电子测量03电子通信09ppt课件

1、第三章第三章 信号的显示和测量信号的显示和测量 3.1 引言引言 3.2 通用示波器的工作原理通用示波器的工作原理 3.3 取样示波器取样示波器 3.4 数字存储示波器数字存储示波器3.5 示波器的基本测试技术示波器的基本测试技术3.1 引引 言言 图示式仪器可以在显示屏幕上直观地观图示式仪器可以在显示屏幕上直观地观测被测信号的波形，在各领域中都获得了广测被测信号的波形，在各领域中都获得了广泛应用。泛应用。 时域测量：示波器第三章）时域测量：示波器第三章） 频域测量：频谱分析仪第八章）频域测量：频谱分析仪第八章） 数据域测量：逻辑分析仪第九章）数据域测量：逻辑分析仪第九章）一、示波器的分类一、

2、示波器的分类 根据示波器对信号处理方式的不同，根据示波器对信号处理方式的不同，可分为模拟、数字两大类：可分为模拟、数字两大类： 模拟示波器模拟示波器采用模拟方式对时间信号进行处理和采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。显示。 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。 1.模拟示波器模拟示波器p模拟示波器可分为通用示波器、多束示波器、取样示波模拟示波器可分为通用示波器、多束示波器、取样示波器、记忆示波器和专用示波器等。器、记忆示波器和专用示波器等。 p通用示波器采用单束示波管，又可分为单踪、双踪、多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。

3、踪示波器。 p多束示波器采用多束示波管，荧光屏上显示的每个波形多束示波器采用多束示波管，荧光屏上显示的每个波形都由单独的电子束扫描产生。都由单独的电子束扫描产生。 p取样示波器应用非实时取样技术，实现用较低频率的示取样示波器应用非实时取样技术，实现用较低频率的示波器测量高频信号。波器测量高频信号。p记忆示波器采用有记忆功能的示波管，实现模拟信号的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。存储、记忆和反复显示。 p专用示波器是能够满足特殊用途的示波器，又称特种用专用示波器是能够满足特殊用途的示波器，又称特种用途示波器。途示波器。 2.数字示波器数字示波器p数字示波器将

4、输入模拟信号数字化时域取样和幅度数字示波器将输入模拟信号数字化时域取样和幅度量化后，经由量化后，经由D/AD/A转换器再重建波形。转换器再重建波形。 p数字示波器具有记忆、存贮和处理被观察信号的功能，数字示波器具有记忆、存贮和处理被观察信号的功能，又称为数字存贮示波器。又称为数字存贮示波器。p根据取样方式不同，数字示波器又可分为实时取样、根据取样方式不同，数字示波器又可分为实时取样、随机取样和顺序取样三大类。随机取样和顺序取样三大类。 二、示波器的特点二、示波器的特点显示时域信号波形，实时性好显示时域信号波形，实时性好良好的直观性良好的直观性输入阻抗高输入阻抗高工作频带宽，速度快工作频带宽，速

5、度快测量灵敏度高测量灵敏度高方便实现信号的比较方便实现信号的比较配以变换器可以观测各种非电量信号配以变换器可以观测各种非电量信号3.2 通用示波器的工作原理通用示波器的工作原理 一、显示屏一、显示屏二、通用示波器的组成二、通用示波器的组成三、示波器的主要技术指标三、示波器的主要技术指标 四、示波器的多波形显示四、示波器的多波形显示五、示波器的双时基扫描五、示波器的双时基扫描六、通用示波器的应用六、通用示波器的应用一、显示屏一、显示屏FEDELLEDPDPVFDTFTLEDLCDFPD*CRT场致发射板电致发光发光二极管等离子荧光屏液晶屏主动发光：、被动发光：液晶屏平板显示磁场偏转：光栅增辉静电

6、偏转：光点轨迹示波管显示屏FKG1G2A1A2Y偏转板X偏转板辉度聚焦辅助聚焦+E-E荧光屏电子枪偏转系统荧光屏示波管示波管CRT显示原理显示原理1.CRT组成组成 CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，基本结构如下。部分组成，基本结构如下。 电子枪 电子枪的作用是发射电子并形成聚焦良好的高速电子电子枪的作用是发射电子并形成聚焦良好的高速电子束，它由灯丝束，它由灯丝F、阴极、阴极K、栅极、栅极G1和和G2和阳极和阳极A1、A2组成。组成。 通过调节通过调节G1对对K的负电位可控制电子束的强弱，从而的负电位可控制电子束的强弱，从而调节光点的亮度，即进行调

7、节光点的亮度，即进行“辉度控制。辉度控制。 调节调节A1的电位器称为的电位器称为“聚焦旋钮，通过对它进行调聚焦旋钮，通过对它进行调节可调节节可调节G2与与A1和和A1与与A2之间的电位；调节之间的电位；调节A2电位电位的旋钮称为的旋钮称为“辅助聚焦辅助聚焦”。 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发射，经发射，经G1、G2、A1、A2聚焦和加速后进入偏转系统。聚焦和加速后进入偏转系统。 电子在电子枪中的运动轨迹如下图所示。电子在电子枪中的运动轨迹如下图所示。 KG1G2A1A2 偏转系统偏转系统 示波管的偏转系统由两对相互垂直的平行金属板组成，示波管的偏转系统由两对相

8、互垂直的平行金属板组成，分别称为垂直偏转板和水平偏转板。分别称为垂直偏转板和水平偏转板。当有外加电压作用时，偏转板之间形成电场；在偏转当有外加电压作用时，偏转板之间形成电场；在偏转电场作用下，电子束打向由电场作用下，电子束打向由X、Y偏转板共同决定的荧偏转板共同决定的荧光屏上的某个坐标位置。光屏上的某个坐标位置。为了示波器有较高的测量灵敏度，为了示波器有较高的测量灵敏度，Y偏转板置于靠近电偏转板置于靠近电子枪的部位，而子枪的部位，而X偏转板在偏转板在Y的右边。的右边。 电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外加偏转电压成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：正比：示波管的示波管的Y

9、轴偏转因数轴偏转因数hy单位为单位为cm/V）：）： 偏转因数的倒数为示波管的偏转灵敏度偏转因数的倒数为示波管的偏转灵敏度DyV/cm）。偏转因数越大，偏转灵敏度越小，示波管越）。偏转因数越大，偏转灵敏度越小，示波管越灵敏，为提高灵敏，为提高Y轴偏转灵敏度，可在偏转板至荧光屏之间轴偏转灵敏度，可在偏转板至荧光屏之间加一个后加速阳极加一个后加速阳极A3。2Vy=hyVyalSybV= 荧光屏荧光屏 荧光屏将电信号变为光信号，是示波管的波形显示部荧光屏将电信号变为光信号，是示波管的波形显示部分分 。在使用示波器时，应避免电子束长时间的停留在荧光屏在使用示波器时，应避免电子束长时间的停留在荧光屏的一

10、个位置，否则将使荧光屏受损。因此在示波器开启的一个位置，否则将使荧光屏受损。因此在示波器开启后不使用的时间内，可将后不使用的时间内，可将“辉度调暗。辉度调暗。当电子束停止轰击荧光屏时，光点仍能保持一定时间，当电子束停止轰击荧光屏时，光点仍能保持一定时间，这种现象称为这种现象称为“余辉效应余辉效应”。 1.1.光点扫描显示原理光点扫描显示原理 光点位置控制：光点位置控制：( (示波管荧光屏示波管荧光屏) )uyuyY1Y1Y2Y21 12 23 34 40 0t t1 13 30 02 2 4 4(a)(a)(b)(b)t tX2X2X1X10 00 0uxuxTsTsTnTn+ + + + +

11、 + +- - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + +光点在合力作用下移动光点在合力作用下移动uyuy1 12 23 34 40 0t tTsTsuxuxuyuyuxuxX1X1X2X2Y1Y1Y2Y21 12 23 34 40 0t t0 0TnTn1 12 23 34 40 0uyTyTxuxtt2.2.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 在示波器两个偏转板上都加正弦波电压，显示的在示波器两个偏转板上都加正弦波电压，显示的图形称为李沙育图形，这种图形在相位和频率测量中图形称为李沙育图形，这种图形在相位和频率测量中常会用到。常会用到。 t0

12、123401234uytux01234t0123401234uytux012340243.3.扫描的概念扫描的概念 在随时间线性变化的锯齿波电压作用下光点在随时间线性变化的锯齿波电压作用下光点沿水平扫动的过程称为沿水平扫动的过程称为“扫描扫描”，实现扫描的锯，实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压，扫描电压周期包括齿波电压称为扫描电压，扫描电压周期包括“扫扫描正程和描正程和“扫描回程扫描回程”。 4.4.同步的概念同步的概念 （1 1Tx=nTy(nTx=nTy(n为正整数为正整数) )：u uy yT Ts sT Tn nt t0 01 13 3 5 57 79 910108 86 64 42 2

13、0,80,81,91,95 53 37 72 12 10 04 14 12 26 68 81 1t tuxux2 25 57 79 91 12 23 33 34 44 45 56 66 67 710108 8（2 2TxnTy(nTxnTy(n为正整数为正整数) )，即不满足同步关系时，显示的，即不满足同步关系时，显示的波形不稳定。波形不稳定。 012345678109110123458tux54xT =tux54xT = - Tyt015(6)234789uyTy1011t015(6)234789uyTy101110911xT5.5.连续扫描和触发扫描连续扫描和触发扫描连续扫描：开机就有扫描

14、线，来信号同步后波形稳连续扫描：开机就有扫描线，来信号同步后波形稳定。定。 触发扫描：开机没有扫描线，来信号触发触发扫描：开机没有扫描线，来信号触发后有波形并稳定。后有波形并稳定。例：测量占空比较小的脉冲信号例：测量占空比较小的脉冲信号T=Txt(b)连续扫描，且T=Tx不能观测到脉冲细节Tyt(a)(a)被测脉冲被测脉冲tT=Txt(b)连续扫描，且T=Tx选择扫描周期等于脉冲底宽时，观测者不易观察波形，而且选择扫描周期等于脉冲底宽时，观测者不易观察波形，而且扫描的同步很难实现。扫描的同步很难实现。 t(c)连续扫描， 且Tx=tTx=脉冲得到展宽，但波形显示暗，而时基线太亮TyTyt(a)

15、被测脉冲t触发扫描时，使扫描脉冲只在被测脉冲到来时才扫描一次；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作状态。没有被测脉冲时，扫描发生器处于等待工作状态。t(d)触发扫描扫描等待能较好地观测脉冲Tyt(a)被测脉冲t6.6.扫描过程的回扫扫描过程的回扫 为了使回扫产生的波形不在荧光屏上显示，需在为了使回扫产生的波形不在荧光屏上显示，需在扫描正程期间给示波器增辉，扫描回程消隐。扫描正程期间给示波器增辉，扫描回程消隐。 012345678t015234678uyTytuxTx=2Ty二、通用示波器的组成二、通用示波器的组成 通用示波器的主要组成框图通

16、用示波器的主要组成框图1.1.通用示波器的垂直通道通用示波器的垂直通道示波器的示波器的Y Y通道的任务是将被观测的信号尽量不失真地加到示通道的任务是将被观测的信号尽量不失真地加到示波管波管Y Y偏转板上。偏转板上。 1 1探头探极与耦合探头探极与耦合作用作用提高输入阻抗作用提高输入阻抗作用减小外界干扰减小外界干扰提高可测测电压幅度提高可测测电压幅度分类分类无源电压探头无源电压探头有源电压探头有源电压探头有源电流探头有源电流探头注意：探头不能张冠李戴，必须配对使用。否则注意：探头不能张冠李戴，必须配对使用。否则300MHz300MHz带带宽的示波器可能不到宽的示波器可能不到50MHz50MHz的

17、效果。的效果。 2 2输入电路：包括衰减器和输入选择开关。输入电路：包括衰减器和输入选择开关。 （1 1衰减器衰减器 2211CRCR=1122RCR C1122RCR C能在很宽频率范围得到最佳补偿，使信号不失真。改变分能在很宽频率范围得到最佳补偿，使信号不失真。改变分压比的开关为示波器的垂直灵敏度粗调开关，在面板上用压比的开关为示波器的垂直灵敏度粗调开关，在面板上用“V/cmV/cm标志。通常示波器的灵敏度都是按标志。通常示波器的灵敏度都是按1 1、2 2、5 5步进。步进。最佳补偿过补偿欠补偿vivoR1R2C1C2Z1Z2（2输入耦合方式输入耦合方式 输入耦合方式设有输入耦合方式设有A

18、C、GND、DC三档选择开三档选择开关关观察交流信号时，置观察交流信号时，置“AC档。档。确定零电压时，置确定零电压时，置“GND档。档。观测频率很低的信号或带有直流分量的交流信观测频率很低的信号或带有直流分量的交流信号时，置号时，置“DC档。档。 3 3前置放大器前置放大器 前置放大器将信号适当放大，从中取出内触发信号，前置放大器将信号适当放大，从中取出内触发信号，并具有灵敏度微调、校正、并具有灵敏度微调、校正、Y Y轴移位、极性反转等控轴移位、极性反转等控制作用。制作用。 前置放大器大都采用差分放大电路，输出一对平衡前置放大器大都采用差分放大电路，输出一对平衡的交流电压。若在差分电路的输入

19、端输入不同的直的交流电压。若在差分电路的输入端输入不同的直流电位，相应的流电位，相应的Y Y偏转板上的直流电位和波形在偏转板上的直流电位和波形在Y Y方方向的位置也会改变。向的位置也会改变。 可通过调节可通过调节“Y Y轴位移旋钮，调节直流电位以改轴位移旋钮，调节直流电位以改变被测波形在屏幕上的位置。变被测波形在屏幕上的位置。 4 4延迟线延迟线 触发扫描时，扫描触发扫描时，扫描电压的开始时间总电压的开始时间总是滞后于被观测脉是滞后于被观测脉冲一段时间，这样冲一段时间，这样脉冲的上升过程就脉冲的上升过程就无法被完整地显示无法被完整地显示出来。左图为没有出来。左图为没有延迟线时屏幕上显延迟线时屏

20、幕上显示的脉冲。示的脉冲。触发点输入信号显示波形扫描电压扫描起点tTtd=100ns-200nstd=100ns-200ns延迟电缆或延迟电缆或LCLC延迟网络延迟网络延迟线的作用延迟线的作用就是把加到垂直偏转板上的脉冲信号延迟一段就是把加到垂直偏转板上的脉冲信号延迟一段时间，以保证在屏幕上扫描出包括上升时间在内时间，以保证在屏幕上扫描出包括上升时间在内的脉冲全过程。的脉冲全过程。触发点显示波形扫描电压输入信号输入信号延迟后扫描起点ttdT5Y 输出放大器输出放大器Y 输出放大器是将延迟线传来的被测信号放大到足输出放大器是将延迟线传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

21、够的幅度，用以驱动示波管的垂直偏转系统，使电子束获得电子束获得 Y 方向的满偏转。方向的满偏转。Y 放大器使示波器放大器使示波器具有观测微弱信号的能力。具有观测微弱信号的能力。Y 输出放大器应具有稳定的增益、较高的输入阻抗、输出放大器应具有稳定的增益、较高的输入阻抗、足够宽的频带、较小的谐波失真和对称输出的输足够宽的频带、较小的谐波失真和对称输出的输出级。出级。Y 输出放大器大都采用推挽式放大器，有利于提高输出放大器大都采用推挽式放大器，有利于提高共模抑制比。可采用改变负反馈的方法改变放大共模抑制比。可采用改变负反馈的方法改变放大器的增益器的增益 （面板上的（面板上的“5或或“10开关开关 ）

22、。）。 通常把通常把Y Y放大器分成前置放大器和输出放大器两部分。放大器分成前置放大器和输出放大器两部分。 主要按钮：主要按钮：垂直垂直Y Y位移位移-调调Y Y放大器直流电位，使水平基线上下放大器直流电位，使水平基线上下移动。移动。 寻迹寻迹-有时有时Y Y增益过大增益过大, ,基线跑出屏幕基线跑出屏幕, ,按按“寻迹寻迹”，使，使增益大大降低拉回基线增益大大降低拉回基线 倍率倍率-若把若把“倍率置于倍率置于“5”,5”,则负反馈减小，增则负反馈减小，增益增加益增加5 5倍，这便于观测微弱信号。倍，这便于观测微弱信号。 2.2.通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道 水平通道包括触发电路、

23、时基发生器和水平放大器等三水平通道包括触发电路、时基发生器和水平放大器等三部分，产生随时间线性变化的扫描电压，经放大至足够幅度部分，产生随时间线性变化的扫描电压，经放大至足够幅度后输出到水平偏转板，使光点在荧光屏水平方向达到满偏转。后输出到水平偏转板，使光点在荧光屏水平方向达到满偏转。 触发触发信号信号触发电路触发电路时基时基发生器发生器至至X X偏转板偏转板比较和比较和释抑电路释抑电路触发源触发源选择选择触发耦合触发耦合方式选择方式选择放大整形放大整形电路电路扫扫 描描闸闸 门门 扫描电压扫描电压发生器发生器水平水平放大器放大器X放大器放大器p 触发电路触发电路p 触发电路的作用是为扫描信号

24、发生器提供符合触发电路的作用是为扫描信号发生器提供符合要求的触发脉冲。包括触发源选择、触发耦合方式要求的触发脉冲。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。择和触发放大整形等电路。 放大、整形电路内外电源C1C2C3ACAC低频抑制HF REJDC常态自动TV触发电平调节至扫描发生器环触发脉冲输出S1S2S4+-S3极性反转电路触发源选择触发耦合方式选择触发极性选择触发方式选择触发电路及在面板的对应开关触发电路及在面板的对应开关（2 2触发耦合方式触发耦合方式“DCDC直流耦合：直流耦合： 用于接

25、入直流或缓慢变化的触发信号。用于接入直流或缓慢变化的触发信号。“ACAC交流耦合：交流耦合： 用于观察从低频到较高频率的交流信号。用于观察从低频到较高频率的交流信号。 “ACAC低频抑制耦合：低频抑制耦合： 用于观察含有低频干扰的信号。用于观察含有低频干扰的信号。“HF REJHF REJ高频抑制耦合：高频抑制耦合： 用于抑制高频成分的耦合方式。用于抑制高频成分的耦合方式。 （3 3扫描触发方式选择扫描触发方式选择TRIG MODETRIG MODE） 常态常态NORMNORM触发方式：指有触发源信号并产生了触发方式：指有触发源信号并产生了有效的触发脉冲时，荧光屏上才有扫描线。有效的触发脉冲时

26、，荧光屏上才有扫描线。自动自动AUTOAUTO触发方式：无论有无触发源信号，都触发方式：无论有无触发源信号，都有连续扫描锯齿波电压输出，荧光屏上总能显示有连续扫描锯齿波电压输出，荧光屏上总能显示扫描线。扫描线。电视电视TVTV触发方式：是在原有放大、整形电路基触发方式：是在原有放大、整形电路基础上插入电视同步分离电路实现的，以便对电视础上插入电视同步分离电路实现的，以便对电视信号如行、场同步信号进行监测与电视设备信号如行、场同步信号进行监测与电视设备维修。维修。 （4 4触发极性选择和触发电平调节触发极性选择和触发电平调节触发极性和触发电平决定触发脉冲产生的时刻，即触发极性和触发电平决定触发脉

27、冲产生的时刻，即决定被显示信号的起始点。决定被显示信号的起始点。 触发极性是指触发点位于触发源信号的上升沿（触发极性是指触发点位于触发源信号的上升沿（+ +极极性还是下降沿（性还是下降沿（- -极性）。极性）。触发电平是指触发脉冲到来时所对应的触发放大器触发电平是指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出电压的瞬时值（输出电压的瞬时值（+ +电平或电平或- -电平）。电平）。 (c) 负电平、负极性(d) 负电平、正极性(a) 正电平、正极性(b) 正电平、负极性（5 5放大整形电路放大整形电路 放大整形电路的作用是对触发信号进行放大、整形，放大整形电路的作用是对触发信号进行放大、整形，以满足触发

28、信号的要求。以满足触发信号的要求。整形电路的基本形式是电压比较器，当输入的触发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源信号与通过“触发极性和触发极性和“触发电平选择触发电平选择的信号之差达到某一设定值时，比较电路翻转，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。输出矩形波，然后经过微分整形，变成触发脉冲。 p 时基发生器时基发生器 p时基发生器产生锯齿波扫描电压，主要由锯齿波发时基发生器产生锯齿波扫描电压，主要由锯齿波发生器、扫描控制闸门及比较释抑电路三部分组成生器、扫描控制闸门及比较释抑电路三部分组成 。触发脉冲输入至X放大器扫描控

29、制闸门锯齿波电压发生器比较和释抑电路+E+E“稳定度”调节比较电平“增辉”脉冲-E-E充电充电放电放电扫描发生器产生的锯齿波电压被送入扫描发生器产生的锯齿波电压被送入X X放大器中放大，再放大器中放大，再加至水平偏转板产生扫描电压。加至水平偏转板产生扫描电压。闸门电路产生快速上升或下降的闸门信号，闸门信号启动闸门电路产生快速上升或下降的闸门信号，闸门信号启动扫描发生器工作，产生锯齿波电压，同时把闸门信号送到扫描发生器工作，产生锯齿波电压，同时把闸门信号送到增辉电路，以便在扫描正程加亮扫描的光迹。增辉电路，以便在扫描正程加亮扫描的光迹。释抑电路起到了稳定扫描锯齿波的形成、防止干扰和误触释抑电路起

30、到了稳定扫描锯齿波的形成、防止干扰和误触发的作用，确保每次扫描都在触发源信号的同样的起始电发的作用，确保每次扫描都在触发源信号的同样的起始电平上开始以获得稳定的图象。平上开始以获得稳定的图象。（1 1施密特触发器构成的闸门电路。施密特触发器构成的闸门电路。 uiCRb1ReRc1Rc2Rb2V1V2uo+E触发脉冲输入输出闸门信号（2 2积分电路积分电路 密勒积分器是通用示波器中应用最广的一种积密勒积分器是通用示波器中应用最广的一种积分电路。分电路。 01,0 oEEVdtttCRR Ctt=-+RCVo来自扫描闸门+Et扫描锯齿波输出tUu0Uu0 密勒积分器密勒积分器RCRC分档分档E E

31、微调）微调）改变锯齿波斜率，即扫描速改变锯齿波斜率，即扫描速度度定义显示屏上单位长度所代定义显示屏上单位长度所代表的时间为示波器的扫描速表的时间为示波器的扫描速度度Ss(t/cm)Ss(t/cm)按按1 1、2 2、5 5分多档，例如分分多档，例如分2121档：档：0.2S1S/cm0.2S1S/cmUuiUui 密勒积分器是通用示波器中应用最广的一种积分电路。 积分器产生的锯齿波电压被送入积分器产生的锯齿波电压被送入X放大器中放大，再加至放大器中放大，再加至水平偏转板。水平偏转板。荧光屏上单位长度所代表的时间荧光屏上单位长度所代表的时间 为示波器的扫描速为示波器的扫描速度度t/cm），），x

32、：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：偏转转x距离所对应的时间。距离所对应的时间。在示波器中通常改变在示波器中通常改变R或或C值作为值作为“扫描速度粗调，用改扫描速度粗调，用改变变E值作为值作为“扫描速度微调。扫描速度微调。 /stx=（3 3比较和释抑电路比较和释抑电路 -E-E充电充电放电放电在比较电路中，输入电压与预置的参考电平进行比较，当输入电压在比较电路中，输入电压与预置的参考电平进行比较，当输入电压等于预置的参考电平时，输出端电位产生跳变，并把它作为控制等于预置的参考电平时，输出端电位产生跳变，并把它作为控制信号输出。它决定扫描的终止时刻。信号输出。它决定

33、扫描的终止时刻。释抑电路在扫描逆程开始后，关闭或抑制扫描闸门，使释抑电路在扫描逆程开始后，关闭或抑制扫描闸门，使 “抑制期抑制期间扫描电路不再受到同极性触发脉冲的触发。间扫描电路不再受到同极性触发脉冲的触发。比较和释抑电路与扫描门、积分器共同构成一个闭合的扫描电压发比较和释抑电路与扫描门、积分器共同构成一个闭合的扫描电压发生器环。生器环。扫描门的输入接受三个方面的信号：扫描门的输入接受三个方面的信号：“稳定度电位器提供的直流稳定度电位器提供的直流电位；来自释抑电路的释抑信号；来自触发电路的触发脉冲。电位；来自释抑电路的释抑信号；来自触发电路的触发脉冲。1 1触发扫描过程：触发扫描过程： Er来

34、自比较电路的参考电平（比较电平）扫描发生器输出VoE1上触发电平E2下触发电平E0通过“稳定度”调节的静态工作电平E0触发脉冲抑制期回扫期开始下一次扫描跟随Vo释放闸门输出叠加后的闸门输入1 12 23 34 45 56 62连续扫描过程连续扫描过程在此扫描方式下，通过在此扫描方式下，通过“稳定度调节，使闸门电稳定度调节，使闸门电路的静态工作电平高于上触发电平路的静态工作电平高于上触发电平E1，则不论是，则不论是否有触发脉冲，扫描闸门都将输出闸门信号。否有触发脉冲，扫描闸门都将输出闸门信号。扫描闸门仍然受比较和释抑电路的控制，以控制扫扫描闸门仍然受比较和释抑电路的控制，以控制扫描正程的结束，从

35、而实现扫描电压和被测电压的描正程的结束，从而实现扫描电压和被测电压的同步。同步。 p 水平放大器水平放大器 p其基本作用是选择其基本作用是选择X轴信号，并将其放大到足以轴信号，并将其放大到足以使光点在水平方向达到满偏的程度。使光点在水平方向达到满偏的程度。 pX放大器的输入端置于放大器的输入端置于“内内”（时基工作方式（时基工作方式时，时，X放大器放大扫描信号；输入端置于放大器放大扫描信号；输入端置于“外外时时x-y方式），水平放大器放大由面板上方式），水平放大器放大由面板上X输入输入端直接输入的信号。端直接输入的信号。 3.3.通用示波器的其他电路通用示波器的其他电路 p高、低压电源高、低压

36、电源 p分别用于示波器的高、中压和直流供电。分别用于示波器的高、中压和直流供电。pZ轴的增辉与调辉轴的增辉与调辉 p增辉：放大闸门信号，使显示波形正程加亮。增辉：放大闸门信号，使显示波形正程加亮。 p调辉：加外调制信号或时标信号，使屏幕显示的波形发调辉：加外调制信号或时标信号，使屏幕显示的波形发生相应地变化。生相应地变化。p校准信号发生器校准信号发生器 p可产生幅度和频率准确的基准方波信号，为仪器本身提可产生幅度和频率准确的基准方波信号，为仪器本身提供校准信号源。供校准信号源。 三、示波器的多波形显示三、示波器的多波形显示 1. 1. 多线显示和多踪显示多线显示和多踪显示 多线示波多线示波 利

37、用多枪电子管来实现多波形显示。测试时各利用多枪电子管来实现多波形显示。测试时各通道、各波形之间产生的交叉干扰可以减少或消除，通道、各波形之间产生的交叉干扰可以减少或消除，可获得较高的测量准确度。可获得较高的测量准确度。 多踪示波多踪示波 在单枪电子管基础上，增加电子开关，利用分在单枪电子管基础上，增加电子开关，利用分时复用的原理，分别把多个垂直通道的信号轮流接时复用的原理，分别把多个垂直通道的信号轮流接到到Y Y偏转板上，最终实现多个波形的同时显示。偏转板上，最终实现多个波形的同时显示。 双踪示波器的双踪示波器的Y通道工作原理通道工作原理 选择选择“Y1通道通道CH1）、）、“Y2通道通道CH

38、2和叠加方式和叠加方式CH1+CH2时都只显示一个波形。时都只显示一个波形。 Y Y1 1输入输入Y Y2 2输入输入控制信号控制信号Y1输入输入电路电路Y1门电路门电路延迟延迟线线Y后置后置放大器放大器Y2输入输入电路电路Y2前置前置放大器放大器Y2门电路门电路至至Y偏转板偏转板Y1前置前置放大器放大器电子电子开关开关交替显示方式交替显示方式(ALT)(ALT)：适合于观察频率较高的被测信号。：适合于观察频率较高的被测信号。 uy1uy2ux断续显示方式断续显示方式(CHOP)(CHOP)：适用于被测信号频率较低的情况。：适用于被测信号频率较低的情况。uy1uy22. 2. 双时基扫描双时基

39、扫描 双时基示波器有两个独立的触发和扫描电路，特别适用于在观察一个双时基示波器有两个独立的触发和扫描电路，特别适用于在观察一个脉冲序列的同时，仔细观察其中一个或部分脉冲的细节。脉冲序列的同时，仔细观察其中一个或部分脉冲的细节。 实现双扫描的原理实现双扫描的原理为了能同时观测脉冲列的全貌及其中某一部分的细节，设为了能同时观测脉冲列的全貌及其中某一部分的细节，设立电子开关，把两套扫描电路的输出交替地接人立电子开关，把两套扫描电路的输出交替地接人X X放大器。放大器。这称为这称为A A延迟延迟B B。把把A A、B B扫描门产生的增辉脉冲叠加起来，形成合成增辉信扫描门产生的增辉脉冲叠加起来，形成合成

40、增辉信号，用它来给号，用它来给A A通道增辉，则通道增辉，则A A通道所显示的脉冲列中，对通道所显示的脉冲列中，对应应B B扫描期间的那个脉冲扫描期间的那个脉冲3 3被加亮，这称为被加亮，这称为B B加亮加亮A A。包括上两种方式的，被称为自动双扫描。包括上两种方式的，被称为自动双扫描。 前置放大延长线Y后置放大A触发A扫描电子开关X放大电压比较B触发选择门Y线光迹分离电路B扫描Y输入A增辉B增辉1234+-PR1234输入信号A触发A扫描延迟触发电平B扫描合成增辉B触发A增辉B增辉正极性、正电平三、通用示波器的应用三、通用示波器的应用 1 1、通用示波器的主要技术指标、通用示波器的主要技术指

41、标2 2、通用示波器的选用原则、通用示波器的选用原则3 3、通用示波器的面板、通用示波器的面板1.1.示波器的主要技术指标示波器的主要技术指标 p 频带宽度频带宽度BW和上升时间和上升时间trp 示波器的频带宽度示波器的频带宽度BW一般指一般指Y通道电路和通道电路和Y偏转系统的频带响应，由幅频特性决定。偏转系统的频带响应，由幅频特性决定。p 上升时间上升时间tr是一个与频带宽度是一个与频带宽度BW相关的参数，相关的参数，表示表示Y通道的过渡特性，即由于示波器通道的过渡特性，即由于示波器Y通道的频带通道的频带宽度的限制，示波器宽度的限制，示波器Y通道跟随输入信号快速变化通道跟随输入信号快速变化的

42、能力。的能力。p 频带宽度频带宽度BW与上升时间与上升时间tr的关系可近似表示的关系可近似表示为：为：p 30.350.35,10rrtst nsBW MHzBW MHz或p 扫描速度扫描速度p 扫描速度是指荧光屏上单位时间内光点水扫描速度是指荧光屏上单位时间内光点水平移动的距离，单位为平移动的距离，单位为“cm/s”cm/s”。p 荧光屏上通常用间隔荧光屏上通常用间隔1cm1cm的坐标线作为刻度线，的坐标线作为刻度线，因此扫描速度的单位也可表示为因此扫描速度的单位也可表示为“cm/div”cm/div”。p 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”，它表示，它表示单位距离代表

43、的时间，单位为单位距离代表的时间，单位为“t/cmt/cm或或“t/div”t/div”，时间，时间t t可为可为ss、msms或或s s，在示波器的面，在示波器的面板上，通常按板上，通常按“1 1、2 2、5 5分成很多档。分成很多档。 p 偏转因素偏转因素p 偏转因素指在输入信号作用下光点在荧光屏的偏转因素指在输入信号作用下光点在荧光屏的垂直垂直(Y)(Y)方向上移动方向上移动1cm1cm即即1 1格所需加的电压值，格所需加的电压值，单位为单位为V/cmV/cm、mV/cmmV/cm或或V/divV/div、mV/divmV/div等。偏等。偏转因素表示转因素表示 示波器示波器Y Y通道的

44、放大通道的放大/ /衰减能力。衰减能力。p 偏转因素的倒数称为示波器的偏转因素的倒数称为示波器的“偏转灵敏度偏转灵敏度”，单位为单位为“cm/V”cm/V”、“cm/mV”cm/mV”。 p 输入阻抗输入阻抗p 当被测信号接入示波器时，输入阻抗形成被当被测信号接入示波器时，输入阻抗形成被测信号的等效负载。测信号的等效负载。 p 输入方式输入方式p 也称输入耦合方式，有直流耦合也称输入耦合方式，有直流耦合DCDC）、交）、交流耦合流耦合ACAC和接地和接地GNDGND三种，可以通过示波三种，可以通过示波器面板选择。器面板选择。 p 触发源选择方式触发源选择方式 p 触发源是指用于提供产生扫描电压

45、的同步信触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号的来源，一般有内触发号的来源，一般有内触发INTINT）、外触发）、外触发EXTEXT）、）、电源触发电源触发LINELINE三种。三种。 2. 2. 通用示波器的选用原则通用示波器的选用原则（1 1根据要显示的信号数量，选择单踪或双踪示波根据要显示的信号数量，选择单踪或双踪示波器。器。 （2 2根据被测信号的频率特点选择。根据被测信号的频率特点选择。（3 3其它条件。其它条件。示波器示波器Y Y通道通道BW=100MHzBW=100MHzTr=0.35/BWTr=0.35/BW =3.5nS =3.5nStx=0tx=0tx=10nStx=10

46、nStrx=3.5nStrx=3.5nStrx=trx=？trx=10+3.5 trx=10+3.5 ？因两独立变量因两独立变量应均方相加应均方相加即：即：选用示波器的主要依据是上述各项技术性能指标，但最选用示波器的主要依据是上述各项技术性能指标，但最主要的是带宽。主要的是带宽。2rt2xtrxt=那么那么 22xrxrttt=-但这样测读太麻烦，最好但这样测读太麻烦，最好 0rt xrxtt这要满足什么条件呢？经误差分析，这要满足什么条件呢？经误差分析， trx/ttrx/trx%rx% 示波器带宽对读出误差的影响示波器带宽对读出误差的影响%rxrxtt)(hrxfBWtt可得右图关系：可得

47、右图关系：tx/tr=1tx/tr=1时，屏幕读数相对误差时，屏幕读数相对误差 %40/=rxrxtt通常要求选用的示波器上升时间要通常要求选用的示波器上升时间要 tx/tr=3tx/tr=35 5 对于一般连续信号对于一般连续信号 BW/fh=3 BW/fh=35 5 这里这里fhfh是被测信号中的最高频率是被测信号中的最高频率分量。分量。利用示波器可以进行电压、频率、相位差以及其它物理量的测利用示波器可以进行电压、频率、相位差以及其它物理量的测量。量。1 1 观测一个观测一个10MHz10MHz正弦波，为使失真小应选什么示波器？正弦波，为使失真小应选什么示波器？2 2 测量电视机的视频信号

48、要选什么示波器？测量电视机的视频信号要选什么示波器？ 3 3 测量电视机的中频信号要选什么示波器？测量电视机的中频信号要选什么示波器？ 4 4 测量电视机的高频信号要选什么示波器？测量电视机的高频信号要选什么示波器？“原则：示波器所需带宽原则：示波器所需带宽= =被测信号的最高频率成分被测信号的最高频率成分3535。” ” 30MHz30MHz120MHz120MHz20MHz 20MHz 3000MHz3000MHz6MHz6MHz38MHz38MHz501000MHz501000MHz500MHz 示波器示波器60MHz示波器示波器100MHz示波器示波器350MHz示波器示波器50MHz

49、的方波实际上看起来是什么样呢的方波实际上看起来是什么样呢?没有足够带宽的影响没有足够带宽的影响:波形上升时间慢波形上升时间慢幅度有衰减幅度有衰减3.3.通用示波器的面板通用示波器的面板3.3.通用示波器的面板示意图通用示波器的面板示意图 垂直通道：垂直通道： （1 1CH1CH1X X通道通道1 1：垂直输入端。：垂直输入端。 （2 2CH2CH2Y Y通道通道2 2：垂直输入端。：垂直输入端。 （3 3位移：垂直方向位移调节开关。位移：垂直方向位移调节开关。 （4 4VOLTS/DIV(VOLTS/DIV(微调微调) )：输入衰减器：输入衰减器( (输入灵敏输入灵敏度微调度微调) )。 （5

50、 5VERT MODEVERT MODE：垂直方式选择开关。：垂直方式选择开关。 （6 6AC/DCAC/DC：输入耦合方式选择开关。：输入耦合方式选择开关。 （7 7）5 5扩展：垂直扩展开关。扩展：垂直扩展开关。水平通道：水平通道：（1 1时基时基/X-Y/X-Y：时基方式：时基方式/X-Y/X-Y方式选择开关。方式选择开关。 （2 2位移：水平方向位移调节开关。位移：水平方向位移调节开关。 （3 3SOURCESOURCE：触发源选择开关：触发源选择开关（4 4）+ +、- -极性：触发极性选择开关极性：触发极性选择开关（5 5）+ +、- -电平：触发电平调节开关电平：触发电平调节开关

51、 （6 6COUPLINGCOUPLING：触发信号耦合方式开关。：触发信号耦合方式开关。（7 7TIME/DIVTIME/DIV：扫描时基选择开关微调）。：扫描时基选择开关微调）。 （8 8SWEEP MODESWEEP MODE：扫描方式选择开关。：扫描方式选择开关。 （9 9EXT TRIGEXT TRIG：外触发输入端。：外触发输入端。（1010）5 5扩展：水平扩展开关。扩展：水平扩展开关。（1111寻迹：寻迹旋钮。寻迹：寻迹旋钮。其他：其他： （1 1电源开关电源开关 （2 2辉度调节辉度调节 （3 3聚焦聚焦（4 4辅助聚焦辅助聚焦 （5 5刻度照明刻度照明 （6 6校准信号输出

52、校准信号输出（7 7z z轴输入轴输入3.3 取样示波器取样示波器 一、取样的基本概念一、取样的基本概念二、取样示波器显示原理二、取样示波器显示原理三、取样示波器的组成原理三、取样示波器的组成原理四、取样示波器的主要技术参数四、取样示波器的主要技术参数 以上介绍的通用示波器是以上介绍的通用示波器是“实时示波器实时示波器”，测量时间测量时间( (一个扫描正程一个扫描正程)=)=被测信号的实际持续时间，被测信号的实际持续时间，即：看到的就是正在发生的。即：看到的就是正在发生的。 但有两点不足：但有两点不足：BW 1500MHz周期重复信号难以实现周期重复信号难以实现取样取样单次、非周期信号难以观测

53、拍照）单次、非周期信号难以观测拍照）存储存储 BW再提高受到下列因素的限制：再提高受到下列因素的限制：（1受到示波管的上限工作频率的限制。受到示波管的上限工作频率的限制。 （2受受Y通道放大器带宽的限制；通道放大器带宽的限制；（3受时基电路扫描速度的限制。受时基电路扫描速度的限制。一、取样的基本概念一、取样的基本概念n 取样就是从被测波形上取得样点的过程取样就是从被测波形上取得样点的过程, ,即以少量间断即以少量间断的样品表征一个连续的完整过程。的样品表征一个连续的完整过程。n 例如，电影、数字音视频技术都是建立在取样技术例如，电影、数字音视频技术都是建立在取样技术的基础上的。的基础上的。 n

54、 取样分为实时取样和非实时取样两种。取样分为实时取样和非实时取样两种。n 从一个信号周期波形上取得所有取样点，来表示一个从一个信号周期波形上取得所有取样点，来表示一个信号波形的方法称为实时取样。信号波形的方法称为实时取样。n 从被测信号的从被测信号的n n个相邻周期波形上取得样点来表示一个相邻周期波形上取得样点来表示一个信号波形的方法称为非实时取样，或称为等效取样。个信号波形的方法称为非实时取样，或称为等效取样。 取样信号Vo(t)t1.1.实时取样实时取样 输入信号Vi(t)t取样脉冲p(t)mTt2 t3 t4 t2.2.非实时取样非实时取样t经采样和保持电路后的信号（显示波形）取样脉冲T

55、s=mT+tt取样信号12345输入信号两个取样脉冲的时间间隔为两个取样脉冲的时间间隔为 ，由于波形包络所经，由于波形包络所经历的时间变长了，故可用低频示波器显示高频率信号。取样历的时间变长了，故可用低频示波器显示高频率信号。取样脉冲的步进间隔脉冲的步进间隔tt与信号的最高频率与信号的最高频率fhfh应满足取样定理。应满足取样定理。 sTmTt=输入信号输出信号Vi(t)Vo(t)取样脉冲p(t)取样门RCS 核心电路核心电路- -取样保持器示意图取样保持器示意图二、取样示波器显示原理二、取样示波器显示原理 顺序取样示波器中水平扫描信号为阶梯波电顺序取样示波器中水平扫描信号为阶梯波电压，阶梯持

56、续时间，阶梯数对应屏幕上显压，阶梯持续时间，阶梯数对应屏幕上显示的不连续的光点数。示的不连续的光点数。 输入信号Y放大器输出tmT2 t3t4tTs=Tt12345tX放大器输出（扫描阶梯波电压）在屏幕上由取样点合成信号波形的过程在屏幕上由取样点合成信号波形的过程t tt tt tuxuxuyuyuyuyu5u5u1u1u2u2u3u3u4u4三、取样示波器的组成原理三、取样示波器的组成原理 取样示波器的基本框图取样示波器的基本框图延迟线取样电路触发电路Y延长门垂直放大器水平放大器步进脉冲发生器Y输入外触发内外扫描信号发生器至X偏转板至Y偏转板A反馈电路CsCmui(t)S1取样门S2延长门+

57、-至Y放大器uo(t)b跟随器放大器1.1.取样示波器的垂直通道取样示波器的垂直通道 垂直通道由取样门、延长门和垂直通道由取样门、延长门和Y Y放大器等电路组放大器等电路组成，产生正比于取样值的阶梯电压。下图为常用闭成，产生正比于取样值的阶梯电压。下图为常用闭环取样电路组成框图。环取样电路组成框图。 取样脉冲延长门脉冲第一个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被测信号对取第一个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被测信号对取样电容样电容CsCs充电；充电；然后该电压被送到交流放大器然后该电压被送到交流放大器A A放大，在延长门闭合期间对放大，在延长门闭合期间对保持电容保持电容CmCm充电；充电；最

58、后保持电压经过反馈电路送回取样电容最后保持电压经过反馈电路送回取样电容CsCs，故取样电容，故取样电容CsCs上最终得到的电压为上最终得到的电压为 （K K为取样门的传输函数）。为取样门的传输函数）。若若kA=1kA=1，则取样电路的输出电压值正比于输入电压的取样，则取样电路的输出电压值正比于输入电压的取样值。值。 1csiuKA ub=第二个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被测信号与第二个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被测信号与cscs上的电压上的电压ui1ui1之差给取样电容之差给取样电容CsCs充电，充电的电压值经过充电，充电的电压值经过传递系数传递系数K K和增益和增益A A后，

59、将在保持电容上与前一次的输出信后，将在保持电容上与前一次的输出信号叠加，得到号叠加，得到uo2uo2为为: :取样电路的输出是由离散的、与被测信号成正比的阶梯波构取样电路的输出是由离散的、与被测信号成正比的阶梯波构成的。成的。 21212oiiiiuKAuKA uuKAu=-=2.2.取样示波器的取样示波器的X X通道通道 主要包括触发、放大、分频单元、快斜波发主要包括触发、放大、分频单元、快斜波发生器、比较器、阶梯波发生器和生器、比较器、阶梯波发生器和X X放大器。放大器。快斜波发生器水平放大器电压比较器触发脉冲阶梯波发生器取样脉冲发生器至取样门至X偏转板图示波形说明了步进脉冲发生器的工作过

60、程图示波形说明了步进脉冲发生器的工作过程Ts=mT+t触发脉冲mT步进延迟脉冲1234快斜波、阶梯波t2 t3 t3.4 数字存储示波器数字存储示波器 一、数字存储示波器的组成原理一、数字存储示波器的组成原理二、信号采集处理技术二、信号采集处理技术三、波形显示技术三、波形显示技术 四、主要技术指标四、主要技术指标五、数字示波器的基本功能五、数字示波器的基本功能六、数字示波器的应用六、数字示波器的应用特点：特点：（1 1波形的采样波形的采样/ /存储与波形的显示是独立的存储与波形的显示是独立的, ,因而因而可以无闪烁地观测极慢变化信号。可以无闪烁地观测极慢变化信号。（2 2能长时间地保存信号，便