示波器原理和应用.pptx

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1、示波器结构培训内容相对比较多,也比较难一点.这些都是让大家对示波器有一个大概的了解.下一次培训会针对现场的仪器进行操作演示,那时候你会觉的其实它也很简单的第1页/共37页主要内容简介 一、示波器概述 1.示波器的概念 2.示波器的分类 3.示波器的组成 4.示波管(CRT)二、示波器电路分析 1.示波器的组成电路 2.垂直通道(Y)3.水平通道(X)4.标准信号发生器 5.多波形显示三、示波器的应用 1.通用示波器的主要技术指标 2.示波器使用注意事项 3.示波器的基本测试方法第2页/共37页u全称“电子示波器”，是一种能够显示电信号瞬时值和信号波形(图像)的电子测量仪器。u利用示波器我们能够

2、观察到信号波形的全貌以及信号随时间的变化规律。u能方便地测出信号的幅度、频率、周期、相位、脉宽等参数。u利用X-Y功能可以 测量两个输入信号的时间和相位关系u尽管示波器的测量是基于电压值进行的但它不同于电压表 区别：1、电压表只能对一个信号进行测量；而示波器能同时测量两个 或者多个信号。2、电压表不能给出有关信号形状的信息；而示波器则能以图形 的方式显示信号随时间变化的历史情况 一、示波器概念示波器概述第3页/共37页二、示波器的分类1、按技术原理可分为：模拟式通用示波器模拟式通用示波器数字式数字存储示波器（采用数字式数字存储示波器（采用A/DA/D、DSPDSP技术）技术）2、按带宽（BW)

3、bandwidth 可分为：中、低档示波器中、低档示波器 60MHz60MHz以下以下高档示波器高档示波器 60MHz 300MHz 60MHz 300MHz 更高档示波器更高档示波器 1 12 GHz2 GHz第4页/共37页 三、示波器组成垂直通道（垂直通道（Y)Y)水平通道（水平通道（X)X)显示屏显示屏电源电源n n其组成其组成：Y通道信号输入信号输入（signal signal input)input)X通道第5页/共37页第6页/共37页第7页/共37页n n1 1、Y Y通道通道：其组成：探头、衰减器、前置放大器、延迟线、输出放大器其功能：对信号进行不失真的线性放大，使之达 到一

4、定电平，驱动电子束在示波管内作 垂直偏转。n n2 2、X X通道通道：其组成：触发电路、时基电路、水平输出放大器其功能：产生与被测信号相适应的随时间成线性 变化的扫描锯齿波，这个锯齿波经放大 加到水平偏转板上，使电子束产生水 平扫描。第8页/共37页n n3 3、显示屏、显示屏：组成：示波管（阴极射线管）CRT功能：显示被测信号波形显示方式：以光点和光栅方式为主给示波器各电路提供各档稳定的直流电压。给示波器各电路提供各档稳定的直流电压。n n4 4、电源：、电源：第9页/共37页四、示波管n n组成组成：1、电子枪2、静电偏转板3、荧光屏n n作用：将被测信号电压变成发光的图像，显示在荧光屏

5、上。作用：将被测信号电压变成发光的图像，显示在荧光屏上。第10页/共37页0V0V-1 1K Kv v辅助聚焦调节辅助聚焦调节电子枪电子枪亮度调节亮度调节聚焦调节聚焦调节阴极阴极K K第一栅极第一栅极G1G1第二栅极第二栅极G1G1第一阳极第一阳极A1A1第二阳极第二阳极A2A2Y2Y2偏转系统偏转系统Y1Y1X2X2X1X1荧光屏荧光屏+15Kv+15Kv后加速极后加速极CRT构造图第11页/共37页1、电子枪uu灯丝灯丝F F：加热阴极：加热阴极uu阴极阴极K K：发射电子发射电子uu第一栅极第一栅极G1:G1:调节示波器的亮度（调节示波器的亮度（intensity)intensity)作

6、为作为Z Z轴。轴。uu第二栅极第二栅极G2:G2:减小亮度调节和聚焦调节的影响。减小亮度调节和聚焦调节的影响。uu第一阳极第一阳极A1A1：uu第二阳极第二阳极A2A2：A1A1和和A2A2构成电子透镜，起聚焦作用构成电子透镜，起聚焦作用（focus)focus)uu第三阳极第三阳极A3A3：使电子束有较大的能量轰击荧光屏。：使电子束有较大的能量轰击荧光屏。第12页/共37页2、偏转系统n n静电偏转与电子束偏转规律静电偏转与电子束偏转规律偏转方式：静电偏转：以光点为基础显示波形磁偏转：以光栅为基础显示图形y=(sL)/(2bUa)Uyy=(sL)/(2bUa)UyA2A2L Lb bUyU

7、yS Sy yUaUa第13页/共37页当示波器设计好后，当示波器设计好后，L L、b b、s s均固定，均固定，UaUa不变不变 所以所以 y=hy Uy y=hy Uy hyhy称为示波器的偏转因数，单位称为示波器的偏转因数，单位cm/Vcm/VDy=1/hy,Dy=1/hy,称为示波器的偏转灵敏度，单位称为示波器的偏转灵敏度，单位V/cmV/cmDyDy越小，示波器越灵敏。越小，示波器越灵敏。n n磁偏转（了解）磁偏转（了解）第14页/共37页3、荧光屏n n当电子轰击时，能将动能转化为光能，形成亮点。当电子轰击时，能将动能转化为光能，形成亮点。n n余辉时间：从电子束移去到光点亮度下降

8、为原始值的余辉时间：从电子束移去到光点亮度下降为原始值的1010所延所延 续的时间。续的时间。n n频率越高，应选用余辉时间短的荧光物质频率越高，应选用余辉时间短的荧光物质n n避免光束长期停留在一点。避免光束长期停留在一点。第15页/共37页UxUx五、显示原理1、光点显示原理UyUy第16页/共37页UyUyUxUx第17页/共37页2、扫描与信号的同步示波器上能够显示稳定信号波形的条件：Tn=n*Ts当Tn Ts 时，感觉波形从右向左移动当Tn Ts 时，感觉波形从左向右移动UyUyTn=2 TsTn 1.5 Ts第18页/共37页3、扫描-时间基线n n时间基线：荧光屏上代表时间的水平

9、亮线时间基线：荧光屏上代表时间的水平亮线n n锯齿波电压：能使亮点沿水平轴作匀速运动。锯齿波电压：能使亮点沿水平轴作匀速运动。n n触发扫描：只有当触发信号加入时，水平扫描电路才有输出触发扫描：只有当触发信号加入时，水平扫描电路才有输出n n连续扫描连续扫描:a:a、接通电源后，即能输出具有一定幅度和周期的、接通电源后，即能输出具有一定幅度和周期的 连续扫描信号连续扫描信号 b b、适合与观察稳定的随时间连续变化的波形、适合与观察稳定的随时间连续变化的波形 第19页/共37页UyUyUxUxn n光栅显示原理（了解）光栅显示原理（了解）n n平板显示原理（了解）平板显示原理（了解）4、X-Y图

10、示仪第20页/共37页一、组成电路：示波器电路分析输入衰减器Y输出放大器前置放大器延迟线内触发内触发触发电路扫描发生器X输入放大器外触发外触发外输入外输入内输入内输入电源标准信号发生器五部分：垂直通道、水平通道、示波管、电源、标准信号发生器第21页/共37页二：垂直通道1 1、对、对Y Y通道的要求：通道的要求：a a、高增益、高增益 b b、足够高的而不失真的输出、足够高的而不失真的输出 c c、输入阻抗高、输入阻抗高2 2、探头、探头 作用：便于直接在被测源上探测信号和提高示波器的输入阻作用：便于直接在被测源上探测信号和提高示波器的输入阻抗，从而展宽示波器的实际使用频带。抗，从而展宽示波器

11、的实际使用频带。按电路原理分为：有源探头 无源探头按功能分为：电压探头电流探头第22页/共37页分压式无源探头电路R电缆带有阻抗匹配网络的分压式无源探头电路 探头R电缆探头匹配网络第23页/共37页3 3、衰减器、衰减器 作用：用来衰减输入信号，以保证显示在屏上的信号不致因过作用：用来衰减输入信号，以保证显示在屏上的信号不致因过 大而失真。大而失真。UiU0C2C1R1R24 4、延迟线、延迟线 作用：保证能够在屏幕上扫描出脉冲的全过程。作用：保证能够在屏幕上扫描出脉冲的全过程。5 5、Y Y放大器放大器 “倍率倍率”:*1 ,*5:*1 ,*5改变分压比的开关即为示波器改变分压比的开关即为示

12、波器灵灵敏度粗调开关敏度粗调开关第24页/共37页三：水平通道释抑电路触发输入耦合电路触发输入放大器触发信号发生器闸门电路扫描电压发生器水平放大器内触发外触发触发电路扫描电路放大电路第25页/共37页1 1、触发电路、触发电路 作用：产生周期与被测信号有关的触发脉冲作用：产生周期与被测信号有关的触发脉冲n n触发源：内、外、电源三种触发方式触发源：内、外、电源三种触发方式n n触发耦合方式：触发耦合方式：a a、DCDC耦合方式耦合方式 b b、ACAC耦合方式耦合方式 c c、低频抑制、低频抑制 d d、HFHF高频耦合高频耦合功能控制：功能控制：n n触发极性选择：上升沿（正极性）、下降沿

13、（负极性）触发极性选择：上升沿（正极性）、下降沿（负极性）n n触发电平调节：正电平、负电平触发电平调节：正电平、负电平第26页/共37页2 2、扫描电路、扫描电路 作用：产生扫描锯齿信号，也可以做到扫描信号与被测信号同步作用：产生扫描锯齿信号，也可以做到扫描信号与被测信号同步n n闸门电路：产生门控信号。闸门电路：产生门控信号。a a、连续扫描、连续扫描 b b、触发扫描、触发扫描n n扫描电压发生器：产生锯齿波电压扫描电压发生器：产生锯齿波电压n n释抑电路：复位功能释抑电路：复位功能 3 3、X X放大器放大器 扳至扳至“内内”，放大扫描信号，放大扫描信号 扳至扳至“外外”，放大由，放大

14、由X X输入端直接输入的信号（输入端直接输入的信号（X-YX-Y图示仪）图示仪）第27页/共37页四、标准信号发生器五、多波形显示n n产生一个固定频率和幅度，并具有较高准确度的内部信产生一个固定频率和幅度，并具有较高准确度的内部信号源，利用该信号来校准水平系统和垂直系统的灵敏度号源，利用该信号来校准水平系统和垂直系统的灵敏度n n多线显示多线显示:a:a、具有多个相互独立的电子束、具有多个相互独立的电子束 b b、Y Y通道相互独立通道相互独立n n多踪显示：含有多个垂直通道和一个电子开关多踪显示：含有多个垂直通道和一个电子开关 根据开关信号的转换速率分为：根据开关信号的转换速率分为：a a

15、、交替方式（、交替方式（ALTALT）b b、短续方式、短续方式（CHOP)CHOP)n n双时基扫描双时基扫描:含两个独立的触发和扫描电路含两个独立的触发和扫描电路用途：用途：1 1、观察多个信号、观察多个信号 2 2、观察一个信号的不同部分、观察一个信号的不同部分方法：方法：第28页/共37页示波器的应用一、示波器的主要技术指标n n1 1、带宽（、带宽（BWBW）定义：示波器在屏幕上能以不低于真实信号定义：示波器在屏幕上能以不低于真实信号3dB3dB的幅度来的幅度来 显示信号的最高频率。显示信号的最高频率。计算：计算：3dB=20log(Vdisp/Vinput)3dB=20log(Vd

16、isp/Vinput)即即 Vdisp=0.71VinputVdisp=0.71Vinput所以，所以，3dB3dB点的频率就是示波器所显示的信号幅度点的频率就是示波器所显示的信号幅度“VdispVdisp”为示为示波波 器输入器输入 端真实信号值端真实信号值“VinputVinput”的的7070的信号频率。的信号频率。n n2 2、上升时间（、上升时间（tr tr）定义：在定义：在Y Y通道加一理想阶跃信号，显示屏上显示波形从通道加一理想阶跃信号，显示屏上显示波形从 稳定幅度的稳定幅度的1010上升到上升到9090所需的时间。所需的时间。计算：计算：tr(tr(微秒微秒)=0.35/BW(

17、MHz)=0.35/BW(MHz)为产生不明显的测量误差，一般，为产生不明显的测量误差，一般，tr1/3tr1/3被测信号上升时间被测信号上升时间第29页/共37页n n3 3、扫描速度、扫描速度定义定义：光点的水平移动速度。：光点的水平移动速度。cm/scm/s、div/sdiv/s 反映了示波器在水平方向展开信号的能力。反映了示波器在水平方向展开信号的能力。应用应用：高速瞬变信号或高频连续信号：高速瞬变信号或高频连续信号高速水平的扫描高速水平的扫描 低频慢变化信号低频慢变化信号慢扫描慢扫描 时间因数时间因数1/1/扫描速度，单位：扫描速度，单位：s/divs/div、s/cm s/cm n

18、 n4 4、偏转灵敏度、偏转灵敏度定义定义：光点在屏幕上移动：光点在屏幕上移动1cm1cm或或1div1div所需的电压。所需的电压。mv/cmmv/cm、mv/divmv/div 反映了示波器观察微弱信号的能力。反映了示波器观察微弱信号的能力。还有连续微调（负反馈）装置。还有连续微调（负反馈）装置。偏转因数偏转因数1/1/偏转灵敏度，单位：偏转灵敏度，单位：cm/mvcm/mv、div/mv div/mv 第30页/共37页n n5 5、输入阻抗、输入阻抗 相当于电容和电阻的并联相当于电容和电阻的并联 测量高频信号时要考虑电容影响测量高频信号时要考虑电容影响例如例如:30MHz 30MHz的

19、示波器：的示波器：1M1M欧姆左右；欧姆左右；小于小于30PF30PF 100MHz 100MHz的示波器：的示波器：1M1M欧姆左右；小于欧姆左右；小于22PF 22PF n n6 6、扫描方式：连续、触发、双时基、扫描方式：连续、触发、双时基n n7 7、触发特性：内、外、电源、触发特性：内、外、电源 选用示波器最主要是：选用示波器最主要是：BWBW是被测信号最高频率分量的是被测信号最高频率分量的3 35 5倍倍 即被测信号上升时间是仪器上升时间的即被测信号上升时间是仪器上升时间的3 35 5倍倍第31页/共37页二、示波器使用注意事项n n1 1、检查电源电压是否符合要求、检查电源电压是

20、否符合要求n n2 2、确保所用的保险丝是制定的型号、确保所用的保险丝是制定的型号n n3 3、辉度不可以过亮、辉度不可以过亮n n4 4、防止直接加到示波器输入端或探头输入端上的电压超过所、防止直接加到示波器输入端或探头输入端上的电压超过所 规定的范围（规定的范围（P-PP-P值）值）第32页/共37页三、示波器的基本测试方法n n1 1、电压测、电压测量量直流电压测量步骤：直流电压测量步骤：a a、将待测信号送至（、将待测信号送至（CH1CH1或或CH2)CH2)输入端输入端b b、将输入耦合开关（、将输入耦合开关（AC-GND-DC)AC-GND-DC)扳至扳至“GNDGND”位置，显示

21、方式置位置，显示方式置“AUTOAUTO”c c、旋转、旋转“扫描速度扫描速度”开关和辉度旋钮，使荧光屏上显示一条亮度适中的时基线开关和辉度旋钮，使荧光屏上显示一条亮度适中的时基线d d、调节示波器的垂直位移旋钮，使得时基线于一水平刻度线重合，此线的位置、调节示波器的垂直位移旋钮，使得时基线于一水平刻度线重合，此线的位置作为零电平参考基准线作为零电平参考基准线e e、把输入耦合开关置于、把输入耦合开关置于“DCDC”位置，垂直微调旋钮置位置，垂直微调旋钮置“CALCAL”位置（顺时针到位置（顺时针到头），此时就可以在荧光屏上按刻度进行读数了头），此时就可以在荧光屏上按刻度进行读数了 U=U=偏

22、转刻度数偏转刻度数 偏转灵敏度偏转灵敏度第33页/共37页交流电压测量步骤：交流电压测量步骤：a a、将待测信号送至（、将待测信号送至（CH1CH1或或CH2)CH2)输入端输入端b b、把输入耦合开关置于、把输入耦合开关置于“ACAC”位置位置c c、调整垂直灵敏度开关（、调整垂直灵敏度开关（V/div)V/div)于适当位置，垂直微调旋钮置于适当位置，垂直微调旋钮置“CALCAL”位置位置（顺时针到头）。（顺时针到头）。d d、分别调整水平扫描速度开关和触发同步系统的有关开关，使荧光屏上能显示、分别调整水平扫描速度开关和触发同步系统的有关开关，使荧光屏上能显示 一个周期以上的稳定波形一个周

23、期以上的稳定波形e e、计算、计算P-PP-P值值 U=U=峰值偏转刻度数峰值偏转刻度数 偏转灵敏度偏转灵敏度第34页/共37页n n2 2、时间测量、时间测量时间间隔测量步骤时间间隔测量步骤：a a、将待测信号送至（、将待测信号送至（CH1CH1或或CH2)CH2)输入端输入端b b、调整垂直灵敏度开关（、调整垂直灵敏度开关（V/div)V/div)于适当位置，使荧光屏上显示的波形幅度适中于适当位置，使荧光屏上显示的波形幅度适中c c、选择适当的扫描速度，并将扫描微调置、选择适当的扫描速度，并将扫描微调置“校准校准”位置，使被测信号的周期占位置，使被测信号的周期占有较多的格数有较多的格数d

24、d、调整、调整“触发电平触发电平”或触发选择开关，显示出清晰、稳定的信号波形或触发选择开关，显示出清晰、稳定的信号波形e e、记录被测两点间的距离（格数、记录被测两点间的距离（格数)被测两点时间间隔被测两点时间间隔t/div t/div 格数格数第35页/共37页脉冲上升、下降沿时间测量步骤：脉冲上升、下降沿时间测量步骤：a a、将待测信号送至（、将待测信号送至（CH1CH1或或CH2)CH2)输入端输入端b b、调整垂直灵敏度开关（、调整垂直灵敏度开关（V/div)V/div)于适当位置，使荧光屏上显示的波形幅度适中于适当位置，使荧光屏上显示的波形幅度适中c c、将、将“扫描速度扫描速度”置

25、于某快一些的档级，并将扫描微调置置于某快一些的档级，并将扫描微调置“校准校准”位置，将脉位置，将脉冲信号的前、后沿充分展开冲信号的前、后沿充分展开d d、仔细调节、仔细调节“垂直灵敏度垂直灵敏度”开关和开关和“垂直位移垂直位移”旋钮，使屏幕上所显示的波形旋钮，使屏幕上所显示的波形能方便地确定波形幅度的能方便地确定波形幅度的1010和和9090的位置。的位置。e e、记录格数，算时间、记录格数，算时间注意：这里的所测的上升时间并不等于脉冲本身真正的上升时间，这是因为示波注意：这里的所测的上升时间并不等于脉冲本身真正的上升时间，这是因为示波器本身还有上升时间器本身还有上升时间信号实际上升时间的平方显示上升时间的平方示波器本身上升时间的平方信号实际上升时间的平方显示上升时间的平方示波器本身上升时间的平方 第36页/共37页感谢您的观看！第37页/共37页