电子测量：第二章 示波测试技术

1、第二章 示波测试技术示波器的发展历程：1940年，美泰克公司开发出第一台10mhz同步示波器；五十年代，示波器带宽达到100mhz；六十年代，出现6Ghz的取样示波器，4Ghz行波管，1Ghz的 存储示波器；美、日、英、法四足鼎立；七十年代，模拟示波器的带宽达到1Ghz ;八十年代，数字示波器异军突起；技术以美国领先（TEK,HP) 中低档产品是日本生产；九十年代，数字示波器模拟化，既数字荧光示波器，使数字示 波器具有三维（幅度，时间、亮度）效果；典型产品TEK TDS3000-5000系列。1示波器是应用最广泛的电子测量仪器，用途是时域测量。本章重点讲述：示波器显示器件的结构与作用；示波管的

2、工作原理；模拟示波器X 、Y通道的组成与电路原理；取样示波器数字存储示波器:非实时显示、以液晶显示屏显示示波器的特点：1 直观，测量速度快，工作频率范围宽2 灵敏度高3 输入阻抗高2一、示波器的种类 (一)通用示波器 (二)取样示波器 (三)记忆示波器和存贮示波器 (四)数字示波器 (五)逻辑分析仪：逻辑示波器二、通用（模拟）示波器 由水平、垂直通道、示波管、高频高压电路、电源组成 核心示波管：电子枪、偏转系统、荧光屏。 (一)电子枪: 发射电子；聚焦系统3FKG1G2A1A2YX辉度 聚焦 辅助聚焦 +A3聚焦原理：K发射电子，经G1小孔轴向运动， G1G2; A1A2形成加速场，电子束聚拢

3、 G2 A1 形成减速场，电子束发散 形成三组电子透镜，调整辉度电位器 ，控制发射电子 多少，调整聚焦改变电子透镜曲率，使电子束聚焦于荧光屏。 A3为加速极，加有数千伏电压。形成先偏转后加速系统。使得：一，电子速度低时易于偏转；二、电子以更高的能量轰击荧光屏，使显示光点更亮。荧光屏4A2VA2LSb(二）偏转板：X, Y 两个方向,以Y为例。（与X,Y通道区别）Y在偏转电压VY作用下Y方向上的偏转距离偏转灵敏度, 单位：v/cm同样道理，X轴偏转灵敏度 单位：cm/v=p5 (三)荧光屏 显示部分：内壁n层荧光粉，再覆盖一层极薄铝膜。 高速电子轰击内壁荧光粉动能光能产生亮点发出二次电子铝膜吸收

4、二次电子对荧光(反光) 清晰 使用时，关机亮点消失有一段时间现象余辉 余辉时间长短与荧光粉的材料有关。定义：余辉时间：电子束移去到亮度下降到原始值的10%，所用时间 . t 10-3 s短 ; 10-3 t10-1 s 中; t10-1 s长。 X,Y偏转板完成偏转后，A3加有数千伏高压，给电子束加 速 ，即先偏转后加速系统 。 6三、波形显示原理7 知道了波形的显示原理以后，如何才能正确的显示出被测 波形哪? (一)扫描 Y轴 信号f(t)=Vmsint X轴 扫描电压 t 产生稳定图形的条件： 同步条件：TN=NTS N为正整数 (二)扫描方式 连续扫描： 触发扫描： 显示图形TsTn=T

5、sTn=5/4*TsTn自动：有触发信号为触发扫描，无基线； 无-自激扫描，有-。常态：一般触发方式，无信号则无光迹8被测脉冲连续扫描 连续扫描触发扫描TSTn=9(三)增辉存在扫描回程,去回扫线.7O78tVX(8)0123456例：画出下列图形的扫描回程VyVxtt产生增辉脉冲，使正程信号加亮消隐逆程信号10GOS-6200200mhz游标直读11固纬固纬122.2 通用示波器的组成Y输入 Ac dc 输入衰减器Y前置放大器延迟线Y输出放大器 触发放大器扫描发生器环放大器内EXT 外X通道外触发电路增辉脉冲 Z轴控制栅极G1V/divt/divY位移X位移高频高压电路电源稳定度 （触发电平

6、）（积分器定时电容）（衰减倍数）（改变直流分量）（改变直流分量）13一.Y通道: 四个部分组成 (一).输入衰减器变换信号幅度 大小 . RC分压器组成VoViR1R2C1C2改变分压比偏转灵敏度V/cm；把外电压转换成适于观测的幅度R1 C1=R 2 C2 最佳补偿，保证波形不失真（二）前置放大器：把单端输入信号转换成双端对称信号，-带宽 实现增益调整、极性变换 、垂直位移、通道切换等 。（三）Y主放大器 ：双端入、双端出放大器 ； 要求：高G、宽带、大动态范围（避免削波）、小失真。 14正弦波同样 (四).延迟线：保證被測信號與掃描信號同步 信号开始时间滞后扫描开始时间 被测信号扫描电压示

7、波器显示加延迟线（五）y通道主要技术指标： 1、输出电压：满足灵敏度Sy=Vy/y要求, 2、动态范围： 3、非线性失真： 4、上升时间和带宽：td=60200ns15二、通道：包括触发放大;时基电路 ; x后放大器 扫描发生器环,又叫时基电路, 由积分器+扫描门+比较和释抑电路三部分组成.触发电路:要求有内、外两种方式，触发脉冲和被测信号保持一定同 步关系，其幅度、前沿等参数是确定的 。（电平、极性）扫描门 : 产生门控信号,控制积分器工作的开关. 电路:用射极耦合双稳态(施密特电路)构成. 滞后特性扫描门积分器至X放大器比较和释抑增辉-EAB触发电路是可以内或外触发K开K闭为X通道提供扫描

8、锯齿波电压.16A.输入端来自三方 面信号： E 1=上触发电平 （开门电平） 触发脉冲 E2= 下触发电平（关门电平） 稳定度电位 E0=预置电平 (稳定度） 释抑脉冲 来自释抑电路Vc2+EVb1T2T1BA-E稳定度决定E1E2电位-E放充E0E1E2ttVpECVR开关电压Vb1Vc2A、扫描门电路E017B. 原理：预置电平E0调在E1 . E2之间靠近 E1 第一稳态:T1截止,T2通: E2 E0tb RhChRC扫描所用时间扫描的距离扫描速度越高，扫描单位长度所用时间越长，显示波形数越多；光点运动速度越慢；t/din越大，水平灵敏度越低。反之则 反。(速度=x/t)20Vrtf

9、tE1E0E2tht4t2t1t1t3t4 thTn=tf+thTn=Ts没 时,环路工作于自激状态 Vb1Tn2 、连续扫描方式tf同样存在扫描电压与被测电压同步问题存在同步问题，扫描电压周期 通过调整掃描周期微調钮使Tn=NTs解决21X通道的主要任务：1、扫描门；2、积分器；3、比较和释抑；4、扫描正程，正脉冲可作为增辉脉冲。 负脉冲可作为消隐脉冲。222.3示波器的多波形显示常见的方法：多线显示、多踪显示、双扫描显示。一、多线显示：用两个以上相互独立的电子枪及X、Y偏转系 统封装在一个示波管内，利用一个荧屏构成多线显示 （也可用一个电子枪，产生两个电子束）。 可单独调整灵敏度、位移、聚

10、焦、辉度等开关或旋扭。由于X、 Y通道可相互独立，工艺要求较高，价格较贵，应用不普遍。二、多踪显示：在单束示波管组成的通用示波器内设置一个或几个 电子开关，并具有多个垂直通道，按时间分割轮流被 接至垂直偏转板，在荧光屏上显示多路波形。23以双踪示波器为例A 门B 门电子开关A通道输入B通道输入垂直位移垂直位移至Y偏转板一般有五种显示方式：Y a;Yb;Ya+Yb;另外两种根据开关的转换速率，有两种不同的时间分割方式“交替”，“断续”。TO触发扫描24“交替”： 1、开关转换速率受扫描电路周期控制，扫描频率大于48Hz。 2、适于测量频率较高信号。 3、非实时显示。可能丢失部分信号 4、信号和扫

11、频有.5倍时有相位误差“断续”：1、电子开关的A、B两端控制信号由自激振荡器提供，不受扫描电路控制。（100KHz1MHz)2、为了使波形清晰，必须使电子开关转换频率尽量高，以避免闪烁，适于测量频率较低信号。3、可以看成“准实时显示”。易闪烁不易闪烁（触发点的唯一性）25SS5702示波器的“交替”、“断续”显示方式：(与交替触发的区别）交替断续属于高频，应该用交替方式三、双扫描显示 是指X通道具有两个独立的触发和扫描电路，可构成两个相互独立的扫描电路，也可构成延迟扫描方式。两个扫描电路的扫描速度可以相差很多倍。只有在A扫描工作后的某一时刻，B扫描才开始工作（B要被A延迟）称延时扫描。可有四扫描方式（1）B加亮A扫描：使被关注部分更醒目（国产SR37A）26A触发电路触发信号A扫描发生器电压比较器B扫描发生器增辉电路X放大器延迟电位器触发电平A扫描的作用：显示整个波形B扫描的作用：加亮波形的一部分IFYY通道P272、A延迟B扫描：重点关注整体的某一部分触发信号A触发电路A扫描发生器电压比较器B扫描发生器X轴放大器延迟电位器A扫描：延迟B扫描B扫描：扫描PQ段波形Y283