第4章 電子示波器-3課件

第4章．電子示波器4.1概述4.2示波管4.3電子示波器的結(jié)構(gòu)框圖與性能

4.4電子示波器的基本部件4.5雙綜和雙線示波器4.6高速和取樣示波器4.7記憶示波器和存儲示波器4.8

示波器的基本測試技術(shù)4.5雙綜和雙線示波器1．多線示波

利用多槍電子管和獨立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)來實現(xiàn)的。測試時各通道、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確度。2．多蹤示波

在單線示波的基礎(chǔ)上增加了電子開關(guān)，利用分時復(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。

4.5雙綜和雙線示波器(續(xù))4.5.1雙蹤示波器“Y1”通道（CH1）、“Y2”通道（CH2）和疊加方式（CH1+CH2）都只顯示一個波形。4.5雙綜和雙線示波器(續(xù))4.5.1雙蹤示波（續(xù)) 交替方式（ALT）：適合于觀察高頻信號。4.5雙綜和雙線示波器(續(xù))4.5.1雙蹤示波（續(xù))

斷續(xù)方式（CHOP）：適用于被測信號頻率較低的情況。4.5.2雙線示波器

雙線示波器有兩個獨立的觸發(fā)和掃描電路，特別適用于在觀察一個脈沖序列的同時，仔細觀察其中一個或部分脈沖的細節(jié)。

4.5.2雙線示波器為了能同時觀測脈沖列的全貌及其中某一部分的細節(jié)，設(shè)立電子開關(guān)，把兩套掃描電路的輸出交替地接人X放大器。這稱為A延遲B。把A、B掃描門產(chǎn)生的增輝脈沖疊加起來，形成合成增輝信號，用它來給A通道增輝，則A通道所顯示的脈沖列中，對應(yīng)B掃描期間的那個脈沖3被加亮，這稱為B加亮A。包括上兩種方式的，被稱為自動雙掃描。

4.5.2雙線示波器4.5.3雙綜、雙線示波器比較雙綜示波器優(yōu)點：比普通示波器增加的部件不多，可以達到較高指標，價格只增加百分之十五。缺點：無法觀察兩個快速的單次信號或短時間的非周期信號。

雙線示波器優(yōu)點：兩個偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以用不同的時基發(fā)生器，儀器更為靈活多用。缺點：部件增加，價格較高。受示波管性能限制，技術(shù)指標較低。

4.6取樣示波器

4.6.1概述1．取樣的基本概念取樣就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。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。4.6.1概述1．取樣的基本概念 實時取樣示意圖

4.6.1概述1．取樣的基本概念 非實時取樣示意圖4.6.1概述2．取樣原理

核心電路取樣保持器示意圖兩個取樣脈沖的時間間隔為 ，由于波形包絡(luò)所經(jīng)歷的時間變長了，故可用低頻示波器顯示較高頻率的信號。4.6.1概述2．取樣原理（續(xù)）步進間隔Δt與信號最高頻率fh應(yīng)滿足取樣定理非實時采樣只適用于周期性信號。順序進行的取樣稱為順序取樣；否則稱為隨機取樣。4.6.1概述3顯示原理

順序取樣示波器中的水平掃描信號為階梯波電壓，階梯持續(xù)時間，階梯數(shù)對應(yīng)屏幕上顯示的不連續(xù)的光點數(shù)。

4.6.2取樣示波器的組成及工作原理

1.取樣示波器的基本框圖4.6.2取樣示波器的組成及工作原理2.取樣示波器的垂直通道 垂直通道由延遲線、延長門和Y放大器等電路組成，最關(guān)鍵的電路是取樣電路，它產(chǎn)生正比于取樣值的階梯電壓。下圖為常用的閉環(huán)取樣電路組成框圖。4.6.2取樣示波器的組成及工作原理2.取樣示波器的垂直通道（續(xù)）第一個取樣脈沖到來時，取樣門閉合，輸入的被測信號對取樣電容Cs充電；然后該電壓被送到交流放大器A放大，在延長門閉合期間對保持電容Cm充電；最后保持電壓經(jīng)過反饋電路送回取樣電容Cs，故取樣電容Cs上最終得到的電壓為

（K為取樣門的傳輸函數(shù)）。

若kAβ=1，則取樣電路的輸出電壓值正比于輸入電壓的取樣值。

4.6.2取樣示波器的組成及工作原理2.取樣示波器的垂直通道（續(xù)）第二個取樣脈沖到來時，取樣門閉合，輸入的被測信號與cs上的電壓ui1之差給取樣電容Cs充電，充電的電壓值經(jīng)過傳遞系數(shù)K和增益A后，將在保持電容上與前一次的輸出信號疊加，得到uo2為取樣電路的輸出是由離散的、與被測信號成正比的階梯波構(gòu)成的。4.6.2取樣示波器的組成及工作原理3.取樣示波器的水平通道X通道主要包括觸發(fā)、放大、分頻單元、快斜波發(fā)生器、比較器、階梯波發(fā)生器和X放大器。下圖為階梯波發(fā)生器框圖：4.6.2取樣示波器的組成及工作原理3.取樣示波器的水平通道（續(xù)） 圖示波形說明了步進脈沖發(fā)生器的工作過程4.6.2取樣示波器的組成及工作原理4.取樣示波器的主要參數(shù)

（1）取樣示波器的帶寬要提高取樣示波器的帶寬，取樣門用元件的高頻特性要足夠好；其次取樣脈沖本身要足夠窄。取樣脈沖通常有兩種形式：規(guī)則脈沖和尖三角脈沖。取樣門的最高工作頻率為 （τ為取樣脈沖底寬），即與取樣脈沖底邊的寬度成反比。

4.6.2取樣示波器的組成及工作原理4.取樣示波器的主要參數(shù)（續(xù)）（2）取樣密度

指電路掃描時，在示波器屏幕X軸上顯示的被測信號每格所對應(yīng)的取樣點數(shù)，常用每厘米的光點數(shù)來表示。屏幕上的光點總數(shù)為 （Us為X方向最大偏轉(zhuǎn)電壓；Δus為階梯波每級上升的電壓）。使ΔUs變小，可使總點數(shù)增加，即取樣密度變大；但取樣點過多可能導(dǎo)致波形閃爍。

4.6.2取樣示波器的組成及工作原理4.取樣示波器的主要參數(shù)（續(xù)）（3）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。在取樣示波器中，雖然在屏幕上顯示n個亮點需要n（mT+Δt）的時間，但它等效于被測信號經(jīng)過了nΔt的時間。Us為X方向最大偏轉(zhuǎn)電壓；N為X軸偏轉(zhuǎn)格數(shù)；為快斜波的斜率。4.7記憶示波器與存儲示波器

4.7.1波形模擬存儲技術(shù)和記憶示波器

模擬記憶示波器是利用記憶示波管的波形記憶（存儲）特性實現(xiàn)波形較長時間的存儲，其核心是記憶示波管：4.7.1波形模擬存儲技術(shù)和記憶示波器示波管內(nèi)有兩種電子槍，一種稱為寫入槍，另一種稱為讀出槍。在記錄波形之前，首先對存儲柵網(wǎng)進行清除，清除網(wǎng)上的電子。寫入槍發(fā)射電子束，實現(xiàn)了存儲功能。讀出時，在那些被記錄槍電子束掃描過的區(qū)域，讀出槍發(fā)出的泛射電子可以通過柵網(wǎng)而到達熒光屏，從而顯示波形。4.7.2數(shù)字存儲示波器

1．數(shù)字存儲示波器的組成原理

4.7.2數(shù)字存儲示波器1．數(shù)字存儲示波器的組成原理（續(xù)）當處于存儲工作模式時，其工作過程一般分為存儲和顯示兩個階段。在存儲工作階段，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號，在邏輯控制電路的控制下依次寫入到RAM中。在顯示工作階段，將數(shù)字信號從存儲器中讀出轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)垂直放大器放大加到CRT的Y偏轉(zhuǎn)板。同時，CPU的讀地址計數(shù)脈沖加至D/A轉(zhuǎn)換器，得到一個階梯波掃描電壓，驅(qū)動CRT的X偏轉(zhuǎn)板，4.7.2數(shù)字存儲示波器2．數(shù)字存儲示波器的工作方式

（1）數(shù)字存儲器的功能

—隨機存儲器RAM包括信號數(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。（2）觸發(fā)工作方式

1）常態(tài)觸發(fā)—同模擬示波器基本一樣。

2）預(yù)置觸發(fā)—可觀測觸發(fā)點前后不同段落上的波形。

4.7.2數(shù)字存儲示波器2．數(shù)字存儲式波器的工作方式（續(xù)）（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。一般參數(shù)的測量為自動測量，特殊值的測量使用手動光標進行測量。（4）面板按鍵操作方式

數(shù)字存儲示波器的面板按鍵分為立即執(zhí)行鍵和菜單鍵兩種。

4.7.2數(shù)字存儲示波器3．數(shù)字存儲示波器的顯示方式

（1）存儲顯示

——適于一般信號的觀測。（2）抹跡顯示

——適于觀測一長串波形中在一定條件下才會發(fā)生的瞬態(tài)信號。（3）卷動顯示

——適于觀測緩變信號中隨機出現(xiàn)的突發(fā)信號。4.7.2數(shù)字存儲示波器3．數(shù)字存儲示波器的顯示方式（4）放大顯示

——適于觀測信號波形細節(jié)。

（5）X—Y顯示

4.7.2數(shù)字存儲示波器3．數(shù)字存儲示波器的顯示方式（6）顯示的內(nèi)插

插入技術(shù)可以解決點顯示中視覺錯誤的問題。主要有線性插入和曲線插入兩種方式。4.7.2數(shù)字存儲示波器4．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因而可以無閃爍地觀測極慢變化信號；對于觀測極快信號來說，數(shù)字存儲示波器可采用低速顯示。（2）能長時間地保存信號便于觀察單次出現(xiàn)的瞬變信號。（3）先進的觸發(fā)功能不僅能顯示觸發(fā)后的信號，而且能顯示觸發(fā)前的信號。4.7.2數(shù)字存儲示波器4．數(shù)字存儲示波器的特點（續(xù)）（4）測量準確度高采用了晶振和高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器。（5）很強的數(shù)據(jù)處理能力內(nèi)含微處理器，能自動實現(xiàn)多種波形參數(shù)的測量與顯示；還具有自檢與自校等多種自動操作功能。

（6）外部數(shù)據(jù)通信接口可以很方便地將存儲的數(shù)據(jù)送到計算機或其他的外部設(shè)備，進行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)運算和分析處理。4.7.2數(shù)字存儲示波器5．數(shù)字存儲示波器的主要技術(shù)指標（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。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)。

4.7.2數(shù)字存儲示波器5．數(shù)字存儲示波器的主要技術(shù)指標（續(xù)）（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)或百分數(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數(shù)來表示。

4.7.2數(shù)字存儲示波器5．數(shù)字存儲示波器的主要技術(shù)指標（續(xù)）（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。

4.7.2數(shù)字存儲示波器6．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

1）并行比較式ADC采用直接比較原理，轉(zhuǎn)換速度快，有閃爍式A/D（FlashA/D）之稱。

4.7.2數(shù)字存儲示波器6．數(shù)字存儲示波器的主要部件及要求（續(xù)）