样的基本概念非实时取样示意图非实时取样示意图第64页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.1 概述2取样原理 ll 核心电路取样保持器示意图核心电路取样保持器示意图ll两个取样脉冲的时间间隔为 ，由于波形包络所经历的时间变长了，故可用低频示波器显示较高频率的信号。第65页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.1 概述2 2取样原理（续）取样原理（续）ll步进间隔步进间隔t与信号最高频率与信号最高频率f fh应满足取样定理应满足取样定理ll非实时采样只适用于周期性信号。ll顺序进行的取样称为顺序取样；否则称为随机取样。顺序进行的取样称为顺

44、序取样；否则称为随机取样。第66页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.1 概述3 3 显示原理显示原理 ll顺序取样示波器中的水平扫描信号为阶梯波电压，阶梯持续时间，顺序取样示波器中的水平扫描信号为阶梯波电压，阶梯持续时间，阶梯数对应屏幕上显示的不连续的光点数。阶梯数对应屏幕上显示的不连续的光点数。第67页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.2 取样示波器的组成及工作原理 1.取样示波器的基本框图第68页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.2 取样示波器的组成及工作原理2.2.取样示波器的垂直通道垂直通道由延迟线、延长门和垂直通道由延迟线、延长门和Y Y放大器等电

45、路组成，放大器等电路组成，最关键的电路是取样电路，它产生正比于取样值的阶梯电最关键的电路是取样电路，它产生正比于取样值的阶梯电压。下图为常用的闭环取样电路组成框图。压。下图为常用的闭环取样电路组成框图。第69页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.2 取样示波器的组成及工作原理2.2.取样示波器的垂直通道（续）取样示波器的垂直通道（续）ll 第一个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被测信第一个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被测信号对取样电容号对取样电容Cs充电；充电；ll 然后该电压被送到交流放大器A A放大，在延长门闭合期间对保持电容Cm充电；充电；ll 最后保持电压经过反馈电路

46、送回取样电容Cs，故取，故取样电容样电容Cs上最终得到的电压为上最终得到的电压为 （K为取样门的传输为取样门的传输函数）。函数）。ll 若kA=1kA=1，则取样电路的输出电压值正比于输入电压的取样值。第70页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.2 取样示波器的组成及工作原理2.取样示波器的垂直通道（续）取样示波器的垂直通道（续）ll第二个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被测信号与cs s上的电压ui1i1之差给取样电容Cs充电，充电的电充电，充电的电压值经过传递系数压值经过传递系数K和增益A A后，将在保持电容上与前一次的输出信号叠加，得到u uo2o2为ll取样电路的输出是由离

47、散的、与被测信号成正比的阶梯波构成的。第71页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.2 取样示波器的组成及工作原理3.取样示波器的水平通道llX通道主要包括触发、放大、分频单元、快斜波发生器、通道主要包括触发、放大、分频单元、快斜波发生器、比较器、阶梯波发生器和比较器、阶梯波发生器和X放大器。放大器。ll下图为阶梯波发生器框图：第72页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.2 取样示波器的组成及工作原理3.取样示波器的水平通道（续）图示波形说明了步进脉冲发生器的工作过程图示波形说明了步进脉冲发生器的工作过程第73页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.2 取样示波器的组

48、成及工作原理4.4.取样示波器的主要参数取样示波器的主要参数（1 1）取样示波器的带宽ll要提高取样示波器的带宽，取样门用元件的高频特性要要提高取样示波器的带宽，取样门用元件的高频特性要足够好；其次取样脉冲本身要足够窄。足够好；其次取样脉冲本身要足够窄。ll取样脉冲通常有两种形式：规则脉冲和尖三角脉冲。ll取样门的最高工作频率为取样门的最高工作频率为（为取样脉冲底宽），即与取样脉冲底边的宽度成反比。第74页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.2 取样示波器的组成及工作原理4.取样示波器的主要参数（续）（2 2）取样密度）取样密度 ll指电路扫描时，在示波器屏幕X轴上显示的被测信号每格

49、所对应的取样点数，常用每厘米的光点数来表示。ll屏幕上的光点总数为屏幕上的光点总数为 （U Us为X X方向最大偏转电压；us为阶梯波每级上升的电压）。ll使使Us s变小，可使总点数增加，即取样密度变大；但取样点过多可能导致波形闪烁。第75页，共138页，编辑于2022年，星期一3.4.2 取样示波器的组成及工作原理4.4.取样示波器的主要参数（续）取样示波器的主要参数（续）（3 3）等效扫速）等效扫速 ll等效扫速定义为被测信号经历时间与水平方向展宽的距离比。等效扫速定义为被测信号经历时间与水平方向展宽的距离比。ll在取样示波器中，虽然在屏幕上显示在取样示波器中，虽然在屏幕上显示n n个亮

50、点需要个亮点需要n n（mT+tmT+t）的时间，但它等效于被测信号经过了的时间，但它等效于被测信号经过了ntnt的时间。的时间。U Us s为为X X方向最大偏转电压；方向最大偏转电压；N N为为X X轴偏轴偏转格数；为快斜波的斜率。转格数；为快斜波的斜率。第76页，共138页，编辑于2022年，星期一3.5 波形存储及显示技术 3.5.1 3.5.1 波形模拟存储技术和记忆波形模拟存储技术和记忆模拟记忆示波器是利用记忆示波管的波形记忆（存储）特性实现波模拟记忆示波器是利用记忆示波管的波形记忆（存储）特性实现波形较长时间的存储形较长时间的存储 ，其核心是记忆示波管：，其核心是记忆示波管：第7