第3章電子示波器

1、第第3章章 電子示波器電子示波器3.1 概述3.2 CRT顯示原理3.3 波形顯示的基本原理3.4 通用示波器3.5 取樣示波器3.6 數(shù)字存儲示波器3.7 示波器的基本測試技術(shù)3.1 概述概述 電子示波器簡稱為示波器，是電子測量中一種常用的儀器，它可以把人的肉眼無法直接觀察到的電信號轉(zhuǎn)換成人眼能夠看到的波形，并顯示在示波器的熒光屏上，供人們觀察分析。示波器除了可以對電信號進(jìn)行定性的觀察外，還可以用它來進(jìn)行一些定量的測量。如電壓、電流、周期、頻率、時間、相位差、調(diào)幅度、脈沖寬度、上升及下降時間等的測量。其它如溫度、壓力、聲、光、熱等諸多非電物理量亦可經(jīng)轉(zhuǎn)換成為電量，使用示波器進(jìn)行觀測。因此示波

2、器是一種用途極廣的電子測量儀器，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、物理、通信、國防、學(xué)校和科研等眾多領(lǐng)域。3.1.1 示波器的特點示波器的特點作為廣泛使用的電子測量儀器，電子示波器具有如下特點。（1）具有良好的直觀性，可直接顯示信號的波形，也可以測量信號的瞬時值。（2）靈敏度高、工作頻帶寬、速度快，對觀測瞬變信號的細(xì)節(jié)帶來了很大的便利。（3）輸入阻抗高（兆歐級），對被測電路的影響小。3.1.2 示波器的分類示波器的分類示波器的分類方法有很多，如果從示波器對信號的處理方式出發(fā)，可將示波器分為模擬、數(shù)字兩大類。模擬示波器的X、Y通道對時間信號的處理均由模擬電路完成，即X通道提供連續(xù)的鋸齒波電壓，Y通道

3、提供連續(xù)的被測信號，而CRT屏上的圖形顯示也是光點連續(xù)運動的結(jié)果，即顯示方式是模擬的。數(shù)字示波器則對X、Y方向的信號進(jìn)行數(shù)字化處理，即把X軸方向的時間離散化，Y軸方向的幅值量化，獲得被測信號波形上的一個個的離散點的數(shù)據(jù)。1模擬示波器模擬示波器可分為通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶示波器和專用示波器等。通用示波器采用單束示波管，它又可分為單蹤、雙蹤、多蹤示波器。多束示波器采用多束示波管，熒光屏上顯示的每個波形都由單獨的電子束掃描產(chǎn)生。將要觀測的信號經(jīng)衰減、放大后送入示波器的垂直通道，同時用該信號驅(qū)動觸發(fā)電路，產(chǎn)生觸發(fā)信號送入水平通道，最后在示波管上顯示出信號波形。這是最為經(jīng)典而傳統(tǒng)的一類

4、示波器，因此，也常稱為通用示波器。取樣示波器是采用時域采樣技術(shù)將高頻周期信號轉(zhuǎn)換為低頻離散時間信號顯示的，從而可以用較低頻率的示波器測量高頻信號。記憶示波器采用有記憶功能的示波管，實現(xiàn)模擬信號的存儲、記憶和反復(fù)顯示。專用示波器是能夠滿足特殊用途的示波器，又稱特種示波器。 2數(shù)字示波器數(shù)字示波器將輸入信號數(shù)字化（時域取樣和幅度量化）后，經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換器再重建波形。它具有記憶、存貯被觀察信號功能，可以用來觀測和比較單次過程和非周期現(xiàn)象、低頻和慢速信號。由于其具有存儲信號的功能，又稱為數(shù)字存貯示波器（DSO，Digital Storage Oscilloscope）。根據(jù)取樣方式不同，又可分為實時取

5、樣、隨機取樣和順序取樣三大類。3.2 CRT顯示原理顯示原理3.2.1 陰極射線示波管陰極射線示波管CRT圖圖3-1 陰極射線管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖陰極射線管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1電子槍電子槍 電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。它由燈絲F、陰極K、柵極G1和G2和陽極A1、A2組成。當(dāng)電流流過燈絲后對陰極加熱，陰極產(chǎn)生大量電子，并在后續(xù)電場作用下轟擊熒光屏發(fā)光。 控制柵極G1呈圓筒狀，包圍著陰極，只在面向熒光屏的方向開一個小孔，使電子束從小孔中穿過。通過調(diào)節(jié)G1對K的負(fù)電位可調(diào)節(jié)光點的亮度，即進(jìn)行“輝度”控制。 第一陽極A1使電子匯聚；第二陽極A2使電子加速。A1和A2與G1對電子束進(jìn)行聚焦并加速，使

6、到達(dá)熒光屏的電子形成很細(xì)的一束并具有很高速度。調(diào)節(jié)A1的電位，即可調(diào)節(jié)G2與A1和A1與A2之間的電位，調(diào)節(jié)A1的電位器稱為“聚焦”旋鈕；調(diào)節(jié)A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦”。 G1、G2、A1、A2的電位關(guān)系為：VG1VG1、VA1VA1，因此，電子從G1至G2、A1至A2將得到匯聚并加速，而從G2至A1將發(fā)散。（a）電子穿越電場時的加速與減速）電子穿越電場時的加速與減速 （b）電子在電子槍中的運動軌跡）電子在電子槍中的運動軌跡圖圖3-2 電子束的聚焦原理示意圖電子束的聚焦原理示意圖V1V2EV2V11221聚攏并加速V1V2E12發(fā)散并減速21V2V1KG1G2A1A22偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)示波

7、管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為垂直（Y）偏轉(zhuǎn)板和水平（X）偏轉(zhuǎn)板，偏轉(zhuǎn)板在外加電壓信號的作用下使電子槍發(fā)出的電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)偏轉(zhuǎn)板上沒有外加電壓時，電子束打向熒光屏的中心點；如果有外加電壓，則在偏轉(zhuǎn)電場作用下，電子束打向由X、Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的某個坐標(biāo)位置。通常，為了示波器有較高的測量靈敏度，Y偏轉(zhuǎn)板置于靠近電子槍的部位，而X偏轉(zhuǎn)板在Y的右邊。電子束在偏轉(zhuǎn)電場作用下的偏轉(zhuǎn)距離與外加偏轉(zhuǎn)電壓成正比。如圖3-3，電子在離開第二陽極A2（設(shè)電壓為Va）時速度為vo，設(shè)電子質(zhì)量為m，則有： （3-1）電子將以vo為初速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)板，電子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)板后偏轉(zhuǎn)距離y如下式 （

8、3-2）式中，l為偏轉(zhuǎn)板的長度；S為偏轉(zhuǎn)板中心到屏幕中心的距離；b為偏轉(zhuǎn)板間距；Va為陽極A2上的電壓。+ + + +- - - -yUyUaLSb熒光屏圖3-3 電子束的偏轉(zhuǎn)2021mveVayaVbVlSy2上式表明，偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)板上所加電壓和偏轉(zhuǎn)板結(jié)構(gòu)的多個參數(shù)有關(guān)，其物理意義可解釋如下：若外加電壓越大，則偏轉(zhuǎn)電場越強，偏轉(zhuǎn)距離就越大；若偏轉(zhuǎn)板長度l越長，偏轉(zhuǎn)電場的作用距離就越長，因而偏轉(zhuǎn)距離越大；若偏轉(zhuǎn)板到熒光屏的距離S越長，則電子在垂直方向上的速度作用下，使偏轉(zhuǎn)距離增大；若偏轉(zhuǎn)板間距b越大，偏轉(zhuǎn)電場將減弱，使偏轉(zhuǎn)距離減小；若陽極A2的電壓Va越大，電子在軸線方向的速度越大，穿過偏轉(zhuǎn)

9、板到熒光屏的時間越小，因而偏轉(zhuǎn)距離減小。對于設(shè)計定型的示波器偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，L、b、S、Va可視為常數(shù)，所以y方向的偏轉(zhuǎn)距離y正比于偏轉(zhuǎn)板上的電壓 ，即 （3-3）式中 （cm/V） 比例系數(shù) 稱為示波管的偏轉(zhuǎn)因數(shù)，單位為cm/V，它的倒數(shù) 稱為示波管的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為V/cm。偏轉(zhuǎn)靈敏度是示波管的重要參數(shù)，它越小，示波管越靈敏，觀察微弱信號的能力超強，在一定范圍內(nèi)，熒光屏上光點偏移的距離與偏轉(zhuǎn)板上所加電壓成正比，這是用示波管觀測波形的理論根據(jù)。yVyyVhy aybVlSh2yyhD/1yh3.2.2 熒光屏熒光屏 在熒光屏的玻殼內(nèi)側(cè)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

10、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。當(dāng)電子束停止轟擊熒光屏?xí)r，光點仍能保持一定的時間，這種現(xiàn)象稱為“余輝效應(yīng)”。熒光粉從電子激發(fā)停止時的瞬間亮度下降到該亮度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)不同需要，將余輝時間分為長余輝（100 ms1s）、中余輝（1100ms）和短余輝（10s1ms）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。 在使用示波器時，應(yīng)避免電子束長時間的停留在熒光屏的一個位置，否則將使熒光屏受損，因此在示波器開啟后不使用的時間內(nèi)，可將“輝度”調(diào)暗

11、。3.3 波形顯示的基本原理波形顯示的基本原理電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點在屏幕上移動的軌跡，是加到偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號的波形。根據(jù)這個原理，示波器可顯示隨時間變化的信號波形和顯示任意兩個變量X與Y的關(guān)系圖形。3.3.1 顯示隨時間變化的圖形顯示隨時間變化的圖形電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作用有如下幾種情況。1Ux、Uy為固定電壓的情況（1）設(shè)Ux=Uy=0，則光點在垂直和水平方向都不偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)在熒光屏的中心位置，如圖3-4（a）。（2）設(shè)Ux=0、Uy =常量，光點在垂直方向偏移。設(shè)Uy為正電壓，則光點從熒光屏的中心往垂直方向上移，若Uy為負(fù)電壓，

12、則光點從熒光屏的中心往垂直方向下移，如圖3-4（b）。（3）設(shè)Ux=常量、Uy=0，則光點在水平方向偏移。若Ux為正電壓，則光點從熒光屏的中心往水平方向右移，若Ux為負(fù)電壓，則光點從熒光屏的中心往水平方向左移，如圖3-4（c）。（4）設(shè)Ux=常量、Uy =常量，當(dāng)兩對偏轉(zhuǎn)板上同時加固定的正電壓時，應(yīng)為兩電壓的矢量合成，如圖3-4（d）。（a a）Ux= Uy =0 Ux= Uy =0 （b b）Ux=0Ux=0、Uy =Uy =常量常量 （c c）Ux=Ux=常量、常量、Uy =0 Uy =0 （d d）Ux=Ux=常量、常量、Uy =Uy =常量常量圖圖3-4 3-4 水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上加固

13、定電壓時顯示為一個光點水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上加固定電壓時顯示為一個光點2X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓（1）設(shè)Ux=0，Uy=Umsint。由于X偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點在水平方向是不偏移的，則光點只在熒光屏的垂直方向來回移動，出現(xiàn)一條垂直線段，如圖3-5（a）所示。（2）設(shè)Ux=kt，Uy=0，由于Y偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點在垂直方向是不移動的，則光點在熒光屏的水平方向上來回移動，出現(xiàn)的也是一條水平線段，如圖3-5（b）所示。（a）Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號 （b）X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波信號圖3-5 水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓Uy012340132 4Uy- UytUx012340 132

14、4Ux- Uxt3Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓Uy =Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux =kt（1）當(dāng)時間t=t0時，Ux=-Uxm，Uy =0（鋸齒波電壓的最大負(fù)值）。光點出現(xiàn)在熒光屏上最左側(cè)的“0”點，偏離屏幕中心的距離正比于Uxm。如圖3-6所示。（2）當(dāng)時間t=t1時，Uy = Uy1、Ux=-Ux1，光點同時受到水平和垂直偏轉(zhuǎn)板的作用；光點出現(xiàn)在屏幕第象限的最高點“1”點。（3）當(dāng)時間t=t2時，Uy = Uy2、Ux=-Ux2，此時鋸齒波電壓和正弦波電壓均為0，光點將會出現(xiàn)在屏幕中央的“2”點。（4）當(dāng)時間t=t3時，Uy = Uy3、Ux=Ux3，正弦波的負(fù)半周與正半周類似，此

15、時正弦波電壓為負(fù)半周到負(fù)的最大值，Uy3=-Uym、光點出現(xiàn)在屏幕第象限的最低點，如圖中“3”點所示。（5）當(dāng)時間t=t4時，Uy = Uy4、Ux=Ux4，此時鋸齒波電壓和正弦波電壓均為零，光點將會出現(xiàn)在屏幕的第“4”點。以后，在被測信號的第二個周期、第三個周期等都將重復(fù)第一個周期的情形，光點在熒光屏上描出的軌跡也將重疊在第一次描出的軌跡上，因此，熒光屏顯示的是被測信號隨時間變化的穩(wěn)定波形。圖3-6 水平和垂直偏轉(zhuǎn)板同時加信號時的顯示3.3.2 顯示任意兩個變量之間的關(guān)系顯示任意兩個變量之間的關(guān)系tt00112233440011223344uyttuxux0011223344t0123401

16、234uytux01234024（a） ux、uy同頻同相同頻同相（b） ux、uy同頻但相差同頻但相差90圖圖3-7 水平和垂直偏轉(zhuǎn)板同時加同頻率的正弦波時顯示的李薩育圖形水平和垂直偏轉(zhuǎn)板同時加同頻率的正弦波時顯示的李薩育圖形3.3.3 掃描的概念掃描的概念如上所述，如果在X偏轉(zhuǎn)板上加上一個鋸齒波電壓ux=kt（k為常數(shù)），垂直偏轉(zhuǎn)板不加電壓，那么光點在X方向做勻速運動，光點在水平方向的偏移距離為 （cm/s） （3-4）式中，x為X方向的偏轉(zhuǎn)距離；Sx為比例系數(shù)，稱為示波管的X軸偏轉(zhuǎn)靈敏度（單位為cm/s）；hx為比例系數(shù)，即光點移動的速度。這樣，X方向偏轉(zhuǎn)距離的變化就反映了時間的變化。此

17、時光點水平移動形成的水平亮線稱為“時間基線”。當(dāng)鋸齒波電壓達(dá)到最大值時，熒光屏上的光點也達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)，然后鋸齒波電壓迅速返回起始點，光點也迅速返回屏幕最左端，再重復(fù)前面的變化。光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為“掃描”，能實現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點自左向右的連續(xù)掃動稱為“掃描正程”，光點自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點的過程稱為“掃描回程”。理想鋸齒波的回程時間為0。thktSxxx3.3.4 同步的概念同步的概念圖3-8 Tx=2Ty時熒光屏上顯示的波形圖3-9 掃描電壓與被測電壓不同步時顯示波形出現(xiàn)晃動3.3.5 連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描TsT=Tstttt(a)被測

18、脈沖(b)連續(xù)掃描，且T=Ts(c)連續(xù)掃描，且T=(d)觸發(fā)掃描掃描等待T=不能觀測到脈沖細(xì)節(jié)脈沖得到展寬，但波形顯示暗，而時基線太亮能較好地觀測脈沖圖3-10 連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描方式下對脈沖波形的觀測3.3.6 掃描過程的增輝掃描過程的增輝回掃時，回掃電壓和被測信號共同作用，對欲顯示的被測信號波形產(chǎn)生影響。 圖圖3-11 掃描回程期間將出現(xiàn)回掃軌跡掃描回程期間將出現(xiàn)回掃軌跡為了使回掃產(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，使電子槍發(fā)射的電子遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于掃描逆程，即給示波器增輝，這樣觀測者看到的就只有掃描正程顯示的波形。另外掃描期間的增輝還可以保護熒光屏。t0152346780123

19、45678uytuxTyTx=2Ty3.4 通用示波器通用示波器3.4.1 通用示波器的組成通用示波器的組成通用示波器主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分組成。此外，還包括電源電路，它產(chǎn)生示波管和儀器電路中需要的多種電源。通用示波器中還常附有校準(zhǔn)信號發(fā)生器，產(chǎn)生幅度或周期非常穩(wěn)定的校準(zhǔn)信號，用于示波器的校準(zhǔn)，以便對被測信號進(jìn)行定量測試。 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(zhǔn)信號發(fā)生器低壓電源高壓電源電源至各電路正高壓負(fù)高壓X輸入校準(zhǔn)信號輸出圖3-12 通用示波器的組成框圖3.4.2 通用示波器的垂直通道通用示波器的垂直通

20、道垂直通道的作用將輸入的被測信號進(jìn)行衰減或線性放大后，輸出符合示波器偏轉(zhuǎn)要求的信號，以推動垂直偏轉(zhuǎn)板，使被測信號在屏幕上顯示出來。垂直通道包括輸入電路、Y前置放大器、延遲線和Y后置放大器等。1輸入電路輸入電路主要是由衰減器和輸入選擇開關(guān)構(gòu)成的。（1）衰減器 衰減器作用衰減輸入信號，進(jìn)行頻率補償。vivoR1R2C1C2最佳補償過補償欠補償Z1Z2（a）最佳補償）最佳補償 （b）過補償）過補償 （c）欠補償）欠補償圖圖3-14 示波器探頭補償?shù)那闆r示波器探頭補償?shù)那闆r圖圖3-13 輸入衰減器原理示意圖輸入衰減器原理示意圖（2）輸入耦合方式輸入耦合方式設(shè)有AC、GND、DC三檔選擇開關(guān)。置“AC”

21、檔時，適于觀察交流信號；置“GND”檔時，用于確定零電壓；置“DC”檔時，用于觀測頻率很低的信號或帶有直流分量的交流信號。2前置放大器前置放大器可將信號適當(dāng)放大，從中取出內(nèi)觸發(fā)信號，并具有靈敏度微調(diào)、校正、Y軸移位、極性反轉(zhuǎn)等作用。Y前置放大器大都采用差分放大電路，以使加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓能夠?qū)ΨQ，差分電路還有利于提高共模抑制比。若在差分電路的輸入端饋入不同的直流電位，差分輸出電路的兩個輸出端直流電位亦會改變，進(jìn)而影響Y偏轉(zhuǎn)板上的相對直流電位和波形在Y方向的位置。這種調(diào)節(jié)直流電位的旋鈕稱為“Y軸位移”旋鈕3延遲線延遲線的作用是把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的脈沖信號延遲一段時間，使信號出現(xiàn)的時間滯后于掃描開

22、始時間，保證在屏幕上掃描出包括上升時間在內(nèi)的脈沖全過程。 （a）沒有延遲線的情況）沒有延遲線的情況 （b）加入延遲線后的情況）加入延遲線后的情況 圖圖3-15 延遲線的作用延遲線的作用延遲線只起時間延遲的作用，而對輸入信號的頻率成分不能丟失，因此，一般說來，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。觸發(fā)點輸入信號掃描電壓顯示波形掃描起點tT觸發(fā)點輸入信號掃描電壓顯示波形輸入信號延遲后td掃描起點tT4Y輸出放大器Y輸出放大器功能是將延遲線傳來的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Y方向的滿偏轉(zhuǎn)。Y輸出放大器應(yīng)具有穩(wěn)定的增益、較高的

23、輸入阻抗、足夠?qū)挼念l帶、較小的諧波失真。Y輸出放大器大都采用推挽式放大器，以使加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓能夠?qū)ΨQ，有利于提高共模抑制比。電路中采用一定的頻率補償電路和較強的負(fù)反饋，以使得在較寬的頻率范圍內(nèi)增益穩(wěn)定。還可采用改變負(fù)反饋的方法變換放大器的增益。3.4.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道水平通道（X通道）的主要任務(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方向達(dá)到滿偏轉(zhuǎn)。水平通道包括觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等部分，如圖3-16所示。 圖3-16 水平通道的組成框圖1觸發(fā)電路觸發(fā)電路的作用是為掃描信號發(fā)生器提供符合要求的觸發(fā)脈

24、沖。觸發(fā)電路包括觸發(fā)源選擇、觸發(fā)耦合方式選擇、觸發(fā)方式選擇、觸發(fā)極性選擇、觸發(fā)電平選擇和觸發(fā)放大整形等電路。如圖3-17所示掃描閘門掃描電壓產(chǎn)生電路比較和釋抑電路水平放大器掃描信號發(fā)生器放大整形電路觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)源選擇觸發(fā)電路觸發(fā)信號X偏轉(zhuǎn)板（1）觸發(fā)源選擇觸發(fā)源一般有內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)和電源觸發(fā)三種類型。內(nèi)觸發(fā)（INT）：將Y前置放大器輸出（延遲線前的被測信號）作為觸發(fā)信號，適用于觀測被測信號。外觸發(fā)（EXT）：用外接的、與被測信號有嚴(yán)格同步關(guān)系的信號作為觸發(fā)源，用于比較兩個信號的同步關(guān)系，或者，當(dāng)被測信號不適于作觸發(fā)信號時使用。電源觸發(fā)（LINE）：用50Hz的工頻正弦信號作為觸發(fā)源，適

25、用于觀測與50Hz交流有同步關(guān)系的信號。放 大整 形 電 路觸 發(fā) 電 平 、觸 發(fā) 極 性 選 擇+-+S3+-觸 發(fā) 電 平HFC3AC(H)C2ACC1S2DCS1內(nèi)外觸 發(fā) 耦 合 方 式選 擇觸 發(fā) 源選 擇電源（2）觸發(fā)耦合方式一般設(shè)有四種觸發(fā)耦合方式DC直流耦合：用于接入直流或緩慢變化的觸發(fā)信號。AC交流耦合：用于觀察從低頻到較高頻率的信號。用“內(nèi)”、“外”觸發(fā)均可。AC低頻抑制（LF REJ）耦合：用于觀察含有低頻干擾的信號。AC高頻抑制耦合”（HF REJ）：用于抑制高頻成分的耦合。（3）掃描觸發(fā)方式選擇（TRIG MODE）掃描觸發(fā)方式通常三種。常態(tài)（NORM）觸發(fā)：也稱觸

26、發(fā)掃描，是指有觸發(fā)源信號并產(chǎn)生了有效的觸發(fā)脈沖時，掃描電路才能被觸發(fā)，才能產(chǎn)生掃描鋸齒波電壓，熒光屏上才有掃描線。自動（AUTO）觸發(fā)：指在一段時間內(nèi)沒有觸發(fā)脈沖時，掃描系統(tǒng)按連續(xù)掃描方式工作，此時熒光屏上將顯示掃描線。當(dāng)有觸發(fā)脈沖信號時，掃描電路能自動返回觸發(fā)掃描方式。電視（TV）觸發(fā)：用于電視觸發(fā)功能，以便對電視信號（如行、場同步信號）進(jìn)行監(jiān)測與電視設(shè)備維修。它是在原有放大、整形電路基礎(chǔ)上插入電視同步分離電路實現(xiàn)的。（4）觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調(diào)節(jié)觸發(fā)極性和觸發(fā)電平?jīng)Q定觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時刻，并決定掃描的起點，調(diào)節(jié)它們可便于對波形的觀測和比較。觸發(fā)極性是指觸發(fā)點位于觸發(fā)源信號的上升沿還是下降沿

27、。觸發(fā)點處于觸發(fā)源信號的上升沿為“+”極性；觸發(fā)點位于觸發(fā)源信號的下降沿為“-”極性。觸發(fā)電平是指觸發(fā)脈沖到來時所對應(yīng)的觸發(fā)放大器輸出電壓的瞬時值。 （a）被測正弦信號）被測正弦信號 （b）零電平正極性觸發(fā)）零電平正極性觸發(fā) （c）正電平正極性觸發(fā)）正電平正極性觸發(fā) （d）正電平負(fù)極性觸發(fā)）正電平負(fù)極性觸發(fā) （e）負(fù)電平負(fù)極性觸發(fā)）負(fù)電平負(fù)極性觸發(fā) （f）負(fù)電平正極性觸發(fā)）負(fù)電平正極性觸發(fā) 圖圖3-18不同觸發(fā)電平、觸發(fā)極性下的波形不同觸發(fā)電平、觸發(fā)極性下的波形（5）放大整形電路掃描信號發(fā)生器要穩(wěn)定工作，對觸發(fā)信號有一定的要求，因此，需對觸發(fā)信號進(jìn)行放大、整形。整形電路的基本形式是電壓比較器，

28、當(dāng)輸入的觸發(fā)源信號與通過“觸發(fā)極性”和“觸發(fā)電平”選擇的信號之差達(dá)到某一設(shè)定值時，比較電路翻轉(zhuǎn)，輸出矩形波，然后經(jīng)過微分整形，變成觸發(fā)脈沖。Uy01234(a)(b)01(c)(d)(e)( f )234t2掃描發(fā)生器環(huán)掃描發(fā)生器用來產(chǎn)生線性良好的鋸齒波，通常用掃描發(fā)生器環(huán)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、掃描閘門及比較釋抑電路組成。 圖圖3-19 掃描發(fā)生器環(huán)的組成掃描發(fā)生器環(huán)的組成閘門電路產(chǎn)生的閘門信號啟動掃描發(fā)生器工作，使之產(chǎn)生鋸齒波電壓，同時把閘門信號送到增輝電路。釋抑電路起穩(wěn)定掃描鋸齒波的形成、防止干擾和誤觸發(fā)的作用，確保獲得穩(wěn)定的圖象。（1）掃描方式選擇示波器既

29、能連續(xù)掃描又能觸發(fā)掃描，掃描方式的選擇可通過開關(guān)進(jìn)行。在連續(xù)掃描時，沒有觸發(fā)脈沖信號，掃描閘門也不受觸發(fā)脈沖的控制，仍會產(chǎn)生門控信號，并啟動掃描發(fā)生器工作；在觸發(fā)掃描時，只有在觸發(fā)脈沖的作用下才產(chǎn)生門控信號。掃描電壓產(chǎn)生電路掃描閘門比較和釋抑電路X軸放大器觸發(fā)連續(xù)觸發(fā)脈沖（2）掃描門掃描門是用來產(chǎn)生閘門信號的，它有三個作用。1）輸出閘門信號，控制積分器掃描。2）利用閘門信號作為增輝脈沖控制示波管，起正程加亮作用。3）在雙蹤示波器中，利用閘門信號觸發(fā)電子開關(guān)，使之工作于交替狀態(tài)。常用的閘門電路有雙穩(wěn)態(tài)、施密特觸發(fā)器和隧道二極管整形電路。圖3-20為施密特觸發(fā)器構(gòu)成的閘門電路。施密特電路把其他的波

30、形變成閘門脈沖。 圖3-20 施密特觸發(fā)器構(gòu)成的閘門電路施密特電路的輸入端接有來自三個方面的信號：一個稱為“穩(wěn)定度”旋鈕的電位器給它提供一個直流電位；從觸發(fā)電路來的觸發(fā)脈沖和從釋抑電路來的釋抑信號。 uiCRb1ReRc1Rc2Rb2V1V2uo+EEHELuiuo(a) 電路圖(b) 工作波形圖（3）積分器通用示波器中應(yīng)用最廣的一種積分電路是密勒（Miller）積分器，可產(chǎn)生線形良好的鋸齒波。 圖3-21 密勒積分器來自掃描閘門-+RC+E掃描鋸齒波輸出Vo（4）比較和釋抑電路利用比較電路的電平比較、識別功能來控制鋸齒波的幅度，使電路產(chǎn)生等幅掃描，比較電路也稱為掃描長度電路。釋抑電路在掃描逆

31、程開始后，關(guān)閉或抑制掃描閘門，使“抑制”期間掃描電路不再受到同極性觸發(fā)脈沖的觸發(fā)，以便使掃描電路恢復(fù)到掃描的起始電平上。比較和釋抑電路與掃描門、積分器構(gòu)成一個閉合的掃描發(fā)生器環(huán)，其中掃描門的輸入接受三個方面的信號：來自觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖；“穩(wěn)定度”電位器提供的直流電位；來自釋抑電路的釋抑信號。1）觸發(fā)掃描：如圖3-22所示，E1、E2分別為閘門電路的上、下觸發(fā)電平，E0為閘門電路的靜態(tài)工作點（來自“穩(wěn)定度”調(diào)節(jié)的直流電位）。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

32、Vo6釋放閘門輸出疊加后的閘門輸入圖3-22 觸發(fā)掃描方式下比較和釋抑電路的工作波形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閘門電路在觸發(fā)脈沖1作用下，達(dá)到上觸發(fā)電平E1，輸出閘門信號控制掃描發(fā)生器輸出線形斜波，開始掃描正程。當(dāng)掃描發(fā)生器輸出Vo達(dá)到由比較電路設(shè)定的比較電平Er時，比較和釋抑電路成為一跟隨器，使閘門電路的輸入跟隨鋸齒波發(fā)生器輸出的斜波電壓Vo。直到到達(dá)下觸發(fā)電平，閘門電路翻轉(zhuǎn)，控制掃描發(fā)生器結(jié)束掃描正程，回掃期開始

33、。通過調(diào)節(jié)比較電平Er，可以改變掃描結(jié)束時間和掃描電壓的幅度。 在掃描正程結(jié)束后，鋸齒波發(fā)生器輸出進(jìn)入回掃期，同時比較和釋抑電路進(jìn)入抑制期，釋抑電路啟動了對輸入觸發(fā)脈沖5的抑制作用。抑制期結(jié)束后，閘門電路重新處于“釋放”狀態(tài)，允許后續(xù)的觸發(fā)脈沖6觸發(fā)下一次掃描開始。2）連續(xù)掃描。在連續(xù)掃描方式下，不論是否有觸發(fā)脈沖，掃描閘門都將輸出閘門信號，使掃描發(fā)生器可以連續(xù)工作。掃描閘門仍然受比較和釋抑電路的控制，以控制掃描正程的結(jié)束，從而實現(xiàn)掃描電壓和被測電壓的同步。3水平放大器水平放大器的基本作用是選擇X軸信號，并將其放大到足以使光點在水平方向達(dá)到滿偏的程度。X放大器的輸入端有“內(nèi)”、“外”信號的選擇

34、。置于“內(nèi)”時，X放大器放大掃描信號；置于“外”時，水平放大器放大由面板上X輸入端直接輸入的信號。改變X放大器的增益可以使光跡在水平方向得到擴展，或?qū)呙杷俣冗M(jìn)行微調(diào)，以校準(zhǔn)掃描速度。改變X放大器有關(guān)的直流電位可以使光跡產(chǎn)生水平位移。3.4.4 通用示波器的其他電路通用示波器的其他電路1高、低壓電源低壓電源為電路提供所需的直流電壓。高壓電源電路多用于示波器的高、中壓供電。2Z軸的增輝與調(diào)輝Z軸增輝電路的作用是將閘門信號放大，加到示波管上，使顯示的波形正程加亮。調(diào)輝電路的作用是將外調(diào)制信號或時標(biāo)信號加到示波管上，使屏幕顯示的波形發(fā)生相應(yīng)地變化。3校準(zhǔn)信號發(fā)生器校準(zhǔn)信號發(fā)生器可產(chǎn)生幅度和頻率準(zhǔn)確的

35、基準(zhǔn)方波信號，為儀器本身提供校準(zhǔn)信號源，以便隨時校準(zhǔn)示波器的垂直靈敏度和掃描時間因數(shù)。3.4.5 示波器的多波形顯示示波器的多波形顯示1多線示波和多蹤示波（1）多線示波多線示波是利用多槍電子管來實現(xiàn)的。各通道、各波形之間產(chǎn)生的交叉干擾可以減少或消除，可獲得較高的測量準(zhǔn)確度。但其制造工藝要求高，成本也高，所以應(yīng)用不是十分普遍。（2）多蹤示波多蹤示波是在單線示波的基礎(chǔ)上增加了電子開關(guān)而形成的。電子開關(guān)按分時復(fù)用的原理，分別把多個垂直通道的信號輪流接到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，最終實現(xiàn)多個波形的同時顯示。多蹤示波器實現(xiàn)簡單，成本也較低，因而得到了廣泛使用。雙蹤示波器的Y通道工作原理如圖3-23所示。圖3-23 雙

36、蹤示波器的Y通道原理框圖Y1輸 入電路Y1前 置放大器Y1門 電路電子開關(guān)Y2輸 入電路Y2前 置放大器Y2門 電路延遲線Y后置放大器Y1輸 入控制信號Y2輸 入圖3-24 交替顯示的波形 圖3-25 斷續(xù)顯示的波形(a)(b)13579111086422雙時基掃描顯示雙時基示波器有兩個獨立的觸發(fā)和掃描電路，其掃描速度可以相差很多倍。這種示波器特別適用于在觀察一個脈沖序列的同時，仔細(xì)觀察其中一個或部分脈沖的細(xì)節(jié)。 圖3-26 雙掃描示波器的組成前置放大延長線Y后置放大A觸發(fā)A掃描電子開關(guān)X放大電壓比較B觸發(fā)選擇門Y線光跡分離電路+-B掃描RPY輸入A增輝B增輝12341234輸入信號A觸發(fā)A掃

37、描延遲觸發(fā)電平B觸發(fā)B掃描A增輝B增輝合成增輝圖3-27 雙掃描示波器的有關(guān)波形3.4.6 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)1頻帶寬度和上升時間為了在測量時不產(chǎn)生明顯的測量誤差，通常要求 （ 為被測信號上升時間），也就是選用的示波器上升時間要小于被測脈沖信號上升時間35倍，否則，應(yīng)按下式修正 （3-9）式（3-9）中， 為被測脈沖實際上升時間； 為根據(jù)波形直接測出的被測脈沖上升時間，即屏幕上看到的上升時間； 為示波器上升時間。2掃描速度掃描速度反映示波器在水平方向展開信號的能力。觀察高速瞬變信號或高頻連續(xù)信號時，熒光屏上光點必須進(jìn)行高速水平掃描；當(dāng)觀測低頻慢變化信號時，光點又必須進(jìn)行相應(yīng)的慢掃描。光點

38、水平掃描速率的高低，可用掃描速度等指標(biāo)來描述。WrBt35. 03xrtt xt22rrxxtttxtrxtrt （3-8）掃描速度是光點的水平移動速度，單位是cm/s，或div/s。dtv（格）一般為1cm，掃描速度的倒數(shù)稱為時間因數(shù)，它相當(dāng)于光點移動單位長度（cm或div）所需時間，為便于計算被測信號的時間參數(shù)，示波器常用時間因數(shù)來標(biāo)度。示波器的掃描速度要適應(yīng)Y軸通道的頻帶寬度，時間因數(shù)從最低速到最高速 （掃描范圍），一般按125順序步進(jìn)分檔（約20檔左右，例如0.2s/div1s/div），每檔內(nèi)能連續(xù)調(diào)節(jié)，以便把顯示的圖像調(diào)到適當(dāng)寬度。應(yīng)當(dāng)指出，連續(xù)調(diào)節(jié)通常應(yīng)調(diào)至最大位置，這是掃描速度

39、粗檔的校準(zhǔn)位置，否則掃描速度不準(zhǔn)確。一般要求時間因數(shù)的誤差要小于10。習(xí)慣上，人們將掃描速度和時間因數(shù)通稱為掃描速度（掃速）。3偏轉(zhuǎn)因數(shù)偏轉(zhuǎn)因數(shù)是指在輸入信號作用下，亮點在熒光屏上移動1cm或1div所需的電壓值，單位為mV/cm、mV/div或V/cm、V/div。它反映示彼器觀察微弱信號的能力。數(shù)值越小，波形幅度越大。偏轉(zhuǎn)因數(shù)是通過變換Y通道衰減器的衰減比，從而改變加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上的信號電壓大小來實現(xiàn)的。偏轉(zhuǎn)因數(shù)的倒數(shù)稱為“偏轉(zhuǎn)靈敏度”，單位為cm/V或div/V。示波器常用偏轉(zhuǎn)因數(shù)進(jìn)行垂直方向標(biāo)度，按1-2-5的順序分成很多擋。另外，示波器還設(shè)有偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)旋鈕，微調(diào)旋鈕通過改變Y輸出放大

40、器的電壓增益來連續(xù)調(diào)節(jié)波形的顯示幅度。當(dāng)微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置時，偏轉(zhuǎn)因數(shù)的實際大小等于偏轉(zhuǎn)因數(shù)旋鈕所指示的數(shù)值。4輸入阻抗Zi示波器輸入阻抗Zi，即被測電路的等效負(fù)載，可等效為輸入電阻和輸入電容的并聯(lián)。通常規(guī)定 ，要求隨頻帶寬度的增加而減小，一般在35pF左右。測量高頻信號時應(yīng)考慮輸入電容的影響。5觸發(fā)特性輸入方式即輸入耦合方式，一般有直流（DC）、交流（AC）和接地（GND）三種耦合方式。接地耦合將示波器Y通道輸入端短路，一般在測量直流電壓時，為確定零電平位置而選用。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。直流耦合即直接耦合，將輸入信號所有成分都

41、加到示波器上。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。觸發(fā)源一般有內(nèi)觸發(fā)（INT，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)是指由被測信號來產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。外觸發(fā)是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)，是指利用示波器內(nèi)部工頻電源來產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。6掃描方式 示波器掃描方式可分為連續(xù)和觸發(fā)掃描兩種，隨示波器功能的擴展，還出現(xiàn)了多種的雙時基掃描。主要有延遲掃描、組合掃描、交替掃描等，但此時示波器中要有兩套掃描系統(tǒng)。MRi%)51 (3.5 取樣示波器取樣示波器3.5.1 取樣的基本概念取樣的基本概念取樣就

42、是從被測波形上取得樣點的過程。取樣分為實時取樣和非實時取樣兩種。從一個信號波形中取得所有取樣點，來表示一個信號波形的方法稱為實時取樣，如圖3-28所示；從被測信號的許多相鄰波形上取得樣點的方法稱為非實時取樣，或稱為等效取樣。如圖3-29所示。取樣脈沖p(t)輸入信號Vi(t)取樣信號Vo(t)tttt輸入信號取樣脈沖取樣信號經(jīng)放大和延長電路后的信號（顯示波形）mTt2 t3 t4 tsTmTt12345圖3-28 實時取樣示意圖圖3-29 非實時取樣示意圖3.5.2 取樣原理取樣原理在取樣技術(shù)中，取樣保持器是核心電路，取樣保持器在原理上可等效為一個取樣開關(guān)（取樣門）和保持電容的串聯(lián)。 圖3-3

43、0 取樣保持器的基本模型輸入信號輸出信號ui(t)uo(t)取樣脈沖p(t)取樣門RCS3.5.3 取樣示波器的顯示過程取樣示波器的顯示過程圖圖3-31 順序取樣示波器的顯示過程順序取樣示波器的顯示過程 3.5.4 取樣示波器的組成取樣示波器的組成1取樣示波器的基本框圖延遲線取樣電路觸發(fā)電路Y延長門垂直放大器水平放大器步進(jìn)脈沖發(fā)生器Y輸入外觸發(fā)內(nèi)外掃描信號發(fā)生器至X偏轉(zhuǎn)板至Y偏轉(zhuǎn)板圖3-32 取樣示波器的組成框圖 3.5.5 取樣示波器的主要參數(shù)取樣示波器的主要參數(shù)取樣示波器除具有通用示波器的性能指標(biāo)外，還具有其本身的技術(shù)參數(shù)。1.取樣示波器的帶寬取樣示波器的帶寬取樣示波器的帶寬主要決定于取樣

44、門，因為被測頻率越高，則要求取樣脈沖越窄。當(dāng)取樣門所用元件工作頻率足夠高時，取樣門的最高工作頻率與取樣脈沖底邊寬度成反比。 （3-12） 2.取樣密度取樣密度 取樣密度是指屏幕在水平方向上顯示的被測信號每格對應(yīng)的取樣點數(shù)，常用每厘米的亮點數(shù)表示。若取樣密度太低，顯示波形會有閃爍現(xiàn)象。 每個步進(jìn)脈沖對應(yīng)一個取樣脈沖，進(jìn)行一次信號取樣；同時每一個步進(jìn)脈沖使階梯電壓上升一階，而階梯是示波器X偏轉(zhuǎn)信號，每階產(chǎn)生一個光點，因此，屏幕上的光點總數(shù)為 （3-13） 式中，Us為X方向最大偏轉(zhuǎn)電壓；US為階梯波每級上升的電壓；n為屏幕的光點總數(shù)。 取樣點越多，顯示的波形越逼真。但在取樣示波器中，取樣點的相距間

45、隔為，即要經(jīng)過m個周期才取樣一次，這意味著每掃描一次的時間較長，可能導(dǎo)致波形閃爍。64. 044. 03dBfssUUn3等效掃速等效掃速定義為被測信號經(jīng)歷時間與水平方向展寬的距離比。通用示波器中掃描速度指單位時間內(nèi)電子束在水平方向的位移（t/cm）。而取樣示波器中，雖然在屏幕上顯示n個亮點需要 的時間，但它等效于被測信號經(jīng)過了 的時間。所以等效掃描速度 （3-14）式中L表示掃描線長度，由于電子束掃完整個屏幕的時間與屏上顯示的被測信號波形代表的時間不同，所以用“等效”來表示區(qū)別。越小，等效掃描速度 越高。4取樣頻率取樣頻率即取樣脈沖的重復(fù)頻率，也是取樣門的工作頻率。取樣頻率越高，越能反映被測

46、信號特性。)(tmTneqSeqStnLtnSeq/3.6 數(shù)字存儲示波器數(shù)字存儲示波器數(shù)字存儲示波器（Digital Storage Oscilloscope，簡稱為DSO）是將捕捉到的波形通過A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字化，而后存入示波管外的數(shù)字存儲器中。3.6.1 數(shù)字存儲示波器的組成原理數(shù)字存儲示波器的組成原理被測信號Y前置放大器觸發(fā)與時基電路Y輸出放大X輸出放大A/D變換D/A變換D/A變換地址計數(shù)及邏輯控制存儲器數(shù)字輸出接口示波管121212數(shù)據(jù)地址圖3-37 典型數(shù)字存儲示波器原理框圖圖3-38 存儲器工作過程t0t2t3t4t5t6t7t1t1ttta0a1a2a3a4a5a6a7uyu

47、uy00H01H02H03H04H05H06H07HD1D2D3D4D5D6D7D0(a)(b)(c)(d)(e)3.6.2 數(shù)字存儲式波器的工作方式數(shù)字存儲式波器的工作方式1數(shù)字存儲器的功能數(shù)字存儲示波器的隨機存儲器RAM按功用可分為信號數(shù)據(jù)存儲器、參考波形存儲器、測量數(shù)據(jù)存儲器和顯示緩沖存儲器四種。信號數(shù)據(jù)存儲器存放模擬信號取樣數(shù)據(jù)；參考波形存儲器存放參考波形的數(shù)據(jù)；測量數(shù)據(jù)存儲器存放測量與計算的中間數(shù)據(jù)和計算結(jié)果；顯示緩沖存儲器存放欲顯示的數(shù)據(jù)。2觸發(fā)工作方式數(shù)字存儲示波器的觸發(fā)包括常態(tài)觸發(fā)和預(yù)置觸發(fā)兩種方式。（1）常態(tài)觸發(fā)。常態(tài)觸發(fā)同模擬示波器基本一樣，可通過面板設(shè)置觸發(fā)電平的幅度和極

48、性，觸發(fā)點可處于復(fù)現(xiàn)波形的任何位置及存儲波形的末端。（2）預(yù)置觸發(fā)。預(yù)置觸發(fā)是人為設(shè)置觸發(fā)點在復(fù)現(xiàn)波形上的位置，它是在進(jìn)行預(yù)置之后通過微處理器的控制和計算功能來實現(xiàn)的。由于觸發(fā)點位置不同，可以觀測到觸發(fā)點前后不同區(qū)段上的波形。預(yù)置觸發(fā)對顯示數(shù)據(jù)的選擇帶來了很大的靈活性。3測量與計算工作方式數(shù)字存儲示波器對波形參數(shù)的測量分為自動測量和手動測量兩種。自動測量是由示波器自動完成測量工作，并將測量結(jié)果以數(shù)字形式顯示在熒光屏上。光標(biāo)測量指的是在熒光屏上設(shè)置兩條水平光標(biāo)線和兩條垂直光標(biāo)線，這四條光標(biāo)線可在面板按鍵的控制下移動，測量時，示波器在測量程序控制下，根據(jù)光標(biāo)位置來完成測量，并將測量結(jié)果顯示在熒光屏

49、上。4面板按鍵操作方式數(shù)字存儲示波器的面板按鍵分為執(zhí)行鍵和菜單鍵兩種。按下執(zhí)行鍵后，示波器立即執(zhí)行該項操作。當(dāng)按下菜單鍵時，在屏幕下方顯示一排菜單，屏幕右方則顯示對應(yīng)菜單的子菜單，然后按子菜單下所對應(yīng)的軟鍵執(zhí)行相應(yīng)的操作。3.6.3 數(shù)字存儲式波器的顯示方式數(shù)字存儲式波器的顯示方式數(shù)字存儲示波器的顯示方式有基本顯示、抹跡顯示、卷動顯示、放大顯示和XY顯示等，可適應(yīng)不同情況下波形觀測的需要。（1）存儲顯示（2）抹跡顯示（3）卷動顯示:卷動顯示方式適于觀測緩變信號中隨機出現(xiàn)的突發(fā)信號，它包括兩種方式，如圖3-39（a）所示。一種是用新波形逐漸代替舊波形，變化點自左向右移動；另一種是波形從右端推入向

50、左移動，在左端消失。 圖圖3-39 卷動顯示方式和延遲掃描放大顯示方式卷動顯示方式和延遲掃描放大顯示方式（4）放大顯示:放大顯示方式適于觀測信號波形細(xì)節(jié)，此方式是利用延遲掃描方法實現(xiàn)的，如圖3-39（b）所示。此時熒光屏一分為二，上半部分顯示原波形，下半部分顯示放大了的部分。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（5）XY顯示XY顯示方式與通用示波器的顯示方法基本相同，一般用于顯示李沙育圖形。（6）顯示的內(nèi)插數(shù)字存儲示波器是將取樣數(shù)據(jù)顯示出來，但采樣點較少時會造成視覺誤差，使人看不到正確的波形。數(shù)據(jù)點插入技術(shù)可以解決這一問題。數(shù)據(jù)點插入技術(shù)主要有線性插入和曲線

51、插入兩種方式。線性插入法僅按直線方式將一些點插入到采樣點之間。曲線式插入法以曲線形式將點插入到采樣點之間，曲線式插入法可以用較少的插入點構(gòu)成非常圓滑的曲線。3.6.4 數(shù)字存儲示波器的特點數(shù)字存儲示波器的特點（1）波形的采樣/存儲與波形的顯示是獨立的。（2）能長時間地保存信號。（3）先進(jìn)的觸發(fā)功能。（4）測量準(zhǔn)確度高。（5）很強的數(shù)據(jù)處理能力數(shù)字存儲示波器內(nèi)含微處理器，因而能自動實現(xiàn)多種波形參數(shù)的測量與顯示。（6）外部數(shù)據(jù)通信接口。3.6.53.6.5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）最高取樣速率 指單位時間內(nèi)取樣的次數(shù)，用每秒鐘完成的A/D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來衡量。

52、實時取樣速率 （N為每格的取樣數(shù)；t/div為掃描一格所用的時間即掃描時間因數(shù)）。（2）存儲帶寬(B) 與取樣速率密切相關(guān)。 （3）分辨率 包括垂直分辨率（電壓分辨率）和水平分辨率（時間分辨率）。 垂直分辨率與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率相對應(yīng)，常以屏幕每格的分級數(shù)(級div)或百分?jǐn)?shù)來表示。 水平分辨率由存儲器的容量決定，常以屏幕每格含多少個取樣點或用百分?jǐn)?shù)來表示。（4）存儲容量 由采集存儲器（主存儲器）的最大存儲容量來表示。 （5）讀出速度 讀出速度是指將數(shù)據(jù)從存儲器中讀出的速度，常用(時間)/div來表示。 /divNft（1）高速A/D轉(zhuǎn)換器 1）并行比較式ADC采用直接比較原理， 轉(zhuǎn)換速度快

53、，有閃爍式A/D（Flash A/D）之稱。 +-+-+-編碼邏輯電路輸出寄存器ViRRR+Vr-Vr采樣時鐘比較器nn-11nn-11MSBLSB3.6.6數(shù)字存儲示波器的主要部件及要求數(shù)字存儲示波器的主要部件及要求（1）高速A/D轉(zhuǎn)換器 2）并串式ADCS/H4位并行A/D4位并行A/D4位D/A-+減法放大器b7b6b5b4b3b2b1b0(MSB)(LSB)ViV13.6.3.6. 高速信號采集技術(shù)高速信號采集技術(shù) YA順序取樣YB順序取樣通道轉(zhuǎn)換器AB通道轉(zhuǎn)換器A/DRAMViAViB（2 2）掃描交換管和）掃描交換管和A/DA/D相結(jié)合相結(jié)合 將高速信號存儲在掃描變換管的靶面上，然

54、后通過電子掃描靶面以圖像信將高速信號存儲在掃描變換管的靶面上，然后通過電子掃描靶面以圖像信號輸出的形式取出存儲信號，并經(jīng)號輸出的形式取出存儲信號，并經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換將數(shù)字化結(jié)果存入存儲器。轉(zhuǎn)換將數(shù)字化結(jié)果存入存儲器。 （3 3）等效取樣和）等效取樣和A/DA/D相結(jié)合相結(jié)合 采用等效取樣的方法將高速信號變?yōu)榈退傩盘枺瑢Υ说退傩盘栠M(jìn)行采集、采用等效取樣的方法將高速信號變?yōu)榈退傩盘?，對此低速信號進(jìn)行采集、存儲就可能完成測量任務(wù)。存儲就可能完成測量任務(wù)。 （4 4）多通道組合）多通道組合 將多個通道的采集能力均用于一個通道對被測信號進(jìn)行采集。將多個通道的采集能力均用于一個通道對被測信號進(jìn)行采集。A

55、DC1ADC2RAM1RAM2Vifs數(shù)據(jù)輸出Vifs反相fs(a) 原理框圖(b) 采樣與存儲波形圖3.7 3.7 示波器的基本測試技術(shù)示波器的基本測試技術(shù) 3.7.1 3.7.1 示波器的選用示波器的選用（1 1）根據(jù)要顯示的信號數(shù)量，選擇單蹤或雙蹤示波器。）根據(jù)要顯示的信號數(shù)量，選擇單蹤或雙蹤示波器。 （2 2）根據(jù)被測信號的頻率特點選擇。）根據(jù)被測信號的頻率特點選擇。 （3 3）根據(jù)被測信號的重現(xiàn)方式選擇。）根據(jù)被測信號的重現(xiàn)方式選擇。 （4 4）根據(jù)被測信號是否含有交直流成分選擇。）根據(jù)被測信號是否含有交直流成分選擇。 （5 5）根據(jù)被測信號的測試重點選擇。）根據(jù)被測信號的測試重點選

56、擇。 3.7.2 3.7.2 示波器的正確使用示波器的正確使用 使用注意事項使用注意事項（1 1）檢查電源電壓。）檢查電源電壓。 （2 2）通電預(yù)熱后再調(diào)整各旋鈕，同時注意各旋鈕應(yīng)先大致旋在中間位置。）通電預(yù)熱后再調(diào)整各旋鈕，同時注意各旋鈕應(yīng)先大致旋在中間位置。（3 3）亮度不宜開得過高，且亮點不宜長期停留在固定位置，不觀測波形時，）亮度不宜開得過高，且亮點不宜長期停留在固定位置，不觀測波形時，應(yīng)該將輝度調(diào)暗。應(yīng)該將輝度調(diào)暗。（4 4）輸入信號電壓的幅度應(yīng)控制在示波器的最大允許輸入電壓范圍內(nèi)）輸入信號電壓的幅度應(yīng)控制在示波器的最大允許輸入電壓范圍內(nèi)3.7.2 示波器的正確使用2 2通用示波器的

57、主要技術(shù)性能通用示波器的主要技術(shù)性能 （1 1）Y Y軸通道軸通道 包括偏轉(zhuǎn)靈敏度、頻帶寬度、輸入阻抗、最大輸入電壓、包括偏轉(zhuǎn)靈敏度、頻帶寬度、輸入阻抗、最大輸入電壓、工作方式及工作方式及Y Y通道延遲時間等。通道延遲時間等。 （2 2）X X軸通道軸通道包括時基因數(shù)、工作方式、觸發(fā)方式、耦合方式及外觸包括時基因數(shù)、工作方式、觸發(fā)方式、耦合方式及外觸發(fā)最大輸入電壓等。發(fā)最大輸入電壓等。 （3 3）主機）主機包括顯示尺寸、后加速陽極電壓、校準(zhǔn)信號等。包括顯示尺寸、后加速陽極電壓、校準(zhǔn)信號等。3 3通用示波器的面板示意圖通用示波器的面板示意圖 （1 1）CHCH1 1（X X）通道）通道1 1：垂

58、直輸入端。：垂直輸入端。 （2 2）CHCH2 2（Y Y）通道）通道2 2：垂直輸入端。：垂直輸入端。 （3 3）VOLTS/DIVVOLTS/DIV輸入衰減器。輸入衰減器。 （4 4）VERT MODEVERT MODE：垂直方式選擇開關(guān)。：垂直方式選擇開關(guān)。 （5 5）SOURCESOURCE觸發(fā)源選擇開關(guān)。觸發(fā)源選擇開關(guān)。 （6）COUPLING觸發(fā)信號耦合方式開關(guān)。 （7）TIME/DIV掃描時間選擇開關(guān)。（8）SWEEP MODE掃描方式選擇開關(guān)。 （9）EXT TRIG和EXT HOR外觸發(fā)和外水平共用輸入端。 （10）LEVEL HOLD OFF觸發(fā)電平和釋抑時間雙重控制旋鈕。

59、 （11）X-Y方式。3.7.2 示波器的正確使用3.7.2 示波器的正確使用4探頭的正確使用常見探頭為低電容高電阻探頭： vivoRRiCCiZ1Z2C0輸入探頭示波器最佳補償過補償欠補償顯示波形3.7.2 示波器的正確使用4 4探頭的正確使用（續(xù)）探頭的正確使用（續(xù)）低電容探頭的應(yīng)用使輸入阻抗大大提高，低電容探頭的應(yīng)用使輸入阻抗大大提高，特別是輸入電容大大減小。但是，將使示波特別是輸入電容大大減小。但是，將使示波器的靈敏度有所下降。器的靈敏度有所下降。探頭和示波器是配套使用的，不能互換，探頭和示波器是配套使用的，不能互換，否則將會導(dǎo)致分壓比誤差增加或高頻補償不否則將會導(dǎo)致分壓比誤差增加或高

60、頻補償不當(dāng)。當(dāng)。低電容高電阻探頭的校正方法是以良好的低電容高電阻探頭的校正方法是以良好的方波電壓通過探頭加到示波器，微調(diào)電容方波電壓通過探頭加到示波器，微調(diào)電容C C以以達(dá)到出現(xiàn)良好的方波。達(dá)到出現(xiàn)良好的方波。 3.7.2 示波器的正確使用3.7.3 3.7.3 用示波器測量電壓用示波器測量電壓 1直流電壓的測量 （1）測量原理 利用被測電壓在屏幕上呈現(xiàn)的直線偏離時間基線（零電平線）的高度與被測電壓的大小成正比的關(guān)系進(jìn)行的。 為被測直流電壓值，h為被測直流信號線的電壓偏離零電平線的高度； 為示波器的垂直靈敏度， k為探頭衰減系數(shù)。DCyVhDkDCVyD1直流電壓的測量（續(xù)）（2）測量方法 1