第6章信号显示与示波测试技术

1、现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 现代测试技术现代测试技术Modern testing and measurement technology 苏州科技学院苏州科技学院电子与信息工程学院电子与信息工程学院电子科学技术系电子科学技术系潘敬熙潘敬熙Jingxi-Jingxi- 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 第第6章章 信号显示与示波测试技信号显示与示波测试技术术6.1 概述概述 6.2 发光二极管显示器发光二极管显示器6.3 示波显示的基本原理示波显示的基本原理6.4 通用模拟示波器通用模拟示

2、波器6.5 示波测试技术示波测试技术现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 6.1 概述概述 在测试系统中，各信号经检测、处理与变换在测试系统中，各信号经检测、处理与变换后，最终需将测量结果用便于观察的方式进行显后，最终需将测量结果用便于观察的方式进行显示，测试系统自身的运行状态、或人机对话也需示，测试系统自身的运行状态、或人机对话也需要一定的方式进行显示。要一定的方式进行显示。 现代常见的显示有发光二极管现代常见的显示有发光二极管(LED(LED，Light-Light-Emitting Diode)Emitting Diode)显示器、液晶显示

3、器显示器、液晶显示器(LCD(LCD，LiquidCrystalDisplay)LiquidCrystalDisplay)和阴极射线管和阴极射线管(CRT(CRT，Cathode-Ray Tube)Cathode-Ray Tube)显示器等。本章将分别讨论这显示器等。本章将分别讨论这些显示装置的工作原理与特点及其应用。些显示装置的工作原理与特点及其应用。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 6.2 6.2 发光二极管显示器发光二极管显示器 6.2.16.2.1发光二极管显示器的工作原理与特点发光二极管显示器的工作原理与特点 单个发光二极管常被用与

4、智能设备或微机系单个发光二极管常被用与智能设备或微机系统面板上，用做状态显示器。例如，将它设置与统面板上，用做状态显示器。例如，将它设置与有关按键上，实时地反应无锁按键操作而引起的有关按键上，实时地反应无锁按键操作而引起的工作状态的变化。它的体积小，耗电少，使用十工作状态的变化。它的体积小，耗电少，使用十分简便。分简便。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 在常用的七段显示器内，各个在常用的七段显示器内，各个LED可按共阳极或可按共阳极或共阴极连接。它们应分别用不同的段码，经不同共阴极连接。它们应分别用不同的段码，经不同的驱动电路来驱动。的驱动电

5、路来驱动。 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 LED点阵显示是把很多点阵显示是把很多LED点阵按矩阵方点阵按矩阵方式排列在一起，通过各式排列在一起，通过各LED点亮与不亮的控制完点亮与不亮的控制完成各种字符或图形的显示成各种字符或图形的显示 ，最常见的，最常见的LED点阵显点阵显示块有示块有57（即五列七行），（即五列七行），79，88结构，结构，前两种主要用于显示各种西文字符，而后一种可前两种主要用于显示各种西文字符，而后一种可用于大型电子显示屏的组建单元。用于大型电子显示屏的组建单元。 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示

6、波测试技术信号显示与示波测试技术 6.2.2 发光二极管显示器的工作模式与接口电路发光二极管显示器的工作模式与接口电路一、发光二极管静态工作模式一、发光二极管静态工作模式CCDLLVV0.3VRI现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 在大型的在大型的LED显示屏上，显示屏上，LED是排成阵列形式的，是排成阵列形式的，如图所示。如果把多位如图所示。如果把多位LED数码管的同名段数码管的同名段(如如a段、段、b段、段、)连接在一起，看作为行；把多位连接在一起，看作为行；把多位LED数码管数码管的公共端的公共端(位位)看作为列，则可以不分它们是多位看作

7、为列，则可以不分它们是多位LED数码管组成的显示器还是大量的数码管组成的显示器还是大量的LED组成的显示屏，组成的显示屏，都可以抽象成同样的动态显示模式。对于动态显示模都可以抽象成同样的动态显示模式。对于动态显示模式的式的LED显示器，所需要的口线数仅为行数显示器，所需要的口线数仅为行数+段数。段数。对同样的对同样的8位位7段段LED数码管显示，只需要数码管显示，只需要15根口线，根口线，相比于静态显示模式所需要的相比于静态显示模式所需要的56根口线，大大地减少根口线，大大地减少了口线数目和简化了驱动电路了口线数目和简化了驱动电路。二、发光二极管动态工作模式二、发光二极管动态工作模式现代测试技

8、术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 图示给出一个图示给出一个5 57 7的的LEDLED显示器阵列在显示字母显示器阵列在显示字母“A”A”时时的情况。右边是各行各段的驱动波形。上面是各行的驱动波的情况。右边是各行各段的驱动波形。上面是各行的驱动波形，下面是各段的驱动波形。形，下面是各段的驱动波形。 首先来看段驱动信号，段驱动信号是依次出现低电平，首先来看段驱动信号，段驱动信号是依次出现低电平，每个时段只允许一段出现低电平。在出现低电平的段，需点每个时段只允许一段出现低电

9、平。在出现低电平的段，需点亮的亮的LEDLED所对应的行应该给出高电平的驱动信号，不需点亮的所对应的行应该给出高电平的驱动信号，不需点亮的LEDLED所对应的行应该给出低电平的驱动信号。在图中，当第一所对应的行应该给出低电平的驱动信号。在图中，当第一段出现有效的低电平驱动信号时，段出现有效的低电平驱动信号时，a a、b b行的行的LEDLED不亮，所以不亮，所以a a、b b行的应该给出低电平的驱动信号，这两行上的行的应该给出低电平的驱动信号，这两行上的LEDLED所得到的所得到的电压不是电压不是“0”0”就是反向电压，不能被点亮。而第一段就是反向电压，不能被点亮。而第一段c c，d d，e

10、e，f f和和g g行所对应的行所对应的LEDLED能够得到正向驱动电压而被点亮。其能够得到正向驱动电压而被点亮。其他段的他段的LEDLED所得到的电压不是所得到的电压不是“0”0”就是反向电压，不能被点就是反向电压，不能被点亮。亮。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 LEDLED的动态模式是利用人眼的视觉暂留效应，的动态模式是利用人眼的视觉暂留效应，使要点亮的使要点亮的LEDLED以以50 Hz50 Hz左右的频率轮流快速显示，左右的频率轮流快速显示，就如同看电影一样，虽然银幕上的图像是一幅幅就如同看电影一样，虽然银幕上的图像是一幅幅断续投影

11、上去的，但人们的感觉依然是连续的图断续投影上去的，但人们的感觉依然是连续的图像。对于由多位像。对于由多位LEDLED数码管组成的显示器来说，虽数码管组成的显示器来说，虽然每个瞬时只有一位然每个瞬时只有一位LEDLED数码管被点亮，但所有的数码管被点亮，但所有的LEDLED数码管都被快速、依次轮流点亮，人们感觉就数码管都被快速、依次轮流点亮，人们感觉就好像所有的好像所有的LEDLED数码管一直都被同时点亮一样。数码管一直都被同时点亮一样。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示

12、波测试技术 常用的点阵字符显示器有常用的点阵字符显示器有57、79等型式，等型式，它们分别由它们分别由36只或只或64只只LED组合而成组合而成(其中有一只其中有一只LED小数点小数点)。图所示为。图所示为57点阵字符显示器电路。点阵字符显示器电路。当点阵中某个二极管导通被点亮时，在显示器上呈当点阵中某个二极管导通被点亮时，在显示器上呈现一个亮点，若使一些位置上的二极管导通被点亮现一个亮点，若使一些位置上的二极管导通被点亮时，这些亮点就形成了字符。点阵字符显示器电路时，这些亮点就形成了字符。点阵字符显示器电路由存储器阵列、显示器、缓冲器和驱动器组成。存由存储器阵列、显示器、缓冲器和驱动器组成。

13、存储器阵列是一个只读存储器储器阵列是一个只读存储器(ROM)，也是一个字符，也是一个字符发生器，用来产生所要显示的字符代码。常见的发生器，用来产生所要显示的字符代码。常见的ROM的存储单元字长为的存储单元字长为8比特。比特。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 对于对于57点阵显示方式，每个字符可分为点阵显示方式，每个字符可分为5列，每一列需要一个七比特字长的存储单元来存列，每一列需要一个七比特字长的存储单元来存储这一列中各点的状态，称为字符某一列点阵比储这一列中各点的状态，称为字符某一列点阵比特模型，所以每一个字符需要特模型，所以每一个字符需要

14、ROM中的五个存储中的五个存储单元来存储一个字符的各点状态，称为字符的点单元来存储一个字符的各点状态，称为字符的点阵比特模型。预先需将要显示的各种字符点阵比阵比特模型。预先需将要显示的各种字符点阵比特模型按一定编码作地址写入特模型按一定编码作地址写入ROM中。中。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 存储器阵列的大小，取决于显示字符种类的存储器阵列的大小，取决于显示字符种类的多少，对于多少，对于128128个字符的字符发生器，需要个字符的字符发生器，需要5 5128=640128=640个存储单元，每个存储单元存放一列点个存储单元，每个存储单元存

15、放一列点阵比特模型。存放一个字符点阵比特模型的阵比特模型。存放一个字符点阵比特模型的5 5个存个存储单元，在存储器阵列中，低七位地址储单元，在存储器阵列中，低七位地址(A0A6)(A0A6)相相同，常用字符的同，常用字符的ASCIIASCII码作为该字符在码作为该字符在ROMROM中的低七中的低七位地址，而用地址线位地址，而用地址线(A7(A7A9)A9)的编码来表示字符中的编码来表示字符中点阵比特模型的列序号。点阵比特模型的列序号。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 点阵字符显示的控制过程如下：显示一个点阵字符显示的控制过程如下：显示一个5

16、57 7点阵形式的字符，需要分点阵形式的字符，需要分5 5次逐列选通显示器次逐列选通显示器中的发光二极管，并同时由字符发生器产生该列中的发光二极管，并同时由字符发生器产生该列的字符点阵比特模型，经缓冲器输出到显示器的字符点阵比特模型，经缓冲器输出到显示器LEDLED点阵的各行。假设字符的点阵比特模型在点阵的各行。假设字符的点阵比特模型在ROMROM中以中以字符的字符的ASCIIASCII码为地址，并以显示字母码为地址，并以显示字母“B”B”为例为例来说明字符显示过程。来说明字符显示过程。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 (1)把需要显示的字符

17、把需要显示的字符“B”的的ASCII码码(1000010)作为字符发生器作为字符发生器(ROM)低七位地址低七位地址(A6A0)，而用，而用A9A7三根地址线上编码来表示三根地址线上编码来表示当前显示的列序号。产生显示字符点阵的第一列，当前显示的列序号。产生显示字符点阵的第一列，因此因此A9A7上送编码上送编码000， A6A0上送字符上送字符“B”的的ASCII码码(1000010)，将此两部分组合形成字符，将此两部分组合形成字符“B”第一列点阵比特模型在第一列点阵比特模型在ROM中的地址，送中的地址，送到字符发生器的地址线到字符发生器的地址线A9A7 ，并发生读命令，并发生读命令(RD)，

18、则从字符发生器中读出字符，则从字符发生器中读出字符“B”的第一列的第一列点阵比特模型点阵比特模型(1111111)，经缓冲器锁存送到字符，经缓冲器锁存送到字符显示器的各行线。显示器的各行线。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 同时同时A A9 9AA7 7地址线上的状态经译码器译码，地址线上的状态经译码器译码，选通显示器第一列，此时显示器的第一条列线为选通显示器第一列，此时显示器的第一条列线为低电平，其余各列线均为高电平，所以第一列各低电平，其余各列线均为高电平，所以第一列各发光二极管均被点亮，保持显示时间约发光二极管均被点亮，保持显示时间约1

19、 ms1 ms。 (2)(2)保持字符发生器低七位地址不变，而令保持字符发生器低七位地址不变，而令A A9 9AA7 7为为001001，则从，则从ROMROM中读出字符中读出字符“B”B”的第二列的第二列比特模型比特模型(1001001)(1001001)，并将，并将A A9 9AA7 7线上状态译码，线上状态译码，选通显示器的第二列，则比特模型中的选通显示器的第二列，则比特模型中的l l所对应的所对应的发光二极管被点亮，即处于第二列中的第发光二极管被点亮，即处于第二列中的第1 1、4 4、7 7行位置上的二极管发光。行位置上的二极管发光。 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与

20、示波测试技术信号显示与示波测试技术 (3) (3)继续保持字符发生器继续保持字符发生器A A6 6AA0 0地址不变，而令地址不变，而令A A9 9AA7 7为为010010，则从字符发生器中读出字符，则从字符发生器中读出字符“B”B”的的第三列比特模型第三列比特模型(1001001)(1001001)，并在显示器的第三列，并在显示器的第三列点亮相应的发光二极管。点亮相应的发光二极管。 (4)(4)保持字符发生器地址线保持字符发生器地址线A A6 6-A-A0 0不变，再令不变，再令A A9 9- -A A7 7为为011011，则从字符发生器中读出字符，则从字符发生器中读出字符“B”B”的第

21、的第四列比特模型四列比特模型(1001001)(1001001)，并在显示器的第四列得，并在显示器的第四列得到显示。同样当令到显示。同样当令A A9 9-A-A7 7为为100100，则可读出字符，则可读出字符“B”B”的第五列比特模型的第五列比特模型(0110110)(0110110)，并在显示器的第五，并在显示器的第五列显示出来。列显示出来。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 这样在点阵字符显示器上便显示出完整的字这样在点阵字符显示器上便显示出完整的字符符“B”B”。 若要改变所显示的字符，只要改变字若要改变所显示的字符，只要改变字符发生器

22、低七位地址符发生器低七位地址A A6 6-A-A0 0 ，重复上述步骤，重复上述步骤(1)(1)(4)(4)，改变列序号，使，改变列序号，使A A9 9-A-A7 7线上状态从线上状态从000-001-000-001-010-011-100-000010-011-100-000周而复始地变化，则可显示出新周而复始地变化，则可显示出新的字符。的字符。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 6.3 示波显示的基本原理示波显示的基本原理 6.3.1 阴极射线示波管阴极射线示波管 典型的示波器利用阴极射线示波管典型的示波器利用阴极射线示波管CRT作为显示器

23、，作为显示器，CRT是示波器的重要组成部分，是示波器的重要组成部分，其作用就是把电信号转换为光信号而加以显示。其作用就是把电信号转换为光信号而加以显示。其构造与电视机显像管相同，主要由电子枪、其构造与电视机显像管相同，主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三大部分组成，三大部分均偏转系统和荧光屏三大部分组成，三大部分均封装在密闭呈真空的玻璃壳内，其结构示意图封装在密闭呈真空的玻璃壳内，其结构示意图如图所示（图中省略了玻璃外壳）。如图所示（图中省略了玻璃外壳）。 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 阴极射线示波管结构示意图阴极射线示波管结构示意图阴 极

24、K发第 一 阳 极 A1射电 子 枪聚焦灯 丝 FRP1辉 度RP2聚 焦辅 助 聚 焦RP3第 二 阳 极 A2Y1Y2偏 转 板偏 转 板X2X1偏 转 系 统荧光屏现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 1.电子枪电子枪电子枪的作用是发射电子并形成聚束的高速电电子枪的作用是发射电子并形成聚束的高速电子流。它主要由灯丝子流。它主要由灯丝F、阴极、阴极K、控制栅极、控制栅极G、第、第一阳极一阳极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。除组成。除灯丝外，其余电极的结构均是金属圆筒，且它们灯丝外，其余电极的结构均是金属圆筒，且它

25、们的轴心都保持在同一轴线上。的轴心都保持在同一轴线上。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 2.偏转系统偏转系统 偏转系统的作用是使电子束产生在垂直和水平偏转系统的作用是使电子束产生在垂直和水平方向上的位移。方向上的位移。 偏转系统位于第二阳极之后，由两对相互垂偏转系统位于第二阳极之后，由两对相互垂直且平行的金属板直且平行的金属板X、Y偏转板（水平、垂直偏转板（水平、垂直偏转板）组成，其中心轴线均与示波管的中心轴偏转板）组成，其中心轴线均与示波管的中心轴线重合，分别控制电子束在水平方向、垂直方向线重合，分别控制电子束在水平方向、垂直方向的偏转。的

26、偏转。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 3.荧光屏荧光屏荧光屏是示波器的显示部分，为圆形曲面荧光屏是示波器的显示部分，为圆形曲面或矩形平面，其内壁涂有荧光物质，形成荧光或矩形平面，其内壁涂有荧光物质，形成荧光膜。膜。当荧光物质受到电子枪发射的高速电子束当荧光物质受到电子枪发射的高速电子束轰击时就能产生荧光亮点，亮点的亮度取决于轰击时就能产生荧光亮点，亮点的亮度取决于电子束中电子的数目、密度和速度。电子束中电子的数目、密度和速度。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 6.3.2 6.3.2 示波管

27、显示原理示波管显示原理1. 1. 显示随时间变化的图形显示随时间变化的图形1) 1) 扫描的概念扫描的概念若 想 观 测 一 个 随 时 间 变 化 的 信 号 ， 例 如若 想 观 测 一 个 随 时 间 变 化 的 信 号 ， 例 如f(t)=Umsintf(t)=Umsint，那么只要把被观测的信号转变成，那么只要把被观测的信号转变成电压加到电压加到Y Y偏转板上，电子束就会在偏转板上，电子束就会在Y Y方向上随信号方向上随信号的规律变化，任一瞬间的偏转距离正比于该瞬间的规律变化，任一瞬间的偏转距离正比于该瞬间Y Y偏转板上的电压。但是如果水平偏转板间没加电偏转板上的电压。但是如果水平偏

28、转板间没加电压，则荧光屏上只能看到一条垂直的直线。压，则荧光屏上只能看到一条垂直的直线。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 扫描过程扫描过程(a） 只加信号电压只加信号电压; (b） 时间基线的获得时间基线的获得; (c） 信号波形在时间轴上展开信号波形在时间轴上展开 UyTs012Y130 213t(a)Y2(b)(c)012 3Y1UyY2X1UxX200X1UxTnX2t现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 2） 信号与扫描电压的同步信号与扫描电压的同步图所示为扫描电压与被测信号同步时的情况

29、图所示为扫描电压与被测信号同步时的情况。123456789105tUyTs1,90,82 10 4 12 673UxTnt00扫描电压与被测信号同步扫描电压与被测信号同步现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 扫描电压与被测电压不同步扫描电压与被测电压不同步01234567891010TsUxt12t012483760Uy950Tn如果没有这种同步关系，则后一扫描周期描绘的图形与前如果没有这种同步关系，则后一扫描周期描绘的图形与前一扫描周期描绘的图形不重合，如图所示。一扫描周期描绘的图形不重合，如图所示。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号

30、显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 连续扫描和触发扫描的比较连续扫描和触发扫描的比较tt被 测 脉 冲连 续 扫 描触 发 扫 描0UyTsUxt(TsTn)TnUxTn连 续 扫 描(Tn)tUx000(a )(b )(c )(d )现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 3） 连续扫描和触发扫描连续扫描和触发扫描 连续扫描与触发扫描的比较如上图所示。连续扫描与触发扫描的比较如上图所示。其中图（其中图（a）为被测脉冲，若用连续扫描来显）为被测脉冲，若用连续扫描来显示它，扫描信号的周期有两种可能的选择：示它，扫描信号的周期有两种可能的选择：

31、(1) 选择扫描周期选择扫描周期Tn等于脉冲重复周期等于脉冲重复周期Ts，这种情况如图（这种情况如图（b）所示。不难看出，屏幕上）所示。不难看出，屏幕上出现的脉冲波形集中在时间基线的起始部分，出现的脉冲波形集中在时间基线的起始部分，即图形在水平方向被压缩，以致难以看清脉冲即图形在水平方向被压缩，以致难以看清脉冲波形的细节，例如很难观测它的前后沿时间。波形的细节，例如很难观测它的前后沿时间。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 (2) (2) 选择扫描周期选择扫描周期T Tn n等于脉冲底宽等于脉冲底宽。为了。为了将脉冲波形在水平方向展宽，必须减少

32、扫描周期，将脉冲波形在水平方向展宽，必须减少扫描周期，若取若取T Tn n= = 。在这种情况下，扫描具有这样的特。在这种情况下，扫描具有这样的特点，即在一个脉冲周期内，光点在水平方向完成点，即在一个脉冲周期内，光点在水平方向完成多次扫描中，只有一次扫描出脉冲图形，结果在多次扫描中，只有一次扫描出脉冲图形，结果在屏幕上显示的脉冲波形本身非常暗淡，而时间基屏幕上显示的脉冲波形本身非常暗淡，而时间基线却很明亮。这样，对观测者同样带来困难，而线却很明亮。这样，对观测者同样带来困难，而且扫描的同步很难实现且扫描的同步很难实现。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波

33、测试技术 4 4） 扫描过程的增辉扫描过程的增辉 在以上的讨论中假设了扫描回程时间接近在以上的讨论中假设了扫描回程时间接近于零，但实际上回扫是需要一定时间的，这就于零，但实际上回扫是需要一定时间的，这就对显示波形产生了一定的影响。下图仍是扫描对显示波形产生了一定的影响。下图仍是扫描周期等于两倍信号周期的情况，只是扫描电压周期等于两倍信号周期的情况，只是扫描电压有一定的回扫时间（图中有一定的回扫时间（图中7-87-8段）。段）。 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 扫描回程对显示波形的影响扫描回程对显示波形的影响412356780910t7810

34、34567Uy1,90,8Ux0TntTs2123456现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 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如果这两个信号初相相同，则可在荧光屏上如果这两个信号初相相同，则可在荧光屏上画出一条直线；画出一条直线； 若若X、Y方向的偏转距离相同，方向的偏转距离相同，这条直线与水平轴呈这条直线与水平轴呈45，如下图（，如下图（a）所示。）所示。如果这两个信号初相相差如果这两个信号初相相差90，则在荧光屏上，则在荧光屏上画出一个正椭圆；若画出一个正椭圆；若X、Y方向的偏转距离相同，方向的偏转距离相同，则在荧光

35、屏上画出一个圆，如下图（则在荧光屏上画出一个圆，如下图（b）所示。）所示。 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 两个同频率信号构成的李沙育图形两个同频率信号构成的李沙育图形 (a) Uy与与Ux同相位；同相位； (b) Uy超前超前Ux 901t1301234Uy02 340,2,4UXt(a)01234210312Uy34t0,4Uxt(b)现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 6.4通用模拟示波器通用模拟示波器 6.4.1 通用模拟示波器的基本组成通用模拟示波器的基本组成 通用模拟示波器主要由

36、示波管、垂直（通用模拟示波器主要由示波管、垂直（Y Y轴）通道、扫描（锯齿波）信号发生器、水轴）通道、扫描（锯齿波）信号发生器、水平平(X(X轴）通道以及电源等部分组成，其结构轴）通道以及电源等部分组成，其结构框图如下图所示。框图如下图所示。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 通用模拟示波器的基本结构框图通用模拟示波器的基本结构框图X 轴 输 入Y轴 通 道X轴 通 道锯 齿 波 发 生 器电 源 扫 描水 平内 同 步外 同 步同 步 输 入示 波 管现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 1.

37、示波管示波管2. Y轴通道轴通道1） 输入电路输入电路输入电路主要包括探极、耦合方式转换开输入电路主要包括探极、耦合方式转换开关、衰减器、阻抗变换及倒相放大器等部分，关、衰减器、阻抗变换及倒相放大器等部分，如下图所示。如下图所示。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 Y通道输入电路框图通道输入电路框图阻 抗 变 换及 倒 相放 大 器衰减器偏 转 灵 敏 度探极Y前 置放 大 器DCACGND被 测 信 号耦 合 方 式现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 无源探极的结构无源探极的结构C9 M输 入

38、R探 极RdZiCiRi1 M示 波 器(1) 探极探极现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 探极使用时的具体做法是将示波器标准信号发探极使用时的具体做法是将示波器标准信号发生器产生的方波加到探极上，用螺丝刀左右旋转生器产生的方波加到探极上，用螺丝刀左右旋转补偿电容补偿电容C，直到调出如下图（，直到调出如下图（a）所示正确的所示正确的方波（即正确补偿）为止。否则，会产生如下图方波（即正确补偿）为止。否则，会产生如下图（b）、（）、（c）所示电容过补偿或欠补偿的波形。）所示电容过补偿或欠补偿的波形。(a)(b)(c)探极的补偿结果探极的补偿结果现代

39、测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 (2) (2) 耦合方式选择开关。耦合方式选择开关。(3) (3) 衰减器。衰减器。 (4) (4) 阻抗变换及倒相放大器。阻抗变换及倒相放大器。 2 2） 前置放大器前置放大器3 3） 延迟级延迟级4 4） 输出放大器输出放大器3. X3. X轴通道轴通道 X X轴通道由触发电路、扫描电路和轴通道由触发电路、扫描电路和X X轴放大轴放大器组成。其组成框图如下图所示。器组成。其组成框图如下图所示。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 X轴通道组成框图轴通道组成框图扫

40、 描闸 门扫 描 电 压产 生 电 路比 较 和释 抑 电 路水 平放 大 器扫 描 信 号 发 生 器X偏 转 板放 大 整 形电 路触 发 耦 合方 式 选 择触 发 源选 择触 发 电 路现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 1） 触发电路触发电路触发电路的作用在于选择触发源并产生稳触发电路的作用在于选择触发源并产生稳定可靠的触发信号，以触发扫描发生器产生稳定可靠的触发信号，以触发扫描发生器产生稳定的扫描电压。其组成框图如图所示，主要由定的扫描电压。其组成框图如图所示，主要由触发源选择、耦合方式选择开关、触发电平与触发源选择、耦合方式选择开

41、关、触发电平与斜率选择器、放大整形电路等组成。斜率选择器、放大整形电路等组成。 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 触发电路组成框图触发电路组成框图放 大 整形 电 路触 发 电 平 及 斜 率 选 择 器S3触 发 电 平HFC3AC(H)C2ACC1S2DCS1内外电 源现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 (1) (1) 触发源选择。触发源选择。(2) (2) 触发耦合选择。触发耦合选择。(3) (3) 触发方式选择。触发方式选择。(4) (4) 触发电平及斜率选择。触发电平及斜率选择。触发

42、电平及触发极性可以直接从显示波形触发电平及触发极性可以直接从显示波形上进行判断，如图所示。上进行判断，如图所示。(5) (5) 放大整形电路。放大整形电路。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 不同触发电平、触发极性下的波形不同触发电平、触发极性下的波形被测正弦信号；被测正弦信号； (b) 零电平正极性触发；零电平正极性触发； (c) 正电平正极性触发；正电平正极性触发；(d) 正电平负极性触发；正电平负极性触发；(e) 负电平负极性触发；负电平负极性触发； (f) 负电平正极性触发负电平正极性触发Uy01234(a)(b)01(c)(d)(e)

43、( f )234t现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 2） 扫描信号发生器扫描信号发生器现代示波器通常用扫描发生器环来产生扫描现代示波器通常用扫描发生器环来产生扫描信号，常由积分器、扫描闸门及比较和释抑电路信号，常由积分器、扫描闸门及比较和释抑电路组成，如图所示。组成，如图所示。扫 描 电 压产 生 电 路扫 描闸 门比 较 和释 抑 电 路送 X轴 放 大 器触 发连 续触 发 脉 冲扫描信号发生器组成框图扫描信号发生器组成框图3）X轴放大器轴放大器4. 电源部分电源部分 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示

44、与示波测试技术 6.4.2 示波器的多波形显示示波器的多波形显示1. 多线示波多线示波多线示波是指采用多线示波管（又称为多束多线示波是指采用多线示波管（又称为多束示波管）制成的多线示波器来显示多路波形。多示波管）制成的多线示波器来显示多路波形。多线示波管内装有多个（一般有两个）独立的电子线示波管内装有多个（一般有两个）独立的电子枪，每个电子枪能同时发出一束电子束，每一电枪，每个电子枪能同时发出一束电子束，每一电子束都有各自独立的偏转系统，偏转系统各自控子束都有各自独立的偏转系统，偏转系统各自控制电子束的偏转，共用一个荧光屏显示。多线示制电子束的偏转，共用一个荧光屏显示。多线示波器各通道间相互独

45、立，交叉干扰小，测量准确波器各通道间相互独立，交叉干扰小，测量准确度高，但它制造困难，成本高，度高，但它制造困难，成本高， 所以较少使用。所以较少使用。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 2. 多踪示波多踪示波多波形显示常用的方法是多踪示波。其组成及多波形显示常用的方法是多踪示波。其组成及原理与单踪示波器类似，是在单踪示波器的基础上原理与单踪示波器类似，是在单踪示波器的基础上增加了电子开关而形成的。它也采用单束示波管，增加了电子开关而形成的。它也采用单束示波管，其内只有一个电子枪、一套其内只有一个电子枪、一套Y偏转板，通过在偏转板，通过在Y通道

46、通道上增设的电子开关来高速控制几个被测信号轮流地上增设的电子开关来高速控制几个被测信号轮流地接入接入Y偏转板而在荧光屏上显示出多个波形，即采偏转板而在荧光屏上显示出多个波形，即采用了时分复用技术，这一技术充分利用了电子开关用了时分复用技术，这一技术充分利用了电子开关的高速转换特性和人眼的视觉惰性。最常用的是双的高速转换特性和人眼的视觉惰性。最常用的是双踪示波器，即能够显示两个波形的多踪示波器。踪示波器，即能够显示两个波形的多踪示波器。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 双踪示波器的简要原理框图双踪示波器的简要原理框图Y1输入电路Y1前置放大器Y

47、1门电路电子开关Y2输入电路Y2前置放大器Y2门电路延迟线Y后置放大器Y1输入控制信号Y2输入现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 叠加（叠加（CH1+CH2）：两通道同时工作，）：两通道同时工作，Y1、Y2通道的信号在公共通道放大器中进行代数相加后通道的信号在公共通道放大器中进行代数相加后送入垂直偏转板，显示两路信号叠加后的波形。送入垂直偏转板，显示两路信号叠加后的波形。交替（交替（ALT）：若通道）：若通道1输入正弦波，通道输入正弦波，通道2输入输入同频率的三角波，则屏上显示的波形如下图（同频率的三角波，则屏上显示的波形如下图（a）所）所示。

48、示。 断续（断续（CHOP）：这样显示出的波形是由许多线）：这样显示出的波形是由许多线段组成的，只要转换频率远远高于被测信号的频率段组成的，只要转换频率远远高于被测信号的频率, 这些线段及其间隔就很短，看起来显示的波形好像这些线段及其间隔就很短，看起来显示的波形好像是连续的，如下图（是连续的，如下图（b）所示。）所示。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 交替和断续时显示的波形交替和断续时显示的波形（a） 交替交替; （b） 断续断续(a)(b)1357911108642现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波

49、测试技术 6.4.3 6.4.3 通用模拟示波器的主要技术性能指标通用模拟示波器的主要技术性能指标通用模拟示波器的主要技术性能指标有：通用模拟示波器的主要技术性能指标有：（1 1） 频带宽度频带宽度BWBW： 通常指通常指Y Y通道的工作频率范围，即通道的工作频率范围，即Y Y通道输通道输入信号上、下限频率之差。现代示波器的下限入信号上、下限频率之差。现代示波器的下限频率都已延伸至频率都已延伸至0 Hz0 Hz，因而示波器的频带宽度，因而示波器的频带宽度可用上限频率来表示。通常要求：可用上限频率来表示。通常要求： BW3fBW3fmaxmax 式中式中f fmaxmax为被测信号的最高频率。为

50、被测信号的最高频率。 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 （2 2） 输入灵敏度：输入灵敏度： （3 3） 输入阻抗：输入阻抗： （4 4） 扫描速度：扫描速度： （5 5） 时域响应：时域响应： 当输入理想的矩形脉冲波后，从示波器显示当输入理想的矩形脉冲波后，从示波器显示的波形中可看出上升时间的波形中可看出上升时间t tr r、下降时间、下降时间t tf f、上冲、上冲、反冲、反冲、平顶跌落、平顶跌落等脉冲参数。频带宽等脉冲参数。频带宽度度BWBW与上升时间与上升时间t t之间一般有确定的内在关系。之间一般有确定的内在关系。现代测试技术第现代

51、测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 6.4.4 YB43656.4.4 YB4365型双踪示波器型双踪示波器 1. 1. 主要特点主要特点（1 1） 屏幕显示设定状态，多种参数均可在屏幕上以字屏幕显示设定状态，多种参数均可在屏幕上以字符形式显示。符形式显示。（2 2）具有光标卡尺线，可对光标线之间的）具有光标卡尺线，可对光标线之间的UU、TT、1/T1/T等参数进行测量。等参数进行测量。（3 3）可自动设定最佳扫描速度，并跟随输入信号自动）可自动设定最佳扫描速度，并跟随输入信号自动设定扫速。设定扫速。（4 4） 采用先进的表面贴装工艺，体积小，可靠性高。采用先进

52、的表面贴装工艺，体积小，可靠性高。（5 5） 开关电源供电，确保仪器在市电压开关电源供电，确保仪器在市电压90260 V90260 V之间之间正常使用。正常使用。 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 2. 技术指标技术指标 （1）带宽：）带宽： DC100 MHz（-3 dB）。）。 （2）Y轴偏转灵敏度：轴偏转灵敏度： 2 mV/div5 V/div，按按1-2-5进制，分进制，分11挡，挡，5%。（3）频带响应：）频带响应： 5 mV/div时，时，DC100 MHz（-3 dB）。）。（4）上升时间：）上升时间： 3.5 ns。（5）最高

53、安全输入电压：）最高安全输入电压： 400 V（DC+AC峰峰值），值），1 kHz。 （6） 扫描速度：扫描速度： 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 （7） 扫描线性误差：扫描线性误差： 5%。（8） 扩展后线性误差：扩展后线性误差： 15%。（9） 光标读出：光标读出： 4位数字显示。位数字显示。 （10） 校正输出：方波，校正输出：方波，0.5 UP-P2%，1kHz10%。 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 6.5 6.5 示波测试技术示波测试技术6.5.1 6.5.1 示波器的选用

54、示波器的选用1. 1. 示波器的选择示波器的选择1 1） 根据被测信号的特性来选择根据被测信号的特性来选择(1) (1) 定性观察频率不高的一般周期性信号，可定性观察频率不高的一般周期性信号，可选用普通示波器或简易示波器。选用普通示波器或简易示波器。(2) (2) 观察非周期信号、宽度很小的脉冲信号，观察非周期信号、宽度很小的脉冲信号，应选用具有触发扫描或单次扫描的宽带示波器。应选用具有触发扫描或单次扫描的宽带示波器。(3) (3) 观察快速变化的非周期性信号，应选观察快速变化的非周期性信号，应选用高用高速示波器。速示波器。 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显

55、示与示波测试技术 (4) 观察频率很高的周期性信号，可以选用取观察频率很高的周期性信号，可以选用取样示波器。样示波器。(5) 观察低频缓慢变化的信号，可选用长余辉、观察低频缓慢变化的信号，可选用长余辉、慢扫描示波器。慢扫描示波器。(6) 需要对两个信号进行比较时，应选用双踪需要对两个信号进行比较时，应选用双踪示波器；示波器； 需要对两个以上信号比较时，则选用需要对两个以上信号比较时，则选用多踪示波器或多束示波器。多踪示波器或多束示波器。(7) 若被测信号为一次性过程或复杂波形，需若被测信号为一次性过程或复杂波形，需将被测信号存储起来，以便进一步分析、研究，将被测信号存储起来，以便进一步分析、研

56、究，可选用存储示波器。可选用存储示波器。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 2） 根据示波器的性能来选择根据示波器的性能来选择(1) 频带宽度和上升时间。频带宽度和上升时间。如果示波器的频带宽度不够，则输入信号如果示波器的频带宽度不够，则输入信号中的高频分量将被极大地衰减。如将一个中的高频分量将被极大地衰减。如将一个50 MHz的方波加至一个频宽的方波加至一个频宽150 MHz的数字示波的数字示波器上，将得到如下图（器上，将得到如下图（a）所示的波形；）所示的波形； 若加若加至一个频宽至一个频宽500 MHz的数字示波器上，得到的的数字示波器上

57、，得到的波形将如下图（波形将如下图（b）所示。）所示。 现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 50 MHz方波在不同频宽示波器上显示的波形方波在不同频宽示波器上显示的波形 (a) 频宽频宽150 MHz; （b） 频宽频宽500 MHz(a)(b)现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 (2) (2) 垂直偏转灵敏度。垂直偏转灵敏度。(3) (3) 输入阻抗。输入阻抗。(4) (4) 扫描速度。扫描速度。2. 2. 示波器的使用要点示波器的使用要点示波器在使用时应注意以下几点：示波器在使用时应注意以下

58、几点： (1(1） 选择合适的电源，并注意机壳接地。使用选择合适的电源，并注意机壳接地。使用前要预热几分钟再调整各旋钮。前要预热几分钟再调整各旋钮。 (2(2） 经过探极衰减后的输入信号切不可超过示经过探极衰减后的输入信号切不可超过示波器允许的输入电压范围，并应注意防止触电。波器允许的输入电压范围，并应注意防止触电。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 （3 3） 根据需要，选择合适的输入耦合方式。根据需要，选择合适的输入耦合方式。（4 4） 辉度要适中，不宜过亮，且亮点不能长辉度要适中，不宜过亮，且亮点不能长时间停留在同一点上，特别是暂时不观测

59、波形时，时间停留在同一点上，特别是暂时不观测波形时，更应该将辉度调暗，以免缩短示波管的使用寿命。更应该将辉度调暗，以免缩短示波管的使用寿命。 （5 5） 聚焦要合适，不宜太散或过细。聚焦要合适，不宜太散或过细。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 （6 6）测量前要注意调节）测量前要注意调节“轴线校正（轴线校正（TRACE TRACE ROTATION”ROTATION”）旋钮，使荧光屏刻度轴线与显示）旋钮，使荧光屏刻度轴线与显示波形的轴线平行。波形的轴线平行。（7 7） 尽量在荧光屏有效尺寸内进行测量。尽量在荧光屏有效尺寸内进行测量。（8 8）

60、 探极要与示波器配套使用，不能互换，探极要与示波器配套使用，不能互换，且使用前要校正。且使用前要校正。 （9 9） 波形不稳定时，通常按波形不稳定时，通常按“触发源触发源”、“触发耦合方式触发耦合方式”、“触发方式触发方式”、“扫描速扫描速度度”、“触发电平触发电平”的顺序进行调节。的顺序进行调节。现代测试技术第现代测试技术第6 6章章 信号显示与示波测试技术信号显示与示波测试技术 6.5.2 6.5.2 示波器测量应用示波器测量应用1. 1. 直流电压的测量直流电压的测量测量步骤如下：测量步骤如下： （1 1） 置置“扫描方式扫描方式”开关于开关于“AUTO”AUTO”位置，位置，选择扫描速