示波器原理及其應(yīng)用-模電實驗

1、示波器原理及其應(yīng)用示波器原理及其應(yīng)用 一一 模擬示波器模擬示波器 示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖象，便于人們研究各種眼看不見的電信號變換成看得見的圖象，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電現(xiàn)象的變化過程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細小的光點。電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細小的光點。在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在在被測信號的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測信

2、號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能屏面上描繪出被測信號的瞬時值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以用它觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以用它測試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅測試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。度等等。 垂直放大水平放大電 路電 路顯示電路掃描和同步電 路電源供給電 路x軸輸入掃描y軸輸入內(nèi)外 普通示波器有五個基本組成部分：顯示電路、垂直（普通示波器有五個基本組成部分：顯示電路、垂直（Y軸）軸）放大電路、水平（放大電路、水平（X軸）放大電路、掃描與同步電路、電源供軸）放大電路、掃描與同步

3、電路、電源供給電路。給電路。 普通示波器的原理功能方框圖普通示波器的原理功能方框圖 。A1：第一陽極：第一陽極G：控制柵極：控制柵極K：陰極：陰極F：燈絲：燈絲G：對應(yīng)亮度旋鈕：對應(yīng)亮度旋鈕A2：第二陽極：第二陽極K G A1 A2共同完成聚焦共同完成聚焦X：水平：水平偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)板Y：豎直偏轉(zhuǎn)板：豎直偏轉(zhuǎn)板熒光屏熒光屏豎直放大器、水平放大器豎直放大器、水平放大器掃描發(fā)生器、觸發(fā)電路掃描發(fā)生器、觸發(fā)電路作用：在偏轉(zhuǎn)板上加足夠的電壓，使電子束獲得明顯偏移；作用：在偏轉(zhuǎn)板上加足夠的電壓，使電子束獲得明顯偏移； 對較弱的被測信號進行放大對較弱的被測信號進行放大掃描發(fā)生器作用掃描發(fā)生器作用：產(chǎn)生一個與時

4、間成正比的電壓作為掃描信號：產(chǎn)生一個與時間成正比的電壓作為掃描信號觸發(fā)電路作用觸發(fā)電路作用：形成觸發(fā)信號。示波器工作在自動（：形成觸發(fā)信號。示波器工作在自動（AUTO)方式時，掃描發(fā)生器始終有掃描信號輸出；當示波器處于方式時，掃描發(fā)生器始終有掃描信號輸出；當示波器處于AC/DC觸發(fā)方式工作時，掃描發(fā)生器必須有觸發(fā)信號的激勵觸發(fā)方式工作時，掃描發(fā)生器必須有觸發(fā)信號的激勵才能產(chǎn)生掃描信號。一般對應(yīng)：才能產(chǎn)生掃描信號。一般對應(yīng)：內(nèi)觸發(fā)方式時，觸發(fā)信號由被測信號產(chǎn)生，滿足同步要求內(nèi)觸發(fā)方式時，觸發(fā)信號由被測信號產(chǎn)生，滿足同步要求外觸發(fā)方式時，觸發(fā)信號由外部輸入信號產(chǎn)生外觸發(fā)方式時，觸發(fā)信號由外部輸入信

5、號產(chǎn)生示波管顯示原理示波管顯示原理產(chǎn)生產(chǎn)生高速高速飛行的飛行的電子束電子束使電子沿使電子沿Y Y方向方向偏移偏移使電子沿使電子沿x x方向方向偏移偏移示波管顯示原理示波管顯示原理電子沿電子沿Y Y方向方向向上向上偏移偏移 1 1、Y Y偏轉(zhuǎn)電極板加一直流電壓偏轉(zhuǎn)電極板加一直流電壓 ( (上正下負上正下負) )，此時，此時，電子束向上偏移，亮點出現(xiàn)在熒光屏正上方。電子束向上偏移，亮點出現(xiàn)在熒光屏正上方。 一個直流電壓加到一對偏轉(zhuǎn)板上時，將使光點在熒光屏一個直流電壓加到一對偏轉(zhuǎn)板上時，將使光點在熒光屏上產(chǎn)生一個固定位移，該位移的大小與所加直流電壓成正比。上產(chǎn)生一個固定位移，該位移的大小與所加直流電

6、壓成正比。電子沿電子沿Y Y方向方向向下向下偏移偏移示波管顯示原理示波管顯示原理 2 2、Y Y偏轉(zhuǎn)電極板加一直流電壓偏轉(zhuǎn)電極板加一直流電壓 ( (上負下正上負下正) )，此時，此時，電子束向下偏移，亮點出現(xiàn)在熒光屏正下方。電子束向下偏移，亮點出現(xiàn)在熒光屏正下方。電子沿電子沿X X方向方向向里向里偏移偏移示波管顯示原理示波管顯示原理 3 3、X X偏轉(zhuǎn)電極板加一直流電壓偏轉(zhuǎn)電極板加一直流電壓 ( (上正下負上正下負) )，此時，此時，電子束向里偏移，亮點出現(xiàn)在熒光屏正右方。電子束向里偏移，亮點出現(xiàn)在熒光屏正右方。電子沿電子沿X X方向方向向外向外偏移偏移示波管顯示原理示波管顯示原理 4 4、X

7、 X偏轉(zhuǎn)電極板加一直流電壓偏轉(zhuǎn)電極板加一直流電壓 ( (上負下正上負下正) )，此時，此時，電子束向外偏移，亮點出現(xiàn)在熒光屏正左方。電子束向外偏移，亮點出現(xiàn)在熒光屏正左方。只在豎直偏轉(zhuǎn)板上只在豎直偏轉(zhuǎn)板上加正弦電壓的情形加正弦電壓的情形只在水只在水平偏轉(zhuǎn)平偏轉(zhuǎn)板上加板上加一鋸齒一鋸齒波電壓波電壓的情形的情形 如果將一個頻率在如果將一個頻率在10Hz20Hz以上的正弦交流電壓加以上的正弦交流電壓加到一對偏轉(zhuǎn)板上時，光點在熒光屏上將隨電壓的變化而移動。到一對偏轉(zhuǎn)板上時，光點在熒光屏上將隨電壓的變化而移動。 由于熒光屏的余輝現(xiàn)象和人眼的由于熒光屏的余輝現(xiàn)象和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，在熒光屏上看到的就視覺

8、暫留現(xiàn)象，在熒光屏上看到的就不是一個上下移動的點，而是一根垂不是一個上下移動的點，而是一根垂直的亮線了。該亮線的長短在示波器直的亮線了。該亮線的長短在示波器的垂直放大增益一定的情況下決定于的垂直放大增益一定的情況下決定于正弦交流電壓峰一峰值的大小。正弦交流電壓峰一峰值的大小。 如果分別將兩個交變?nèi)绻謩e將兩個交變電壓同時加到垂直和水平電壓同時加到垂直和水平兩對偏轉(zhuǎn)板上，則熒光屏兩對偏轉(zhuǎn)板上，則熒光屏上的光點位置就由兩個方上的光點位置就由兩個方向的位移所共同決定。向的位移所共同決定。 如果將代表被測信號的正弦波電壓加如果將代表被測信號的正弦波電壓加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，鋸齒波掃描電壓加到水到垂直偏轉(zhuǎn)板

9、上，鋸齒波掃描電壓加到水平偏轉(zhuǎn)板上，而且被測信號電壓的頻率等平偏轉(zhuǎn)板上，而且被測信號電壓的頻率等于鋸齒波掃描電壓的頻率于鋸齒波掃描電壓的頻率(fX=fY)，則熒光，則熒光屏上將顯示出一個周期的被測信號電壓隨屏上將顯示出一個周期的被測信號電壓隨時間變化的波形曲線時間變化的波形曲線 TX=TY 若加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的正弦波若加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的正弦波電壓頻率是加到水平偏轉(zhuǎn)板上的電壓頻率是加到水平偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波掃描電壓頻率的二倍鋸齒波掃描電壓頻率的二倍(2fX=fY) ，則熒光屏上顯示出兩個，則熒光屏上顯示出兩個周期正弦波形曲線。周期正弦波形曲線。TX=2TY 以此類推，當以此類推，當TX=nTY，則

10、屏幕則屏幕顯示顯示n個周期正弦波形。個周期正弦波形。紊亂的波形紊亂的波形 當被測信號電壓的頻率與鋸齒波電壓的頻率不成整數(shù)倍數(shù)時，則當被測信號電壓的頻率與鋸齒波電壓的頻率不成整數(shù)倍數(shù)時，則熒光屏上不能獲得穩(wěn)定的波形熒光屏上不能獲得穩(wěn)定的波形 由此可見，為了在熒光屏上獲得穩(wěn)定的圖像，由此可見，為了在熒光屏上獲得穩(wěn)定的圖像，TX(包括正程與回程包括正程與回程)與與TY必須成整數(shù)倍關(guān)系，即必須成整數(shù)倍關(guān)系，即TXnTY (n為正整數(shù)為正整數(shù))，以保證每次掃描的起始點，以保證每次掃描的起始點都對應(yīng)信號電壓都對應(yīng)信號電壓uy的相同相位點上，這種過程稱為的相同相位點上，這種過程稱為“同步同步”。示波器中，。

11、示波器中，通常利用通常利用被測信號被測信號uy (或用與或用與uy相關(guān)的其他信號相關(guān)的其他信號)去控制掃描電壓發(fā)生器的去控制掃描電壓發(fā)生器的振蕩周期，以迫使振蕩周期，以迫使TXnTY。不穩(wěn)定波形不穩(wěn)定波形形成原因形成原因 掃描時由于鋸齒波掃描時由于鋸齒波周期性復原，要求光點周期性復原，要求光點所畫的軌跡和第一周期所畫的軌跡和第一周期的完全重合，再由視覺的完全重合，再由視覺殘留，觀察到一個穩(wěn)定殘留，觀察到一個穩(wěn)定的波形的波形 。 Tx=nTy , fy=nfx 為使熒光屏上的圖形穩(wěn)定，被測信號電壓的頻率應(yīng)與鋸齒波電壓的為使熒光屏上的圖形穩(wěn)定，被測信號電壓的頻率應(yīng)與鋸齒波電壓的頻率保持整數(shù)比的關(guān)系

12、，即同步關(guān)系。需要在其掃描電路上輸入一個與頻率保持整數(shù)比的關(guān)系，即同步關(guān)系。需要在其掃描電路上輸入一個與被觀察信號頻率相關(guān)的同步信號，當所加同步信號的頻率接近鋸齒波頻被觀察信號頻率相關(guān)的同步信號，當所加同步信號的頻率接近鋸齒波頻率的自主振蕩頻率（或接近其整數(shù)倍）時，就可以把鋸齒波頻率率的自主振蕩頻率（或接近其整數(shù)倍）時，就可以把鋸齒波頻率“拖入拖入同步同步”或或“鎖住鎖住”。 拖入同步拖入同步tt00uYuX 選擇觸發(fā)時機。選擇觸發(fā)時機。連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描1、連續(xù)掃描、連續(xù)掃描 觸發(fā)掃描的特點是，只有在外加輸入信號觸發(fā)掃描的特點是，只有在外加輸入信號(稱為觸發(fā)信稱為觸發(fā)信號號

13、)的作用下光屏上才有時基線；反之，無觸發(fā)信號熒光的作用下光屏上才有時基線；反之，無觸發(fā)信號熒光屏上只顯示一個亮點。屏上只顯示一個亮點。 觸發(fā)掃描不僅可用于觀察連續(xù)信號波形，而且適用于觸發(fā)掃描不僅可用于觀察連續(xù)信號波形，而且適用于觀測脈沖信號波形。觀測脈沖信號波形。 連續(xù)掃描是掃描電壓為周期性鋸齒波電壓。其特點連續(xù)掃描是掃描電壓為周期性鋸齒波電壓。其特點是即使沒有外加信號，在熒光屏上也能顯示一條時基線。是即使沒有外加信號，在熒光屏上也能顯示一條時基線。前面介紹過的掃描即為連續(xù)掃描。前面介紹過的掃描即為連續(xù)掃描。2、觸發(fā)掃描、觸發(fā)掃描 觸發(fā)掃描的特點是，只有在外加輸入信號觸發(fā)掃描的特點是，只有在外

14、加輸入信號(稱為觸發(fā)信號稱為觸發(fā)信號)的作用下，的作用下，掃描發(fā)生器才工作。掃描發(fā)生器才工作。 觸發(fā)掃描不僅可用于觀察連續(xù)信號波形，而且適用觸發(fā)掃描不僅可用于觀察連續(xù)信號波形，而且適用于觀測窄脈沖信號波形。于觀測窄脈沖信號波形。 為了在示波器上觀察到穩(wěn)定不動的信號波形：用被測為了在示波器上觀察到穩(wěn)定不動的信號波形：用被測信號或其他信號來控制掃描電壓的產(chǎn)生時刻，稱為掃描觸信號或其他信號來控制掃描電壓的產(chǎn)生時刻，稱為掃描觸發(fā)。該系統(tǒng)的主要作用是用來產(chǎn)生鋸齒波信號，并保證被發(fā)。該系統(tǒng)的主要作用是用來產(chǎn)生鋸齒波信號，并保證被測信號波形與掃描信號波形之間有確定的相位關(guān)系。掃描測信號波形與掃描信號波形之間

15、有確定的相位關(guān)系。掃描系統(tǒng)所需的觸發(fā)信號可選用內(nèi)觸發(fā)信號，也可選用外觸發(fā)系統(tǒng)所需的觸發(fā)信號可選用內(nèi)觸發(fā)信號，也可選用外觸發(fā)信號，一般多選用內(nèi)觸發(fā)信號進行掃描顯示，僅在同步困信號，一般多選用內(nèi)觸發(fā)信號進行掃描顯示，僅在同步困難時才選用外觸發(fā)的方式。當被測信號達到某一選擇的電難時才選用外觸發(fā)的方式。當被測信號達到某一選擇的電平時，觸發(fā)電路就輸出一個脈沖信號去啟動掃描電路使光平時，觸發(fā)電路就輸出一個脈沖信號去啟動掃描電路使光點開始水平掃描。點開始水平掃描。 觸發(fā)系統(tǒng)包括觸發(fā)信號源、觸發(fā)方式、觸發(fā)電平和觸觸發(fā)系統(tǒng)包括觸發(fā)信號源、觸發(fā)方式、觸發(fā)電平和觸發(fā)極性。合理地選擇觸發(fā)信號源對正確觀察被測信號之間發(fā)

16、極性。合理地選擇觸發(fā)信號源對正確觀察被測信號之間的相位關(guān)系是十分重要的。的相位關(guān)系是十分重要的。雙蹤示波器的基本組成雙蹤示波器的基本組成 電子前置放大YA前置放大YB門控電路開關(guān)混合電 電路 路延遲Y軸后置放大電路內(nèi)觸發(fā)放大電路時 基觸發(fā)電路時 基發(fā)生電路X軸放大電 路Z軸放大電 路校準信號電 路低壓電源供給電路高壓電源供給電路YAYB拉按(常態(tài))掃描外接外觸發(fā)X外接內(nèi)外1V1kHz至各電路至示波管顯示系統(tǒng)YB輸入A輸入B通道A通道B電子開關(guān)K0123401234ttvvAB接掃描電壓(a)(b)雙蹤示波器基本原理雙蹤示波器基本原理 雙蹤（或多蹤）示波是在單線示波器的基礎(chǔ)上，增設(shè)一個雙蹤（或多

17、蹤）示波是在單線示波器的基礎(chǔ)上，增設(shè)一個專用電子開關(guān)，用它來實現(xiàn)兩種（或多種）波形的分別顯示。專用電子開關(guān)，用它來實現(xiàn)兩種（或多種）波形的分別顯示。 電子開關(guān)電子開關(guān)K的作用是使加在示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上的兩種信的作用是使加在示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上的兩種信號電壓作周期性轉(zhuǎn)換。兩個信號在熒光屏上雖然是交替顯示號電壓作周期性轉(zhuǎn)換。兩個信號在熒光屏上雖然是交替顯示的，但由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象和熒光屏的余輝（高速電子的，但由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象和熒光屏的余輝（高速電子在停止沖擊熒光屏后，熒光屏上受沖擊處仍保留一段發(fā)光時在停止沖擊熒光屏后，熒光屏上受沖擊處仍保留一段發(fā)光時間）現(xiàn)象，就可在熒光屏上同時看到兩個被測

18、信號波形。間）現(xiàn)象，就可在熒光屏上同時看到兩個被測信號波形。 電子開關(guān)的工作方式有電子開關(guān)的工作方式有“交替交替”轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換和“斷續(xù)斷續(xù)”轉(zhuǎn)換兩種。轉(zhuǎn)換兩種。 0123401234ttvvABtv01234正程回程012(a)(b)采用采用“交替交替”轉(zhuǎn)換方式轉(zhuǎn)換方式 采用采用“斷續(xù)斷續(xù)”轉(zhuǎn)換方式轉(zhuǎn)換方式 當電子開關(guān)用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式時，在當電子開關(guān)用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式時，在X軸掃描的每一個軸掃描的每一個過程中，電子開關(guān)都以足夠高的轉(zhuǎn)換頻率，分別對所顯示的每過程中，電子開關(guān)都以足夠高的轉(zhuǎn)換頻率，分別對所顯示的每個被測信號進行多次取樣。個被測信號進行多次取樣。亮度：軌跡亮度：軌跡亮度調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)電

19、源開關(guān)電源開關(guān)電源指示燈電源指示燈聚焦：軌跡聚焦：軌跡清晰度調(diào)節(jié)清晰度調(diào)節(jié)熒光屏熒光屏校準信號校準信號CH1或或CH2：被測信號輸入端口：被測信號輸入端口注意雙通道被測信號耦合方式被測信號耦合方式AC：交流輸入：交流輸入DC：直流輸入直流輸入GND：輸入零信號輸入零信號垂直位移垂直位移水平位移水平位移被測信號輸入被測信號輸入ALT：兩個通道：兩個通道交替顯示交替顯示CH1或或CH2：1或或2單獨顯示單獨顯示CHOP：兩個通：兩個通道斷續(xù)顯示道斷續(xù)顯示ADD：顯示兩個：顯示兩個通道信號幅度的通道信號幅度的代數(shù)和或差代數(shù)和或差通道通道2極極性轉(zhuǎn)換性轉(zhuǎn)換：調(diào)節(jié)垂直：調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度，指示垂直方偏轉(zhuǎn)

20、靈敏度，指示垂直方向每格的偏轉(zhuǎn)電壓值向每格的偏轉(zhuǎn)電壓值：連續(xù)調(diào)：連續(xù)調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度：調(diào)節(jié)掃：調(diào)節(jié)掃描速率，指示水平方描速率，指示水平方向每格的掃描時間向每格的掃描時間：CH1輸入輸入X軸信號軸信號：連續(xù)調(diào)節(jié)掃連續(xù)調(diào)節(jié)掃描速率描速率自動（自動（AUTO)：掃：掃描發(fā)生器自動工作描發(fā)生器自動工作常態(tài)（常態(tài)（NORM)單次（單次（SINGLE)被觸發(fā)或準被觸發(fā)或準備指示燈備指示燈調(diào)節(jié)被測信號在某調(diào)節(jié)被測信號在某一電平觸發(fā)掃描一電平觸發(fā)掃描外：外：LINE EXT觸發(fā)極性選擇：選擇上觸發(fā)極性選擇：選擇上升或下降沿觸發(fā)掃描升或下降沿觸發(fā)掃描接地接地外觸發(fā)輸入外觸發(fā)輸入CH1或或CH2

21、選擇：選擇：“交替交替”或或“斷續(xù)斷續(xù)”工作方式時，選擇工作方式時，選擇頻率低的通道觸發(fā)頻率低的通道觸發(fā)單蹤顯示時，任選單蹤顯示時，任選其一，觸發(fā)信號均其一，觸發(fā)信號均來自于被顯示通道來自于被顯示通道選擇觸發(fā)信號選擇觸發(fā)信號耦合方式：耦合方式：AC/DC TVAC常態(tài)常態(tài)觸發(fā)耦合方式觸發(fā)耦合方式（COUPL ING）順時針旋足順時針旋足微調(diào)（微調(diào)（VIRIABLE）CH1觸發(fā)源觸發(fā)源（TRIGGER SOURCE）0.1V(X)電壓衰減電壓衰減（VOLTS/DIV）0.5ms掃描速率（掃描速率（SEC/DIV）CH1垂直方式（垂直方式（MODE）觸發(fā)極性（觸發(fā)極性（SLOPE）居中居中位移（三

22、只）位移（三只）（POSITION）自動自動掃描方式掃描方式（SWEEP MODE）居中居中聚焦（聚焦（FOCUS ）DC輸入耦合輸入耦合居中居中亮度（亮度（INTENSITV）作用位置作用位置控制件名稱控制件名稱作用位置作用位置控制件名稱控制件名稱測量前示波器面板控件的位置測量前示波器面板控件的位置注意：測量時對控件進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)注意：測量時對控件進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)掃描速率，指示：調(diào)節(jié)掃描速率，指示：調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度：調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度,指示指示調(diào)節(jié)被測信號在某一電平觸發(fā)描。調(diào)節(jié)被測信號在某一電平觸發(fā)描。 舊示波器：舊示波器：順時針到底，波形中心電平附近順時針到底，波形中心電平附近顯示兩

23、個相關(guān)量的函數(shù)圖形。顯示兩個相關(guān)量的函數(shù)圖形。 CH1輸入輸入x軸信號，同時設(shè)置為軸信號，同時設(shè)置為狀態(tài)。狀態(tài)。（1）信號發(fā)生器輸出）信號發(fā)生器輸出接接CH1。（2）調(diào)節(jié)信號發(fā)生器）調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出頻率和電壓及波的輸出頻率和電壓及波形。形。（3）調(diào)節(jié)示波器）調(diào)節(jié)示波器CH1通道偏轉(zhuǎn)因數(shù)、掃描速通道偏轉(zhuǎn)因數(shù)、掃描速率、電平等，使顯示波率、電平等，使顯示波形穩(wěn)定。形穩(wěn)定。測量原理測量原理 YUpp 偏轉(zhuǎn)因數(shù)偏轉(zhuǎn)因數(shù)V/div XT時基因數(shù)時基因數(shù)T/div10div峰峰U8divT電壓：電壓：Upp=24=8V假設(shè)：假設(shè)：“ V/div ” 檔位置于檔位置于2V/div “ TIME/div ”的檔位在的檔位在0.5ms/div 周期周期 T=60.5=3mS頻率頻率 f=1/T=333HZ 4格1.6格T=1.6t/divUPP