第六章：时域测量.ppt

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1、第 六 章 时 域 测 量,时域反映的是幅度U与时间T的关系,内 容 提 要,了解电子示波器的类型；掌握示波器波形显示原理、通用示波器工作原理及组成；正确选择与使用通用电子示波器；重点掌握通用示波器的基本测量方法；对取样示波器及数字存储示波器的原理作简要介绍,了解示波器的发展。,6.1 示波器的功用,电子示波器是一种以阴极射线管作为显示器的显示信号波形的测量仪器。它对电信号的分析是按时域法进行的，即研究信号的瞬时幅度与时间的函数关系。电子示波器不仅能定性观察电路的动态过程，如电压、电流或经过转换的非电量等的变化过程。还可以定量测量各种电参数，如测量脉冲幅度、上升时间等；测量被测信号的电压、频率

2、、周期、相位等。利用传感技术、示波器还可以测量各种非电量甚至人体的某些生理现象。所以，在科学研究、工农业生产、医疗卫生等方面，示波器已成为被广泛使用的电子仪器。 示波器是时域分析的最典型仪器，也是当前电子测量领域中，品种最多、数量最大、最常用的一种仪器；示波测试技术成为一种最灵活、多用的综合性技术。,611 示波器的分类,1通用示波器：可对电信号进行定性和定量观测。 2取样示波器：采用取样技术，将高频信号转换成模拟的低频信号，再应用通用示波器的基本显示原理观测信号。一般用于观测频率高、速度快的脉冲信号。 3数字示波器：被测信号经模/数转换器送入数据存储器，应用微处理器以数字形式处理并记录波形，

3、自动显示测量结果，测量速度更快、重复性更高。 4记忆、存储示波器 ：这两种示波器均具有存储信息功能，前者采用记忆示波管存储信息，后者采用数字存储器存储信息。它们能对单次瞬变过程，非周期现象、低重复频率信号进行观测。 5逻辑示波器：又称逻辑分析仪，主要用以分析数字系统的逻辑关系。,612示波器的主要技术指标,1频带宽度 2垂直灵敏度：一般用V/cm、V/div、mV/cm、mV/div表示。 3输入阻抗 4扫描速度：一般用cm/s、div/s表示。 5同步（或触发）电压,6.1.3 示波器的组成,示波器主要由Y(垂直)通道、X（水平）通道和显示屏三大部分组成。 Y通道：实质上是个多级宽频带、高增

4、益放大器，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通道：主要产生与被测信号相适应的扫描锯齿波。 显示屏：主要由阴极射线管组成（后面会介绍）常以CRT表示，通常称为示波管。当前显示屏主要以光点和光栅方式显示，但现在平板显示屏发展很快，尤其是液晶显示屏（LCD）已经应用于示波器。,6.2 示波测试的基本原理,621 示波器的结构图,622 阴极射线管,示波管或称阴极射线管（CRT）是示波器的核心组件。是一种将被测电信号转换在光信号的显示器件。它分为静电偏转式和磁偏转式两大类。应用最广泛的是静电偏转式。静电偏转是以光点为基础显示波形的，如示波器、扫频仪及医疗仪器。磁偏转是以

5、光栅为基础显示图像的如电视机、计算机显示器。现代电子仪器如数字示波器、频谱仪中越来越多地采用磁偏转方式，采用磁偏转的CRT通常称为显像管。,示波管结构示意图,1、电子枪：作用是发射电子并形成很细的高速电子束，去轰击荧光屏使之发光。在面板上的旋钮以“辉度”进行调节。但在仪器面板上，调节“辉度”旋钮会影响聚集效果，所以一般应与“聚集”旋钮配合调节。 2、偏转系统：在第二阳极的后面，用两对相互垂直的偏转板组成偏转系统。两对极板间各自形成静电场，分别控制电子束在垂直和水平方向的偏转。在一定范围内，荧光屏上光点偏移的距离与偏转板上所加电压成正比，这是用示波管观测波形的理论根据。 、荧光屏：一般为圆形或矩

6、形的，其内壁沉积有磷光物质，形成荧光膜，面向电子枪的一侧。它在受到高速运动着的电子轰击后，将其动能转化为光能，产生亮点。当电子束随信号电压偏转时，这个亮点的移动轨迹就形成了信号的波形。,623 波形显示原理,在电子枪中，电子运动经过聚焦形成电子束，电子束通过垂直或水平偏转板打到荧光屏上产生亮点，亮点在荧光屏上垂直或水平方向偏转的距离，正比于加在垂直或水平偏转板上的电压，即亮点在屏幕上移动的轨迹，是加到偏转板上的电压信号的波形。示波器显示图形或波形的原理就是基于电子与电场之间的相互作用原理进行的。 用示波器显示的波形，基本上有两种类型，一种是显示任意两个信号与的关系，另一种是显示随时间变化的信号

7、。,1显示随时间变化的图形 当示波管的两对偏转板上不加任何信号时，亮点打在荧光屏中心位置。 仅在轴上加一个随时间变化的电压，其轨迹为一条垂直直线。 仅在轴上加一个随时间变化的电压，其轨迹为一个水平直线。 在轴与轴同时加同一信号电压时，则在荧光屏上显示一条直线，这条直线与水平轴成度。,可变电压与光点偏移的关系图,上述几种情况均不能显示被测电压信号的波形,为了显示被测信号的波形,必须在Y轴偏转板加有信号的同时,在X轴偏转板上加随时间变化的扫描电压（锯齿波形电压）若在Y方向不加电压，则光点在荧光屏上构成一条反映时间变化的直线，称为时间基线，如下右图所示。,2.显示任意两个变量之间的关系,当Y轴加被观

8、测信号，X轴加扫描电压，则屏幕上光点的Y和X坐标分别与这一瞬时的信号电压和扫描电压成正比。由于扫描电压与时间成比例，所以荧光屏上所描绘的就是被测信号随时间变化的波形。显示波形前，先把两个变量转换成与之成比例的两个电压，分别加到Y，X偏转板上，屏幕上任一瞬间光点的位置都是由偏转板上两个电压的瞬时值决定。由于荧光屏有余辉时间和人眼有残留效应，从屏上可以看到全部光点构成的曲线，它反映了两个变量之间的关系。,3扫描的概念,在X偏转板上加的随时间而线性变化的电压，为锯齿波电压。当锯齿波电压达到最大值时，屏上的光点亦达到最大偏转，然后锯齿波电压迅速返回起始点，光点也迅速返回屏幕最左端，再重复前面的变化。光

9、点在锯齿波作用下扫动的过程称为扫描，能实现扫描的锯齿波电压叫扫描电压，光点自左向右的连续扫动称为“扫描正程”，光点自屏的右端迅速返回起扫点的过程称为“扫描逆程”也称为“回程”。,4同步的概念,一般的，为了在屏幕上获得稳定的图象，扫描电压周期与被测电压周期成整数关系，即， 以保证每次扫描起始点都对应信号的相同相位点上，这种过程称扫描电压与被测电压“同步”。 如果没有同步关系，即 所产生的波形会左右跑动，这是由于形成每次扫描起点不一致所引起。 如果n不为正整数，则后一扫描周期描绘的图形与前一扫描周期描绘的图形不重合，显示的波形是不稳定的。 总之，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

10、光屏上所描绘的图形反映了被测信号随时间的变化过程，由于多次重复就构成稳定的图像。,5连续扫描和触发扫描,连续扫描：扫描正程紧跟着逆程，逆程结束又开始新的正程，扫描是不间断的，这种扫描方式称为连续扫描。 触发扫描：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。这种由被测信号激发扫描发生器的间断的工作方式，称为“触发扫描方式”。,6扫描过程的增辉,在被测脉冲出现的扫描期间，由于增辉脉冲的作用，显示波形较亮，便于观测；而在等待扫描期间，即波形仅为一个光点的情况下，由于没有增辉脉冲，光点很暗，避免了较亮的光点长久集中于荧光屏上一点。,6.3 通 用 示 波 器,通用

11、示波器是示波器中应用最广泛的一种。它通常泛指采用单束示波管，除取样示波器及专用或特殊示波器以外的示波器。它主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分组成。此外，还包括电源电路，以及由它产生示波管和仪器中需要的多各电源。通用示波器中还常附有校准信号发生器，产生幅度或周期非常稳定的校准信号，用它直接或间接与被测信号比较，可以确定被观测信号中任意两点间的电压或时间关系。通用示波器的工作原理是其它大多数类型示波器工作原理的基础，只要掌握通用示波器的结构、特性及使用方法，就可以较容易地掌握其它类型示波器的原理与应用。,631 通用示波器的组成,通用示波器种类很多,但无论哪种示波器,都由以下几部分组成:示波管

12、、垂直系统（Y轴系统）、和水平系统（X轴系统）,垂直系统（Y轴通道）主要作用是放大被测信号电压，控制电子束的垂直偏转。垂直系统由探头、衰减器、前置放大器、延迟线和后置放大器等部分组成。 水平系统（X轴通道）由触发整形电路、扫描发生器及X放大器组成。同步触发电路在内或外触发信号作用下，产生触发脉冲，去触发扫描发生器产生锯齿波，由X放大器放大后推动X偏转极板。 主机部分（Z轴系统）包括示波管、Z通道、整机供电电源和校准信号发生器等。示波管是显示器；Z轴系统将X轴系统产生的增辉信号放大后加到示波管的控制栅极；校准信号发生器是一个标准方波电压发生器，方波的幅度是准确的，用这个已知的信号去校准X、Y轴的

13、坐标刻度。,通用示波器的垂直系统,Y轴偏转系统是传送被测信号的通道，它的作用是引入被测信号，将其不失真地放大后传送到Y偏转板，使屏幕上显示大小适中的信号波形。 1、探头：探头是连接在示波器外部的一个输入电路部件。它的基本作用是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。示波器的探头按电路原理，分为无源和有源两种，按功能，常用的有电压探头和电流探头两种。为何要用探头呢，两根普通的导线也可以把被测信号引到示波器的输入端，但未加屏蔽的导线会感应干扰信号，其次，导线身身的电感、电容可能组成谐振电路，从而大大限制了示波器所能使用的上限频率。这个谐 振电路在脉冲信号作用

14、下还会产生振铃现象，从而使波形产生严重的失真。,2、输入衰减器：对应示波器面板上的Y轴灵敏度粗调旋钮，在面板上常用V/cm作为标记。衰减器由RC组成，作用是在测量幅度较大的信号时，用来衰减输入信号，以保证显示在荧光屏上的信号不致因过大而失真。常用的就是阻容分压器电路。 3、前置放大器： 前置放大器将信号适当放大，并从中取出内触发信号，并具有灵敏度调节、校正、Y轴移位等控制作用。 前置放大器的输出级大都采用差分放大电路，它输出一对平衡的交流电压，当被测信号的幅度改变时，偏转的基线电位保持不变。若在差分电路的输入端馈入不同的直流电位，差分输出电路的两个输出端直流电位会改变，对应的Y偏转板上的相对直

15、流电位和波形在Y方向的位置也改变。即调节“Y轴位移”旋钮，可以改变被测波形在屏幕上的位置。,4、延迟线： 延迟线是一种传输线，延迟线的作用就是把加到垂直偏转板的脉冲信号延迟一段时间，使信号出现的时间滞后于扫描开始时间，这样就能够保证在屏幕上可以扫出包括上升时间在内的脉冲全过程。 对延迟线的要求是，它只对信号起延迟时间的作用，不应产生失真。 目前延迟线主要有两种，一种是采用双股螺旋平衡式延迟电缆；另一种是利用LC非线性电路的后滞作用构成的多节LC网络。,、后置放大器也称输出放大器：作用是将延迟线传输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。 后置放大

16、器大都采用推挽式放大器，电路中采用一定的频率补偿电路和较强的负反馈，以使得在较宽的频率范围内增益稳定。还可采用改变负反馈的方法变换放大器的增益，例如很多示波器中一般设有垂直偏转因数“5”或“10”扩展功能，它把放大器的放大量提高5倍或10倍，这对于观测微弱信号或看清波形某个局部的细节是很方便的。 通道原理简单，主要组成电路从技术上讲是多级宽带高增益差分放大器，但是要做好一个稳定可靠的宽带高增益放大器，在技术、工艺上都有一定的难度，故示波器的带宽是决定示波器售价的主要决定因素。,632 通用示波器的水平通道,示波器水平通道（X轴通道）: 其主要任务:是产生一个与时间成线性关系的锯齿波电压，再放大

17、到足够幅度，当这个扫描电压的正程加到水平偏转板上时，电子束就沿水平方向偏转，形成时间基线。 水平通道包括触发电路、扫描发生器环和X放大器。其中扫描发生器环和触发电路用来产生所需的扫描信号。X放大器可能用来放大扫描信号，也可能用来放大直接输入的任意外接信号，因此，X放大器的输入端有内、外两个位置。,1触发电路,触发电路的作用： 是为扫描信号发生器提供周期与被测信号有关的触发脉冲。这个脉冲被加至时基扫描环，它的幅度和波形均应达到一定的要求。不同型号的示波器具体要求和配置不一样。触发电路包括触发源选择、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。,触发源选择,触发

18、源的选择应根据被测信号的特点来确定，以保证荧光屏上显示的被测波形的稳定性。一般有2种类型的触发源。 a.内触发（INT）：触发信号取自Y通道中的被测信号。 b.外触发（LINE）：触发信号取自外部信号源。 C.电源触发：在观测与电源有关的信号时，可选电源触发，以便于与电源同步。,触发耦合方式,为了适应不同的触发信号频率，示波器一般设有4种触发耦合方式。 a.“DC”直接耦合：用于直流或缓慢变化的信号进行触发时。 b.“AC”交流耦合：若用交流信号触发，置方式。 c.低频抑制耦合：主要目的是滤除信号中的低频干扰。 d.高频耦合：这种方式是只允许通过频率很高的波形。这种方式常用来观测以上的高频信号

19、。,触发极性的选择和触发电平,在电路中设置这两种控制方式，其作用是让使用者可以任意选择被显示信号的起始点，便于对波形的观测和比较。 触发极性和触发电平决定触发脉冲产生的时刻，并决定扫描的起点。 所谓触发极性不是指触发信号本身的正负，而是指触发点位于触发源信号的上升沿还是下降沿。 触发电路既要有信号，又要调整电平、极性旋钮才能正常工作，若要测量一系列幅度不同的信号，总要调整电平旋钮就不方便了，故在现代示波器中设计了自动触发电路，使触发点能自动地保持在最佳触发电平的位置。,触发放大整形电路,电路的作用： 由于输入到触发电路的波形复杂，频率、幅度、极性都可能不同，所以触发整形电路要对触发信号进行放大

20、、整形。 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。,2扫描发生器环（又叫时基电路）,扫描发生器电路在触发脉冲启动下，产生周期线性变化的锯齿波扫描电压。为了使显示的波形清晰，要求输出线性度好、频率稳定、幅度相等的锯齿波电压且扫描时间因数应能调节。,（）扫描门,扫描门又叫时基闸门，是用来产生门控信号的。示波器应该既能连续扫描又能触发扫描，扫描方式的选择可通过开关进行。在连续扫描时，没有触发脉冲信号，扫描闸门也不受触发脉冲的控制，仍会产生门控信号，并启动扫描发生器工作；在触发

21、扫描时，只有在触发脉冲作用下才产生门控信号。 a. 输出时间准确的矩形开关信号，又称闸门信号，控制积分器扫描。 b. 由于闸门信号和扫描正程同时开始，同时结束，可利用闸门信号作为增辉脉冲控制示波管，起正程加亮作用。 c. 在双踪示波器中，利用闸门信号触发电子开关，使之工作于交替状态。,（）积分器,扫描电压是锯齿形的，它由积分器产生。由于密勒积分器具有良好的线性，因此它是通用示波器中应用最广的一种扫描电压发生器电路。其原理（略） 在示波器中，把积分器产生的锯齿波电压送入放大器加以放大，再加至水平偏转板。由于这个电压与时间成正比，就可以用显示屏上的水平距离代表时间。 在示波器中通常用改变或作为扫描

22、速度粗调，用改变（电源电压）作为扫描速度微调。,（）比较和释抑电路,比较电路利用比较、识别电平的功能来控制锯齿波的幅度，它决定扫描的终止时刻，从而确定锯齿波的幅度，使电路产生等幅扫描。由于它控制了扫描基线的长度，也称为扫描长度电路。 释抑电路则在扫描逆程开始后，关闭或称抑制扫描闸门，使“抑制”期间扫描电路不再受到同极性触发脉冲的触发，以便扫描电路恢复到扫描的起始电平上。 不论是触发扫描还是连续扫描，比较和释抑电路与扫描门及积分器配合，都可以产生稳定的等幅扫描信号，也都可以做到扫描信号与被测信号的同步。,（）放大器,水平放大器的基本作用是选择X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

23、度。X放大器的输入端有“内”、“外”信号的选择。置于“内”时，X放大器放大扫描信号；置于“外”时，水平放大器放大由面板上X输入端直接输入的信号。 水平放大器的工作原理与垂直放大器类似，也是线性、宽带多级直接耦合放大器，改变X放大器的增益可以使光迹在水平方向得到扩展，或对扫描速度进行微调，以校准扫描速度。改变X放大器有关的直流电位也可使光迹产生水平位移。,结论： 以上讨论的是通用示波器的组成，从以上讲述的可以看出，通道主要是一个放大器，通常用来放大被观测的信号;在常见的用示波器观测随时间变化的波形时，通道的主要任务是产生一个与被测信号同步的，既可以连续扫描，又可以触发扫描的锯齿波电压。但是放大器

24、亦可直接输入一个任意信号，这个信号与通道的信号共同决定显示屏上光点的位置，构成一个图示仪，这时触发电路和扫描发生器环不起作用。,633 示波器的多波形显示,在电子测量技术中，常常需要同时观测几个信号，并对这些信号进行测试和比较，为了实现这一目的，常用的方法是多踪示波和多线示波。 1多线显示： 多线示波器有多个相互独立的电子束。常见的有双线示波器。它的示波管内的电子枪可以产生两个电子束，并有两套、偏转系统。 双线示波器两个通道相互独立，因而可以消除通道之间的干扰现象。这种示波器除了观察周期信号外，还可以观测同一瞬间出现的两个瞬变现象，即可以实时看到两个瞬变信号。这种能产生多个电子束的示波管，工艺

25、要求较高，价格较贵，这就限制了它的普遍应用。,多踪显示（以双踪为例） 双踪示波器是采用一对Y偏转板的单电子枪示波管，采用通道转换开关分时地把两个信号经Y放大器送到Y偏转板，如图所示，所以双踪显示只能轮流地扫描显示两个波形，而不是同时的。,双踪示波器5种显示方式,“Y1”通道（CH1） “Y2”通道（CH2） 叠加方式（CH1+CH2）：实现两信号的“和”或“差”的功能。 交替方式（ALT）：即每次扫描接通一个被测信号。适用于显示高频信号。 断续方式（CHOP）：是在一次扫描过程中轮流接通两个被测信号，适用于观测低频信号。,6.4 取样示波器,641 概述 1、 取样的基本概念 就是从被测波形上

26、取得样点的过程。取样分为实时取样和非实时取样两种。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；从被测信号的许多相邻波形上取得样点的方法成为非实时取样，或者称为等效取样。,2、取样原理： 欲观察一个波形，可以把这个波形在示波器上连续显示，也可以在这个波形上取很多的点，把连续波形变换成离散波形，只要取样点数足够多，显示这些离散点也能够反映原波形的形状。也就是说，既可以实时显示被测波形，也可以非实时显示被测波形。,642 取样示波器的工作原理,1、取样示波器原理图,2取样示波器的垂直通道,Y通道的作用是在取样脉冲的作用下，把高频信号变为低频信号。取样门平常关闭，只有当取样脉

27、冲来时才打开并取出样品信号。延长电路起记忆作用，把每个取样信号幅度记录来来并展宽供最后信号合成用。,3取样示波器的水平通道,水平系统的主要任务是产生时基扫描信号，同时产生频进延时脉冲送Y轴系统，控制取样脉冲发生器和延长门脉冲发生器的工作，即配合整个示波器的工作。,结论： 取样示波器是荷兰飞利浦公司最先研制成功的。1969年美国HP公司也研制生产了取样示波器，带宽已达18GHZ，后来进展缓慢，以至停产。一是单纯的取样示波器只能观测重复性的周期信号，应用范围受限；二是数字技术的发展，已将取样技术融合到数字示波器中去了。现代数字示波器不仅可以观测超高频重复性的周期信号，还可以观测瞬态的单次脉冲，并且

28、还具有了存储功能。因此现在市场上很少见到单纯的取样示波器了，但取样示波器技术为现代数字示波器奠定了良好的技术基础。,6.5 数字示波器,6.5.1概述 数字示波器通常称为数字存储示波器，简称，是采用数字技术对输入波形进行取样、量化、存储、处理和显示的仪器。它的核心是记忆示波管。采用这种示波管，即使在断电的情况下，亦可将波形记忆一周左右。示波管内有两种电子枪，一种是写入枪，它与通用示波器的电子枪类似，另一种是读出枪，又称为泛射枪。CRT存贮示波器的Y轴偏转系统和时基扫描电路与通用示波器相同，它只是在通用示波器的基础上增加了记忆示波管及控制信号实现的。,652 数字存储示波器的性能特点 1能观测单

29、次信号。 2能观测触发前和触发后的信号，触发点的位置可以移动，而模拟示波器只能观测触发后的信号，触发点在扫描线的最左端。 3波形数据能存储，方便用户进行分析，并能进行波形比较，把当前采的与存储的参考波形进行比较。 4有丰富的触发功能。 5具有测量功能，能精确测量许多电参量且能自动进行。,6操作方便。 7许多具峰值检测功能，捕捉毛刺等窄脉冲干扰信号。 8累计峰值检测功能。 、利用平均和平滑功能削弱噪声干扰，使显示的波形更为清晰，甚至把埋在噪声中的波形检测出来。 、利用包络采集方式观测调幅波的包络。 、逐点描记方式。 、局限性是它的“盲区时间长”。,65 数字存储示波器的技术指标,1取样率：的取样

30、率随扫描速度下降而下降，当取样率不满足取样定理时会发生混叠。当采用sin(x)/x插值时，为使误差不大于，取样率应是被测正弦信号频率的倍，是方波信号的倍为了较好地复现脉冲边沿，在边沿上的取样点应不小于个。 2带宽：不管是模拟还是数字示波器，带宽是指dB（信号下降至）带宽。模拟示波器中带宽是固定的，数字示波器中带宽有模拟带宽和数字实时带宽之分，后者低于前者。最高实时取样率必须高于模拟带宽的倍。 3存储长度：它表示一次取样、存储过程中获取被测信号长度的能力。 4测量分辩率和测量精度 与模拟示波器一些相同的技术指标在此不再重复。,6.6 示波器的基本测试技术（重点掌握）,661 示波器的选择 1根据

31、要显示信号数量，选择单踪或双踪示波器。 2根据被测信号的频率特点选择示波器。 3根据被测信号的重现方式选择示波器。 4根据被测信号是否含有交直流成分选择示波器。 5根据被测信号测试重点选择示波器。 6根据是否需存储被测信号选择示波器。,662 示波器的正确使用,1使用注意事项 使用前必须检查电网电压是否与示波器要求的电源电压一致。 通电后需预热几分钟再调整各旋钮。注意各旋钮不要马上旋在极限位置，应先大致旋在中间位置，以便找到被测信号波形。 注意示波器的亮度不宜开得过亮，且亮点不宜长期停留在固定位置，特别是暂时不观测波形时，更应该将辉度调暗，以免缩短示波管的使用寿命。 输入信号电压的幅度应控制在

32、示波器的最大允许输入电压范围。 示波器的探头有的带有衰减器，读数时需注意。 示波器进行定量测量时，一定要注意校准。,2通用示波器面板和主要控键示意图,3探头的正确使用,由于示波器放大器的输入阻抗不够高，用它去测试电路时，会对被测电路造成影响，所以示波器一般使用探头输入。常见探头为低电容高电阻探头，它带有金属屏蔽层的塑料外壳，内装一个RC并联电路，其一端接探针，另一端通过屏蔽电缆接到示波器的输入端。,不同补偿时的波形,不同补偿时的波形,663 示波器测量电压,1直流电压的测量 ： 用来测量直流电压的示波器,其频率响应下限频率必须从直流开始。 1）将触发方式开关置于“自动”或“高频”位置，屏幕出现

33、扫描基线，再将Y轴输入耦合开关置于“ ”处，然后调节Y轴“移位”旋钮使扫描线位于屏幕中央。 2）确定被测电压极性。接入被测电压，将Y轴输入耦合方式开关置“DC”处，观察扫描光迹的偏移方向，若光迹向屏幕上方偏移，则被测电压正极性，否则为负极性。,将Y轴输入耦合方式开关置于“ ”然后按照直流电压极性的反方向，调节Y“移位”旋钮，将扫描线移到屏幕的合适位置上（整刻度线上为宜），此处定为零电平线，此后不再移动Y轴“移位”旋钮。 测量直流电压值。将Y轴输入耦合再次拨到“DC”处，选择合适的Y轴偏 转灵敏度，“V/div”，使屏幕尽可能多地覆盖方向分度格数“在有效面积范围内”以提高测量准确度。 观察扫描线

34、在轴方向平移的分度格数h，与轴灵敏度开关“V/div”指示值相乘，即为被测信号的直流电压值。下式为探极衰减系数。,2.交流电压的测量： 示波器只能测出被测电压的峰值、峰-峰值，任意时刻的电压瞬时值或任意两点间的电位差值，如果需要求被测电压的有效值或平均值，则必须进行换算。 先将Y轴耦合方式开关置于“ ”调节Y“移位”旋钮，将扫描线移动到屏幕的合适位置上（整刻度线上为宜），将此处定为零电平线，此后不再移动Y轴“移位”旋钮。,将Y轴输入耦合开关置于“AC”处，当信号频率很低时，则应置于“DC”处。 选择合适的Y轴灵敏度开关“V/div”，使显示的波形在轴方向中心位置尽可能展开。 按坐标刻度片的分度

35、读出波形中所测点到零电平间的分度格数h，与轴灵敏度开关“V/div”相乘，则可求出被测点的电压。如下两式是测交流电压的峰峰值。,664 示波器测量时间和频率,、时间的测量： 时间是描述周期性现象的重要参数，时间包括时刻和时间间隔，示波器所进行的时间测量是指时间间隔，测量时，与测量电压的原理类同。 区别在于测量时间要用示波器的轴扫描因数开关“t/div”，将其“微调”旋钮顺时针方向转至“校准”位置，此时轴系统的电压增益为定值。示波管荧光屏的水平轴就是时间轴，这样，可用示波器直接测量整个波形（或波形任何部分）的时间。,在屏幕上调出适度的被测波形，读出被测两点间距离在水平方向上所占的分度格数，由扫描

36、因数x（ t/div ）标称值及护展倍率，即可算出被测信号的时间间隔。如下两式所示。 ：任意两点间时间间隔； x：轴扫描因数（ t/div ） ：被测两点间距离在水平方赂所占分度格数（div） K : X轴扩展倍率（根据需要选用）,、周期和频率的测量 周期的测量，本质上是时间间隔的测量，因此可采用前面介绍的方法来测得。为了提高准确度，常常在屏幕显示多个“例如个周期”周期的波形，先读出多周期波形两个同相位点在水平方向所点格数，由扫描因数x（ t/div ）标称值及护展倍率，计算出这两点间的时间间隔，然后再求出一个周期值，公式如下： 这种方法称为多周期测量法，是测量学中常用的一种方法。 被测信号的

37、频率为：,665 示波器测量相位 相位的测量实际是指两个同频率的正弦信号之间的相位差的测量。用示波器测量相位差，可用单踪示波器测量也可用双踪示波器测量。 示波器给用户显示一直接的、肩并肩相对照的两个信号，首先用十字线分度找出正弦波的周期（以分度计），（相位测量的原理是把一个完整的信号周期定为360度），其次，用十字分度确定相位差。通过从一波形上选择一方便点，计出与另一波形上对应点相隔的分度数（相移以分度计），是完成这一测量的最好方法。通常正弦波的起始边是一个最好的参考点，求得相位差为： 得出的单位取度数。由于相位每周期重复360度，可用多种方法描述同一相位关系。一般用超前或滞后来表示。 （一般

38、将相位差定在+180度范围以内再说超前与滞后比较合适）,李萨育图形法测频率,李沙育图形法测相位是利用示波器X和Y通道，同时加入两个正弦信号，此时在屏幕上显示的就是李萨育图形，这种测量方法也称为波形合成法。在测量时，应把示波器触发源开关置于“外”处，被测信号从Y通道输入，标准信号源接入X通道，调节标准信号源使屏幕上出现稳定的图形，根据已知信号的频率,便可求得被测信号的频率。李沙育图形法既可测频率又可测量相位。 表示被测信号的频率； 表示标准信号的频率； m：表示在李萨育图形上作的一条水平线与图形的交点数 n：表示在李萨育图形上作的一条垂直线与图形的交点数 用李萨育图形测出的频率值是比较准确的，但

39、这种方法只能测量低频信号。,666 数字存储示波器的测试应用,数字存储示波器的主要特点是具有良好的信号的存储和数据处理能力，可以进行模拟示波器达不到的测量，例如捕捉尖峰干扰信号；测量被测信号的平均值、频谱等；测量和处理高速数字系统的暂态信号等。 可以显示大量的预触发信息。 可通过使用光标和不使用光标的方法进行全自动的测量。 可以长期贮存波形。 可以在打印机或绘图仪上制作硬考贝以供编制文件之用。 可以反复把采集的波形和操作人员手工或示波器全自动采集的参考波形进行比较。 可以按通过/不通过的原则进行判断。 波形信息可用数学进行处理。,667 示波器功能的扩展,所谓功能扩展，是指在上述基本测量内容的

40、基础上，测量电流、功率、电阻、电位器及观察射极输出器的跟随特性等。 1电位器噪声的测量 2继电器的测量 3病人监护系统的构建 4射极输出器的跟随特性的测量,本章小结 示波器是时域分析的典型仪器，也是当前电子测量领域中品种最多、数量最大、最常用的一种仪器。示波器可直接观察并测量信号的幅度、频率、周期等基本参量，显示两个变量之间的关系，也可以直接观测一个脉冲信号的前后沿、脉宽、上冲、下冲等参数。数字存储示波器具有良好的信号存储和数据处理能力，可捕捉尖峰干扰信号；测量按被测信号的平均值、频谱；测量和处理高速数字系统的暂态信号。 本章介绍了通用电子示波器的基本组成、工作原理及其应用。通用示波器是示波器

41、中应用最广泛的一种，只要掌握通用示波器的结构、特性及使用方法，就可以较容易地掌握其他类型示波器的原理与应用。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所需要的多种电源。,取样示波器解决了通用实时示波器的带宽、频率响应受限制的问题，可以测试更高频率的信号，更陡峭的脉冲前沿。与普通示波器相比，其主要差别是增加了取样电路和步进脉冲发生器。 数字存储示波器在微计算机的统一管理下进行工作，与普通模拟示波器相比，具有很多优点。如利用数字存储示波器可观察短暂而单一的事件，可对不同波形进行比较，对偶发事件自动监察、记录并保留其信号过程；通过与计算机接口，还可分析瞬变信号。数字存储示波器由于使用简单，功能齐全，将会发挥越来越大的作用。 信号的时域测量是以时间作为自变量，即测量信号幅度随时间变化的规律。系统的时域测量是测量系统的脉冲响应特性。使用时域测量技术及FFT算法也可以得到信号的频谱。由脉冲信号源、示波器和计算机可构成时域自动测试系统，使用反卷积算法，测量和分析线性系统的参数，进一步确定与系统参数有关的其它物理量及进行被测系统的故障诊断。,作业题：P280页：1、2、4、5、7、8,