电子测量与技术第三章 示波测试技术

1、第三章第三章 示波器原理及应用示波器原理及应用 （一）、概述（一）、概述 （二）、示波测试的基本原理（二）、示波测试的基本原理 （三）、通用示波器原理及使用（三）、通用示波器原理及使用 （四）、取样技术在示波测量中的应用（四）、取样技术在示波测量中的应用 （五）、波形的存储和记忆（五）、波形的存储和记忆 （六）、示波器的扩展应用（六）、示波器的扩展应用 （一）、概述：（一）、概述： 1931年美国无线电公司发明。年美国无线电公司发明。 特点：特点： 1、直接观测和真实显示被测波形。、直接观测和真实显示被测波形。 可显示脉冲信号的前后沿、脉宽、上升下降时间。可显示脉冲信号的前后沿、脉宽、上升下降

2、时间。 2、是时域测试典型仪器，能检测信号波形是否正常，、是时域测试典型仪器，能检测信号波形是否正常， 有无失真以及相关关系。有无失真以及相关关系。 3、X-Y图示仪。图示仪。 4、是多种电量和非电量测试和测量中的基、是多种电量和非电量测试和测量中的基 本测试仪器。本测试仪器。 分类分类 通过描绘被研究的信号随时间的变化，可用于通过描绘被研究的信号随时间的变化，可用于 调试电子电路、维修仪器设备。调试电子电路、维修仪器设备。 是构成其他两个测试领域的仪器设备的基础。是构成其他两个测试领域的仪器设备的基础。 根据示波器的性能和结构，分为：根据示波器的性能和结构，分为： 通用示波器；多束示波器；取

3、样示波器；通用示波器；多束示波器；取样示波器； 记忆、存储示波器；专用或特殊示波器。记忆、存储示波器；专用或特殊示波器。 （二）、（二）、示波测试的基本原理示波测试的基本原理： 衰衰 减减 Y前置前置 放大器放大器 延迟线延迟线 Y输出输出 放大器放大器 扫描扫描 发生器环发生器环 触发触发 电路电路 X 放大器放大器 电源电源 输入输入 输入输入 X Y 外触发输入外触发输入 校准信号校准信号 发生器发生器 校准输出校准输出 s2 Y通道 X通道 s1 50Hz电源电源 灯丝灯丝 阴极阴极K 栅极栅极 G1G2 阳极阳极 A1A2 F Y2 Y1 X2 X1 电子枪电子枪偏转系统偏转系统 一

4、、阴极射线示波管一、阴极射线示波管 示波管由示波管由电子枪电子枪、偏转系统偏转系统、荧光屏荧光屏组成组成 K A1 A2 G1 G2 _ + 辉度辉度 聚焦聚焦辅助辅助 聚焦聚焦 灯丝加热阴极后，发出大量电子。灯丝加热阴极后，发出大量电子。G1包围着包围着K，只在，只在 面向荧光屏的位置开一小口。面向荧光屏的位置开一小口。UG1K是可调的。能够是可调的。能够 调节电子密度进而调节亮度、灰度。调节电子密度进而调节亮度、灰度。 对数码显示，该端受数码控制。对电视受灰度控制。对数码显示，该端受数码控制。对电视受灰度控制。 G2、A1、A2组成聚焦系统，并能加速。组成聚焦系统，并能加速。 UG2A2=

5、0 UA2A10 UA1G20 形成一个减速场，一个加速场形成一个减速场，一个加速场 调节调节A1电位进行聚焦，电位进行聚焦， 调节调节A2辅助聚焦，辅助聚焦， 以免发生散焦。以免发生散焦。 G2AAA 112 发散 聚拢 X Y A2 Va bVy + _ s L y y a V bV Ls y 2 y yVhy 灵敏度：灵敏度：Dy =1/hy 静电偏转与磁偏转的区别静电偏转与磁偏转的区别 电子示波器偏转系统是静电偏转电子示波器偏转系统是静电偏转 电视电视CRT监视器偏转系统是磁偏转。监视器偏转系统是磁偏转。 原理原理 定量研究一下电子束的偏转情况（见定量研究一下电子束的偏转情况（见P12

6、8图）图） Va越高，轴向速度越高，穿过偏转板所用的时间减少，越高，轴向速度越高，穿过偏转板所用的时间减少， 电场作用减少，电场作用减少，Y减小。减小。 在偏转电压的作用下，在偏转电压的作用下， Y方向的偏转距离为方向的偏转距离为 a a bv2 bv2 LS LS y 灵敏度灵敏度 单位电压偏转距离单位电压偏转距离Y越大，示波器越灵敏。越大，示波器越灵敏。 S，散焦，且体积，散焦，且体积 l,受时间限制，不能显示高频信号受时间限制，不能显示高频信号 b，必然限制电子束的偏转角度，必然限制电子束的偏转角度 Va, 必然降低轴线方向的速度，不亮且易散焦。必然降低轴线方向的速度，不亮且易散焦。 但

7、如果改进一下，先偏转后加速，则可使偏转灵敏度但如果改进一下，先偏转后加速，则可使偏转灵敏度。 为此在偏转板至荧光屏间加一个为此在偏转板至荧光屏间加一个后加速后加速阳极，为避免后加阳极，为避免后加 速阳极对电子偏转的影响，通常将后加速阳极作成分段的速阳极对电子偏转的影响，通常将后加速阳极作成分段的 （因为分段后，电力线偏到外面的会少）后加速阳极电压（因为分段后，电力线偏到外面的会少）后加速阳极电压 可高达上万伏，灵敏度可提高数十倍。可高达上万伏，灵敏度可提高数十倍。 示波器内壁涂上一层荧光物质。面向电子枪的一侧还常示波器内壁涂上一层荧光物质。面向电子枪的一侧还常 覆盖一层极薄的透明铝膜，用以反光

8、和散热。覆盖一层极薄的透明铝膜，用以反光和散热。 电子束从电子束从 荧光屏上移去后，光点仍能在屏上保持一定的时间才消失。荧光屏上移去后，光点仍能在屏上保持一定的时间才消失。 余辉时间：从电子束移去到光点亮度下降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10% 所延续的时间称为余辉时间。所延续的时间称为余辉时间。 荧光屏荧光屏 不同的材料余辉时间不一样。不同的材料余辉时间不一样。 蓝蓝 绿绿 白、黄白、黄 小于小于10s 10 s 1ms 1ms0.1s 0.11s 大于大于1s 极短极短 短短 中中 长长 极长极长 看什么样的波形，用什么样的示波管。看什么样的波形，用什么样的示波

9、管。 主频：短主频：短 注：避免光点长时间打在一点上，烧焦屏幕（出现黑点），注：避免光点长时间打在一点上，烧焦屏幕（出现黑点）， 实验室内常用的中余辉（绿色）。当用作显象管时（绿色）实验室内常用的中余辉（绿色）。当用作显象管时（绿色） 二、二、图象显示的基本原理图象显示的基本原理： 示波器图象显示原理分为显示示波器图象显示原理分为显示y=f（t）图形和显示图形和显示 任意任意两波形关系两波形关系变量的图形。变量的图形。 1、显示、显示y=f（t）时的图形时的图形 tVtf m sin 加在加在VY上即上即Y偏转板上。如偏转板上。如VX=0则电子束在垂直方向上显示一条线则电子束在垂直方向上显示一

10、条线 这时可测这时可测VP-P。 max max （1）、扫描）、扫描 A、偏转特性：、偏转特性： y yVhy 测试信号波形的理论依据是：示波器测试信号波形的理论依据是：示波器CRT偏转特偏转特 性性静电特性，静电特性，y Vy， ，x Vx 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为扫描，光点在锯齿波作用下扫动的过程称为扫描， 从左到右称为扫描正程，从右到左为回程。从左到右称为扫描正程，从右到左为回程。 电压电压max 光点光点最右最右 电压电压min 光点光点最左最左 能实现扫描的锯齿波电压叫扫描电压能实现扫描的锯齿波电压叫扫描电压 X偏转板上加一随时间而线性变化的电压，即偏转板上加一随时间而线性

11、变化的电压，即VX=kt(锯齿波电压锯齿波电压)， 光点的变化反应了时间变化。时间变化为一条直线，称为时间基线光点的变化反应了时间变化。时间变化为一条直线，称为时间基线 B、扫描的同步扫描的同步 Ts Tn Tn Tn =2TsTn =Ts+1/4Ts 为得到稳定的波形，必须为得到稳定的波形，必须 保证保证同步同步关系，即关系，即 Tn=NTs N-为整数为整数 同步扫描同步扫描 当扫描电压的周期当扫描电压的周期Tn是被观察信号周期的整数倍时，扫描是被观察信号周期的整数倍时，扫描 后的一个周期描绘的波形与前一个周期完全一样，荧光屏上后的一个周期描绘的波形与前一个周期完全一样，荧光屏上 得到清晰

12、而稳定的波形，这就叫做信号与扫描电压同步。得到清晰而稳定的波形，这就叫做信号与扫描电压同步。 存在问题：存在问题： a 有扫描底线有扫描底线 b 不便观察占空比很小的波不便观察占空比很小的波 形（尖脉冲等）。形（尖脉冲等）。 C、连续扫描和触发扫描连续扫描和触发扫描 Ts 被测脉冲被测脉冲 连续扫描连续扫描 Tn=Ts t Tn t Tn 连续扫描连续扫描 Tn= t 触发扫描触发扫描 t vy 以观察电视行同步信号为例。以观察电视行同步信号为例。 *连续扫描的特点：连续扫描的特点： a、扫描发生器连续工作；、扫描发生器连续工作； b、无输入信号时显示一条时基线；、无输入信号时显示一条时基线；

13、 *触发扫描的特点：触发扫描的特点： a、被测脉冲到来时扫描一次；、被测脉冲到来时扫描一次； b、平时为等待扫描状态；、平时为等待扫描状态； c、主要用于观测占空比很小的脉冲，扫描电压、主要用于观测占空比很小的脉冲，扫描电压 持续时间的选择应等于或稍大于脉冲底宽。持续时间的选择应等于或稍大于脉冲底宽。 在有的示波器上，会有一个按钮来进行选择。在有的示波器上，会有一个按钮来进行选择。 D、关于增辉、消隐、关于增辉、消隐 存在的问题存在的问题 在触发扫描时，有很长等待时间，在触发扫描时，有很长等待时间， 此时此时VX=VY =0，有一个光点，而，有一个光点，而 且还有回扫虚线。且还有回扫虚线。 利

14、用增辉可加强扫描正程时的亮利用增辉可加强扫描正程时的亮 度，减弱光点；利用消隐可减少度，减弱光点；利用消隐可减少 扫描回程时的基线。扫描回程时的基线。 K G1 G2 _ + 辉度辉度 聚焦聚焦辅助辅助 聚焦聚焦 A1 A2 ！对于触发扫描，扫描正程增辉！对于触发扫描，扫描正程增辉 可避免无信号时中心亮点毁坏可避免无信号时中心亮点毁坏 屏幕。屏幕。 如果观察触发脉冲的上升沿，触发扫描加上消隐如果观察触发脉冲的上升沿，触发扫描加上消隐 及增辉后，仍不理想。及增辉后，仍不理想。 因为触发扫描发生器只有当被观察的信号到来时因为触发扫描发生器只有当被观察的信号到来时 才工作，因此扫描的开始时间总是滞后

15、于被观测信号，才工作，因此扫描的开始时间总是滞后于被观测信号， 所以上升沿或下降沿无法完整显示。因此需将加到所以上升沿或下降沿无法完整显示。因此需将加到Y 偏转板上的信号偏转板上的信号Vy延长，加延迟线即可。延长，加延迟线即可。 E、延迟、延迟 衰衰 减减 Y前置前置 放大器放大器 延迟线延迟线 Y输出输出 放大器放大器 扫描扫描 发生器环发生器环 触发触发 电路电路 X 放大器放大器 电源电源 输入输入 X 校准信号校准信号 发生器发生器 校准输出校准输出 s2 Y通道 X通道 s1 输入输入 Y 外触发输入外触发输入 50Hz电源电源 (三三)、通用示波器原理及使用、通用示波器原理及使用

16、一一.原理框图原理框图 扫描门扫描门积分器积分器 比较和释抑比较和释抑 电路电路 增辉增辉 至至X放大器放大器 E 扫描发生器环扫描发生器环 对于扫描信号要求：对于扫描信号要求： 要求波形线性好，下降快；如线性不好时，信号观要求波形线性好，下降快；如线性不好时，信号观 测会产生失真，下降不够快时，会出现回扫。测会产生失真，下降不够快时，会出现回扫。 X通道主要功能即为产生扫描信号。通道主要功能即为产生扫描信号。 二二.水平通道水平通道 E2 E1 t t 0 V0 又称为时基闸门，又称为时基闸门， 连续扫描时，没有触发连续扫描时，没有触发 信号也有门控信号输出；信号也有门控信号输出； 触发扫描

17、时只有在触发触发扫描时只有在触发 脉冲作用下才应产生触脉冲作用下才应产生触 发信号。发信号。 输入端由三个方面信号控制：输入端由三个方面信号控制： 稳定度稳定度提供直流电位提供直流电位 触发电路触发电路触发脉冲触发脉冲 释抑电路释抑电路释抑信号释抑信号 x t Ss （a）、）、t RC E Vo （b） （c） 扫描速度粗调扫描速度粗调改变改变 R 或或 C 扫描速度微调扫描速度微调改变改变 E 或改变或改变X放大器的增益放大器的增益 扫描速度（扫描速度（t/cm） 把锯齿波送入把锯齿波送入X放大器后，再加至水平偏转板，由于这个电压放大器后，再加至水平偏转板，由于这个电压 与时间成正比，就可

18、以用荧光屏上的水平距离代表时间。与时间成正比，就可以用荧光屏上的水平距离代表时间。 定义荧光屏上单位长度所代表的时间为示波器扫描速度定义荧光屏上单位长度所代表的时间为示波器扫描速度S（t/cm） x t s x：光迹在水平方向偏转的距离：光迹在水平方向偏转的距离 t：偏转：偏转x所对应的时间所对应的时间 可见，调整可见，调整E、R、C均可改变扫描速度。改变均可改变扫描速度。改变E作为作为 扫描速度微调；改变扫描速度微调；改变R、C扫描速度粗调。扫描速度粗调。 作用：作用： 通过判断积分器输出电压通过判断积分器输出电压 来控制扫描门关闭，同时来控制扫描门关闭，同时 使积分器复位。复位过程使积分器

19、复位。复位过程 即为回扫过程。即为回扫过程。 E0 E1 E2 Vr t 1 2 t1t1 t2 t4 t5 连续扫描时，稳定度连续扫描时，稳定度 旋钮电平旋钮电平E0大于上触大于上触 发电平发电平E1 触发扫描时，触发扫描时，E0 介于介于E1与与 E2之间之间 脉冲到来时触发脉冲到来时触发 E1 E0 E2 Vr 释抑电路释抑电路 充电充电 释抑电路释抑电路 放电放电 释抑电路释抑电路 充电充电 释抑电路释抑电路 放电放电 在扫描正程时，即使接收到触发信号也不能改变电路状态，这叫在扫描正程时，即使接收到触发信号也不能改变电路状态，这叫“抑抑” 在扫描回程后才可以接收触发脉冲，这叫在扫描回程

20、后才可以接收触发脉冲，这叫“释释”。 作用：产生周期与被测信号有关的触发电路脉冲，加至扫描门。作用：产生周期与被测信号有关的触发电路脉冲，加至扫描门。 组成：方式开关、电平旋钮、极性开关、组成：方式开关、电平旋钮、极性开关、S1开关组成。开关组成。 + DCHF AC低抑低抑 内内 外外 + + + 电源电源 AC “极性极性”决定决定 上升沿或下上升沿或下 降沿触发降沿触发 “电平电平”决定决定 正半周或负正半周或负 半周触发半周触发 方式开关决定方式开关决定 不同的耦合方不同的耦合方 式：式：AC、DC 1、正极性，正电平、正极性，正电平 触发点触发点 2、负极性，正电平、负极性，正电平

21、触发点触发点 3、正极性，负电平、正极性，负电平 触发点触发点 4、负极性，负电平、负极性，负电平 触发点触发点 有衰减器、前置放大、延迟线、有衰减器、前置放大、延迟线、Y输出差分放大组成。输出差分放大组成。 可以证明：可以证明： 当当R1C1= R2C2时时 分压比与频率无关。分压比与频率无关。 改变分压比，即可改变示波器改变分压比，即可改变示波器 的偏转灵敏度，这个改变分压比的偏转灵敏度，这个改变分压比 的开关即为灵敏度粗调开关的开关即为灵敏度粗调开关 （V/cm）。）。 三三.垂直通道垂直通道 （vertical channel） 为扩大可观察信号的幅度范围，保证显示在荧光屏上的信为扩大

22、可观察信号的幅度范围，保证显示在荧光屏上的信 号不致因过大而失真，通常由号不致因过大而失真，通常由RC组成。组成。 提高输入阻抗。在集电极加电抗，提高频率响应。提高输入阻抗。在集电极加电抗，提高频率响应。 高频时高频时ZC较大，较大， 增益增大。输出差分信号至差分放大器。增益增大。输出差分信号至差分放大器。 改变负反馈，可改变较大的增益，改变负反馈，可改变较大的增益， 即示波器灵敏度微调（即示波器灵敏度微调（“校正位置校正位置”）。）。 输出极采用差分放大使加在偏转板上的电压能够对称，输出极采用差分放大使加在偏转板上的电压能够对称， 并有利于提高共摸抑制比。并有利于提高共摸抑制比。 改变改变Y

23、电位器，可以改变两输出端的直流电位，进而改电位器，可以改变两输出端的直流电位，进而改 变波形变波形Y在荧光屏上的位置，即在荧光屏上的位置，即“Y轴位移轴位移”旋钮。旋钮。 a、偏转灵敏度、偏转灵敏度:10V-10nV，体现测量强弱信号的能力。，体现测量强弱信号的能力。 b、扫描速度、扫描速度Ss：10S/cm-1nS/cm c、带宽：仪器响应降低、带宽：仪器响应降低3dB时的上限频率。时的上限频率。 信号上升时间信号上升时间/示波器对信号的上升时间示波器对信号的上升时间 测量误差测量误差 1/1 41% 3/1 5.2% 5/1 2% 10/1 0.5% 结论结论:示波器带宽越宽，上升时间越短

24、，测量误差越小。示波器带宽越宽，上升时间越短，测量误差越小。 四四.示波器的使用示波器的使用 依据：依据： 1、根据工作特性、根据工作特性2、性能价格比、性能价格比 3、测量的准确度、测量的准确度4、通道数、通道数 5、数据处理方式、数据处理方式6、采样速率、采样速率 7、评价存档能力、评价存档能力8、易使用、易使用 a、电压测量、电压测量 b、时间测量、时间测量 掌握各种方法的掌握各种方法的 原理、使用，及其优原理、使用，及其优 缺点。缺点。 最常用的探头是最常用的探头是“低电容探头低电容探头”，其等效电路如图所示，其等效电路如图所示 可以证明，当可以证明，当 R1(C1+C2) = Ri

25、Ci 1 RR R i i 则分压比则分压比 与输入信号频率无关与输入信号频率无关 常取分压比为常取分压比为1:1 1:10(探头有一开关选择探头有一开关选择) 如果如果Ri=1M 欧姆，则欧姆，则R1=9M 欧姆欧姆 大大提高了系统的输入阻抗，降低了输入电容。大大提高了系统的输入阻抗，降低了输入电容。 C1+C2 Ci 故称低电容探头。故称低电容探头。 探头的校正：探头的校正： 如不满足上述关系，测量波形会发生畸变，因此要进行探头如不满足上述关系，测量波形会发生畸变，因此要进行探头 的校正。的校正。 对标准信号，对标准信号，0.5vpp，1kHz，如，如C1调整不合适，会出现以下调整不合适，

26、会出现以下 波形。波形。 C1叫做补偿电容，又叫加速电容。叫做补偿电容，又叫加速电容。 其它常用探头：其它常用探头： 高压探头（高压探头（100:1)、电压隔离探头、电流探头、电压隔离探头、电流探头 输入输入0.5vpp， 1kHz的信号，探头打在的信号，探头打在1：1档。调档。调 整示波器灵敏度粗调（整示波器灵敏度粗调（v/cm），此时微调打在校正位），此时微调打在校正位 置，置，0.5v/cm档应是一格，否则调微调。扫描速度粗调档应是一格，否则调微调。扫描速度粗调 1ms/cm，再调微调。，再调微调。 尽量放在直流档，可获得最大信息量。尽量放在直流档，可获得最大信息量。 A线性扫描法线性扫

27、描法 a 首先进行时基校正。首先进行时基校正。 b 选择出发电平及极性。触发电选择出发电平及极性。触发电 平太大、太小均不稳定。平太大、太小均不稳定。 在调整触发电平时，会觉得波形在调整触发电平时，会觉得波形 左右跳，这是眼睛的错觉，实际左右跳，这是眼睛的错觉，实际 上是触发位置在动。上是触发位置在动。 c 选择同步源选择同步源 比如双通道比如双通道A、B看触发脉冲，可看触发脉冲，可 利用电源触发或外触发输入（双利用电源触发或外触发输入（双 踪示波器在下面介绍）。踪示波器在下面介绍）。 讨论：用单踪示波器，如何查看讨论：用单踪示波器，如何查看 两波形的相位差？两波形的相位差？ 360 1 x

28、x 1 x x 1 x B 李沙育图形法李沙育图形法显示两个任意变量的关系显示两个任意变量的关系 m x2 m y2 0 2x 0 2y mm x x x x 2 2 sin 00 m x x 2 2 sin 0 1 梯形法梯形法 y v t x v t Y通道通道 X通道通道 包络法包络法 y v t 示波器示波器 B A% BA BA M 正确使用注意事项正确使用注意事项 a、探头配套使用及校准，微调旋钮的校正位置、探头配套使用及校准，微调旋钮的校正位置 b、注意电压高低、注意电压高低 c、注意保护屏幕、注意保护屏幕 d、注意共地问题、注意共地问题 (1)、多线示波器、多线示波器 发射多个

29、相互独立的电子束，多枪多束或单枪发射多个相互独立的电子束，多枪多束或单枪 多束；常用双线示波器。多束；常用双线示波器。 缺点：工艺要求较高，价格较贵。缺点：工艺要求较高，价格较贵。 (2)、多踪示波器、多踪示波器 组成与普通示波器类似，增加了一个电子开关，组成与普通示波器类似，增加了一个电子开关， 具有多个垂直通道。电子开关的切换或转换方式有具有多个垂直通道。电子开关的切换或转换方式有 交替和断续两种，属于时间分割方式。交替和断续两种，属于时间分割方式。 五五.示波器多波形显示示波器多波形显示 A门门 电子开关电子开关 B门门 垂直位移垂直位移 垂直位移垂直位移 A通道输入通道输入 B通道输入

30、通道输入 至垂直偏转板至垂直偏转板 双踪示波器双踪示波器Y通道方框图：通道方框图： 图中图中V1、V2两个电位器为偏置电位器电位器。把上下两通道上下分开。两个电位器为偏置电位器电位器。把上下两通道上下分开。 “交替交替”方式方式 “断续断续”方式方式 其扫描方式有：其扫描方式有： 交替扫描：非实时，开关速度低，交替扫描：非实时，开关速度低， 有闪动，不用于低频波形显示。有闪动，不用于低频波形显示。 断续扫描：开关速度高，不闪，中间断续扫描：开关速度高，不闪，中间 要消隐，否则有雾状。要消隐，否则有雾状。 注意：双踪示波器在使用时，注意：双踪示波器在使用时， 切忌共地，否则短路。切忌共地，否则短

31、路。 触发源的选择问题触发源的选择问题 (3)、双扫描示波显示 、双扫描示波显示 前置前置 放大放大 延迟线延迟线 A触发触发A扫描扫描A门门 电压电压 比较比较 B触发触发 B扫描扫描 电子开关电子开关Y线分离线分离 B门门 X放大放大 Y放大放大 Rp 功能：在观察一个脉冲功能：在观察一个脉冲 序列的同时，可以仔细序列的同时，可以仔细 观察其中一个或部分脉观察其中一个或部分脉 冲的细节冲的细节 有两个独立的有两个独立的 触发和扫描电触发和扫描电 路，扫速可相路，扫速可相 差很多倍差很多倍 延迟触延迟触 发电平发电平 被测信号被测信号 A 触发触发 A扫描扫描 B触发触发 B扫描扫描 A增辉

32、增辉 B增辉增辉 合成增辉合成增辉 双扫描示波器的有关波形双扫描示波器的有关波形 （四）、取样技术在示波测量中的应用（四）、取样技术在示波测量中的应用 取样分为取样分为 实时取样实时取样 非实时取样非实时取样 实时取样：指在信号经历的实际时间内对一个信号实时取样：指在信号经历的实际时间内对一个信号 波形进行取样。波形进行取样。 缺点：不能解决示波器在观测高频信号时所遇到缺点：不能解决示波器在观测高频信号时所遇到 的频带限制的困难。的频带限制的困难。 非实时取样：取样点分别取自若干个信号波形的非实时取样：取样点分别取自若干个信号波形的 不同位置。不同位置。 优点：解决了实时取样的缺点。优点：解决

33、了实时取样的缺点。 T t 2 t 3 t 4 t 5 t t1t2t3t4t5t6 1 2 3 4 5 6 K G A1 A2 Y X K1 K2 G11 G12 G21 G22 收集极收集极 存储介质存储介质 存储存储 栅网栅网 写入电子枪写入电子枪偏转系统偏转系统读出电子枪读出电子枪记忆和显示部分记忆和显示部分 栅网式存储示波管栅网式存储示波管 记忆示波器记忆示波器利用记忆示波管组成利用记忆示波管组成 （五）、波形的存储和记忆（五）、波形的存储和记忆 水平水平 放大器放大器 输入输入 衰减器衰减器 输入输入 放大器放大器 触发触发 电路电路 A/D 转换器转换器 D/A 转换器转换器 逻

34、辑控制电路逻辑控制电路 (微处理器微处理器) 地址地址 计数器计数器 D/A 转换器转换器 GPIB 控制器控制器 记录输出记录输出 控制器控制器 扫描扫描 发生器发生器 延迟线延迟线垂直垂直 放大器放大器 存储存储 实时实时 实时实时 存储存储存储存储 输入输入 外触发外触发 CRT 存储器存储器 (RAM) 数字存储示波器数字存储示波器 数字示波器可以方便的实现对模拟信号进行长期存储数字示波器可以方便的实现对模拟信号进行长期存储; 可以利用机内微处理器对存储的信号进行进一步的处理可以利用机内微处理器对存储的信号进行进一步的处理; 例如例如: 自动测量自动测量 被测波形的频率、幅度、前后沿时

35、间、平均值等被测波形的频率、幅度、前后沿时间、平均值等 数字示波器分为实时和存储两种工作模式；数字示波器分为实时和存储两种工作模式； 当为存储模式时，工作过程分为存储和显示两个阶段当为存储模式时，工作过程分为存储和显示两个阶段 当为实时工作模式时，原理与传统模拟示波器基本一样。当为实时工作模式时，原理与传统模拟示波器基本一样。 取样器取样器模模-数变换数变换存储器存储器 取样器取样器模模-数变换数变换存储器存储器 时基电路时基电路 处理器处理器 显显 示示 晶体振荡器晶体振荡器 时钟时钟 前置放大器前置放大器 输入输入1 输入输入2 外触发外触发 数字示波器的输入电路与模拟示波器的输入电路相似

36、；数字示波器的输入电路与模拟示波器的输入电路相似； 数字示波器的时基电路的功能与模拟示波器不同，它是数字示波器的时基电路的功能与模拟示波器不同，它是 一个晶体振荡器，测量触发信号和取样时钟之间的时间一个晶体振荡器，测量触发信号和取样时钟之间的时间 差，处理器根据此时间差确定将波形取样放在显示器上差，处理器根据此时间差确定将波形取样放在显示器上 什么位置。什么位置。 被测信号被测信号 取样脉冲取样脉冲 取样值取样值 RAM 地地 址址 数据数据 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A7 A8 A9 A10 A11 A6 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11

37、取样和存储过程取样和存储过程 地地 址址 数据数据 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A7 A8 A9 A10 A11 A6 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 读出和显示过程读出和显示过程 读出读出 数字量数字量 X通道通道 扫描扫描 信号信号 荧光屏荧光屏 显示显示 数字示波器的技术指标、特点及应用数字示波器的技术指标、特点及应用 技术指标技术指标 1、最大取样速率、最大取样速率 单位时间内完成的完整单位时间内完成的完整A/D转换的最高次数转换的最高次数 2、存储带宽、存储带宽 3、分辨率、分辨率 包括水平和垂直分辨率包括水平和垂直分辨率 4、存储

38、容量、存储容量 5、读出速度、读出速度 数字存储示波器的数字存储示波器的特点特点： 1、可观测甚低频信号波形；、可观测甚低频信号波形； 2、可长期存储波形、可长期存储波形 3、可进行负延迟；、可进行负延迟； 可同时观察到触发点前、后的波形，有利于观察振荡器可同时观察到触发点前、后的波形，有利于观察振荡器 起振的过程。起振的过程。 触发点触发点 4、便于观测单次过程和缓慢变化的过程、便于观测单次过程和缓慢变化的过程 可用于观察地震、金属断裂、武器发射、材料变形等可用于观察地震、金属断裂、武器发射、材料变形等 单次过程和缓慢变化过程。单次过程和缓慢变化过程。 5、多种显示方式、多种显示方式 卷动卷

39、动 例如：例如： 适合于连续波形中寻找所需信号的两种显示方式适合于连续波形中寻找所需信号的两种显示方式 适用于在缓慢变化中的信号寻找所需的信号。适用于在缓慢变化中的信号寻找所需的信号。 新波形新波形 老波形老波形 改写点改写点 自动抹迹自动抹迹每满足一次触发条件，新存储的波形就覆盖每满足一次触发条件，新存储的波形就覆盖 原波形。原波形。 6、便于数据处理、便于数据处理 7、可用字符显示测量结果、可用字符显示测量结果 8、便于程控和用多种方式输出、便于程控和用多种方式输出 9、便于进行功能扩展、便于进行功能扩展 例如：例如： 可扩展为同时显示时、频域波形的仪器。可扩展为同时显示时、频域波形的仪器

40、。 HP54645D示波器示波器应用应用 1、模拟信号观测、模拟信号观测2个输入通道；个输入通道； 2、数字信号观测：、数字信号观测：16个数字输入通过对数字逻辑信号测量个数字输入通过对数字逻辑信号测量 的设置操作，对通道数字输入状态进行测量的设置操作，对通道数字输入状态进行测量 3、触发方式设置、触发方式设置 边沿触发边沿触发触发电平触发电平 4、触发类型、触发类型 AUTO:自动触发自动触发 Autio Lvl:自动电平触发自动电平触发 Normal:常态触发常态触发 模式触发模式触发:对信号通道设置触发类型对信号通道设置触发类型,可以是数字编码可以是数字编码 或者是模拟通道的信号。或者是

41、模拟通道的信号。 先进触发包括毛刺触发、模式触发和先进触发包括毛刺触发、模式触发和TV触发。触发。 1、毛刺触发可通过对毛刺的极性和宽度进行定义产生触发。、毛刺触发可通过对毛刺的极性和宽度进行定义产生触发。 2、模式触发设置信号的码型模式作为触发信号。、模式触发设置信号的码型模式作为触发信号。 3、TV触发对电视信号进行观测时使用。触发对电视信号进行观测时使用。 逻辑分析仪原理、组成逻辑分析仪原理、组成 4、基本组成、基本组成触发识别触发识别 数据获取数据获取 数据存储数据存储数据显示数据显示 3、数据域测试典型代表、数据域测试典型代表; 1、数据域分析：以离散时间或事件为自变量的数据流。、数

42、据域分析：以离散时间或事件为自变量的数据流。 2、数字系统的特点、数字系统的特点 通常是按时续传递通常是按时续传递多位传输多位传输传递方式多样传递方式多样 速度变化范围宽速度变化范围宽单次或非周期信号单次或非周期信号故障判别故障判别 数据数据 采集采集 探头探头 输入输入 寄存器寄存器 FIFO 存储器存储器 触发触发 识别器识别器 内时钟内时钟 发生器发生器 显示显示 发生器发生器 + + CRT 门限电平设定门限电平设定 外时钟输入外时钟输入 0通道通道 1通道通道 N通道通道 触发字置入触发字置入 外触发输入外触发输入 触发触发 信号信号 触发识别触发识别:为了捕获和显示感兴趣的内容，触

43、发识别电路为了捕获和显示感兴趣的内容，触发识别电路 用于寻找触发字或触发事件。用于寻找触发字或触发事件。 数据获取：数据获取： 在时钟作用下，通过多路数据采集探头，与在时钟作用下，通过多路数据采集探头，与 设定的门限电平进行比较，判为设定的门限电平进行比较，判为0、1两种状两种状 态后存入输入存储器。态后存入输入存储器。 数据存储：数据存储： 存储采集到的数据。存储采集到的数据。 通常采用先进先出（通常采用先进先出（FIFO）寄存器）寄存器 数据显示：数据显示： 显示存储于存储器中的数据。显示存储于存储器中的数据。 2、逻辑分析仪的触发、逻辑分析仪的触发 （1）始端触发）始端触发 逻辑分析仪在

44、被触发时的数据为存储、显示逻辑分析仪在被触发时的数据为存储、显示 的第一个有效数据。的第一个有效数据。 （2）终端触发）终端触发 存储器存满后开始搜索触发字，一旦搜索到，存储器存满后开始搜索触发字，一旦搜索到， 立即停止存储。立即停止存储。 触发字为存储和显示的最后一位有效数据。触发字为存储和显示的最后一位有效数据。 （3）延迟触发）延迟触发 分为时钟延迟和事件延迟。分为时钟延迟和事件延迟。 时钟延迟又称为字延迟，指触发后经过一定的采样时钟延迟又称为字延迟，指触发后经过一定的采样 时钟数后才开始或终止存储有效数据。时钟数后才开始或终止存储有效数据。 事件延迟通常是对触发字进行延迟，指检出一定数

45、事件延迟通常是对触发字进行延迟，指检出一定数 目的触发字后再触发。目的触发字后再触发。 采用延迟的方法可以逐段观测数据流。采用延迟的方法可以逐段观测数据流。 (4)触发的识别触发的识别 字触发字触发输入的数据字与预先设定的输入的数据字与预先设定的 触发字进行比较触发字进行比较 事件触发事件触发 对符合的次数进行计数，达到对符合的次数进行计数，达到 预置计数值时产生触发预置计数值时产生触发 （5）触发限定）触发限定 满足一定的条件才能触发。满足一定的条件才能触发。 3、逻辑分析仪的数据获取、逻辑分析仪的数据获取 （1）采样方式）采样方式 （2）同步采样和异步采样）同步采样和异步采样 同步采样同步

46、采样：利用被测电路的时钟或某些信号作为：利用被测电路的时钟或某些信号作为 逻辑分析仪的时钟进行采样。逻辑分析仪的时钟进行采样。 异步采样异步采样：采样时钟与被测系统没有同步关系。：采样时钟与被测系统没有同步关系。 主要是利用逻辑分析仪内部的多种不同周期的主要是利用逻辑分析仪内部的多种不同周期的 采样时钟。采样时钟。 异步采样时钟频率的选择：应选时钟频率为被测信号频率异步采样时钟频率的选择：应选时钟频率为被测信号频率 或相当最窄观察脉冲对应频率的或相当最窄观察脉冲对应频率的510倍。倍。 4、逻辑分析仪数据存储、逻辑分析仪数据存储 始端触发的数据存储：始端触发的数据存储： 进入存储阶段，找到触发

47、字，经过延迟电路，开始存储进入存储阶段，找到触发字，经过延迟电路，开始存储 存储计数器计数，存储器满停止。存储计数器计数，存储器满停止。 终端触发的数据存储：终端触发的数据存储： 写时钟作用下，开始存储；存储器满开始搜索触发字；写时钟作用下，开始存储；存储器满开始搜索触发字； 找到触发字，经过数字延迟后，停止存储。找到触发字，经过数字延迟后，停止存储。 5、逻辑分析仪的显示、逻辑分析仪的显示 状态表显示状态表显示 定时图显示定时图显示 6、显示方式、显示方式 状态表显示状态表显示 反汇编显示反汇编显示比较显示比较显示 D/A显示显示 映射图显示映射图显示 1.JT-1（XJ4810）图示仪）图

48、示仪 从输出特性曲线上应能查出最常用的从输出特性曲线上应能查出最常用的4个主要参数个主要参数 a.Ib=0时的时的Ic值即值即Iceo b.Vces饱和压降，在饱和压降，在Ic=10mA时时 c.电流放大倍数电流放大倍数 d.V(BR)CEO反向击穿电压反向击穿电压 (1)三极管的输出特性三极管的输出特性 常数 i f i Bc vCE) ( I h b fe Ic （六）、示波器应用扩展（六）、示波器应用扩展 50Hz全波全波 整流波形整流波形 阶梯波阶梯波 电压发生器电压发生器 集电极集电极 扫描电压扫描电压 Y X C E B 定值定值 B I CEC VfI)( 取样电取样电 压压 保

49、证阶梯波扫描电压的周期为保证阶梯波扫描电压的周期为 集电极扫描电压周期的整数倍集电极扫描电压周期的整数倍 晶体三极管输出特性晶体三极管输出特性 (2)原理框图原理框图 (3)波形分析波形分析 a.外观外观 要注意要注意NPN和和PNP对对Vc和和Ib的正负调整。的正负调整。 并且在选双簇时，切记同是并且在选双簇时，切记同是NPN或或PNP管子。管子。 学会用万用表辨别学会用万用表辨别c,e,b。 b.Ib调零调零 NPN管子管子Iceo0较小较小,不明显不明显,因此以因此以PNP管子为例。管子为例。 显示部分中间按钮按下，调整起始位置在右上角。显示部分中间按钮按下，调整起始位置在右上角。 级数

50、选择级数选择“1”，最，最“左左”位置。按下测量板上位置。按下测量板上“零电零电 流流”，即，即Ib=0，调整，调整Vce=10V,此时此时Ic为为Iceo。松开零电。松开零电 流，应使第一条线和流，应使第一条线和Iceo重合，即阶梯调零旋钮。重合，即阶梯调零旋钮。 1 1 0 8 8 7 2 2 1 5 2 0 11 c. Vceo 的测量 的测量 按下零电流，即按下零电流，即IB=0， 适当选择限流电阻适当选择限流电阻RC， 选择适当的电压档位和极性，选择适当的电压档位和极性， 逐渐增加扫描电压，观测电流的变化，当发逐渐增加扫描电压，观测电流的变化，当发 生电流突变时的拐点位置，即为击穿电

51、压。生电流突变时的拐点位置，即为击穿电压。 d.稳压二极管的测量稳压二极管的测量 （讨论）（讨论） e.绝缘栅场效应管（思考题）绝缘栅场效应管（思考题） 2.放大器的幅频特性测试放大器的幅频特性测试 (1).原理原理 X扫描：对应于频率变化扫描：对应于频率变化 Y扫描：不同频率下的放扫描：不同频率下的放 大输出大输出 。 这就是扫频测量技术。这就是扫频测量技术。 锯齿波电压锯齿波电压VCO输出频率随时间在一定范围内由低到输出频率随时间在一定范围内由低到 高做线性变动，振幅不变高做线性变动，振幅不变放大器，则从输出端得到的电放大器，则从输出端得到的电 压包络线与其幅频特性相对应压包络线与其幅频特

52、性相对应 (2).测量方法测量方法 首先将放大器的输入输出短路，则屏幕上出现一条线（虚首先将放大器的输入输出短路，则屏幕上出现一条线（虚 线所示）。线所示）。 割断短路线，由于是放大器，输出波形非常大。调割断短路线，由于是放大器，输出波形非常大。调Y轴衰轴衰 减使尖峰和上次的直线相切，则衰减倍数即为放大倍数。减使尖峰和上次的直线相切，则衰减倍数即为放大倍数。 3.频谱分析频谱分析 (1).定义定义 .12sin.3sinsin 1231 tnAtAtAf n 向向pf面投影得到一条条谱线，对应于各频率点所对应的信面投影得到一条条谱线，对应于各频率点所对应的信 号幅值。号幅值。 研究信号所包含的频率成分即频谱分布情况，叫频域分析或频研究信号所包含的频率成分即频谱分布情况，叫频域分析或频 谱分析。谱分析。 以开关电源中常见的开关信号为例，我们知道，它是镜像对称以开关电源中常见的开关信号为例，我们知道，它是镜像对称 的，进行傅立叶分析后（展开后）可以写成如下表达式的，进行傅立叶分析后（展开后）可以写成如下表达式 (2).频谱仪的工作原理频谱仪的工作原理 a.模拟式频谱仪模拟式频谱仪 设置一组带同滤波器，中心频