第6章 時域測量

1、電子測量原理電子測量原理第1頁電子測量原理電子測量原理第2頁第第6章章 時域測量時域測量 電子測量原理電子測量原理第3頁第第6章章 時域測量時域測量 電子測量原理電子測量原理第4頁重點講通用型普通示波器（模擬型）重點講通用型普通示波器（模擬型），其原因：，其原因：常用、常見。常用、常見。本身具有的它類都有，如：本身具有的它類都有，如：X、Y、Z放大器，高、中、低壓電源等。放大器，高、中、低壓電源等。6.2 模擬示波器模擬示波器 Y輸入電路Y前置放大器觸發(fā)電路延遲線Y后置放大器水平放大器掃描發(fā)生器Y輸入外觸發(fā)內外至X偏轉板至Y偏轉板校準信號發(fā)生器低壓電源高壓電源電源至各電路正高壓負高壓X輸入校準

2、信號輸出6.2.1 模擬示波器的基本組成模擬示波器的基本組成約有約有5個獨立部分個獨立部分第第6章章 時域測量時域測量 圖圖6.2.1作業(yè)作業(yè)6.2電子測量原理電子測量原理第5頁 Y輸入電路Y前置放大器觸發(fā)電路延遲線Y后置放大器水平放大器掃描發(fā)生器Y輸入外觸發(fā)內外至X偏轉板至Y偏轉板校準信號發(fā)生器低壓電源高壓電源電源至各電路正高壓負高壓X輸入校準信號輸出1、示波管、示波管：采用：采用內部電偏轉內部電偏轉方式，分水平（方式，分水平（X方向方向）偏轉和垂直（偏轉和垂直（Y方向方向）偏轉，目的是使電子束位移成）偏轉，目的是使電子束位移成形。類似電視機的顯象管（采用形。類似電視機的顯象管（采用外部磁偏

3、轉外部磁偏轉方式），方式），在某些特殊場合可互代（如在教學中用顯象管看大在某些特殊場合可互代（如在教學中用顯象管看大波形）。波形）。5.2.1 模擬示波器的基本組成模擬示波器的基本組成圖圖6.2.1電子測量原理電子測量原理第6頁 Y輸入電路Y前置放大器觸發(fā)電路延遲線Y后置放大器水平放大器掃描發(fā)生器Y輸入外觸發(fā)內外至X偏轉板至Y偏轉板校準信號發(fā)生器低壓電源高壓電源電源至各電路正高壓負高壓X輸入校準信號輸出2、垂直信道、垂直信道：簡稱：簡稱Y軸軸由輸入電路、由輸入電路、Y軸放大器、延遲線等組成，其軸放大器、延遲線等組成，其作用作用是是傳輸、處理被測信號使電子束傳輸、處理被測信號使電子束上下偏轉上下

4、偏轉。5.2.1 模擬示波器的基本組成模擬示波器的基本組成圖圖6.2.1電子測量原理電子測量原理第7頁 Y輸入電路Y前置放大器觸發(fā)電路延遲線Y后置放大器水平放大器掃描發(fā)生器Y輸入外觸發(fā)內外至X偏轉板至Y偏轉板校準信號發(fā)生器低壓電源高壓電源電源至各電路正高壓負高壓X輸入校準信號輸出3、水平信道、水平信道：簡稱：簡稱X軸軸（有兩路）（有兩路）由觸發(fā)時基電路、鋸齒波發(fā)生器、水平放大器等組成，由觸發(fā)時基電路、鋸齒波發(fā)生器、水平放大器等組成，其其作用作用使電子束使電子束左右偏轉左右偏轉。4、Z軸放大軸放大：教材框圖中有，它是一個放大器，受：教材框圖中有，它是一個放大器，受控點是示波管的陰極，有兩個作用：

5、控點是示波管的陰極，有兩個作用：通過調整通過調整Z軸軸放大器的增益放大器的增益改變輝度改變輝度（亮度）；（亮度）；消除回掃消除回掃。5.2.1 模擬示波器的基本組成模擬示波器的基本組成圖圖6.2.1電子測量原理電子測量原理第8頁 Y輸入電路Y前置放大器觸發(fā)電路延遲線Y后置放大器水平放大器掃描發(fā)生器Y輸入外觸發(fā)內外至X偏轉板至Y偏轉板校準信號發(fā)生器低壓電源高壓電源電源至各電路正高壓負高壓X輸入校準信號輸出5、供電、供電：將：將220V市電變換成高壓和低壓直流電源。市電變換成高壓和低壓直流電源。其中高壓送示波管，作用是使電子束加速產生動能其中高壓送示波管，作用是使電子束加速產生動能激發(fā)熒光粉發(fā)光。

6、激發(fā)熒光粉發(fā)光。5.2.1 模擬示波器的基本組成模擬示波器的基本組成圖圖6.2.1電子測量原理電子測量原理第9頁FKG1G2A1A2Y偏轉板X偏轉板輝度聚焦輔助聚焦+E-E熒光屏電子槍偏轉系統(tǒng)熒光屏5.2 模擬示波器模擬示波器作業(yè)作業(yè)6.1電子測量原理電子測量原理第10頁FKG1G2A1A2Y偏轉板X偏轉板輝度聚焦輔助聚焦+E-E熒光屏電子槍偏轉系統(tǒng)熒光屏+ ev電子測量原理電子測量原理第11頁電子測量原理電子測量原理第12頁 作業(yè)作業(yè)6.3電子測量原理電子測量原理第13頁Ux0123401324Ux-Uxt左左中中右右Uy0123401324Uy-Uyt上上中中下下電子測量原理電子測量原理第

7、14頁左左右右上上中中下下圖圖6.2.5Uy0123401324Uy-Uyt0UxtUx-Ux電子測量原理電子測量原理第15頁。 t0123401234uytux01234上上中中下下右右中中左左mxmy0y0 xmmyyxx00arcsinarcsin或。表明x0=0、y0=0，相差=0 。電子測量原理電子測量原理第16頁。t0123401234uytux01234024上上中中下下右右中中左左mxmy0y0 xmmyyxx00arcsinarcsin或表明x0=xm、y0=ym，相差=90。電子測量原理電子測量原理第17頁普通示波器普通示波器：Sy=40 Sx=60 電子測量原理電子測量原

8、理第18頁 上上中中下下右右中中左左uyTyTxuxtt圖圖6.2.6電子測量原理電子測量原理第19頁t015(6)234789012345678uytuxTy101110911yxTT45上上中中下下右右中中左左yxTT45 電子測量原理電子測量原理第20頁fdB3dBfh0fB=fh- fl fhtftVdfAbtr0.1A0.9A為上升時間為上升時間tr0.9A0.1A為下降時間為下降時間tf上沖量%100Abso下沖量%100Afsn預 沖%100Adspsfthr012. 0103035. 035. 06舉例舉例電子測量原理電子測量原理第21頁 0.51251020010050201

9、0VmVV/div(V/div(格格) )電子測量原理電子測量原理第22頁 0.20.511005020100200Smst/div(t/div(格格) )500s105 21502010電子測量原理電子測量原理第23頁6.2 模擬示波器模擬示波器 Y輸入電路Y前置放大器觸發(fā)電路延遲線Y后置放大器水平放大器掃描發(fā)生器Y輸入外觸發(fā)內外至X偏轉板至Y偏轉板校準信號發(fā)生器低壓電源高壓電源電源至各電路正高壓負高壓X輸入校準信號輸出S1自探頭自探頭到衰減器到衰減器vI若是雙蹤，則若是雙蹤，則2個輸入電路用電子個輸入電路用電子開關（開關（圖圖6.2.9）切換為切換為Y1、Y2。圖圖6.2.7細分有細分有8

10、部分部分電子測量原理電子測量原理第24頁 vivoR1R2C1C2Z1Z2自自S1到阻抗到阻抗變換器變換器高電平時高電平時iiokvRRRvv212邊沿時邊沿時iiiovkCCCvCjCjCjvv2112121112211CRCR正確衰減時正確衰減時k=k即即:過補償過補償C1偏大偏大vokk欠補償欠補償C1偏小偏小vokkvok=k正確補償正確補償1、輸入電路、輸入電路0.512510200100502010VmVV/div(V/div(格格) )電子測量原理電子測量原理第25頁 Y輸入電路Y前置放大器觸發(fā)電路延遲線Y后置放大器水平放大器掃描發(fā)生器Y輸入外觸發(fā)內外至X偏轉板至Y偏轉板校準信號

11、發(fā)生器低壓電源高壓電源電源至各電路正高壓負高壓X輸入校準信號輸出作用作用：將單端輸入轉換成將單端輸入轉換成雙端平衡輸出雙端平衡輸出上調下移上調下移下調上移下調上移E微微調調ET4T3P4P5P6 1垂直位移垂直位移至延遲線至延遲線至延遲線至延遲線自阻抗自阻抗變換器變換器 ET1T2P1+P2 5校準校準 5電子測量原理電子測量原理第26頁上調下移上調下移下調上移下調上移E微微調調ET4T3P4P5P6 1垂直位移垂直位移至延遲線至延遲線至延遲線至延遲線自阻抗自阻抗變換器變換器 ET1T2P1+P2 5校準校準 5電子測量原理電子測量原理第27頁任何電路的任何電路的輸出總是滯后輸入輸出總是滯后輸

12、入，頻帶寬，頻帶寬(窄窄)延遲短延遲短(長長)。vit0150nsvx延遲延遲150ns180ns Y輸入電路Y前置放大器觸發(fā)電路Y后置放大器水平放大器掃描發(fā)生器Y輸入外觸發(fā)內 ns1040nsZ軸放大軸放大40ns80ns20ns50nsvyvxvi延遲線160ns有有160ns延遲線的顯示延遲線的顯示210ns50無延遲線無延遲線顯示波形顯示波形可見：當可見：當Y軸延遲軸延遲(tyd)txd的要求才能看到全部的要求才能看到全部波形，波形，通常通常Y軸要延遲約軸要延遲約160ns看到的波形只是被測信號看到的波形只是被測信號的后半部分的后半部分(少了少了txdtyd)。作業(yè)作業(yè)6.4電子測量原

13、理電子測量原理第28頁+E自延遲自延遲線輸出線輸出100140V電子測量原理電子測量原理第29頁Y1輸入電路Y1前置放大器Y1門電路電子開關延遲線Y后置放大器Y2輸入電路Y2前置放大器Y2門電路至至Y偏轉板偏轉板Y Y1 1輸入輸入Y Y2 2輸入輸入控制信號控制信號電子測量原理電子測量原理第30頁特點特點非非實時測量實時測量測低測低頻頻時有時有閃爍閃爍特點特點實實時測量時測量測高測高頻時頻時成成虛線虛線uy1uy2ux左左左左右右右右uy1uy2ux左左左左右右右右電子測量原理電子測量原理第31頁觸 發(fā) 源選 擇觸 發(fā) 耦 合方 式 選 擇放 大 整 形電 路掃 描閘 門掃 描 電 壓發(fā) 生

14、 器水 平放 大 器比 較 和釋 抑 電 路觸 發(fā) 信 號觸 發(fā) 電 路掃 描發(fā) 生 器 環(huán)至 X偏 轉 板6.2 模擬示波器模擬示波器電子測量原理電子測量原理第32頁掃描閘門掃描鋸齒波發(fā)生器比較和釋抑電路+E至至X放放大器大器+E穩(wěn)定度調節(jié)穩(wěn)定度調節(jié)比較電平比較電平觸發(fā)脈觸發(fā)脈沖輸入沖輸入“增輝增輝”脈沖脈沖SRQQvoV_V+電子測量原理電子測量原理第33頁送增輝電路（送增輝電路（Z軸放大器軸放大器）的信）的信號與號與uo相反。相反。觸發(fā)脈沖輸入觸發(fā)脈沖輸入增輝電路增輝電路掃描電壓發(fā)生器掃描電壓發(fā)生器RS=00保持保持；RS=01置置1；RS=10置置0；RS=11錯誤錯誤掃描閘門掃描鋸齒

15、波發(fā)生器比較和釋抑電路+E至至X放放大器大器+E穩(wěn)定度調節(jié)穩(wěn)定度調節(jié)比較電平比較電平觸發(fā)脈觸發(fā)脈沖輸入沖輸入“增輝增輝”脈沖脈沖SRQQvoV_V+uo電子測量原理電子測量原理第34頁掃描閘門掃描鋸齒波發(fā)生器比較和釋抑電路+E至至X放放大器大器+E穩(wěn)定度調節(jié)穩(wěn)定度調節(jié)比較電平比較電平觸發(fā)脈觸發(fā)脈沖輸入沖輸入“增輝增輝”脈沖脈沖SRQQvoV_V+掃描鋸齒波輸出掃描鋸齒波輸出來自掃描閘門-+RCEEuoII開關開關StRCEdtRECIdtCutto0011t正程正程逆程逆程電子測量原理電子測量原理第35頁V_)V+)vo掃描閘門掃描鋸齒波發(fā)生器比較和釋抑電路+E至至X放放大器大器+E穩(wěn)定度調節(jié)

16、穩(wěn)定度調節(jié)比較電平比較電平觸發(fā)脈觸發(fā)脈沖輸入沖輸入“增輝增輝”脈沖脈沖SRQQvoV_V+電子測量原理電子測量原理第36頁Z軸放大器輸入信號軸放大器輸入信號t t015234678012345678uy t uxTxTx=2Ty左左右右左左78t正程正程逆程逆程送掃描發(fā)生器的閘門信號送掃描發(fā)生器的閘門信號Z軸放大器輸出信號軸放大器輸出信號（控制（控制 ）掃描正程高掃描正程高電平加亮電平加亮( (發(fā)發(fā)射電子射電子) )掃描逆程低電平消隱掃描逆程低電平消隱( (不發(fā)射電子不發(fā)射電子) )作業(yè)作業(yè)6.7(b)電子測量原理電子測量原理第37頁放大、整形放大、整形電路電路內內外外電源電源C C1 1C

17、C2 2C C3 3ACACACAC低頻低頻抑制抑制HF REJHF REJDCDC常態(tài)常態(tài) 自動自動TVTV觸發(fā)電平觸發(fā)電平調節(jié)調節(jié)至掃描至掃描發(fā)生器環(huán)發(fā)生器環(huán)觸發(fā)脈觸發(fā)脈沖輸出沖輸出S S1 1S S2 2S S4 4+ +- -S S3 3極性反極性反轉電路轉電路觸發(fā)源選擇觸發(fā)源選擇觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)極性觸發(fā)極性選擇選擇觸發(fā)方式選擇觸發(fā)方式選擇電子測量原理電子測量原理第38頁放大、整形放大、整形電路電路內內外外電源電源C C1 1C C2 2C C3 3ACACACAC低頻低頻抑制抑制HF REJHF REJDCDC常態(tài)常態(tài) 自動自動TVTV觸發(fā)電平觸發(fā)電平調節(jié)調節(jié)至掃

18、描至掃描發(fā)生器環(huán)發(fā)生器環(huán)觸發(fā)脈觸發(fā)脈沖輸出沖輸出S S1 1S S2 2S S4 4+ +- -S S3 3極性反極性反轉電路轉電路觸發(fā)源選擇觸發(fā)源選擇觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)極性觸發(fā)極性選擇選擇觸發(fā)方式選擇觸發(fā)方式選擇電子測量原理電子測量原理第39頁放大、整形放大、整形電路電路內內外外電源電源C C1 1C C2 2C C3 3ACACACAC低頻低頻抑制抑制HF REJHF REJDCDC常態(tài)常態(tài) 自動自動TVTV觸發(fā)電平觸發(fā)電平調節(jié)調節(jié)至掃描至掃描發(fā)生器環(huán)發(fā)生器環(huán)觸發(fā)脈觸發(fā)脈沖輸出沖輸出S S1 1S S2 2S S4 4+ +- -S S3 3極性反極性反轉電路轉電路觸發(fā)源

19、選擇觸發(fā)源選擇觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)極性觸發(fā)極性選擇選擇觸發(fā)方式選擇觸發(fā)方式選擇電子測量原理電子測量原理第40頁放大、整形放大、整形電路電路內內外外電源電源C C1 1C C2 2C C3 3ACACACAC低頻低頻抑制抑制HF REJHF REJDCDC常態(tài)常態(tài) 自動自動TVTV觸發(fā)電平觸發(fā)電平調節(jié)調節(jié)至掃描至掃描發(fā)生器環(huán)發(fā)生器環(huán)觸發(fā)脈觸發(fā)脈沖輸出沖輸出S S1 1S S2 2S S4 4+ +- -S S3 3極性反極性反轉電路轉電路觸發(fā)源選擇觸發(fā)源選擇觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)極性觸發(fā)極性選擇選擇觸發(fā)方式選擇觸發(fā)方式選擇電子測量原理電子測量原理第41頁放大、整形放

20、大、整形電路電路內內外外電源電源C C1 1C C2 2C C3 3ACACACAC低頻低頻抑制抑制HF REJHF REJDCDC常態(tài)常態(tài) 自動自動TVTV觸發(fā)電平觸發(fā)電平調節(jié)調節(jié)至掃描至掃描發(fā)生器環(huán)發(fā)生器環(huán)觸發(fā)脈觸發(fā)脈沖輸出沖輸出S S1 1S S2 2S S4 4+ +- -S S3 3極性反極性反轉電路轉電路觸發(fā)源選擇觸發(fā)源選擇觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)極性觸發(fā)極性選擇選擇觸發(fā)方式選擇觸發(fā)方式選擇(b) (b) 正電平、負極性正電平、負極性(d) (d) 負電平、正極性負電平、正極性正電平、正極性正電平、正極性(a) (a) 正電平、正極性正電平、正極性(c) (c) 負電平

21、、負極性負電平、負極性電子測量原理電子測量原理第42頁（類似（類似Y軸放大）軸放大）電子測量原理電子測量原理第43頁第第6章章 時域測量時域測量KK1YXG A1A2K2G11G10G21G22存儲介質存儲介質電極電極1次次2次次電子測量原理電子測量原理第44頁1、概述、概述特殊部分特殊部分衰減器放大器觸發(fā)電路A/D轉換器延遲線存儲器（RAM）D/A轉換器地址計數(shù)器D/A轉換器垂直放大器水平放大器掃描發(fā)生器邏輯控制電路（微處理器）輸入外觸發(fā)內外實時存儲實時實時存儲存儲至X偏轉板至Y偏轉板電子測量原理電子測量原理第45頁衰減器放大器觸發(fā)電路A/D轉換器延遲線存儲器（RAM）D/A轉換器地址計數(shù)器

22、D/A轉換器垂直放大器水平放大器掃描發(fā)生器邏輯控制電路（微處理器）輸入外觸發(fā)內外實時存儲實時實時存儲存儲至X偏轉板至Y偏轉板特殊部分特殊部分電子測量原理電子測量原理第46頁衰減器放大器觸發(fā)電路A/D轉換器延遲線存儲器（RAM）D/A轉換器地址計數(shù)器D/A轉換器垂直放大器水平放大器掃描發(fā)生器邏輯控制電路（微處理器）輸入外觸發(fā)內外實時存儲實時實時存儲存儲至X偏轉板至Y偏轉板特殊部分特殊部分電子測量原理電子測量原理第47頁衰減器放大器觸發(fā)電路A/D轉換器延遲線存儲器（RAM）D/A轉換器地址計數(shù)器D/A轉換器垂直放大器水平放大器掃描發(fā)生器邏輯控制電路（微處理器）輸入外觸發(fā)內外實時存儲實時實時存儲存儲

23、至X偏轉板至Y偏轉板特殊部分特殊部分電子測量原理電子測量原理第48頁電子測量原理電子測量原理第49頁/divNft電子測量原理電子測量原理第50頁并聯(lián)型、串并聯(lián)型、串聯(lián)型、計數(shù)型聯(lián)型、計數(shù)型 、逐次、逐次漸近型等漸近型等優(yōu)點優(yōu)點：轉換速度快；：轉換速度快；缺點缺點：器件多需：器件多需2n-1（n是位數(shù)）套，編碼困難。是位數(shù)）套，編碼困難。（1）全并行全并行ADC（2）串全并行）串全并行ADC（略）（略）電子測量原理電子測量原理第51頁求和運放求和運放權電阻網絡權電阻網絡輸入輸入4位二進制數(shù)位二進制數(shù)圖圖6.3.4 （1）權電阻）權電阻DACS0S3電子開關，電子開關，d=0, S接地無電接地無

24、電流，流，d=1, S接接VREF(基準電壓基準電壓源源)有電流。有電流。輸出模擬電壓輸出模擬電壓vO=RFIvO=RFI= RFI0(23d322d221d120d0)=RF (23d322d221d120d0)RV3REF2vO = (2n-1dn-12n-2dn-221d120d0)RRF1REF2nVI023d3= 23d3 RV3REF2通式中位數(shù)通式中位數(shù)n=4電子測量原理電子測量原理第52頁vO=RFI= RFI0(23d322d221d120d0)=RF (23d322d221d120d0) RV4REF2vO = (2n-1dn-12n-2dn-221d120d0)RRFnV

25、2REF（3）倒）倒T形形DACdi=0, S接實地接實地 (左邊左邊)I分量無。分量無。di=1, S接虛地接虛地(右邊右邊)I分量有。分量有。流進節(jié)點電流流進節(jié)點電流流出節(jié)點電流流出節(jié)點電流vO=RF I輸入電阻輸入電阻1R通式通式 =RF基準基準結電阻結電阻R支電支電流流I020結電阻結電阻R支電支電流流I021結電阻結電阻R支電支電流流I022結電阻結電阻R支電支電流流I023I=I024= VREF / R （2） T形形DAC（略）（略）電子測量原理電子測量原理第53頁新波形到來移出，消逝輸入波形放大顯示波形(a) 卷動顯示(b) 放大顯示第第6章章 時域測量時域測量電子測量原理電

26、子測量原理第54頁電子測量原理電子測量原理第55頁6.5 示波器功能擴展舉例示波器功能擴展舉例第第6章章 時域測量時域測量半導體特性圖示儀，是一種用示波管顯示半導體器件半導體特性圖示儀，是一種用示波管顯示半導體器件的各種的各種特性曲線特性曲線，并可測量其，并可測量其靜態(tài)參數(shù)靜態(tài)參數(shù)的測試儀器。的測試儀器。電子測量原理電子測量原理第56頁VCEIC為了擴大測量范圍，集電極電壓有為了擴大測量范圍，集電極電壓有10檔檔，階梯電流，階梯電流有有17檔檔，每簇有，每簇有1 12級并可連續(xù)可調。級并可連續(xù)可調。基極階梯電流波每基極階梯電流波每變化一變化一級級，集電極掃描電壓，集電極掃描電壓變化變化一次一次，形成，形成一條曲線一條曲線。VCEIC取樣取樣RCICAVECVCEIBEBA電子測量原理電子測量原理第57頁CBE3DK2A: ICEO 0.1 A, 40；fT150MHz；tr30ns,tf15V,PCM=300mW。峰 值 電 壓峰 值 電 壓范圍范圍:10V掃描電壓掃描電壓:掃描極性掃