电子测量仪器(第2版)肖晓萍主编第四章

4.1概述4.2阴极射线示波管4.3图形显示的基本原理4.4通用示波器

4.4.1通用示波器的组成及主要技术性能

4.4.2垂直系统（Y通道）

4.4.3水平系统（X通道）

4.4.4主机系统（Z通道）

4.5示波器的选择和使用4.5.1示波器选择的一般原则

4.5.2示波器的正确使用

4.6示波器的基本测量方法4.6.1测量脉冲信号参数

4.6.2测量电压

4.6.3测量时间和频率

4.6.4测量正弦信号的相位

第4章电子示波器4.1概述

示波器——把人眼看不见的电信号转换成具体的可见图像显示在屏幕上的仪器。它是典型的时域测量仪器。频谱分析仪——典型的频域测量仪器，也称为频域示波器。逻辑分析仪——典型的数据域测量仪器，也称为逻辑示波器。示波器的基本功能：直接测量被测信号的电压、频率、周期、时间、相位、调幅系数等参数；

间接观测电路的有关参数及元器件的伏安特性；

利用传感器，还可测量各种非电量甚至人体的某些生理现象，常用在科学研究、航空航天、工农业生产、医疗卫生、地质勘探等方面。

返回图4.2电子枪内部的等电位线分布图图4.3电子聚焦过程4.2阴极射线示波管

1.电子枪图4.1示波管的内部结构示意图（1）电子束的聚焦（2）第三阳极A3的作用2.偏转系统

示波管的偏转因数S

3.荧光屏图4.4电子在偏转板内的运动Ud——偏转电压；Ua——第2阳极A2上的电压；L，ld，d——与示波管结构有关的尺寸。返回4.3图形显示的基本原理

1.波形显示原理例如，将ux、uy信号分别加到X、Y偏转板上，如ux、uy同步则屏幕上显示如图4.5所示;如ux、uy不同步则屏幕上显示如图4.6所示图4.5波形显示原理图4.6扫描电压与被测电压不同步2.X－Y显示原理图4.7两个同频率信号构成的李沙育图形返回图4-8通用示波器总方框图1.通用示波器的组成包括三个部分：垂直系统（Y通道）、水平系统（X通道）、主机系统（Z通道），工作过程如图4.8（b）。4.4.1通用示波器的组成及主要技术性能

4.4通用示波器2.通用示波器的主要技术性能(1)

扫描时间因数单位为“t/div”或“t/cm”，t可取

s，ms或s。(2)

触发性能触发包括内、外触发和电源触发。(3)

垂直偏转因数单位为Vp-p

/div或Vp-p/cm。图4.9带宽的表示方法(4)

频带宽度(频域响应)

fH(单位:Hz)与示波器的上升时间tro（s）关系：在交流耦合位置，Y轴系统对输入的低频方波会产生下垂，如果低频方波宽度为τ，重复频率f=1/2τ，则下截止频率：

fH

tro≈0.35

BY=fH

－fL≈fH(5)瞬态响应（时域响应）图4.10瞬态响应的表示方法①

Sb：上冲量②

Sc：阻尼振荡③

Sd：预冲，又称前冲④

Se：下垂⑤

Sf：后过冲⑥

tr：上升时⑦

tf：下降时间⑧

脉冲宽度τ⑨

脉冲周期和重复频率：⑩

脉冲的占空系数ε：例如SBM－10A型示波器fH=30MHz，则上升时间：（6）输入阻抗4.4.2垂直系统（Y通道）图4.11垂直系统的基本组成1.输入电路输入电路完成对输入信号的耦合和大小的粗调作用，并在输入信号与前置放大器之间起阻抗变化的作用。（1）探头示波器在使用前必须进行探头的校准，如图4.12所示。图4.12

图4.13耦合电路和衰减器（2）输入耦合方式有DC、AC和⊥（GND）三种方式。（3）

步进衰减器（4）阻抗转换器2.前置放大器对信号进行适当放大，并同时完成各种功能调节（包括增益微调、Y轴位移、极性转换等）和取出内触发信号。3.延迟线对通过Y轴电路的被测信号适当延迟。4.后置放大器将被测信号放大到足够大的幅度，用以驱动示波管的垂直偏转系统，使电子束获得Y方向的满偏转。并完成垂直偏转因数“×5”或“×10”扩展功能。5.内触发放大器放大内触发信号用于启动水平扫描电路。

图4.14双踪示波器的基本组成框图双踪示波器有五种工作方式：Y1、Y2、Y1±Y2、断续和交替。（1）交替显示电子开关的转换受扫描控制电路的操纵，它的转换周期和扫描周期相等。如图4.15（a）所示。（2）断续显示电子开关工作于自激状态，不受扫描发生器的控制。两个信号的光点轮流地显示在屏幕上，如图4.15(b)所示。图4.15双踪显示方式6.双踪显示原理4.4.3水平系统（X通道）示波器的水平系统包括三个部分：①触发电路；②时基发生器；③水平放大器。

图4.16水平系统总方框图1.触发电路为时基发生器提供符合要求的触发脉冲。触发电路包括触发源选择、触发耦合方式选择、触发放大整形电路。（1）触发源选择①内触发（INT）②外触发（LINE）③电源触发（2）触发耦合方式为了适应不同的被测信号频率，示波器一般设有如图4.17所示几种触发耦合方式。①“DC”直流耦合②“AC”交流耦合③“AC”（H）图4-17（3）

触发方式（TRIGMODE）选择触发方式通常有常态、自动和电视三种方式：①常态触发方式（NORM）不同的触发极性和触发电平，触发点不同，即扫描起始点不同，则显示的波形也不相同，如图4.18所示。图4.18触发极性和触发电平不同对波形显示的影响不足点：在没有输入信号或触发电平调节不适当时，就没有触发脉冲输出，因而也无扫描基线。②自动触发方式（AUTO）在无被测信号输入时仍产生扫描电压，一旦有触发信号，自激多谐振荡器由触发信号同步而形成触发扫描，一般测量均使用自动触发方式。③电视触发方式（TV）产生行、场同步触发脉冲来实现电视触发功能，使示波器可用于电视信号的监测和电视设备的维修。TV-V：用于观测电视信号中的行信号波形。TV-H：用于观测电视信号中的场信号波形。（4）触发整形电路对任意的输入到触发电路的信号（波形复杂，频率、幅度、极性也不尽相同）进行放大、整形，变换为符合时基发生器要求的边沿陡峭、宽度适中、极性和幅度一定的触发脉冲，以保证时基发生器的稳定工作。2.时基发生器电路（扫描发生器电路）时基发生器也称扫描发生器环，主要由扫描闸门、扫描电压产生电路、比较和释抑电路组成，如图4.19（a）所示。

（1）时基发生器电路的一般工作过程如图4.19（b）所示，图中，T1为锯齿波正程；T2为锯齿波回程；th为释抑时间；T0为静止期；T为锯齿波周期。图4.19

图4.20用施密特电路构成的时基闸门电路

（3）扫描锯齿波产生电路密勒积分电路原理如图4.21（a）所示。积分器的输出电压：（2）扫描闸门产生闸门信号。图4.20（a）用施密特触发器构成的时基闸门电路。V1、V2组成施密特触发器，起门控电路作用，V3为门开关管。（4）比较电路和释抑电路比较电路利用它的比较、识别电平的功能来控制锯齿波的幅度,使电路产生等幅扫描。释抑电路用来使扫描发生器电路在扫描逆程开始后,“抑止”扫描闸门，使“抑止”期间不再受同极性触发脉冲的触发，以便扫描锯齿波产生电路恢复到扫描的起始电平上。（5）扫描方式分类扫描可分为连续扫描和触发扫描两种方式。图4.22比较电路和释抑电路图4.21密勒扫描电路原理

图4.23连续扫描的波形显示图4.24脉冲信号的连续扫描和触发扫描显示①连续扫描当扫描环工作在自激状态时，扫描电压是周期性的锯齿波电压。②触发扫描只有在触发脉冲作用下才产生一次扫描电压，即扫描环工作在它激状态。触发扫描时锯齿波可以是连续状态，也可以是间歇状态。图4.25AB交替扫描显示方式（6）双扫描显示双扫描显示——利用X轴电子开关使得能够以不同扫描速度分别显示同一波形的不同部分。水平通路有两个扫描通路:A扫描和B扫描(又称延迟扫描)。以A扫描通路为主，B扫描在A扫描开始工作后的某一时刻开始扫描，B扫描被A扫描所延迟，B扫描又称为延迟扫描。3.水平放大器水平放大器是X轴主放大器，主要用来放大扫描锯齿波电压，将单端信号变为双端输出信号去驱动示波管的水平偏转板。同时还具有X位移和扩展等功能。4.4.4主机系统（Z通道）

1.高低压电源

为示波器的各级电路提供所需的低、高压电源。2.显示电路和Z轴电路包括阴极射线示波管和为示波管各个电极提供电压的电路、光迹旋转电路及Z轴电路。图4.27显示电路3.校准信号发生器产生基准方波信号，它为仪器提供校准信号源，以便随时校准示波器的垂直灵敏度和扫描时间因数等。返回4.5示波器的选择