電子測量第8章.ppt

1、第8章,示波測試技術(shù),8.1 概述,示波測試技術(shù)可將電信號作為時間的函數(shù)顯示在屏幕上，能把兩個有關(guān)系的變量轉(zhuǎn)化為電參數(shù)，在熒光屏上顯示這兩個變量之間的關(guān)系。示波器還可以直接觀測一個脈沖信號的前后沿、脈寬、上沖、下沖等參數(shù)，同時，示波測試還是多種電量和非電量測試中的基本技術(shù)。 示波器是時域分析的最典型儀器，也是當(dāng)前電子測量領(lǐng)域中，品種最多、數(shù)量最大、最常用的一種儀器；示波測試技術(shù)成為一種最靈活、多用的綜合性技術(shù)。,811示波器的分類,1通用示波器 2多束示波器 3取樣示波器 4記憶、存儲示波器 5特種示波器,812示波器的主要技術(shù)指標(biāo),1頻帶寬度 2垂直靈敏度 一般用V/cm、V/div、mV/

2、cm、mV/div表示。 3輸入阻抗 4掃描速度 一般用cm/s、div/s表示。 5同步（或觸發(fā)）電壓,8.2 示波測試的基本原理,821示波器的測試過程,822陰極射線示波管,當(dāng)示波管制成后，L、b、S均為常數(shù)，第二陽極的電壓Va也基本不變，所以Y方向的偏轉(zhuǎn)距離y正比于偏轉(zhuǎn)板上的電壓 Vy。 在一定范圍內(nèi)，熒光屏上光點偏移的距離與偏轉(zhuǎn)板上所加電壓成正比，這是用示波管觀測波形的理論根據(jù)。,823圖象顯示的基本原理,在電子槍中，電子運動經(jīng)過聚焦形成電子束，電子束通過垂直或水平偏轉(zhuǎn)板打到熒光屏上產(chǎn)生亮點，亮點在熒光屏上垂直或水平方向偏轉(zhuǎn)的距離，正比于加在垂直或水平偏轉(zhuǎn)板上的電壓，即亮點在屏幕上移

3、動的軌跡，是加到偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號的波形。示波器顯示圖形或波形的原理就是基于電子與電場之間的相互作用原理進(jìn)行的。,1顯示隨時間變化的圖形,可變電壓與光點偏移的關(guān)系圖,2顯示任意兩個變量之間的關(guān)系,XY圖示儀顯示圖形前，先把兩個變量轉(zhuǎn)換成與之成比例的兩個電壓，分別加到X，Y轉(zhuǎn)板上，屏幕上任一瞬間光點的位置都是由偏轉(zhuǎn)板上兩個電壓的瞬時值決定。由于熒光屏有余輝時間和人眼有殘留效應(yīng)，從屏上可以看到全部光點構(gòu)成的曲線，它反映了兩個變量之間的關(guān)系。,3掃描的概念,在X偏轉(zhuǎn)板上加的隨時間而線性變化的電壓，為鋸齒波電壓。當(dāng)鋸齒波電壓達(dá)到最大值時，屏上的光點亦達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)，然后鋸齒波電壓迅速返回起始點，光點也迅

4、速返回屏幕最左端，再重復(fù)前面的變化。光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為掃描，能實現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓叫掃描電壓，光點自左向右的連續(xù)掃動稱為“掃描正程”，光點自屏的右端迅速返回起掃點的過程稱為“掃描逆程”。,4同步的概念,一般的，如果掃描電壓周期與被測電壓保持 則稱掃描電壓與被測電壓“同步”。 如果沒有同步關(guān)系，即 (n為正整數(shù))，則后一掃描周期描繪的圖形與前一掃描周期的圖形不重合，顯示的波形是不穩(wěn)定的。,5連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描,掃描正程緊跟著逆程，逆程結(jié)束又開始新的正程，掃描是不間斷的，這種掃描方式稱為連續(xù)掃描。 掃描脈沖只在被測脈沖到來時才掃描一次；沒有被測脈沖時，掃描發(fā)生器處于等待工作狀態(tài)。這種

5、由被測信號激發(fā)掃描發(fā)生器的間斷的工作方式，稱為“觸發(fā)掃描方式”。,6掃描過程的增輝,在被測脈沖出現(xiàn)的掃描期間，由于增輝脈沖的作用，顯示波形較亮，便于觀測；而在等待掃描期間，即波形為一個光點的情況下，由于沒有增輝脈沖，光點很暗，避免了較亮的光點長久集中于熒光屏上一點。,8.3 通用示波器,通用示波器是示波器中應(yīng)用最廣泛的一種。它通常泛指采用單束示波管組成的示波器。通用示波器的工作原理是其它大多數(shù)類型示波器工作原理的基礎(chǔ)，只要掌握通用示波器的結(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。,831通用示波器的組成,832通用示波器的垂直通道,垂直通道（Y軸通道）是對被測信號處理

6、的主要通道，它將輸入的被測信號進(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，輸出符合示波管偏轉(zhuǎn)要求的信號，以推動垂直偏轉(zhuǎn)板，使被測信號在屏幕上顯示出來。 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,主要是由衰減器和輸入選擇開關(guān)構(gòu)成。 衰減器 衰減器由RC組成，用來衰減輸入信號，以保證顯示在熒光屏上的信號不致因過大而失真。 輸入耦合方式 輸入耦合方式設(shè)有AC、GND、DC三檔選擇開關(guān)。,2前置放大器,前置放大器將信號適當(dāng)放大，并從中取出內(nèi)觸發(fā)信號，并具有靈敏度調(diào)節(jié)、校正、Y軸移位等控制作用。 Y前置放大器大都采用差分放大電路，它輸出一對平衡的交流電壓，當(dāng)

7、被測信號的幅度改變時，偏轉(zhuǎn)的基線電位保持不變。若在差分電路的輸入端饋入不同的直流電位，差分輸出電路的兩個輸出端直流電位會改變，對應(yīng)的Y偏轉(zhuǎn)板上的相對直流電位和波形在Y方向的位置也改變。即調(diào)節(jié)“Y軸位移”旋鈕，可以改變被測波形在屏幕上的位置。,3延遲線,延遲線是一種傳輸線，起延遲時間的作用。 延遲線的作用就是把加到垂直偏轉(zhuǎn)板的脈沖信號延遲一段時間，使信號出現(xiàn)的時間滯后于掃描開始時間，這樣就能夠保證在屏幕上可以掃出包括上升時間在內(nèi)的脈沖全過程。 對延遲線的要求是，它只對信號起延遲時間的作用，不應(yīng)產(chǎn)生失真。 目前延遲線主要有兩種，一種是采用雙股螺旋平衡式延遲電纜；另一種是利用LC非線性電路的后滯作用

8、構(gòu)成的多節(jié)LC網(wǎng)絡(luò)。,4Y輸出放大器,將延遲線傳輸來的被測信號放大到足夠的幅度，用以驅(qū)動示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使電子束獲得Y方向的滿偏轉(zhuǎn)。 Y輸出放大器大都采用推挽式放大器，電路中采用一定的頻率補償電路和較強的負(fù)反饋，以使得在較寬的頻率范圍內(nèi)增益穩(wěn)定。還可采用改變負(fù)反饋的方法變換放大器的增益，例如很多示波器中一般設(shè)有垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)“5”或“10”擴展功能，它把放大器的放大量提高5倍或10倍，這對于觀測微弱信號或看清波形某個局部的細(xì)節(jié)是很方便的。,833通用示波器的水平通道,示波器水平通道（X軸通道）的主要任務(wù)是產(chǎn)生隨時間線性變化的掃描電壓，再放大到足夠幅度，然后輸出推挽信號加到水平偏轉(zhuǎn)板，使光點

9、在熒光屏的水平方向達(dá)到滿偏轉(zhuǎn)。水平通道包括觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等部分。,水平系統(tǒng)組成框圖,1觸發(fā)電路,觸發(fā)電路的作用是為掃描信號發(fā)生器提供符合要求的觸發(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)方式選擇、觸發(fā)極性選擇、觸發(fā)電平選擇和觸發(fā)放大整形等電路。,觸發(fā)源選擇,觸發(fā)源的選擇應(yīng)根據(jù)被測信號的特點來確定，以保證熒光屏上顯示的被測波形的穩(wěn)定性。一般有3種類型的觸發(fā)源。 a.內(nèi)觸發(fā)（INT） b.外觸發(fā)（LINE） c.電源觸發(fā),觸發(fā)耦合方式,為了適應(yīng)不同的觸發(fā)信號頻率，示波器一般設(shè)有4種觸發(fā)耦合方式。 a.“DC”直流耦合 b.“AC”交流耦合 c.“LF REJ”低頻抑制耦

10、合 d.“HF REJ”高頻抑制耦合,掃描觸發(fā)方式選擇（TRIG MODE）,a. 常態(tài)（NORM）觸發(fā)方式 只有在有觸發(fā)源信號，并且產(chǎn)生了有效的觸發(fā)脈沖時，掃描電路才能被觸發(fā)，才能產(chǎn)生掃描鋸齒波電壓，熒光屏上才有掃描線。 b. 自動（AUTO）觸發(fā)方式 掃描電路處于自激狀態(tài)，有連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出，熒光屏上顯示出掃描線。,觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平,在電路中設(shè)置這兩種控制方式，可任意選擇被顯示信號的起始點，便于對波形的觀測和比較。 觸發(fā)極性和觸發(fā)電平?jīng)Q定觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時刻，并決定掃描的起點。 觸發(fā)極性是指觸發(fā)點位于觸發(fā)源信號的上升沿還是下降沿。,觸發(fā)放大整形電路,由于輸入到觸發(fā)電路的波形復(fù)雜，

11、頻率、幅度、極性都可能不同，需對觸發(fā)信號進(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)源信號與通過“觸發(fā)極性和電平”選擇的信號之差達(dá)到某一設(shè)定值時，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掃描信號發(fā)生電路,掃描方式選擇,示波器應(yīng)該既能連續(xù)掃描又能觸發(fā)掃描，掃描方式的選擇可通過開關(guān)進(jìn)行。在連續(xù)掃描時，沒有觸發(fā)脈沖信號，掃描閘門也不受觸發(fā)脈沖的控制，仍會產(chǎn)生門控信號，并啟動掃描發(fā)生器工作；在觸發(fā)掃描時，只有在觸發(fā)脈沖作用下才產(chǎn)生門控信號。,掃描門,a. 輸出時間準(zhǔn)確的矩形開關(guān)信號，又稱閘門信號，控制積分器掃描。 b. 由于閘門信號和掃描正程同時開始，同時結(jié)束，

12、可利用閘門信號作為增輝脈沖控制示波管，起正程加亮作用。 c. 在雙蹤示波器中，利用閘門信號觸發(fā)電子開關(guān)，使之工作于交替狀態(tài)。,積分器,比較和釋抑電路,比較電路利用比較、識別電平的功能來控制鋸齒波的幅度，它決定掃描的終止時刻，從而確定鋸齒波的幅度，使電路產(chǎn)生等幅掃描。由于它控制了掃描基線的長度，也稱為掃描長度電路。 釋抑電路則在掃描逆程開始后，關(guān)閉或稱抑制掃描閘門，使“抑制”期間掃描電路不再受到同極性觸發(fā)脈沖的觸發(fā)，以便掃描電路恢復(fù)到掃描的起始電平上。,3水平放大器,水平放大器的基本作用是選擇X軸信號，并將其放大到足以使光點在水平方向達(dá)到滿偏的程度。X放大器的輸入端有“內(nèi)”、“外”信號的選擇。置

13、于“內(nèi)”時，X放大器放大掃描信號；置于“外”時，水平放大器放大由面板上X輸入端直接輸入的信號。 水平放大器的工作原理與垂直放大器類似，也是線性、寬帶多級直接耦合放大器，改變X放大器的增益可以使光跡在水平方向得到擴展，或?qū)呙杷俣冗M(jìn)行微調(diào)，以校準(zhǔn)掃描速度。改變X放大器有關(guān)的直流電位也可使光跡產(chǎn)生水平位移。,834通用示波器的其它電路,1高、低壓電源 2Z軸增輝與調(diào)輝 3校準(zhǔn)信號發(fā)生器,835示波器的多波形顯示,在電子測量技術(shù)中，常常需要同時觀測幾個信號，并對這些信號進(jìn)行測試和比較，為了實現(xiàn)這一目的，常用的方法是多蹤示波和多線示波。 1多線示波 多線示波是利用多槍電子管來實現(xiàn)的。,2多蹤示波,雙蹤

14、示波器5種顯示方式,“Y1”通道（CH1） “Y2”通道（CH2） 疊加方式（CH1+CH2） 實現(xiàn)兩信號的“和”或“差”的功能。 交替方式（ALT） 斷續(xù)方式（CHOP）,8.4 取樣示波器,841概述 1 取樣的基本概念 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成為非實時取樣，或者稱為等效取樣。,2 取樣原理,欲觀察一個波形，可以把這個波形在示波器上連續(xù)顯示，也可以在這個波形上取很多的點，把連續(xù)波形變換成離散波形，只要取樣點數(shù)足夠多，顯示這些離散點也能夠反

15、映原波形的形狀。也就是說，既可以實時顯示被測波形，也可以非實時顯示被測波形。,842取樣示波器的工作原理,1取樣示波器的基本框圖,2取樣示波器的垂直通道,3取樣示波器的水平通道,4取樣示波器的主要參數(shù),取樣示波器的帶寬 取樣密度 等效掃速 掃描延遲時間,8.5 記憶示波器和存儲示波器,記憶示波器是利用記憶示波管組成的示波器，也稱CRT存貯。它的核心是記憶示波管。采用這種示波管，即使在斷電的情況下，亦可將波形記憶一周左右。示波管內(nèi)有兩種電子槍，一種是寫入槍，它與通用示波器的電子槍類似，另一種是讀出槍，又稱為泛射槍。 CRT存貯示波器的Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和時基掃描電路與通用示波器相同，它只是在通用示波器

16、的基礎(chǔ)上增加了記憶示波管及控制信號實現(xiàn)的。,8.6 數(shù)字存儲示波器,861數(shù)字存儲示波器的性能特點 1可長期存儲波形 2可進(jìn)行負(fù)延時觸發(fā) 3便于觀測單次過程和突發(fā)事件 4具有多種顯示方式 5便于數(shù)據(jù)分析和處理 6可用數(shù)字顯示測量結(jié)果 7具有多種方式輸出 8便于進(jìn)行功能擴展,862數(shù)字存儲示波器的工作原理,863數(shù)字存儲示波器的顯示方式,數(shù)字存儲示波器的顯示方式靈活多樣，可適應(yīng)不同情況下波形觀測的需要。 1基本顯示方式 2抹跡顯示方式 3卷動顯示方式 4顯示技術(shù)的改進(jìn),864數(shù)字存儲示波器的技術(shù)指標(biāo),1取樣速 2存儲帶寬 3測量分辨率 4存儲容量 5斷電存儲時間 6測量計算功能 7測量準(zhǔn)確度 8

17、觸發(fā)延遲范圍 9讀寫速度 10輸出信號,8.7 示波器的基本測試技術(shù),871示波器的選擇 1根據(jù)要顯示信號數(shù)量，選擇單蹤或雙蹤示波器。 2根據(jù)被測信號的頻率特點選擇示波器。 3根據(jù)被測信號的重現(xiàn)方式選擇示波器。 4根據(jù)被測信號是否含有交直流成分選擇示波器。 5根據(jù)被測信號測試重點選擇示波器。 6根據(jù)是否需存儲被測信號選擇示波器。,872示波器的正確使用,1使用注意事項 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。 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在極限位置，應(yīng)先大致旋在中間位置，以便找到被測信號波形。 注意示波器的亮度不宜開得過亮，且亮點不宜長期停留在固定位置，特

18、別是暫時不觀測波形時，更應(yīng)該將輝度調(diào)暗，以免縮短示波管的使用壽命。 輸入信號電壓的幅度應(yīng)控制在示波器的最大允許輸入電壓范圍。 示波器的探頭有的帶有衰減器，讀數(shù)時需注意。 示波器進(jìn)行定量測量時，一定要注意校準(zhǔn)。,2通用示波器面板和主要控鍵示意圖,3探頭的正確使用,由于示波器放大器的輸入阻抗不夠高，用它去測試電路時，會對被測電路造成影響，所以示波器一般使用探頭輸入。常見探頭為低電容高電阻探頭，它帶有金屬屏蔽層的塑料外殼，內(nèi)裝一個RC并聯(lián)電路，其一端接探針，另一端通過屏蔽電纜接到示波器的輸入端。,不同補償時的波形,873示波器測量電壓,1直流電壓的測量,2交流電壓的測量,874示波器測量時間和頻率,當(dāng)線性掃描時，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是時間軸，這樣，可用示波器直接測量整個波形（或波形任何部分）的時間。,875示波器測量相位,相位的測量實際是指兩個同頻率的正弦信號之間的相位差的測量。 相位測量的原理是把一個完整的信號周期定為360，然后將兩個信號在X軸上時間差換成角度值。,李沙育圖形法測頻率或相位,李沙育圖形法測相位是利用示波器X和Y通道分別輸入被測信號和一個已知信號，調(diào)節(jié)已知信號的頻率使屏幕上出現(xiàn)穩(wěn)定的圖形，根