示波技術(shù)和測量技術(shù)第三章2課件

第三章示波測試和測量技術(shù)時域測試（時域分析）：研究信號隨時間變化的測試，示波器是最典型儀器。頻域分析：分析信號包含的頻率成份，頻譜分析儀是最典型儀器。數(shù)據(jù)域分析：顯示多路數(shù)字信號邏輯狀態(tài)和各路信號之間的邏輯關(guān)系，邏輯分析儀是最典型儀器。1第一節(jié)

示波測試的基本原理

一、陰極射線示波管

示波管（CRT）：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏

陰極射線示波管電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏2（一）電子槍：

電子槍由燈絲F，陰極K，柵極G1和G2，陽極A1和A2組成。

F、K：當(dāng)燈絲加熱陰極后，涂有氧化物的陰極發(fā)射大量的電子。G1：G1對K的負電位的改變，起到調(diào)節(jié)電子密度進而調(diào)節(jié)光點亮度的作用，G1電位越負，圖形越暗，調(diào)節(jié)G1電度的電位器稱為“輝度”。

3電子穿越加速場的過程：

電子穿越加速場,由于電子在垂直方向沒有受力,那么5即電子的運動方向偏向軸向。

6電子穿越減速場的過程：

即：電子的運動方向偏離了軸向。

7+-輝度聚焦輔助聚焦9（二）偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：

示波管中至少有X偏轉(zhuǎn)板和Y偏轉(zhuǎn)板各一對。以Y偏轉(zhuǎn)板為例說明光點在熒光屏上的位移與什么因素有關(guān)。

+-電子束屏幕10為示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為V/cm在偏轉(zhuǎn)電壓Vy的作用下，Y方向在熒光屏偏轉(zhuǎn)的距離為

11二、圖像顯示的基本原理

圖像顯示基本類型（1）顯示隨時間變化的信號。（2）顯示任意兩個變量x與y的關(guān)系。

（一）顯示隨時間變化的信號：

1、掃描的概念

假設(shè)，即為加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上的電壓，則電子束就會在Y方向按正弦規(guī)律變化，任一瞬間的偏轉(zhuǎn)距離正比于該瞬間Y偏轉(zhuǎn)板上的電壓。

1312031400假設(shè)在X偏轉(zhuǎn)板上加一隨時間而線性變化的電壓，即鋸齒波電壓，那么光點在X方向偏轉(zhuǎn)的距離變化反映了時間的變化，光點在熒光屏上構(gòu)成反映時間變化的直線

。15掃描：光點在鋸齒波作用下掃動的過程。掃描電壓：能實現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓。掃描正程：光點自左向右的連續(xù)掃動。

掃描回程：光點自右端迅速返回起點。時間基線：若在Y方向不加電壓，光點只在X方向上構(gòu)成反映時間變化的一條直線。

172、信號與掃描電壓的同步：

同步：掃描電壓的周期是被觀察信號周期的整數(shù)倍。

即18被測信號與掃描電壓的同步19同步的實現(xiàn)：

利用被測信號產(chǎn)生一個同步觸發(fā)信號去控制示波器時基電路中的掃描發(fā)生器，迫使它們同步。

用外加信號去產(chǎn)生同步觸發(fā)信號，但外加信號的周期應(yīng)與被測信號有一定關(guān)系。3、連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描：

連續(xù)掃描:掃描電壓是連續(xù)。觸發(fā)掃描:只有在被測脈沖到來時才掃描一次。21（二）顯示任意兩個變量之間的關(guān)系在示波管中，電子束同時受到X和Y兩個偏轉(zhuǎn)的作用，示波器可變?yōu)橐粋€X-Y圖示儀。李沙育圖形：示波器兩個偏轉(zhuǎn)板都加正弦電壓時顯示的圖形。

22兩個同頻率信號構(gòu)成的李沙育圖形23X輸入衰減Y前置放大器延遲線Y輸出放大器觸發(fā)電路X放大器掃描發(fā)生器環(huán)Y輸入外觸發(fā)輸入內(nèi)外內(nèi)外X通道Y通道校準信號發(fā)生器

校準輸出電源25二、

示波器的垂直通道

垂直通道包括：輸入衰減器Y前置放大器延遲線Y輸出放大器

26(—)輸入衰減器

＋__＋若滿足——最佳補償

則

與信號頻率無關(guān)

改變分壓比就可改變示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度。

（分壓公式）27三、示波器的水平通道

組成:掃描發(fā)生器環(huán)觸發(fā)電路X放大器

（一）掃描發(fā)生器環(huán)

掃描發(fā)生器環(huán)是產(chǎn)生掃描信號(鋸齒波）的，它又稱時基電路。29掃描：光點在鋸齒波作用下掃動的過程。掃描電壓：能實現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓。掃描正程：光點自左向右的連續(xù)掃動。

掃描回程：光點自右端迅速返回起點。時間基線：若在Y方向不加電壓，光點只在X方向上構(gòu)成反映時間變化的一條直線。

補充30掃描門積分器

比較和釋抑電路

至X放大器增輝-E掃描發(fā)生器環(huán)的組成D311、積分器：產(chǎn)生鋸齒波

S+ERCA+_+ERCA+_T32S斷開：

和t成線性關(guān)系。

S閉合：C迅速放電，迅速上升，形成鋸齒波掃描電壓。

為高電平，T截止，相當(dāng)S斷開。為低電平，T導(dǎo)通，相當(dāng)S接通。

+ERCA+_T33把積分器產(chǎn)生的鋸齒波電壓送入X放大器加以放大，再加至水平偏轉(zhuǎn)板，由于偏轉(zhuǎn)的水平距離與偏轉(zhuǎn)電壓成正比，而這個電壓與時間成正比，所以可以用熒光屏上的水平距離代表時間。

掃描速度

x：光點在水平方向偏轉(zhuǎn)的距離

t：偏轉(zhuǎn)x距離所對應(yīng)的時間

掃描速度的粗調(diào)：改變R或C掃描速度的微調(diào)：改變E342、掃描門

也稱時基闡門：用來產(chǎn)生門控信號，用射極耦合雙穩(wěn)觸發(fā)電路即施密特電路來實現(xiàn)。

+E-E來自觸發(fā)電路

來自比較釋抑電路

-E去積分器T1T2穩(wěn)定度＋－35時,截止，導(dǎo)通，處于第一穩(wěn)定狀態(tài)為低電平，積分器不積分，沒有鋸齒波產(chǎn)生。時,導(dǎo)通，截止，進入第二穩(wěn)定狀態(tài)為高電平，積分器開始積分，有鋸齒波產(chǎn)生。**去積分器-E來自觸發(fā)電路來自比較釋抑電路-ET1T2穩(wěn)定度tt00t1t2＋－+E36tt00t1t2時,，還導(dǎo)通，還截止，保持第二穩(wěn)定狀態(tài)，積分器繼續(xù)積分，有鋸齒波產(chǎn)生。時,，截止，導(dǎo)通，回到第一穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，積分器停止積分，鋸齒波消失。**+E去積分器-E來自觸發(fā)電路

來自比較釋抑電路

-ET1T2穩(wěn)定度＋－37(1)受三方面信號的共同作用：

①“穩(wěn)定度”旋鈕的電位器供給它一個直流電位；②接受從觸發(fā)電路來的觸發(fā)脈沖；③接受從釋抑電路來的釋抑信號。

+E-E來自觸發(fā)電路

來自比較釋抑電路-E去積分器T1T2穩(wěn)定度38②直流電位使高于，在沒有觸發(fā)信號，也能使導(dǎo)通，截止,即產(chǎn)生掃描電壓；

(2)“穩(wěn)定度”旋鈕來的直流電位的作用:

①直流電位使處于與之間，只有在觸發(fā)脈沖作用下才會翻轉(zhuǎn)到導(dǎo)通，截止的狀態(tài),即產(chǎn)生掃描電壓；

③直流電位過負，有觸發(fā)信號時也達不到，則不會產(chǎn)生掃描信號，這時示波器X通道直接輸入外加信號。

+E-E來自觸發(fā)電路

來自比較釋抑電路-E去積分器T1T2穩(wěn)定度393、比較和釋抑電路

掃描門積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路40tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345（1）觸發(fā)信號使導(dǎo)通，截止，積分器開始積分，輸出掃描電壓（隨時間線性）

*觸發(fā)掃描

41（2）如果有第二個觸發(fā)信號使或沒有觸發(fā)信號，導(dǎo)通，截止保持不變（）。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路42（2）如果有第二個觸發(fā)信號使或沒有觸發(fā)信號，導(dǎo)通，截止保持不變（）。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路43掃描電壓達到負值→T導(dǎo)通→充電

→隨兩端的電壓開始。

tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路44繼續(xù)↓→二極管D截止→電位只由兩端的電壓決定（與“穩(wěn)定度”旋鈕的直流電位無關(guān)）。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路45（5），截止，導(dǎo)通,掃描停止→積分器C放電(RC為時間常數(shù))→積分器停止積分→↑→T截止→放電→隨兩端的電壓↑。

tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路46（6）繼續(xù)放電，由于，所以C先放電完。

掃描門積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr1234547

C放電完，掃描回程進行完畢，但還在繼續(xù)放電。

tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路48（8）是的放電時間，觸發(fā)脈沖不起作用，處于“抑”狀態(tài)。

掃描門積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr1234549之后，這時處于“釋”狀態(tài)，如果有觸發(fā)信號，產(chǎn)生掃描電壓。

tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr12345掃描門積分器至X放大器-ED比較和釋抑+E+ERhChTBP穩(wěn)定度-+放電回路充電回路50條件：，保證完成掃描回程前，即使有第4個脈沖觸發(fā)，也不能產(chǎn)生第二次掃描，保證每次回歸結(jié)束后才可能開始下一次掃描。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr1234551tE1E0E2t1t2t3t4tfthtb釋抑電路充電

釋抑電路放電

掃描電壓第二次掃描Vr*連續(xù)掃描

施密特電路從“穩(wěn)定度”旋紐得到直流電壓，是否有觸發(fā)脈沖都可以掃描。

52（二）觸發(fā)電路

觸發(fā)電路用來產(chǎn)生周期與被測信號有關(guān)的觸發(fā)脈沖，這個脈沖被加至掃描門。

電源＋電源－內(nèi)＋內(nèi)－外＋外－外觸發(fā)6.3V(交流）自Y放大器C1C2C3ACAC低頻抑制HFDC極性方式12＋－＋－電平比較整形去掃描發(fā)生器環(huán)12531、比較整形電路

近于并略大于時電路翻轉(zhuǎn)，輸出觸發(fā)脈沖。電源＋電源－內(nèi)＋內(nèi)－外＋外－外觸發(fā)6.3V(交流）自Y放大器C1C2C3ACAC低頻抑制HFDC極性方式12＋－＋－電平比較整形去掃描發(fā)生器環(huán)12542、“電平”旋鈕

比較整形電路的一端接一個可調(diào)時直流電壓，調(diào)整這個直流電壓的旋鈕稱為“電平”旋鈕。比較整形電路另一端接觸發(fā)信號。當(dāng)觸發(fā)信號的電平接近“電平”旋鈕選擇的直流電位時，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。因此“電平”旋鈕是決定信號在什么電平產(chǎn)生觸發(fā)的。

553、“極性”開關(guān)

三刀六位開關(guān)，選擇觸發(fā)源和觸發(fā)信號的極性。電源＋電源－內(nèi)＋內(nèi)－外＋外－外觸發(fā)6.3V(交流）自Y放大器C1C2C3ACAC低頻抑制HFDC極性方式12＋－＋－電平比較整形去掃描發(fā)生器環(huán)1256正極性、正電平負極性、正電平正極性、負電平負極性、負電平實線表示觸發(fā)信號虛線表示直流電位極性選正，觸發(fā)信號至比較整形電路的輸入端1

極性選負，觸發(fā)信號至比較整形電路的輸入端257電源＋電源－內(nèi)＋內(nèi)－外＋外－外觸發(fā)6.3V(交流）自Y放大器C1C2C3ACAC低頻抑制HFDC極性方式12＋－＋－電平比較整形去掃描發(fā)生器環(huán)12584、“方式”開關(guān)：

直流（DC）方式交流（AC）方式

AC低頻抑制方式AF高頻耦合方式

（三）X放大器：改變X放大器的增益可以使光跡在水平方向得到若干倍的擴展，校準掃描速度，改變X放大器有關(guān)的直流電位，可使光跡產(chǎn)生水平位移。

59第三節(jié)數(shù)字存儲示波器數(shù)字存儲示波器(DSO)簡稱數(shù)字示波器。一、數(shù)字存儲示波器的組成和工作原理數(shù)字存儲示波器主要由采樣存儲、觸發(fā)與時基和顯示三大部分組成。60（一）采樣存儲采樣存儲包括◆衰減及放大◆采樣保持及AD變換◆采集存儲器三部分衰減及放大電路的作用與模擬示波器類似。它們的輸出信號經(jīng)采樣保持電路，由連續(xù)信號變?yōu)殡x散信號，各離散點的采樣值正比于采樣瞬間的幅值。經(jīng)過AD變換，離散的模擬量變?yōu)榱炕蟮臄?shù)字量，然后由采集存儲器存儲。61數(shù)字存儲示波器的采樣方式分為實時采樣和非實時采樣。非實時采樣分為非實時順序采樣和隨機采樣兩種。1．采樣方式（1）實時采樣:在信號實際經(jīng)歷的時間內(nèi)完成了全部采樣。在實時采樣中，只要按時間順序在同一波形上等問隔采集若干點即可。實時取樣不能解決示波器在觀測高頻信號時所遇到的頻帶限制的困難。62（2）非實時順序采樣234561123456非實時順序采樣通常對周期為T的信號每經(jīng)大約m個周期采集一點（m為正整數(shù)），但每次采樣都比前次在波形的相對位置上滯后△t，也就是說每經(jīng)（mT+△t）采集一點。63（3）非實時隨機采樣非實時隨機采樣也要經(jīng)過多個信號波形的采集，才能”拼湊”出完整波形所需的采樣點，但是在一個采集窗口內(nèi)它可以取得若干個采樣點。64對隨機采樣方式，通常用內(nèi)插的方法精確計算觸發(fā)點至下一個采樣時鐘的相對時間間隔（圖中)，微處理器根據(jù)這些相對位置重建全部采樣點，”拼湊”成供顯示的波形。652．?dāng)?shù)字示波器的混淆失真為不失真地恢復(fù)被測波形，通常需要示波器的采樣率為被測信號所包含最高頻率的4～l0倍以上。如果采樣率過低．則恢復(fù)、顯示的波形可能發(fā)生嚴重失真，這稱為混淆失真。66數(shù)字存儲示波器要用存儲器把AD變換后的數(shù)據(jù)存儲起來以便顯示。3．?dāng)?shù)字存儲示波器的存儲存儲容量每個信號通道能存儲數(shù)據(jù)的點數(shù)稱為存儲容量，亦稱為存儲深度（長度、寬度）或記錄長度。67（二）信息顯示1.CRT光柵增輝顯示光柵增輝顯示一半采用磁偏轉(zhuǎn)的CRT，即用X，Y兩個磁偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生磁場，來使電子束偏轉(zhuǎn)。磁偏轉(zhuǎn)管由于偏轉(zhuǎn)角度大、工作頻率高和失真及功耗均小等優(yōu)點，在各類顯示器中得到廣泛應(yīng)用。(1)光柵增輝顯示的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)68（2）暗光柵的產(chǎn)生如果把頻率較高的鋸齒波電流加至CRT的X偏轉(zhuǎn)線圈，把頻率比它低千、百倍的鋸齒波電流加至Y偏轉(zhuǎn)線圈。在他們形成的合成磁場作用下，光束快速在X方向掃動（稱為行掃描）的同時，還會在Y方向緩慢掃動（稱為場掃描或幀掃描）。69盡管行掃描時，光跡在Y方向也稍有異動，但由于fx>>fy，有幾乎可以認為熒屏上的光跡由一條條緊密靠攏的橫線所組成，這稱為光柵。如果光柵是亮的，則熒屏一片白亮，什么圖形、符號都看不到了。因此，在沒有顯示信息時，調(diào)負CRT柵陰之間的點位，使光柵變暗，稱為暗光柵。70將熒屏分為若干個能分辨的點陣，每格作用于柵陰之間的加亮脈沖與一個點陣點相對應(yīng)。每幀圖像對應(yīng)一長串加亮脈沖，它是把各顯示行的加亮脈沖列串聯(lián)而成，并在各行及各幀間加進必要的同步脈沖。(3)暗光柵增輝顯示方式713.波形顯示的內(nèi)插方法（1）波形顯示采用內(nèi)插方法的原因數(shù)字示波器采集的是一系列離散點，當(dāng)采用不加內(nèi)插技術(shù)的“點顯示”法時，熒屏上也顯示離散的光點。在不少情況下顯示點數(shù)不夠多。例如，用采樣率為500MS/s的示波器觀測頻率為100MHz的正弦信號，則每個信號周期上只有5哥采樣點，若在熒屏上觀測兩周，則只有10個顯示點，觀測效果就較差了。在點顯示中，通常需要采樣頻率比信號最高頻率高25倍，才能保證較好的顯示效果。為解決上述問題，數(shù)字示波器中常采用內(nèi)插技術(shù)，以插補采樣點間的部分。72（2）內(nèi)插技術(shù)的種類最常用的內(nèi)插技術(shù)有兩種，即正弦內(nèi)插和脈沖內(nèi)插，后者又稱為線性內(nèi)插。（3）正弦內(nèi)插根據(jù)數(shù)字信號處理理論，一個有限帶寬的信號x（t）的最高頻率分量若為fM，則該信號在時域內(nèi)完全可以由一系列時間間隔T等于或小于1/(2fM)的樣點值x(nT)與其內(nèi)插函數(shù)乘積的代數(shù)和表達，即通常采樣頻率應(yīng)為信號最高頻率的4~5倍或更高。73（4）脈沖內(nèi)插脈沖（線性）內(nèi)插是在采樣點間用直線進行插補，這種方法更適合與對脈沖信號的內(nèi)插顯示。這時采樣頻率應(yīng)為信號最高頻率的10倍或更高。（三）時基與觸發(fā)(1)數(shù)字示波器的時基電路1.時基數(shù)字示波器的時基電路，除了包括高穩(wěn)定度、高準確度的主時鐘外，還需要產(chǎn)生各種時序信號，例如采樣時鐘，A/D變換啟動信號，顯示定時信號等。74模擬示波器的時基電路主要用來產(chǎn)生于時間成正比的鋸齒波，即掃描電壓。數(shù)字示波器并不需要單獨產(chǎn)生鋸齒波，而是根據(jù)各采樣點間實際對應(yīng)的時間間隔，算出各顯示點的X坐標加以顯示。因此，對于數(shù)字示波器，從數(shù)據(jù)采集開始，幾乎每個主要環(huán)節(jié)都需要嚴格的定時關(guān)系。2.觸發(fā)模擬示波器的觸發(fā)信號用來啟動一次掃描，圖形顯示部分處于觸發(fā)點之后。數(shù)字示波器的觸發(fā)點通常只是開啟存儲門的一個參考點。（1）自動電平觸發(fā)示波器根據(jù)實際輸入信號自動選擇一個觸發(fā)電平，可以使顯示穩(wěn)定。通常，自動選擇的觸發(fā)電平處于顯示波形幅度50%的位置。如果沒有信號輸入到示波器，則顯示一條時基線。75（2）邏輯模式（Logicpattern）觸發(fā)數(shù)字示波器通常有2或4路輸入，其觸發(fā)可以由一路信號的某種跳變沿與另一至紀錄信號的邏輯狀態(tài)或邏輯組合共同確定。例如，可用I/O請求信號為邏輯真時的寫時鐘邊沿來觸發(fā)，這就可以觀測向I/O設(shè)備寫數(shù)據(jù)時有關(guān)信號的情況，而不是想內(nèi)存寫數(shù)據(jù)的情況。幾路信號的邏輯組合，可以是“與”、“或”、“與非”、“或非”、“異或”、“異或非”等多種關(guān)系。這種邏輯模式觸發(fā)又稱為碼型觸發(fā)，在觀測包含多路信號的數(shù)字系統(tǒng)時非常有用。76（3）毛刺觸發(fā)毛刺是數(shù)字系統(tǒng)發(fā)生故障的重要原因之一，檢測毛刺對數(shù)字系統(tǒng)硬件故障分析有顯著作用。很多現(xiàn)代數(shù)字示波器可以規(guī)定當(dāng)輸入信號中含有正、負或任意方向的毛刺時產(chǎn)生觸發(fā)。（4）脈沖邊沿時間或脈沖寬度不恰當(dāng)觸發(fā)數(shù)字電路常因信號邊沿不夠陡，致使信號邏輯值不能確定的時間過長。有時，脈沖持續(xù)時間過長或過短，致使某段時間信號的邏輯關(guān)系不對或信號的建立時間、保持時間不足。以上這些容易造成故障的情況均可設(shè)置為數(shù)字示波器的觸發(fā)條件。這種觸發(fā)又稱為時間限定觸發(fā)。77（5）數(shù)字電路電平不規(guī)范（Runt）觸發(fā)操作者可規(guī)定兩個門限電平，當(dāng)信號連續(xù)兩次穿越其中一個電平，而不穿越另一個電平，則說明信號值不規(guī)范。例如對于正電平的TTL電路，可規(guī)定+0.8V和+2.0V兩個門限電平，若信號從低電壓端穿過+0.8V而為穿過+2.0V，然后又向下端再次穿過+0.8V，則說明信號幅值處于兩個門限電平之間。這種情況往往難于判斷信號值是邏輯0還是邏輯1，容易造成故障。因此，可把電平不規(guī)范作為觸發(fā)條件，這種觸發(fā)亦稱為矮脈沖觸發(fā)。78（6）專用信號的觸發(fā)這種觸發(fā)為觀測某些專用信號提供了方便。例如，在電視信號觀測中，常需顯示與行信號、場信號有關(guān)的波形。因此，很多數(shù)字示波器設(shè)置了TV觸發(fā)，并提供多種與TV相關(guān)的觸發(fā)項選擇。又如I2C總線（InterICbus）是一種集成電路間互聯(lián)用串行總線，在消費電子等很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這種總線有規(guī)定的傳輸方式，I2C觸發(fā)就是便于觀測該總線相關(guān)信號的一種觸發(fā)方式。79（7）觸發(fā)釋抑時間釋抑時間用來控制從一次觸發(fā)到允許下一次觸發(fā)之間的時間。在模擬世博中實際上也有釋抑時間，只不過它是用來保證掃描回程結(jié)束后采允許新的觸發(fā)，即保證每次掃描都從X軸的同一起點開始。模擬示波器每種掃描時間因數(shù)（時基）對應(yīng)的釋抑時間由廠商在設(shè)計電路時確定，儀器操作者通常無法改變。數(shù)字示波器通?？捎捎脩糇约嚎刂漆屢謺r間。它的作用是在觀測復(fù)雜波形時獲得同步的觸發(fā)信號，以得到穩(wěn)定清晰的顯示。80（8）序列觸發(fā)操作者可規(guī)定一個觸發(fā)時間序列，當(dāng)該序列的若干條件依次均得到滿足時采產(chǎn)生觸發(fā)。這些觸發(fā)事件可以是脈沖沿、模式、脈沖寬度等時間，也可以是對某時間的計數(shù)或延時等。在有些數(shù)字示波器中加進了而邏輯分析儀功能，這時更常用到序列觸發(fā)功能。單純的數(shù)字示波器用到序列處罰時，通常是較短的簡單序列。81二、數(shù)字示波器的特性（一）數(shù)字示波器的常見功能數(shù)字示波器大多具有模擬示波器的基本功能。例如基本顯示波形的功能、X-Y工作模式、基本出發(fā)方式等，還常包括一些功能方面的描述，例如說明是否有延遲掃描功能和基本輸入、輸出信號的情況，包括輸入信號耦合方式、有無調(diào)輝用的Z輸入端，有無校準幅度及時間用的校準信號源輸出等。82數(shù)字示波器比模擬示波器增加了多種有用的功能，最常見的有自動標定（Autoscale）、自動參數(shù)測量、波形和設(shè)置狀態(tài)的存儲、接口總線及輸出打印、顯示平均及曲線擬合（內(nèi)插方法）、帶寬濾波器接入、觸發(fā)工作模式及觸發(fā)條件選擇、光標測量、毛刺檢測及峰值（包絡(luò)）檢測、數(shù)字信號處理、工業(yè)標準脈沖模板功能等?！糇詣訕硕ㄗ詣訕硕ㄓ址Q為自動量程選擇，它是示波器根據(jù)輸入信號的具體情況，自動選擇垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)和掃描時間因數(shù)，并指定觸發(fā)條件，使用戶不需要調(diào)整示波器的開關(guān)、旋鈕、按鍵，即可得到恰當(dāng)?shù)娘@示波形。83◆自動參數(shù)測量自動參數(shù)測量功能可直接測量并顯示信號的幅度、周期、脈寬、前后沿等數(shù)個至數(shù)十個信號參數(shù)。（二）數(shù)字示波器的主要工作特性1.帶寬帶寬是頻帶寬度的簡稱，是指當(dāng)示波器輸入不同頻率的等幅正弦信號時，屏幕上對準基準頻率的顯示幅度雖頻率變化而下跌3dB時，其下限到上限頻率的范圍。這里基準頻率是指示波器頻率特性平坦部分的某一指定頻率。針對不同帶寬的示波器，基準頻率亦不同。對于采用隨機采樣的數(shù)字示波器，應(yīng)分別給出對重復(fù)信號和對單次（實時）信號的帶寬。842.上升時間一個理想矩形脈沖電壓或電流在示波器上觀測時，由于示波器的影響，脈沖波形會有一定前沿。規(guī)定從穩(wěn)態(tài)幅度的10%~90%所經(jīng)過的時間間隔為上升時間，常用tr表示。3.采樣率采樣率又稱為取樣速率或數(shù)字化速率。它是指單位時間內(nèi)對模擬信號的采樣、存儲次數(shù)，常用每秒的采樣點數(shù)（S/s或Sa/s）表示。值得注意的是，廠商所給采樣率往往是該儀器最高實時（單次）采樣率，對非實時采樣，等效采樣率可以升高很多倍。854.存儲深度存儲深度又稱為存儲容量。它用來表示數(shù)字存儲示波器存儲信號的能力，通常是指采集存儲器的容量。當(dāng)有兩路輸入信號時，如果只使用其中一路，存儲深度往往可以加倍。5.垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)又稱垂直靈敏度。它是示波器垂直輸入電壓與垂直偏轉(zhuǎn)的長度之比，單位為V/cm或V/div，div為熒屏上的一格，長度一般也是1cm。廠商通常給出一個偏轉(zhuǎn)因數(shù)范圍，其最小值越小，示波器靈敏度越高，觀測微弱信號的能力越強。很多示波器有垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)微調(diào)裝置。866.掃描時間因數(shù)掃描時間因數(shù)又稱為時基或掃描速度。它是指示波器光點在X軸方向移動單位長度所需的時間，以s/cm或s/div表示。廠商通常給出一個掃描時間因數(shù)范圍，其最小數(shù)值越小，示波器拉寬高頻信號的能力越強。7.垂直分辨率垂直分辨率是指數(shù)字示波器能分辨最小模擬量的能力。一般用儀器中所采用A/D轉(zhuǎn)換器量化的位數(shù)表示。由于噪聲等因素的影響，可能使分辨率下降。目前廠家所給一般均為理想情況，而不考慮下降情況。878.水平分辨率水平分辨率用來描述數(shù)字示波器在水平方向所能分辨最小時間的能力。通常用顯示存儲器的二進制數(shù)或每格（div）所能顯示的點數(shù)表示。例如10位對應(yīng)10格1k（1024）點。以上表示方法是國家標準規(guī)定的表示法，也有的廠商采用采樣率的倒數(shù)即時間絕對值表示，這種表示法與國標的規(guī)定不完全對應(yīng)，它沒有考慮采集存儲器與顯示存儲器容量往往不同，此外用時間絕對值只能表示“分辨力”而不能表示“分辨率”。88（三）采樣率受存儲深度及掃描時間因數(shù)的影響數(shù)字示波器的采樣率高，則在相同的時間內(nèi)得到的采樣點數(shù)多，容易更真實地反映被測信號的細節(jié)。但廠商所給的采樣率往往只是對單次（實時）信號的最高采樣率。用戶不但要注意示波器是否能工作于非實時隨機采樣狀態(tài)，對重復(fù)信號得到高很多倍的等效采樣率，而且要注意存儲深度和掃描時間因素對采樣率的影響。89以下一個實例來說明有A，B兩種數(shù)字示波器，帶寬均為100MHz，其相關(guān)指標為A型：實時最高采樣率100MS/s，對重復(fù)信號隨機采樣的最高等效采樣率10GS/s，存儲深度為每通道10MS；B型：實時及重復(fù)信號最高采樣率均為1GS/s，存儲深度為每通道1kS。90以B示波器為例，當(dāng)掃描很快即掃描時間因數(shù)足夠小時，采樣率為1GS/s。到掃描時間增至100ns/div，一幀波形或稱一個記錄（占10div）的采樣時間為1s，所采樣點數(shù)恰為1s×1GS/s=1kS已經(jīng)把存儲器存滿。若再增加掃描時間因數(shù)，按1GS/s的速度采樣，存儲器就存不下了，只能降低實際采樣率。例如掃描時間因數(shù)增加10倍，采樣率就下降10倍。91（1）對于高頻重復(fù)信號，A明顯優(yōu)于B。以觀測100MHz正弦信號為例，其周期為10ns，A在一周期內(nèi)采集100點（10GS/s×ns），B在一周內(nèi)只采集10點。92（2）對于高頻單次信號，B明顯優(yōu)于A。（3）當(dāng)掃描時間因數(shù)（時基）逐漸加大時，對于重復(fù)信號，A因采樣率高，就永遠優(yōu)于B，這是不言而喻的。關(guān)鍵是對于單次信號，一旦越過了交叉點O，A示波器的實際采樣率就明顯大于B。即最高采樣率高的示波器，實際采樣率反而可能明顯低于最高采樣率低的示波器。9394第四節(jié)

示波器的多波形顯示

一、多線顯示和多蹤顯示（一）多線顯示常見雙線示波器：兩個電子束，并有兩套X、Y偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。（二）多蹤顯示多了一個電子開關(guān)，并具有多個垂直通道。

常見雙蹤示波器顯示：一套X、Y偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，兩個Y通道。95A門yAA通道輸入+-B門yBB通道輸入電子開關(guān)+-垂直位移垂直位移至垂直偏轉(zhuǎn)板開關(guān)信號轉(zhuǎn)換速率不同，有兩種時間分割方式1、“交替”方式開關(guān)信號與掃描信號同步。2、“斷續(xù)”方式：開關(guān)信號頻率遠大于被測信號頻率。

96二、雙掃描示波顯示前置放大延遲線電壓比較A觸發(fā)B觸發(fā)A掃描B掃描電子開關(guān)Y線分離A門B門Y放大X放大+-RPY輸入123同時產(chǎn)生增輝脈沖A同時產(chǎn)生增輝脈沖B97脈沖（1）達到觸發(fā)電平，產(chǎn)生A觸發(fā)，在它作用下產(chǎn)生A掃描，這個掃描電壓將脈沖（1）——（4）顯示在熒光屏上端。A掃描電壓與電位器RP提供的直流電位在比較器中進行比較，當(dāng)電平一致時產(chǎn)生B觸發(fā)，開始B掃描。被測信號A觸發(fā)延遲觸發(fā)電平A掃描B觸發(fā)B掃描A增輝B增輝123498B掃描比A掃描延遲的時間可以通過跳RP來調(diào)節(jié)，RP提供的直流電平稱為延遲觸發(fā)電平。B掃描的掃描速度是可以調(diào)節(jié)的，這里使它的掃描正程略大于脈沖（3）的周期，則在B掃描期間脈沖（3）顯示，它被“拉”得很寬，可以看清它的前后沿、上下沖等細節(jié)。被測信號A觸發(fā)延遲觸發(fā)電平A掃描B觸發(fā)B掃描A增輝B增輝123499為了能同時觀測脈沖列得全貌及其中某一部分得細節(jié)，在X通道設(shè)電子開關(guān)，把兩套掃描電路得輸出交替地接入X放大器。電子開關(guān)還控制Y線分離電路，在兩種掃描時給Y放大器加不同得直流電位，使兩種掃描顯示的波形上下分開。被測信號A觸發(fā)延遲觸發(fā)電平A掃描B觸發(fā)B掃描A增輝B增輝1234100掃描過程的增輝增輝：為使掃描回程產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可在掃描回程期間使電子槍發(fā)射更多的電子，即給示波器增輝。增輝方法：掃描正程期間給示波管第一柵極G1加正脈沖或給陰極K加負脈沖來實現(xiàn)，可以做到只有掃描正程即有增輝脈沖時才有顯示，其它時間熒光屏上沒有顯示。101被測信號A觸發(fā)延遲觸發(fā)電平A掃描B觸發(fā)B掃描A增輝B增輝1234在掃描正程期間掃描門可以提供增輝脈沖。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。102第三節(jié)取樣技術(shù)在示波測量中的應(yīng)用實時（realtime）測量法:

示波器顯示波形的過程中，無論是連續(xù)掃描還是觸發(fā)掃描，它們都是在信號經(jīng)歷的實際時間內(nèi)顯示的信號波形，即測量時間（一個掃描正程）與被測信號的實際持續(xù)時間相等。

實時示波器:

能實現(xiàn)實時（realtime）測量法的示波器。

103實時示波器的上限工作頻率直接受限制的因素：

（1）受到示波管的上限工作頻率的限制。（2）受Y通道放大器帶寬的限制。（3）實時示波器的特點是掃描速度必須與被測快速過程相當(dāng)，這樣才能把被測波形展寬。但是，掃描速度過高將給掃描信號的產(chǎn)生和同步帶來困難。104一、取樣示波器的基本原理（一）實時取樣欲觀察一個波形，可以在這個波形上取很多的取樣點，把連續(xù)波形變換成離散波形狀，只要取樣點數(shù)足夠多，顯示這些離散點也能夠反映原波形的形狀。

1、連續(xù)時間信號vi（t）（輸入信號）1052、取樣門與取樣脈沖＋－＋－S1對一個連續(xù)時間信號vi（t）（輸入信號）在電路上，取樣通常用電子開關(guān)——取樣門來實現(xiàn)的。取樣門受重復(fù)周期為T0取樣脈沖（開關(guān)信號）p（t）所控制。106當(dāng)取樣脈沖p（t）出現(xiàn)瞬間，取樣門S開通,輸入信號vi（t）被取樣，形成離散輸出信號vs（t），vs（t）叫“取樣信號”。3、取樣信號vs（t）4、取樣信號vs（t）與輸入信號vi（t）關(guān)系107取樣方法是在信號經(jīng)歷的實際時間對一個信號波形進行取樣，故叫“實時取樣”。實時取樣的特點是，取樣一個波形所得脈沖列的持續(xù)時間等于輸入信號實際經(jīng)歷的時間，所以取樣信號vs（t）的頻譜比原信號vi（t）還要寬。由此可知，實時取樣不能解決示波器在觀測高頻信號時所遇到的頻帶限制的困難。5、什么叫實時取樣？（二）非實時取樣1、什么是非實時取樣？非實時取樣不是在信號一個周期波形上完成全部取樣過程，而取樣點是分別取自信號若干個周期波形的不同位置。1082345611234562、非實時取樣的過程109123456m為兩個取樣脈沖之間的被測信號周期個數(shù)

110采用非實時取樣所得到取樣信號脈沖列，其包絡(luò)波形同樣可以重現(xiàn)原信號波形，而且由于包絡(luò)波形的持續(xù)時間變長了，這就有可能用一般低頻示波器來顯示。由于顯示一個取樣信號包絡(luò)波形所需時間（稱測量時間）遠遠大于被測信號波形實際經(jīng)歷的時間，故這種示波方法稱非實時示波方法。利用非實時取樣方法組成的取樣示波器，在屏幕上顯示的信號波形是由一系列不連續(xù)光點構(gòu)成。

3、非實時示波方法111（三）顯示信號的合成過程1、Y偏轉(zhuǎn)板上加什么樣的電壓?Y偏轉(zhuǎn)板上應(yīng)該加階梯波，每個階梯持續(xù)時間亦應(yīng)為，在Y偏轉(zhuǎn)板各階梯的電壓值對應(yīng)信號的取樣值。2、X偏轉(zhuǎn)板上加什么樣的電壓?X偏轉(zhuǎn)板上應(yīng)該加階梯波，每個階梯持續(xù)時間亦應(yīng)為，電壓是等距離跳變的階梯波。

112二、取樣示波器的基本組成（一）取樣示波器的Y通道取樣電路產(chǎn)生正比于取樣值的階梯電壓，這個電路又叫做閉環(huán)取樣電路。113閉環(huán)取樣電路由取樣門、取樣電容CS、交流放大器A1、延長門、保持電容電容Cm、直流放大器A2和反饋電路B組成。其中直流放大器是增益為1的高輸入阻抗放大器，它的作用主要是使保持電容Cm上的電壓得以保持。1、閉環(huán)取樣電路的組成取樣電路的輸入信號除被觀測的信號，第一個為脈寬較窄的尖沖稱為取樣脈沖，第二個為脈寬較寬的延長門脈沖。1142、閉環(huán)取樣電路的工作過程第一個取樣脈沖作用下取樣門閉合（假設(shè)這一瞬間被觀測的信號值為vi1

），取樣門的傳輸系數(shù)為K，

交流放大器的增益為A1

。115取樣門斷開后，經(jīng)過反饋電路B，在CS上的電壓為這個電壓持續(xù)時間應(yīng)為116持續(xù)時間后，第二個取樣脈沖作用下取樣門再次閉合（假設(shè)這一瞬間被觀測的信號值vi2

）。vi2與CS上的電壓Vil之差經(jīng)過傳遞系數(shù)K和增益A1后，將在保持電容Cm上與前一次的輸出信號相疊加，得到這個電壓亦將保持不變

117只要每隔來一個取樣脈沖和延長門脈沖，并滿足KA1B=1的條件就可以在輸出端得到需的階梯波。

（二）取樣示波器的X通道

118第六節(jié)

示波器的使用

一、示波器的基本測量方法

（一）電壓的測量

1、直接測量法

1234hDy:偏轉(zhuǎn)靈敏度所謂直接測量法，就是直接從示波器屏幕上量出被測電壓波形的高度，然后換算成電壓值．119比較信號發(fā)生器輸入衰耗器

Y放大器延遲線SY輸入2、比較測量法

比較測量法就是用已知電壓值(一般為峰－峰值)的信號波形與被測信號電壓波形比較，并算出測量值。1203、位移法

調(diào)電位器P1,使直流電壓表Vm指零。加入被測信號，利用“垂直位移”旋鈕使波形最上峰移至0軸下。調(diào)節(jié)電位器P1，使波形最下峰移至0軸上，那么被測電壓峰－峰值等于電壓表Vm的讀數(shù)。121（二）時間的測量

1、直接測量法

當(dāng)線性掃描時，示波管熒光屏的水平軸就是時間軸，若掃描電壓線性變化的速率和X放大器的電壓增益一定，那么掃描速度也為定值．1222、時標法

123(三)相位的測量

1、線性掃描法

1242、李沙育圖形法測相位

sin

125二、示波器功能擴展實例

下面介紹用示波技術(shù)測量晶體管輸出特性的實例

1、晶體三極管的輸出特性

晶體三極管的輸出特性是一組以IB為參變數(shù)的曲線簇：

126每固定一個IB值，改變EC使VCE從零逐點到一定值，測出一組VCE、IC值，完成一條IB為某一固定值的IC~f（VCE）曲線。再改變一個IB值，重復(fù)上述過程，得另一條曲線的測量數(shù)據(jù)。最后，根據(jù)全部測量數(shù)據(jù)作圖。

2、靜態(tài)測試1273、動態(tài)測試——用集電極掃描電壓代替可調(diào)直流電源EC，

集電極掃描電壓波形為50Hz交流全波整流波形這樣，VCE可自動從零掃到最大值，然后又回掃到零。

128——提供基極電流IB的可調(diào)直流電源EB可用一個階梯波電壓發(fā)生器代替。

1294、示波器作為X－Y圖示儀將集電極掃描電壓VCE同時加到示波器的X輸入端，則水平軸相當(dāng)于VCE軸；而把集電極電流IC的取樣電壓（V1＝ICR1）加到Y(jié)輸入端，則垂直軸相當(dāng)于IC軸。這樣，屏幕上將掃描出一簇IC＝f（VCE）曲線。130三、示波器的正確使用（一）根據(jù)被測波形選擇合適的示波器

1、示波器的帶寬應(yīng)為被測信號的最高頻率的三倍左右。當(dāng)普通示波器頻寬不能滿足要求時，可考慮采用取樣示波器。

2、信號所顯示的上升時間與通帶寬度或者說高端頻有關(guān)，要求顯示的波形越陡，示波器的高端頻應(yīng)該越高。3、對于微弱信號要選擇Y通道靈敏的示波器4、當(dāng)觀測窄脈沖或高頻信號時，除了示波器的通帶要寬外，還要求有較高的掃描速度。1315、觀測緩慢變化的信號要求示波器能低速掃描和具有長余輝，或者具有記憶存貯功能。6、觀測每個獨立信號可選雙線示波器，觀測多路相關(guān)信號可選多蹤示波器。7、當(dāng)需要在觀測信號列的同時還要仔細觀察它的部分內(nèi)容時，可選雙掃描示波器。8、當(dāng)需要把被觀測信號保留一定時間，應(yīng)選記憶存貯示波器。9、在能用普通示波器解決觀測任務(wù)時，就不一定選用高級或特殊示波器，這不但簡單、經(jīng)濟，而且觀測效果不一定差。132（二）正確合作地使用探頭1、低電容探頭圖中Ri和Ci（包括連接電纜的等效電容）為示波器的輸入阻抗?？梢?，探頭的R1C（C=C1+C2）電路與RiCi組成了一個具有高頻補償?shù)腞C型分壓器。若R1C=RiCi，則這個分壓器的分壓比等于Ri/（Ri+R1），而且與頻率無關(guān)。一般取分壓比10∶1，若Ri＝1MQ，則R1＝9MQ。133從探針看進去的輸入電阻R＝R1+Ri=10MQ，而輸入電容C≈（C1+C2），因為（C1+C2）<<Ci，故稱低電容探頭。由此可見，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，由于探頭具有10倍的衰減，將使示波器的靈敏度也下降十倍。1342、陰極輸出器探頭陰極輸出器探頭同樣可減小對被測電路的影響。陰極輸出器具有高的輸入阻抗，而且由于電壓增益接近1，故既可起到低電容探頭的作用，同時不引入衰減。1353、電阻分壓器探頭探頭中的電阻R1與示波器的輸入電阻Ri組成一個分壓器，一般分壓比為100∶1，甚至更大。這種探頭一般都用來測量低頻高壓電路，其特點是具有非常高的輸入電阻。應(yīng)該注意，由于沒有考慮高頻補償，故這種探頭切不可用于測量高頻電路。1364、使用示波器探頭時應(yīng)注意下面幾點：（1）必須根據(jù)測試的具體要求來選用探頭類型，否則將得到相反的效果。比如誤用電阻分壓器探頭去測量高頻或脈沖電路，那么由于這種探頭的高頻響應(yīng)很差，將使脈沖波形產(chǎn)生嚴重失真。（2）一般，探頭和示波器都應(yīng)配套使用，不能互換，否則將會導(dǎo)致分壓比誤差增加或高頻補償不當(dāng)。特別是低電容探頭，如果示波器Y通