《電子測量技術(shù)及應(yīng)用》課件-第5章

第5章示波測量技術(shù)

5.1概述5.2通用示波器5.3示波器的基本測量技術(shù)5.4數(shù)字存儲(chǔ)示波器思考與練習(xí)題

5.1概述

在對(duì)電壓信號(hào)的測量中,人們希望能直觀地觀測到電壓信號(hào)隨時(shí)間變化的波形,從而直接測量有關(guān)參數(shù)值。

如直接觀察一個(gè)正弦信號(hào)的波形,直接測量其幅度、周期(頻率)等基本參量;直接觀察一個(gè)脈沖信號(hào)的波形,直接測量其前后沿時(shí)間、脈寬等參數(shù)。電子示波器實(shí)現(xiàn)了人們的愿望,在示波器熒光屏上可用X軸代表時(shí)間,用Y軸代表函數(shù)關(guān)系f(t),就可描繪出被測信號(hào)隨時(shí)間的變化關(guān)系。示波器不但可將電信號(hào)作為時(shí)間的函數(shù)顯示在屏幕上,更廣義地說,示波器是一種能夠反映任何兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)參數(shù)的XY圖示儀,只要把兩個(gè)有關(guān)系的變量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷毫?分別加至示波器的X、Y通道,就可以在熒光屏上顯示這兩個(gè)變量之間的關(guān)系。

若以示波管中X方向光跡的偏轉(zhuǎn)代表頻率,用Y方向光跡的偏轉(zhuǎn)代表各頻率分量的幅值,就可以組成一臺(tái)頻率分析儀器,如頻譜儀和邏輯分析儀(邏輯示波器)都可以看成廣義示波器。波形顯示和測量技術(shù)在電子工程、電子技術(shù)、通信等領(lǐng)域應(yīng)用得十分廣泛,它不僅是電路分析、電參數(shù)測量、儀器設(shè)備調(diào)試的重要工具,而且在生產(chǎn)、科研、國防、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)等領(lǐng)域也是重要的測量儀器。

例如,在電路分析中,用一臺(tái)示波器可隨時(shí)檢測電路有關(guān)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)波形是否正常,各相關(guān)波形的時(shí)間、相位和幅度等關(guān)系是否正確,波形失真、干擾強(qiáng)弱等情況;在醫(yī)療儀器中,心電圖測量儀、超聲波診斷儀等都用了波形的顯示和測量技術(shù),可將被檢查的部位以波形或圖像的形式形象地顯示出來,使得診斷更加準(zhǔn)確和可靠。實(shí)際中的很多設(shè)備,實(shí)際上只是給示波器添加了或多或少的輔助配件,在用示波器作為一個(gè)圖示儀描繪圖形這一點(diǎn)上都是一致的。因此,示波測量技術(shù)是一類重要的電子測量技術(shù),也是一種最靈活、多用的技術(shù)。示波器是時(shí)域分析的最典型的儀器,也是當(dāng)今電子測量領(lǐng)域中品種最多、數(shù)量最大、最常用的一類儀器。

作為對(duì)電信號(hào)波形進(jìn)行直觀觀測和顯示的電子儀器,示波器的發(fā)展歷程與整個(gè)電子技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。首先,陰極射線管(CRT)的發(fā)明為示波器能夠直觀顯示波形奠定了基礎(chǔ),它是1878年由英國人W.克魯克斯發(fā)明的,至今已有100多年歷史。1934年,B.杜蒙發(fā)明了137型示波器,堪稱現(xiàn)代示波器的雛形。隨后,國外創(chuàng)立了許多儀器公司,成為示波器研究和生產(chǎn)的主要廠商,對(duì)示波器的研究和生產(chǎn)起了很大的推動(dòng)作用。示波器的發(fā)展過程大致經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)期:

(1)20世紀(jì)30~50年代的電子管時(shí)期,它是模擬示波器的誕生和實(shí)用化階段,在這個(gè)階段誕生了許多種類的示波器,如通用模擬示波器、記憶示波器以及觀測高頻周期信號(hào)的取樣示波器。但囿于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平,示波器的帶寬仍很有限。1958年時(shí)模擬示波器的最高帶寬達(dá)到100MHz,且體積大、功耗高。

(2)20世紀(jì)60年代的晶體管時(shí)期,是示波器技術(shù)水平不斷提高的階段,如模擬示波器帶寬從100MHz、150MHz到300MHz,且體積大大減小,功耗大大降低。

(3)20世紀(jì)70年代以后的集成電路時(shí)期,是模擬示波器技術(shù)指標(biāo)進(jìn)一步提高和數(shù)字化示波器誕生、發(fā)展的階段。隨著電子器件制造技術(shù)的發(fā)展和工藝水平的提高,模擬示波器指標(biāo)得到快速提升,從1971年的500MHz到1979年1GHz,創(chuàng)造了模擬示波器的帶寬高峰,且體積進(jìn)一步減小,功耗進(jìn)一步降低。

(4)20世紀(jì)80年代以后的數(shù)字電路時(shí)期。自從20世紀(jì)70年代初第一臺(tái)數(shù)字示波器問世以來,數(shù)字示波器經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:20世紀(jì)80年代中期以前為數(shù)字示波器發(fā)展的初期階段,其取樣速率低,結(jié)構(gòu)形式以數(shù)字存儲(chǔ)加傳統(tǒng)模擬示波器的組合形式為主,功能少,性能差。從20世紀(jì)80年代中期到20世紀(jì)90年代中期,伴隨著高速ADC和高速存儲(chǔ)器的迅速發(fā)展,數(shù)字示波器的發(fā)展也進(jìn)入了快速發(fā)展階段,取樣率達(dá)到了4GSa/s,帶寬在100MHz上,技術(shù)開始走向成熟,數(shù)字示波器已經(jīng)可以完全取代模擬示波器。

20世紀(jì)90年代中期以后,除了繼續(xù)提高取樣率(可高達(dá)40GSa/s)、帶寬(可達(dá)20GHz)和增加記錄長度外,數(shù)字示波器又開始向100MHz以下的通用示波器發(fā)展,性能價(jià)格比大幅提高,使得通用數(shù)字示波器的價(jià)格與傳統(tǒng)模擬示波器的價(jià)格基本相當(dāng)?，F(xiàn)在數(shù)字示波器正在逐步取代模擬示波器成為主流的示波器產(chǎn)品。

5.1.1示波器分類

1.模擬示波器

在模擬示波器中,熒光屏上顯示的波形是施加在Y通道的被測電壓信號(hào)與施加在X通道的鋸齒波掃描電壓信號(hào)共同作用的結(jié)果。將被測信號(hào)經(jīng)Y通道處理(衰減/放大等)后提供給CRT的Y偏轉(zhuǎn),鋸齒波掃描電壓通常是在被測信號(hào)的觸發(fā)下,由X通道的掃描發(fā)生器產(chǎn)生后提供給CRT的X偏轉(zhuǎn)。

模擬示波器的X、Y通道對(duì)時(shí)間信號(hào)的處理均由模擬電路完成,即X通道提供連續(xù)的鋸齒波掃描電壓,Y通道提供連續(xù)的被測信號(hào),它們均為連續(xù)信號(hào),且CRT屏幕上顯示的波形也是光點(diǎn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,即顯示方式也是模擬的。

模擬示波器又可分為通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶示波器和專用示波器等。

(1)通用示波器是最為經(jīng)典而傳統(tǒng)的一類示波器,采用單束示波管,根據(jù)在熒光屏上能顯示出的被測信號(hào)數(shù)目,又分為單蹤、雙蹤、多蹤示波器。

(2)多束示波器也稱多線示波器,它采用多束電子束,熒光屏上顯示的每個(gè)波形都由單獨(dú)的電子束掃描產(chǎn)生,能同時(shí)觀測、比較兩個(gè)以上被測波形。

(3)取樣示波器采用跨周期時(shí)域采樣技術(shù),將高頻周期性信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的低頻周期性信號(hào)顯示,從而可以用較低頻率的示波器測量高頻信號(hào)。

(4)記憶示波器采用有記憶功能的示波管,實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的存儲(chǔ)、記憶和反復(fù)顯示,特別適宜觀測單次瞬變信號(hào)。

(5)專用示波器是能夠滿足特殊用途的示波器,又稱特殊示波器,如矢量示波器、心電示波器、電視示波器、邏輯示波器等。

2.數(shù)字示波器

數(shù)字示波器則對(duì)X、Y方向的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理,即把X軸方向的時(shí)間離散化,Y軸方向的幅度量化,獲得被測信號(hào)波形上的一個(gè)個(gè)離散點(diǎn)數(shù)據(jù),這些離散點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換后再重建波形。數(shù)字示波器具有記憶、存儲(chǔ)被觀測信號(hào)的功能,特別是觀測和比較單次過程、非周期現(xiàn)象、低頻和慢速信號(hào)具有獨(dú)特之處。由于數(shù)字示波器具有存儲(chǔ)信號(hào)的功能,因此也稱為數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DigitalStorageOscilloscope,DSO)。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型

模擬示波原理是數(shù)字示波測量的基礎(chǔ),但由于數(shù)字示波器性能指標(biāo)不斷提高,價(jià)格又大大降低,加之其功能強(qiáng)大,所以,除了特殊行業(yè)之外,模擬示波器現(xiàn)已很少使用。但鑒于模擬示波器中的一些傳統(tǒng)的、典型的測量技術(shù)、測量電路在電子測量技術(shù)中的應(yīng)用以及對(duì)思維的啟發(fā)性,本章對(duì)模擬示波器的測量原理、測量方法做簡單介紹;又鑒于數(shù)字示波器的一些知識(shí)內(nèi)容在相關(guān)課程已有介紹和學(xué)習(xí),所以對(duì)數(shù)字示波器測量原理與測量方法亦做簡單介紹。

5.1.2示波器的主要技術(shù)指標(biāo)

1.頻帶寬度BW和上升時(shí)間tr

示波器的頻帶寬度BW一般指Y通道的頻帶寬度,即Y通道輸入信號(hào)上、下限頻率fH和fL之差:BW=

fH

-fL。一般下限頻率fL可達(dá)直流(0Hz),因此,頻帶寬度也可以用上限頻率

fH

來表示。

頻帶寬度反映了示波器Y通道跟隨輸入信號(hào)快速變化的能力,當(dāng)給示波器輸入一個(gè)理想階躍信號(hào)(上升時(shí)間為零)時(shí),由于示波器Y通道的頻帶寬度的限制,屏幕顯示波形會(huì)產(chǎn)生附加上升時(shí)間tr。Y通道的頻帶寬度越寬,則對(duì)輸入信號(hào)的高頻分量衰減越少,顯示波形越陡峭,產(chǎn)生的上升時(shí)間就越短。所以用示波器所產(chǎn)生的附加上升時(shí)間tr可以反映示波器的帶寬,頻帶寬度BW與上升時(shí)間tr的關(guān)系可以近似表示為

在用示波器實(shí)際測量一般信號(hào)的上升時(shí)間時(shí),如果被觀測信號(hào)的實(shí)際上升時(shí)間為tR,示波器對(duì)理想階躍信號(hào)產(chǎn)生的上升時(shí)間為tr,若tR?tr,則示波器的影響可以忽略不計(jì),即通過顯示波形所測量的上升時(shí)間約等于被測信號(hào)的實(shí)際上升時(shí)間,但當(dāng)這個(gè)條件不能滿足時(shí),被測信號(hào)的實(shí)際上升時(shí)間可按下式計(jì)算

2.掃描速度

在單位時(shí)間內(nèi)光點(diǎn)在熒光屏上水平移動(dòng)的距離稱為掃描速度,單位為“cm/s”,為了便于在熒光屏上讀數(shù),通常用間隔1cm的坐標(biāo)線作為刻度線,每1cm稱為“1格”(用div表示),因此,掃描速度的單位也可表示為“div/s”。

3.偏轉(zhuǎn)因數(shù)

在輸入信號(hào)作用下,光點(diǎn)在熒光屏垂直(Y)方向移動(dòng)1cm(即1div)所需的電壓值稱為偏轉(zhuǎn)因數(shù),單位為“V/cm”、“mV/cm”(或“V/div”、“mV/div”)等。在示波器面板上,偏轉(zhuǎn)因數(shù)通常也按“1、2、5”的大小分成很多擋。偏轉(zhuǎn)因數(shù)表示了示波器Y通道的放大/衰減能力,偏轉(zhuǎn)因數(shù)的數(shù)值越小,表示示波器觀測微弱信號(hào)的能力越強(qiáng)。此外,還有“微調(diào)”(當(dāng)調(diào)到最盡頭時(shí),為“校準(zhǔn)”位置)旋鈕,當(dāng)需要進(jìn)行定量測量時(shí),“微調(diào)”旋鈕應(yīng)置于“校準(zhǔn)”位置,只有這樣,偏轉(zhuǎn)因數(shù)旋鈕的位置所對(duì)應(yīng)的數(shù)字才是示波器真正的偏轉(zhuǎn)因數(shù)值。

4.輸入阻抗

當(dāng)把被測信號(hào)接入示波器時(shí),示波器的輸入阻抗Zi就形成對(duì)被測信號(hào)的等效負(fù)載。當(dāng)輸入直流電壓信號(hào)時(shí),輸入阻抗用輸入電阻Ri表示,通常為1MΩ;當(dāng)輸入交流信號(hào)時(shí),輸入阻抗用輸入電阻Ri和輸入電容Ci的并聯(lián)表示。Ci一般在33pF左右。當(dāng)使用有源探頭時(shí),一般Ri=10MΩ,Ci<10pF。

5.輸入方式

輸入方式即為對(duì)輸入信號(hào)的耦合方式,一般有直流(DC)、交流(AC)和接地(GND)三種,可通過示波器面板選擇。直流耦合即直接耦合,輸入信號(hào)的所有成分都施加到示波器Y通道后續(xù)電路;交流耦合則是將被測信號(hào)通過隔直電容后施加到示波器Y通道后續(xù)電路,適用于只需要觀測輸入信號(hào)的交流變化部分的波形,通過隔直電容,去除掉了信號(hào)中的直流和低頻分量(如低頻干擾信號(hào));接地耦合方式則是斷開了輸入信號(hào),將Y通道輸入端直接接地,用于在測量信號(hào)幅度時(shí)確定屏幕上的零電平線位置。

6.觸發(fā)源選擇方式

觸發(fā)源是用于提供產(chǎn)生同步掃描電壓的觸發(fā)信號(hào)來源,一般有內(nèi)觸發(fā)(INT)、外觸發(fā)(EXT)、電源觸發(fā)(LINE)三種。內(nèi)觸發(fā)是由被測信號(hào)產(chǎn)生的同步觸發(fā)信號(hào);外觸發(fā)是由外部輸入信號(hào)產(chǎn)生的同步觸發(fā)信號(hào),但外部輸入信號(hào)與被測信號(hào)要有某種時(shí)間同步關(guān)系;電源觸發(fā)是利用50Hz工頻電源產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)。

5.2通用示波器

通用示波器是傳統(tǒng)示波器中應(yīng)用最廣泛的一種,也是其它示波器工作原理的基礎(chǔ),只要掌握了通用示波器的結(jié)構(gòu)特性及使用方法,就可以較容易地掌握其它類型示波器的原理與應(yīng)用。．

5.2.1陰極射線示波管(CRT)

目前示波器的顯示器有陰極射線管(CRT)和平板顯示器(LCD)兩大類,這里主要介紹CRT的結(jié)構(gòu)和顯示原理。

CRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成。這三部分被密封在真空的玻璃管內(nèi),基本結(jié)構(gòu)如圖5－1所示。其工作原理是:由電子槍產(chǎn)生的高速電子束轟擊熒光屏的相應(yīng)部位產(chǎn)生熒光,而偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)則能使電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),從而改變熒光屏上光點(diǎn)的位置。圖5－1陰極射線管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1.電子槍

電子槍主要由燈絲F,陰極K,柵極G1、G2以及陽極A1、A2組成,其作用是發(fā)射電子,并形成一束很細(xì)的高速電子束。當(dāng)電流流過燈絲后對(duì)陰極加熱(電能轉(zhuǎn)換為熱能),使涂有氧化物的陰極產(chǎn)生大量電子,并在后續(xù)電場作用下(電勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能)轟擊熒光屏而發(fā)光(動(dòng)能轉(zhuǎn)換為光能)。

陰極和第一、第二陽極A1、A2

之間為控制柵極G1、G

。G1呈圓桶狀,包圍著陰極,只有在面向熒光屏方向的一側(cè)開一小孔,使電子束從小孔中穿過。柵極G1電位比陰極K的電位低,對(duì)電子有排斥作用,通過調(diào)節(jié)G1對(duì)K的負(fù)電位則可控制電子束中電子的數(shù)目,從而調(diào)節(jié)光點(diǎn)的亮度。G1的電位越低,打在熒光屏上的電子束中電子的數(shù)目N就越少,顯示亮度越暗,反之,顯示亮度越強(qiáng)。柵極電壓UG1與通過柵極孔電子數(shù)目N的關(guān)系如圖5－2所示,調(diào)節(jié)柵極G1的電位即可進(jìn)行“亮度”調(diào)節(jié)。圖5－2UG1N的關(guān)系圖

電子束聚焦的原理是,電子從陰極K發(fā)射,經(jīng)G1、G2、A1、A2進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),其電位關(guān)系為:VG1<VK、VG2>VG1、VA1<VG2、VA2>VA1。帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律:電子穿越加速場時(shí)將得到匯聚并加速;電子穿越減速場時(shí)將會(huì)發(fā)散并減速,這種現(xiàn)象被稱作“電子透鏡”,如圖5－3(a)所示。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。電子在電子槍中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖5－3(b)所示。電子流中的各個(gè)電子經(jīng)過電場對(duì)其聚→散→聚的作用過程,可以在轟擊熒光屏?xí)r正好聚焦在一點(diǎn),這樣可以使光點(diǎn)在X、Y信號(hào)作用下“畫出”清晰明亮的波形,其“細(xì)致”效果還可以通過“聚焦”和“輔助聚焦”旋鈕來調(diào)節(jié)。圖5－3電子束的聚焦原理示意圖

2.偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對(duì)互相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,利用靜電偏轉(zhuǎn)原理,給偏轉(zhuǎn)板施加電壓,可以使電子槍發(fā)出的電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。

X、Y偏轉(zhuǎn)板的中心軸線與示波管中心軸線重合,分別獨(dú)立地控制電子束在水平和垂直方向上的偏轉(zhuǎn)角度。當(dāng)偏轉(zhuǎn)板上沒有外加電壓(或外加電壓為零)時(shí),電子束打向熒光屏的中心點(diǎn)(可調(diào)試);如果有外加電壓,則偏轉(zhuǎn)板之間形成電場,在偏轉(zhuǎn)電壓的作用下,電子束打向由X、Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的相應(yīng)位置。通常,為了使示波管有較高的偏轉(zhuǎn)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偏轉(zhuǎn)版之右(見圖5－1)。

電子束在偏轉(zhuǎn)電場作用下的偏轉(zhuǎn)距離(角度)與外加電壓成正比。圖5－4所示為在垂直偏轉(zhuǎn)板上施加正電壓Uy時(shí),電子束的偏轉(zhuǎn)示意圖。圖5－4電子束的偏轉(zhuǎn)

為了提高Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度,可適當(dāng)降低第二陽極電壓,并在偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個(gè)后加速陽極A3,使穿過偏轉(zhuǎn)板的電子束在軸向(Z方向)得到較大的速度。這種系統(tǒng)稱為先偏轉(zhuǎn)后加速(PostDeflectionAcceleration,PDA)系統(tǒng)。后加速陽極上的電壓可高達(dá)數(shù)千至上萬伏,可比第二陽極高十倍左右,大大改善了偏轉(zhuǎn)靈敏度。

3.熒光屏

熒光屏將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào),是示波管的波形顯示部分,通常制作成矩形平面(也有圓形平面的),其內(nèi)壁有一層熒光(磷)物質(zhì),面向電子槍的一側(cè)還常覆蓋一層極薄的透明鋁膜,高速電子可以穿透這層鋁膜轟擊屏上的熒光物質(zhì)而發(fā)光,即電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為光能和相當(dāng)一部分熱能。透明鋁膜可吸收無用的熱量,并可吸收熒光物質(zhì)發(fā)出的二次電子和光束中的負(fù)離子,因此,可保護(hù)熒光屏,且消除反光,使顯示圖像更加清晰。在使用示波器時(shí),應(yīng)避免電子束長時(shí)間地停留在熒光屏的一個(gè)位置,否則會(huì)使熒光屏受損(不但會(huì)降低熒光物質(zhì)的發(fā)光效率,并可能在屏上形成黑斑)。在示波器開啟后較長時(shí)間不使用時(shí),可將“輝度”調(diào)暗。

為便于使用者觀測波形,需要對(duì)電子束的偏轉(zhuǎn)距離進(jìn)行定度。通常在示波管內(nèi)側(cè)刻有垂直和水平的方格子(一般每格1cm,用div表示),或者在靠近示波管的外側(cè)加一層有機(jī)玻璃,在有機(jī)玻璃上標(biāo)出刻度。在讀數(shù)時(shí)應(yīng)注意盡量保持視線與熒光屏垂直,避免視差。

5.2.2波形顯示的基本原理

在電子槍中,電子運(yùn)動(dòng)經(jīng)過聚焦形成電子束,電子束通過垂直和水平偏轉(zhuǎn)板打到熒光屏上產(chǎn)生亮點(diǎn),亮點(diǎn)在熒光屏上垂直或水平方向上偏轉(zhuǎn)的距離正比于施加在垂直或水平偏轉(zhuǎn)板上的電壓,即亮點(diǎn)在屏幕上移動(dòng)的軌跡就是施加到偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號(hào)波形。示波器顯示圖形或波形的原理是基于電子與電場之間的相互作用原理進(jìn)行的。根據(jù)這個(gè)原理,示波器可顯示隨時(shí)間變化的信號(hào)波形和顯示任意兩個(gè)變量X和Y的關(guān)系圖形。

1.顯示隨時(shí)間變化的電壓波形

1)掃描的概念

若想觀測一個(gè)隨時(shí)間變化的信號(hào),例如f(t)=Umsinωt,只要把被觀測的信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上,則電子束就會(huì)在Y方向上按信號(hào)的規(guī)律變化,任意瞬間的偏轉(zhuǎn)距離正比于該瞬間Y偏轉(zhuǎn)板上的電壓。但是如果水平偏轉(zhuǎn)板間沒加電壓,則熒光屏上只能看到一條垂直的直線,如圖5－5(a)所示,這是因?yàn)楣馐谒椒较蛏衔词艿狡D(zhuǎn)。圖5－5掃描過程示意圖

如果在X偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)隨時(shí)間線性變化的電壓,即加上一個(gè)鋸齒波電壓,在鋸齒波正程,ux=kt(k為常數(shù)),而垂直偏轉(zhuǎn)板不加電壓,那么光點(diǎn)在X方向做勻速運(yùn)動(dòng),光點(diǎn)在水平方向的偏轉(zhuǎn)距離為

式中,x為X方向的偏轉(zhuǎn)距離;Sx為比例系數(shù),即為示波管的X軸偏轉(zhuǎn)靈敏度(單位為cm/V);hx為比例系數(shù)(單位為cm/s),即光點(diǎn)移動(dòng)的速度。這樣,X方向偏轉(zhuǎn)距離的變化就反映了時(shí)間的變化,此時(shí)光點(diǎn)水平移動(dòng)形成的水平亮線稱為“時(shí)間基線”,如圖5－5(c)所示。當(dāng)鋸齒波電壓達(dá)到最大值時(shí),熒光屏上的光點(diǎn)也在水平方向上達(dá)到最大偏轉(zhuǎn),然后鋸齒波電壓迅速返回起始點(diǎn),光點(diǎn)也迅速返回到屏幕最左端,再重復(fù)前面的變化。時(shí)間、電壓與位移的關(guān)系可用圖5－6來描述。圖5－6時(shí)間、電壓與位移的關(guān)系圖

從圖中可以看出:當(dāng)鋸齒波電壓達(dá)到最大值umax時(shí),熒光屏上的光點(diǎn)也達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)10cm,然后鋸齒波電壓迅速返回起始點(diǎn),光點(diǎn)也迅速返回到屏幕最左端,再重復(fù)前面的過程。光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動(dòng)的過程稱為“掃描”,能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓。光點(diǎn)自左向右的掃動(dòng)過程稱為“掃描正程”,光點(diǎn)自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點(diǎn)的過程稱為“掃描回程”。理想鋸齒波的回程時(shí)間為零。從上面的關(guān)系圖可以說明以下幾個(gè)問題;

①對(duì)于同一速度(斜率)的鋸齒波,若時(shí)間步進(jìn)Δt相同,即t1-0=t2-t1=…,則對(duì)應(yīng)電壓的步進(jìn)Δu相同,即u1-0=u2-u1=…,那么對(duì)應(yīng)的位移步進(jìn)Δx也相同,即x11-0=x2-x1=…;

②因?yàn)閡x=k1t,又x=k2ux,所以,x=kt,在k2確定的情況下,若k1定,則x和t關(guān)系定;若k1變化,則x和t的關(guān)系變化。所以,可以用x的位移(cm)代替時(shí)間———時(shí)基因素Dx(s/div);

③示波器確定,則umax(對(duì)應(yīng)10cm位置的電壓值)確定,但達(dá)到umax(對(duì)應(yīng)10cm的位置)可用不同的時(shí)間,即k1(或k)不同,從而形成不同的時(shí)基因素,即對(duì)應(yīng)同樣的位移x時(shí)(對(duì)應(yīng)電壓u時(shí))所對(duì)應(yīng)的時(shí)間t不同。Dx(s/div)數(shù)值越大,光點(diǎn)移動(dòng)單位距離所需要的時(shí)間越長,則說明掃描速度越慢,反之掃描速度越快(Dx=t/x,與速度v=x/t成反比)。

若Y軸加上被觀測的信號(hào),X軸加上掃描電壓,則屏上光點(diǎn)的Y和X坐標(biāo)分別與這一瞬間的信號(hào)電壓和掃描電壓成正比。由于掃描電壓與時(shí)間成比例,所以熒光屏上所描繪的就是被測信號(hào)隨時(shí)間變化的波形(掃描電壓信號(hào)正程時(shí)間與被觀測信號(hào)周期相同),如圖55(b)所示。

2)同步的概念

欲在熒光屏上顯示穩(wěn)定的波形,就要求每個(gè)掃描周期所顯示的信號(hào)波形在熒光屏上完全重合,即顯示波形相同并有同一個(gè)起點(diǎn)。在前面圖5－5掃描過程的描述中,由于Tx=Ty,所以熒光屏上穩(wěn)定地顯示了一個(gè)周期的波形。假設(shè)Tx=2Ty,其波形顯示過程如圖5－7所示,每個(gè)掃描正程在熒光屏上都能顯示出完全重合的兩個(gè)周期的被測信號(hào)波形。圖5－7Tx=2Ty時(shí)熒光屏上顯示的波形

同理,設(shè)Tx=3Ty,則熒光屏上穩(wěn)定顯示3個(gè)周期的被測信號(hào)波形。依此類推,當(dāng)掃描電壓的周期是被測信號(hào)周期的整數(shù)倍,即Tx=nTy(n為正整數(shù))時(shí),則每次掃描的起點(diǎn)都對(duì)應(yīng)在被測信號(hào)的同一相位點(diǎn)上,這就使得掃描信號(hào)的后一個(gè)周期所描繪的波形與前一個(gè)周期所描繪的波形完全一樣,且各次掃描顯示的波形重疊在一起,從而在熒光屏上得到清晰而穩(wěn)定的波形。

一般的,如果掃描電壓周期Tx與被測電壓周期Ty保持Tx=nTy的關(guān)系,則掃描電壓與被測電壓“同步”。如果增加Tx(掃描頻率降低)或降低Ty(信號(hào)頻率增加),則所顯示波形的周期個(gè)數(shù)將增加。

若Tx≠nTy(n為正數(shù)),即不滿足同步關(guān)系時(shí),則后一個(gè)掃描周期所描繪的圖形與前一個(gè)掃描周期所描繪的圖形不重合,此時(shí)顯示的波形是不穩(wěn)定的。以Tx=5／4Ty的理想連續(xù)掃描信號(hào)為例,其顯示波形如圖5－8所示。圖5－8掃描電壓與被測電壓不同步時(shí)顯示波形出現(xiàn)晃動(dòng)

客觀上,掃描電壓是由示波器本身的時(shí)基電路產(chǎn)生的,它與被測信號(hào)是不相關(guān)的,與被測信號(hào)也就無法同步了,但是,在被測信號(hào)經(jīng)過Y通道至Y偏轉(zhuǎn)板的同時(shí),可以利用被測信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)去X通道,去控制X通道掃描發(fā)生器,迫使掃描電壓與被測信號(hào)同步,從而實(shí)現(xiàn)掃描電壓與被測信號(hào)同步,這就是內(nèi)觸發(fā)原理。也可以用外加信號(hào)產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)去X通道,去控制X通道掃描發(fā)生器,但這個(gè)外加信號(hào)必須與被測信號(hào)有一定的同步關(guān)系,這樣也能迫使掃描電壓與被測信號(hào)同步,從而實(shí)現(xiàn)掃描電壓與被測信號(hào)同步,這就是外觸發(fā)的原理。

3)連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描

前面所討論的都是觀察連續(xù)信號(hào)的情況,這時(shí)掃描電壓是連續(xù)的,即掃描正程緊跟著回程,回程結(jié)束后又立即開始新的正程,掃描是不間斷的,這種掃描方式稱為連續(xù)掃描。當(dāng)欲觀測脈沖信號(hào),尤其是占空比τ/Ty很小的脈沖(見圖59(a))時(shí),采用連續(xù)掃描會(huì)存在一些問題。

(1)若選擇掃描周期等于脈沖重復(fù)周期,即Tx=Ty,此時(shí)屏幕上出現(xiàn)的脈沖波形集中在時(shí)間基線的起始部分,即圖形在水平方向上被壓縮,以致難以看清脈沖波形的細(xì)節(jié),例如很難觀測它的前后沿時(shí)間,如圖5－9(b)所示。

(2)若為了將τ時(shí)間的脈沖寬度波形顯示在屏幕上而選擇掃描周期等于脈沖底寬τ,如圖5－9(c)所示,由于在一個(gè)脈沖周期內(nèi),光點(diǎn)在水平方向完成的五次掃描中只有一次掃描到了脈沖波形,其他的掃描信號(hào)幅度為零,結(jié)果在屏幕上顯示的脈沖波形亮度暗淡,而時(shí)間基線由于反復(fù)掃描卻很明亮,如圖5－9(c)的顯示所示。這樣,給波形觀測帶來不便,且很難實(shí)現(xiàn)掃描的同步。圖5－9連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描方式下對(duì)脈沖波形的觀測

4)掃描過程的增輝與消隱

在前面的討論中,假設(shè)掃描電壓的恢復(fù)時(shí)間為零,但實(shí)際上,恢復(fù)總是需要一定時(shí)間的,在這段時(shí)間內(nèi),恢復(fù)電壓和被測信號(hào)共同作用產(chǎn)生回掃線,而且一般情況下,為了實(shí)現(xiàn)掃描電壓與被測信號(hào)的同步,在掃描電壓恢復(fù)到起始點(diǎn)后還需要一定的等待時(shí)間才能開始下一次掃描,在等待期間,雖然光點(diǎn)在X方向未受到偏轉(zhuǎn),但在Y方向上由于受被測信號(hào)的作用,光點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生上下掃動(dòng)。如圖5－10所示,顯示屏中的實(shí)線波形是掃描正程顯示的被測信號(hào)波形,虛線波形表示回掃軌跡,這些回掃軌跡也會(huì)在熒光屏上顯示,雖然亮度較暗,但也會(huì)給觀測帶來不便。圖5－10掃描回程中的回掃軌跡、增輝與消隱

2.顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系

在示波管中,電子束同時(shí)受X和Y兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板的作用,若兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板的信號(hào)都為正弦波,且兩信號(hào)的初相位相同,則可在熒光屏上畫出一條直線,若兩信號(hào)在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同,則這條直線與水平軸成45°;如果這兩個(gè)信號(hào)的初相位相差90°,則熒光屏上會(huì)顯示出一個(gè)正橢圓;若X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同,則熒光屏上會(huì)顯示出一個(gè)圓。示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦波電壓時(shí)顯示的圖形稱為李薩育圖形,利用李薩育圖形可以測量相位差和頻率。

5.2.3通用示波器的組成

通用示波器的組成可用圖5－11表示,它主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分組成;此外還包括電源電路,用以產(chǎn)生示波管和電路中需要的各種電源。通用示波器中還常附有校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器,用以產(chǎn)生幅度和周期穩(wěn)定的方波信號(hào)(如1kHz、0.5Upp的方波),用于示波器的校準(zhǔn)及測量中的參考調(diào)節(jié)。圖5－11通用示波器的組成框圖

5.2.4通用示波器的垂直通道

垂直通道(Y通道)是對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行處理的主要通道,它將輸入的被測信號(hào)進(jìn)行衰減或線性放大,并在一定范圍內(nèi)保持增益穩(wěn)定,最后輸出符合示波器偏轉(zhuǎn)要求的信號(hào),以推動(dòng)垂直偏轉(zhuǎn)板,使被測信號(hào)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后置放大器等部分。

1.輸入電路

輸入電路主要由衰減器和輸入選擇開關(guān)構(gòu)成。

(1)衰減器。衰減器由RC阻容分壓器組成,用來衰減輸入信號(hào),以防其超過顯示范圍而無法正常顯示,并具有頻率補(bǔ)償?shù)淖饔?使得顯示波形不會(huì)失真。以一級(jí)分頻為例,其原理電路如圖5－12所示。衰減器的衰減量為輸出電壓uo與輸入電壓ui之比,它等于R1、C1的并聯(lián)阻抗Z1與R2、C2的并聯(lián)阻抗Z2的分壓比,即

可調(diào)節(jié)C1,使得R1C1=R2C2,則Z1、Z2表達(dá)式中分母相同,這時(shí)衰減器的分壓比為

即分壓比與頻率無關(guān),這就意味著,當(dāng)衰減器輸入是含有豐富的高次諧波成分的理想階躍信號(hào)時(shí),輸出波形也不失真,這正是我們所希望的。式R1C1=R2C2稱為最佳補(bǔ)償條件。若衰減器輸入信號(hào)ui波形如圖5－13(a)所示,當(dāng)衰減網(wǎng)絡(luò)滿足R1C1=R2C2時(shí),輸出波形uo如圖5－13(a)所示;當(dāng)R1C1>R2C2時(shí),將出現(xiàn)過補(bǔ)償,輸出波形如圖5－13(b)所示;當(dāng)RR1C1<R2C2時(shí)為欠補(bǔ)償,輸出波形如圖5－13(c)所示。圖5－12衰減器原理電路圖5－13衰減器補(bǔ)償原理

(2)輸入選擇開關(guān)。輸入選擇開關(guān)設(shè)有AC、GND、DC三擋選擇開關(guān)。置“AC”擋時(shí),示波器的輸入信號(hào)經(jīng)隔直電容耦合到衰減器,只有交流分量可以通過,適合于觀測交流信號(hào);置“GND”擋時(shí),不用斷開被測信號(hào),也可使Y通道真正輸入信號(hào)為零電壓,可為示波器測量時(shí)提供接地參考電平的位置;置“DC”擋時(shí),示波器的輸入信號(hào)直接接到輸入端衰減器,用于觀測頻率很低的信號(hào)或帶有直流分量的交流信號(hào)。

2.前置放大器

前置放大器將經(jīng)“衰減器”之后的信號(hào)適當(dāng)?shù)胤糯?一路到Y(jié)“衰減器”,一路到X通道輸入端,作為內(nèi)觸發(fā)信號(hào)。Y前置放大器還具有靈敏度微調(diào)、校正、Y軸移位、極性反轉(zhuǎn)等控制作用。

Y前置放大器大都采用差分放大電路,輸出一對(duì)平衡的交流電壓,這樣,即使當(dāng)被測信號(hào)的幅度改變時(shí),偏轉(zhuǎn)的基線電位也保持不變。若在差分電路的輸入端輸入不同的直流電位,差分輸出電路的兩個(gè)輸出端的直流電位就會(huì)改變,相應(yīng)的Y偏轉(zhuǎn)板上的直流電位和波形在Y方向的位置也會(huì)改變。利用這一原理,可通過調(diào)節(jié)直流電位,即調(diào)節(jié)“Y軸位移”旋鈕,來改變被測波形在屏幕上的位置,以便定位和測量。

3.延遲線

延遲線是一種信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)或者傳輸線,起延遲時(shí)間的作用。為什么要在Y通道的后置放大器之前安裝延遲線呢?從示波器結(jié)構(gòu)框圖可以看出,被測信號(hào)經(jīng)過Y衰減器、Y前置放大器之后分成兩路,一路經(jīng)Y后置放大器至Y偏轉(zhuǎn)板,另一路去X通道,經(jīng)觸發(fā)電路、掃描發(fā)生器、水平放大器后至X偏轉(zhuǎn)板。

如果輸入波形是脈沖信號(hào),且希望從上升邊開始顯示并測量,那么就希望從如圖5－14(a)所示觸發(fā)點(diǎn)觸發(fā)產(chǎn)生掃描信號(hào)的起點(diǎn),但由于所產(chǎn)生的掃描信號(hào)在X通道的時(shí)間滯后,真正到達(dá)X偏轉(zhuǎn)板的掃描信號(hào)的起點(diǎn)滯后于被測信號(hào)觸發(fā)點(diǎn)的位置(滯后時(shí)間用τ表示),如圖5－14(a)和(b)所示,由于只有掃描信號(hào)到來后方能顯示Y偏轉(zhuǎn)板信號(hào)(暫不考慮Y后置放大器延遲),所以在屏幕上顯示波形如圖5－14(c)所示,即丟掉了被測信號(hào)上升邊的起始部分。如果在Y前置放大器之前安裝延遲線,合理控制延遲線的延遲時(shí)間,使加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板的被測信號(hào)起始點(diǎn)(即輸入信號(hào)觸發(fā)點(diǎn)位置)與加到X偏轉(zhuǎn)板掃描信號(hào)起點(diǎn)在時(shí)間點(diǎn)上完全同步,就可以觀察到被測信號(hào)完整的上升邊波形了。

圖5－14沒有延遲線時(shí)的情況

4.Y后置放大器

Y后置放大器的功能是將延遲線傳來的被測信號(hào)放大到足夠的幅度,用于驅(qū)動(dòng)示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),使電子束在Y方向上獲得大的偏轉(zhuǎn)距離。對(duì)Y后置放大器的要求是,應(yīng)具有穩(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、足夠?qū)挼念l帶、較小的諧波失真,以使熒光屏能不失真地重現(xiàn)被測信號(hào)。

Y后置放大器采用推挽式放大器,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(bǔ)償電路和較強(qiáng)的負(fù)反饋,以使得在較寬的頻率范圍內(nèi)增益穩(wěn)定。還可以采用改變負(fù)反饋的方法變換放大器的增益,例如一般示波器中都設(shè)有垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)“×5”或“×10”的擴(kuò)展功能(面板上的“倍率”開關(guān)),它把放大器的放大量提高5倍或10倍,這有利于觀測微弱信號(hào)或看清波形某個(gè)局部的細(xì)節(jié)。

5.2.5通用示波器的水平通道

示波器的水平通道(X通道)的主要任務(wù)是產(chǎn)生隨時(shí)間線性變化的掃描電壓,并放大到足夠的幅度,然后加至水平偏轉(zhuǎn)板,使光點(diǎn)在熒光屏的水平軸方向達(dá)到滿偏轉(zhuǎn)。水平通道主要包括觸發(fā)電路、掃描發(fā)生器環(huán)和水平放大器等部分,結(jié)構(gòu)如圖5－15所示。圖5－15水平通道組成框圖

1.觸發(fā)電路

觸發(fā)電路的作用是提供符合掃描信號(hào)發(fā)生器要求的觸發(fā)脈沖。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)極性選擇、觸發(fā)方式選擇、觸發(fā)電平調(diào)節(jié)和觸發(fā)放大整形等電路,如圖5－16所示。圖5－16觸發(fā)電路的組成

(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(由圖5－16中開關(guān)S1選擇)。觸發(fā)源的選擇應(yīng)該根據(jù)被測信號(hào)的特點(diǎn)來確定,以保證熒光屏上顯示的被測信號(hào)波形穩(wěn)定。

①內(nèi)觸發(fā)(INT):將Y前置放大器輸出(延遲線之前的被測信號(hào))作為觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)信號(hào)與被測信號(hào)的頻率是完全一致的,適用于觀測被測信號(hào)。

②外觸發(fā)(EXT):用外接的、與被測信號(hào)有嚴(yán)格同步關(guān)系的信號(hào)作為觸發(fā)源,這種觸發(fā)源用于比較兩個(gè)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系,或者當(dāng)被測信號(hào)不適合作觸發(fā)信號(hào)時(shí)使用。

③電源觸發(fā)(LINE):用50Hz的工頻正弦信號(hào)作為觸發(fā)源,適用于觀測與50Hz交流信號(hào)有同步關(guān)系的信號(hào)。

(2)觸發(fā)耦合方式選擇。選擇好觸發(fā)源后,為了適應(yīng)不同的觸發(fā)信號(hào)頻率,示波器一般設(shè)有四種耦合方式(由圖5－16中開關(guān)S2選擇)。

①“DC”直流耦合:是一種直接耦合方式,適用于直流或者緩慢變化的觸發(fā)信號(hào),或者頻率較低并含有直流分量的觸發(fā)信號(hào)。

②“AC”交流偶合:是一種通過電容耦合的方式,有隔直作用。觸發(fā)信號(hào)經(jīng)電容C1

接入,用于觀察從低頻到較高頻率的信號(hào)。這是一種常用的耦合方式,用“內(nèi)”“外”觸發(fā)均可。

③“LFREJ”(“AC低頻抑制”)耦合:是一種通過電容耦合的方式,觸發(fā)信號(hào)經(jīng)電容C1及C2(串聯(lián))接入,一般電容較小,阻抗比較大,用于抑制2kHz以下的頻率成分。如觀察含有低頻干擾(50Hz噪音)的信號(hào)時(shí),用這種耦合方式比較適合,可以避免波形的晃動(dòng)。

④“HFREJ”(“AC高頻抑制”)耦合:觸發(fā)信號(hào)經(jīng)電容C1及C3(串聯(lián))接入,只允許頻率很高的信號(hào)通過。這種方式常用來觀測5MHz以上的高頻信號(hào)。

(3)觸發(fā)方式選擇(TRIGMODE)。掃描觸發(fā)方式通常有常態(tài)(NORM)、自動(dòng)(AUTO)、電視(TV)三種方式。

①常態(tài)(NORM)觸發(fā)方式:也稱觸發(fā)掃描方式,在此觸發(fā)方式下,如果沒有觸發(fā)源信號(hào),或者觸發(fā)源為直流信號(hào),或觸發(fā)源信號(hào)幅值過小,都不會(huì)有觸發(fā)脈沖輸出,掃描電路也就不會(huì)產(chǎn)生掃描鋸齒波電壓,因而熒光屏上無掃描線。一旦有了觸發(fā)源信號(hào)并且通過適當(dāng)調(diào)整觸發(fā)電平后產(chǎn)生了有效的觸發(fā)脈沖,掃描電路才能被觸發(fā),產(chǎn)生掃描鋸齒波電壓,熒光屏上才有掃描線。

②自動(dòng)(AUTO)觸發(fā)方式:是一種最常用的觸發(fā)方式,它是指在沒有觸發(fā)脈沖或觸發(fā)信號(hào)頻率低于50Hz時(shí),掃描電路處于自激狀態(tài),掃描系統(tǒng)按連續(xù)掃描方式工作,有連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出,熒光屏上顯示出掃描線。但當(dāng)有觸發(fā)脈沖信號(hào)時(shí),適當(dāng)調(diào)整觸發(fā)電平,掃描電路能自動(dòng)返回觸發(fā)掃描方式工作,并實(shí)現(xiàn)掃描鋸齒波電壓與被測信號(hào)的同步。

一般示波器應(yīng)該既能連續(xù)掃描又能觸發(fā)掃描。在連續(xù)掃描時(shí),沒有觸發(fā)脈沖信號(hào)也能產(chǎn)生掃描閘門或者掃描閘門不受觸發(fā)脈沖的控制,啟動(dòng)掃描發(fā)生器工作;在觸發(fā)掃描時(shí),只有在觸發(fā)脈沖的作用下才會(huì)產(chǎn)生掃描閘門信號(hào),從而啟動(dòng)掃描發(fā)生器工作。

③電視(TV)觸發(fā)方式:用于電視觸發(fā)功能,以便對(duì)電視信號(hào)(如行、場同步信號(hào))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(shí)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(shí)刻,并決定掃描的起點(diǎn),即被顯示信號(hào)的起始點(diǎn),調(diào)節(jié)它們可便于對(duì)波形進(jìn)行觀察和比較。

觸發(fā)極性是指觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)源信號(hào)的上升沿還是下降沿。觸發(fā)點(diǎn)處于觸發(fā)源信號(hào)的上升沿為“+”極性,觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)源的下降沿為“-”極性。

觸發(fā)電平是指觸發(fā)脈沖到來時(shí)所對(duì)應(yīng)的觸發(fā)放大器輸出電壓的瞬時(shí)值。

(5)放大整形電路。由于輸入到觸發(fā)電路的波形復(fù)雜,頻率、幅度、極性都有可能不同,而掃描信號(hào)發(fā)生器要穩(wěn)定工作,對(duì)觸發(fā)信號(hào)有一定的要求,如邊沿陡峭、極性和幅度適中等,因此,需要對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行放大、整形。整形電路的基本形式是電壓比較器,當(dāng)輸入的觸發(fā)源信號(hào)與通過“觸發(fā)極性”和“觸發(fā)電平”選擇的信號(hào)之差達(dá)到某一設(shè)定值時(shí),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。

2.掃描發(fā)生器環(huán)

掃描發(fā)生器環(huán)的功能是產(chǎn)生線性良好、與被測信號(hào)同步的鋸齒波掃描信號(hào)。掃描發(fā)生器環(huán)電路又叫時(shí)基電路,由掃描閘門產(chǎn)生電路、掃描鋸齒波發(fā)生器(積分器)電路及比較和釋抑電路組成,如圖5－17所示。圖5－17掃描發(fā)生器環(huán)的組成

1)掃描閘門產(chǎn)生電路

掃描閘門產(chǎn)生電路簡稱掃描門,它有三個(gè)作用:

①產(chǎn)生時(shí)間寬度確定的矩形開關(guān)信號(hào)(又稱閘門信號(hào))。掃描閘門電路控制著鋸齒波掃描信號(hào)的開啟,也控制了鋸齒波掃描正程信號(hào)的結(jié)束,更重要的是鋸齒波掃描信號(hào)正程的結(jié)束時(shí)刻通過釋抑電路控制著掃描閘門的關(guān)閉時(shí)刻,從而與掃描鋸齒波發(fā)生器、比較和釋抑電路共同組成掃描發(fā)生器環(huán)。

②由于閘門信號(hào)和掃描信號(hào)的正程期間同時(shí)開始、同時(shí)結(jié)束,所以可利用閘門信號(hào)作為增輝脈沖,控制示波管電子束中電子數(shù)目,起到掃描正程光跡加亮和掃描回程光跡消隱的作用。

③在雙蹤示波器中,利用閘門信號(hào)觸發(fā)電子開關(guān),使之工作于交替工作狀態(tài)。為了保證掃描閘門(掃描信號(hào))與被測信號(hào)同步,要求掃描閘門產(chǎn)生電路必須具有遲滯特性。由于施密特觸發(fā)電路具有遲滯特性,所以可以選擇施密特觸發(fā)電路作為掃描閘門發(fā)生器。圖5－18為施密特觸發(fā)器符號(hào)及遲滯特性。圖5－18施密特觸發(fā)器特性

2)掃描鋸齒波發(fā)生器

掃描鋸齒波由積分電路產(chǎn)生。密勒(Miller)積分器具有良好的積分線性,可獲得良好的鋸齒波電壓信號(hào),因此,密勒積分器是通用示波器中典型的積分電路。密勒積分器的原理如圖5－19所示。圖5－19密勒積分器

3)比較和釋抑電路

比較電路的作用是通過電平比較與識(shí)別功能以及釋抑電路來控制鋸齒波的幅度。在比較電路中,輸入的電壓信號(hào)(掃描即鋸齒波信號(hào))與預(yù)置的參考電平進(jìn)行比較,當(dāng)掃描鋸齒波電壓等于預(yù)置的參考電平時(shí),比較電路輸出端的電位產(chǎn)生跳變,此跳變信號(hào)作為控制信號(hào),使得釋抑電路的輸出開始跟隨掃描鋸齒波信號(hào),并輸入到“掃描閘門產(chǎn)生電路”,通過“掃描閘門產(chǎn)生電路”來控制閘門信號(hào)的終止時(shí)刻,以此決定鋸齒波正程的終止時(shí)刻,從而決定鋸齒波的幅度,使鋸齒波電路產(chǎn)生出等幅的掃描信號(hào)。由于比較電路控制了掃描基線的長度,故也稱其為掃描長度電路。

比較和釋抑電路與掃描門、鋸齒波掃描信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成一個(gè)閉合的掃描發(fā)生器環(huán)(見圖5－17),可產(chǎn)生穩(wěn)定的、與被測信號(hào)同步的、掃描速度可調(diào)的鋸齒波掃描信號(hào),其工作過程分析如下。

(1)觸發(fā)掃描。如圖5－20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(diǎn)(來自于“穩(wěn)定度”調(diào)節(jié)的直流電位,可通過示波器面板上的“穩(wěn)定度”旋鈕調(diào)節(jié)E0在E1、E2之間的適當(dāng)位置),即閘門產(chǎn)生電路的輸入信號(hào)是靜態(tài)直流電壓、觸發(fā)信號(hào)及“比較釋抑電路”輸出信號(hào)三者共同作用的結(jié)果,當(dāng)然,閘門產(chǎn)生電路的輸出狀態(tài)也由這三個(gè)信號(hào)共同決定。圖5－20觸發(fā)掃描方式下比較和釋抑電路的工作波形

(2)連續(xù)掃描。

在連續(xù)掃描方式下,通過“穩(wěn)定度”調(diào)節(jié),使閘門電路的靜態(tài)工作電平E0高于上觸發(fā)電平E1,則不論是否有觸發(fā)脈沖,掃描閘門都將輸出掃描控制信號(hào),使掃描發(fā)生器可以連續(xù)工作。此時(shí),掃描閘門電路為射極定時(shí)自激多諧振蕩器。但是,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(shí)現(xiàn)掃描電壓和被測電壓的同步。

從以上討論可知,不論是觸發(fā)掃描還是連續(xù)掃描,比較和釋抑電路與掃描閘門及積分器配合,都可以產(chǎn)生穩(wěn)定的等幅掃描信號(hào),也都可以做到掃描信號(hào)與被測信號(hào)的同步。此外,閘門電路(施密特)輸出的閘門脈沖信號(hào)同時(shí)作為增輝與消隱脈沖。

3.水平放大器

水平放大器電路放大來自掃描發(fā)生器環(huán)產(chǎn)生的鋸齒波掃描信號(hào),將其放大到足以使光點(diǎn)在水平方向達(dá)到滿偏的程度。由于示波器除了顯示隨時(shí)間變化的波形外,還可以作為一個(gè)XY圖示儀來顯示任意兩個(gè)函數(shù)的關(guān)系,例如前面提到的李薩育圖形,因此X放大器的輸入端有“內(nèi)”“外”信號(hào)的選擇。置于“內(nèi)”時(shí),X放大器放大掃描發(fā)生器環(huán)產(chǎn)生的鋸齒波掃描信號(hào);置于“外”時(shí),X放大器放大由面板上X通道輸入端直接輸入的信號(hào)。

水平放大器的工作原理與垂直放大器類似,也是線性、寬帶放大器,改變X放大器的增益可以使光跡在水平方向得到擴(kuò)展,或?qū)呙杷俣冗M(jìn)行微調(diào),以校準(zhǔn)掃描速度。

5.3示波器的基本測量技術(shù)

5.3.1示波器的正確使用1.示波器的選擇應(yīng)根據(jù)測量任務(wù)的要求來選擇示波器。反映示波器適用范圍的兩個(gè)主要工作特性是垂直通道的頻帶寬度和水平通道的掃描速度,這兩個(gè)特性決定了示波器可以觀察的最高信號(hào)頻率或脈沖的最小寬度。要使熒光屏能不失真地顯示被測信號(hào)的波形,基本條件是垂直通道有足夠的頻寬和水平通道有合適的掃描速度。

(1)根據(jù)要顯示的信號(hào)數(shù)量選擇。觀測一路信號(hào)可選用單蹤示波器;觀測兩個(gè)信號(hào)可選用雙蹤示波器;同時(shí)觀測更多個(gè)信號(hào)時(shí),可用多蹤或多束示波器。

(2)根據(jù)被測信號(hào)的波形特點(diǎn)選擇。選擇示波器時(shí)要考慮示波器特性指標(biāo)應(yīng)滿足信號(hào)觀測的需要。首先要考慮示波器的頻帶寬度。由于示波器的低端頻率遠(yuǎn)小于高端頻率,所以有的示波器給出的是頻帶寬度指標(biāo),有的給出的是高端頻率指標(biāo),可以認(rèn)為它們近似相等。相對(duì)被測信號(hào)而言,示波器的頻帶要足夠?qū)挕Ｌ貏e是當(dāng)脈沖信號(hào)包含著豐富的諧波成分時(shí),如果示波器通帶不夠?qū)?則觀測脈沖信號(hào)時(shí)易造成顯示波形失真。通常為了使信號(hào)的高頻成分基本不衰減地顯示,示波器的帶寬應(yīng)為被測信號(hào)中最高頻率的三倍左右。

2.示波器使用注意事項(xiàng)

(1)使用前必須檢查電網(wǎng)電壓是否與示波器要求的電源電壓一致。

(2)通電后需預(yù)熱幾分鐘再調(diào)整各旋鈕。注意各旋鈕不要馬上旋到極限位置,應(yīng)先大致旋在中間位置,以便找到被測信號(hào)波形。

(3)示波器的亮度不宜開得過高,且亮點(diǎn)不宜長期停留在固定位置,特別是暫時(shí)不觀測波形時(shí),更應(yīng)該將輝度調(diào)暗,否則將縮短示波管的使用壽命。

(4)輸入信號(hào)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.探頭的正確使用

常見探頭為高電阻低電容探頭,其金屬屏蔽層的外面包有塑料外殼,內(nèi)部裝有一個(gè)R、C并聯(lián)電路,其一端安裝探針,另一端通過屏蔽電纜接到示波器的輸入端。

當(dāng)示波器連接這種探頭測量時(shí),探頭內(nèi)的R、C并聯(lián)電路與示波器的輸入阻抗的Ri、Ci并聯(lián)電路組成了一個(gè)具有高頻補(bǔ)償?shù)腞C分壓器,如圖5－21所示。圖5－21高電阻低電容探頭的衰減與補(bǔ)償原理電路

5.3.2用示波器測量電壓

利用示波器可以測量周期性信號(hào)隨時(shí)間變化的電壓大小情況,如正弦波、方波、三角波、鋸齒波、脈沖波等信號(hào)的電壓幅度,一個(gè)脈沖電壓波形的各部分的電壓幅值(如上沖量和頂部下降量等)。除了可以測量各種周期性信號(hào)波形的瞬時(shí)值外,還可以測量非周期性信號(hào),如單次波形,這當(dāng)然需要相應(yīng)的觸發(fā)和掃描方式。利用示波器測量電壓的基本方法有下面兩種。

1.直流電壓測量

1)測量原理

示波器測量直流電壓的原理是:被測電壓在屏幕上呈現(xiàn)一條直線,該直線偏離時(shí)間基線(零電平線)的高度與被測電壓的大小成正比關(guān)系。被測直流電壓值UDC為

式中,h為被測直流信號(hào)線的電壓偏離零電平線的高度(cm);Dy為示波器的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V/div)。

若使用帶衰減的探頭,還應(yīng)考慮探頭衰減系數(shù)的大小。對(duì)于使用衰減系數(shù)為k的探頭,被測直流電壓值為

一般示波器探頭的衰減系數(shù)k的值為1或10。

2)具體測量方法．

(1)將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置(CAL),否則電壓讀數(shù)不準(zhǔn)確。

(2)將待測信號(hào)送至示波器的垂直輸入端。

(3)確定零電平線。將示波器的輸入耦合開關(guān)置于“GND”位置,調(diào)節(jié)垂直位移旋鈕,使熒光屏上的掃描基線(零電平線)移到熒光屏的適當(dāng)位置(一般放在中央位置,即水平坐標(biāo)軸上)。此后,不能再調(diào)動(dòng)垂直位移旋鈕。

(4)確定直流電壓的極性。調(diào)整垂直靈敏度開關(guān)到適當(dāng)位置,將示波器相應(yīng)Y通道的輸入耦合開關(guān)撥向“DC”擋,觀察此時(shí)水平亮線的偏移方向,若其位于前面確定的零電平線之上,則被測直流電壓為正極性;若向下偏移,則為負(fù)極性。

(5)讀出被測直流電壓偏離零電平線的距離h。

(6)根據(jù)式(5－10)或式(5－11)計(jì)算被測直流電壓值。

例5－1用示波器測量某直流電壓,若垂直靈敏度開關(guān)的位置為“0.5V/div”,用10∶1探頭,屏幕上顯示的波形如圖5－22所示,求被測直流電壓值。圖5－22示波器測量直流電壓的原理

2.交流電壓測量

1)測量原理

利用示波器可以直接觀察到交流電壓隨時(shí)間變化的形狀、波形是否失真、頻率和相位情況。但就電壓測量而言,利用示波器只能測量交流電壓的峰峰值,或任意兩點(diǎn)之間的電位差值(如脈沖波形的上沖量和頂部下降量等),其有效值或平均值是無法直接讀數(shù)求得的,只能通過一定的換算關(guān)系來計(jì)算。被測交流電壓峰峰值Upp為

若使用帶衰減的探頭,應(yīng)考慮探頭衰減系數(shù)的大小。對(duì)于使用衰減系數(shù)為k的探頭,則被測交流電壓的峰峰值Upp為

2)測量方法

(1)將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置(CAL),否則電壓讀數(shù)不準(zhǔn)確。

(2)將待測信號(hào)送至示波器的垂直輸入端。

(3)將示波器的輸入耦合開關(guān)置于“AC”位置。

(4)調(diào)節(jié)掃描速度及觸發(fā)電平,使顯示的波形穩(wěn)定(一般在屏幕上顯示2~3個(gè)周期的波形)。

(5)調(diào)節(jié)垂直靈敏度開關(guān),使熒光屏上顯示的波形高度適當(dāng),并記錄下Dy值。

(6)讀出被測交流電壓波峰和波谷的高度或任意兩點(diǎn)間的高度h。

(7)根據(jù)式(5－12)或式(5－13)計(jì)算被測交流電壓的峰峰值。

例5－2用示波器測量某正弦波電壓,若垂直靈敏度開關(guān)的位置為“1V/div”,k=1,屏幕上顯示的波形如圖5－23所示,求被測正弦信號(hào)的峰峰值和有效值。圖5－23示波器測量交流電壓的原理

5.3.3周期和時(shí)間測量

在示波器掃描中,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,示波管熒光屏的水平軸就變成時(shí)間軸了,這樣,可用示波器直接測量一個(gè)周期(或波形任何部分)持續(xù)的時(shí)間大小。

1.周期或頻率測量

1)測量原理

對(duì)于周期性信號(hào),周期和頻率互為倒數(shù),只要測出其中一個(gè)量,另一個(gè)量可通過公式f=1/T求出,所以用示波器測量單個(gè)信號(hào)的頻率就歸結(jié)為測量周期。

用示波器測量周期與用示波器測量電壓的原理基本相同,區(qū)別在于測量周期或時(shí)間要著眼于X軸系統(tǒng)。被測交流信號(hào)的周期T為

若使用了X軸擴(kuò)展倍率開關(guān),應(yīng)考慮擴(kuò)展倍率的大小。若擴(kuò)展倍率為kx,則被測交流信號(hào)的周期為

2)測量方法

(1)將示波器的掃描速度微調(diào)旋鈕置于“校準(zhǔn)”(CAL)位置,否則時(shí)間讀數(shù)不準(zhǔn)確。

(2)將待測信號(hào)送至示波器的垂直輸入端,調(diào)節(jié)垂直靈敏度開關(guān),使熒光屏上顯示的波形高度適當(dāng)。

(3)將示波器的輸入耦合開關(guān)置于“AC”位置。

(4)調(diào)節(jié)掃描速度開關(guān)及觸發(fā)電平,使顯示的波形穩(wěn)定(一般顯示1~2個(gè)周期),并記錄下Dx值

(5)讀出被測交流信號(hào)一個(gè)周期在熒光屏水平方向所占的距離x。

(6)根據(jù)式(5－14)或式(5－15)計(jì)算被測交流信號(hào)的周期。

例5－3測量某正弦波信號(hào),若時(shí)基因素開關(guān)置于“1ms/div”位置,掃描擴(kuò)展置于“拉出×10”位置,顯示波形如圖5－24所示,信號(hào)一個(gè)周期的x=7cm,求被測信號(hào)的周期。圖5－24示波器測量信號(hào)周期的原理圖5－25用示波器測量信號(hào)時(shí)間間隔的原理

5.3.4信號(hào)相位差測量

因?yàn)樾盘?hào)Umsin(ωt+φ)的相位ωt+φ是隨時(shí)間變化的,故測量單個(gè)信號(hào)絕對(duì)的相位值是無意義的。相位差測量是指兩個(gè)同頻率的正弦信號(hào)之間的相位差的測量。

例:雙蹤示波法測量相位。

利用示波器線性掃描下的多波形顯示是測量相位差最直觀、最簡便的方法。相位測量的原理是把一個(gè)完整的信號(hào)周期定為360°,然后將兩個(gè)信號(hào)在X軸上的時(shí)間差換成角度值。

測量方法是:將欲測量的兩個(gè)信號(hào)A和B分別接到示波器的兩個(gè)輸入通道,示波器設(shè)置為雙蹤顯示方式,調(diào)節(jié)有關(guān)旋鈕,使熒光屏上顯示兩條幅度和周期寬度合適的穩(wěn)定波形,如圖5－26所示。先利用熒光屏上的坐標(biāo)測出信號(hào)的一個(gè)周期在水平方向上所占的長度xT,然后再測量兩波形上對(duì)應(yīng)點(diǎn)(如過零點(diǎn)、峰值點(diǎn)等)之間的水平距離x,則兩信號(hào)的相位差為圖5－26測量兩信號(hào)的相位差

用雙蹤示波法測量相位差時(shí)應(yīng)該注意,只能用其中一個(gè)信號(hào)去觸發(fā)另一路信號(hào),最好選擇其中幅度較大、周期較大的那一個(gè),以便提供一個(gè)統(tǒng)一的參考點(diǎn)進(jìn)行相位比較,而不能用多個(gè)信號(hào)分別去觸發(fā)。

雖然可以采用平均法等措施減小測量誤差,但由于光跡的聚焦不可能非常細(xì),讀數(shù)時(shí)又有一定的誤差,所以使用雙蹤示波法測量相位差的準(zhǔn)確度是比較低的,尤其是相位差較小時(shí)誤差就更大。

5.4數(shù)字存儲(chǔ)示波器

1.基本結(jié)構(gòu)

數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本結(jié)構(gòu)如圖5－27所示,主要由程控放大器、高速A/D轉(zhuǎn)換器、高速存儲(chǔ)器、微處理器和液晶顯示器等組成,其中微處理器是核心。圖5－27數(shù)字示波器的基本結(jié)構(gòu)

2.工作原理

被測信號(hào)從探頭輸入后,首先經(jīng)過阻抗變換網(wǎng)絡(luò),再到程控放大(衰減)電路進(jìn)行放大(衰減),把幅度調(diào)節(jié)在一定的范圍內(nèi),然后把調(diào)好幅度的信號(hào)送入高速A/D轉(zhuǎn)換器,對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣,采樣所得的數(shù)據(jù)存入高速存儲(chǔ)器中,當(dāng)存儲(chǔ)器存滿后通知微處理器,微處理器從存儲(chǔ)器中讀出數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理,然后將波形顯示在LCD模塊上。

3.數(shù)字存儲(chǔ)示波器的特點(diǎn)

(1)波形的取樣存儲(chǔ)與波形的顯示是相互獨(dú)立的。在存儲(chǔ)工作階段,對(duì)快速信號(hào)采用較高的速率進(jìn)行取樣和存儲(chǔ),對(duì)慢速信號(hào)采用較低的速率進(jìn)行取樣和存儲(chǔ),但在顯示工作階段,其讀出速度可以采用一個(gè)固定的速度,不受采樣速率的限制,因而可以清晰而穩(wěn)定地獲得波形,可以無閃爍地觀測被測量極慢變化,這是模擬示波器沒有辦法實(shí)現(xiàn)的。對(duì)觀測極快信號(hào)來說,數(shù)字存儲(chǔ)示波器采用高分辨率的液晶顯示器,可進(jìn)行高精度的清晰顯示。

(2)能長時(shí)間地保存信號(hào)。由于數(shù)字存儲(chǔ)示波器是把波形用數(shù)字方式存儲(chǔ)起來的,其存儲(chǔ)時(shí)間在理論上可以是無限長。這種特性對(duì)觀察單次出現(xiàn)的信號(hào)極為重要,如單次沖擊波、放電現(xiàn)象等。

(3)先進(jìn)的觸發(fā)功能。數(shù)字存儲(chǔ)示波器不僅能顯示觸發(fā)后的信號(hào),而且能顯示觸發(fā)前的信號(hào),并且可以任意選擇超前或滯后的時(shí)間。除此以外,數(shù)字存儲(chǔ)示波器還可以提供邊緣觸發(fā)、組合觸發(fā)、狀態(tài)觸發(fā)、延遲觸發(fā)等多種方式,來實(shí)現(xiàn)多種觸發(fā)功能。

(4)測量準(zhǔn)確度高。數(shù)字存儲(chǔ)示波器由于采用晶振做高穩(wěn)定時(shí)鐘,因而有很高的測時(shí)準(zhǔn)確度,采用高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器能使幅度測量準(zhǔn)確度大大提高。

(5)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。數(shù)字存儲(chǔ)示波器由于內(nèi)含微處理器因而能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種波形參數(shù)的測量和顯示,例如上升時(shí)間、下降時(shí)間、脈寬、峰值等參數(shù)的測量與顯示,能對(duì)波形實(shí)現(xiàn)取平均值、取上下限值、頻譜分析以及對(duì)兩波形進(jìn)行加、減、乘、除等多種復(fù)雜的運(yùn)算處理,還具有自檢與自校等多種操作功能。

(6)外部數(shù)據(jù)通信接口。數(shù)字存儲(chǔ)示波器可以很方便地將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)或其他的外部設(shè)備,進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算和分析處理,還可以通過GPIB、USB、RS232等接口與計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成自動(dòng)測試系統(tǒng)。

4.數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要技術(shù)指標(biāo)

數(shù)字存儲(chǔ)示波器中與波形顯示部分有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)和模擬示波器相似,下面僅討論與波形存儲(chǔ)部分有關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)。

(1)最高取樣速率。最高取樣速率指單位時(shí)間內(nèi)取樣的次數(shù),也稱為數(shù)字化速率,用每秒鐘完成的A/D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來衡量,常以頻率fs來表示。取樣速率愈高,反映儀器捕捉高頻或快速信號(hào)的能力愈強(qiáng)。取樣速率主要由A/D轉(zhuǎn)換速率來決定。

數(shù)字存儲(chǔ)示波器在測量時(shí)刻的實(shí)時(shí)取樣速率可根據(jù)測量時(shí)所設(shè)定的掃描速度(即掃描一格所用的時(shí)間)來計(jì)算。其計(jì)算公式為

式中,N為每格的取樣點(diǎn)數(shù);t/div為掃描速度。

例如,當(dāng)掃描速度為10μs/div,每格取樣點(diǎn)數(shù)為100時(shí),取樣速率fs

為10MHz,即相鄰取樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔(等于取樣周期)為10μs/100=0.1μs。

(2)存儲(chǔ)帶寬B。存儲(chǔ)帶寬與取樣速率fs密切相關(guān)。根據(jù)取樣定理,如果取樣速率大于或等于信號(hào)頻率的2倍,便可重現(xiàn)原信號(hào)。實(shí)際上,為保證顯示波形的分辨率,往往要求增加更多的取樣點(diǎn),一般取N=4~10倍或更多,即存儲(chǔ)帶寬為

(3)存儲(chǔ)容量。存儲(chǔ)容量又稱為記錄長度,它由采集存儲(chǔ)器(主存儲(chǔ)器)的最大存儲(chǔ)容量來表示,常以字節(jié)(Byte)為單位。數(shù)字存儲(chǔ)器常采用的是256B、512B、1KB、4KB等容量的高速半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。

(4)讀出速度。讀出速度是指將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出的速度,常用“時(shí)間/div”來表示。其中,“時(shí)間”為屏幕上每格內(nèi)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)容量×讀脈沖周期。使用中應(yīng)根據(jù)顯示器、記錄裝置或打印機(jī)等對(duì)速度的要求進(jìn)行選擇。

(5)分辨率。分辨率指示波器能分辨的最小電壓增量,即量化的最小單元。它包括垂直分辨率(電壓分辨率)和水平分辨率(時(shí)間分辨率)。垂直分辨率與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率相對(duì)