第四章電子示波器

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Y、X通道及校正器4.5雙蹤和雙線示波器4.6高速和取樣示波器4.7記憶示波器與存儲(chǔ)示波器習(xí)題四4.1概述示波器——把人眼看不見的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成具體的可見波形顯示在屏幕上的儀器。它是典型的時(shí)域測(cè)量?jī)x器。頻譜分析儀——典型的頻域測(cè)量?jī)x器，也稱為頻域示波器。邏輯分析儀——典型的數(shù)據(jù)域測(cè)量?jī)x器，也稱為邏輯示波器。主要內(nèi)容一、示波器的基本特點(diǎn)及主要用途二、示波器的分類三、示波器的發(fā)展和現(xiàn)狀一、示波器的基本特點(diǎn)及主要用途 示波器有捕獲、顯示及分析時(shí)域波形、測(cè)量電參數(shù)的功能。

1.基本特點(diǎn)：能顯示波形，能測(cè)信號(hào)瞬時(shí)值；可顯示、分析任意兩個(gè)量之間的函數(shù)關(guān)系(X—Y記錄儀)；輸入阻抗高，對(duì)被測(cè)信號(hào)影響??；測(cè)量靈敏度高，有較強(qiáng)的過載能力；工作頻帶寬，速度快，便于觀察高速變化的波形細(xì)節(jié)。2.主要用途：①觀測(cè)電信號(hào)波形。②測(cè)量電壓和電流的幅度、頻率、時(shí)間、相位等電量參數(shù)。③顯示電子網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。④顯示電子器件的伏安特性。二、示波器的分類

根據(jù)示波器對(duì)信號(hào)的處理方式的不同可分為模擬、數(shù)字兩大類：1模擬示波器——采用模擬方式對(duì)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行處理和顯示。2數(shù)字示波器——對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理后再顯示。二、示波器的分類(續(xù))

模擬示波器按示波器的用途和特點(diǎn)分：

通用示波器(單束示波器)

多束示波器(多線示波器)

取樣示波器記憶、存儲(chǔ)示波器特種示波器

數(shù)字示波器數(shù)字示波器將輸入信號(hào)數(shù)字化（時(shí)域取樣和幅度量化）后，經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換器再重建波形。數(shù)字示波器具有記憶、存貯被觀察信號(hào)功能，又稱為數(shù)字存貯示波器。根據(jù)取樣方式不同，數(shù)字示波器又可分為實(shí)時(shí)取樣、隨機(jī)取樣和順序取樣三大類。三、示波器的發(fā)展和現(xiàn)狀大致可分為三個(gè)階段(1)20世紀(jì)30~50年代通用示波器的誕生和實(shí)用化并且品種繽紛的階段(2)20世紀(jì)60年代示波器技術(shù)進(jìn)一步得到提高，1969年通用示波器的帶寬達(dá)到300MHz，取樣示波器的帶寬達(dá)到18GHz(3)20世紀(jì)70年代以后1979年示波器帶寬達(dá)到1GHz，創(chuàng)造了通用示波器帶寬的高峰，1983年數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)問世。注：數(shù)字熒光示波器DPO是Tektronix公司推陳出新的一種示波器平臺(tái)。美國(guó)福祿克

Fluke組合示波器

美國(guó)泰克Tek數(shù)字存儲(chǔ)示波器

泰克TDS7000數(shù)字熒光示波器

日本巖崎模擬示波器

美國(guó)林科LINK虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器

福祿克Fluke手持?jǐn)?shù)字存儲(chǔ)示波表泰克

MS04000混合信號(hào)示波器(注：混合信號(hào)指模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào))

4.2示波管(CRT) 模擬示波器的核心部件是示波管。示波管又稱陰極射線管CRT，是能夠把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的顯示器件。主要內(nèi)容一、示波管二、波形顯示原理一、示波管1.示波管的組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)電子槍熒光屏密封在一個(gè)真空玻璃殼內(nèi)2.示波管的基本原理SR—8雙蹤示波器2.示波管的基本原理示波管及電子束控制電路陰極燈絲柵極電子束控制系統(tǒng)Z軸控制電子束聚焦的原理：電子從陰極K發(fā)射，經(jīng)G1、G2、A1、A2聚焦和加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。熒光粉偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：電子在偏轉(zhuǎn)板內(nèi)的運(yùn)動(dòng)示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度SV：Ud——偏轉(zhuǎn)電壓Ua——第2陽(yáng)極A2上的電壓L，ld，d——與示波管結(jié)構(gòu)有關(guān)的尺寸偏轉(zhuǎn)距離：＋－二、波形顯示原理1.波形顯示原理①加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號(hào)（推挽信號(hào)）(a)理想的掃描電壓(b)實(shí)際的掃描電壓掃描周期光點(diǎn)軌跡：僅在垂直偏轉(zhuǎn)板上加被測(cè)電壓UY時(shí)，熒光屏顯示一條()；僅在水平偏轉(zhuǎn)板上加鋸齒波電壓UX時(shí)，屏幕上顯示一條()②電子束運(yùn)動(dòng)：電子束沿垂直偏轉(zhuǎn)電壓UY和水平偏轉(zhuǎn)電壓UX共同作用的合成方向運(yùn)動(dòng)。在熒光屏上顯示的光點(diǎn)按平行四邊形法則合成，光點(diǎn)的軌跡反映UY和UX的關(guān)系。垂直亮線水平亮線或時(shí)間基線XY(Ux)(Uy)電子束運(yùn)動(dòng)的方向與距離分別與偏轉(zhuǎn)板的極性和電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。電信號(hào)的顯示過程：③穩(wěn)定顯示波形的條件：同步——

當(dāng)掃描電壓周期Tx為被測(cè)信號(hào)周期TY的整數(shù)倍(即Tx＝nTY(n＝1，2，3，…))時(shí)，第二個(gè)掃描周期顯示的波形與第一個(gè)掃描周期顯示的波形完全重疊，這種現(xiàn)象叫同步。第一個(gè)掃描周期第二個(gè)掃描周期tUytUx顯示穩(wěn)定的波形？顯示正弦波穩(wěn)定顯示！顯示什么波形？例：將Ux、Uy信號(hào)分別加到X、Y偏轉(zhuǎn)板上，如果Ux

、Uy同步則屏幕上顯示如下：穩(wěn)定顯示一個(gè)周期穩(wěn)定顯示兩個(gè)周期請(qǐng)思考：如果Ux

、Uy不同步，屏幕上會(huì)顯示什么波形？第一個(gè)掃描周期第二個(gè)掃描周期不穩(wěn)定顯示！2.X－Y顯示原理——兩個(gè)量之間的函數(shù)關(guān)系兩個(gè)同頻率信號(hào)構(gòu)成的李沙育圖形（參考第五章p169圖5.6－10）XY(Ux)(Uy)4.3電子示波器的結(jié)構(gòu)框圖與性能

(模擬示波器)

電子示波器由Y通道、X通道、Z通道、示波管、幅度校正器、掃描時(shí)間校正器、電源幾部分組成。主要內(nèi)容一、示波器的結(jié)構(gòu)框圖二、示波器的主要性能指標(biāo)示波器框圖一、示波器的結(jié)構(gòu)框圖同步控制核心Y通道X通道1.Y通道：波形關(guān)系圖推挽信號(hào)延遲時(shí)間作用：獲得時(shí)間被延遲、幅度被放大或衰減的

Y方向上的偏轉(zhuǎn)電壓。被觀測(cè)信號(hào)?2.X通道：掃描電壓內(nèi)同步觸發(fā)脈沖同步控制外同步同步方式：同步信號(hào)來(lái)自被觀測(cè)信號(hào)同步信號(hào)來(lái)自儀器外部輸入同步信號(hào)作用：獲得X方向上的掃描偏轉(zhuǎn)電壓。3.延遲線的作用：延遲被測(cè)信號(hào)τ2時(shí)間，使它略大于觸發(fā)延遲時(shí)間τ1以確保觸發(fā)掃描與顯示信號(hào)同步，能觀察到信號(hào)的前沿。被觀測(cè)信號(hào)掃描電壓觸發(fā)脈沖Y通道X通道4.校正器

校正器是示波器內(nèi)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)校準(zhǔn)或檢驗(yàn)示波器X軸和Y軸標(biāo)尺的刻度，一般Y軸校正單位為電壓?jiǎn)挝?，X軸校正單位為時(shí)間單位。幅度校正器掃描時(shí)間校正器校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器——

產(chǎn)生基準(zhǔn)正弦信號(hào)(20MHz)，它為儀器提供校準(zhǔn)信號(hào)源。二、示波器的主要性能指標(biāo)頻帶寬度和上升時(shí)間偏轉(zhuǎn)靈敏度(S)和偏轉(zhuǎn)因數(shù)掃描頻率和時(shí)基因數(shù)輸入阻抗輸入方式

掃描方式

一般性能指標(biāo)

示波管光點(diǎn)顯示控制X通道控制Y通道控制校正源輸出頻帶寬度和上升時(shí)間Y通道的頻帶寬度(BW)——

指垂直偏轉(zhuǎn)通道(主要是Y方向放大器)對(duì)正弦波的幅頻響應(yīng)下降到中心頻率的0.707(－3dB)的頻率范圍。－3dB點(diǎn)的頻率——示波器所顯示的信號(hào)幅度為示波器輸入端真實(shí)信號(hào)值的71%時(shí)的信號(hào)頻率。上升時(shí)間——

是在Y通道輸入端加一個(gè)理想的階躍信號(hào)，屏上顯示波形從穩(wěn)定幅度的10％上升到90％所需時(shí)間。如1GHz帶寬示波器的上升時(shí)間

tr＝0.35ns示波器的瞬態(tài)響應(yīng)10％Um90％UmUm（tr越小越好）2.偏轉(zhuǎn)靈敏度(S)和偏轉(zhuǎn)因數(shù)偏轉(zhuǎn)靈敏度S——單位輸入信號(hào)電壓Uy

引起光點(diǎn)在熒光屏上偏轉(zhuǎn)的距離H。偏轉(zhuǎn)因數(shù)d——偏轉(zhuǎn)靈敏度的倒數(shù)，單位為V/cm或V/div?？刂柒o：V/div3.掃描頻率和時(shí)基因數(shù)掃描頻率：水平掃描的鋸齒波頻率。掃描速度——

是光點(diǎn)的水平移動(dòng)速度，單位是cm／s，或div／s等。時(shí)基因數(shù)——

掃描速度的倒數(shù)，它相當(dāng)于光點(diǎn)移動(dòng)單位長(zhǎng)度(cm或div)所需時(shí)間，單位是s／cm，或s／div等?？刂柒o：t/div4.輸入阻抗 一般可等效為電阻Ri和電容Ci并聯(lián)。

如SBM—l0型多用示波器的輸入阻抗為1MΩ／27pF。5.輸入方式被測(cè)信號(hào)送入Y通道有直流(DC)和交流(AC)耦合方式。

6．掃描方式掃描電壓鋸齒波是線性時(shí)間基線。示波器掃描方式可分為連續(xù)和觸發(fā)掃描兩種。①連續(xù)掃描電壓波形②觸發(fā)掃描電壓波形線性掃描電壓類型：周期性7．一般性能指標(biāo)表示示波管性能的指標(biāo)：亮度。聚焦、余輝、屏面形狀、尺寸、偏轉(zhuǎn)靈敏度等。此外還有：校準(zhǔn)信號(hào)(頻率、幅度)、額定電源電壓、功率消耗、外型尺寸、連續(xù)工作時(shí)間、工作環(huán)境等。4.4電子示波器的Y、X通道及校正器

電子示波器的基本部件由垂直偏轉(zhuǎn)通道(Y通道)、水平偏轉(zhuǎn)通道(X通道)、增輝和Z軸調(diào)制、校正器及電源組成。1.垂直偏轉(zhuǎn)通道(Y通道)輸入電路1)輸入電路完成對(duì)輸入信號(hào)的耦合和大小的粗調(diào)作用，并在輸入信號(hào)與前置放大器之間起阻抗變化的作用。2)前置放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大，并同時(shí)完成各種功能調(diào)節(jié)（包括增益微調(diào)、Y軸位移、極性轉(zhuǎn)換等）和取出內(nèi)觸發(fā)信號(hào)。3)延遲線對(duì)通過Y軸電路的被觀測(cè)信號(hào)適當(dāng)延遲。4)末級(jí)放大器也稱垂直偏轉(zhuǎn)放大器，它將被觀測(cè)信號(hào)放大到足夠大的幅度，用以驅(qū)動(dòng)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)。并完成垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)“×5”或“×10”擴(kuò)展功能。面板1）輸入電路探頭輸入耦合電路衰減器阻抗轉(zhuǎn)換器(1)探頭①分類：②作用：提高示波器的輸入阻抗；衰減；屏蔽；利于觀察高頻信號(hào)有源探頭無(wú)源探頭

實(shí)物圖③無(wú)源探頭電路及校準(zhǔn)：

示波器在使用前必須進(jìn)行探頭的校準(zhǔn)!

(b)RC電路(補(bǔ)償式分壓器)正常補(bǔ)償過補(bǔ)償欠補(bǔ)償

(a)實(shí)物圖補(bǔ)償電容同軸電纜(屏蔽線)校準(zhǔn)源信號(hào)Ri=1MΩR=9MΩ探頭工作時(shí)：即分壓比：探頭的作用：①提高示波器輸入阻抗②有分壓、衰減的作用④探頭與示波器帶寬的關(guān)系：衰減開關(guān)分壓比使用帶寬上升時(shí)間10X10:1全帶寬短1X1:1變窄變長(zhǎng)接入探頭后示波器的上升時(shí)間：請(qǐng)思考：在使用探頭的時(shí)候應(yīng)該注意些什么？提示：①測(cè)量前，要校準(zhǔn)!②測(cè)量前，根據(jù)信號(hào)的頻率成分，正確選擇衰減開關(guān)的設(shè)置③測(cè)量中，正確接地!④測(cè)量后，設(shè)置衰減開關(guān)為10X時(shí)，被測(cè)電壓信號(hào)的幅值×10(2)輸入耦合電路輸入耦合電路衰減器耦合方式：AC交流耦合⊥（GND）對(duì)地耦合DC直流耦合輸入直流、交流信號(hào)輸入交流信號(hào)輸入電壓為零面板隔直通交(3)衰減器①作用：對(duì)幅度較大的輸入信號(hào)進(jìn)行衰減。②設(shè)計(jì)要求：輸入阻抗高，同時(shí)在示波器的整個(gè)通頻帶內(nèi)衰減的分壓比K0均勻不變，輸入阻抗也不變。純電阻分壓？③電路：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用阻容補(bǔ)償分壓器，且

C1R1＝C2R2

輸入耦合電路衰減器補(bǔ)償電容分壓比:輸入電阻：輸入電容：注：C0——引線分布電容④控制鈕：

垂直控制鈕中的V/div(伏/格)調(diào)節(jié)鈕(或靈敏度控制開關(guān))，其標(biāo)注為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。如：最高靈敏度0.02cm／mV

最小偏轉(zhuǎn)因數(shù)50mV／cm

偏轉(zhuǎn)因數(shù)100mV／cm衰減2倍

200mV／cm衰減4倍

0.5V／cm衰減

l0倍面板(4)阻抗變換器由射極跟隨器構(gòu)成2)末級(jí)放大器(垂直偏轉(zhuǎn)放大器)①作用：

對(duì)微弱的信號(hào)放大，使通過垂直偏轉(zhuǎn)板的電子束有足夠大的偏轉(zhuǎn)能量(獲得Y方向的滿偏轉(zhuǎn))。

完成垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)“×5”或“×10”擴(kuò)展功能。②放大器增益K與示波器偏轉(zhuǎn)靈敏度S的關(guān)系：注：S——示波器偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為cm/mV，

SV——示波管偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為cm/V如S＝1cm／50mV、SV=0.04cm／V時(shí)，則K＝500面板3)擴(kuò)大示波器帶寬的措施①Y通道的前置放大器和末級(jí)放大器由多級(jí)放大器組成。②電路中引入強(qiáng)的負(fù)反饋，如放大器開環(huán)增益為K0，反饋系數(shù)為F，則加負(fù)反饋后，高頻截止頻率擴(kuò)展為原來(lái)的(1+K0F)倍。③要求掃描電壓有很高的掃描速度。④選用截止頻率高的器件，盡量減小負(fù)載電容和分布電容，并選取小的集電極電阻。⑤在電路中用電抗元件(電容或電感)加以補(bǔ)償，使放大器截止頻率高一些，使總的頻率響應(yīng)在高頻端有所提升。2.水平偏轉(zhuǎn)通道(X通道)水平通道結(jié)構(gòu)框圖時(shí)基連續(xù)掃描的波形顯示同步性1）掃描分類①連續(xù)掃描

脈沖信號(hào)的連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描顯示②觸發(fā)掃描2)觸發(fā)電路(1)觸發(fā)源與觸發(fā)耦合方式觸發(fā)源觸發(fā)耦合電路(2)觸發(fā)方式(TRIGMODE）作用：控制觸發(fā)整形電路，以便產(chǎn)生不同形式的掃描觸發(fā)信號(hào)，由該觸發(fā)信號(hào)去觸發(fā)掃描電壓發(fā)生器，形成不同形式的掃描電壓。常態(tài)自動(dòng)高頻掃描觸發(fā)信號(hào)①常態(tài)觸發(fā)方式(觸發(fā)電平/同步調(diào)節(jié))(上升沿觸發(fā))(下降沿觸發(fā))觸發(fā)極性觸發(fā)電平觸發(fā)條件觸發(fā)點(diǎn)掃描起始點(diǎn)請(qǐng)思考：在常態(tài)觸發(fā)方式下，如何操作才能觀察到穩(wěn)定的顯示波形？●觸發(fā)電平++—（提示：選擇觸發(fā)極性、調(diào)節(jié)觸發(fā)電平和時(shí)基因數(shù)t/div）—②自動(dòng)觸發(fā)方式（AUTO）a.一般測(cè)量均使用自動(dòng)觸發(fā)方式；b.在無(wú)被測(cè)信號(hào)輸入時(shí)仍產(chǎn)生掃描電壓；c.一旦有觸發(fā)信號(hào)，自激多諧振蕩器由觸發(fā)信號(hào)同步而形成觸發(fā)掃描。③高頻觸發(fā)方式a.原理同自動(dòng)觸發(fā)方式；b.高頻觸發(fā)方式常用于觀測(cè)高頻信號(hào)；c.高頻觸發(fā)信號(hào)作為自激多諧振蕩器的同步信號(hào)，使同步較為穩(wěn)定。密勒積分電路觸發(fā)脈沖閘門電壓掃描電壓3)時(shí)基發(fā)生器釋抑電路的作用：用來(lái)保證每次掃描都開始在同樣的起始電平上。觸發(fā)脈沖掃描電壓時(shí)基閘門電路是一個(gè)典型的施密特電路，它是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。釋抑時(shí)間調(diào)節(jié)的應(yīng)用：1)當(dāng)信號(hào)波形復(fù)雜，用(觸發(fā))電平(Level)旋鈕不能穩(wěn)定觸發(fā)時(shí)，用釋抑(Holdoff)旋鈕調(diào)節(jié)波形的釋抑時(shí)間，且適當(dāng)調(diào)節(jié)掃描周期t/div(掃描速度)，能使掃描與波形穩(wěn)定同步。觀察周期脈沖序列信號(hào)實(shí)質(zhì)：用來(lái)阻止脈沖序列中除第一個(gè)脈沖之外的其它脈沖產(chǎn)生的觸發(fā)。釋抑時(shí)間調(diào)節(jié)的應(yīng)用：2)產(chǎn)生間歇性的掃描電壓信號(hào)，以觀察脈沖信號(hào)的局部，或者抑制無(wú)用觸發(fā)同步脈沖。抑制無(wú)用觸發(fā)同步脈沖釋抑時(shí)間內(nèi)不響應(yīng)觸發(fā)脈沖3.校正1)幅度校正①校正的目的：

校正器用以檢驗(yàn)Y通道靈敏度或偏轉(zhuǎn)因數(shù)的標(biāo)度是否準(zhǔn)確；每次實(shí)驗(yàn)前檢驗(yàn)過后就不必每次測(cè)量都作校正②校正的方法：

一般校準(zhǔn)信號(hào)(方波)為1V，靈敏度開關(guān)置于“1”檔(偏轉(zhuǎn)因數(shù)d＝1V/cm)上，波形顯示為1cm(或1格)。或2)掃描時(shí)間校正①校正的目的：

用于校正X軸時(shí)間標(biāo)度，或用來(lái)檢驗(yàn)時(shí)基因數(shù)是否正確。②校正的方法：

校準(zhǔn)正弦波輸出到y(tǒng)輸入端，使顯示波形的一個(gè)周期正好占據(jù)標(biāo)尺上1cm(或1格)時(shí)，時(shí)基因數(shù)應(yīng)等于1／f(s／cm)。

一般水平標(biāo)尺全長(zhǎng)為10cm，為減小讀數(shù)誤差，應(yīng)調(diào)到標(biāo)尺的滿度范圍內(nèi)正好顯示10個(gè)周期。如f＝20MHz，按上述方法校正時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)基因數(shù)正好為50ns／cm。4.5雙蹤和雙線示波器雙蹤示波器組成優(yōu)缺點(diǎn)雙蹤示波器優(yōu)點(diǎn)：性價(jià)比高；可觀察同一波形通過不同電路時(shí)的時(shí)間關(guān)系缺點(diǎn)：無(wú)法觀察兩個(gè)快速的單次信號(hào)或短時(shí)間的非周期信號(hào)雙線示波器優(yōu)點(diǎn)：可以同時(shí)觀察兩個(gè)相互獨(dú)立的信號(hào)波形缺點(diǎn)：技術(shù)指標(biāo)較低兩個(gè)Y通道(共用一個(gè)主通道)一個(gè)示波管兩個(gè)獨(dú)立的Y通道兩個(gè)示波管(共用一個(gè)熒光屏)一、雙蹤和雙線示波器的比較控制示波器的工作狀態(tài)主通道雙蹤示波器垂直偏轉(zhuǎn)通道框圖工作狀態(tài)：①“A”②“B”③交替④斷續(xù)⑤“A+B”示波管雙線示波器框圖二、示波器的基本測(cè)量方法：

(l)電壓測(cè)量

(2)時(shí)間測(cè)量

(3)頻率測(cè)量

(4)相位測(cè)量(l)電壓測(cè)量Y軸靈敏度開關(guān)未接探頭：接入探頭：時(shí)基線(2)時(shí)間測(cè)量m應(yīng)用：①周期波形的周期T②兩個(gè)波形的時(shí)間差Δt③脈沖寬度X通道掃描控制開關(guān)時(shí)間差測(cè)量脈寬測(cè)量提示：以B通道的信號(hào)為觸發(fā)源。50％UmUm50％Um

(3)頻率測(cè)量1)測(cè)量對(duì)象：周期信號(hào)的重復(fù)頻率2)測(cè)量步驟：①測(cè)周期T②按照頻率f與周期T的倒數(shù)關(guān)系計(jì)算頻率，即如上圖T=1.2ms，則f=1/(1.2ms)=833.3Hz(4)相位測(cè)量同頻率周期信號(hào)掃描起點(diǎn)此信號(hào)為內(nèi)觸發(fā)源周期T時(shí)間間隔D思考：將原理圖填寫完整。Y1Y2S通道轉(zhuǎn)換器前置放大門1門2后置放大觸發(fā)放大整形電路X放大器外觸發(fā)X輸入4.6高速和取樣示波器一、高速示波器

高速示波器要顯示ns、ps級(jí)的脈沖或微波信號(hào)，因此設(shè)計(jì)要求采用高速示波管、寬帶的Y放大器和時(shí)基發(fā)生器的掃描速度快。二、取樣示波器1.概述①適用對(duì)象：

高頻(一般為1000MHz以上)的重復(fù)性的周期信號(hào)。②原理：

經(jīng)過取樣(取樣速率可調(diào)節(jié))，將高頻的周期信號(hào)變換成低頻的周期信號(hào)，再運(yùn)用通用示波器的原理進(jìn)行顯示和觀測(cè)。③特點(diǎn)：

是一種“非實(shí)時(shí)取樣”的示波器。2.非實(shí)時(shí)取樣原理和過程取樣門及取樣脈沖取樣脈沖間隔順序取樣過程被測(cè)高頻信號(hào)取樣脈沖取樣信號(hào)取樣信號(hào)的展寬信號(hào)Ts跨周期采樣周期信號(hào)一個(gè)周期的采樣值量化的包絡(luò)波形f=50MHz,T=20nsΔt=3.3ns,Ts=23.3nsT1=140ns,f1=7.14MHzTs=7Δt,f=7f1階梯掃描信號(hào)被測(cè)信號(hào)的量化信號(hào)3．取樣示波器波形顯示過程電壓保持不變持續(xù)時(shí)間相同（即同步）4．取樣示波器組成取樣示波器框圖示波管階梯波作掃描電壓量化信號(hào)4.7記憶示波器與存貯示波器

與通用示波器和取樣示波器相比較，記憶示波器和存貯示波器是具有存儲(chǔ)信息功能的示波器。 這兩種示波器都能對(duì)單次瞬變(高頻)信號(hào)、非周期現(xiàn)象、低重復(fù)頻率(周期長(zhǎng))的信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)。①使用技術(shù)：存貯技術(shù)示波技術(shù)模擬存貯技術(shù)(如記憶示波器)數(shù)字存貯技術(shù)(如數(shù)字存貯示波器)②特點(diǎn)：

存貯和顯示是分開進(jìn)行的。一、記憶示波器(CRT/模擬存貯示波器)①記憶部件：記憶示波管柵網(wǎng)式記憶示波管結(jié)構(gòu)及泛射示意圖存貯作用顯示作用泛射電子潛波形(電荷圖)②記憶材料和部件：

具有二次電子發(fā)射特性的介質(zhì)材料，如氟化鎂。記憶的部件是熒光屏前的柵網(wǎng)。③波形存儲(chǔ)機(jī)理：陰極柵網(wǎng)一次電子二次電子n1n2>n1柵網(wǎng)記錄的潛波形（電荷圖）④波形顯示原理：泛射電子泛射電子熒光屏讀出電子槍柵網(wǎng)讀出電子槍柵網(wǎng)熒光屏⑤記錄波形的過程：1)清除柵網(wǎng)上的潛波形(抹跡)2)存儲(chǔ)波形3)顯示波形⑥工作方式：1)可變余輝方式2)存貯方式3)清除方式4)最大記錄方式5)常態(tài)方式記憶示波器控制電路方框圖二、數(shù)字存貯示波器(DSO)1.工作原理2.主要特點(diǎn)3.主要性能指標(biāo)美國(guó)泰克Tek數(shù)字存儲(chǔ)示波器

1.工作原理數(shù)字存儲(chǔ)示波器原理框圖采樣模擬信號(hào)存貯輸入信號(hào)模擬輸入信號(hào)存貯部分顯示部分重建模擬信號(hào)？掃描電壓數(shù)字存貯示波器基本框圖模擬示波器數(shù)字存貯示波器地址？存貯示波器工作過程：模擬輸入信號(hào)存貯單元地址掃描階梯波顯示波形存貯的數(shù)據(jù)D/A變換(X軸)D/A變換(Y軸)實(shí)時(shí)取樣應(yīng)用例子：存貯取樣示波器2.主要特點(diǎn)①可以永久地存貯信息和反復(fù)地再現(xiàn)波形，跡線既不會(huì)衰減也不會(huì)模糊。

特別地，可以捕獲、分析復(fù)雜的單次瞬變信號(hào)。②存貯是動(dòng)態(tài)的。③既能觀測(cè)觸發(fā)后(后觸發(fā)觀測(cè))的信息，也能捕捉觸發(fā)前的信號(hào)(預(yù)觸發(fā)觀測(cè)）

。

DSO的觸發(fā)點(diǎn)只是一個(gè)參考點(diǎn)，而不是獲取的第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。3.主要性能指標(biāo)最高采樣速率存儲(chǔ)長(zhǎng)度

測(cè)量分辨力

存儲(chǔ)帶寬①采樣率fs——

單位時(shí)間獲取被測(cè)信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù),單位為S/s。注：N—每格的采樣點(diǎn)數(shù)(固定的)；t/div—每格的掃描時(shí)間即時(shí)基因數(shù)。如X通道采用10位D/A，則N=210／10≈100S③采樣速率的控制：

可以根據(jù)示波器的時(shí)基因數(shù)(t／div)進(jìn)行選擇和控制。②最高采樣速率fsmax——

相應(yīng)于示波器最快掃描速度(最小時(shí)基因數(shù))檔位例如：最快(最小)時(shí)基因數(shù)為1ns／div時(shí)，則

fsmax＝100點(diǎn)／1納秒或1011S／s(1)最高采樣速率④假象現(xiàn)象輸入模擬信號(hào)重建的波形(示波器顯示)1個(gè)周期采3個(gè)點(diǎn)，fs=3f0一個(gè)周期采5個(gè)點(diǎn)，fs=5f0假象信號(hào),fs=f0<2f0,發(fā)生頻譜混疊請(qǐng)思考：為了避免假象現(xiàn)象,怎樣選擇采樣率？答：滿足采樣定理，操作從最小t/div開始(2)存儲(chǔ)帶寬①理論帶寬：根據(jù)采樣定理，定義DSO理論帶寬為最高采樣速率(fsmax)的一半，即式中fh——帶寬的上限頻率。②實(shí)際帶寬：有效存儲(chǔ)帶寬(BWa)表征DSO的實(shí)際帶寬。其定義為式中k——帶寬因子。例如：某示波器的fsmax

＝8GS／