項(xiàng)目九 通用示波器.ppt

1、電子測量儀器,目 錄,1,2,3,4,5,6,CRT主要由三部分組成,1.CRT簡介,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。,1.CRT簡介,電子槍,偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),熒光屏,電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。它由燈絲F、陰極K、柵極G1和G2和陽極A1、A2組成。當(dāng)電流流過燈絲后對陰極加熱，陰極產(chǎn)生大量電子，并在后續(xù)電場作用下轟擊熒光屏發(fā)光。,1.CRT簡介,1.CRT簡介,（圖中，F(xiàn)燈絲，K陰極，G1、G2柵極，A1、A2陽極）,1.CRT簡介,控制柵極G1呈圓筒狀，包圍著陰極，只在面向熒光屏的方

2、向開一個小孔，使電子束從小孔中穿過。通過調(diào)節(jié)G1對K的負(fù)電位可調(diào)節(jié)光點(diǎn)的亮度，即進(jìn)行“輝度”控制。,1.CRT簡介,第一陽極A1使電子匯聚；第二陽極A2使電子加速。A1和A2與G1對電子束進(jìn)行聚焦并加速，使到達(dá)熒光屏的電子形成很細(xì)的一束并具有很高速度。調(diào)節(jié)A1的電位，即可調(diào)節(jié)G2與A1和A1與A2之間的電位，調(diào)節(jié)A1的電位器稱為“聚焦”旋鈕；調(diào)節(jié)A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦”。,1.CRT簡介,G1、G2、A1、A2的電位關(guān)系為：VG1VG1、VA1VA1，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。,1.CRT簡介,圖7-2 電子束的聚焦原理示意圖,(a)電子穿

3、越電場時的加速與減速,(b)電子在電子槍中的運(yùn)動軌跡,示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對相互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，偏轉(zhuǎn)板在外加電壓信號的作用下使電子槍發(fā)出的電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)偏轉(zhuǎn)板上沒有外加電壓時，電子束打向熒光屏的中心點(diǎn)；如果有外加電壓，則在偏轉(zhuǎn)電場作用下，電子束打向由X、Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的某個坐標(biāo)位置。通常，為了示波器有較高的測量靈敏度，Y偏轉(zhuǎn)板置于靠近電子槍的部位，而X偏轉(zhuǎn)板在Y的右邊。,1.CRT簡介,1.CRT簡介,電子束在偏轉(zhuǎn)電場作用下的偏轉(zhuǎn)距離與外加偏轉(zhuǎn)電壓成正比。,如圖7-3，電子在離開第二陽極A2（設(shè)電壓為Va）時速度為V0，設(shè)電子質(zhì)

4、量為m，則有：,1.CRT簡介,圖7-3 電子束的偏轉(zhuǎn),1.CRT簡介,電子將以V0為初速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)板，電子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)板后偏轉(zhuǎn)距離,上式表明，偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)板上所加電壓和偏轉(zhuǎn)板結(jié)構(gòu)的多個參數(shù)有關(guān)，其物理意義可解釋如下：若外加電壓Vy越大，則偏轉(zhuǎn)電場越強(qiáng)，偏轉(zhuǎn)距離就越大；若偏轉(zhuǎn)板長度l越長，偏轉(zhuǎn)電場的作用距離就越長，因而偏轉(zhuǎn)距離越大；若偏轉(zhuǎn)板到熒光屏的距離S越長，則電子在垂直方向上的速度作用下，使偏轉(zhuǎn)距離增大；若偏轉(zhuǎn)板間距b越大，偏轉(zhuǎn)電場將減弱，使偏轉(zhuǎn)距離減??；若陽極A2的電壓Va越大，電子在軸線方向的速度越大，穿過偏轉(zhuǎn)板到熒光屏的時間越小，因而偏轉(zhuǎn)距離減小。,式（7-2）中,l為偏轉(zhuǎn)板的長度；

5、S為偏轉(zhuǎn)板中心到屏幕中心的距離；b為偏轉(zhuǎn)板間距； Va為陽極A2上的電壓。,（7-2）,1.CRT簡介,對于設(shè)計定型后的示波器偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，l、S、b、Va可視為常數(shù)，設(shè)比例系數(shù)為示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度（單位為cm/V），示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)（單位為V/cm）越大，示波管越靈敏：,cm/V,（7-3）,則式(7-2)可寫為,（7-4）,1.CRT簡介,上式表示，垂直偏轉(zhuǎn)距離與外加垂直偏轉(zhuǎn)電壓成正比。同樣的，對水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，亦有。據(jù)此，當(dāng)偏轉(zhuǎn)板上施加的是被測電壓時，可用熒光屏上的偏轉(zhuǎn)距離來表示該被測電壓的大小，因此，式(7-4)是示波管用于觀測電壓波形的理論基礎(chǔ)。,1.CRT簡介,上式表示，垂直偏轉(zhuǎn)

6、距離與外加垂直偏轉(zhuǎn)電壓成正比。同樣的，對水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，亦有。據(jù)此，當(dāng)偏轉(zhuǎn)板上施加的是被測電壓時，可用熒光屏上的偏轉(zhuǎn)距離來表示該被測電壓的大小，因此，式(7-4)是示波管用于觀測電壓波形的理論基礎(chǔ)。,為提高Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度，可適當(dāng)降低第二陽極電壓，而在偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個后加速陽極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（PDA，Post Deflection Acceleration）系統(tǒng)，可大大改善了偏轉(zhuǎn)靈敏度。,熒光屏將電信號變?yōu)楣庑盘?，它是示波管的波形顯示部分，通常制作成矩形平面。其內(nèi)壁有一層熒光物質(zhì)，面向電子槍的一側(cè)還常覆蓋一層極薄的透明鋁膜

7、，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，透明鋁膜可保護(hù)熒光屏，且消除反光使顯示圖形更清晰。在使用示波器時，應(yīng)避免電子束長時間的停留在熒光屏的一個位置，否則將使熒光屏受損，因此在示波器開啟后不使用的時間內(nèi)，可將“輝度”調(diào)暗。,1.CRT簡介,當(dāng)電子束停止轟擊熒光屏?xí)r，光點(diǎn)仍能保持一定的時間，這種現(xiàn)象稱為“余輝效應(yīng)”。 從電子束移去到光點(diǎn)亮度下降為原始值的10所持續(xù)的時間稱為余輝時間。 余輝時間與熒光材料有關(guān)，一般將小于10s的為極短余輝；10s1ms為短余輝；1ms0.1s為中余輝；0.11s為長余輝；大于1s為極長余輝。正是由于熒光物質(zhì)的“余輝效應(yīng)”以及人眼的“視覺殘余”效應(yīng)，盡管

8、電子束每一瞬間只能轟擊熒光屏上一個點(diǎn)發(fā)光，但電子束在外加電壓下連續(xù)改變熒光屏上的光點(diǎn)，我們就能看到光點(diǎn)在熒光屏上移動的軌跡，該光點(diǎn)的軌跡即描繪了外加電壓的波形。,1.CRT簡介,為便于使用者觀測波形，需要對電子束的偏轉(zhuǎn)距離進(jìn)行定度，為此，有的示波管內(nèi)側(cè)即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，但讀數(shù)時應(yīng)注意盡量保持視線與熒光屏垂直，避免視差。,1.CRT簡介,電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點(diǎn)在屏幕上移動的軌跡，是加到偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號的波形。根據(jù)這個原理，示波器可顯示隨時間變化的信號波形和顯示任意兩個變量X與Y的關(guān)系圖形。,

9、2.波形顯示的基本原理,2.波形顯示的基本原理,顯示隨時間變化的圖形,2.1,電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作用有如下幾種情況：,(1)Ux、Uy為固定電壓的情況,1）設(shè)Ux=Uy=0，則光點(diǎn)在垂直和水平方向都不偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)在熒光屏的中心位置，如圖(7-4)a。,2.波形顯示的基本原理,顯示隨時間變化的圖形,2.1,電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作用有如下幾種情況：,(1)Ux、Uy為固定電壓的情況,2）設(shè)Ux=0、Uy=常量，光點(diǎn)在垂直方向偏移。設(shè)Uy為正電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向上移，若Uy

10、為負(fù)電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向下移。,2.波形顯示的基本原理,顯示隨時間變化的圖形,2.1,電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作用有如下幾種情況：,(1)Ux、Uy為固定電壓的情況,3）設(shè)Ux=常量、Uy=0，則光點(diǎn)在水平方向偏移。若Ux為正電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向右移，若Ux為負(fù)電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向左移。,2.波形顯示的基本原理,顯示隨時間變化的圖形,2.1,電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作用有如下幾種情況：,(1)Ux、Uy為固定電壓的情況,4）設(shè)Ux=常量、Uy=

11、常量，當(dāng)兩對偏轉(zhuǎn)板上同時加固定的正電壓時，應(yīng)為兩電壓的矢量合成。,2.波形顯示的基本原理,顯示隨時間變化的圖形,2.1,電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作用有如下幾種情況：,(2)X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓,1）設(shè)ux=0，uy=Umsint。由于X偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在水平方向是不偏移的，則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來回移動，出現(xiàn)一條垂直線段，如圖(7-5)a。,2.波形顯示的基本原理,顯示隨時間變化的圖形,2.1,電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作用有如下幾種情況：,(2)X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓,

12、2）設(shè)ux=kt，uy=0，由于Y偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在垂直方向是不移動的，則光點(diǎn)在熒光屏的水平方向上來回移動，出現(xiàn)的也是一條水平線段，如圖(7-5)b。,2.波形顯示的基本原理,顯示隨時間變化的圖形,2.1,電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作用有如下幾種情況：,(3)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓ux=kt,1）當(dāng)時間t=t0時，ux=-Uxm，uy=0（鋸齒波電壓的最大負(fù)值）。光點(diǎn)出現(xiàn)在熒光屏上最左側(cè)的“0”點(diǎn)，偏離屏幕中心的距離正比于Uxm。,2.波形顯示的基本原理,顯示隨時間變化的圖形,2.1,電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)

13、系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作用有如下幾種情況：,(3)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓ux=kt,2）當(dāng)時間t=t1時，Uy=Uy1、Ux=-Ux1，光點(diǎn)同時受到水平和垂直偏轉(zhuǎn)板的作用；光點(diǎn)出現(xiàn)在屏幕第象限的最高點(diǎn)“1”點(diǎn)。,2.波形顯示的基本原理,顯示隨時間變化的圖形,2.1,電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作用有如下幾種情況：,(3)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓ux=kt,3）當(dāng)時間t=t2時，Uy=Uy2、Ux=-Ux2，此時鋸齒波電壓和正弦

14、波電壓均為0，光點(diǎn)將會出現(xiàn)在屏幕中央的“2”點(diǎn)。,2.波形顯示的基本原理,顯示隨時間變化的圖形,2.1,電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作用有如下幾種情況：,(3)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓ux=kt,4）當(dāng)時間t=t3時，Uy=Uy3、Ux=Ux3，正弦波的負(fù)半周與正半周類似，此時正弦波電壓為負(fù)半周到負(fù)的最大值，Uy3=-Uym、光點(diǎn)出現(xiàn)在屏幕第象限的最低點(diǎn)，如圖中“3”點(diǎn)所示。,2.波形顯示的基本原理,顯示隨時間變化的圖形,2.1,電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作

15、用有如下幾種情況：,(3)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓ux=kt,5）當(dāng)時間t=t4時，Uy=Uy4、Ux=Ux4，此時鋸齒波電壓和正弦波電壓均為零，光點(diǎn)將會出現(xiàn)在屏幕的第“4”點(diǎn)。,2.波形顯示的基本原理,顯示隨時間變化的圖形,2.1,電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對偏轉(zhuǎn)板間電場的控制，它們對X、Y的控制作用有如下幾種情況：,(3)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓ux=kt,5）當(dāng)時間t=t4時，Uy=Uy4、Ux=Ux4，此時鋸齒波電壓和正弦波電壓均為零，光點(diǎn)將會出現(xiàn)在屏幕的第“4”點(diǎn)。,以后，在被測信號的第二個周期

16、、第三個周期等都將重復(fù)第一個周期的情形，光點(diǎn)在熒光屏上描出的軌跡也將重疊在第一次描出的軌跡上，因此，熒光屏顯示的是被測信號隨時間變化的穩(wěn)定波形。,2.波形顯示的基本原理,顯示任意兩個變量之間的關(guān)系,2.2,示波器兩個偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時顯示的圖形稱為李沙育（Lissajous）圖形，這種圖形在相位和頻率測量中常會用到。利用這種特點(diǎn)就可以把示波器變?yōu)橐粋€X-Y圖示儀。,2.波形顯示的基本原理,顯示任意兩個變量之間的關(guān)系,2.2,若兩信號的初相相同，則可在熒光屏上畫出一條直線，若兩信號在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，這條直線與水平軸呈45角，如圖(7-7a)所示；,2.波形顯示的基本原理,顯示任意兩

17、個變量之間的關(guān)系,2.2,如果這兩個信號初相位相差90，則在熒光屏上畫出一個正橢圓； 若X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則熒光屏上畫出的圖形為圓，如圖(7-7b)所示。,2.波形顯示的基本原理,顯示任意兩個變量之間的關(guān)系,2.2,如果這兩個信號初相位相差90，則在熒光屏上畫出一個正橢圓； 若X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則熒光屏上畫出的圖形為圓，如圖(7-7b)所示。,這種X-Y圖示儀可以在很多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。,2.波形顯示的基本原理,掃描的概念,2.3,如上所述，如果在X偏轉(zhuǎn)板上加上一個鋸齒波電壓ux=kt（k為常數(shù)），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，光點(diǎn)在水平方向的偏移距離為,(7-

18、5),式中，x為X方向的偏轉(zhuǎn)距離；Sx為比例系數(shù)，稱為示波管的X軸偏轉(zhuǎn)靈敏度（單位為cm/s）；hx為比例系數(shù)，即光點(diǎn)移動的速度。 這樣，X方向偏轉(zhuǎn)距離的變化就反映了時間的變化。此時光點(diǎn)水平移動形成的水平亮線稱為“時間基線”。,2.波形顯示的基本原理,掃描的概念,2.3,當(dāng)鋸齒波電壓達(dá)到最大值時，熒光屏上的光點(diǎn)也達(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)也迅速返回屏幕最左端，再重復(fù)前面的變化。 光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動的過程稱為“掃描”，能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點(diǎn)自左向右的連續(xù)掃動稱為“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“掃描逆程”。理想鋸齒波的逆程時

19、間為0。,2.波形顯示的基本原理,同步的概念,2.4,（1）Tx=nTy(n為正整數(shù))。當(dāng)掃描電壓的周期是被觀測信號周期的整數(shù)倍時，即Tx=nTy(n為正整數(shù))，稱掃描電壓與被測電壓“同步”，則每次掃描的起點(diǎn)都對應(yīng)在被測信號的同一相位點(diǎn)上，這就使得掃描的后一個周期描繪的波形與前一周期完全一樣，每次掃描顯示的波形重疊在一起，在熒光屏上可得到清晰而穩(wěn)定的波形。,2.波形顯示的基本原理,同步的概念,2.4,圖7-8 Tx=2Ty時熒光屏上顯示的波形,2.波形顯示的基本原理,同步的概念,2.4,（2）TxnTy(n為正整數(shù))。即不滿足同步關(guān)系時，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

20、的波形是不穩(wěn)定的，如圖7-9所示。,2.波形顯示的基本原理,同步的概念,2.4,圖7-9 掃描電壓與被測電壓不同步時顯示波形出現(xiàn)晃動,2.波形顯示的基本原理,連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描,2.5,連續(xù)掃描掃描電壓是連續(xù)的，即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。,2.波形顯示的基本原理,連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描,2.5,采用連續(xù)掃描觀測脈沖信號存在的問題,圖7-10 連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描方式下對脈沖波形的觀測,（1）掃描周期等于脈沖重復(fù)周期時，即Tx=Ty。此時，屏幕上出現(xiàn)的脈沖波形集中在時間基線的起始部分，難以看清脈沖波形的細(xì)節(jié)，如圖7-10(b)所示。,2.波形顯示的基本原理,連續(xù)掃描

21、和觸發(fā)掃描,2.5,采用連續(xù)掃描觀測脈沖信號存在的問題,圖7-10 連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描方式下對脈沖波形的觀測,（2）掃描周期等于脈沖底寬時，即Tx=。為了將脈沖波形的一個周期顯示在屏幕上，必須掃描一個周期，而此時Tx比Ty小得多。因此，在一個脈沖周期內(nèi)，光點(diǎn)只有一次掃描到脈沖圖形，結(jié)果在屏幕上顯示的脈沖波形非常暗淡，而時間基線由于反復(fù)掃描卻很明亮，如圖7-10(c)所示。這樣，觀測者不易觀察波形，而且掃描的同步很難實(shí)現(xiàn)。,2.波形顯示的基本原理,連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描,2.5,觸發(fā)掃描由被測信號激發(fā)掃描發(fā)生器的間斷的工作方式。,2.波形顯示的基本原理,連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描,2.5,圖7-10 連續(xù)掃

22、描和觸發(fā)掃描方式下對脈沖波形的觀測,觀測脈沖信號可控制掃描脈沖，使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)。只要選擇掃描電壓的持續(xù)時間等于或稍大于脈沖底寬，則脈沖波形就可展寬得幾乎布滿橫軸。同時由于在兩個脈沖間隔時間內(nèi)沒有掃描，故不會產(chǎn)生很亮的時間基線，如圖7-10(d)所示。,2.波形顯示的基本原理,連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描,2.5,現(xiàn)代通用示波器的掃描電路一般均可調(diào)節(jié)在連續(xù)掃描或觸發(fā)掃描等多種方式下工作。,回掃時，回掃電壓和被測信號共同作用，對欲顯示的被測信號波形產(chǎn)生影響。,2.波形顯示的基本原理,掃描過程的增輝,2.6,圖7-11 掃描回程期間將出現(xiàn)回掃

23、軌跡,為了使回掃產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可以設(shè)法在掃描正程期間，使電子槍發(fā)射的電子遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于掃描逆程，即給示波器增輝，這樣觀測者看到的就只有掃描正程顯示的波形。另外掃描期間的增輝還可以保護(hù)熒光屏。,2.波形顯示的基本原理,掃描過程的增輝,2.6,2.波形顯示的基本原理,（1）比較觸發(fā)掃描和連續(xù)掃描的特點(diǎn)。,本節(jié)習(xí)題,2.波形顯示的基本原理,（2）如果被測正弦信號的周期為T，掃描鋸齒波的正程時間為T/4，回程時間可以忽略，被測信號加在Y輸入端，掃描信號加在X輸入端，試用作圖法說明信號的顯示過程。,本節(jié)習(xí)題,2.波形顯示的基本原理,（3）連續(xù)掃描電壓的掃描正程是掃描逆程的4倍（不考慮掃描等待時間

24、），要顯示出頻率為2kHz的正弦波4個周期的波形，請問連續(xù)掃描電壓的頻率是多少？,本節(jié)習(xí)題,2.波形顯示的基本原理,（4）已知掃描電壓正程、逆程時間分別為3ms和1ms，且掃描逆程不消隱，試?yán)L出熒光屏上顯示出的頻率為1kHz正弦波的波形圖。,本節(jié)習(xí)題,2.波形顯示的基本原理,（5）已知示波器最小時基因數(shù)為0.01s/div，熒光屏水平方向有效尺寸為10div，如果要觀察兩個周期的波形，問示波器最高掃描工作頻率是多少？（不考慮掃描逆程、掃描等待時間）,本節(jié)習(xí)題,2.波形顯示的基本原理,（6）若由于示波器增輝電路不良或?qū)貟叩南[不好，使得掃描正程和回程在熒光屏上的亮度相差不多，畫出下圖被測信號及

25、掃描電壓在熒光屏上合成的波形。,本節(jié)習(xí)題,通用示波器主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分組成。此外，還包括電源電路及校準(zhǔn)信號發(fā)生器。,3.通用示波器的組成,3.通用示波器的組成,圖7-12 通用示波器的組成框圖,通用示波器的垂直通道,3.1,3.通用示波器的組成,（1）衰減器 衰減器作用衰減輸入信號，進(jìn)行頻率補(bǔ)償。,1.輸入電路,輸入電路主要是由衰減器和輸入選擇開關(guān)構(gòu)成的。,圖7-13 輸入衰減器原理示意圖,衰減器的衰減量為 ，當(dāng)調(diào)節(jié)C1使得滿足 (7-6)時，Z1、Z2表達(dá)式中分母相同，則衰減器的分壓比 (7-7)式(7-6)稱為最佳補(bǔ)償條件。當(dāng) 時，將出現(xiàn)過補(bǔ)償；當(dāng) 為欠補(bǔ)償。 面板上用

26、“V/cm”標(biāo)記的開關(guān)改變分壓比從而改變示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度。,1.輸入電路,輸入電路主要是由衰減器和輸入選擇開關(guān)構(gòu)成的。,1.輸入電路,輸入電路主要是由衰減器和輸入選擇開關(guān)構(gòu)成的。,（2）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)。 置“AC”檔時，適于觀察交流信號； 置“GND”檔時，用于確定零電壓； 置“DC”檔時，用于觀測頻率很低的信號或帶有直流分量的交流信號。,2.前置放大器,前置放大器可將信號適當(dāng)放大，從中取出內(nèi)觸發(fā)信號，并具有靈敏度微調(diào)、校正、Y軸移位、極性反轉(zhuǎn)等作用。 Y前置放大器大都采用差分放大電路，若在差分電路的輸入端輸入不同的直流電位，相應(yīng)的Y偏轉(zhuǎn)板上的直

27、流電位和波形在Y方向的位置就會改變。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，改變被測波形在屏幕上的位置，以便定位和測量。,3.延遲線,延遲線的作用是把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上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，保證在屏幕上掃描出包括上升時間在內(nèi)的脈沖全過程。,圖7-14 延遲線的作用,3.延遲線,延遲線的作用是把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上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，保證在屏幕上掃描出包括上升時間在內(nèi)的脈沖全過程。,延遲線只起時間延遲的作用，而對輸入信號的頻率成分不能丟失，因此，一般說來，延遲線的輸入級需采用低輸出阻抗電路驅(qū)動，而輸出級則采

28、用低輸入阻抗的緩沖器。,4.Y輸出放大器,Y輸出放大器功能是將延遲線傳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。,Y輸出放大器大都采用推挽式放大器，以使加在偏轉(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。還可采用改變負(fù)反饋的方法變換放大器的增益。,通用示波器的水平通道,3.2,3.通用示波器的組成,水平通道（X通道）的主要任務(wù)是產(chǎn)生隨時間線形變化的掃描電壓，再放大到足夠的幅度，然后輸出到水平偏轉(zhuǎn)板，

29、使光點(diǎn)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，如圖7-15所示。,圖7-15 水平通道的組成框圖,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。,1.觸發(fā)電路,圖7-16 觸發(fā)源和觸發(fā)耦合方式選擇電路,1.觸發(fā)電路,(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： 內(nèi)觸發(fā)（INT）：將Y前置放大器輸出（延遲線前的被測信號）作為觸發(fā)信號，適用于觀測被測信號。 外觸發(fā)（EXT）：用外接的、與被測信號有嚴(yán)格同步關(guān)系的信號作為觸發(fā)源，

30、用于比較兩個信號的同步關(guān)系，或者，當(dāng)被測信號不適于作觸發(fā)信號時使用。 電源觸發(fā)（LINE）：用50Hz的工頻正弦信號作為觸發(fā)源，適用于觀測與50Hz交流有同步關(guān)系的信號。,1.觸發(fā)電路,(2)觸發(fā)耦合方式,一般設(shè)有四種觸發(fā)耦合方式： “DC”直流耦合：用于接入直流或緩慢變化的觸發(fā)信號。 “AC”交流耦合：用于觀察從低頻到較高頻率的信號。用“內(nèi)”、“外”觸發(fā)均可。 “AC低頻抑制”（“LFREJ”）耦合：用于觀察含有低頻干擾的信號。 “AC高頻抑制耦合”（“HF REJ”）：用于抑制高頻成分的耦合。,1.觸發(fā)電路,(3)掃描觸發(fā)方式選擇（TRIG MODE）,掃描觸發(fā)方式通常有三種： 常態(tài)（NO

31、RM）觸發(fā)：也稱觸發(fā)掃描，是指有觸發(fā)源信號并產(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。,1.觸發(fā)電路,(3)掃描觸發(fā)方式選擇（TRIG MODE）,掃描觸發(fā)方式通常有三種：,自動（AUTO）觸發(fā)：指在一段時間內(nèi)沒有觸發(fā)脈沖時，掃描系統(tǒng)按連續(xù)掃描方式工作，此時熒光屏上將顯示掃描線。當(dāng)有觸發(fā)脈沖信號時，掃描電路能自動返回觸發(fā)掃描方式。,1.觸發(fā)電路,(3)掃描觸發(fā)方式選擇（TRIG MODE）,掃描觸發(fā)方式通常有三種：,電視（TV）觸發(fā)：用于電視觸發(fā)功能，以便對電視信號（如行、場同步信號）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

32、步分離電路實(shí)現(xiàn)的。,1.觸發(fā)電路,(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)生的時刻，并決定掃描的起點(diǎn)，調(diào)節(jié)它們可便于對波形的觀測和比較。 觸發(fā)極性是指觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)源信號的上升沿還是下降沿。觸發(fā)點(diǎn)處于觸發(fā)源信號的上升沿為“+”極性；觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)源信號的下降沿為“-”極性。 觸發(fā)電平是指觸發(fā)脈沖到來時所對應(yīng)的觸發(fā)放大器輸出電壓的瞬時值。,1.觸發(fā)電路,(4)觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調(diào)節(jié),圖7-17 不同觸發(fā)“極性”和觸發(fā)“電平”時顯示的波形,1.觸發(fā)電路,(5)放大整形電路,掃描信號發(fā)生器要穩(wěn)定工作，對觸發(fā)信號有一定的要求，因此，需對觸發(fā)信號進(jìn)行放大、整形。整形電路的基

33、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“觸發(fā)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。,掃描發(fā)生器用來產(chǎn)生線性良好的鋸齒波，通常用掃描發(fā)生器環(huán)來產(chǎn)生掃描信號。掃描發(fā)生器環(huán)又叫時基電路，常由積分器、掃描閘門及比較釋抑電路組成。,2.掃描發(fā)生器環(huán),圖7-18 掃描發(fā)生器環(huán)的組成,掃描發(fā)生器用來產(chǎn)生線性良好的鋸齒波，通常用掃描發(fā)生器環(huán)來產(chǎn)生掃描信號。掃描發(fā)生器環(huán)又叫時基電路，常由積分器、掃描閘門及比較釋抑電路組成。,2.掃描發(fā)生器環(huán),閘門電路產(chǎn)生的閘門信號啟動掃描發(fā)生器工作，使之產(chǎn)生鋸齒波電壓，同時把閘門信號送到增輝電路。釋抑

34、電路起穩(wěn)定掃描鋸齒波的形成、防止干擾和誤觸發(fā)的作用，確保獲得穩(wěn)定的圖象。,2.掃描發(fā)生器環(huán),(1)掃描方式選擇,示波器既能連續(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)脈沖的作用下才產(chǎn)生門控信號。,2.掃描發(fā)生器環(huán),(2)掃描門,掃描門是用來產(chǎn)生閘門信號的，它有三個作用： 1）輸出閘門信號，控制積分器掃描。 2）利用閘門信號作為增輝脈沖控制示波管，起正程加亮作用。 3）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)。,2.掃描發(fā)生器環(huán),(2)掃描門,

35、常用的閘門電路有雙穩(wěn)態(tài)、施密特觸發(fā)器和隧道二極管整形電路。圖7-19為施密特觸發(fā)器構(gòu)成的閘門電路。施密特電路把其他的波形變成閘門脈沖。,圖7-19,2.掃描發(fā)生器環(huán),(2)掃描門,施密特電路的輸入端接有來自三個方面的信號： 一個稱為“穩(wěn)定度”旋鈕的電位器給它提供一個直流電位；從觸發(fā)電路來的觸發(fā)脈沖和從釋抑電路來的釋抑信號。,2.掃描發(fā)生器環(huán),(3)積分器,通用示波器中應(yīng)用最廣的一種積分電路是密勒（Miller）積分器，可產(chǎn)生線形良好的鋸齒波。,圖7-20 密勒積分器,2.掃描發(fā)生器環(huán),(3)積分器,設(shè)輸入電壓ui為階躍電壓（從0跳變到+E），則反相端電位為=0，積分器輸出為 此電路的輸入信號是

36、從掃描門來的矩形脈沖，積分器在此矩形脈沖信號的作用下，輸出的uo為理想的鋸齒波。由于這個電壓與時間成正比，就可以用熒光屏上的水平距離代表時間。定義熒光屏上單位長度所代表的時間為示波器的掃描速度s（t/cm），則 式中，x是光跡在水平方向偏轉(zhuǎn)的距離；t是偏轉(zhuǎn)x距離所對應(yīng)的時間。,(7-7),2.掃描發(fā)生器環(huán),(3)積分器,在示波器中通常改變R或C值作為“掃描速度”粗調(diào)，用改變E值作為“掃描速度”微調(diào)。改變R、C、E均可改變鋸齒波的斜率，進(jìn)而改變水平偏轉(zhuǎn)距離和掃描速度。,2.掃描發(fā)生器環(huán),(4)比較和釋抑電路,利用比較電路的電平比較、識別功能來控制鋸齒波的幅度，使電路產(chǎn)生等幅掃描，比較電路也稱為掃

37、描長度電路。 釋抑電路在掃描逆程開始后，關(guān)閉或抑制掃描閘門，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)，以便使掃描電路恢復(fù)到掃描的起始電平上。,2.掃描發(fā)生器環(huán),(4)比較和釋抑電路,比較和釋抑電路與掃描門、積分器構(gòu)成一個閉合的掃描發(fā)生器環(huán)，其中掃描門的輸入接受三個方面的信號：來自觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖；“穩(wěn)定度”電位器提供的直流電位；來自釋抑電路的釋抑信號。,2.掃描發(fā)生器環(huán),(4)比較和釋抑電路,1）觸發(fā)掃描：如圖7-21，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“穩(wěn)定度”調(diào)節(jié)的直流電位）。,2.掃描發(fā)生器環(huán),(4)比較和釋抑電路,圖7-21 觸發(fā)掃描

38、方式下比較和釋抑電路的工作波形,2.掃描發(fā)生器環(huán),(4)比較和釋抑電路,閘門電路在觸發(fā)脈沖1作用下，達(dá)到上觸發(fā)電平E1，輸出閘門信號控制掃描發(fā)生器輸出線形斜波，開始掃描正程。當(dāng)掃描發(fā)生器輸出V0達(dá)到由比較電路設(shè)定的比較電平Er時，比較和釋抑電路成為一跟隨器，使閘門電路的輸入跟隨鋸齒波發(fā)生器輸出的斜波電壓V0。直到到達(dá)下觸發(fā)電平，閘門電路翻轉(zhuǎn)，控制掃描發(fā)生器結(jié)束掃描正程，回掃期開始。通過調(diào)節(jié)比較電平Er，可以改變掃描結(jié)束時間和掃描電壓的幅度。,2.掃描發(fā)生器環(huán),(4)比較和釋抑電路,在掃描正程結(jié)束后，鋸齒波發(fā)生器輸出進(jìn)入回掃期，同時比較和釋抑電路進(jìn)入抑制期，釋抑電路啟動了對輸入觸發(fā)脈沖5的抑制作

39、用。抑制期結(jié)束后，閘門電路重新處于“釋放”狀態(tài)，允許后續(xù)的觸發(fā)脈沖6觸發(fā)下一次掃描開始。,2.掃描發(fā)生器環(huán),(4)比較和釋抑電路,2）連續(xù)掃描。在連續(xù)掃描方式下，不論是否有觸發(fā)脈沖，掃描閘門都將輸出閘門信號，使掃描發(fā)生器可以連續(xù)工作。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。,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(diǎn)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。 改變X放大器的增益可以使光跡在

40、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。改變X放大器有關(guān)的直流電位可以使光跡產(chǎn)生水平位移。,低壓電源為電路提供所需的直流電壓。 高壓電源電路多用于示波器的高、中壓供電。,通用示波器的其它電路,3.3,3.通用示波器的組成,1.高、低壓電源,Z軸增輝電路的作用是將閘門信號放大，加到示波管上，使顯示的波形正程加亮。 調(diào)輝電路的作用是將外調(diào)制信號或時標(biāo)信號加到示波管上，使屏幕顯示的波形發(fā)生相應(yīng)地變化。,通用示波器的其它電路,3.3,3.通用示波器的組成,2.Z軸的增輝與調(diào)輝,校準(zhǔn)信號發(fā)生器可產(chǎn)生幅度和頻率準(zhǔn)確的基準(zhǔn)方波信號，為儀器本身提供校準(zhǔn)信號源，以便隨時校準(zhǔn)示波器的垂直靈敏度和掃

41、描時間因數(shù)。,通用示波器的其它電路,3.3,3.通用示波器的組成,3.校準(zhǔn)信號發(fā)生器,多線示波是利用多槍電子管來實(shí)現(xiàn)的。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(zhǔn)確度。但其制造工藝要求高，成本也高，所以應(yīng)用不是十分普遍。,示波器的多波級顯示,3.4,3.通用示波器的組成,1.多線示波,多蹤示波是在單線示波的基礎(chǔ)上增加了電子開關(guān)而形成的。電子開關(guān)按分時復(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(shí)現(xiàn)多個波形的同時顯示。多蹤示波器實(shí)現(xiàn)簡單，成本也較低，因而得到了廣泛使用。雙蹤示波器的Y通道工作原理如圖7-22所示。,示波器的多波級顯示,3.4,3.通用示波器

42、的組成,2.多蹤示波,示波器的多波級顯示,3.4,3.通用示波器的組成,2.多蹤示波,圖7-22 雙蹤示波器的Y通道原理框圖,示波器的多波級顯示,3.4,3.通用示波器的組成,2.多蹤示波,雙蹤示波器的Y通道中設(shè)置了兩套相同的輸入和前置放大器，兩個通道的信號都經(jīng)過電子開關(guān)控制的門電路，只要電子開關(guān)的切換頻率滿足人眼的滯留要求，就能同時觀察到兩個被測波形而無閃爍感。根據(jù)電子開關(guān)工作方式的不同，雙蹤示波器有5種顯示方式。,（1） “Y1”通道（CH1）：接入Y1通道，單蹤顯示Y1的波形。,示波器的多波級顯示,3.4,3.通用示波器的組成,2.多蹤示波,雙蹤示波器的Y通道中設(shè)置了兩套相同的輸入和前置

43、放大器，兩個通道的信號都經(jīng)過電子開關(guān)控制的門電路，只要電子開關(guān)的切換頻率滿足人眼的滯留要求，就能同時觀察到兩個被測波形而無閃爍感。根據(jù)電子開關(guān)工作方式的不同，雙蹤示波器有5種顯示方式。,（2） “Y2”通道（CH2）：接入Y2通道，單蹤顯示Y2的波形。,示波器的多波級顯示,3.4,3.通用示波器的組成,2.多蹤示波,雙蹤示波器的Y通道中設(shè)置了兩套相同的輸入和前置放大器，兩個通道的信號都經(jīng)過電子開關(guān)控制的門電路，只要電子開關(guān)的切換頻率滿足人眼的滯留要求，就能同時觀察到兩個被測波形而無閃爍感。根據(jù)電子開關(guān)工作方式的不同，雙蹤示波器有5種顯示方式。,（3） 疊加方式（CH1+CH2）：兩通道同時工作

44、，Y1、Y2通道的信號在公共通道放大器中進(jìn)行代數(shù)相加后送入垂直偏轉(zhuǎn)板，實(shí)現(xiàn)兩信號的“和”或“差”的功能。,示波器的多波級顯示,3.4,3.通用示波器的組成,2.多蹤示波,雙蹤示波器的Y通道中設(shè)置了兩套相同的輸入和前置放大器，兩個通道的信號都經(jīng)過電子開關(guān)控制的門電路，只要電子開關(guān)的切換頻率滿足人眼的滯留要求，就能同時觀察到兩個被測波形而無閃爍感。根據(jù)電子開關(guān)工作方式的不同，雙蹤示波器有5種顯示方式。,（4）交替方式（ALT）：第一次掃描時接通Y1通道，第二次掃描時接通Y2通道，交替地顯示Y1、Y2通道輸入的信號，如圖7-23所示。該方式適合于觀察高頻信號。,示波器的多波級顯示,3.4,3.通用示波器的組成,2.多蹤示波,（4）交替方式（ALT）：第一次掃描時接通Y1通道，第二次掃描時接通Y2通道，交替地顯示Y1、Y2通道輸入的信號，如圖7-23所示。該方式適合于觀察高頻信號。,圖7-23 交替顯示的波形,示波器的多波級顯示,