电子式电测仪表CH

1、1第第5章章 电子式电测仪表电子式电测仪表n 了解示波器的结构和显示波形的基本原理， 初步掌握其使用方法n 学习示波器、低频信号发生器的使用方法n 学习使用示波器测量观察信号的电压、频 率、位相差的一些方法2按用途与特点分类： 通用示波器 取样示波器 数字存储示波器 专用示波器 矢量示波器、环扫描示波器、逻辑示波器等 对于一个电信号，可以用它的瞬时幅值随时间的变化情况来表示，例如，用各种电子示波器对电信号的波形及表征它的各种参数进行测试的方法，称为时域分析方法。电子示波器是时域测量技术中最为灵活而应用广泛的电子测量一仪器。电子示波器又称阴极射线示波器或电子射线示波器，是可观测时域电压信号波形或

2、两时域电压信号间函数关系的快速显示仪器。35.1 电子示波器原理1.1.示波器的基本结构示波器的基本结构通用示波器原理框图 电子示波器是利用被测电压控制示波管中的电子束，通过电子束的偏转反映被测信号的变化。由电子束轰击在荧光屏上而激发出亮光，亮光连成的轨迹就代表了被测信号的波形。4(1)(1)示波管示波管简称CRT，它是一种利用高速电子冲击荧光屏使它发光的显示器件。示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分组成，整个结构密封在一个喇叭状的抽成真空的玻璃壳中。就其用途而言，它是把电信号变成光信号的转换器。 5被测信号经垂直偏转板显示 6偏转原理 7(2)(2)扫描方式扫描方式采用连续扫描时，如果T

3、nnTs，屏幕上的波形会有“移动”现象 连续扫描连续扫描8触发扫描触发扫描 9(3)(3)双踪显示双踪显示双踪显示实现的方法一般是用双束示波管或用单束示波管外加电子开关。 采用双束示波管的示波器结构复杂、价格较贵。可利用单束示波管实现双踪显示。 10控制S1、S2的方法有两种：交替法和断续法 (a)交替法显示波形 (b)断续法显示波形11(4)(4)其它其它 放大器作用 灵敏度选择开关(“V/DIV”或“VOLTS/DIV”) 扫描速度控制(“T/DIV”或“SEC/DIV”) 示波器电源（高压部分和低压两部分 ） 122.2.示波器的主要性能指标示波器的主要性能指标 示波器的主要性能有几十项

4、，为了正确选择和使用示波器，必须了解下列五项性能指标。u频率响应（频带宽度）u时域响应（瞬态响应）表示放大电路在输入方波脉冲信号作用下的过渡特性。u偏转灵敏度 指输入信号在无衰减情况下，亮点在屏幕上偏转1cm或1格）所需信号电压的峰峰值。u输入阻抗u扫描速度（时基因素）13标准矩形方波的示波器显示图形 145.2 电子示波器的应用1.1.电压的测量电压的测量交流电压的测量 22PPVV有效值)(/DIVHDIVVVPP将通道灵敏度选择开关(VOLT/DIV)的微调位置以顺时针方向旋至满度的校准位置。 15直流电压的测量 “VOLTS/DIV”的指示值为0.5，则Vp-p=0.53.7=1.85

5、V。 先将Y轴耦合方式开关置“GND”位置，调节Y轴移位使扫描基线在一个合适的位置，再将耦合开关置“DC”位置。16时间间隔的测量 msms161/28格格时间间隔2.2.时间的测量时间的测量 水平扩展系数格时间扫描时间系数格两点间水平距离时间间隔/s17上升时间的测量 ss36. 05/18 . 1格格上升时间183.3.两个同频率信号相位差的测量两个同频率信号相位差的测量直接测量法直接测量法0360Dd00403609119李萨育图形法李萨育图形法2sincoscossin cossin1mmmmxxyYttYXX12sinmyyY112hyymYh2221arcsinhh204.4.频率

6、的测量频率的测量/10Nf HzSEC DIV10格周期数指示值XYffXf频率测量的另一种方法是李萨育图形法，即在示波器的X轴加可调标准频率信号，在Y轴加被测信号。反复调节标准信号的频率和幅值，使示波器显示稳定的圆形或椭圆形，则被测频率 ，式中 为标准信号的频率值。 先测出信号的周期，再计算出频率()1( )f HzT s对较高频率被测信号215.3 取样示波器1.1.取样原理取样原理取样保持器的基本原理 通用示波器采用实时测量的方法，受限于Y轴放大器带宽、时基扫描速度，上限工作频率1500Mhz。将高频信号经过采样变换，变换成与原波形相似的低频信号，使得普通示波器可以显示高频被测信号。22

7、取样示波器的工作波形 23取样脉冲周期取样次数所需取样时间步进间隔t与信号最高频率的周期之间应满足采样定理iTmTtiTntieTTTnTtmin2iTt 242.2.取样示波器的基本组成取样示波器的基本组成取样示波器原理框图 255.4 数字存储示波器1.1.数字存储示波器的基本组成数字存储示波器的基本组成典型数字示波器原理框图 262.2.数字存储示波器的信号采集技术数字存储示波器的信号采集技术(1)(1)采样方式采样方式(a) 实时采样 所有采样点是示波器一次触发而获得。27(b) 等效时间采样 随机采样随机采样 多点随机采样 28p 对较低频率信号采用实时采样技术，对较高频率信号采用等

8、效时间采样技术。 顺序采样29(2)(2)采样速率采样速率记 录 长 度采 样 速 率 扫 描 速 率屏 幕 水 平 宽 度即数字化速率，通常可用3种方式描述： 采样次数，表示成单位时间内采样的次数； 采样频率 信息率，表示为单位时间存储多少位(bit)的数据。采样速率受存储容量(记录长度)的限制，为防止采样存储器的溢出，在不同的扫描速率时，要求采样速率具有对应关系30(3)(3)采样器件采样器件两路组合采样原理 并联比较式A/D转换器 多个A/D交叉复用，以成倍提高采样速率31 CCDA/D技术 CCDA/D组合采集原理 先高速模拟存储，再进行慢速A/D数字化处理 32(4)(4)采样存储器

9、采样存储器采样存储器的环形结构各存储单元按串行方式依次寻址，且首尾相接，每次采样的数据按顺序依次存储。33(5)(5)触发方式触发方式数字示波器的触发可看作是从存储器中选取信号的一个标志。延迟触发34毛刺触发捕捉尖峰干扰的波形 毛刺触发353.3.数字存储示波器的波形显示技术数字存储示波器的波形显示技术(1)(1)点显示技术点显示技术视觉混淆示意图 36(2)(2)数据点插入技术数据点插入技术用数据点插入技术可以解决视觉错误问题，主要有两种插入方法，即线性插入和曲线插入。 374.4.数字存储示波器的控制系统数字存储示波器的控制系统p 数字存储示波器的控制系统需要完成数据采集、数据处理、显示、

10、人机控制等功能，用一个微处理器很难及时完成这些任务，因此现代数字存储示波器出现多CPU系统。p 通常一个CPU为主CPU，具有相应的存储器(ROM、RAM )、输入输出接口(I/O )和外设(键盘、显示器等)，执行管理整个仪器的软件；其余CPU为从CPU，在主CPU管理下完成一部分工作，如数据采集CPU、数据处理CPU、通信管理CPU等。385.5.主要性能指标主要性能指标(1) 最高采样速率DIVsNft(2) 存储带宽BW(a) 重复带宽 (等效带宽)(b) 单次带宽 (有效存储带宽)kfBWsmaxN每格的采样点数；t/DIV扫描速率fsmax最高采样速率；k每周期采样点数即单位时间内采样次数，也称数字化速率，用每秒完成的A/D转换的最高次数来衡量。实时采样速率39(3) 分辨率分辨率指示波器能分辨的最小电压增量，即量化的最小单元。 垂直分辨率：电压分辨率，与A/D转换器的分辨率相对应，以每格的分级数或百分数表示； 水平分辨率：时间分辨率，由采样速率和存储器容量决定，以屏幕每格含多少点或用百分数表示。