电子测量技术与应用项目12第23-24学时3.1-3.2

1第三章波形测试与仪器2第一节

概述

电子示波器按其性能和结构分为:

（1）通用示波器（2）多束示波器（3）取样示波器（4）存储示波器（5）专用示波器3第二节

波形测试的基本原理一、阴极射线示波管（CRT）垂直系统信号水平系统信号4阴极射线示波管主要由三部分组成电子枪偏转系统

荧光屏5二、波形显示原理（一）波形显示：逐点描述问题：当X轴加上偏转电压，同时Y轴也加上偏转电压时，电子束如何偏转？先考虑Y轴偏转电压的作用，电子束竖直偏离至距离X轴与Y轴偏转电压成正比的平行线上；在此基础上，再考虑X轴偏转电压的作用，电子束水平偏离至距离Y轴与X轴偏离电压成正比的平行线上；最终，电子束打在分别平行于Y轴和X轴的线的交点处的屏幕上。举例说明：显示随时间变化的图形（1）Ux、Uy为固定电压时，有下面四种情况：

光点出现在荧光屏的中心位置。

光点仅在垂直方向偏移：Uy为正电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向上移；Uy为负电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向下移。

光点仅在水平方向偏移：Ux为正电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向右移；Ux为负电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向左移。当两对偏转板上同时加固定的正电压时，光点位置应为两电压的矢量合成。（2）X、Y偏转板上分别加变化的电压时，有下面两种情况：仅在垂直偏转板的两板间加正弦变化的电压，则光点只在荧光屏的垂直方向来回移动，出现一条垂直线段。

仅在水平偏转板的两板间加锯齿电压，则光点只在荧光屏的水平方向来回移动，出现一条水平线段。（3）Y偏转板加正弦波信号电压，X偏转板加锯齿波电压，荧光屏上将显示出被测信号随时间变化的一个周期的波形曲线。若要在示波器上得到稳定的被测信号波形

必须满足以下条件：1.加在Y偏转板上的被测信号uY

必须是周期性的信号，2.加在X偏转板上的扫描信号ux必须是线性良好的锯齿波。3.uY

、ux

必须满足以下同步关系：（n为正整数）13（二）扫描及同步扫描信号周期：休止期正程逆程14Ts——为扫描正程时间，在此期间电子束产生左至右的移动，称为“扫描正程”；

Tb——

为扫描逆程时间，在此期间电子束产生自右至左的移动，称为“扫描逆程”或

“扫描回程”；Tw——

为扫描休止时间；Tx

——

为扫描信号周期；Ty

——

为被测信号周期。当扫描逆程时间和扫描休止时间均为0时，扫描电压为理想扫描电压。关于回扫线问题：去掉回扫线的两个办法：1．加亮正程；2．逆程期间，在栅极加负脉冲，阻止回扫线。补充三、扫描方式

光点在锯齿波电压作用下来回扫动的过程称为扫描，能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压。扫描方式有两类，连续扫描

和触发扫描。连续扫描指扫描正程接着回程，回程结束又接着正程，扫描连续地发生。适合观测正常的周期信号。触发扫描指在有效触发脉冲的作用下才开始扫描，工作在触发扫描方式下的扫描发生器平时处于等待工作状态，只有送入触发脉冲时才产生一个扫描电压。适合观测窄脉冲信号。连续扫描和触发扫描问题：为什么采用连续扫描不宜观测窄脉冲信号。采用连续扫描不宜观测窄脉冲信号？

a图为被测信号，b图为低速连续扫描信号，c图为高速扫描信号，d图为触发扫描信号

当研究脉冲持续时间与重复周期之比，即占空比很小的脉冲过程，如果采用连续扫描，波形则会出现以下情况：（a）窄脉冲信号，周期长，脉宽窄。（b）波形水平方向被压缩，（c）波形非常暗淡而时间基线很明亮，这样都不便观测。（d）只要采用触发扫描，同时选择扫描电压的持续时间等于或稍大于脉冲底宽，就会得到几乎布满整个横轴、明亮清晰的信号波形。19ux

和uy

相互独立的，二者共同决定光点在荧光屏上的位置。利用此特点，可以将将示波器看作一个Ｘ~Ｙ图示仪，当将两个信号分别加在Ｘ和Ｙ偏转板上时，荧光屏上即显示出两个信号波形之间的关系。补充四、X-Y图形原理—李沙育图形20

两个同频率的正弦信号分别作用在偏转板X和Y上的情况如图所示：若两信号的初相位相同，在荧光屏上显示一条直线；若在X和Y方向的偏转距离相同，则可显示与水平轴呈45°的直线。初相位为90°,显示正圆，通常把两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形叫李沙育图形，它常用在相位和频率测量中。xy频率相同时的李沙育图形(a)φ=0°或360°(b)φ=30°或330°(c)φ=90°或270°(d)φ=150°或210°(e)φ=180°yyyyxxxx21usu0Txut0相位的测量示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称为李沙育（Lissajous）图形，这种图形在相位和频率测量中常会用到。

若两信号的初相相同，且在X、Y方向的偏转距离相同，在荧光屏上画出一条与水平轴呈45度角的直线。23

不同频率比的李沙育图形24

两个概念：偏转因数（V/cm或VOLTS/DIV）表示亮点在荧光屏垂直方向上移动1cm或1div（1格，一般为1cm或0.8cm）所需的电压。改变偏转因数的值可以改变被测电压加到示波管Y偏转板上电压大小，从而改变显示波形的显示幅度。偏转因数（V/div）的倒数称为偏转灵敏度（div/V），数值越小，灵敏度越高。25时基因数（t/div或TIME/DIV）表示亮点在荧光屏水平方向上移动1cm或1div所需的时间。改变时基因数可以改变加在示波管X偏转板上扫描电压的大小，从而改变显示波形的宽度。时基因数的单位为“t/cm”或“t/div”，

t为“s”、“ms”或“μs”。时基因数的倒数称为“扫描速度”，单位为“cm/s”“div/s”。26解释以下旋纽用途：1.“辉度（INTENSITY）”调节旋钮“聚焦（FOCUS）”调节旋钮“垂直移位(VERTICAL)”旋钮“水平移位（HORIZONTAL）”旋钮5.“偏转因数（VOLTS/DIV）”旋钮“时基因数（TIME/DIV）”旋钮“稳定度调节”旋纽“输入方式选择”开关“垂直方式选择”开关27输入选择开关垂直方式开关光迹旋转接地装置标准信号输出装置偏转因数扫描微调扫描方式：自动，触发，单次单次发光耦合方式选择开关触发源极性时基因数模拟示波器28模拟示波器2930第三节

通用示波器的组成及技术指标（一）通用示波器基本组成31示波器组成：（1）X通道（水平系统）（2）Y通道（垂直系统）（3）主机部分(Z轴系统)321.X通道主要作用在内触发信号的作用下，输出大小合适、极性相反的双端对称扫描电压，以驱动电子束进行水平扫描。

X通道组成触发电路扫描电路

X放大器332.Y通道（垂直系统）主要作用对单端输入的被测信号进行变换，处理成为大小合适极性相反的双端对称输出信号加到Y偏转板上，使电子束在垂直方向上产生偏转。

Y通道组成衰减器前置放大器延迟级输出放大器343.主机部分

主机部分主要包括标准信号源增辉电路电源示波管增辉电路的主要作用是：在扫描正程使波形增辉，而在扫描逆程、扫描休止期使回扫线和休止线消隐；或在外加输入信号作用下，对显示的波形进行亮度调制。35（二）通用示波器的组成及技术指标1.频带宽度

BW

和上升时间

tr频带宽度与上升时间之间有确定的内在联系:P44362.扫描速度扫描速度是单位时间内亮点的水平移动距离，单位为“cm/s”或“div/s”。扫描速度的倒数称为“时基因数”，单位为“t/cm”

或“t/div”，t可取µs、ms或s。373.偏转因数偏转因数Dy是指在输入信号作用下，亮点在荧光屏上移动1cm或1div所需的电压值。单位为“mV/cm”或“mV/div”“V/cm”或“V/div”。偏转因数的倒数称偏转灵敏度。偏转因数数值越小，偏转灵敏度越高。384.输入阻抗Zi

示波器输入阻抗Zi，一般可等效为输入电阻Ri

和输入电容Ci并联。

Ri=（1±5%）MΩ

Ci在35pF左右