第4章示波測試和測量技術(shù)

1、第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 主編主編 肖曉萍肖曉萍電子測量教程電子測量教程第第2 2版版 電子教案電子教案面向21世紀(jì)系列教材機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 目目 錄錄l第1章 緒論 l第2章 誤差分析和測量數(shù)據(jù)處理 l第3章 常用電子測量儀器 l第4章 示波測試和測量技術(shù) l第5章 電路元器件參數(shù)的測量 l第6章 電子電路參數(shù)的測量 l第7章 頻域測量 l第8章 數(shù)據(jù)域測量 l第9章 自動(dòng)測試系統(tǒng) 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 第第4章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù)l本章要點(diǎn)l4.1 示波

2、測試的基本原理l4.1.1 陰極射線示波管l4.1.2 波形顯示的基本原理l4.2 模擬示波技術(shù)l4.2.1 模擬示波器的技術(shù)性能指標(biāo)和組成l4.2.2 模擬示波器的垂直系統(tǒng)l4.2.3 模擬示波器的水平系統(tǒng)l4.2.4 示波器的多波形顯示 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) l4.3 數(shù)字存儲(chǔ)示波技術(shù)l4.3.1 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成和基本功能l4.3.2 信號采樣原理l4.3.3 波形顯示技術(shù)l4.3.4 技術(shù)性能指標(biāo)l4.4 示波器的基本測量技術(shù)l4.4.1 電壓的測量l4.4.2 時(shí)間的測量 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) l4.4.3 周期和頻率的

3、測量l4.4.4 相位差的測量l4.4.5 調(diào)幅度的測量l4.5 示波器的選擇和使用l4.5.1 示波器選擇l4.5.2 模擬示波器的使用l4.5.3 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的使用l4.6 實(shí)訓(xùn)l4.7 習(xí)題 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 本章要點(diǎn)本章要點(diǎn) l示波器的概念、測量功能l示波測試的基本原理l模擬示波器的組成及工作原理l數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理l示波器的基本測量技術(shù)l示波器的選擇和使用第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 根據(jù)目前示波器的性能和結(jié)構(gòu)，一般可將示波器分為：1模擬示波器l 通用示波器l 多束示波器l 取樣示波器2數(shù)字示波器l 數(shù)字存儲(chǔ)示波器l

4、數(shù)字熒光示波器3混合示波器第第4章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù)第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.1 示波測試的基本原理示波測試的基本原理4.1.1陰極射線示波管陰極射線示波管示波管包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三大部分。如圖4-1所示。1.電子槍 l電子束的聚焦l第三陽極A3的作用 2.偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)3.熒光屏 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.2 模擬示波技術(shù)模擬示波技術(shù) 模擬示波器中最常用的是通用示波器，以下均以通用示波器介紹模擬示波技術(shù)。4.1.2 波形顯示的基本原理波形顯示的基本原理示波器顯示波形，基本上有兩種類型： 1.時(shí)域波形顯示原理

5、2. XY顯示原理第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.2.1 模擬示波器的技術(shù)性能指標(biāo)和組成模擬示波器的技術(shù)性能指標(biāo)和組成1.主要技術(shù)性能l掃描時(shí)間因數(shù)l觸發(fā)性能 l垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù) l頻帶寬度（頻域響應(yīng)） l瞬態(tài)響應(yīng)（時(shí)域響應(yīng)） 2通用示波器的組成通用示波器一般包括如圖4-10（a）所示幾個(gè)部分：l垂直系統(tǒng)（Y通道）l水平系統(tǒng)（X通道）l主機(jī)系統(tǒng)（Z通道） 工作過程如圖4-10（b）所示第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.2.2 模擬示波器的垂直系統(tǒng)模擬示波器的垂直系統(tǒng)垂直系統(tǒng)又稱垂直通路或Y通道，它是被測信號的通道。 垂直系統(tǒng)的基本組成：如圖4-11所示

6、 l 輸入電路l 前置放大器l 延遲線l 后置放大器l 內(nèi)觸發(fā)放大器4.2.3 模擬示波器的水平系統(tǒng)模擬示波器的水平系統(tǒng)組成包括三個(gè)部分：如圖4-14所示 l 觸發(fā)電路l 時(shí)基發(fā)生器電路（掃描發(fā)生器電路）l 水平放大器第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 觸發(fā)電路觸發(fā)電路l觸發(fā)源選擇 內(nèi)觸發(fā)（INT）外觸發(fā)（LINE） 電源觸發(fā) l觸發(fā)耦合方式 圖4-15 “DC”直流耦合“AC”交流耦合“AC”（H）l觸發(fā)方式（TRIG MODE）選擇常態(tài)觸發(fā)方式（NORM） 圖4-16 自動(dòng)觸發(fā)方式（AUTO）電視觸發(fā)方式（TV） l觸發(fā)整形電路 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測

7、量技術(shù) 時(shí)基發(fā)生器電路（掃描發(fā)生器電路）時(shí)基發(fā)生器電路（掃描發(fā)生器電路）在觸發(fā)脈沖的作用下產(chǎn)生周期性鋸齒波電壓，經(jīng)水平放大器放大后，送至水平偏轉(zhuǎn)板，控制電子束在屏幕上由左向右的水平掃描，這種掃描稱為線性時(shí)基掃描。 l由掃描閘門、掃描電壓產(chǎn)生電路、比較和釋抑電路組成，如圖4-17（a）所示。時(shí)基發(fā)生器電路的一般工作過程 4-17（b）。掃描閘門 圖4-18掃描鋸齒波產(chǎn)生電路 圖4-19 比較電路和釋抑電路 圖4-20 l掃描方式分類 連續(xù)掃描 圖4-21 觸發(fā)掃描 圖4-22 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.2.4 示波器的多波形顯示示波器的多波形顯示熒光屏上同時(shí)顯示幾個(gè)

8、波形的顯示稱為多波形顯示。常見的方法有： l多線顯示 （雙線） 如圖4-23 所示 l多蹤顯示 雙蹤示波器顯示方式：如圖4-24所示 交替顯示 斷續(xù)顯示 圖4-25l雙掃描顯示 如圖4-26所示 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.3 數(shù)字存儲(chǔ)示波技術(shù)數(shù)字存儲(chǔ)示波技術(shù)4.3.1 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成和基本功能數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成和基本功能1數(shù)字存貯示波器的組成 如圖4-27所示 2數(shù)字存貯示波器的功能l可長期存貯波形l既能觀測觸發(fā)后的信息，也能捕捉觸發(fā)前的信號。 l可觀測單次過程和突發(fā)事件 l具有多種顯示方式l能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理 l具有多種方式輸出 l可進(jìn)行功能擴(kuò)展第第四

9、四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.3.2 信號采樣原理信號采樣原理1采樣方式 如圖4-28所示l 實(shí)時(shí)采樣 l 等效時(shí)間采樣l序列式采樣l隨機(jī)采樣 2采樣速率 4.3.3 波形顯示技術(shù)波形顯示技術(shù)1點(diǎn)顯示技術(shù)2點(diǎn)插入技術(shù)l向量式顯示（線性插入）l正弦插入 l改進(jìn)型正弦插入lSin X/X插入 所記錄波形的長度采樣速率r 時(shí)基單位掃描長度第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.3.4 技術(shù)性能指標(biāo)技術(shù)性能指標(biāo)l 有用存貯帶寬:表示數(shù)字存貯示波器捕捉 信號的能力l 有用上升時(shí)間l 垂直精度和有效位 量化誤差Er為 預(yù)期量化誤差Erc 損失的位數(shù)LB LB=log2(

10、Er / Erc) 有效位數(shù)EB EB=DB-LB式中：DB數(shù)字化器件的位數(shù)。2)(IiAirWWE2)(IiIDircWWE第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.4 示波器的基本測量技術(shù)示波器的基本測量技術(shù) 4.4.1 電壓的測量電壓的測量1直流電壓測量2正弦電壓測量圖4-29l不含直流分量的正弦電壓測量l含有直流分量的正弦電壓測量3參考電平的設(shè)定4.4.2時(shí)間的測量時(shí)間的測量1時(shí)間測量的原理被測時(shí)間間隔： = LDx /水平擴(kuò)展倍數(shù) 式中 時(shí)間間隔（s） L兩點(diǎn)之間水平距離div） Dx掃描時(shí)間因數(shù)（sdiv）。2兩個(gè)脈沖信號之間的時(shí)間間隔的測量圖4-30第第四四章章 示

11、波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.4.3 周期和頻率的測量周期和頻率的測量l 直接測量法l 李沙育圖形法 如圖4-31所示 4.4.4 相位差的測量相位差的測量l 測量原理l 雙蹤示波法 圖4-32l 橢圓法 圖4-33 圖4-344.4.5 調(diào)幅度的測量調(diào)幅度的測量 如如圖4-35所示 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.5 示波器的選擇和使用示波器的選擇和使用4.5.1 示波器選擇示波器選擇1. 模擬示波器l 頻帶寬度和上升時(shí)間l 垂直靈敏度（垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)）l 掃描速度2. 數(shù)字示波器l 帶寬l 采樣速率l 采樣速率與t/div的關(guān)系 fsN（t/div） l 數(shù)

12、字示波器的上升時(shí)間l 存儲(chǔ)器深度 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.5.2 模擬示波器的使用模擬示波器的使用1.使用時(shí)注意事項(xiàng)2. YB4320雙蹤四跡示波器l 主要技術(shù)性能l YB4320示波器的外觀和前面板示意圖圖4-38l YB4320示波器的基本操作說明l 測量前的準(zhǔn)備工作l 信號測量的步驟l 輸出信號 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.5.3 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的使用數(shù)字存儲(chǔ)示波器的使用以DS3012B數(shù)字存貯示波器為例1DS3012B技術(shù)指標(biāo) 表4-32DS3012B的使用l DS3012B的面板結(jié)構(gòu) 圖4-39l DS3012B的顯示界面

13、圖4-40l DS3012B數(shù)字存貯示波器的設(shè)置l3DS3012B的應(yīng)用實(shí)例第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.6 實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)4.6.1 示波器的一般應(yīng)用示波器的一般應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器三、預(yù)習(xí)要求四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟l 示波器的校準(zhǔn)l 直流電壓的測量l 正弦波電壓幅度、周期的測量五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求六. 思考題第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.6.2 示波器的特殊應(yīng)用示波器的特殊應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?shí)驗(yàn)儀器三、預(yù)習(xí)要求四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟l 李沙育圖形測量頻率l 直接測量調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù)l 梯形法測量調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù)五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求六. 思考題第第四四

14、章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.6.3 各種交流電壓的測量各種交流電壓的測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器三、預(yù)習(xí)要求四、交流電壓表征概要五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟l 交流信號頻率的測量l 交流信號電壓的測量六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求七、思考題第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 4.7 習(xí)題習(xí)題l1 敘述示波器顯示時(shí)域波形的原理。l2 示波器的基本結(jié)構(gòu)由哪三部分組成？各部分的主要作用是什么？l3 延遲線的作用是什么？內(nèi)觸發(fā)信號可否在延遲線以后的電路引出？l4 時(shí)基發(fā)生器由幾部分組成？試簡述其工作過程。l5 什么是“交替”顯示和“斷續(xù)”顯示？各用在何場合？第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)

15、示波測試和測量技術(shù) l6 當(dāng)示波器X、Y偏轉(zhuǎn)板上加以下電壓時(shí)，用作圖法繪出熒光屏顯示的圖形。(1) ux = Asint uy =k(t-nT) N Z，(2) ux = Asint uy = Asint(3) ux = Asint uy = Acost(4) ux = Asint uy = Asin2t l7 在X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板上加上圖4-54所示電壓，用作圖法繪出屏幕上顯示的波形。l8 使用帶寬為100MHz的示波器測量脈沖的上升邊，讀得其值為15.6ns，已知測量誤差為+30%，問脈沖的實(shí)際上升時(shí)間為多少？2T第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) l9 有一個(gè)正弦信號，使用

16、垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)為10mV/div的示波器進(jìn)行測量，測量時(shí)信號經(jīng)10:1衰減探頭加到示波器。測得在熒光屏上的高度為7.070 7div（峰峰值），問該信號的有效值為多少？l10 已知示波器的Y偏轉(zhuǎn)因數(shù)為0.5V/div，熒光屏有效寬度為10div，掃描時(shí)間因數(shù)為0.1ms/div。顯示的波形如題圖4-55。求被測信號的頻率和周期為多少？振幅Um=？有效值U=？第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) l11 若示波器的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)為10mV/div，掃描時(shí)間因數(shù)為1ms/div，繪出下述的波形。 （1）有效值為10mV、頻率為500Hz的正弦信號。 （2）峰峰值為40mV、頻率為200H

17、z的方波信號。l12 被測信號uy和掃描鋸齒波ux的波形如題圖4-56，若示波器的消隱電路失常，將顯示何波形？ 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) l13 用示波器觀測波形時(shí)，要達(dá)到如下要求，應(yīng)調(diào)節(jié)哪些旋鈕？波形清晰；亮度適中；波形穩(wěn)定；移動(dòng)波形位置；改變波形個(gè)數(shù)；改變波形的高度。l14 一臺示波器的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)在2mV/div擋，對它擴(kuò)展“5”后，該擋的實(shí)際偏轉(zhuǎn)因數(shù)為多少？ 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) l15 現(xiàn)有三種示波器，測量上升時(shí)間tr為80ns的脈沖波形，選用哪一種好？為什么？（1）SBT5同步示波器fH =10MHz， tr40ns。（2）S

18、R8雙蹤示波器fH =15MHz，tr24 ns。l16 采用通用示波器測量矩形脈沖的上升沿。已知示波器的上升時(shí)間為15ns，測量該脈沖時(shí)讀數(shù)為50ns，問矩形脈沖的實(shí)際上升沿為多寬？觀察這種矩形脈沖時(shí)，示波器性能可否滿足要求？第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) l17 根據(jù)橢圓法測量相位差的原理，試用作圖法畫出相位差為和時(shí)的圖形。說明該圖形為什么是一條直線？l18 用雙蹤示波法測量相位差，顯示圖形如圖4-57所示，求相位差=？l19 已知調(diào)幅波的瞬時(shí)波形如圖4-58，求調(diào)幅系數(shù)m=？ 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4.1 示波管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 第第四

19、四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-2 電子槍內(nèi)部的等電位線分布圖 圖4-3 電子聚焦過程 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-4 電子在偏轉(zhuǎn)板內(nèi)的運(yùn)動(dòng) dadLldUDUS2adddUULlD2電子偏轉(zhuǎn)的距離 D示波管的偏轉(zhuǎn)因數(shù)S（單位： V/cm或V/div） 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-5 波形顯示原理 圖4-6掃描電壓與被測電壓不同步 電子束在屏幕上運(yùn)動(dòng)的軌跡則由下列方程組決定： tUunTtkumyxsin)(（k,T為常數(shù)，n = 0,1,）第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-7 兩個(gè)同頻率信

20、號構(gòu)成的李沙育圖形第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-9 瞬態(tài)響應(yīng)的表示方法圖4-8 帶寬的表示方法圖第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-10 通用示波器總方框圖及其工作過程第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-11 垂直系統(tǒng)的基本組成 圖4-14 水平系統(tǒng)總方框圖 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 輸入電路輸入電路 l探頭l輸入耦合方式DCAC（GND）l步進(jìn)衰減器 l阻抗轉(zhuǎn)換器圖4-12 圖4-13 耦合電路和衰減器 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-15觸發(fā)耦合方式 圖4-16 觸發(fā)

21、極性和觸發(fā)電平不同對波形顯示的影響 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-17 時(shí)基發(fā)生器的組成及工作波形 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-18 用施密特電路構(gòu)成的時(shí)基閘門電路 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-19 密勒掃描電路原理 圖4-20 比較電路和釋抑電路 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-21 連續(xù)掃描的波形顯示 圖4-22 脈沖信號的連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描顯示 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-23 雙線示波器的基本組成原理框圖 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測

22、試和測量技術(shù) 圖4-24 雙蹤示波器的基本組成 圖4-25 雙蹤顯示方式 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-26 AB交替掃描方式第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-27數(shù)字存貯示波器的組成第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-28采樣方式第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-29正弦電壓測量 圖4-30 時(shí)間的測量 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-31 李沙育圖形第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-32 雙蹤示波法測量相位差圖4-33橢圓法測量相位差 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-34不同的相位差的李沙育圖形 第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-35調(diào)幅波測量第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 圖4-38 YB4320示波器第第四四章章 示波測試和測量技術(shù)示波測試和測量技術(shù) 采樣采樣方式實(shí)時(shí)采樣等效采樣采樣率100 MS/s10GSa/s平均值所有通道同時(shí)達(dá)到N次采樣后，N次數(shù)可在2、4、8、16、32、64和128之間選擇輸入輸入耦合直流、交流或接地（AC、DC、GND）輸入阻抗1M士2%