電子示波器的認(rèn)識及使用課程設(shè)計論文

1、此處為學(xué)校名字+校徽 電 子 測 量 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 論 文電 子 示 波 器 的 認(rèn) 識 及 使 用課程名稱： 姓 名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 提交日期： 目 錄引言41電子示波器的認(rèn)識41.1 電子示波器的產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn)狀41.2 電子示波器的用途42電子示波器的基本機構(gòu)組成42.1 示波管52.2 電子槍52.3 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)52.4 熒光屏62.5 X、Y軸電壓放大器和衰減器62.6 鋸齒波信號（掃描信號）發(fā)生器63 電子示波器的使用63.1 電子示波器的工作原理63.2 電子示波器的面板介紹73.3 電子示波器的測量方法10結(jié)束語：12參考文獻：12引言電子示波器簡稱示波器。它

2、是一種用熒光屏顯示電量隨時間變化過程的電子測量儀器。它能把人的肉眼無法觀察到的電信號轉(zhuǎn)換成人眼能夠看到的波形，具體顯示在熒光屏上，以便對電信號進行定性和定量觀察，其他非電物理量亦可經(jīng)轉(zhuǎn)換成為電量，使用示波器進行觀察，因此示波器是一種廣泛應(yīng)用的電子測量儀器，是測量電子電路工作情況的不可或缺的重要工具，它是普遍地應(yīng)用于國防、科研、學(xué)校以及工、農(nóng)、商業(yè)等各個領(lǐng)域。1電子示波器的認(rèn)識1.1 電子示波器的產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn)狀電子示波器的發(fā)展可溯源到19世紀(jì)末研制成的第一支冷陰極靜電偏轉(zhuǎn)電子射線示波器。20世紀(jì)40年代末，逐漸建立起專門生產(chǎn)示波器的廠家。幾十年來，示波器由電子管示波器發(fā)展到晶體管、集成電路的示波

3、器，由模擬電路發(fā)展到數(shù)字電路，由通用寬帶示波器發(fā)展到高速取樣示波器、記憶示波器、數(shù)字存儲示波器、邏輯示波器等多種類型示波器，它可還可與微型計算機連接組成智能測量系統(tǒng)。1.2 電子示波器的用途電子示波器是一種顯示波形的儀器。它不僅可以顯示電信號的波形（如交流電、心電、腦電、肌電等），通過適當(dāng)?shù)膿Q能裝置，也可以顯示非電信號的波形，如聲波、心率、體溫、血壓等隨時間變化的過程。信號的波形顯示出來之后，我們就可以很直觀地觀察分析它們的變化規(guī)律，并測量它們的相關(guān)參數(shù)。例如，從交流信號的波形圖上，可以很容易觀察到交流信號隨時間變化的規(guī)律，并且很容易從波形圖上測出它的電壓峰峰值（Vp-p）、周期（）、相位差（

4、）等參數(shù)。 2電子示波器的基本機構(gòu)組成電子示波器的規(guī)格和型號較多，但所有的示波器所具有的基本結(jié)構(gòu)都相同，大致可分為：示波管（又稱陰極射線管）、X軸放大器和Y軸放大器（含各自的衰減器）、鋸齒波發(fā)生器等，見圖1所示。圖1 電子示波器的基本結(jié)構(gòu)圖2.1 示波管示波管是電子示波器的核心部件，它在很大程度上決定了整機的性能。示波管是一種整個被密封在玻璃殼內(nèi)的大型真空電子器件，也叫陰極射線管。它主要包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分，這三部分全部被密封在高真空的玻璃外殼內(nèi)，如圖2所示。圖2 示波管結(jié)構(gòu)圖示波管的用途的將電信號轉(zhuǎn)變成光信號并在熒光屏上顯示。電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束，偏轉(zhuǎn)系

5、統(tǒng)由X方向和Y方向兩對偏轉(zhuǎn)板組成，它的作用是決定電子束怎樣偏轉(zhuǎn)，熒光屏的作用則是顯示偏轉(zhuǎn)電信號的波形。2.2 電子槍電子槍有燈絲、陰極、控制柵極、第一陽極和第二陽極共五部分組成。燈絲通電后加熱表面涂有氧化物的金屬圓筒（即陰極），使之發(fā)射電子?？刂茤艠O是一個套在陰極外面的金屬圓筒，其頂端有一小孔，它的電位比陰極低，對陰極發(fā)射出來的電子起減速作用，只有初速度較大的電子才可能穿過柵極頂端的小孔，進入加速區(qū)的陽極。因此控制柵極實際上起控制電子流密度的作用。調(diào)整示波器面板上的“亮度”旋紐，其實就是調(diào)節(jié)柵極電位改變飛出柵極的電子數(shù)目，飛出的電子數(shù)目越多，熒光屏上亮斑就越亮。從柵極飛出來的電子再經(jīng)過第一陽極

6、和第二陽極的加速與聚焦后打到熒光屏上形成一個明亮清晰的小圓點。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是由兩對相互垂直的電極板組成。電子束通過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)時，同時受到兩個相互垂直方向的電場的作用，熒光屏上小亮點的運動軌跡就是電子束在這兩個方向運動的疊加。2.3 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由水平偏轉(zhuǎn)板X和垂直偏轉(zhuǎn)板Y這兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成。垂直偏轉(zhuǎn)板Y在前，水平偏轉(zhuǎn)板X在后，如果僅在Y偏轉(zhuǎn)板間加電壓，則電子束將根據(jù)所形成的電場強弱與極性在垂直方向上運動。為了顯示電信號的波形，通常在水平偏轉(zhuǎn)板上加一線性鋸齒波掃描電壓Ux，改掃描電壓將Y方向所加信號電壓Uy作用的電子束在屏幕上按時間沿水平方向展開，形成一條“信號電壓時間”曲線，即信號波形。

7、水平偏轉(zhuǎn)板X板上所加鋸齒形電壓稱為“時基信號”或“掃描信號”。2.4 熒光屏在熒光屏的玻殼內(nèi)測涂上熒光粉，就形成了熒光屏，它不是導(dǎo)電體。當(dāng)電子束轟擊熒光屏光粉時，激發(fā)產(chǎn)生熒光形成亮點。不同成分的熒光粉，發(fā)光的顏色不盡相同，一般示波器選用人眼最為敏感的黃綠色。熒光粉從電子激發(fā)停止時的瞬間亮度下降到該亮度的10%所經(jīng)過的時間稱為余輝時間。熒光粉的成分不同，余輝時間也不同，為適應(yīng)不同的需要，將余輝時間分為長余輝（100ms1s）、中余輝（1100ms）和短余輝（10us10ms）等不同規(guī)格。普通示波器需采用中余輝示波管，而慢掃描示波器則采用長余輝示波管。2.5 X、Y軸電壓放大器和衰減器由于示波管本

8、身的X及Y偏轉(zhuǎn)板的靈敏度不高（約0.11mm/V），當(dāng)加在偏轉(zhuǎn)板上的信號電壓較小時，電子束不能發(fā)生足夠的偏轉(zhuǎn)，屏上的光點位移較小，不便觀測。這就需要預(yù)先將該小電壓通過電壓放大器進行放大。衰減器的作用是使過大的電壓信號衰減變小，以適應(yīng)軸放大器的要求，否則放大器不能正常工作，甚至受損。2.6 鋸齒波信號（掃描信號）發(fā)生器 鋸齒波信號發(fā)生器的作用就是產(chǎn)生周期性鋸齒波信號，如圖3。將鋸齒波信號加在X偏轉(zhuǎn)板上，可以證明，此時電子束打在熒光屏上的亮點將向一個方向作勻速直線運動。經(jīng)過一個周期后，熒光屏上的亮點又回到左側(cè)，重復(fù)運動。如果鋸齒波的頻率較大，由于熒光材料具有一定的余輝時間，在熒光屏上能看到一條水平

9、亮線。圖3 鋸齒波信號3 電子示波器的使用3.1 電子示波器的工作原理     電子示波器顯示信號波形的過程與繪圖的過程類似：白紙對應(yīng)熒光屏、畫筆對應(yīng)光點、控制畫筆作上下左右運動的手對應(yīng)控制光點上下左右運動的待測信號與掃描信號。所不同的是示波器顯示出來的波形僅僅是光點在待測信號與掃描信號的控制之下的運動軌跡，只要光點的運動速度足夠快，由于人眼的視覺暫留和熒光屏的余輝效應(yīng)，我們就可以看到光點的運動軌跡呈現(xiàn)為一完整的待測信號波形。      光點在豎直方向的運動。光點在豎直方向的運動受到待測信號的控制，待測信號的電壓瞬

10、時值越大，光點在豎直方向上的位移就越大。光點在豎直方向的位移的大小反映了待測信號電壓瞬時值的大小。      光點在水平方向的運動。光點在水平方向的運動受到由機器內(nèi)部產(chǎn)生的掃描信號的控制，其運動規(guī)律為：光點從熒光屏的最左端，接著開始第二次掃描，當(dāng)掃描速度足夠快時，我們看到的就是一條水平掃描線。因為掃描是勻速進行的，所以光點在水平方向上的位移可以反映時間的長短。      光點的合成運動。在待測信號和掃描信號的共同控制之下，光點的運動將是前述兩種運動的合成。只要保證光點在水平方向上的掃描運動與豎直方向上的運動同步，那

11、么光點的運動軌跡就穩(wěn)定地呈現(xiàn)出待測信號的波形。 3.2 電子示波器的面板介紹 電子示波器可以用來定性觀察信號的波形，也可以定量測量信號的周期（頻率），幅度，相位等參數(shù)。測量時應(yīng)是被測波形穩(wěn)定地顯示在熒光屏中央，現(xiàn)實的幅度一般不宜過大，以避免非線性失真造成的測量誤差，也不能過小，造成讀數(shù)的誤差，甚至影響同步。下面就以數(shù)字示波器為例來介紹。圖4 數(shù)字示波器面板表1 數(shù)字示波器面板功能說明編號名稱功能說明1LCD 顯示器TFT 彩色LCD顯示器具有320×234 的分辨率。2主菜單顯示鍵在顯示器上顯示或隱藏功能選單3開關(guān)/待機鍵按一次為開機(亮綠燈)，再按一次為待機狀態(tài)(亮紅燈)。4主要功

12、能鍵Acquire鍵為波形擷取模式。Display鍵為顯示模式的設(shè)定。Utility鍵為系統(tǒng)設(shè)定。用于Go-No Go測試， 打印，與Hardcopy鍵并用可作數(shù)據(jù)傳輸和校正。Program鍵與Auto test/Stop 鍵并用可用于程序設(shè)定，和播放。Cursor 鍵為水平與垂直設(shè)定的光標(biāo)。Measure 鍵用于自動測試。Help 鍵為操作輔助的說明。Save/Recall 鍵為儲存/讀取USB和內(nèi)部存儲器之間的圖像，波形和設(shè)定儲存。Auto Set 鍵為自動搜尋信號和設(shè)定。Run/Stop 鍵進行或停止瀏覽的信號。5垂直位置旋鈕調(diào)節(jié)波形在垂直方向的位置6CH1CH2菜單鍵開啟或關(guān)閉通道波形

13、顯示和垂直功能選單7波形Y軸靈敏度旋鈕調(diào)節(jié)波形在Y軸的電壓標(biāo)度8參數(shù)旋鈕調(diào)節(jié)參數(shù)和變換參數(shù)9水平位置旋鈕將波形往右(順時針旋轉(zhuǎn))移動或往左(反時針旋轉(zhuǎn))移動。10觸發(fā)水平設(shè)定觸發(fā)位置:順時針旋轉(zhuǎn)為增加刻度反時針旋轉(zhuǎn)為減少刻度。11觸發(fā)菜單鍵觸發(fā)信號的設(shè)定12水平菜單鍵水平瀏覽信號13時間刻度旋鈕設(shè)置水平方向時間刻度14外觸發(fā)輸入外觸發(fā)信號輸入端口15接地端16數(shù)學(xué)鍵根據(jù)信道的輸入信號執(zhí)行數(shù)學(xué)處理17信號輸入端口通道1：CH1，和通道2：CH218USB接口1.1/2.0兼容的USB接口，用于打印與數(shù)據(jù)存儲和讀取19主菜單顯示鍵在顯示器上顯示或隱藏功能選單20測試信號輸出輸出2Vpp的測試棒補償

14、信號。圖5 數(shù)字示波器顯示屏表2 數(shù)字示波器顯示說明編號名稱說明1波形圖中所括1、2、3、4為四個信道的信號波形Channel1: 琥珀色 Channel2: 藍色2電池狀態(tài)3遠程控制的連接狀態(tài)4顯示日期如圖：28-Apr06 00：24 5觸發(fā)狀態(tài)Auto（自動） Trig?（找不到觸發(fā)） Stop（停止觸發(fā)）6擷取狀態(tài)有三種：Normal(正常模式) Peak Detect(峰值偵測模式) Average(平均模式)7功能鍵屏幕上顯示的這些是通過F1-F5調(diào)節(jié)的8觸發(fā)水平指示9觸發(fā)頻率計數(shù)器如圖：所選擇信道輸入信號的頻率 CH1 <20Hz10觸發(fā)狀態(tài)如圖：EDGE11時間刻度如圖：

15、M250us12信道狀態(tài)如圖：CH1 ， 直流 ， 500mV ； CH2 , 表3簡要的按鍵使用方法說明擷取和光標(biāo)設(shè)置量測信號擷取模式AcquireF1F4 自動設(shè)定刻度 Auto Set 記憶長度AcquireF5 自動量測時間 MeasureF1F3（重復(fù)）水平光標(biāo)CursorF1F2 自動量測電壓 MeasureF1F3（重復(fù)） 垂直光標(biāo)CursorF1, F3 檢視量測結(jié)果 MeasureMeasure 顯示器系統(tǒng)設(shè)置固定波形Run/Stop遠程控制接口UtilityF2F1（重復(fù)）更新顯示畫面DisplayF3 顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù) UtilityF5F2 顯示網(wǎng)格線DisplayF5 選

16、擇語言 UtilityF4 F1F5 功能選單開關(guān) Menu ON/OFF 設(shè)定日期/時間UtilityF5F5F2F1 選擇vectors/dots 波形 DisplayF1 快速存到USB UtilityF1F1 Hardcopy 縮放水平畫面 HORIMENUF2F3 儲存圖像 Save/RecallF5F1F1F4 轉(zhuǎn)動水平畫面 HORIMENUF4 儲存設(shè)定 Save/RecallF3F1F4 檢視XY 模式 HORIMENUF5 儲存波形 Save/RecallF4F1F4 反轉(zhuǎn)波形 CH1/2/3/4F2 使用邊緣(Edge)觸發(fā)TriggerF1 （重復(fù)）F2F3F5F1F4

17、限制頻寬 CH1/2/3/4F3 加/減 MATHF1（重復(fù)）F2F4選擇耦合模式 CH1/2/3/4F1 選擇測棒衰減 CH1/2/3/4F4 3.3 電子示波器的測量方法 1、幅度和頻率的測量方法（以測試示波器的校準(zhǔn)信號為例）：（1）將示波器探頭插入通道1插孔，并將探頭上的衰減置于"1"檔； （2）將通道選擇置于CH1，耦合方式置于DC檔； （3）將探頭探針插入校準(zhǔn)信號源小孔內(nèi)，此時示波器屏幕出現(xiàn)光跡； （4）調(diào)節(jié)垂直旋鈕和水平旋鈕，使屏幕顯示的波形圖穩(wěn)定，并將垂直微調(diào)和水平微調(diào)置于校準(zhǔn)位置； （5）讀出波形圖在垂直方向所占格數(shù)，乘以垂直衰減旋鈕的指示數(shù)值，得到校準(zhǔn)信號

18、的幅度； （6）讀出波形每個周期在水平方向所占格數(shù)，乘以水平掃描旋鈕的指示數(shù)值，得到校準(zhǔn)信號的周期（周期的倒數(shù)為頻率）； （7）一般校準(zhǔn)信號的頻率為1kHz，幅度為0.5V，用以校準(zhǔn)示波器內(nèi)部掃描振蕩器頻率，如果不正常，應(yīng)調(diào)節(jié)示波器（內(nèi)部）相應(yīng)電位器，直至相符為止。 2、用示波器觀察電信號波形的使用步驟：（1）獲得基線：當(dāng)操作者在使用無使用說明書的示波器時，首先要獲得一條最細(xì)的水平基線，其具體方法如下：（1）預(yù)置面板各開關(guān)、旋鈕。亮度置適中，聚焦和輔助聚焦置適中，垂直輸入耦合置“AC'',垂直電壓量程選擇置”5mv/div“,垂直工作方式選擇置”CHl“,垂直靈敏度微調(diào)校準(zhǔn)位置

19、置”CAL“,垂直通道同步源選擇置中間位置，垂直位置置中間位置，A和B掃描時間因數(shù)一起預(yù)置在”0.5ms/div“,A掃描時間微調(diào)置校準(zhǔn)位置”CAL'',水平位移置中間位置，掃描工作方式置“A”,觸發(fā)同步方式置“AUTO”,斜率開關(guān)置“+”,觸發(fā)耦合開關(guān)置“AC'',觸發(fā)源選擇置”INT“.（2）按下電源開關(guān)，電源指示燈點亮。（3）調(diào)節(jié)A亮度聚焦等有關(guān)控制旋鈕，可出現(xiàn)纖細(xì)明亮的掃描基線，調(diào)節(jié)基線使其位置于屏幕中間與水平坐標(biāo)刻度基本重合。（4）調(diào)節(jié)軌跡平行度控制使基線與水平坐標(biāo)平行。（2）顯示信號：一般情況下，示波器本身均有一個0.5Vp-p標(biāo)準(zhǔn)方波信號輸出口，當(dāng)獲得基線后，即可將探頭接到此處，此時屏幕應(yīng)有一串方波信號，調(diào)節(jié)電壓量程和掃描時間因數(shù)旋鈕，方波的幅度和寬窄應(yīng)變化，至此說明示波器基本調(diào)整完畢可以投入使用。（3）測量信號：將測試線接在CHl或CH2輸入插座，測試探頭觸及測試點，即可在示波器上觀察到波形。如果波形幅度太大或太小，可調(diào)整電壓量程旋鈕；如果波形周期顯示不適合，可調(diào)整掃描速度旋鈕。（4）選擇Y軸耦合方式：根據(jù)被測信號頻率的高低，將Y軸輸入耦合方式選擇”AC-地-DC“開