信號波形測量(一)

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頁電子測量原理電子測量原理第3頁電子測量原理電子測量原理第4頁電子測量原理電子測量原理第5頁由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成。成。后加速極A3FKG1G2A1A2Y偏轉(zhuǎn)板X偏轉(zhuǎn)板輝度聚焦輔助聚焦+E-E熒光屏電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏電子測量原理電子測量原理第6頁u 作用：發(fā)射電子并形成很細的高速電子束。由燈絲作用：發(fā)射電子并形成很細的高速電子束。由燈絲F F、陰、陰極極K K、柵極、柵極G G1 1和和G G2 2和陽極和陽極A A1 1、A A2 2組成。組成。 u 通過調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)G G1 1對對K

2、 K的負電位可控制電子束的強弱，從而調(diào)節(jié)的負電位可控制電子束的強弱，從而調(diào)節(jié)光點的亮度，即進行光點的亮度，即進行“輝度輝度”控制控制。 u 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)A A1 1的電位器稱為的電位器稱為“聚焦聚焦”旋鈕，通過對它進行調(diào)節(jié)可旋鈕，通過對它進行調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)G G2 2與與A A1 1和和A A1 1與與A A2 2之間的電位；調(diào)節(jié)之間的電位；調(diào)節(jié)A A2 2電位的旋鈕稱為電位的旋鈕稱為“輔助聚焦輔助聚焦”。u 電子束聚焦的原理是，電子從陰極電子束聚焦的原理是，電子從陰極K K發(fā)射，經(jīng)發(fā)射，經(jīng)G G1 1、G G2 2、A A1 1、A A2 2聚焦和加速后進入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。聚焦和加速后進入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

3、KG1G2A1A2電子測量原理電子測量原理第7頁u 兩對相互垂直的平行金屬板，垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板兩對相互垂直的平行金屬板，垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板 。u 電壓電壓偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)距離。偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)電壓成正比。偏轉(zhuǎn)距離。偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)電壓成正比。 u 偏轉(zhuǎn)靈敏度（偏轉(zhuǎn)靈敏度（cm/Vcm/V）：）： u 為提高偏轉(zhuǎn)靈敏度，為提高偏轉(zhuǎn)靈敏度，Y Y偏轉(zhuǎn)板靠近電子槍，而偏轉(zhuǎn)板靠近電子槍，而X X偏轉(zhuǎn)板在偏轉(zhuǎn)板在Y Y的右邊。的右邊。偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個后加速陽極偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個后加速陽極A A3 3。將電信號變?yōu)楣庑盘枌㈦娦盘栕優(yōu)楣庑盘?輝度調(diào)節(jié)、余輝效應(yīng)輝度調(diào)節(jié)、余輝效應(yīng) 2yalSy

4、VbVL：偏轉(zhuǎn)板長度；S：偏轉(zhuǎn)板中心到屏幕中心距離；b：偏轉(zhuǎn)板間距；Va：陽極A2上的電壓。 2yalSSbV偏轉(zhuǎn)靈敏度越大，示波管越靈敏。其倒數(shù)為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。電子測量原理電子測量原理第8頁(a) Ux=0、Uy=0(b) Ux=0、Uy=常量xyUy0123401324Uy-UytUx0123401324Ux-Uxt電子測量原理電子測量原理第9頁Y Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波，偏轉(zhuǎn)板加正弦波，X X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波，偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波，熒光屏上將顯示熒光屏上將顯示出被測信號隨時出被測信號隨時間變化的一個周間變化的一個周期的波形曲線。期的波形曲線。tUy0123401324Uy-Uyt0UxUx-Ux電子測量原

5、理電子測量原理第10頁李沙育（李沙育（LissajousLissajous）圖形顯示，常用在相位和頻率測量中）圖形顯示，常用在相位和頻率測量中兩信號的初相相同，且在兩信號的初相相同，且在X X、Y Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫出一條與水平軸呈屏上畫出一條與水平軸呈4545度度角的直線角的直線。 t0123401234uytux01234ut0123401234yux01234024兩信號的初相相差兩信號的初相相差9090度，且度，且在在X X、Y Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫出的圖形為圓在熒光屏上畫出的圖形為圓。電子測量原理電子測量原理

6、第11頁 在在X X偏轉(zhuǎn)板上加一個隨時間線形變化的電壓，光點在水平方偏轉(zhuǎn)板上加一個隨時間線形變化的電壓，光點在水平方向的偏移距離為：向的偏移距離為： 光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱“掃描掃描”，實現(xiàn)掃描的鋸，實現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱齒波電壓稱“掃描電壓掃描電壓”，光點自左向右的掃動稱為，光點自左向右的掃動稱為“掃描掃描正程正程”，自右迅速返回左端起掃點的過程稱為，自右迅速返回左端起掃點的過程稱為“掃描逆程掃描逆程”。 掃描過程的增輝（逆程消隱）：掃描過程的增輝（逆程消隱）：為使回掃產(chǎn)生的波形不在熒為使回掃產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可以設(shè)法在掃描正程期間，給示波器增

7、輝。光屏上顯示，可以設(shè)法在掃描正程期間，給示波器增輝。/xxxSkth t cmst015234678012345678uytuxTyTx=2Ty不增輝產(chǎn)生回掃線電子測量原理電子測量原理第12頁uyTyTxuxttTx=nTyTx=nTy，掃描電壓與被測電壓，掃描電壓與被測電壓“同步同步”。熒光屏上將穩(wěn)定顯。熒光屏上將穩(wěn)定顯示示n n個周期的被測信號波形。個周期的被測信號波形。 ut015(6)234789012345678uytxTy54Tx101110911TyT Tx xnTnTy y，不滿足同步，不滿足同步關(guān)系時，顯示的波形關(guān)系時，顯示的波形不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。電子測量原理電子測量原理第1

8、3頁TsT=Tstt被測脈沖連續(xù)掃描t不能觀測到脈沖細節(jié)T=t波形顯示暗，不容易同步Tstt被測脈沖連續(xù)掃描，T=tt占空比很小的脈沖Tstt(a)被測脈沖t(d)觸發(fā)掃描掃描等待能較好地觀測脈沖觸發(fā)掃描觸發(fā)掃描使掃描脈沖只在被測脈沖到使掃描脈沖只在被測脈沖到來時才掃描一次；沒有被測來時才掃描一次；沒有被測脈沖時，掃描發(fā)生器處于等脈沖時，掃描發(fā)生器處于等待工作狀態(tài)。待工作狀態(tài)。電子測量原理電子測量原理第14頁電子測量原理電子測量原理第15頁電子測量原理電子測量原理第16頁電子測量原理電子測量原理第17頁電子測量原理電子測量原理第18頁+-+-+-編碼邏輯電路輸出寄存器uiRRR+Ur-Ur采樣

9、時鐘比較器nn-11nn-11MSBLSB21n個比較器個比較器電子測量原理電子測量原理第19頁電子測量原理電子測量原理第20頁電子測量原理電子測量原理第21頁電子測量原理電子測量原理第22頁電子測量原理電子測量原理第23頁電子測量原理電子測量原理第24頁電子測量原理電子測量原理第25頁電子測量原理電子測量原理第26頁電子測量原理電子測量原理第27頁電子測量原理電子測量原理第28頁電子測量原理電子測量原理第29頁觸發(fā)釋抑，波形穩(wěn)定顯示,分別表示不同的觸發(fā)點。 ,分別對應(yīng),不同觸發(fā)點所采集的波形。釋抑時間電子測量原理電子測量原理第30頁電子測量原理電子測量原理第31頁電子測量原理電子測量原理第3

10、2頁電子測量原理電子測量原理第33頁電子測量原理電子測量原理第34頁1(1)0( 10)12(2)0( 10)1.( )0( 10)1.( )0( 10)1ymmmkymmmkiy immmkky kmmmk電子測量原理電子測量原理第35頁電子測量原理電子測量原理第36頁,/()0 ,jLLH e其他sin(/)( )(/)k Lh kk L電子測量原理電子測量原理第37頁電子測量原理電子測量原理第38頁電子測量原理電子測量原理第39頁電子測量原理電子測量原理第40頁電子測量原理電子測量原理第41頁電子測量原理電子測量原理第42頁電子測量原理電子測量原理第43頁電子測量原理電子測量原理第44頁

11、電子測量原理電子測量原理第45頁電子測量原理電子測量原理第46頁（a）未加電場 （b）加上電場 電子測量原理電子測量原理第47頁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頁電子測量原理電子測量原理第50頁電子測量原理電子測量原理第51頁電子測量原理電子測量原理第52頁電子測量原理電子測量原理第53頁電子測量原理電子測量原理第54頁電子測量原理電子測量原理第55頁泰克泰克（Tektronix）安捷倫（Agilent）力科（Lecroy）TDS70000系列最高帶寬已達到33GHz，最高實時采樣率為100GSPS，最大存儲深度為64Mpts ，波形捕獲速率高達400，000wf

12、ms/s Infiniium族數(shù)字存儲示波器覆蓋1GHz63GHz的帶寬，單通道最高采樣率達到160GSPS LabMaster10 Zi系列及SDA18000系列最高帶寬65GHz和取樣率高達160GSa/S 電子測量原理電子測量原理第56頁電子測量原理電子測量原理第57頁電子測量原理電子測量原理第58頁電子測量原理電子測量原理第59頁電子測量原理電子測量原理第60頁數(shù)字示波器波形顯示自動設(shè)置數(shù)據(jù)存儲波形參數(shù)自動測量超前/滯后捕獲信號分析自動校正強大而豐富的觸發(fā)功能等電子測量原理電子測量原理第61頁電子測量原理電子測量原理第62頁 Tektronix（泰克）公司 Agilent（安捷倫）公司

13、 Lecroy（力科）公司代表代表公司公司研究研究狀況狀況代表代表公司公司研究研究狀況狀況 起步較晚，技術(shù)指標偏低 UT2000/3000/4000系列 AV4446 YB54500系列 起步早、居領(lǐng)先地位TDS6000、TDS5000系列 Infiniium族 WaveMaster8000A系列 優(yōu)利德科技 江蘇綠揚 普源精電 中電集團41所 電子科技大學(xué)國外國內(nèi)電子測量原理電子測量原理第63頁指指標標偏偏低低無自無自主知主知識產(chǎn)識產(chǎn)權(quán)權(quán) 采樣速率采樣速率模擬帶寬模擬帶寬存儲深度存儲深度波形捕獲率波形捕獲率我國距離高速數(shù)字存儲示波器高速數(shù)字存儲示波器技術(shù)的國際先進水平還有很大差距獲取這些方面

14、獲取這些方面的信息和相關(guān)的信息和相關(guān)產(chǎn)品難度很大產(chǎn)品難度很大國內(nèi)尚無自主國內(nèi)尚無自主高速數(shù)字存儲高速數(shù)字存儲示波器技術(shù)的示波器技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)知識產(chǎn)權(quán)電子測量原理電子測量原理第64頁電子測量原理電子測量原理第65頁電子測量原理電子測量原理第66頁電子測量原理電子測量原理第67頁電子測量原理電子測量原理第68頁電子測量原理電子測量原理第69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(nèi)外至X偏轉(zhuǎn)板至Y偏轉(zhuǎn)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輸入校準信號輸出電子測量原理電子測量原理第70頁電子測量原理電子測量原理第71頁對于直流或低頻情況

15、：對于直流或低頻情況： 212oiuRuRR對于高頻情況對于高頻情況 212oiuZuZZ電子測量原理電子測量原理第72頁 R R1 1C C1 1=R=R2 2C C2 2R R1 1C C1 1RR2 2C C2 2R R1 1C C1 1RR2 2C C2 2電子測量原理電子測量原理第73頁 觀察交流信號時，置觀察交流信號時，置“AC”AC”檔。檔。 確定零電壓時，置確定零電壓時，置“GND”GND”檔。檔。 觀測頻率很低或帶有直流分量的交流信號時，置觀測頻率很低或帶有直流分量的交流信號時，置“DC”DC”檔檔電子測量原理電子測量原理第74頁前置放大器將信號適當放大，取出內(nèi)觸發(fā)信號，前置

16、放大器將信號適當放大，取出內(nèi)觸發(fā)信號，并具有并具有靈敏度微調(diào)、校正、靈敏度微調(diào)、校正、Y Y軸移位、極性反轉(zhuǎn)軸移位、極性反轉(zhuǎn)等控等控制作用。制作用。 前置放大器采用前置放大器采用差分放大電路差分放大電路，輸出一對平衡交，輸出一對平衡交流電壓。若在差分電路的輸入端輸入不同的直流電流電壓。若在差分電路的輸入端輸入不同的直流電位，相應(yīng)的位，相應(yīng)的Y Y偏轉(zhuǎn)板上的直流電位和波形在偏轉(zhuǎn)板上的直流電位和波形在Y Y方向的方向的位置也會改變。通過調(diào)節(jié)位置也會改變。通過調(diào)節(jié)“Y Y軸位移軸位移”旋鈕，調(diào)節(jié)旋鈕，調(diào)節(jié)直直流偏置流偏置。電子測量原理電子測量原理第75頁u觸發(fā)掃描時，掃描的開始時間總是滯后于被觀測脈

17、沖一段時觸發(fā)掃描時，掃描的開始時間總是滯后于被觀測脈沖一段時間，這樣，脈沖的上升過程就無法被完整地顯示出來。間，這樣，脈沖的上升過程就無法被完整地顯示出來。u延遲線的作用：把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的脈沖信號延遲一段時延遲線的作用：把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的脈沖信號延遲一段時間，以保證在屏幕上掃描出包括上升時間在內(nèi)的脈沖全過程。間，以保證在屏幕上掃描出包括上升時間在內(nèi)的脈沖全過程。u 延遲線的輸入級需采用低輸出阻抗電路驅(qū)動，而輸出級則延遲線的輸入級需采用低輸出阻抗電路驅(qū)動，而輸出級則采用低輸入阻抗的緩沖器。采用低輸入阻抗的緩沖器。觸 發(fā) 點輸 入 信 號掃 描 電 壓顯 示 波 形掃 描起 點tT觸發(fā)點輸入

18、信號掃描電壓顯示波形輸入信號延遲后td掃描起點tT電子測量原理電子測量原理第76頁Y Y輸出放大器將被測信號放大到足夠的幅度，用以輸出放大器將被測信號放大到足夠的幅度，用以驅(qū)動示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使電子束獲得驅(qū)動示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使電子束獲得Y Y方向的方向的滿偏轉(zhuǎn)。滿偏轉(zhuǎn)。 Y Y輸出放大器應(yīng)具有穩(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、輸出放大器應(yīng)具有穩(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、足夠?qū)挼念l帶、較小的諧波失真足夠?qū)挼念l帶、較小的諧波失真 。Y Y輸出放大器大都采用輸出放大器大都采用推挽式放大器推挽式放大器，有利于提高，有利于提高共模抑制比?？刹捎酶淖冐摲答伒姆椒ǜ淖兎糯笃鞴材Ｒ种票??？刹捎酶淖冐摲答?/p>

19、的方法改變放大器的增益。的增益。 電子測量原理電子測量原理第77頁 水平水平通道包括觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等部分，通道包括觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等部分，其其主要任務(wù)是產(chǎn)生隨時間線性變化的掃描電壓，再放大到足主要任務(wù)是產(chǎn)生隨時間線性變化的掃描電壓，再放大到足夠的幅度，然后輸出到水平偏轉(zhuǎn)板，使光點在熒光屏的水平夠的幅度，然后輸出到水平偏轉(zhuǎn)板，使光點在熒光屏的水平方向達到滿偏轉(zhuǎn)方向達到滿偏轉(zhuǎn)。 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(zhuǎn)板輸入端置于“內(nèi)”時，放大掃描信號；輸入端置于“外”時，輸入外接信號。電

20、子測量原理電子測量原理第78頁為掃描信號發(fā)生器提供符合要求的觸發(fā)脈沖。為掃描信號發(fā)生器提供符合要求的觸發(fā)脈沖。放大、整形電路內(nèi)外電源C1C2C3ACLF REJHF REJDC常態(tài)自動 TV觸發(fā)電平調(diào)節(jié)至掃描發(fā)生器環(huán)觸發(fā)脈沖輸出S1S2S4+-S3極性反轉(zhuǎn)電路觸發(fā)源選擇觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)極性選擇觸發(fā)方式選擇“DCDC”/ “AC”/ “AC”：直流或緩變信號。：直流或緩變信號?！癓F REJ”LF REJ”：觀察低頻成分的信號。：觀察低頻成分的信號?！癏F REJ”HF REJ”：觀察高頻成分的信號。：觀察高頻成分的信號。NORMNORM：有觸發(fā)脈沖時才有掃描線。：有觸發(fā)脈沖時才有掃描線。A

21、UTOAUTO：連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出。：連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出。TVTV：電視行、場同步分離，觀測電視信號。：電視行、場同步分離，觀測電視信號。電子測量原理電子測量原理第79頁掃描閘門掃描鋸齒波發(fā)生器比較和釋抑電路+E至X放大器+E“穩(wěn)定度”調(diào)節(jié)比較電平觸發(fā)脈沖輸入“增輝”脈沖用來產(chǎn)生線性良好的鋸齒波，通常用掃描發(fā)生器環(huán)路來產(chǎn)用來產(chǎn)生線性良好的鋸齒波，通常用掃描發(fā)生器環(huán)路來產(chǎn)生掃描信號。掃描發(fā)生器環(huán)又叫時基電路，常由積分器、生掃描信號。掃描發(fā)生器環(huán)又叫時基電路，常由積分器、掃描閘門及比較釋抑電路組成掃描閘門及比較釋抑電路組成電子測量原理電子測量原理第80頁掃描閘門掃描鋸齒波發(fā)生器比較和釋抑電

22、路+E至X放大器+E“穩(wěn)定度”調(diào)節(jié)比較電平觸發(fā)脈沖輸入“增輝”脈沖閘門電路：產(chǎn)生快速上升或下降的閘門信號閘門電路：產(chǎn)生快速上升或下降的閘門信號啟動掃描發(fā)啟動掃描發(fā)生器工作生器工作產(chǎn)生鋸齒波電壓。產(chǎn)生鋸齒波電壓?？刂茠呙?、增輝?？刂茠呙琛⒃鲚x。釋抑電路：釋抑電路：在掃描逆程關(guān)閉或抑制掃描閘門。在掃描逆程關(guān)閉或抑制掃描閘門。穩(wěn)定掃描鋸穩(wěn)定掃描鋸齒波的形成、防止干擾和誤觸發(fā)，確保每次掃描都在同樣齒波的形成、防止干擾和誤觸發(fā)，確保每次掃描都在同樣的起始電平上開始以獲得穩(wěn)定的圖象。的起始電平上開始以獲得穩(wěn)定的圖象。電子測量原理電子測量原理第81頁工作方式工作方式掃描門的輸入信號：掃描門的輸入信號：“穩(wěn)定

23、度穩(wěn)定度”電位器提供的直流電位；電位器提供的直流電位；釋抑電路的釋抑信號；觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖。釋抑電路的釋抑信號；觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖。連續(xù)、觸發(fā)掃描方式。連續(xù)、觸發(fā)掃描方式。E1E0E2Er來自比較電路的參考電平（比較電平）掃描發(fā)生器輸出Vo上觸發(fā)電平下觸發(fā)電平通過“穩(wěn)定度”調(diào)節(jié)的靜態(tài)工作電平E0觸發(fā)脈沖12345抑制期回掃期開始下一次掃描跟隨Vo6釋放閘門輸出疊加后的閘門輸入觸發(fā)掃描過程觸發(fā)掃描過程電子測量原理電子測量原理第82頁1 1高、低壓電源高、低壓電源 分別用于示波器的高、中壓和直流供電。分別用于示波器的高、中壓和直流供電。2 2Z Z軸的增輝與調(diào)輝軸的增輝與調(diào)輝 增輝：將閘門信號放大，使顯示的波形正程加亮。增輝：將閘門信號放大，使顯示的波形正程加亮。 調(diào)輝：加外調(diào)制信號或時標信號，使屏幕顯示的調(diào)輝：加外調(diào)制信號或時標信號，使屏幕顯示的波形發(fā)生相應(yīng)地變化。波形發(fā)生相應(yīng)地變化。3 3校準信號發(fā)生器校準信號發(fā)生器 可產(chǎn)生幅度和頻率準確的基準方波信號，為儀器可產(chǎn)生幅度和頻率準確的基準方波信號，為儀器本身提供校準信號源。本身提供校準信號源。 電子測量原理電子測量原理第83頁利用多槍電子管來實現(xiàn)。利用多槍電子管來實現(xiàn)。 測試時各通道、各波形之間產(chǎn)生的交叉干擾可以減少或消測試時各通道