第3章电子示波器07912ppt课件

1、第 3 章 电 子 示 波 器 第第3 3章章 电 子 示 波 器电 子 示 波 器 3.1 概述概述 3.2 示波管及波形显示原理示波管及波形显示原理 3.3 电子示波器电路的基本组成及原理电子示波器电路的基本组成及原理3.3.2 通用示波器通用示波器Y通道垂直系统）通道垂直系统）3.3.3 通用示波器通用示波器X通道水平系统）通道水平系统） 3.4 SS5702双踪示波器双踪示波器3.5 双扫描示波器双扫描示波器3.6 取样示波器取样示波器3.7 数字存储示波器数字存储示波器本章小结本章小结1第 3 章 电 子 示 波 器 第第3章章 电子示波器电子示波器学习参考：示波器主要用来观测信号波

2、形、测量电压、频率、时间学习参考：示波器主要用来观测信号波形、测量电压、频率、时间等参数，是电子测量三大仪器之一。本章主要介绍波形测试原理及示波器等参数，是电子测量三大仪器之一。本章主要介绍波形测试原理及示波器的组成原理与应用。要求通过学习了解示波器的组成、理解它的工作原理、的组成原理与应用。要求通过学习了解示波器的组成、理解它的工作原理、掌握它的应用。掌握它的应用。本章要点：示波管组成及波形显示原理，示波器扫描过程、组成、本章要点：示波管组成及波形显示原理，示波器扫描过程、组成、技术指标及应用。技术指标及应用。2第 3 章 电 子 示 波 器 4.1 概述概述电子示波器简称为示波器，它借助阴

3、极射线示波管CRT，Cathode Ray Tube电子射线的偏转将电信号变换成可见图像，实现波形的显示，实现电压、周期、频率、时间、相位、调制系数等参数的测量。示波器也是构成特性曲线测试仪器等的重要组成部分，例如晶体管特性图示仪、扫频仪等。示波器按其性能、结构分为：（1通用示波器通用示波器采用单束示波管，它分为单踪、双踪、多踪示波器。单踪示波器在荧光屏上只能显示一个信号的波形，双踪示波器在荧光屏上可显示两个信号的波形，多踪示波器在荧光屏上可同时显示两个以上信号的波形。3第 3 章 电 子 示 波 器 （2多束示波器多束示波器又称为多线示波器，它采用多束示波管，荧光屏上显示的每个波形都由单独的

4、电子束扫描产生，能同时观测、比较两个以上的波形。（3取样示波器取样示波器将高频、超高频信号经取样变换为较低频率信号后再显示，适用于测量高频、超高频信号。（4存储示波器存储示波器具有存储被测信号的功能，适用于异地观测、异地分析测量。（5专用示波器专用示波器能够满足特殊的用途，如监测调试电视系统的4第 3 章 电 子 示 波 器 电视示波器，用于调试彩色电视中有关色度信号幅度和相位的矢量示波器和用于观测调试计算机和数字系统的逻辑示波器等。 本章着重讨论通用示波器的工作原理及其应用。 3.2.1 阴极射线示波管的构造 阴极射线示波管是示波器重要组成部分，用来将电信号变换为光信号而加以显示。CRT主要

5、由电子枪、偏转系统和荧光屏三大部分组成，它们都封装在密闭呈真空的玻璃壳内，其结构如图3.1所示。3.2 示波管及波形显示的基本原理示波管及波形显示的基本原理5第 3 章 电 子 示 波 器 示波管属于电真空器件，又称为阴极射线管示波管属于电真空器件，又称为阴极射线管CRTCRT）。）。KG1G2A1A2Y2X2F6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦聚焦UA1辅助聚焦后加速极后加速极A A3 315KV电子枪电子枪偏转系统偏转系统荧光屏荧光屏Y1真空玻璃管真空玻璃管图3.1 阴极射线示波管Z Z轴轴兰色：电力线兰色：电力线红色：等位面红色：等位面6第 3 章 电 子 示 波 器 电子枪的作用是

6、发射电子并形成强度可控制的很细的电子束。电子枪的作用是发射电子并形成强度可控制的很细的电子束。它由以下几部分组成：它由以下几部分组成： 1.1.灯丝灯丝FF在交流低压在交流低压( (如如6.3V)6.3V)下使钨丝烧热下使钨丝烧热, ,用于加热阴极。用于加热阴极。2.2.阴极阴极KK是一个表面涂有氧化钡其逸出功小，内部自由电子容易逸出）是一个表面涂有氧化钡其逸出功小，内部自由电子容易逸出）的金属的金属 3.3.第一栅极第一栅极G1G1调节调节G1G1的电位可以调节示波器的亮度，常置于示波器的电位可以调节示波器的亮度，常置于示波器面板上供使用。面板上供使用。 当控制信号加于当控制信号加于G1G1

7、，其亮度可随之改变，则可以传递信息，称为示波器的，其亮度可随之改变，则可以传递信息，称为示波器的Z Z轴电路。轴电路。4.4.第二栅极第二栅极G2G2隔离开隔离开G1G1和和A1A1，以减小亮度调节与聚焦调节的相互影响。，以减小亮度调节与聚焦调节的相互影响。5.5.第一阳极第一阳极A1A1与第二阳极与第二阳极A2A2构成一个电子透镜，对电子束起聚焦作用。构成一个电子透镜，对电子束起聚焦作用。 6.6.第二阳极第二阳极A2A2是个更大的同轴圆筒，其上电压较高，它主要与是个更大的同轴圆筒，其上电压较高，它主要与A1A1构成构成电子透镜。电子透镜。 7.7.第三阳极第三阳极A3A3具有上万伏的高压，

8、用于对电子束加速，故也称后加速具有上万伏的高压，用于对电子束加速，故也称后加速阳极。阳极。 7第 3 章 电 子 示 波 器 1. 电子枪电子枪 电子枪用来发射电子并形成很细的高速电子束。它主电子枪用来发射电子并形成很细的高速电子束。它主要由灯丝要由灯丝F、阴极、阴极K、控制栅极、控制栅极G、第一阳极、第一阳极A1、第二阳极、第二阳极A2和后加速阳极和后加速阳极A3组成。组成。阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，在灯丝的加热下，阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，在灯丝的加热下，阴极散射出大量游离电子。阴极散射出大量游离电子。控制栅极是顶端有孔的圆筒，套装在阴极外面，其电位比控制栅极是顶端有孔

9、的圆筒，套装在阴极外面，其电位比阴极电位低，用于控制射向荧光屏的电子数量，改变电子束打阴极电位低，用于控制射向荧光屏的电子数量，改变电子束打在荧光屏上亮点的亮度。调节电位器在荧光屏上亮点的亮度。调节电位器RP1可以调节亮度，称之可以调节亮度，称之为为“辉度辉度INTENSITY）”调节旋钮。与控制栅极极性相反调节旋钮。与控制栅极极性相反的电压加到阴极上时，也可起到与控制栅极相同的作用。的电压加到阴极上时，也可起到与控制栅极相同的作用。第一、二阳极是中间开孔、内有许多栅格的金属圆筒，它第一、二阳极是中间开孔、内有许多栅格的金属圆筒，它们与控制栅极配合完成对电子束的加速和聚焦，聚焦就是使电们与控制

10、栅极配合完成对电子束的加速和聚焦，聚焦就是使电子束在荧光屏上的亮点直径变小，调节电位器子束在荧光屏上的亮点直径变小，调节电位器RP2、RP3可使可使荧荧8第 3 章 电 子 示 波 器 光屏亮点鲜明，得到最佳的聚焦效果，RP2、RP3分别称为“聚焦FOCUS）”调节和“辅助聚焦AUX FOCUS）”调节旋钮。 后加速阳极用来加速电子束，提高示波管的偏转灵敏度。2. 偏转系统偏转系统的作用是：扫描电压、被测信号加到X、Y偏转板上时，各自在X、Y偏转板间形成偏转电场，分别使电子束产生在X、Y方向上的位移，由此确定出亮点在荧光屏上的位置。偏转系统位于第二阳极之后，由两对相互垂直的X水平）、Y垂直偏转

11、板组成，分别控制电子束水平方向、垂直方向的偏转，偏转的距离分别与加在偏转板上的电压大小成正比，该特性称为阴极射线示波管的线性偏转特性。9第 3 章 电 子 示 波 器 为了显示出被测信号的波形，扫描电压和被测信号电压分别加在示波管X、Y偏转板上。扫描电压是与时间成正比的锯齿波，因而，电子束在水平方向上的偏转距离与时间成正比，这是示波器测量时间、周期等参数的原理依据。改变扫描电压的大小，可以调整显示波形的宽度。锯齿波和被测信号都变换成极性相反的对称信号后加到偏转板上，如图4.1所示。被测信号变换后加在Y偏转板上，使电子束产生与信号电压成正比的偏移，这是示波器测量电压等参数的原理依据。改变Y偏转板

12、上的信号电压大小，可以调整显示波形的幅度。 当在Y1、Y2偏转板上再叠加上对称的正、负直流电压时，显示波形会整体向上移位，反之，向下移位，调节该直流电压的旋钮称为“垂直移位(VERTICAL)”旋钮。当在X1、X2偏转板上再叠加上对称的正、负直流电压时，显示波形会整体向左移10第 3 章 电 子 示 波 器 位，反之，向右移位，调节该直流电压的旋钮称为“水平移位HORIZONTAL）”旋钮。 3. 荧光屏 荧光屏内壁涂有荧光物质磷光质），外壁则是玻璃管壳。当荧光物质受到电子枪发射的高速电子束轰击时能发出荧光，并维持一定的时间，该现象称为荧光物质的余辉现象。按照余辉现象维持时间即余辉时间的长短，

13、荧光物质分为短余辉小于1ms）、中余辉1ms2ms和长余辉大于2s，甚至可达几分钟或更长等几种。被测信号频率越低，越宜选用余辉长的荧光物质，反之，宜选用余辉短的荧光物质。荧光物质发出的颜色有黄色、绿色、蓝色等几种，普通示波管常选用黄色或绿色的荧光物质。11第 3 章 电 子 示 波 器 3.2.3 3.2.3 电子束偏转原理电子束偏转原理1 1静电偏转静电偏转-光点法光点法-用干示波器用干示波器2.2.磁偏转磁偏转-光栅法光栅法-用于电视机、计算机显示器及示波器。用于电视机、计算机显示器及示波器。2yyyaLsyUh UbU图图6.4 6.4 电子束的偏转电子束的偏转L LS SY YU Uy

14、 yUaUa屏幕屏幕电子束电子束A2A22yyyaLsyUh UbU比例系数称为示波管的偏转比例系数称为示波管的偏转因数，单位为因数，单位为cm/Vcm/V，它的倒，它的倒数数DyDy1 1hyhy称为示波管的称为示波管的偏转灵敏度，单位为偏转灵敏度，单位为V/cmV/cm。偏转灵敏度是示波管的重要偏转灵敏度是示波管的重要参数。参数。12第 3 章 电 子 示 波 器 为了进行定量测试，一般在荧光屏内壁预先沉积一个透明刻度，称为内刻度；或在屏外安置标有刻度的透明塑料板，称为外刻度。刻度区域通常为一矩形，称为测量窗或显示窗，其尺寸是示波器可视尺寸，一般为10div8div宽高）。3.2.5 波形

15、显示原理1. 波形显示(扫描）当示波管未加偏转电压时，电子束打在荧光屏中心位置上而产生亮点。当在示波管X、Y偏转板上都只加直流电压时，也可以在荧光屏上得到一个位置产生变化的亮点。每个亮点所在的位置都可以设为起始点。被测信号的波形可以看作是由很多亮点构成的，由示波管的线性偏转特性可知，每个亮点在X、Y方向上的坐标即相对13第 3 章 电 子 示 波 器 图3-4 扫描电压与信号电压共同作用 0 3 2 1 4 4 3 2 1 0 0 Vx t t Vy 屏幕显示 被测信号 Vy 扫描信号 Vx 14第 3 章 电 子 示 波 器 于起始点的距离分别与被测信号波形中该点的时间及瞬时电压成正比。当被

16、测电压、扫描电压分别加至垂直、水平偏转板上时，电子束受到垂直、水平偏转板的共同作用，使电子束每一时刻产生的亮点的垂直位移与被测电压的瞬时电压成正比，而在时间上则一一对应，这样就在荧光屏上得到一个留存时间很短的亮点轨迹，即波形。如图3-4所示。只要被测信号是周期性信号，每次得到的波形又能完全重复，并且每次重复的间隔时间又很短，就可以得到稳定的被测信号波形，重复间隔时间应少于人眼视觉暂留时间，否则，波形会闪烁，不便于观测。 2. 扫描及同步 图3.2为扫描电压实际波形。15第 3 章 电 子 示 波 器 Ts为扫描正程时间，在此期间电子束产生自左至右的移动，称为“扫描正程”；Tb为扫描逆程时间，在

17、此期间电子束产生自右至左的移动，称为“扫描逆程或“扫描回程”，以保证下次扫描从起始点开始向右扫描；Tw为扫描休止时间，以保证下次扫描在荧光屏上的起始点能够与本次扫描的起始点重合，为便于分析通常不予考虑。当扫描逆程时间和扫描休止时间均为零时，扫描电压为理想扫描电压。3. 扫描过程的增辉与隐熄 扫描正程时显示被测信号的波形，要求在此期间增强波TbTSTwTx=TS+Tb+Twtux(t)0图3.2 扫描电压实际波形16第 3 章 电 子 示 波 器 形的亮度，即增辉，可以在控制栅极上叠加正极性脉冲或在阴极上叠加负极性脉冲来实现增辉。在扫描逆程时，电子束在向左移动的过程中会出现亮线，该亮线称为回扫线

18、。假如在Y偏转板上加正弦电压，在扫描休止时，电子束会在起始点位置出现一条垂直的亮线，该亮线称为休止线。应对回扫线和休止线进行消隐，否则，将影响波形的观测，如图3.3所示，可以在控制栅极上叠加负极性脉冲或在阴极上叠加正极性脉冲来实现消隐。 正程波形（与被测信号波形相同）回扫线休止线图3.3 不消隐时显示的波形17第 3 章 电 子 示 波 器 如果要得到稳定的周期性被测信号波形必须满足同步条件：Tx=Ts+Tb+Tw=nTyn为正整数） （3-1）式中，Tx为扫描信号周期；Ty为被测信号周期。由此可见，被测信号和扫描电压对电子束的作用时间总是相等的。所以，扫描电压正程、逆程时间等于被测信号的几个

19、周期，就相应地扫描得出被测信号几个周期的波形，其中扫描逆程得到的波形即回扫线是紧随扫描正程波形之后的被测信号波形的回折，即以扫描正程结束点所在纵轴为轴线将正程之后的波形向起始方向对折，并且使扫描逆程的结束点与扫描起始点重合，如图3.4所示。图3.4中，扫描电压周期为被测信号周期的三倍，满足式4-1的关系，可以得到稳定的波形，这种现象称为同步。否则，18第 3 章 电 子 示 波 器 会产生左移或右移的不稳定波形或亮带。4.连续扫描和触发扫描 示波管除供电部分外，再加上扫描电压产生部分（即X通道和输入电压变换部分即Y通道则构成示波器。示波器一般采用电平触发的方法获取被测信号的周期信息，从而实现扫

20、描电压与被测信号的同步，这个过程称为触发同步，在这Tx=Ts+Tb=3TyTs=2TyTb=Tyttux(t)uy(t)00正程终点（逆程起点）正程起点（逆程终点）正程波形回扫线对折方向对 折 轴 线图3.4 显示波形的取得19第 3 章 电 子 示 波 器 种状态下的扫描称为触发扫描，是示波器优先采用的扫描方式。有时，扫描电压是在自激状态下产生的，这种扫描方式称为连续扫描。有时扫描电压是在手动控制下产生的，称之为单次扫描，单次扫描适于观测非周期性信号。有时在自动电路控制下，连续扫描和触发扫描可以实现自动变换，这种扫描方式称为自动扫描，是操作示波器时通常选用的扫描方式。 上述扫描电压均为锯齿波

21、电压，如果只在水平偏转板上加扫描电压，在荧光屏上会产生一条可反映时间长短的水平亮线，称之为时间基线，简称为时基线，这种扫描方式称为直线扫描。如果偏转板上加的不是锯齿波，会出现圆形或螺旋形波形，称之为圆扫描或螺旋扫描。如无特别说明，本书不涉及圆扫描和螺旋扫描。20第 3 章 电 子 示 波 器 当扫描频率与窄脉冲的重复频率相等时，显示的脉冲很窄。a图为被测的窄脉冲信号，b图为采用低速的连续扫描信号，c图为采用高速的连续扫描信号，扫描周期分别为T=Ty和T=，b图中波形水平方向被压缩，在示波器屏幕上很难看清波形的细节，无法分析脉冲信号的各个参数。为了将脉冲信号展开显示需提高扫描速度，这里只有提高扫

22、描频率，如c图所示。 21第 3 章 电 子 示 波 器 在示波管中，电子束同时受X和Y两个偏转板的作用，若Y偏转板上加正弦波信号电压uy=Uymsint ，X偏转板上加锯齿波电压ux=kt ，且Tx=Ty，则电子束在两个电压的同时作用下，在水平方向上和垂直方向上同时产生位移，荧光屏上将显示出被测信号随时间变化的一个周期的波形曲线。若两偏转板的信号都为正弦波且初相相同，可在荧光屏上显示一条与水平轴呈45角的直线，若两个信号的初相为90，则在荧光屏上显示出一个正椭圆，若x和y方向的偏转距离相同，则显示一个正圆形。示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称李沙育图形，这种图形在相位和频率测量中常

23、常会用到。如图3-3(a) 所示为不同初相不同频率时的李沙育波形。5. XY显示方式22第 3 章 电 子 示 波 器 (c)(b)(a)23第 3 章 电 子 示 波 器 3.3 电子示波器电路的基本组成及原理电子示波器电路的基本组成及原理3.3.1 电子示波器的基本组成电子示波器的基本组成图图3-10 3-10 通用示波器的主要组成框图通用示波器的主要组成框图24第 3 章 电 子 示 波 器 由 上述分析得知，通用示波器主要由 X通道HORIZONTAL）、Y通道VERTICAL）、主机三大部分组成。单踪示波器的基本组成如图3.5所示。 X通道水平系统） X通道由触发电路、扫描电路和X放

24、大器组成。它的主要作用是：在触发信号的作用下，输出大小合适、极性相反的对称扫描电压，以驱动电子束水平偏转。 Y通道垂直系统） Y通道由衰减器、前置放大器、延迟级、输出放大器等组成。它的主要作用是：对单端输入的被测信号进行变换、处理成为大小合适极性相反的对称信号加到Y偏转板上，使电子束产生垂直偏转。25第 3 章 电 子 示 波 器 探极Y衰减器Y前置放大器延迟级Y输出放大器Y偏转板触发电路扫描电路X放大器标准信号发生器电源增辉电路控制栅极(或阴极)主机Y通道X偏转板“X输入外同步触发输入标准信号输出“X-Y”X通道“扫描”S2S1内外电源示波管被测信号输入图3.5 通用示波器基本组成26第 3

25、 章 电 子 示 波 器 （3主机部分 主机部分主要包括标准信号源、增辉电路、电源、示波管等部分。增辉电路的作用是在扫描正程时使波形增辉，扫描逆程或扫描休止期时使回扫线和休止线消隐；或在外加高频信号的作用下，对显示波形进行亮度调制，即使波形亮暗变化情况受外加信号的控制，波形由实线变为虚线，由此可测量信号周期或频率。标准信号源用于提供幅度、周期等都很准确的方波信号，例如1kHz、10mVP-P的方波，以便对示波器有关技术指标进行校准调整。由于增辉信号是加在示波管的控制栅极或阴极上，而控制栅极或阴极均与偏转板垂直，符合三维坐标关系，故增辉电路等又称为Z轴系统，有时也将主机部分称为Z轴系统。有关主机

26、部分的内容不再进行详细介绍。 27第 3 章 电 子 示 波 器 3.3.2 通用示波器通用示波器Y通道垂直系统）通道垂直系统）示波器Y通道主要由输入电路、前置放大器、延迟级和输出放大器等组成，如图3.5所示。它的主要作用是把被测信号变换成为大小合适的双极性对称信号后加到Y偏转板上，使显示的波形适于观测；向X通道提供内触发信号源；补偿X通道的时间延迟，以观测到诸如脉冲等信号的完整波形。1 输入电路如图3.6所示，输入电路主要包括探极、耦合方式变换开关、衰减器、阻抗变换及倒相放大器等部分。探极被测信号与示波器的连接可以选用引线或附带的探极，通28第 3 章 电 子 示 波 器 常选用高频特性良好

27、、抗干扰能力强的高输入阻抗探极。探极分为有源探极和无源探极两种，探极中通常设置有衰减器。有源探极具有良好的高频特性，衰减比为1：1，适于测试高频小信号，但需要示波器提供专用电源，应用较少。应用较多的是无源探极，衰减比输入/输出有1：1、10：1和100：1三种，前两种的应用比较普遍，后一种通常用于高频测量。当探极衰减比为10：1或100：1时，被测电压值是示波器测得电压的10倍或100倍。 探极衰减器阻抗变换及倒相放大器偏转因数Y前置放大器DCACGNDS耦合方式被测信号uy(t)图3.6 Y通道输入电路29第 3 章 电 子 示 波 器 无源探极的结构如图3.7所示。如果要正确地测量高频波和

28、方波，需要调节探极补偿电容器C。补偿电容的位置有的在探针处图3.7(a)），有的在探极末端图3.7(b)）或在校准盒内。调整补偿电容时，将示波器标准信号发生器产生的方波加到探极上，用螺刀左右旋转补偿电容C，直到调出图3.8(a)所示的方波（即正确补偿为止。否那么，会出现图3.8(b)、图3.8(c)所示的电容过补偿或欠补偿情况。(b)输入示波器探 极CiRi 1M (a)C9M高阻同轴电缆探针地线输入示波器探 极CiRi 1MC9M高阻同轴电缆探针地线图3.7 两种无源探极的结构30第 3 章 电 子 示 波 器 原则上，示波器的探极应专用。 正确使用探极，可以提高示波器的输入阻抗，增强示波器

29、的抗干扰能力，扩展示波器的电压量程。接入探极后，一般可以使示波器输入电阻提高到10M、输入电容减小到十几pF。 衰减器衰减器一般为阻容步进衰减器，其电路原理如图3.9所示。改变衰减器衰减比，也就改变了示波器偏转因数，从而使显示波形的幅度得以调整。偏转因数旋钮每挡所对应的阻容衰减器是唯一的。 (a)(b)(c)图3.8 探极补偿情况31第 3 章 电 子 示 波 器 对于图对于图4.9所示的阻容衰减器，只有当满足所示的阻容衰减器，只有当满足R1C1=R2C2时，衰时，衰减器才具有平坦的幅频特性，即示波器偏转因数与输入信号频减器才具有平坦的幅频特性，即示波器偏转因数与输入信号频率无关，其衰减比为率

30、无关，其衰减比为R2/(R1+R2)。直流或低频时直流或低频时 高频时高频时 uiR1R2C1C2uo+图3.9 阻容步进衰减器原理图20pF20pF示波器示波器180pF180pF探头探头212oiuRuRR212oiuZuZZ32第 3 章 电 子 示 波 器 3 3 延迟级延迟级 为了显示稳定的脉冲波形，示波器通常采用内触发方式来为了显示稳定的脉冲波形，示波器通常采用内触发方式来产生扫描电压。只有当被测信号达到一定的触发电平时，才能产生扫描电压。只有当被测信号达到一定的触发电平时，才能产生触发脉冲并形成扫描电压，但被测信号从零电平开始上升产生触发脉冲并形成扫描电压，但被测信号从零电平开始

31、上升到一定的触发电平需要经历一定的时间，这表明扫描电压要比到一定的触发电平需要经历一定的时间，这表明扫描电压要比被测信号出现的时间晚，从而使被测信号的前沿无法完整显示。被测信号出现的时间晚，从而使被测信号的前沿无法完整显示。为了完整显示被测信号波形，在为了完整显示被测信号波形，在Y Y通道中设置延迟级对被测信通道中设置延迟级对被测信号进行延迟号进行延迟, ,延迟时间一般为延迟时间一般为6060200ns200ns，常取，常取100ns100ns左右。左右。 图图3.103.10为延迟级原理示意图，图为延迟级原理示意图，图3.10 (a)3.10 (a)、图、图3.10 (b)3.10 (b)、

32、图图3.10( c)3.10( c)、图、图3.10 (d)3.10 (d)分别为被测信号分别为被测信号uy(t)uy(t)、触发脉冲、触发脉冲p(t)p(t)、扫描电压、扫描电压ux(t)ux(t)的波形和被测信号的显示波形，的波形和被测信号的显示波形，UtUt为触为触发电平。由此可见，经过延迟级适当延迟后即可看到完整的被发电平。由此可见，经过延迟级适当延迟后即可看到完整的被测信号波测信号波33第 3 章 电 子 示 波 器 形。但观测正弦等缓慢变化的信号时，延迟级的作用却不显著，故简易示波器中一般不设置延迟级。无延迟级显示的波形延迟时间有延迟级显示的波形t00ux(t)p(t)tuy(t)

33、Ut0t图3.10 延迟级原理示意图(a)(b)(c)(d)34第 3 章 电 子 示 波 器 4. 4. 显示方式控制电路显示方式控制电路 双踪示波器使用单枪示波管，以交替或断续的方式将两路双踪示波器使用单枪示波管，以交替或断续的方式将两路信号显示在荧光屏上。显示方式控制电路由门电路、电子开关、信号显示在荧光屏上。显示方式控制电路由门电路、电子开关、及混合放大电路组成，其电路及波形如图及混合放大电路组成，其电路及波形如图3-183-18所示。电子开关所示。电子开关又称为通道变换器，其输入端接前置放大器，又称为通道变换器，其输入端接前置放大器，S1S1S8S8为模拟电为模拟电子开关。电子开关有

34、子开关。电子开关有“信道信道1”1”、“信道信道2”2”、“叠加叠加”、“交交替和替和“断续五种工作状态。断续五种工作状态。 （1 1信道信道1 1CH1 =Y1 CH1 =Y1 ）开关开关S1S1、S2S2、S7S7、S8S8断开，开关断开，开关S3S3、S4S4、S5S5、S6S6闭合，闭合，CH1CH1输输入的信号送到输出端，而信道入的信号送到输出端，而信道2 2CH2CH2输入的信号不能到达输输入的信号不能到达输出端，只能显示出端，只能显示CH1CH1输入的信号。输入的信号。35第 3 章 电 子 示 波 器 （2信道2 （CH2 =Y2）开关S3、S4、S5、S6断开，开关S1、S2

35、、S7、S8闭合，CH2输入的信号送到输出端，而CH1输入的信号不能到达输出端，只能显示CH2输入的信号。CH1S1S2S4S3CH2S5S6S8S7+延 迟 级(a)(b)(c)图3.18 双踪波形显示原理示意图36第 3 章 电 子 示 波 器 （3叠加(Y1Y2)开关S1、S2、S5、S6断开，开关S3、S4、S7、S8闭合，CH1和CH2输入的两路信号均送到输出端，并在负载中互相叠加，显示叠加ADD后的波形。当CH2输入的信号未倒相时，实现求和CH1+CH2），当CH2输入的信号被倒相后，实现求差CH1CH2）。（4交替 交替ALT状态时，开关S3、S4、S5、S6和S1、S2、S7、

36、S8断开或闭合的状态受时基闸门脉冲的控制，并且每间隔一个扫描周期变换一次状态，使得CH1和CH2输入的信号轮流接通、轮流显示，只要轮流显示的间隔时间较短，就可交替显示出两个信号的波形。设CH1、CH2的输入分别为梯形波、三角波信号，示波器显示的波形如图4.18(b)所示。37第 3 章 电 子 示 波 器 交替方式适于观测高频信号。这是因为被测信号频率较低时，所需扫描电压的周期长，即交替显示同一信号的间隔时间长，当间隔时间接近或超过人眼视觉暂留时间时，显示波形会产生闪烁，不便于观测。 （5断续: 断续CHOP状态时，在每一次扫描过程中，开关S3、S4、S5、S6和S1、S2、S7、S8的断开或

37、闭合受电子开关内断续器自激多谐振荡器产生的高频振荡信号如200kHz的方波的控制，快速轮流接通两个输入信号，从而显示出每个被测信号的某一段，以后各次扫描重复以上过程。这样显示出的波形是由许多线段组成的，只要开关变换频率很快、水平扫速又较慢，这些线段就很短，看起来显示的波形好象是连续的，如图3.18(c)所示。38第 3 章 电 子 示 波 器 5. Y轴放大器 Y轴放大器分前置放大器和后置放大器两种。 前置放大器的作用是：放大、补偿。对前级输出信号进行放大，补偿延迟级对信号的衰减损耗；为X通道的触发电路提供大小合适的内触发信号，以得到稳定可靠的内触发脉冲。与前置放大器有关的开关旋钮有：“倒相开

38、关、垂直“移位旋钮。“倒相开关通过对称地改变加在前置放大器的双端输入信号的极性使显示波形倒置；“移位旋钮通过调节同轴双联电位器对称地反向调节前置放大器双端输出信号中的直流成分而使波形垂直移位。39第 3 章 电 子 示 波 器 后置放大器是y通道中的主放大器，也称Y输出放大器，一般采用推挽式放大器电路。电路中采用一定的补偿电路和较强的负反馈，其作用是对延迟线输出的信号放大到足够的幅度，从而使电子束在垂直方向上产生足够大的偏转，便于观测微弱信号。后置放大器应在带宽满足要求的前提下，有足够的增益和动态范围、小的谐波失真，以使荧光屏能不失真地重现被测信号。在后置放大器中一般设有垂直偏转因数“5”或“

39、10扩展功能，把放大器的放大量提高5或10倍，这对于观测微弱的信号或仔细观察波形某个局部的细节是很方便的。40第 3 章 电 子 示 波 器 Y放大器具有以下特点： C具有稳定的放大倍数，K=SV/S,K为幅度倍数，SV为示波管灵敏度，S为示波器灵敏度。 Y放大器应具有足够的带宽。具有较大的输入电阻1M欧和较小的输入电容几十PF) Y放大器的输出级采用差分电路，以使加在偏转板上的电压能够对称。 Y放大器通常设置“倍率开关，通过改变负反馈，使放大倍数扩大510倍。设置增益调整旋钮，可使放大器增益连续改变。41第 3 章 电 子 示 波 器 3.3.3 通用示波器通用示波器X通道水平系统）通道水平

40、系统）示波器X通道主要由触发电路、时基扫描电路及X放大器等三大部分组成，如图3.11所示。其中时基发生器和触发电路的主要作用是产生时基扫描信号；X放大器用来放大扫描信号。1.时基发生器时基发生器由扫描门、积分器、比较和释抑电路组成，如图3.12所示。 积分器积分器由运算放大器、积分电容C和积分电阻R组成。它在扫描门的控制下产生线性锯齿电压。42第 3 章 电 子 示 波 器 射极跟随器触发放大器触发形成器时基闸门积分器电压比较器外触发输入X放大器X偏转板“X输入从电源来从Y通道来射极跟随器触发类型耦合方式触发电平去Z通道去Y通道+稳定度自动电路触发电路扫描电路内外电源S1S2扫速释抑电路扩展移

41、位寻迹“扫描”“X-Y”图3.11 X通道组成框图43第 3 章 电 子 示 波 器 时基发生器电路图图3.12 3.12 比较和释抑电路示意图比较和释抑电路示意图-E-E充电充电放电放电44第 3 章 电 子 示 波 器 积分器又称为扫描电压发生器，是密勒积分器，它具有输入阻抗高、线性好的特点，电路结构框图如图3.16所示。 时基闸门电路输出的闸门脉冲控制开关S的断开闭合。当S断开时，积分器开始积分，产生扫描正程电压，扫描正程电压为 改变RC的值，即改变了扫描电压正程斜率，也就改变了扫描速度。改变积分电阻、积分电容的旋钮称为“时基因数s/div）”旋钮。当S闭合时，积分电容放电，产生扫描逆程

42、电压。tRCEdtERCut0s)(1 + + 运放ERCS时基闸门电路电压比较器X放大器图3.16 扫描电压发生器电路结构框图45第 3 章 电 子 示 波 器 扫描门 时基闸门电路又称为扫描门，是施密特触发器。它的作用是在触发脉冲作用下或在自激状态下产生闸门脉冲，闸门脉冲是积分器的控制方波信号。另外，闸门脉冲还通过射随器加到Z通道去实现增辉消隐，以及加到双踪示波器Y通道电子开关作为交替显示的控制信号。示波器有连续扫描和脉冲扫描两种工作状态。在连续扫描状态，即使没有触发信号，扫描门也有扫描控制方波输出。在触发扫描状态，只有在触发脉冲作用下才产生控制方波。不论连续扫描还是触发扫描，扫描锯齿波都

43、应与被测信号同步。扫描门是由射极耦合双稳态触发电路的两个三极管VT1和VT2组成。扫描门的输入端有三个输入信号：“稳定度旋钮的直流电位、触发脉冲、释抑信号。 46第 3 章 电 子 示 波 器 图3.17中，当无信号或触发脉冲超过自动电路暂稳态触发器的暂稳维持时间时，自动电路由暂稳态变为稳态输出低电平，二极管导通，时基闸门电路输入信号电平降低，时基闸门电路工作在自激状态下，即连续扫描方式；当有触发脉冲时，自动电路由稳态变为暂稳态输出高电平，二极管截止，自动电路断开与其它电路的连接，时基闸门电路输入信号电平抬升，时基闸门电路工作在触发状态下，即触发扫描方式。 扫描门电路的射极耦合双稳触发电路触发

44、扫描波形图如图3.14所示。其中VT1的输入UB1介于E1和E2之间，幅度为直流电平UD，时基闸门输出U0为方波，扫描电压为锯齿波。 47第 3 章 电 子 示 波 器 扫描门电路的射极耦合双稳触发电路波形图扫描正程扫描休止扫描逆程时基闸门上触发电平E1时基闸门输出U0稳定度确定的直流电平UD时基闸门下触发电平E2扫描电压参考电压Vr触发脉冲UB1抑制释放图3.14 扫描电路工作波形图触发扫描）时基闸门输入48第 3 章 电 子 示 波 器 （3电压比较器和释抑电路如图3.17所示，二极管与有关电路一起构成电压比较器，当扫描电压高于参考电压Vr时，二极管导通，输出信号经释抑电路送至时基闸门电路

45、，以结束闸门脉冲，从而闭合扫描电压发生器开关S，进入扫描逆程。调节参考电压Vr的大小可以改变二极管导通时间，从而调节扫描电压的幅度。释抑电路一般是RC电路，如图3.17所示。释抑电路的作用是使每次扫描水平方向上起始点在荧光屏上的位置都相同，以保证每次扫描得到的波形能够重合，这是得到稳定波形的重要条件之一。49第 3 章 电 子 示 波 器 当二极管导通时，扫描电压还对释抑电容Ch充电。当二极管截止时，释抑电容放电，释抑电容的放电速度很慢，这样可以使时基闸门电路输入信号的电平被长时间抬升，使得时基闸门脉冲为低电平，积分器控制开关S长时间处于闭合状态，从而保证积分电容有足够的时间进行放电。只有在积

46、分射随器RhCh射随器参考电压Vr积分器电压比较器释抑电路+稳定度时基闸门图3.17 电压比较器和释抑电路原理图50第 3 章 电 子 示 波 器 电容放完电的基础上，积分器才能在触发脉冲的作用下产生扫描正程电压，这样就保证了每次扫描水平方向起始点的位置都相同。释抑电容放完电之前，无论有无触发脉冲，始终不能产生下次扫描，扫描电路处于被抑制状态；释抑电容放完电到下次产生扫描信号之前，释抑电路失效，即扫描电路被释放，释抑电路名称由此而来。 “稳定度电位器可以调节时基闸门电路输入信号的直流电平，改变触发灵敏度，从而影响扫描电路的工作稳定性，同时也可由该电位器改变扫描方式，如连续扫描或触发扫描。稳定度

47、旋钮一般调整至使时基闸门电路输入信号的直流电平位于时基闸门电路上下触发电平之间接近下触发电平处，调整好后，一般不再对其进行调整。51第 3 章 电 子 示 波 器 综合上述分析，图3.18的工作过程如下：当时基闸门接收到触发电路输出的负极性触发尖脉冲时，闸门脉冲由高电平变为低电平，控制积分器开关S断开，积分器开始输出正向电压。积分器输出电压除送至X放大器外，还要送给电压比较器。当积分器输出电压超过电压比较器参考电压Vr时，电压比较器导通，积分器输出电压经释抑电路反馈至时基闸门输入端，使时基闸门输入电平线性增大。当时基闸门输入电平增大到上触发电平时，闸门脉冲状态翻转，积分器开关S闭合，积分器输出

48、电压迅速减小，电压比较器断开，释抑电容开始慢慢放去在电压比较器导通时充上的电荷，并反馈至时基闸门输入端，使时基闸门输入电平开始减小，直至释抑电容放完电，从而保证积分电容放完电之前，时基闸门不被触发脉52第 3 章 电 子 示 波 器 冲触发，即第二次扫描必须是在前次扫描进行完毕的情况下才开始。 图3.19与图3.18的工作过程相似，不同之处在于，当无触发脉冲时，自动电路单稳态输出低电平，将时基闸门输入电平拉低而产生扫描。 触发扫描状态下的工作波形 触发扫描状态下的工作波形如图3.18所示。 电路由第一个脉冲触发扫描，由释抑电压达到E1结束。 第一个脉冲触发后，VT1截止，2、3脉冲失去作用，释

49、抑电容放电，第四个脉冲与释抑电压叠加不到触发电平E2，第五个脉冲到来，释抑电容放电结束，触发电路翻转，形成第二个扫描。 为稳定，释抑电路时间常数要大于积分时间常数，确保第五个脉冲触发时积分电容释放干净。53第 3 章 电 子 示 波 器 （4)4)触发扫描状态触发扫描状态欲看欲看3 3个脉冲：个脉冲：1 1、5 5号脉冲触发有效号脉冲触发有效2 2、3 3号脉冲无用号脉冲无用4 4号脉冲要抑制号脉冲要抑制注意：注意：三个时刻：三个时刻：t1t1、tptp、t2t2三个时间：三个时间：tbtb、thth、twtw要求：要求： thtbthtb释抑放电时释抑放电时间大于回扫时间）间大于回扫时间）图

50、图3.18 3.18 比较和释抑电路的工作比较和释抑电路的工作U UP Puououiuitptptwtw实用中只要选定实用中只要选定s/cms/cm，扫描环则会自动扫出，扫描环则会自动扫出合适的时基线。（不必调合适的时基线。（不必调Tn/TS=nTn/TS=n同步了）同步了）54第 3 章 电 子 示 波 器 图图3.19 3.19 在连续扫描情况下，比较和释抑电路的工作在连续扫描情况下，比较和释抑电路的工作t1t1 t2t2t4t4t5t5t1t1t3t3C Ch h充充U Ur r（5)5)连续扫描状态连续扫描状态予置：予置：E0E1E0E1环路自激环路自激ChCh放电至放电至E1E1打

51、开闸门，扫描开始，打开闸门，扫描开始，到到Up Up ，ChCh充电，到充电，到E2E2扫描结束，扫描结束，ChCh又放又放电。电。当有信号当有信号2 2号触发脉号触发脉冲则环路被信号所冲则环路被信号所同步。同步。55第 3 章 电 子 示 波 器 触发电路用来产生扫描门需要的触发脉冲。触发电路及其面板上的开关如图3.20所示。2.2.触发电路触发电路 图图3.20 3.20 触发电路及其在面板上的对应开关触发电路及其在面板上的对应开关56第 3 章 电 子 示 波 器 （1)1)触发源选择触发源选择“内触发：利用从内触发：利用从Y Y通道来的被测信号作触发信号，这是最通道来的被测信号作触发信

52、号，这是最 常用的情况；常用的情况；“外触发：是用外接信号作触发信号，但触发信号的周期应外触发：是用外接信号作触发信号，但触发信号的周期应 与被测信号有一定的关系，外触发常用在被测信号不适宜作触与被测信号有一定的关系，外触发常用在被测信号不适宜作触 发信号或比较两个信号时间关系的情况。发信号或比较两个信号时间关系的情况。“电源触发电源触发”：在观测与电源有关的信号时，可选：在观测与电源有关的信号时，可选“电源触电源触 发，以便于与电源同步。发，以便于与电源同步。 2)2)触发耦合方式触发耦合方式 “DC“DC直接耦合：用于直流或缓慢变化的信号进行触发时；直接耦合：用于直流或缓慢变化的信号进行触

53、发时； “AC“AC交流耦合：若用交流信号触发，置交流耦合：若用交流信号触发，置ACAC方式，这时电容方式，这时电容 C1C1约约0.47F0.47F起隔直作用；起隔直作用； “低频抑制低频抑制”：利用：利用C1C1、C2C2约约0.01F0.01F串联后的电容，抑串联后的电容，抑 制信号中大约制信号中大约2kHz2kHz以下的低频成分，主要目的是滤除信号中以下的低频成分，主要目的是滤除信号中 的低频干扰；的低频干扰； “HF“HF高频耦合：利用高频耦合：利用C1C1和更小的和更小的C3C3约约1000pF1000pF串联后串联后 只允许通过频率很高的波只允许通过频率很高的波 57第 3 章

54、电 子 示 波 器 3)3)触发电平与触发极性选择触发电平与触发极性选择 其作用是让使用者可以选定在被测信号波形的某一点上产生触其作用是让使用者可以选定在被测信号波形的某一点上产生触发脉冲，也就是可以自由选定从信号的某一点开始观测。发脉冲，也就是可以自由选定从信号的某一点开始观测。 示波器窗口示波器窗口现代示波器中设计了现代示波器中设计了“自动触发电路自动触发电路”，使触发点能自动地保使触发点能自动地保持在最佳的触发电平持在最佳的触发电平的位置。的位置。图图3.21 3.21 不同触发不同触发“极性和极性和“电平时显示的波形电平时显示的波形(a)(a)正极性、正电平正极性、正电平 (b)(b)

55、负极性、正电平负极性、正电平(c)(c)正极性、负电平正极性、负电平 (d) (d) 负极性、负电平负极性、负电平A AA AB BC CDD58第 3 章 电 子 示 波 器 3. X放大器放大器 X放大器的作用是：将单端输入的信号进行放大变换成为大小合适放大器的作用是：将单端输入的信号进行放大变换成为大小合适的双端信号加在的双端信号加在X偏转板上，使电子束在水平方向上产生足够的偏转，偏转板上，使电子束在水平方向上产生足够的偏转，得到合适的波形。当示波器用于显示被测信号波形时，得到合适的波形。当示波器用于显示被测信号波形时，X放大器的输入放大器的输入信号是扫描电压；当示波器工作在信号是扫描电

56、压；当示波器工作在“X-Y方式时，输入信号是外加的方式时，输入信号是外加的X信号。信号。 “X-Y方式时，示波器方式时，示波器X偏转板上所加的信号不再是扫描电压而偏转板上所加的信号不再是扫描电压而是外加的是外加的X信号，该信号与信号，该信号与Y信号是各自独立的，它们各自在信号是各自独立的，它们各自在X、Y偏偏转板间建立偏转电场对电子束共同作用而产生一个新的图形，转板间建立偏转电场对电子束共同作用而产生一个新的图形，59第 3 章 电 子 示 波 器 例如，将两个同频正弦波加到示波器上时，得到的波形为椭圆、圆或直线，两个正弦波加到示波器得到的图形称为李沙育图形。 与X放大器有关的开关旋钮有：“水

57、平移位”、“扫描扩展”、“寻迹等开关旋钮。“水平移位是通过改变水平偏转板上叠加的对称直流电压的大小来实现波形水平移位的。“扫描扩展是通过成倍增大X放大器增益来实现波形扩展的。“寻迹是通过将X放大器输入端接地来实现水平方向寻迹。60第 3 章 电 子 示 波 器 3.4 SS5702双踪示波器双踪示波器3.4.1 3.4.1 主要性能指标主要性能指标1.1.垂直系统垂直系统频率相应：频率相应：020MHZ(-3DB)020MHZ(-3DB)上升时间：小于上升时间：小于17.5ns17.5ns偏转因数：偏转因数：5MV/DIV10V/DIV,5MV/DIV10V/DIV,分分1111档，误差档，误

58、差4 4 输入阻抗：电阻，输入阻抗：电阻，1M1M欧欧3 3；电容，（；电容，（30303 3PFPF最大允许输入电压：最大允许输入电压：250V250V探头探头* *1 1），），600V600V探头探头* *1010）工作方式：工作方式：CH1CH1、CH2CH2、DUALDUAL双踪）、双踪）、ADDADD相加）相加）2.2.水平系统水平系统扫描方式：自动扫描，触发扫描扫描方式：自动扫描，触发扫描扫描速度：扫描速度：0.50.5微秒微秒/DIV0.2S/DIV/DIV0.2S/DIV，按，按1 1、2 2、5 5步进分步进分1818档，误差小于档，误差小于3 3；可扩展；可扩展* *5

59、561第 3 章 电 子 示 波 器 3.3.触发系统触发系统触发源：触发源：CH1CH1，CH2CH2，外触发，外触发触发极性：正极性，负极性触发极性：正极性，负极性耦合方式：耦合方式：ACAC、DCDC、TV-VTV-V4. X-Y4. X-Y工作方式工作方式CH1CH1驱动驱动Y Y轴，轴，CH2CH2驱动驱动X X轴。轴。5.5.校准信号源校准信号源输出方波：输出方波：1KHZ1KHZ，0.3V0.3V3.4.2 3.4.2 整机组成框图及工作原理整机组成框图及工作原理SS5702SS5702双踪示波器组成框图如图双踪示波器组成框图如图3-223-22所示所示垂直系统垂直系统垂直偏转系

60、统由两套独立的衰减器和前置放大器、主放大器垂直偏转系统由两套独立的衰减器和前置放大器、主放大器和延迟线组成。和延迟线组成。62第 3 章 电 子 示 波 器 输入耦合方式选择1衰减器1阻抗变换及倒相放大器1前置放大器1门电路延迟级Y输出放大器输入耦合方式选择2衰减器2阻抗变换及倒相放大器2前置放大器2Y偏转板CH1CH2射极跟随器触发电路扫描电路电子开关增辉消隐电路图3.22 双踪示波器基本组成框图X放大器X偏转板控制栅极外触发或“X输入CH2外CH1S1扫描X-YS263第 3 章 电 子 示 波 器 垂直通道工作方式：有CH1、CH2、DUAL双踪）、ADD相加四种方式。通过Y方式MODE