第3章 示波測試技術(shù)

1、第三章第三章 示波測試技術(shù)示波測試技術(shù) 示波器是最常用電子測量儀器之一，它能借助陰極射線示波管CRT（Cathode Ray Tube）電子射線的偏轉(zhuǎn)，快速地將人們無法直接看到的電信號轉(zhuǎn)換成肉眼可直接觀察的波形，并顯示在示波器的屏幕上。通常用于觀測被測信號的波形，或用于測量被測信號的幅度、周期、頻率、相位、調(diào)制系數(shù)等，有時(shí)也用于間接觀測電路的有關(guān)參數(shù)及元器件的伏安特性，或者利用傳感器測量壓力、溫度、密度、聲、光、磁效應(yīng)等各種非電量。 3.1 概述1電子示波器的特點(diǎn) （1）具有良好的直觀性，可直接顯示信號波形，也可測量信號的瞬時(shí)值。（2）敏度高、工作頻帶寬、速度快、為觀測瞬變信號的細(xì)節(jié)帶來了很大

2、的便利。（3）輸入靈敏度高（兆歐級），對被測電路影響小。（4）是一種良好的信號比較器，可顯示和分析任意兩個(gè)量之間的函數(shù)關(guān)系。3.1.1 示波測試的特點(diǎn)及分類 2. 電子示波器的分類: （1）模擬示波器：通用示波器 多束示波器 取樣示波器 （2）數(shù)字示波器：數(shù)字存儲示波器 數(shù)字熒光示波器 （3）混合示波器 （4）特種示波器 3.1.2 示波測試的基本原理1示波管 示波管（又稱陰極射線管CRT）是示波器的心臟，其作用就是把電信號轉(zhuǎn)換為光信號而加以顯示。示波管主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三大部分組成，三大部分均封裝在密閉呈真空的玻璃殼內(nèi)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-1所示。 柵極 后加速陽極 （1）電子槍

3、電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。電子槍組成 1.燈絲F 2.陰極K 3.控制柵極G 4.第一陽極A1 5.第二陽極A2 6.后加速陽極A3（2）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用是使電子束（光點(diǎn)）產(chǎn)生在垂直和水平方向上的位移。 線性偏轉(zhuǎn)特性線性偏轉(zhuǎn)特性 ：偏轉(zhuǎn)的距離分別與加在偏 轉(zhuǎn)板上的電壓大小成正比。X偏轉(zhuǎn)板上 加掃描電壓（通常為鋸齒波），Y偏轉(zhuǎn)板上 加被測信號電壓。掃描電壓是與時(shí)間成正比的鋸齒波，因此電子束在水平方向上偏轉(zhuǎn)的距離與時(shí)間成正比。 兩個(gè)概念：兩個(gè)概念：偏轉(zhuǎn)因數(shù)偏轉(zhuǎn)因數(shù)（V/cm 或 V/div）表示亮點(diǎn)在熒光屏垂直方向上移動(dòng)1cm或1div（1格，一般為1cm或0.8cm）所

4、需的電壓。改變偏轉(zhuǎn)因數(shù)的值可以改變被測電壓加到示波管Y偏轉(zhuǎn)板上電壓大小，從而改變顯示波形的顯示幅度。 偏轉(zhuǎn)因數(shù)（V/div）的倒數(shù)稱為 偏轉(zhuǎn)靈敏度偏轉(zhuǎn)靈敏度 （div/V），數(shù)值越小，靈敏度越高。時(shí)基因數(shù)時(shí)基因數(shù)（t/div）表示亮點(diǎn)在熒光屏水平方向上移動(dòng)1cm或1div所需的時(shí)間。改變時(shí)基因數(shù)可以改變加在示波管X偏轉(zhuǎn)板上掃描電壓的大小，從而改變顯示波形的寬度。 時(shí)基因數(shù)的單位為 “ t/cm ”或“ t/div ”， t 為 “ s ”、“ ms ” 或 “s ” 。 時(shí)基因數(shù)的倒數(shù)稱為 “ 掃描速度掃描速度 ” ， 單位為“ cm/s ” “ div/s ” 。（3）熒光屏：示波器顯示部分

5、余輝時(shí)間:電子停止轟擊后發(fā)光強(qiáng)度下降至初始光強(qiáng)度的10% 。短余輝（小于1ms）中余輝（1ms2ms）長余輝（大于2s，甚至可達(dá)幾分鐘或更長）通用示波器采用中余輝示波管； 高頻示波器采用短余輝示波管； 超低頻示波器采用長余輝示波管。2. 波形顯示原理（1）顯示隨時(shí)間變化的波形：逐點(diǎn)描述 0 3 2 1 4 4 3 2 1 0 0 Vx t t Vy 屏幕顯示 被測信號 Vy 掃描信號 Vx 在示波管中，電子束同時(shí)受x和y兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板的作用，若y偏轉(zhuǎn)板上加正弦波信號電壓uy=Uymsint ，x偏轉(zhuǎn)板上加鋸齒波電壓ux=kt ，且Tx=Ty，則電子束在兩個(gè)電壓的同時(shí)作用下，在水平方向上和垂直方向上

6、同時(shí)產(chǎn)生位移，熒光屏上將顯示出被測信號隨時(shí)間變化的一個(gè)周期的波形曲線。若兩偏轉(zhuǎn)板的信號都為正弦波且初相相同，可在熒光屏上顯示一條與水平軸呈45角的直線，若兩個(gè)信號的初相為90，則在熒光屏上顯示出一個(gè)正橢圓，若x和y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則顯示一個(gè)正圓形。示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形稱李沙育圖形，這種圖形在相位和頻率測量中常常會用到。如圖3-3(a) 所示為不同初相時(shí)的李沙育波形。（2）顯示任意兩個(gè)變量X與Y的關(guān)系(c)(b)若給雙通道示波器CH1和CH2輸入成倍數(shù)關(guān)系的頻率信號，如兩通道信號頻率比為CH1：CH2為1:1、1:2、1:3或2:3時(shí)，所呈現(xiàn)的李沙育波形是不同的。如圖(

7、b)、(c)所示為CH1：CH2 =1:1時(shí)，即 fy / fx=1/1， fy / fx = 2/1及3/1，3/2時(shí)的李沙育圖形。3）掃描的概念 若在示波管X偏轉(zhuǎn)板上加上如圖3-4所示的鋸齒波掃描電壓，則電子束就沿水平方向偏轉(zhuǎn)，熒光屏就顯示出一條水平掃描線；此時(shí)，在Y偏轉(zhuǎn)板上加上被測電壓信號，電子束就受到兩個(gè)互相垂直的電場力的作用，向合力方向偏轉(zhuǎn)，描繪出波形。 圖中TS為掃描正程時(shí)間，在此期間電子束產(chǎn)生自左至右的移動(dòng)，稱為“掃描正程”；Tb為掃描逆程時(shí)間，在此期間電子束產(chǎn)生自右至左的移動(dòng)，稱為“掃描逆程”或“掃描回程”；Tw為掃描休止時(shí)間。當(dāng)掃描逆程時(shí)間和掃描休止時(shí)間均為0時(shí)，掃描電壓為理

8、想掃描電壓。wbsXTTTTTs 為掃描正程時(shí)間，在此期間電子束產(chǎn)生左 至右的移動(dòng)，稱為 “ 掃描正程 ” ； Tb 為掃描逆程時(shí)間，在此期間電子束產(chǎn)生自 右至左的移動(dòng)，稱為 “ 掃描逆程 ” 或 “ 掃描回程 ” ；Tw 為掃描休止時(shí)間；Tx 為掃描信號周期；Ty 為被測信號周期。當(dāng)掃描逆程時(shí)間和掃描休止時(shí)間均為0時(shí)，掃描電壓為理想掃描電壓。關(guān)于回掃線問題：4 4） 連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描：為了使熒光屏上獲得穩(wěn)定的圖像，水平系統(tǒng)還必須能夠選擇適當(dāng)?shù)倪B續(xù)同步或觸發(fā)信號，以產(chǎn)生穩(wěn)定的線形掃描電壓。在示波器中，掃描通常分兩種形式即連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描。 在示波器中，掃描通常分連續(xù)掃描和

9、觸發(fā)掃描兩種形式。示波管除供電部分外，再加上掃描電壓發(fā)生部分和輸入電壓變換部分則構(gòu)成示波器。示波器通常采用電平觸發(fā)的方法提取被測信號的周期信息，從而實(shí)現(xiàn)掃描電壓與被測信號的同步，這個(gè)過程稱為觸發(fā)同步，在這種狀態(tài)下的掃描稱為觸發(fā)掃描，是示波器優(yōu)先采用的掃描方式。觸發(fā)掃描時(shí)鋸齒波可以是連續(xù)狀態(tài)，也可以是間歇狀態(tài)。掃描信號是在觸發(fā)脈沖作用下產(chǎn)生的，兩者應(yīng)是同步的。要注意選擇掃描時(shí)基因數(shù)，使顯示的波形易于觀測，通常在屏幕上以能顯示15個(gè)被測信號的周期為宜。 有時(shí)，掃描電壓是在自激狀態(tài)下產(chǎn)生的，這種狀態(tài)下的掃描稱為連續(xù)掃描。連續(xù)掃描是在示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上加上不間斷的連續(xù)的鋸齒波，無論有無被測信號，掃描

10、總是連續(xù)進(jìn)行。 要想在熒光屏上得到穩(wěn)定不動(dòng)的波形，必須使被測信號頻率與掃描鋸齒波頻率保持整數(shù)倍關(guān)系，且采用連續(xù)掃描時(shí)只適宜于觀測連續(xù)的信號,若用于觀測占空比較大的窄脈沖信號就會出現(xiàn)問題。如圖3-7所示。脈沖信號的分析主要有以下幾個(gè)指標(biāo)：上升時(shí)間、下降時(shí)間、脈寬、幅度、上沖、反沖等等。 當(dāng)掃描頻率與窄脈沖的重復(fù)頻率相等時(shí)，顯示的脈沖很窄。a圖為被測的窄脈沖信號，b圖為采用低速的連續(xù)掃描信號，c圖為采用高速的連續(xù)掃描信號，掃描周期分別為T=Ty和T=，b圖中波形水平方向被壓縮，在示波器屏幕上很難看清波形的細(xì)節(jié)，無法分析脈沖信號的各個(gè)參數(shù)。為了將脈沖信號展開顯示需提高掃描速度，這里只有提高掃描頻率，

11、如c圖所示。 但高速掃描很多周期內(nèi)掃不到信號，如圖中除2和11號掃描出脈沖波形外，其余的3、4、510周期此時(shí)只掃出時(shí)基線，稱空掃。因此 c圖的波形雖然展開但波形非常暗淡而時(shí)間基線卻很明亮，不僅觀察困難，而且同步也難。d圖所示采用觸發(fā)掃描，同時(shí)選擇掃描電壓的持續(xù)時(shí)間等于或稍大于脈沖底寬，在屏幕上就會看到幾乎布滿整個(gè)橫軸、明亮清晰的信號波形而不顯示出時(shí)基線，可以對脈沖信號的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行測量，因此采用連續(xù)掃描觀測窄脈沖信號是不太適宜觀測窄脈沖信號。應(yīng)該在有被測信號輸入時(shí)才掃描，這就是觸發(fā)掃描。觸發(fā)掃描又稱等待掃描，其特點(diǎn)是每次掃描均由被測信號觸發(fā)啟動(dòng)。當(dāng)信號來到時(shí)，示波器進(jìn)行一次掃描，信號過去后，

12、掃描也就停止，等待下一次信號的到來。3.1.3 示波器的主要技術(shù)指標(biāo)1頻帶寬度BW和上升時(shí)間tr 當(dāng)示波器輸入不同頻率的等幅正弦信號時(shí)，屏幕上對應(yīng)于基準(zhǔn)頻率f的顯示幅度隨頻率下跌3dB時(shí)的上限頻率與下限頻率之間的寬度，即。一般來說示波器頻帶寬度均為Y通道的頻帶寬度，現(xiàn)代示波器的一般延伸至0Hz，因此，頻帶寬度可用上限頻率來表示。通常要求 (為被測信號最高頻率)。 上升時(shí)間用于表示在輸入脈沖等瞬變信號時(shí)示波器Y通道的過渡特性（瞬態(tài)響應(yīng)特性），即在Y通道輸入端加一個(gè)理想的脈沖信號，顯示波形從穩(wěn)定幅度的10%上升到90%所需的時(shí)間，它間接反映了示波器Y通道能否跟得上輸入信號變化的性能，上升時(shí)間越短，

13、性能越好。2掃描時(shí)基因數(shù) 掃描時(shí)基因數(shù)是用來描述時(shí)間基線的刻度特性。它表示亮點(diǎn)沿x軸方向移動(dòng)單位長度所需的時(shí)間，單位為“t/cm”或“t/div”，時(shí)間t可取s、ms或s。時(shí)基因數(shù)的倒數(shù)稱為掃描速度，掃描速度越快，示波器顯示出的波形越寬，反之越窄。3垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù) 指信號反饋至y輸入端，在無衰減情況下，亮點(diǎn)在屏幕上y方向偏轉(zhuǎn)單位長度所需電壓的峰-峰值。單位為VP-P/div或VP-P/cm。4輸入阻抗輸入阻抗Zi Y通道的輸入阻抗包括輸入電阻Rin和輸入電容Cin。在觀測信號波形時(shí)，Rin越大，Cin越小，對被測電路的影響就越小。示波器輸入阻抗Zi，即對于被測電路來說的等效負(fù)載，一般可等效為輸入

14、電阻Rin和輸入電容Cin并聯(lián)。一般Ri=（15%）M，則隨頻帶寬度的增加而減小，一般Ci在35pF左右或以下。5輸入方式輸入方式 示波器輸入方式即輸入耦合方式，一般有直流（DC，即直接耦合）、交流（AC）和接地（GND）三種耦合方式。直流耦合可以將輸入信號中的交、直流成分等都加到示波器上加以顯示。交流耦合可隔離被測信號中的直流及慢變化分量，抑制工頻干擾，便于測量高頻及交流瞬變信號。接地耦合將示波器Y通道輸入短路，通常在測量直流電壓時(shí)，為確定零電平位置而選用。變換交流耦合和直流耦合，可以測出交流信號中直流成分的大小。6觸發(fā)源選擇方式 觸發(fā)源指用于提供產(chǎn)生掃描電壓的同步信號來源，一般有內(nèi)觸發(fā)(I

15、NT，雙蹤示波器又有CH1、CH2之分。)、外觸發(fā)(EXT)和線觸發(fā)（LINE）三種方式。內(nèi)觸發(fā)指由被測信號來產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。外觸發(fā)指由外部電路提供的信號來產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。線觸發(fā)又稱為電源觸發(fā)，指利用示波器內(nèi)部的工頻電源來產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。 3.2 模擬示波器的基本組成通用示波器基本組成示波器組成：示波器組成：（1）X通道（水平系統(tǒng)）（2）Y通道（垂直系統(tǒng)） （3）主機(jī)部分 (Z軸系統(tǒng) ) X 通道主要作用是：在內(nèi)觸發(fā)信號的作用下，輸出大小合適、極性相反的雙端對稱掃描電壓，以驅(qū)動(dòng)電子束進(jìn)行水平掃描。 X通道組成 觸發(fā)電路 掃描電路 X放大器Y Y 通道通道（垂直系統(tǒng)）主要作用是：對單端輸入

16、的被測信號進(jìn)行變換，處理成為大小合適極性相反的雙端對稱輸出信號加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，使電子束在垂直方向上產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。 Y通道組成 衰減器 前置放大器 延遲級 輸出放大器主機(jī)部分主機(jī)部分 ：主機(jī)部分主要包括 標(biāo)準(zhǔn)信號源 增輝電路 電源 示波管增輝電路的主要作用是：在掃描正程使波形增輝，而在掃描逆程、掃描休止期使回掃線和休止線消隱；或在外加輸入信號作用下，對顯示的波形進(jìn)行亮度調(diào)制。3.2.2 示波器的通道Y 通道主要作用：（1）對輸入的被測信號進(jìn)行處理變換，成為 大小合適的雙極性對稱信號，使顯示的 波形適于觀測；（2）向X通道提供內(nèi)觸發(fā)信號源；（3）補(bǔ)償X通道的時(shí)間延遲，以觀測到諸如脈 沖等信號的完整波形

17、。 Y 通道組成： 輸入電路 前置放大器 延遲級 后置放大器（1）輸入電路主要包括： 探極 耦合方式轉(zhuǎn)換開關(guān) 衰減器 阻抗變換及倒相放大器探極探極： 有源探極 無源探極（常用）高頻特性良好、抗干擾能力強(qiáng)、高輸入阻抗（10M ，十幾pF )。探極中通常設(shè)置有衰減器。有源探極具有良好的高頻特性，衰減比為1:1，適于測試高頻小信號,但需要示波器提供專用電源，應(yīng)用較少。無源探極則被廣泛應(yīng)用，衰減比（輸入:輸出）分別為1:1、10:1 和 100:1 三種，普遍使用前兩種（后者用于高頻測量）。耦合方式選擇開關(guān): DC、AC、GND 衰減器： 阻容步進(jìn)衰減器 2C iu ou 1R 2R 1C C2i01

18、212阻抗變換及倒相放大器： 單端輸入轉(zhuǎn)雙端輸出： 克服放大器零點(diǎn)漂移的影響， 提高了放大器輸入阻抗， 隔離前后級的影響， 滿足了Y偏轉(zhuǎn)板對稱信號輸入的要求 。（2）Y軸放大器 Y軸放大器分前置放大器和后置放大器兩種。前置放大器的作用是：放大、補(bǔ)償。對前級輸出信號進(jìn)行放大，補(bǔ)償延遲級對信號的衰減損耗；為X通道的觸發(fā)電路提供大小合適的內(nèi)觸發(fā)信號，以得到穩(wěn)定可靠的內(nèi)觸發(fā)脈沖。與前置放大器有關(guān)的開關(guān)旋鈕有：“倒相”開關(guān)、垂直“移位”旋鈕?！暗瓜唷遍_關(guān)通過對稱地改變加在前置放大器的雙端輸入信號的極性使顯示波形倒置；“移位”旋鈕通過調(diào)節(jié)同軸雙聯(lián)電位器對稱地反向調(diào)節(jié)前置放大器雙端輸出信號中的直流成分而使波

19、形垂直移位。后置放大器是y通道中的主放大器，也稱Y輸出放大器，一般采用推挽式放大器電路。電路中采用一定的補(bǔ)償電路和較強(qiáng)的負(fù)反饋，其作用是對延遲線輸出的信號放大到足夠的幅度，從而使電子束在垂直方向上產(chǎn)生足夠大的偏轉(zhuǎn)，便于觀測微弱信號。后置放大器應(yīng)在帶寬滿足要求的前提下，有足夠的增益和動(dòng)態(tài)范圍、小的諧波失真，以使熒光屏能不失真地重現(xiàn)被測信號。在后置放大器中一般設(shè)有垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)“5”或“10”擴(kuò)展功能，把放大器的放大量提高5或10倍，這對于觀測微弱的信號或仔細(xì)觀察波形某個(gè)局部的細(xì)節(jié)是很方便的。(3）延遲級 a) 被測信號b) 觸發(fā)脈沖c) 掃描電壓d) 被測信號 延遲前后延遲前延遲后簡述示波器簡述示

20、波器Y通道內(nèi)采用延遲線的原因通道內(nèi)采用延遲線的原因被測信號從被測信號從Y系統(tǒng)輸入，經(jīng)過前置放大器和延遲級電路送往系統(tǒng)輸入，經(jīng)過前置放大器和延遲級電路送往Y偏轉(zhuǎn)板。其中從前置放大器輸出一路被測信號至偏轉(zhuǎn)板。其中從前置放大器輸出一路被測信號至X系統(tǒng)的系統(tǒng)的觸發(fā)電路作為內(nèi)觸發(fā)信號。只有當(dāng)被測信號達(dá)到觸發(fā)電路的觸發(fā)電路作為內(nèi)觸發(fā)信號。只有當(dāng)被測信號達(dá)到觸發(fā)電路的觸發(fā)電平時(shí)，觸發(fā)電路才能產(chǎn)生觸發(fā)脈沖并激勵(lì)掃描電路形觸發(fā)電平時(shí)，觸發(fā)電路才能產(chǎn)生觸發(fā)脈沖并激勵(lì)掃描電路形成掃描電壓。成掃描電壓。被測信號從被測信號從0開始上升到一定的觸發(fā)電平需要開始上升到一定的觸發(fā)電平需要經(jīng)歷一定的時(shí)間，這表明掃描電壓比被測信

21、號晚出現(xiàn)一段時(shí)經(jīng)歷一定的時(shí)間，這表明掃描電壓比被測信號晚出現(xiàn)一段時(shí)間到達(dá)偏轉(zhuǎn)板，從而使被測信號的前沿?zé)o法完整顯示。為了間到達(dá)偏轉(zhuǎn)板，從而使被測信號的前沿?zé)o法完整顯示。為了完整顯示被測信號波形，在完整顯示被測信號波形，在Y通道中設(shè)置延遲級電路，對被通道中設(shè)置延遲級電路，對被測信號進(jìn)行延時(shí)測信號進(jìn)行延時(shí),使之晚一點(diǎn)到達(dá)使之晚一點(diǎn)到達(dá)Y偏轉(zhuǎn)板，延遲時(shí)間一般為偏轉(zhuǎn)板，延遲時(shí)間一般為60200ns常在常在100ns左右。而內(nèi)觸發(fā)信號并不延遲，正常產(chǎn)左右。而內(nèi)觸發(fā)信號并不延遲，正常產(chǎn)生掃描信號。生掃描信號。3.2.3 示波器的水平通道X X 通道的主要作用是：通道的主要作用是：1.1.產(chǎn)生符合要求的掃描電

22、壓，并將單端信號產(chǎn)生符合要求的掃描電壓，并將單端信號 轉(zhuǎn)換成對稱的雙端信號送轉(zhuǎn)換成對稱的雙端信號送X X偏轉(zhuǎn)板；偏轉(zhuǎn)板；2.2.給示波管提供增輝、消隱脈沖；給示波管提供增輝、消隱脈沖；3.3.提供雙蹤示波器斷續(xù)、交替顯示時(shí)提供雙蹤示波器斷續(xù)、交替顯示時(shí) 的控制信號。的控制信號。X通道組成框圖示波器的水平通道又稱X通道或X軸系統(tǒng) 。X通道的主要作用首先是產(chǎn)生隨時(shí)間線性變化的鋸齒形掃描電壓，使波形在水平方向上線性偏移，形成時(shí)間基線；為使屏幕上能穩(wěn)定真實(shí)地顯示隨時(shí)間變化的波形，要能夠選擇適當(dāng)?shù)挠|發(fā)或同步信號；為清晰地顯示波形，還要為示波管提供增輝、消隱脈沖，控制示波器的Z軸電路；還要為雙蹤示波器提供

23、交替顯示時(shí)的控制信號。 X X 通道組成通道組成 觸發(fā)電路觸發(fā)電路 掃描電路（時(shí)基電路或掃描環(huán)）掃描電路（時(shí)基電路或掃描環(huán)） X放大器放大器1. 觸發(fā)電路觸發(fā)電路 組成組成: 觸發(fā)源選擇觸發(fā)源選擇(內(nèi)內(nèi),外外,電源電源)S1 耦合方式選擇開關(guān)耦合方式選擇開關(guān)S2 觸發(fā)電平斜率選擇器觸發(fā)電平斜率選擇器 放大整形電路放大整形電路觸發(fā)電路組成框圖觸發(fā)電路組成框圖（1 1）觸發(fā)源）觸發(fā)源 : : 內(nèi)觸發(fā)內(nèi)觸發(fā) 外觸發(fā)外觸發(fā) 線觸發(fā)線觸發(fā)(電源觸發(fā)電源觸發(fā)) 雙蹤示波器內(nèi)觸發(fā)源又分為雙蹤示波器內(nèi)觸發(fā)源又分為CH1、CH2。（2 2）觸發(fā)耦合方式）觸發(fā)耦合方式: : DC DC直接耦合直接耦合：常用于外觸

24、發(fā)或連續(xù)掃描方式；：常用于外觸發(fā)或連續(xù)掃描方式； ACAC耦合耦合：常用的方式，適于低頻到高頻信號的觸發(fā)；：常用的方式，適于低頻到高頻信號的觸發(fā)； ACAC（H H）低頻抑制耦合）低頻抑制耦合：有利于抑制低頻干擾：有利于抑制低頻干擾 （如工頻干擾）；（如工頻干擾）； HFHF高頻耦合：高頻耦合：耦合電容較小，適于耦合電容較小，適于5MHz以上信號以上信號 的觀測。的觀測。（3 3）掃描觸發(fā)方式選擇）掃描觸發(fā)方式選擇 : 常態(tài)、自動(dòng)、電視等。常態(tài)觸發(fā)即觸發(fā)掃描，是示波器優(yōu)先采用的掃描方式。常態(tài)觸發(fā)即觸發(fā)掃描，是示波器優(yōu)先采用的掃描方式。只有在有觸發(fā)信號時(shí)，掃描電路才產(chǎn)生掃描信號，無只有在有觸發(fā)信

25、號時(shí)，掃描電路才產(chǎn)生掃描信號，無觸發(fā)信號時(shí)，不產(chǎn)生掃描信號，熒光屏上無亮點(diǎn)。該觸發(fā)信號時(shí)，不產(chǎn)生掃描信號，熒光屏上無亮點(diǎn)。該方式適于觀測脈沖等的信號。方式適于觀測脈沖等的信號。 （4 4）觸發(fā)電平及斜率選擇器）觸發(fā)電平及斜率選擇器用于選擇合適穩(wěn)定的觸發(fā)點(diǎn)。用于選擇合適穩(wěn)定的觸發(fā)點(diǎn)。觸發(fā)電平有觸發(fā)電平有正電平正電平、負(fù)電負(fù)電平平 和和 零電平零電平 。觸發(fā)斜率即觸發(fā)極性，位于上升沿的稱為正極性觸觸發(fā)斜率即觸發(fā)極性，位于上升沿的稱為正極性觸發(fā)，位于下降沿的稱為負(fù)極性觸發(fā)。（發(fā)，位于下降沿的稱為負(fù)極性觸發(fā)。（P57）（5 5）放大整形電路）放大整形電路放大整形電路的作用是對前級輸出信號進(jìn)放大整形電路

26、的作用是對前級輸出信號進(jìn)行處理，產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的觸發(fā)脈沖。該觸行處理，產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的觸發(fā)脈沖。該觸發(fā)脈沖與被測信號的某一相位點(diǎn)保持固定發(fā)脈沖與被測信號的某一相位點(diǎn)保持固定關(guān)系（即觸發(fā)脈沖與被測信號同步），掃關(guān)系（即觸發(fā)脈沖與被測信號同步），掃描電路在觸發(fā)脈沖的作用下產(chǎn)生與被測信描電路在觸發(fā)脈沖的作用下產(chǎn)生與被測信號同步的掃描電壓，得到穩(wěn)定的波形。號同步的掃描電壓，得到穩(wěn)定的波形。 2. 掃描電路信號發(fā)生器掃描電路信號發(fā)生器掃描電路掃描電路(又稱時(shí)基電路或掃描環(huán)又稱時(shí)基電路或掃描環(huán))掃描電路作用：掃描電路作用： 1. 產(chǎn)生符合要求的掃描電壓；產(chǎn)生符合要求的掃描電壓； 2. 為為Z通道提供增輝、消隱

27、脈沖；通道提供增輝、消隱脈沖； 3. 為雙蹤示波器電子開關(guān)提供交替為雙蹤示波器電子開關(guān)提供交替 顯示的控制信號。顯示的控制信號。掃描電路組成掃描電路組成: 1. 時(shí)基閘門電路（又稱為掃描門）；時(shí)基閘門電路（又稱為掃描門）； 2. 掃描電壓發(fā)生器；掃描電壓發(fā)生器； 3. 電壓比較器；電壓比較器； 4. 釋抑電路。釋抑電路。時(shí)基閘門電路是一個(gè)施密特觸發(fā)器。時(shí)基閘門電路是一個(gè)施密特觸發(fā)器。作用：在作用：在 觸發(fā)脈沖作用下觸發(fā)脈沖作用下 或在或在 自激狀態(tài)下自激狀態(tài)下 產(chǎn)生閘產(chǎn)生閘門脈沖。閘門脈沖是掃描電壓發(fā)生器的控制信號；門脈沖。閘門脈沖是掃描電壓發(fā)生器的控制信號；另外，閘門脈沖還通過射隨器加到另外

28、，閘門脈沖還通過射隨器加到Z Z通道去實(shí)現(xiàn)增輝通道去實(shí)現(xiàn)增輝消隱，還可以作為雙蹤示波器交替、斷續(xù)顯示的控制消隱，還可以作為雙蹤示波器交替、斷續(xù)顯示的控制信號。信號。（1）時(shí)基閘門電路）時(shí)基閘門電路示波器連續(xù)掃描狀態(tài)示波器連續(xù)掃描狀態(tài)：當(dāng)無信號或觸發(fā)脈沖超過自動(dòng)電路（暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）當(dāng)無信號或觸發(fā)脈沖超過自動(dòng)電路（暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）的暫穩(wěn)維持時(shí)間時(shí)，自動(dòng)電路由暫穩(wěn)態(tài)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)輸出的暫穩(wěn)維持時(shí)間時(shí)，自動(dòng)電路由暫穩(wěn)態(tài)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)輸出低電平，二極管導(dǎo)通，時(shí)基閘門電路輸入信號電平降低電平，二極管導(dǎo)通，時(shí)基閘門電路輸入信號電平降低，時(shí)基閘門電路工作在自激狀態(tài)下。低，時(shí)基閘門電路工作在自激狀態(tài)下。示波器觸發(fā)掃描狀態(tài)示波

29、器觸發(fā)掃描狀態(tài)：當(dāng)有觸發(fā)脈沖時(shí)，自動(dòng)電路由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)輸當(dāng)有觸發(fā)脈沖時(shí)，自動(dòng)電路由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)輸出高電平，二極管截止，自動(dòng)電路斷開與其它電路出高電平，二極管截止，自動(dòng)電路斷開與其它電路的連接，時(shí)基閘門電路輸入信號電平抬升，時(shí)基閘的連接，時(shí)基閘門電路輸入信號電平抬升，時(shí)基閘門電路工作在觸發(fā)狀態(tài)下門電路工作在觸發(fā)狀態(tài)下 。 是一個(gè)密勒積分器，它是一個(gè)密勒積分器，它具有輸入阻抗高、線性具有輸入阻抗高、線性好的特點(diǎn)。時(shí)基閘門電好的特點(diǎn)。時(shí)基閘門電路輸出的閘門脈沖控制路輸出的閘門脈沖控制開關(guān)開關(guān)S的斷開與閉合。的斷開與閉合。當(dāng)當(dāng)S斷開時(shí)，積分器開斷開時(shí)，積分器開始積分，產(chǎn)生掃描正程始積分，產(chǎn)生掃描正

30、程電壓。電壓。（2 2）掃描電壓發(fā)生器）掃描電壓發(fā)生器改變積分電阻改變積分電阻R、積分電容、積分電容C的值，就改變的值，就改變了掃描電壓正程電壓斜率，意即改變了掃了掃描電壓正程電壓斜率，意即改變了掃描速度描速度 。tRCEdtERCUt0s)(1（3 3）電壓比較器）電壓比較器將掃描電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。掃描電壓高于參考將掃描電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。掃描電壓高于參考電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號經(jīng)釋抑電路電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號經(jīng)釋抑電路送至?xí)r基閘門電路，以結(jié)束閘門脈沖，從而閉合掃描送至?xí)r基閘門電路，以結(jié)束閘門脈沖，從而閉合掃描電壓發(fā)生器的開關(guān)電壓發(fā)生器的開關(guān)S，產(chǎn)生掃描逆

31、程。，產(chǎn)生掃描逆程。 （4 4）釋抑電路）釋抑電路為了獲得穩(wěn)定的波形，每次掃描必須在同一起始電為了獲得穩(wěn)定的波形，每次掃描必須在同一起始電平上開始，即每次掃描水平方向上的起始點(diǎn)都相同。平上開始，即每次掃描水平方向上的起始點(diǎn)都相同。當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，掃描電壓對釋抑電容充電；當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，掃描電壓對釋抑電容充電；當(dāng)二極管截止時(shí)，釋抑電容放電，其放電速度很慢。當(dāng)二極管截止時(shí)，釋抑電容放電，其放電速度很慢。使掃描發(fā)生器不能在釋抑電容放完電之前產(chǎn)生掃描信使掃描發(fā)生器不能在釋抑電容放完電之前產(chǎn)生掃描信號。從而保證每次掃描水平方向上的起始點(diǎn)都相同。號。從而保證每次掃描水平方向上的起始點(diǎn)都相同。3. X3.

32、X放大器放大器X軸放大器的基本作用是放大掃描電壓，將軸放大器的基本作用是放大掃描電壓，將單端輸入的信號進(jìn)行放大轉(zhuǎn)換成為大小合單端輸入的信號進(jìn)行放大轉(zhuǎn)換成為大小合適的雙端輸出信號加在適的雙端輸出信號加在X偏轉(zhuǎn)板上，使電子偏轉(zhuǎn)板上，使電子束在水平方向上能達(dá)到偏轉(zhuǎn)，得到合適的束在水平方向上能達(dá)到偏轉(zhuǎn)，得到合適的波形。還兼有提高和擴(kuò)展掃描速度、水平波形。還兼有提高和擴(kuò)展掃描速度、水平位移、尋跡等作用。從工作原理上說位移、尋跡等作用。從工作原理上說X軸放軸放大器與大器與Y軸放大器類似，一般采用寬帶多級軸放大器類似，一般采用寬帶多級直接耦合放大器。直接耦合放大器。4主機(jī)部分 主機(jī)部分主要包括低壓直流電源、

33、高頻高壓電源、校準(zhǔn)信號發(fā)生器、增輝電路、示波管等部分。主機(jī)的作用是通過示波管顯示圖像，供給示波管和其它電路所需要的電壓。3.2.4 示波器的多波形顯示1多線顯示 多線示波器采用多線示波管。多線示波管內(nèi)裝有多個(gè)（一般有兩個(gè)）電子槍，每個(gè)電子槍能同時(shí)發(fā)出一束電子束，并有兩套X、Y偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。其中兩對X偏轉(zhuǎn)板往往采用相同的掃描電壓，但兩個(gè)Y通道通常接入不同的測量信號，并有可單獨(dú)調(diào)整靈敏度、位移、輝度等開關(guān)或旋鈕。因?yàn)樗膬蓚€(gè)Y通道是相互獨(dú)立的，故可消除通道之間的干擾現(xiàn)象。多線示波器除了觀測周期性信號外，還可以觀測同一瞬間出現(xiàn)的兩個(gè)瞬變信號，且顯示的圖像清晰、無間斷現(xiàn)象。多線示波器工藝要求高，成本高，制

34、造困難，價(jià)格較貴，所以應(yīng)用受到限制。2多蹤顯示 多蹤示波器采用單束示波管制成的多蹤示波器。單束示波管內(nèi)只有一個(gè)電子槍，示波管內(nèi)只有一套Y偏轉(zhuǎn)板，但具有多個(gè)Y通道。多蹤示波器是通過在Y通道上增設(shè)的電子開關(guān)來高速控制幾個(gè)被測信號輪流地接入Y偏轉(zhuǎn)板而在熒光屏上顯示出多個(gè)波形的，即采用了時(shí)分復(fù)用技術(shù)，這一技術(shù)充分利用了電子開關(guān)的高速轉(zhuǎn)換特性和人眼的視覺惰性。比較常用的是雙蹤示波器，即能夠顯示兩個(gè)波形的多蹤示波器。（1） YA通道YB通道單獨(dú)工作方式 若轉(zhuǎn)換開關(guān)使K1、恒接通，K2恒斷開，即切斷了YB通道，YA通道工作，此時(shí)雙蹤示波器與單蹤示波器工作方式一樣。交換K1、K2的狀態(tài)，也可使示波器工作在YB

35、狀態(tài)。（2） A通道B通道代數(shù)和工作方式 如果把K1、K2恒接通，則YA、YB兩個(gè)通道的信號同時(shí)進(jìn)入偏轉(zhuǎn)板，信號進(jìn)行疊加，示波器工作在“YAYB”狀態(tài)。（3） 交替狀態(tài)每間隔一個(gè)掃描周期變換一次狀態(tài)，使得通道1和通道2輸入的信號輪流接通、輪流顯示，只要輪流顯示的間隔時(shí)間較短，就可交替顯示出兩個(gè)信號的波形。 交替顯示方式適于觀測頻率較高的信號。交替顯示方式適于觀測頻率較高的信號。這是因?yàn)楸粶y信號頻率較低時(shí)，所需掃描這是因?yàn)楸粶y信號頻率較低時(shí)，所需掃描電壓的周期長，即輪流顯示同一個(gè)信號的電壓的周期長，即輪流顯示同一個(gè)信號的間隔時(shí)間較長，當(dāng)間隔時(shí)間接近或超過人間隔時(shí)間較長，當(dāng)間隔時(shí)間接近或超過人眼視

36、覺暫留時(shí)間時(shí)，顯示波形會產(chǎn)生閃爍，眼視覺暫留時(shí)間時(shí)，顯示波形會產(chǎn)生閃爍，不便于觀測。不便于觀測。（4 4）斷續(xù)狀態(tài)斷續(xù)狀態(tài)在每一次的掃描過程中，在每一次的掃描過程中，高速輪流接通兩個(gè)輸入高速輪流接通兩個(gè)輸入信號，從而顯示出每個(gè)信號，從而顯示出每個(gè)被測信號的某一段，以被測信號的某一段，以后各次掃描重復(fù)以上過后各次掃描重復(fù)以上過程。這樣顯示出的波形程。這樣顯示出的波形是由許多線段組成的，只要開關(guān)轉(zhuǎn)換頻率很高、水是由許多線段組成的，只要開關(guān)轉(zhuǎn)換頻率很高、水平掃速又較慢，這些線段就很短，看起來顯示的波平掃速又較慢，這些線段就很短，看起來顯示的波形好象是連續(xù)的形好象是連續(xù)的 。3.3.1 概述概述 隨著

37、被測信號的頻率越來越高，被測脈沖的前沿越來越陡，由于受到垂直放大器通頻帶、掃描速度、圖像亮度等各種因素的限制，通用示波器已不能滿足要求。為了觀測100MHz以上的高頻或超高頻信號，在普通示波器的前面加一個(gè)專門的取樣裝置構(gòu)成取樣示波器。它運(yùn)用取樣技術(shù)，把高頻信號變成波形與之相似的低頻或中頻信號，然后在熒光屏上以斷續(xù)的亮點(diǎn)顯示出被測信號的波形。取樣示波器可以觀測吉赫茲以上的超高頻信號。3.3 取樣示波器取樣示波器3.3.2 3.3.2 取樣示波器的工作原理取樣示波器的工作原理 取樣示波器與普通示波器的主要區(qū)別在于取樣示波器與普通示波器的主要區(qū)別在于 取樣示波器運(yùn)用了取樣技術(shù)。取樣示波器運(yùn)用了取樣技

38、術(shù)。 取樣技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種頻率變換技術(shù)。取樣技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種頻率變換技術(shù)。 取樣方式取樣方式 實(shí)時(shí)取樣實(shí)時(shí)取樣 非實(shí)時(shí)取樣非實(shí)時(shí)取樣 1. 實(shí)時(shí)取樣與非實(shí)時(shí)取樣實(shí)時(shí)取樣原理: 若若: 輸入信號的周期為輸入信號的周期為T ， 取樣脈沖的周期取樣脈沖的周期為為T0 ， 且且: T0 T 并且取樣持續(xù)的時(shí)間等于輸入信號的并且取樣持續(xù)的時(shí)間等于輸入信號的 一個(gè)周期或輸入信號實(shí)際經(jīng)歷的時(shí)間。一個(gè)周期或輸入信號實(shí)際經(jīng)歷的時(shí)間。實(shí)時(shí)取樣 8 0 t Ui 7 6 5 4 3 2 1 B 圖 取樣脈沖信號 T0 t P( t) 0 8 7 6 5 4 3 2 1 A 圖 輸入信號 0 8 7 6 5 4 3

39、2 1 t Us 7 6 5 4 3 2 1 C 圖 取樣 信號 T非實(shí)時(shí)取樣原理：取樣點(diǎn)來自輸入信號若干周期的方式稱非實(shí)時(shí)取樣。分析：分析：如果輸入信號如果輸入信號ui (t)的周期為的周期為 T 取樣脈沖的周期為取樣脈沖的周期為 T非實(shí)時(shí)取樣的工作過程如下：非實(shí)時(shí)取樣的工作過程如下： t1時(shí)刻，進(jìn)行第一次取樣，對應(yīng)于信號波形上的點(diǎn)時(shí)刻，進(jìn)行第一次取樣，對應(yīng)于信號波形上的點(diǎn)1； t2時(shí)刻，經(jīng)過時(shí)刻，經(jīng)過T+t后，進(jìn)行第二次取樣，取樣點(diǎn)為后，進(jìn)行第二次取樣，取樣點(diǎn)為 波形上的點(diǎn)波形上的點(diǎn)2，但取樣脈沖相對于信號周期延遲，但取樣脈沖相對于信號周期延遲t； 第三次則延遲第三次則延遲 2t，以此類推

40、，以此類推， ）、，（321mtmTT分析：每間隔每間隔 mT+t 在信號波形上取一個(gè)樣點(diǎn)，且在信號波形上取一個(gè)樣點(diǎn)，且取樣信號的幅度等于輸入信號的瞬時(shí)值，寬度等取樣信號的幅度等于輸入信號的瞬時(shí)值，寬度等于于，取樣后的信號波形雖然是一串脈沖序列，取樣后的信號波形雖然是一串脈沖序列，但取樣信號的包絡(luò)線同樣重現(xiàn)了原信號的波形。但取樣信號的包絡(luò)線同樣重現(xiàn)了原信號的波形。 分析分析將取樣信號送延長電路展寬，最后送示將取樣信號送延長電路展寬，最后送示波器顯示的波形為一階梯波波器顯示的波形為一階梯波 uY(t) 。當(dāng)取當(dāng)取m1時(shí)，就可以利用非實(shí)時(shí)取樣將時(shí)，就可以利用非實(shí)時(shí)取樣將很高頻率的輸入信號變成低頻信

41、號后，用很高頻率的輸入信號變成低頻信號后，用通用示波器來進(jìn)行顯示。通用示波器來進(jìn)行顯示。 2. 取樣示波器的波形合成 t ux(t) t uy(t) 6 6 5 5 5 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1 0 0 0 把放大展寬后的階梯波把放大展寬后的階梯波uY(t)加到示波管加到示波管Y偏轉(zhuǎn)板上，偏轉(zhuǎn)板上，把每取樣一次階梯上升一級且每一級持續(xù)時(shí)間為把每取樣一次階梯上升一級且每一級持續(xù)時(shí)間為mT+t的階梯掃描電壓的階梯掃描電壓ux(t)信號加到示波管信號加到示波管X偏板上，偏板上，熒光屏上亮點(diǎn)的位置即由熒光屏上亮點(diǎn)的位置即由 uY(t) 和和 ux(t) 決定。決定。 圖中各點(diǎn)的高

42、度反映了取樣信號的幅度。由于展寬圖中各點(diǎn)的高度反映了取樣信號的幅度。由于展寬后的信號呈階梯狀，故亮點(diǎn)從一個(gè)位置跳到另一個(gè)位后的信號呈階梯狀，故亮點(diǎn)從一個(gè)位置跳到另一個(gè)位置，由這樣斷續(xù)的亮點(diǎn)就合成了被測信號的波形。置，由這樣斷續(xù)的亮點(diǎn)就合成了被測信號的波形。3. 取樣示波器的組成與作用取樣示波器的組成與作用 主機(jī)、 垂直系統(tǒng)、 水平系統(tǒng)主機(jī)部分與通用示波器相同主機(jī)部分與通用示波器相同Y Y 通道組成通道組成 取樣電路取樣電路 取樣門取樣門 取樣脈沖信號源取樣脈沖信號源 放大電路放大電路 延長電路延長電路 延長門延長門 延長脈沖信號源延長脈沖信號源 Y Y 通道的作用通道的作用 在取樣脈沖的作用下

43、，把高頻、快速在取樣脈沖的作用下，把高頻、快速的信號變換成低頻信號，取樣門在取樣脈的信號變換成低頻信號，取樣門在取樣脈沖的控制下或開或閉以獲得取樣信號，取沖的控制下或開或閉以獲得取樣信號，取樣信號通過放大器將幅度放大后，送入延樣信號通過放大器將幅度放大后，送入延長電路進(jìn)行脈沖展寬，并將其保持在相應(yīng)長電路進(jìn)行脈沖展寬，并將其保持在相應(yīng)的電平上，直到下一個(gè)取樣脈沖到來時(shí)再的電平上，直到下一個(gè)取樣脈沖到來時(shí)再增減數(shù)值。增減數(shù)值。X X 通道的組成：通道的組成： 觸發(fā)放大器觸發(fā)放大器高頻同步電路高頻同步電路鎖相分頻電路鎖相分頻電路快斜波發(fā)生器快斜波發(fā)生器 比較器比較器階梯波發(fā)生器階梯波發(fā)生器X X 通

44、道的主要作用是：通道的主要作用是： 產(chǎn)生時(shí)基掃描信號，同時(shí)產(chǎn)生步進(jìn)延遲產(chǎn)生時(shí)基掃描信號，同時(shí)產(chǎn)生步進(jìn)延遲脈沖送脈沖送Y通道，控制取樣脈沖發(fā)生器和延通道，控制取樣脈沖發(fā)生器和延長門脈沖發(fā)生器的工作，即配合整個(gè)示波長門脈沖發(fā)生器的工作，即配合整個(gè)示波器的工作。利用同步分頻的方法可以改變器的工作。利用同步分頻的方法可以改變的大小，從而擴(kuò)展測量的頻率上限。的大小，從而擴(kuò)展測量的頻率上限。取樣示波器與通用示波器的區(qū)別主要有： 1）取樣示波器延遲級放在取樣門前）取樣示波器延遲級放在取樣門前 ， 2）X通道利用步進(jìn)延遲脈沖去觸發(fā)階梯通道利用步進(jìn)延遲脈沖去觸發(fā)階梯 波形成電路產(chǎn)生時(shí)基掃描信號波形成電路產(chǎn)生時(shí)基

45、掃描信號 。 3）取樣示波器中，每觸發(fā)一次，只能獲）取樣示波器中，每觸發(fā)一次，只能獲 得一個(gè)樣點(diǎn)得一個(gè)樣點(diǎn) 。 4）取樣示波器顯示的波形由許多點(diǎn)組成。）取樣示波器顯示的波形由許多點(diǎn)組成。4. 取樣示波器的參數(shù)（1 1）取樣密度）取樣密度: :表示屏幕在水平方向上單位長度內(nèi)的亮點(diǎn)表示屏幕在水平方向上單位長度內(nèi)的亮點(diǎn)個(gè)數(shù)，取樣密度太低，顯示波形會有閃爍個(gè)數(shù)，取樣密度太低，顯示波形會有閃爍現(xiàn)象?，F(xiàn)象。（2 2）取樣頻率）取樣頻率: : 即取樣脈沖的重復(fù)頻率，取樣頻率越高即取樣脈沖的重復(fù)頻率，取樣頻率越高, 越越能反映被測信號特性。能反映被測信號特性。（3）等效掃描速度：假設(shè)信號波形由假設(shè)信號波形由n

46、個(gè)取樣點(diǎn)組成，則信號實(shí)個(gè)取樣點(diǎn)組成，則信號實(shí)際經(jīng)歷的時(shí)間為際經(jīng)歷的時(shí)間為 nt 。 等效掃描速度表示等效掃描速度表示為：為： L表示掃描線長度，由于電子束掃完整個(gè)屏表示掃描線長度，由于電子束掃完整個(gè)屏幕的時(shí)間與顯示波形代表的時(shí)間不同，所以幕的時(shí)間與顯示波形代表的時(shí)間不同，所以用用 “等效等效” 來表示區(qū)別。來表示區(qū)別。Ltn3.4 數(shù)字存儲示波器模擬示波器從原理上來看，有以下缺陷：1難以清晰地顯示周期信號中的窄脈沖，例如占空比為0.01%以下的脈沖；2不能捕捉單次和偶然出現(xiàn)的脈沖信號；3難以進(jìn)行屏幕凍結(jié),不能實(shí)現(xiàn)波形存儲；4不能將波形數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行更進(jìn)一步的分析； 5示波器不能自動(dòng)地對波形

47、進(jìn)行多種參數(shù)測量,例如平均值、均方根值、FFT等。 6難以捕捉在時(shí)間軸上抖動(dòng)的紋波或干擾。 具有波形存儲功能的示波器稱為存儲示波器DSO，而將信號以數(shù)字形式存儲在存儲器中的示波器，稱為數(shù)字存儲示波器。輸入信號先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬波形變換成數(shù)字信息，并將其存入存儲器，需要顯示時(shí)，再從存儲器中取出，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信息變換成擬波形重現(xiàn)在示波管上。數(shù)字存儲示波器能截獲、觀察短暫而單一的事件，將重復(fù)頻率低的顫動(dòng)現(xiàn)象固定下來，對不同波形進(jìn)行比較，對偶發(fā)事件自動(dòng)監(jiān)查、記錄和保留信號過程，觀察電路調(diào)節(jié)過程的變化、分析復(fù)雜瞬變信號數(shù)字存儲示波器中，信號處理功能和信號顯示功能是分開的。其性能包括速度和精

48、度，完全取決于進(jìn)行信號處理的A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器。數(shù)字存儲示波器結(jié)合了模擬示波器技術(shù)、數(shù)字化測量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用大規(guī)模集成電路和微處理器，整個(gè)儀器在控制程序的統(tǒng)一指揮下工作。 3.4.1 數(shù)字存儲示波器的性能特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)（1）可以長期存儲波形存儲示波器存儲示波器: : 采用存儲柵網(wǎng)示波管采用存儲柵網(wǎng)示波管 數(shù)字存儲示波器數(shù)字存儲示波器: : 采用存儲器采用存儲器長期的存儲波形可以更長期的存儲波形，只要存儲器不急于存入其他波形，已存波形就可以繼續(xù)保存下去，而且存儲時(shí)間無限長。還可以將已存儲的信號進(jìn)行擴(kuò)展或縮小作仔細(xì)觀察。為了有效利用存儲器的容量，可以變換記錄波形的記錄速度。（2）可

49、以進(jìn)行負(fù)延遲觸發(fā)可觀察觸發(fā)點(diǎn)以前的信號，并且可任意選擇超前或滯后的時(shí)間。因?yàn)閿?shù)字存儲示波器的觸發(fā)點(diǎn)只是一個(gè)存儲的參考點(diǎn)，而不一定是取樣、存儲的第一點(diǎn)，這就給顯示數(shù)據(jù)的選擇帶來很大靈活性。而且可以高速捕捉，低速顯示，單次信號、低頻信號和毛刺脈沖都能清晰地顯示。 觸發(fā)點(diǎn)負(fù)延遲負(fù)延遲利用數(shù)字存儲示波器的負(fù)延遲特性可觀察振蕩器起振過程。選擇觸發(fā)點(diǎn)的觸發(fā)電平介于零和穩(wěn)定振幅之間的某一數(shù)值，觸發(fā)極性為正，預(yù)延遲4.5格。在熒光屏上可以同時(shí)觀察到觸發(fā)前和觸發(fā)后的情況，即顯示了從起振到穩(wěn)定的全過程。（3）便于觀測單次過程和緩慢變化的信號數(shù)字存儲示波器只要對波形進(jìn)行一次取樣存儲，就可以長期保存、多次顯示，并且取

50、樣、存儲和讀出、顯示的速度可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。這種示波器便于捕捉和顯示單次瞬變信號或緩慢變化的信號。對于地震地震、金屬斷裂金屬斷裂、材料變形材料變形、武器發(fā)射武器發(fā)射等偶發(fā)事件或緩慢變化的信號。（4）多種顯示方式 “自動(dòng)抹跡”（Auto-Erase）也叫自動(dòng)清除。每滿足一次觸發(fā)條件，例如加一次觸發(fā)脈沖，屏上原來的波形就被新存儲的波形所更新。這個(gè)新波形的顯示時(shí)間是可以調(diào)節(jié)的，在顯示時(shí)間超過預(yù)置的時(shí)間以后，若再次滿足觸發(fā)條件，則自動(dòng)抹掉舊畫面，顯示這次觸發(fā)存儲的新畫面。 “ 卷動(dòng) ”（Roll）顯示方式 (a)新波形逐漸更新老波形 (b)波形自窗口右端向左移動(dòng)推出 老波形老波形 正在改寫的點(diǎn)正在

51、改寫的點(diǎn) 新波形新波形 “ 卷動(dòng)卷動(dòng) ” 顯示方式最適于在緩慢變化的信號中尋找感興趣的部分。卷動(dòng)顯示通常有兩種形式：圖(a)是用新波形逐漸更新舊波形，這反映了存儲區(qū)中存儲的內(nèi)容正被改寫。圖(b)把屏幕比作一個(gè)窗口，波形從窗口右端推出向左移動(dòng)，移至最左端就消失了。這實(shí)質(zhì)上是從立即就要被覆蓋的存儲單元，向后顯示一個(gè)完整的頁面。（5）具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力 圖a：脈沖信號被淹沒在噪聲中，只是勉強(qiáng)可見。圖b：對這個(gè)信號進(jìn)行了一千次平均以后，得到大 為改善的信號。 a） b）圖7-1利用平均技術(shù)從噪聲中提取信號 （6）可用字符顯示測量結(jié)果 熒光屏上的每個(gè)光點(diǎn)都對應(yīng)存儲區(qū)內(nèi)確定的數(shù)據(jù)，可用面板上的撥輪或其

52、他控制器在熒光屏上標(biāo)示兩個(gè)被測點(diǎn)，形成所謂“測量卡尺”。計(jì)算機(jī)查出卡尺兩端點(diǎn)的電壓、時(shí)間值，就可算出兩點(diǎn)間的電壓和時(shí)間差。另一方面計(jì)算機(jī)有一套成熟的字符顯示功能，因而可以直接在熒光屏上用字符顯示測量結(jié)果。 （7）便于程控和用多種方式輸出 數(shù)字存儲示波器的主要部分是一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，又由微處理器管理，因而便于通過通用接口總線接受程序控制。存儲區(qū)中存儲的數(shù)據(jù)，可在計(jì)算機(jī)管理下通過多種接口，用各種方式輸出。例如可以通過GPIB接口或串行接口與繪圖儀、打印機(jī)聯(lián)接，進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。亦可輸出BCD碼或進(jìn)行較遠(yuǎn)距離傳遞。而數(shù)字存儲示波器中的微處理器對這些接口的管理是比較方便的。（8）便于進(jìn)行功能擴(kuò)展n數(shù)字存儲示波

53、器中運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)為儀器的功能擴(kuò)展提供了條件。n例如運(yùn)用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算功能，可以對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅立葉變換（FFT）。從時(shí)域信號得到它的頻域特性，利用FFT功能，還可以對信號進(jìn)行失真度分析、調(diào)制特性分析等多種分析?？焖俑盗⑷~變換功能a）時(shí)域信號 b）頻域信號 f（t） t F（ ） （a） （ b） U(t)（9 9）測量精度高）測量精度高數(shù)字存儲示波器的掃描由取樣點(diǎn)的時(shí)鐘間隔和掃線上單位長度的取樣點(diǎn)數(shù)來決定。由于使用晶振時(shí)鐘，因此具有很高的測時(shí)精度；由于采用高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器和隨機(jī)重復(fù)采樣，因此可達(dá)到很高的等效采樣率。例如：HP51400 A/D 型數(shù)字化示波器可達(dá)100GHz等效采樣

54、率，10ps的時(shí)間分辨力，有效存儲帶寬為1GHz。2. 數(shù)字存儲示波器的主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)字存儲示波器的主要技術(shù)指標(biāo) （1）最大采樣速率 （2）記錄速率 （3）分辨率 （4）頻率寬度 （5）存儲容量 每個(gè)周期的取樣點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換速率DAf/max3.4.2 數(shù)字存儲示波器的工作原理1數(shù)字存儲示波器的組成 數(shù)字存儲示波器的工作原理框圖如圖3-30所示，由Y前置放大器，數(shù)據(jù)采集與A/D轉(zhuǎn)換器，隨機(jī)存儲器（RAM），垂直D/A轉(zhuǎn)換器，垂直輸出放大器，觸發(fā)電路，時(shí)鐘時(shí)基電路，水平D/A轉(zhuǎn)換器，X輸出放大器及微處理器CPU（邏輯控制電路）等組成。2數(shù)字存儲示波器的工作原理數(shù)字存儲示波器的工作原理 與通用示波器相同

55、，被測模擬信號由Y軸系統(tǒng)輸入，經(jīng)過前置放大器放大和衰減后，送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行取樣、量化和編碼，將模擬信號變換為數(shù)字信號，量化后的一串?dāng)?shù)據(jù)流存入隨機(jī)存儲器RAM，而RAM的讀、寫操作受CPU和時(shí)鐘時(shí)基電路的控制。 在存儲過程中，先啟動(dòng)CPU指定一個(gè)寄存器作為地址計(jì)數(shù)器，當(dāng)時(shí)鐘時(shí)基電路收到來自觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖時(shí)，啟動(dòng)一次寫操作使 ，地址計(jì)數(shù)器向RAM送出地址，將來自A/D的量化數(shù)據(jù)流寫入到隨機(jī)存儲器RAM相應(yīng)的單元中，每寫入一個(gè)數(shù)據(jù)，地址計(jì)數(shù)器加1，并一一送往RAM，以確保每組數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的存儲單元中去，并將地址數(shù)送至X軸的I/O，經(jīng)D/A變換后產(chǎn)生階梯波信號。0WR 數(shù)字時(shí)鐘時(shí)基電路由高穩(wěn)定

56、的晶體振蕩器、分頻器和計(jì)數(shù)器等組成。觸發(fā)脈沖觸發(fā)晶振產(chǎn)生的時(shí)鐘信號由分頻器產(chǎn)生與面板上時(shí)基開關(guān)設(shè)置相對應(yīng)的取樣脈沖，去控制A/D轉(zhuǎn)換器和存儲器的寫入，時(shí)基分頻器產(chǎn)生的讀脈沖，供讀地址計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并經(jīng)水平D/A產(chǎn)生穩(wěn)定的階梯波掃描電壓，作為數(shù)字存儲示波器的時(shí)基信號。 在數(shù)字存儲示波器中，將模擬量進(jìn)行數(shù)字化需要三個(gè)過程，即取樣、量化和編碼。這三個(gè)過程是由A/D變換器來完成的，因此，A/D變換器是數(shù)字存儲示波器的核心，它決定著示波器的存儲帶寬、分辨率等主要指標(biāo)。D/A變換器用于產(chǎn)生階梯波，對其準(zhǔn)確度和建立時(shí)間要求較高，因?yàn)闇?zhǔn)確度不高會影響掃描線性；建立時(shí)間長則會在波形上產(chǎn)生毛刺。 控制系統(tǒng)主要包括C

57、PU、時(shí)鐘時(shí)基電路和功能控制電路。數(shù)字存儲示波器在控制系統(tǒng)的管理下完成各種測量任務(wù)，控制系統(tǒng)的核心是CPU，根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度可采用單處理器或多處理器系統(tǒng)。3.5 示波器的應(yīng)用3.5.1 示波器測量電壓 示波器可以測量直流電壓，也可以通過測量瞬時(shí)電壓來換算出交流電壓的大小。交流電子電壓表也可以測量交流電壓，但不能測得瞬時(shí)電壓的大小。示波器測量電壓的方法分為直接測量法和比較測量法。1測量交流電壓 （1）直接測量法 將“偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)”置于“校準(zhǔn)（CAL）”位置，然后，選用合適的Y軸輸入耦合方式，調(diào)節(jié)有關(guān)的開關(guān)旋鈕，使顯示波形的幅度合適、寬度適宜，記錄下“偏轉(zhuǎn)靈敏度”檔位數(shù)值（設(shè)為S，單位為“V/

58、div”）和波形峰峰點(diǎn)之間的高度（設(shè)為，單位為“cm”或“div”），則有：SHUppP2KUUpp式中，Up-p為被測信號電壓峰峰值，單位為“V”；U為被測信號電壓有效值，單位為“V”；Kp為被測信號的波峰因數(shù)。2測量直流電壓直流電壓的測量方法與交流電壓的測量方法相似，但有區(qū)別：應(yīng)首先選用“GND”耦合方式，調(diào)整垂直移位使掃描基線移到中間某合適位置上，作為零電平的位置。在以后的測量過程中不能再旋轉(zhuǎn)垂直位移旋鈕，注意垂直微調(diào)應(yīng)處于“校準(zhǔn)”位置。然后選用“DC”耦合，將被測直流電壓加到示波器上，確定出亮點(diǎn)或時(shí)基線相對于零電平的垂直跳變高度，單位為“cm”或“div”，則有: U=SH 式中，U為

59、被測直流電壓，單位為“V”；S為Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為“V/cm”或“V/div”。 根據(jù)亮點(diǎn)或時(shí)基線跳變的方向還可以確定出直流電壓的極性，假設(shè)輸入電壓未被倒相，則向上跳變時(shí)為正，向下跳變時(shí)為負(fù)。3測量含有直流成分的交流信號的大小如圖3-32所示為含有直流成分的正弦交流信號的波形，在測量時(shí)，要求既要測出直流成分的大小，又要測出交流信號的振幅值。測量步驟如下：（1）測量交流成分振幅值 選用直接測量法或比較測量法，按照上述測量交流電壓的方法進(jìn)行測量即可。振幅值： 。（2）測量直流成分的大小 先選用AC耦合方式，調(diào)整有關(guān)的開關(guān)旋鈕得到穩(wěn)定的正弦信號波形，選定正弦信號的正峰點(diǎn)（或負(fù)峰點(diǎn)）作為假定的零電

60、平位置；然后保持偏轉(zhuǎn)靈敏度及其微調(diào)旋鈕不變，選用DC耦合方式，得到同樣的波形，由此確定出正峰點(diǎn)（或負(fù)峰點(diǎn)）跳變的距離設(shè)為H，H與偏轉(zhuǎn)因數(shù)的乘積即為直流成分的大小。2PPPUU 3.5.2 示波器測量時(shí)間和頻率1測量時(shí)間 示波器測量時(shí)間的方法有多種，如直接測量法（又稱為標(biāo)尺法）、比較測量法、時(shí)標(biāo)法等，在此僅討論直接測量法。 將“掃速微調(diào)”旋鈕置于“校準(zhǔn)”位置，選用合適的Y軸輸入耦合方式，調(diào)節(jié)有關(guān)的開關(guān)旋鈕，使顯示波形的幅度合適寬度適宜，記錄下“時(shí)基因數(shù)t/div”檔位數(shù)值（設(shè)為，單位為“s/cm”或“s/div”）和波形某兩點(diǎn)（根據(jù)被測量的定義來確定具體的兩個(gè)點(diǎn)）之間的水平距離（設(shè)為，單位為“c