第5章__电子示波器1111

1、第第5章章 电子示波器电子示波器 5.1 概概 述述5.2 示示 波波 管管5.3 电子示波器的结构框图与性能电子示波器的结构框图与性能5.4 电子示波器的基本部件电子示波器的基本部件5.5 双踪和双线示波器双踪和双线示波器5.6 高速和取样示波器高速和取样示波器5.7 记忆示波器与存储示波器记忆示波器与存储示波器5.1 概概 述述 概念：概念：电子示波器电子示波器（示波器示波器）是一种用荧光屏显是一种用荧光屏显示电量随时间变化过程的电子测量仪器示电量随时间变化过程的电子测量仪器。 作用：作用：把无法直接观察的电信号，转换成人眼能把无法直接观察的电信号，转换成人眼能够看到的波形，具体显示在示波

2、屏幕上，以便够看到的波形，具体显示在示波屏幕上，以便对电信对电信号进行定性和定量观测号进行定性和定量观测，其它非电物理量亦可经转换其它非电物理量亦可经转换成为电量使用示波器进行观测成为电量使用示波器进行观测 应用广泛：应用广泛：调试电路、实验实训、科学研究、调试电路、实验实训、科学研究、电子产品维修等电子产品维修等 示波器的基本特点：示波器的基本特点： 能显示信号波形，可测量瞬时值，具有直观性。能显示信号波形，可测量瞬时值，具有直观性。 输入阻抗高，对被测信号影响小。测量灵敏度高，输入阻抗高，对被测信号影响小。测量灵敏度高，并有较强的过载能力。并有较强的过载能力。 工作频带宽，速度快，便于观察

3、高速变化的波形的工作频带宽，速度快，便于观察高速变化的波形的细节。细节。 在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流量的函数关系。量的函数关系。 示波器的主要用途：示波器的主要用途： 观测电信号波形。观测电信号波形。 测量电压电流的幅度、频测量电压电流的幅度、频率、时间、相位等电量参数。率、时间、相位等电量参数。 显示电子网络的频率特性。显示电子网络的频率特性。 显示电子器件的伏安特性。显示电子器件的伏安特性。 电子示波器的发展：电子示波器的发展： 19世纪末研制成的第一支冷阴极静电偏转电子射线示世纪末研制成的第一支冷阴极静电偏转电子射线示波管。波

4、管。 20世纪世纪40年代末，年代末， 逐渐建立起专门生产示波器的逐渐建立起专门生产示波器的厂家。厂家。 电子管示波器电子管示波器 晶体管、晶体管、 集成电路的示波器；集成电路的示波器； 模拟电路模拟电路 数字电路；数字电路； 通用宽带示波器通用宽带示波器 多种类型示波器（高速取样示波多种类型示波器（高速取样示波 器、器、 记忆示记忆示 波器、波器、 数字存储示波器、数字存储示波器、 逻辑示波器等）逻辑示波器等） 与微型计算机连接组成智能测量系统与微型计算机连接组成智能测量系统5.2 示示 波波 管管 示波器的核心部件是示波管示波器的核心部件是示波管。示波管是一种整个被密。示波管是一种整个被密

5、封在玻璃壳内的大型真空电子器件，封在玻璃壳内的大型真空电子器件， 也叫也叫阴极射线管阴极射线管。 常见类似用途：电视机的彩色显像管和计算机的监视常见类似用途：电视机的彩色显像管和计算机的监视器（器（CRT） 示波管组成：示波管组成：电子枪电子枪、偏转系统偏转系统和和荧光屏荧光屏 用途：将电信号转变成光信号并在荧光屏上显示。用途：将电信号转变成光信号并在荧光屏上显示。发射电子，并形成高速电子束决定电子束的偏转方向显示偏转电信号的波形示波器内部详细结构图示波器内部详细结构图 5.2.1 电子枪电子枪 电子枪电子枪由由灯丝灯丝(h)、阴极阴极(K)、栅极栅极(G1)、前加速极前加速极(G2)、第一阳

6、极第一阳极(A1)和和第二阳极第二阳极(A2)组成。组成。 灯丝灯丝h用于对阴极用于对阴极K加热，加热后的阴极发射电子。加热，加热后的阴极发射电子。 栅极栅极G1电位比阴极电位比阴极K低低，对电子形成排斥力，使电子，对电子形成排斥力，使电子朝轴向运动，形成交叉点朝轴向运动，形成交叉点F1，且只有初速较高的电子能够穿，且只有初速较高的电子能够穿过栅极奔向荧光屏，初速较低的电子则返回阴极，被阴极吸过栅极奔向荧光屏，初速较低的电子则返回阴极，被阴极吸收。收。 如果栅极如果栅极G1电位足够低，就可使发射出的电子全部返回电位足够低，就可使发射出的电子全部返回阴极，因此，阴极，因此，调节栅极调节栅极G1的

7、电位的电位可控制射向荧光屏的电子流可控制射向荧光屏的电子流密度，从而密度，从而改变荧光屏亮点的辉度改变荧光屏亮点的辉度。 图中图中辉度调节旋钮控制电位器辉度调节旋钮控制电位器RW1进行分压的调节，即进行分压的调节，即调节栅极调节栅极G1的电位。的电位。 控制辉度的另一种方法：以外加电信号控制栅阴极间电控制辉度的另一种方法：以外加电信号控制栅阴极间电压，使亮点辉度随电信号强弱而变化压，使亮点辉度随电信号强弱而变化(像电视显像管那样像电视显像管那样)，这种工作方式称为这种工作方式称为“辉度调制辉度调制”。这个外加电信号的控制形。这个外加电信号的控制形成了除成了除 X 方向和方向和 Y 方向之外的三

8、维图形显示，称为方向之外的三维图形显示，称为Z 轴控制。轴控制。 G2、A1、A2 构成一个对电子束的控制系统构成一个对电子束的控制系统。这三个极。这三个极板上都加板上都加有较高的正电位有较高的正电位，并且，并且G2与与A2相连。相连。 穿过栅极交叉点穿过栅极交叉点F1的电子束，由于电子间的相互排斥作用的电子束，由于电子间的相互排斥作用又散开。进入又散开。进入G2、A1、A2构成的静电场后，一方面受到阳极构成的静电场后，一方面受到阳极正电压的作用加速向荧光屏运动，另一方面由于正电压的作用加速向荧光屏运动，另一方面由于A1与与G2、A1与与A2形成的电子透镜的作用向轴线聚拢，形成很细的电子束。形

9、成的电子透镜的作用向轴线聚拢，形成很细的电子束。 如果电压调节得适当，电子束恰好聚焦在荧光屏如果电压调节得适当，电子束恰好聚焦在荧光屏S的中心的中心点点F2处。处。 图中图中RW2和和RW3分别是分别是“聚焦聚焦”和和“辅助聚焦辅助聚焦”旋钮所对旋钮所对应的电位器，调节这两个旋钮使得电子束具有较细的截面，射应的电位器，调节这两个旋钮使得电子束具有较细的截面，射到荧光屏上，以便在荧光屏上显示出清晰的聚焦很好的波形曲到荧光屏上，以便在荧光屏上显示出清晰的聚焦很好的波形曲线。线。 5.2.2 偏转系统偏转系统 偏转系统由水平偏转板偏转系统由水平偏转板 X1、X2和垂直偏转板和垂直偏转板 Y1、Y2这

10、两对这两对相互垂直的偏转板组成相互垂直的偏转板组成。 垂直偏转板垂直偏转板 Y 在前，水平偏转板在前，水平偏转板 X 在后，如果仅在在后，如果仅在Y1、Y2（或者（或者X1、X2 ）偏转板间加电压，则电子束将根据所形成的）偏转板间加电压，则电子束将根据所形成的电场的强弱与极性在垂直（或者水平）方向上运动。电场的强弱与极性在垂直（或者水平）方向上运动。 如：如：Y1为正，为正，Y2为负，电子束向上运动，电场强，则运动距离大，为负，电子束向上运动，电场强，则运动距离大，电场弱，则运动距离小；若电场弱，则运动距离小；若Y1为负，为负，Y2为正，电子束向下运动。为正，电子束向下运动。 为了显示电信号的

11、波形，通常在水平偏转板上加一为了显示电信号的波形，通常在水平偏转板上加一线性线性锯齿波扫描电压锯齿波扫描电压 ux ，该扫描电压将该扫描电压将 Y 方向所加信号电压方向所加信号电压 uy作用的电子束在屏幕上按时间沿水平方向展开，形成一条作用的电子束在屏幕上按时间沿水平方向展开，形成一条“信号电压信号电压时间时间”曲线，即信号波形曲线，即信号波形。水平偏转板。水平偏转板 X 板板上所加上所加锯齿形电压锯齿形电压 ux 称为称为“时基信号时基信号”或或“扫描信号扫描信号”。 例：当例：当uy信号为正弦波时，信号为正弦波时，只有在扫描电压只有在扫描电压 ux 的频率的频率 fx 与被观察的信号电压与

12、被观察的信号电压 uy 的频率的频率 fy 相等或成整倍数相等或成整倍数 n 时，时，才能稳定地显示一个或才能稳定地显示一个或 n 个正弦波形个正弦波形Tx = 2 Ty增加显示波形数，则要增大扫描电压的周期 5.2.3 荧光屏荧光屏 在荧光屏的玻壳内侧涂上荧光粉，就形成了荧光屏，在荧光屏的玻壳内侧涂上荧光粉，就形成了荧光屏，它不是导电体。它不是导电体。 一般示波器选用人眼最为敏感的一般示波器选用人眼最为敏感的黄绿色黄绿色（荧光粉成（荧光粉成分不同，发光颜色不同）。分不同，发光颜色不同）。 当电子束轰击荧光粉时，激发产生荧光形成亮点。当电子束轰击荧光粉时，激发产生荧光形成亮点。 动能光能热能转

13、化注意：注意：使用示波器时，尽量不要使亮点长时间停留在同一位置。 余辉时间：荧光粉从余辉时间：荧光粉从 电子激发停止时的瞬间亮度电子激发停止时的瞬间亮度 下下降到降到 该亮度的该亮度的10% 所经过的时间所经过的时间。余辉时间的长短与荧。余辉时间的长短与荧光粉的成分有关。光粉的成分有关。 根据余辉时间不同，将示波管分为根据余辉时间不同，将示波管分为长余辉长余辉(100ms1s)、中余辉中余辉(1ms100ms)和和短余辉短余辉(10s10 ms )的不同的不同规格。规格。 高频示波器：采用短余辉示波管；高频示波器：采用短余辉示波管； 普通示波器：采用中余辉示波管；普通示波器：采用中余辉示波管；

14、 超低频示波器：采用长余辉示波管。超低频示波器：采用长余辉示波管。5.3 电子示波器的结构框图与性能电子示波器的结构框图与性能 5.3.1 电子示波器结构框图电子示波器结构框图 电子示波器组成：电子示波器组成： Y 通道（垂直通道）通道（垂直通道） X 通道（水平通道）通道（水平通道） Z 通道（主机部分）通道（主机部分） 示波管（示波管（CRT） 校正器：幅度和扫描时间校正器：幅度和扫描时间 电源电源图图4.3-1示波器组成框图及波形关系图示波器组成框图及波形关系图 ？问题：？问题：触发点即锯齿波扫描起点并触发点即锯齿波扫描起点并不在被显示信号的起始过零点不在被显示信号的起始过零点信号前信号

15、前沿无法观察。沿无法观察。 （见波形）（见波形） ！解决方案：！解决方案：在垂直前置放大器之后在垂直前置放大器之后加入加入延迟线延迟线，对，对 Y 方向加入的信号进方向加入的信号进行延迟，并且使其行延迟，并且使其延迟时间延迟时间2 略大于由水略大于由水平通道引起的固有触发延迟平通道引起的固有触发延迟1 ，以确保触以确保触发扫描与显示信号同步发扫描与显示信号同步。 “内内”同步：来自同步：来自 Y 通道的同步信号通道的同步信号(被测信号被测信号) “外外”同步：来自仪器外部的同步信号同步：来自仪器外部的同步信号 输入电路一般由衰减器、射极跟随器和放大器组输入电路一般由衰减器、射极跟随器和放大器组

16、成。成。 校正器用来校准示波器的主要特征。常用的有校正器用来校准示波器的主要特征。常用的有幅幅度校正器度校正器和和扫描时间校正器扫描时间校正器。 电源：由高压整流器（示波管高压电压）和低压电源：由高压整流器（示波管高压电压）和低压整流器（电路等低压电压）两个整流器组成。整流器（电路等低压电压）两个整流器组成。 电子束控制电路：包括亮度、聚焦、辅助聚焦和电子束控制电路：包括亮度、聚焦、辅助聚焦和光点位置控制，与电源连在一起。光点位置控制，与电源连在一起。 5.3.2 示波器的主要技术性能（六项）示波器的主要技术性能（六项） 1频率响应（频带宽度）频率响应（频带宽度） 频率响应频率响应 fh：示波

17、器最重要的工作特性，也称示波器最重要的工作特性，也称最最高工作频率高工作频率，即，即带宽带宽。 定义：垂直偏转通道（定义：垂直偏转通道（Y 方向放大器）对正弦波的方向放大器）对正弦波的幅频响应下降到中心频率的幅频响应下降到中心频率的 0.707（-3dB）的频率范围。）的频率范围。 示波器示波器 Y 通道带宽越大越好。通道带宽越大越好。 2偏转灵敏度偏转灵敏度(S) 单位输入信号电压单位输入信号电压 uy引起光点在荧光屏上偏转的引起光点在荧光屏上偏转的距离距离 H 称为偏转灵敏度称为偏转灵敏度S：dHSHuuHSyy（4.3-1）（4.3-2）则则式中，式中，d 为灵敏度的倒数为灵敏度的倒数1

18、/S，称为，称为偏转因数偏转因数 S 的单位为的单位为 cm/V、cm/mV 或或 div/V(格格/伏伏) d 的单位为的单位为 V/cm 3扫描频率扫描频率 扫描速度扫描速度：光点水平移动的速度。：光点水平移动的速度。cm/s或或div/s(格格/秒秒) 时基因数时基因数：扫描速度的倒数，它表示光点水平移动：扫描速度的倒数，它表示光点水平移动单位长度单位长度(cm或或div)所需的时间。所需的时间。 扫描频率扫描频率：水平扫描的锯齿波的频率。一般示波器：水平扫描的锯齿波的频率。一般示波器 X 方向扫描频率可由方向扫描频率可由t/cm或或t/div分档开关进行调节，此开分档开关进行调节，此开

19、关标注的是关标注的是时基因数时基因数。 扫描速度越高：示波器能够展开高频信号或窄脉冲信扫描速度越高：示波器能够展开高频信号或窄脉冲信 号波形号波形 的能力越强。的能力越强。 扫描速度越低：便于观察缓慢变化的信号扫描速度越低：便于观察缓慢变化的信号 示波器的扫描频率范围越宽越好示波器的扫描频率范围越宽越好。 4输入阻抗输入阻抗 输入阻抗：示波器输入端对地的电阻输入阻抗：示波器输入端对地的电阻 Ri 和分布电和分布电容容 Ci 的并联阻抗。的并联阻抗。 在观测信号波形时，把示波器输入探头接到被测在观测信号波形时，把示波器输入探头接到被测电路的观察点，输入阻抗越大，示波器对被测电路的电路的观察点，输

20、入阻抗越大，示波器对被测电路的影响就越小，所以要求输入电阻影响就越小，所以要求输入电阻 Ri 大而输入电容大而输入电容 Ci 小。小。 输入电容输入电容 Ci 在频率越高时，对被测电路的影响越在频率越高时，对被测电路的影响越大。大。 5示波器的瞬态响应示波器的瞬态响应 示波器瞬态响应：示波器的垂直系统电路在方波脉冲输示波器瞬态响应：示波器的垂直系统电路在方波脉冲输入信号作用下的过渡特性。入信号作用下的过渡特性。 示波器的瞬态响应特性一般脉冲的上升时间示波器的瞬态响应特性一般脉冲的上升时间 tr ，下降时，下降时间间 tf ，上冲，上冲 s0 ，下冲，下冲 sn ，预冲，预冲 sp 及下垂及下垂

21、 等参数表示。等参数表示。图图4.3-2示波器的瞬态响应示波器的瞬态响应 示波器说明书中通常只标示出上升时间示波器说明书中通常只标示出上升时间tr及上冲及上冲s0的数值。的数值。由于示波器中的放大器是线性网络，因此由于示波器中的放大器是线性网络，因此放大器的频带宽度放大器的频带宽度 fB与上升时间与上升时间 tr 有确定的关系：有确定的关系：fBtr350。 由频带宽度由频带宽度 fB 可计算出可计算出 tr350/fB，其中，其中fB的单位为的单位为MHz，tr的单位为的单位为ns。示波器中，示波器中， fB=fh。 例：例：SBM-10A型示波器的型示波器的 fh=30 MHz，由此可求得

22、上升时间为，由此可求得上升时间为s1210303503506hftr 上升时间上升时间 tr 越小越好越小越好瞬态响应指标：决定了示波器所能观测的脉冲信号的最瞬态响应指标：决定了示波器所能观测的脉冲信号的最小宽度。小宽度。 6扫描方式扫描方式 线性时基扫描可分成线性时基扫描可分成连续扫描连续扫描和和触发扫描触发扫描两种方式。两种方式。 连续扫描电压波形，回扫后没有等待时间，适用于观测连续扫描电压波形，回扫后没有等待时间，适用于观测连续信号。连续信号。 触发扫描电压波形，只在触发信号的激励下才开始扫描，触发扫描电压波形，只在触发信号的激励下才开始扫描，每完成一次扫描后就处于等待状态，直到下一次触

23、发信号每完成一次扫描后就处于等待状态，直到下一次触发信号到来再进行扫描。到来再进行扫描。连续扫描电压波形连续扫描电压波形触发扫描电压波形触发扫描电压波形5.4 电子示波器的基本部件电子示波器的基本部件 5.4.1 垂直偏转通道（垂直偏转通道（Y 通道）通道） 垂直通道的任务：垂直通道的任务： 检测被观察的信号，并将它无失真或失真很小检测被观察的信号，并将它无失真或失真很小地传输到示波管的垂直偏转极板上地传输到示波管的垂直偏转极板上 为了与水平偏转系统配合工作，要将被测信号为了与水平偏转系统配合工作，要将被测信号进行一定的延迟进行一定的延迟 垂直偏转系统由输入电路、阻抗变换器、延迟线垂直偏转系统

24、由输入电路、阻抗变换器、延迟线和放大器组成。和放大器组成。 1输入电路输入电路 输入电路由探头、衰减器组成。输入电路由探头、衰减器组成。 1）输入耦合方式）输入耦合方式 通频带下限不是零的示波器，放大器为交流耦合放大通频带下限不是零的示波器，放大器为交流耦合放大器，其输入端用电容耦合；器，其输入端用电容耦合； 通频带从零开始的示波器，可以观察信号的直流分量通频带从零开始的示波器，可以观察信号的直流分量或观察变化极慢的信号，放大器是直接耦合的或观察变化极慢的信号，放大器是直接耦合的(直流放大器直流放大器)。 2）衰减器）衰减器 示波器的灵敏度设计得较高（经常需要观察幅度较小的示波器的灵敏度设计得

25、较高（经常需要观察幅度较小的电压波形），但当需要观察幅度较大的信号时，就必须接电压波形），但当需要观察幅度较大的信号时，就必须接入衰减器。入衰减器。 对衰减器的要求：输入阻抗高，同时在示波器的整个通对衰减器的要求：输入阻抗高，同时在示波器的整个通频带内衰减的分压比均匀不变。频带内衰减的分压比均匀不变。 简单的电阻分压：不能达到这个要求（分布电容会对简单的电阻分压：不能达到这个要求（分布电容会对被测信号高频分量有严重的衰减）被测信号高频分量有严重的衰减） 阻容补偿分压器：可以无畸变地传输窄脉冲信号，仅阻容补偿分压器：可以无畸变地传输窄脉冲信号，仅仅对信号幅度衰减。仅对信号幅度衰减。 3）探头）探

26、头 用示波器观察信号波形时，长长的引线往往会引进各种用示波器观察信号波形时，长长的引线往往会引进各种杂散干扰，所以杂散干扰，所以通常使用同轴电缆作为输入引线，以避免通常使用同轴电缆作为输入引线，以避免干扰影响干扰影响。 而同轴电缆内外导体间存在电容使输入电容而同轴电缆内外导体间存在电容使输入电容 Ci 显著增显著增加，不利于观察高频电路或窄脉冲。加，不利于观察高频电路或窄脉冲。图图4.4-2示波器探头示波器探头 探头里有一可调的小电容探头里有一可调的小电容 C (510pF)和大电阻和大电阻 R 并联。并联。如果设计示波器输入电阻如果设计示波器输入电阻 Ri 为为 1M时，时，R 应取应取 9

27、M，同时，同时调整补偿电容调整补偿电容 C 可以得到最佳补偿，即满足可以得到最佳补偿，即满足 CRRiCi 。 调整补偿电容调整补偿电容 C 时可得到相应的补偿波形。图时可得到相应的补偿波形。图(a)为理想补偿为理想补偿的波形，的波形， 图图(b)为过补偿的波形。为过补偿的波形。 通常通常(c)为欠补偿的波形。为欠补偿的波形。 通常通常调整调整 C ， 以达到图以达到图(a)所示的理想补偿波形。所示的理想补偿波形。 2阻抗变换器阻抗变换器 阻抗变换器一般可由阻抗变换器一般可由射极跟随器射极跟随器构成。构成。 射极跟随器的射极跟随器的高输入阻抗高输入阻抗：使得示波器对外呈：使得示波器对外呈现高输

28、入阻抗现高输入阻抗 射极跟随器的射极跟随器的低输出阻抗低输出阻抗：容易与后接的低阻：容易与后接的低阻延迟线相匹配，也可在发射极接一个电位器，以便微延迟线相匹配，也可在发射极接一个电位器，以便微调所显示波形的幅度调所显示波形的幅度 3延迟线延迟线 为了正确显示波形，必须将接入为了正确显示波形，必须将接入 Y 通道的被测信号通道的被测信号进行一定的延迟，以便与水平系统的扫描电压在时间上进行一定的延迟，以便与水平系统的扫描电压在时间上相匹配。相匹配。 通常延迟时间在通常延迟时间在50200ns之间，延迟应稳定。之间，延迟应稳定。 对延迟线的基本要求：在垂直系统的工作频带内，对延迟线的基本要求：在垂直

29、系统的工作频带内，它能够无失真地并有一定延时地传递信号。它能够无失真地并有一定延时地传递信号。 在带宽较窄的示波器里，一般采用多节在带宽较窄的示波器里，一般采用多节 LC 网络作网络作延迟线延迟线 4垂直偏转放大器垂直偏转放大器 放大器对信号放大倍数应足够放大器对信号放大倍数应足够：被测信号经探头被测信号经探头检测引入示波器后，微弱的信号必须通过放大器放大后加到检测引入示波器后，微弱的信号必须通过放大器放大后加到示波器的垂直偏转板，使电子束有足够大的偏转能量。示波器的垂直偏转板，使电子束有足够大的偏转能量。 当示波管灵敏度及示波器偏转因数一定时，放大器当示波管灵敏度及示波器偏转因数一定时，放大

30、器的增益的增益 K 为：为：1000)/(VSSK(4.4-2) 式中，式中，S 为示波器偏转因数，为示波器偏转因数，SV 为示波管灵敏度。为示波管灵敏度。 当当 S 为为1cm/50mV时，高灵敏度示波管时，高灵敏度示波管 SV 0.5 cm/V，此时，此时，要求放大器的放大倍数要求放大器的放大倍数 K 40，一般示波管，一般示波管 SV 0.04cm/V，则，则要求放大器的放大倍数要求放大器的放大倍数 K500。 波形无失真放大：波形无失真放大：放大器应具有足够的带宽放大器应具有足够的带宽，就，就是具有足够低的低频截止频率和足够高的高频截止频率。是具有足够低的低频截止频率和足够高的高频截止

31、频率。 为扩大通频带宽度必须采用下列措施：为扩大通频带宽度必须采用下列措施： 选用截止频率高的器件。选用截止频率高的器件。 电路中引入强的负反馈。电路中引入强的负反馈。 在电路中用电抗元件在电路中用电抗元件(电容或电感电容或电感)加以补偿，使放大器截止加以补偿，使放大器截止频率高一些，使总的频率响应在高频端有所提升。频率高一些，使总的频率响应在高频端有所提升。 5.4.2 水平偏转通道（水平偏转通道（X 通道）通道） 水平通道的任务：产生一个与时间呈线性关系的水平通道的任务：产生一个与时间呈线性关系的电压，并加到示波管的电压，并加到示波管的 X 偏转板上去，使电子射线沿偏转板上去，使电子射线沿

32、水平方向线性地偏移，形成时间基线水平方向线性地偏移，形成时间基线。 设设 Sx 为水平方向的偏转灵敏度，水平板上所加电压为为水平方向的偏转灵敏度，水平板上所加电压为Ux(t)，则偏转距离，则偏转距离 x 为：为：x = SxUx(t) 随随时间线性增长的扫描电压时间线性增长的扫描电压加在水平偏转板上，加在水平偏转板上，屏幕电子束即能由左向右随时间作水平扫描，这种扫屏幕电子束即能由左向右随时间作水平扫描，这种扫描称为描称为线性时基扫描线性时基扫描。 1扫描分类扫描分类 线性时基扫描方式分为线性时基扫描方式分为连续扫描连续扫描和和触发扫描触发扫描两类。两类。 1）连续扫描）连续扫描 扫描电压是扫描

33、电压是周期性的锯齿波电压周期性的锯齿波电压。在扫描电压的作用下，。在扫描电压的作用下，示波管光点将在屏幕上作连续重复周期的扫描示波管光点将在屏幕上作连续重复周期的扫描 若无若无 Y 通道的信号电压，屏幕上只显示出一条时间基通道的信号电压，屏幕上只显示出一条时间基线。线。 若在若在 Y 通道加入周期变化的信号电压，则可显示信号通道加入周期变化的信号电压，则可显示信号波形。波形。 ？连续扫描最主要的问题：如何保证在屏幕上显示出稳连续扫描最主要的问题：如何保证在屏幕上显示出稳定的信号波形。定的信号波形。 为了得到稳定的波形显示，必须使为了得到稳定的波形显示，必须使扫描锯齿波电压周期扫描锯齿波电压周期

34、T 与被测信号周期与被测信号周期 Ty ，保持整数倍的关系，即，保持整数倍的关系，即 T = nTy 。 一般采用被测信号一般采用被测信号(或与被测信号相关的信号或与被测信号相关的信号)控制、触控制、触发时基电路，使发时基电路，使 T = nTy ，这个过程称为同步。，这个过程称为同步。图图4.4-4连续扫描的波形显示连续扫描的波形显示 2）触发扫描）触发扫描 连续扫描方式在观测脉冲波形时有问题。连续扫描方式在观测脉冲波形时有问题。图图4.4-5脉冲信号的连续扫描与触发扫描显示脉冲信号的连续扫描与触发扫描显示 2水平通道组成框图（三部分）水平通道组成框图（三部分） 触发电路触发电路 包括触发方

35、式选择、脉冲整形电路。包括触发方式选择、脉冲整形电路。 作用：控制时基的扫描闸门，以实现与被测信号的严格同步。作用：控制时基的扫描闸门，以实现与被测信号的严格同步。 时基发生器时基发生器 由闸门电路、扫描发生器和释抑电路组成。由闸门电路、扫描发生器和释抑电路组成。 它是水平通道的核心，产生线性度好、频率稳定、幅度相等的锯齿波电它是水平通道的核心，产生线性度好、频率稳定、幅度相等的锯齿波电压。压。 水平放大器水平放大器 用来放大锯齿电压波，产生对称的锯齿波输至水平偏转板用来放大锯齿电压波，产生对称的锯齿波输至水平偏转板图图4.4-6水平通道的结构框图水平通道的结构框图 3时基发生器时基发生器 图

36、图4.4-7时基发生器时基发生器 4触发电路触发电路 包括触发源、触发信号耦合方式、触发方式及触发整形电路。包括触发源、触发信号耦合方式、触发方式及触发整形电路。 1）触发源）触发源 内触发内触发。内触发信号来自于示波器内的内触发信号来自于示波器内的 Y 通道触发放大器，通道触发放大器，它位于延迟线前。它位于延迟线前。 用途：当需要利用被测信号触发扫描发生器时用途：当需要利用被测信号触发扫描发生器时 外触发外触发。用外接信号触发扫描，该信号由触发用外接信号触发扫描，该信号由触发“输入输入”端接端接入。入。 用途：被测信号不适于作触发信号；为了比较两个信号的时间用途：被测信号不适于作触发信号；为

37、了比较两个信号的时间关系关系 电源触发电源触发。来自来自50Hz交流电源交流电源(经变压器经变压器)产生的触发脉冲。产生的触发脉冲。 用途：观察与交流电源频率有时间关系的信号用途：观察与交流电源频率有时间关系的信号 2）触发耦合方式）触发耦合方式（新示波器已没有这个功能）（新示波器已没有这个功能） 四种触发耦合方式来适应不同的信号频率，用开关进行选择。四种触发耦合方式来适应不同的信号频率，用开关进行选择。 “DC”直流耦合直流耦合：用于接入直流或缓慢变化的信号，或者：用于接入直流或缓慢变化的信号，或者频率较低并且有直流成分的信号，一般用频率较低并且有直流成分的信号，一般用“外外”触发或连续扫描

38、方触发或连续扫描方式。式。 “AC”交流耦合交流耦合：触发信号经电容：触发信号经电容 C1 接入，用于观察由接入，用于观察由低频到较高频率的信号，用内触发或外触发均可。低频到较高频率的信号，用内触发或外触发均可。 “AC低频抑制低频抑制”：触发信号经电容：触发信号经电容 C1、C2 接入，电容接入，电容量减少，阻抗较大，用于抑制量减少，阻抗较大，用于抑制 2kHz以下的低频成分。以下的低频成分。 例：观测有低频干扰例：观测有低频干扰(50Hz噪声噪声)的信号时，用这一种耦合方的信号时，用这一种耦合方式较合适，可以避免波形晃动。式较合适，可以避免波形晃动。 “HF”高频耦合高频耦合：触发信号经电

39、容：触发信号经电容 C1、C3 接入，电容量接入，电容量较小用于观测大于较小用于观测大于5MHz的信号。的信号。 3）触发方式及触发整形电路）触发方式及触发整形电路 示波器的示波器的触发方式触发方式通常有通常有常态常态、自动自动和和高频高频三种方式三种方式 作用：三种方式控制触发整形电路作用：三种方式控制触发整形电路 不同形式的扫描触发信不同形式的扫描触发信号号 触发扫描电压发生器触发扫描电压发生器 不同形式的扫描电压不同形式的扫描电压 常态触发方式常态触发方式 优点优点：触发极性可调，上升沿触发即为正极性触发，下降沿：触发极性可调，上升沿触发即为正极性触发，下降沿触发即为负极性触发；另外还可

40、调节触发电平。触发即为负极性触发；另外还可调节触发电平。 缺点缺点：在没有输入信号或触发电平不适当时，就没有触发脉：在没有输入信号或触发电平不适当时，就没有触发脉冲输出，因而也无扫描基线。冲输出，因而也无扫描基线。 自动触发方式自动触发方式 在无被测信号输入时仍有扫描，一旦有触发信号且其频率高在无被测信号输入时仍有扫描，一旦有触发信号且其频率高于自激频率时，则自激多谐振荡器由触发信号同步而形成触发扫于自激频率时，则自激多谐振荡器由触发信号同步而形成触发扫描，描，一般测量均使用自动触发方式一般测量均使用自动触发方式。 高频触发方式高频触发方式 原理同自动触发方式，不同点是自激振荡频率较高，当用高

41、原理同自动触发方式，不同点是自激振荡频率较高，当用高频触发信号去与它同步时，同步较为稳定。频触发信号去与它同步时，同步较为稳定。 高频触发方式常用于观测高频信号。高频触发方式常用于观测高频信号。 5.4.3 校正器校正器 校正器是示波器内设的标准，用来校准或检验示波器校正器是示波器内设的标准，用来校准或检验示波器 X 轴和轴和 Y 轴标尺的刻度，一般轴标尺的刻度，一般 Y 轴校正单位为电压，轴校正单位为电压， X 轴校轴校正单位为时间。正单位为时间。 当示波器当示波器 X 、 Y 轴标尺经校正后，就可根据该标尺方轴标尺经校正后，就可根据该标尺方便地测量未知电压，脉冲宽度，信号周期等参数。便地测

42、量未知电压，脉冲宽度，信号周期等参数。 一般示波器设有两个校正器，分别一般示波器设有两个校正器，分别调整幅度调整幅度和和扫描速度扫描速度。 1幅度校正器幅度校正器 用于检验幅度标度是否准确用于检验幅度标度是否准确 幅度校正器产生幅度稳定不变并经过校正的方波电幅度校正器产生幅度稳定不变并经过校正的方波电压，用于校正压，用于校正 Y 通道灵敏度。通道灵敏度。 设校正器输出电压幅度为设校正器输出电压幅度为U校校，把它加到，把它加到 Y 输入端，荧输入端，荧光屏上显示电压波形的高度为光屏上显示电压波形的高度为H校校，则示波器偏转灵敏度为，则示波器偏转灵敏度为)/(VcmUHS校校 或偏转因数为或偏转因

43、数为)/V(1cmHUSd校校 当用探头输入进行测量时，因当用探头输入进行测量时，因探头衰减了探头衰减了10倍倍，示波，示波器偏转因数应当是开关位置指示的读数的器偏转因数应当是开关位置指示的读数的10倍，倍，测量电压测量电压的计算应乘以的计算应乘以10倍倍。 2扫描时间校正器扫描时间校正器 扫描时间校正器产生的信号，扫描时间校正器产生的信号，用于校正用于校正 X 轴时间标轴时间标度，或用来检验扫描因数是否正确度，或用来检验扫描因数是否正确。 在检验示波器扫描因数时，把它的输出接到在检验示波器扫描因数时，把它的输出接到 Y 输入端，输入端，在荧光屏上便显示出它的波形。在荧光屏上便显示出它的波形。

44、 进行这两种校正时，进行这两种校正时，将将 Y 轴幅度校正的轴幅度校正的 V/div 的的微调旋钮微调旋钮旋到旋到校准位置校准位置， 将将 X 轴时间校正的轴时间校正的 t/div 的微调旋钮亦旋到校准位的微调旋钮亦旋到校准位置置5.5 双踪和双线示波器双踪和双线示波器 双踪和双线示波器都可在一个示波管荧光屏上同双踪和双线示波器都可在一个示波管荧光屏上同时显示出两个信号波形时显示出两个信号波形 比较被测系统的输出和输入信号比较被测系统的输出和输入信号 研究波形变换器的各级信号研究波形变换器的各级信号 用途：用途： 观察脉冲电路各点波形观察脉冲电路各点波形 信号通过网络时的波形畸变信号通过网络时

45、的波形畸变 测量相移测量相移 5.5.1 双踪示波器（双迹示波器）双踪示波器（双迹示波器） 双踪示波器的垂直偏转通道由双踪示波器的垂直偏转通道由 A 和和 B 两个通道组成两个通道组成。 A、B两个通道是相同的，两个通道的输出信号在两个通道是相同的，两个通道的输出信号在电子开关电子开关控制下，交替通过主通道加于控制下，交替通过主通道加于示波管的同一对垂直偏转板示波管的同一对垂直偏转板。 平衡倒相器平衡倒相器的作用是把输入信号转换为对称的波形输出。的作用是把输入信号转换为对称的波形输出。图图4.5-1 双踪示波器垂直偏转通道框图双踪示波器垂直偏转通道框图 前置放大器中设有移位控制，可分别控制两个

46、显示图形的上前置放大器中设有移位控制，可分别控制两个显示图形的上下位置（与单踪示波器不同）下位置（与单踪示波器不同） 电子开关由触发电路控制的一对放大器电子开关由触发电路控制的一对放大器(或射极跟随器或射极跟随器)构成。构成。触发电路的两个稳定状态分别控制两个放大器，把通道触发电路的两个稳定状态分别控制两个放大器，把通道A或通道或通道B接于主通道。接于主通道。 主通道由中间放大器、延迟线、末级放大器组成，它对两个主通道由中间放大器、延迟线、末级放大器组成，它对两个通道是公用的。通道是公用的。图图4.5-1 双踪示波器垂直偏转通道框图双踪示波器垂直偏转通道框图 电子开关可使双踪示波器工作于五种不

47、同的状态：电子开关可使双踪示波器工作于五种不同的状态：“A”、“B”、交替、断续、交替、断续、“A+B”。 (1)“A”：电子开关将：电子开关将 A 通道信号接于通道信号接于 Y 偏转板，形成偏转板，形成 A 通通道独立工作的状态。道独立工作的状态。 (2)“B”：电子开关将：电子开关将 B 通道信号接于通道信号接于 Y 偏转板，形成偏转板，形成 B 通通道独立工作的状态。道独立工作的状态。 (3) 交替交替 ：将：将A、B两通道信号轮流加于两通道信号轮流加于 Y 偏转板，荧光屏上偏转板，荧光屏上显示两个通道的信号波形。显示两个通道的信号波形。 即：每次扫描后，改变所接通道，使得每两次扫描分别

48、显示即：每次扫描后，改变所接通道，使得每两次扫描分别显示一次一次A通道波形和一次通道波形和一次B通道波形。通道波形。 (4) 断续断续 ：当输入信号频率较低时，：当输入信号频率较低时，交替交替显示会发生明显的显示会发生明显的闪烁。闪烁。 采用采用断续断续工作方式，使电子开关工作于自激振荡状态，振荡工作方式，使电子开关工作于自激振荡状态，振荡频率高达频率高达500kHz1MHz，自动地轮流将，自动地轮流将A、B两通道信号加于两通道信号加于 Y 偏转板上，显示图形由点线组成，这样就可使每扫描一次，完成偏转板上，显示图形由点线组成，这样就可使每扫描一次，完成两个通道波形的显示。两个通道波形的显示。

49、(5)“A+B”：A、B两通道信号代数相加后，接到两通道信号代数相加后，接到 Y 偏转板，偏转板，显示两信号迭加后的波形。显示两信号迭加后的波形。 5.5.2 双线示波器双线示波器 双线示波器采用双线示波器采用双线示波管双线示波管构成，内有两个相互无关的构成，内有两个相互无关的 Y 通道通道 A 和和 B 。 双线示波管在一个玻璃壳内装有双线示波管在一个玻璃壳内装有两个完全独立的两个完全独立的电子枪电子枪和和偏转系统偏转系统。 即：即：把两个示波管封装在一个玻璃壳内公用一个荧光把两个示波管封装在一个玻璃壳内公用一个荧光屏，可以同时观察两个相互独立的信号波形。屏，可以同时观察两个相互独立的信号波

50、形。图图4.5-2双线示波器框图双线示波器框图 双踪示波器：双踪示波器： 优点：优点：比普通示波器增加的部件不多，指标较高，价格只比普通示波器增加的部件不多，指标较高，价格只增加增加15，现在生产的示波器几乎都具有双踪功能。，现在生产的示波器几乎都具有双踪功能。 缺点：缺点：工作于交替方式时，需两次扫描才能显示两个波形，工作于交替方式时，需两次扫描才能显示两个波形，无法观察无法观察 两个快速的单次信号两个快速的单次信号 或或 短时间的非周期信号。短时间的非周期信号。 双线示波器双线示波器 优点：优点：两个通道完全独立，可以弥补双踪示波器的不足；两个通道完全独立，可以弥补双踪示波器的不足；两个偏

51、转系统可以用不同的时基发生器，仪器更为灵活多用。两个偏转系统可以用不同的时基发生器，仪器更为灵活多用。 缺点：缺点：示波管性能的限制，技术指标一般较低。示波管性能的限制，技术指标一般较低。 5.5.3 SR-8双踪示波器双踪示波器 1面板介绍面板介绍 示波器的示波器的 Y 轴灵敏度开关轴灵敏度开关“V/div”位于位于0.2挡，挡， 其其“微微调调”位于位于“校准校准”位置，位置， 若被测波形占若被测波形占 Y 轴的坐标幅度轴的坐标幅度 H 为为 5 div， 则信号电压则信号电压 Uy 幅度为：幅度为： Uy = V/divH(div) = 0.2 V/div5 div = 1 V 2使用使

52、用 1）电压测量电压测量图图4.5-4电压测量电压测量若被测信号经探头输入，若被测信号经探头输入， 则应将探头衰减则应将探头衰减10倍的因素倍的因素考虑在内，考虑在内， 被测信号被测信号 Uy 幅度为幅度为Uy = 0.2 V/div5 div10 = 10 V直流电压的测量：将直流电压信号线与时基线比较，直流电压的测量：将直流电压信号线与时基线比较， 求出直流电压占求出直流电压占 Y 轴的坐标幅度轴的坐标幅度 H ， 得到直流电压幅度值。得到直流电压幅度值。 2）时间测量时间测量将将X 通道扫描控制开关通道扫描控制开关“t/div”的的“微调微调”置于置于“校准校准”位置位置上，由开关的指示

53、值直接计算出时基线上上，由开关的指示值直接计算出时基线上 X 方向被测两点之间距离方向被测两点之间距离 D 的时间间隔为：的时间间隔为：T = t/divD(div)例：扫描控制开关置于例：扫描控制开关置于0.2 ms/div，被测波形两点间距离，被测波形两点间距离 D 为为 6 div，则时间间隔，则时间间隔 T 为为 T = 0.2 ms/div6 div = 1.2 ms 当距离当距离 D 为某一周期波形的一个为某一周期波形的一个周期距离时，周期距离时，T 为该波形的周期。为该波形的周期。图图4.5-5时间间隔测量时间间隔测量 当距离当距离 D 为某两个波形间距离为某两个波形间距离时，时

54、，T 为该两个波形间的时间差。为该两个波形间的时间差。图图4.5-6时间差测量时间差测量图图4.5-7脉宽测量脉宽测量 当距离当距离 D 为脉冲宽度时，为脉冲宽度时，T 为该脉冲的持续时间。为该脉冲的持续时间。 3）频率测量）频率测量 对周期性的重复频率来说，按时间测量的公式测对周期性的重复频率来说，按时间测量的公式测定其每一周的时间定其每一周的时间 T ，按照频率，按照频率 f 与周期与周期 T 的倒数关的倒数关系来计算频率，即系来计算频率，即Tf1 4）相位测量）相位测量 双踪显示可测得双踪显示可测得两个相同频率信号的相位关系两个相同频率信号的相位关系。 例：被测波形的一个周期占横坐标刻度

55、上例：被测波形的一个周期占横坐标刻度上 8 个个 div，则每则每 1div 对应对应 45o 相位，即相位，即360o1/8，两波形相位间隔，两波形相位间隔D 为为 1.5div，则两波形间相位差，则两波形间相位差为为 = D(div) 45/div = 1.5 div45 /div = 67.5图图4.5-8相位测量相位测量5.6 高速和取样示波器高速和取样示波器 一般示波器在观察一般示波器在观察ns、ps级脉冲波形时，会引入级脉冲波形时，会引入很大的畸变，主要因素是：很大的畸变，主要因素是： （1）示波器偏转板电容）示波器偏转板电容 C 与引线电感与引线电感 L 的影响。的影响。 （2）

56、电子渡越时间的影响。）电子渡越时间的影响。 （3）Y 偏转放大器带宽不足。偏转放大器带宽不足。 （4）扫描速度不够快。）扫描速度不够快。 （5）亮度不够。）亮度不够。 5.6.1 高速示波器（高速示波器（100MHz） 不同于普通示波器的关键：示波管、不同于普通示波器的关键：示波管、 Y 放大器和时基发放大器和时基发生器。生器。 1示波管示波管 采用专用示波管：保证示波器的灵敏度，采用专用示波管：保证示波器的灵敏度，Y 轴放大器有大的放轴放大器有大的放大倍数。大倍数。 2放大器放大器 Y 轴放大器是宽带放大器（轴放大器是宽带放大器（1000MHz） 3时基发生器时基发生器 时基发生器的扫描速度

57、很高，回扫时间很短。时基发生器的扫描速度很高，回扫时间很短。示波器的使用示波器的使用1：http:/ 5.6.2 取样示波器取样示波器 概念：概念：将将高频高频（1000MHz）的）的重复性重复性的的周期信号周期信号，经过取，经过取样样（取样速率可调节）（取样速率可调节），变换成低频的重复性的周期信号，再，变换成低频的重复性的周期信号，再运用通用示波器的原理进行显示和观测的示波器。运用通用示波器的原理进行显示和观测的示波器。 之前的示波器之前的示波器 “实时信号实时信号”显示的示波器显示的示波器 取样示波器取样示波器 “非实时取样非实时取样”示波器示波器（经过频率转换）（经过频率转换）取样示波

58、器取样示波器 = 取样装置取样装置 + 普通示波器普通示波器高频、超高频信号高频、超高频信号波形、相位一致波形、相位一致幅值相同或成比例幅值相同或成比例中低频信号中低频信号跨周期取样跨周期取样 1非实时取样原理非实时取样原理 S 为取样脉冲为取样脉冲 p(t) 控制的电子开关（控制的电子开关（取样门取样门）。）。 tw 期间，期间， S 闭合：闭合： us(t) = ui(t)【在极短的在极短的tw期间期间ui(t)的电压幅度的电压幅度不变的；不变的； us(t)是宽度与脉宽是宽度与脉宽 tw 相同的离散取样信号相同的离散取样信号 】 T0 期间，期间，S 断开：断开： us(t) =0 【输

59、入信号输入信号ui(t)不能通过开关不能通过开关S】 取样脉冲的作用：连续的输入信号取样脉冲的作用：连续的输入信号 ui(t) 离散的输出信号离散的输出信号 us(t) 图图4.6-2取样门及取样脉冲取样门及取样脉冲图图4.6-3 非实时取样过程非实时取样过程 非实时取样过程：对输入信号是进行跨周期采样非实时取样过程：对输入信号是进行跨周期采样 取样脉冲的间隔：取样脉冲的间隔：T +t ，即，即每次取样点为前一个取样点时间延迟每次取样点为前一个取样点时间延迟t 多次取样：通过若干周期对波形的不同点的采样多次取样：通过若干周期对波形的不同点的采样 us(t) ，将高频信，将高频信号号 ui(t)

60、 波形波形展宽展宽显示显示低频信号低频信号 uy(t) 当取样点足够多时，当取样点足够多时，uy(t) 能比较准确地反映能比较准确地反映 ui(t) 的波形的波形被测的高频信号被测的高频信号 ui(t)取样脉冲取样脉冲 p(t)采样值采样值 us(t)经过保持及延长后形成经过保持及延长后形成的量化信号的量化信号 uy(t) 2取样示波器组成取样示波器组成 延长电路中有保持电容及直流放大器，以便将窄脉冲取样信延长电路中有保持电容及直流放大器，以便将窄脉冲取样信号号 us(t) 展宽，得到量化的包络信号。展宽，得到量化的包络信号。 X 通道中的时基单元，产生阶梯波电压和与扫描电压同步的通道中的时基