第7章-信号波形测量.ppt
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1、第第7 7章章 信号波形测量信号波形测量 7.1 7.1 概述概述 7.2 CRT7.2 CRT显示原理显示原理 7.3 7.3 通用示波器通用示波器 7.47.4 波形存储及显示技术波形存储及显示技术 7.57.5 示波器的基本测试技术示波器的基本测试技术 7.1 7.1 概述概述7.1.1 7.1.1 示波器的分类示波器的分类 根据示波器对信号的处理方式的不同可分为模拟、根据示波器对信号的处理方式的不同可分为模拟、根据示波器对信号的处理方式的不同可分为模拟、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:数字两大类:数字两大类:数字两大类:1 1 1 1 模拟示波器模拟示波器模拟示
2、波器模拟示波器采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。2 2 2 2 数字示波器数字示波器数字示波器数字示波器对信号进行数字化处理后再显示。对信号进行数字化处理后再显示。对信号进行数字化处理后再显示。对信号进行数字化处理后再显示。1 1 模拟示波器模拟示波器u模拟示波器可分为通用示波器、记忆示波器和专模拟示波器可分为通用示波器、记忆示波器和专模拟示波器可分为通用示波器、记忆示波器和专模拟示波器可分为通用示波器、记忆示波器和专用示波器等。用示波器等。用示波器等。用示波器等。u通用示波器
3、采用单束示波管,又可分为单踪、双通用示波器采用单束示波管,又可分为单踪、双通用示波器采用单束示波管,又可分为单踪、双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。踪、多踪示波器。踪、多踪示波器。踪、多踪示波器。u记忆示波器采用有记忆功能的示波管,实现模拟记忆示波器采用有记忆功能的示波管,实现模拟记忆示波器采用有记忆功能的示波管,实现模拟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。信号的存储、记忆和反复显示。信号的存储、记忆和反复显示。信号的存储、记忆和反复显示。u专用示波器是能够满足特殊用途的示波器,又称专用示波器是能够满足特殊用途的示波器,又称专用示波器
4、是能够满足特殊用途的示波器,又称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。特种示波器。特种示波器。特种示波器。2 2 数字示波器数字示波器u数字示波器将输入信号数字化(时域取样和幅度数字示波器将输入信号数字化(时域取样和幅度数字示波器将输入信号数字化(时域取样和幅度数字示波器将输入信号数字化(时域取样和幅度量化)后,经由量化)后,经由量化)后,经由量化)后,经由D/AD/AD/AD/A转换器再重建波形。转换器再重建波形。转换器再重建波形。转换器再重建波形。u数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功能,又数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功能,又数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功能,又
5、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。称为数字存贮示波器。称为数字存贮示波器。称为数字存贮示波器。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第5页7.1.2 7.1.2 主要技术指标主要技术指标 1 1 1 1频带宽度频带宽度频带宽度频带宽度BW(DC-GHBW(DC-GHBW(DC-GHBW(DC-GHz z z z)示波器的频带宽度示波器的频带宽度示波器的频带宽度示波器的频带宽度BWBWBWBW一般指一般指一般指一般指Y Y Y Y通道的频带宽度。通道的频带宽度。通道的频带宽度。通道的频带宽度。2 2 2 2扫描速度扫描速度扫描速度扫描速度扫描速度是指荧光屏上
6、单位时间内光点水平移扫描速度是指荧光屏上单位时间内光点水平移扫描速度是指荧光屏上单位时间内光点水平移扫描速度是指荧光屏上单位时间内光点水平移动的距离,单位为动的距离,单位为动的距离,单位为动的距离,单位为“cm/scm/scm/scm/s”。也可表示为。也可表示为。也可表示为。也可表示为“cm/divcm/divcm/divcm/div”。扫描速度的倒数称为扫描速度的倒数称为扫描速度的倒数称为扫描速度的倒数称为“时基因素时基因素时基因素时基因素”,单位为,单位为,单位为,单位为“s-s-s-s-s s s s /div/div/div/div”,”,”,”,通常按通常按通常按通常按“1 1 1
7、 1、2 2 2 2、5 5 5 5”的顺序分成很多档。的顺序分成很多档。的顺序分成很多档。的顺序分成很多档。u3 3 3 3偏转因素偏转因素偏转因素偏转因素光点在荧光屏上的垂直(光点在荧光屏上的垂直(光点在荧光屏上的垂直(光点在荧光屏上的垂直(Y Y Y Y)方向移动)方向移动)方向移动)方向移动1cm1cm1cm1cm(即(即(即(即1 1 1 1格)所需的电压值,单位为格)所需的电压值,单位为格)所需的电压值,单位为格)所需的电压值,单位为“V/cmV/cmV/cmV/cm”、“mV/cmmV/cmmV/cmmV/cm”(或(或(或(或“V/divV/divV/divV/div”、“mV
8、/divmV/divmV/divmV/div”)。)。)。)。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第6页7.1.27.1.2 主要技术指标主要技术指标u4 4 4 4输入阻抗输入阻抗输入阻抗输入阻抗当被测信号接入示波器时,输入阻抗当被测信号接入示波器时,输入阻抗当被测信号接入示波器时,输入阻抗当被测信号接入示波器时,输入阻抗ZiZiZiZi形成被形成被形成被形成被测信号的等效负载。测信号的等效负载。测信号的等效负载。测信号的等效负载。u5 5 5 5输入方式输入方式输入方式输入方式 即输入耦合方式,一般有直流(即输入耦合方式,一般有直流(即输入耦合方式,一般有直流(即输入耦合方式,
9、一般有直流(DCDCDCDC)、)、)、)、交流交流交流交流(ACACACAC)和接地(和接地(和接地(和接地(GNDGNDGNDGND)三种,可通过示波器面板选择。三种,可通过示波器面板选择。三种,可通过示波器面板选择。三种,可通过示波器面板选择。u6 6 6 6触发源选择方式触发源选择方式触发源选择方式触发源选择方式 触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号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(来源,一般有内触发(来源,一般有内触发(来源,一般有内触发(INTINTINTINT)、)、)、
10、)、外触发(外触发(外触发(外触发(EXTEXTEXTEXT)、)、)、)、电源电源电源电源触发触发触发触发(LINELINELINELINE)三种。三种。三种。三种。7.2 CRT7.2 CRT显示原理显示原理 7.2.1 CRT7.2.1 CRTCRTCRTCRTCRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成,基本结构如下图所示。组成,基本结构如下图所示。组成,基本结构如下图所示。组成,基本结构如下图所示。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第8页1 1 电子枪电子枪 u
11、电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子束,它由灯丝束,它由灯丝束,它由灯丝束,它由灯丝F F F F、阴极阴极阴极阴极K K K K、栅极栅极栅极栅极G G G G1 1 1 1和和和和G G G G2 2 2 2和阳极和阳极和阳极和阳极A A A A1 1 1 1、A A A A2 2 2 2组成。组成。组成。组成。u通过调节通过调节通过调节通过调节G G G G1 1 1 1对对对对K K K K的负电位可控制电子束的强弱,从的负电位可控制电子束的强弱,从的负电
12、位可控制电子束的强弱,从的负电位可控制电子束的强弱,从而调节光点的亮度,即进行而调节光点的亮度,即进行而调节光点的亮度,即进行而调节光点的亮度,即进行“辉度辉度辉度辉度”控制。控制。控制。控制。u调节调节调节调节A A A A1 1 1 1的电位器称为的电位器称为的电位器称为的电位器称为“聚焦聚焦聚焦聚焦”旋钮,通过对它进旋钮,通过对它进旋钮,通过对它进旋钮,通过对它进行调节可调节行调节可调节行调节可调节行调节可调节G G G G2 2 2 2与与与与A A A A1 1 1 1和和和和A A A A1 1 1 1与与与与A A A A2 2 2 2之间的电位;调节之间的电位;调节之间的电位;
13、调节之间的电位;调节A A A A2 2 2 2电位的旋钮称为电位的旋钮称为电位的旋钮称为电位的旋钮称为“辅助聚焦辅助聚焦辅助聚焦辅助聚焦”。u电子束聚焦的原理是,电子从阴极电子束聚焦的原理是,电子从阴极电子束聚焦的原理是,电子从阴极电子束聚焦的原理是,电子从阴极K K K K发射,经发射,经发射,经发射,经G G G G1 1 1 1、G G G G2 2 2 2、A A A A1 1 1 1、A A A A2 2 2 2聚焦和加速后进入偏转系统。聚焦和加速后进入偏转系统。聚焦和加速后进入偏转系统。聚焦和加速后进入偏转系统。2 2 偏转系统偏转系统uu垂直偏转板和水平偏转板垂直偏转板和水平偏
14、转板垂直偏转板和水平偏转板垂直偏转板和水平偏转板,当有外加电压作用时,偏转板之当有外加电压作用时,偏转板之当有外加电压作用时,偏转板之当有外加电压作用时,偏转板之间形成电场;间形成电场;间形成电场;间形成电场;uu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比比比.uu示波管的示波管的示波管的示波管的Y Y Y Y轴偏转灵敏度(单位为轴偏转灵敏度(单位为轴偏转灵敏度(单位为轴偏转灵敏度(单位为cm/Vcm/Vcm/Vcm/V)uu3 3
15、3 3 荧光屏荧光屏荧光屏荧光屏uu荧光屏将电信号变为光信号,是示波管的波形显示部分荧光屏将电信号变为光信号,是示波管的波形显示部分荧光屏将电信号变为光信号,是示波管的波形显示部分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 l l为偏转板的长度;为偏转板的长度;为偏转板的长度;为偏转板的长度;S S S S为偏转板中心为偏转板中心为偏转板中心为偏转板中心到屏幕中心的距离;到屏幕中心的距离;到屏幕中心的距离;到屏幕中心的距离;b b b b为偏转板间为偏转板间为偏转板间为偏转板间距;距;距;距;V V V Va a a a为阳极为阳极为阳极为阳极A A A A2 2 2 2上的电
16、压。上的电压。上的电压。上的电压。7.2.27.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理 1 1 1 1显示随时间变化的图形显示随时间变化的图形显示随时间变化的图形显示随时间变化的图形(1 1 1 1)UxUxUxUx、UyUyUyUy为固定电压时为固定电压时为固定电压时为固定电压时: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光点仅在垂直方向偏移光点仅在垂直方向偏移 :UyUyUyUy为正电为正电为正电为正电压压压压时,时,时,时,光点从荧光屏的中心往垂直方光点从荧光屏的中心往垂直
17、方光点从荧光屏的中心往垂直方光点从荧光屏的中心往垂直方向上移向上移向上移向上移;UyUyUyUy为负电压时,光点从荧光为负电压时,光点从荧光为负电压时,光点从荧光为负电压时,光点从荧光屏的中心往垂直方向下移。屏的中心往垂直方向下移。屏的中心往垂直方向下移。屏的中心往垂直方向下移。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第11页7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理1 1 1 1显示随时间变化的图形(续)显示随时间变化的图形(续)显示随时间变化的图形(续)显示随时间变化的图形(续)仅在水平偏转板的仅在水平偏转板的仅在水平偏转板的仅在水平偏转板的两板间加锯齿电压,两板
18、间加锯齿电压,两板间加锯齿电压,两板间加锯齿电压,则光点只在荧光屏则光点只在荧光屏则光点只在荧光屏则光点只在荧光屏的水平方向来回移的水平方向来回移的水平方向来回移的水平方向来回移动,出现一条水平动,出现一条水平动,出现一条水平动,出现一条水平线段。线段。线段。线段。7.2.27.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理1 1 1 1显示随时间变化的图形(续)显示随时间变化的图形(续)显示随时间变化的图形(续)显示随时间变化的图形(续)(2 2 2 2)Y Y Y Y偏转板加偏转板加偏转板加偏转板加正弦波信号电压,正弦波信号电压,正弦波信号电压,正弦波信号电压,X X X X偏转板加锯齿波偏
19、转板加锯齿波偏转板加锯齿波偏转板加锯齿波电压电压电压电压,荧光屏上荧光屏上荧光屏上荧光屏上将显示出被测信将显示出被测信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一个周期的波一个周期的波形曲线。形曲线。形曲线。形曲线。7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理2 2 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示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称为示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称为
20、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(李沙育(李沙育(李沙育(LissajousLissajousLissajousLissajous)图形,这种图形在相位和频率图形,这种图形在相位和频率图形,这种图形在相位和频率图形,这种图形在相位和频率测量中常会用到。测量中常会用到。测量中常会用到。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,且在若两信号的初相相同,且在若两信号的初相相同,且在X X X X、Y Y Y Y方向的偏转距离相同,方向的偏转距离相同,方向的偏转距离相同,方向的偏转距离相同,在荧光屏上画出一条与水平在荧光屏上画出一条与水平在荧光屏上画出一条与水平在
21、荧光屏上画出一条与水平轴呈轴呈轴呈轴呈45454545度角的直线度角的直线度角的直线度角的直线。7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理3 3 3 3扫描的概念扫描的概念扫描的概念扫描的概念 如果在如果在如果在如果在X X X X偏转板上加一个锯齿波电压,垂直偏转板偏转板上加一个锯齿波电压,垂直偏转板偏转板上加一个锯齿波电压,垂直偏转板偏转板上加一个锯齿波电压,垂直偏转板不加电压,那么光点在水平方向的偏移距离为不加电压,那么光点在水平方向的偏移距离为不加电压,那么光点在水平方向的偏移距离为不加电压,那么光点在水平方向的偏移距离为 ,比例系数,比例系数,比例系数,比例系数Sx
22、SxSxSx称为示波管的称为示波管的称为示波管的称为示波管的X X X X轴偏转灵敏度。轴偏转灵敏度。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光点在锯齿波作用下扫动的过程称为光点在锯齿波作用下扫动的过程称为光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描扫描扫描扫描”,能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压.电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第15页7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理4 4 4 4同步的概念同步的概念同步的概念同步的概念 (1 1
23、1 1)TxTxTxTx=nTy(nnTy(nnTy(nnTy(n为正整数为正整数为正整数为正整数):荧光屏上将稳定显示荧光屏上将稳定显示荧光屏上将稳定显示荧光屏上将稳定显示n n n n个个个个周期的被测信号波形。周期的被测信号波形。周期的被测信号波形。周期的被测信号波形。n=2n=2如果扫描电压如果扫描电压如果扫描电压如果扫描电压周期周期周期周期TxTxTxTx与被测与被测与被测与被测电压周期电压周期电压周期电压周期TyTyTyTy保保保保持持持持TxTxTxTx=nTynTynTynTy的关的关的关的关系,则称扫描系,则称扫描系,则称扫描系,则称扫描电压与被测电电压与被测电电压与被测电电
24、压与被测电压压压压“同步同步同步同步”。7.2.27.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理5 5 5 5连续扫描和触发扫描连续扫描和触发扫描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。扫描电压是连续的方式称为连续扫描。扫描电压是连续的方式称为连续扫描。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。当欲观测脉冲信号,尤其是占空比很小的脉冲时。当欲观测脉冲信号,尤其是占空比很小的脉冲时。当欲观测脉冲信号,尤其是占空比很小的脉冲时。7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理5 5 5 5连续扫描和触发扫描(续)连续
25、扫描和触发扫描(续)连续扫描和触发扫描(续)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触发扫描时,使扫描脉冲只在被测脉冲到来时才触发扫描时,使扫描脉冲只在被测脉冲到来时才触发扫描时,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扫描一次;没有被测脉冲时,扫描发生器处于等待工扫描一次;没有被测脉冲时,扫描发生器处于等待工扫描一次;没有被测脉冲时,扫描发生器处于等待工作状态。作状态。作状态。作状态。7.3 7.3 通用示波器通用示波器 7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 通用示波器的组成通用示波器的组成通用示波器的组成通用示波器的组
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