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4.1 概述 4.2 阴极射线示波管 4.3 图形显示的基本原理 4.4 通用示波器 4.4.1 通用示波器的组成及主要技术性能 4.4.2 垂直系统（ Y 通道）

4.1 概述 4.2 阴极射线示波管 4.3 图形显示的基本原理 4.4 通用示波器 4.4.1 通用示波器的组成及主要技术性能 4.4.2 垂直系统（ Y 通道） 4.4.3 水平系统（ X 通道） 4.4.4 主机系统（ Z 通道）. 4.5 示波器的选择和使用 4.5.1 示波器选择的一般原则 4.5.2 示波器的正确使用 4.6 示波器的基本测量方法 4.6.1 测量脉冲信号参数 4.6.2 测量电压 4.6.3 测量时间和频率 4.6.4 测量正弦信号的相位. 第 4 章 电子示波器.

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4.1 概述 4.2 阴极射线示波管 4.3 图形显示的基本原理 4.4 通用示波器 4.4.1 通用示波器的组成及主要技术性能 4.4.2 垂直系统（ Y 通道）

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Presentation Transcript

  1. 4.1 概述 • 4.2 阴极射线示波管 • 4.3 图形显示的基本原理 • 4.4 通用示波器 • 4.4.1 通用示波器的组成及主要技术性能 • 4.4.2 垂直系统（Y通道） • 4.4.3 水平系统（X通道） • 4.4.4 主机系统（Z通道）

  2. 4.5 示波器的选择和使用 • 4.5.1 示波器选择的一般原则 • 4.5.2 示波器的正确使用 • 4.6 示波器的基本测量方法 • 4.6.1 测量脉冲信号参数 • 4.6.2 测量电压 • 4.6.3测量时间和频率 • 4.6.4 测量正弦信号的相位

  3. 第4章 电子示波器 4.1 概述 示波器——把人眼看不见的电信号转换成具体的可见图像显示在屏幕上的仪器。它是典型的时域测量仪器。 频谱分析仪——典型的频域测量仪器，也称为频域示波器。 逻辑分析仪——典型的数据域测量仪器，也称为逻辑示波器。 示波器的基本功能： 直接测量被测信号的电压、频率、周期、时间、相位、调幅系数等参数； 间接观测电路的有关参数及元器件的伏安特性； 利用传感器，还可测量各种非电量甚至人体的某些生理现象，常用在科学研究、航空航天、工农业生产、医疗卫生、地质勘探等方面。 返回

  4. 4.2 阴极射线示波管 1.电子枪 图4.1 示波管的内部结构示意图 （1）电子束的聚焦 图4.2 电子枪内部的等电位线分布图 图4.3 电子聚焦过程

  5. （2）第三阳极A3的作用 • 2.偏转系统 图4.4 电子在偏转板内的运动 Ud——偏转电压； Ua——第2阳极A2上的电压；L，ld，d——与示波管结构有关的尺寸。 示波管的偏转因数S 3.荧光屏 返回

  6. 4.3 图形显示的基本原理 1.波形显示原理 例如，将ux、uy信号分别加到X、Y偏转板上，如ux、uy同步则屏幕上显示如图4.5所示;如ux、uy不同步则屏幕上显示如图4.6所示 图4.5 波形显示原理 图4.6 扫描电压与被测电压不同步

  7. 2.X－Y显示原理 图4.7 两个同频率信号构成的李沙育图形 返回

  8. 4.4 通用示波器 4.4.1 通用示波器的组成及主要技术性能 1.通用示波器的组成 包括三个部分：垂直系统（Y通道） 、水平系统（X通道）、主机系统（Z通道），工作过程如图4.8（b）。 • 图4-8 通用示波器总方框图

  9. 2.通用示波器的主要技术性能 (1)扫描时间因数 单位为“t/div”或“t/cm”，t可取s，ms或s。 (2)触发性能 触发包括内、外触发和电源触发。 (3)垂直偏转因数 单位为Vp-p/div或Vp-p /cm。 (4)频带宽度(频域响应) fH (单位:Hz) 与示波器的上升时间tro（s）关系： 在交流耦合位置，Y轴系统对输入的低频方波会产生下垂，如果低频方波宽度为τ，重复频率f=1/2τ，则下截止频率： BY = fH－fL≈fH fHtro≈0.35 图4.9 带宽的表示方法

  10. (5) 瞬态响应（时域响应） 图4.10 瞬态响应的表示方法 ①Sb：上冲量 ②Sc：阻尼振荡 ③Sd：预冲，又称前冲 ④Se：下垂 ⑤Sf：后过冲 ⑥tr：上升时 ⑦tf：下降时间 ⑧脉冲宽度τ ⑨脉冲周期和重复频率： ⑩脉冲的占空系数ε： 例如 SBM－10A型示波器fH =30MHz，则上升时间： （6） 输入阻抗

  11. 4.4.2 垂直系统（Y通道） 图4.11 垂直系统的基本组成 1.输入电路 输入电路完成对输入信号的耦合和大小的粗调作用，并在输入信号与前置放大器之间起阻抗变化的作用。 （1）探头 示波器在使用前必须进行探头的校准，如图4.12所示。 图4.12

  12. （2）输入耦合方式 有DC、AC和⊥（GND）三种方式。 （3） 步进衰减器 （4） 阻抗转换器 图4.13耦合电路和衰减器 2.前置放大器 对信号进行适当放大，并同时完成各种功能调节（包括增益微调、Y轴位移、极性转换等）和取出内触发信号。 3.延迟线 对通过Y轴电路的被测信号适当延迟。 4.后置放大器 将被测信号放大到足够大的幅度，用以驱动示波管的垂直偏转系统，使电子束获得Y方向的满偏转。并完成垂直偏转因数“×5”或“×10”扩展功能。 5.内触发放大器 放大内触发信号用于启动水平扫描电路。

  13. 6.双踪显示原理 双踪示波器有五种工作方式： Y1、Y2、Y1±Y2、断续和交替。 （1）交替显示 电子开关的转换受扫描控制电路的操纵，它的转换周期和扫描周期相等。如图4.15（a）所示。 （2）断续显示 电子开关工作于自激状态，不受扫描发生器的控制。两个信号的光点轮流地显示在屏幕上，如图4.15 (b)所示。 • 图4.14 双踪示波器的基本组成框图 图4.15 双踪显示方式

  14. 4.4.3 水平系统（X通道） • 示波器的水平系统包括三个部分： • ①触发电路；②时基发生器；③水平放大器。 图4.16 水平系统总方框图 1.触发电路 为时基发生器提供符合要求的触发脉冲。触发电路包括触发源选择、触发耦合方式选择、触发放大整形电路。 （1） 触发源选择 ①内触发（INT） ②外触发（LINE） ③电源触发

  15. （2）触发耦合方式 为了适应不同的被测信号频率，示波器一般设有如图4.17所示几种 触发耦合方式。 ①“DC”直流耦合 ②“AC”交流耦合 ③“AC”（H） 图4-17 （3） 触发方式（TRIG MODE）选择 触发方式通常有常态、自动和电视三种方式： ① 常态触发方式（NORM） 不同的触发极性和触发电平，触发点不同，即扫描起始点不同，则显示的波形也不相同，如图4.18所示。 图4.18 触发极性和触发电平不同对波形显示的影响

  16. 不足点：在没有输入信号或触发电平调节不适当时，就没有触发脉冲输出，因而也无扫描基线。不足点：在没有输入信号或触发电平调节不适当时，就没有触发脉冲输出，因而也无扫描基线。 ② 自动触发方式（AUTO） 在无被测信号输入时仍产生扫描电压，一旦有触发信号，自激多谐振荡器由触发信号同步而形成触发扫描，一般测量均使用自动触发方式。 ③ 电视触发方式（TV） 产生行、场同步触发脉冲来实现电视触发功能，使示波器可用于电视信号的监测和电视设备的维修。 TV-V：用于观测电视信号中的行信号波形。 TV-H：用于观测电视信号中的场信号波形。 （4） 触发整形电路 对任意的输入到触发电路的信号（波形复杂，频率、幅度、极性也不尽相同）进行放大、整形，变换为符合时基发生器要求的边沿陡峭、宽度适中、极性和幅度一定的触发脉冲，以保证时基发生器的稳定工作。

  17. 2.时基发生器电路（扫描发生器电路） • 时基发生器也称扫描发生器环，主要由扫描闸门、扫描电压产生电路、比较和释抑电路组成，如图4.19（a）所示。 图4.19 （1）时基发生器电路的一般工作过程 如图4.19（b）所示，图中，T1为锯齿波正程；T2为锯齿波回程；th为释抑时间；T0为静止期；T为锯齿波周期。

  18. （2）扫描闸门 产生闸门信号。图4.20（a）用施密特触发器构成的时基闸门电路。 V1、V2组成施密特触发器，起门控电路作用，V3为门开关管。 • 图4.20 用施密特电路构成的时基闸门电路 • （3）扫描锯齿波产生电路 • 密勒积分电路原理如图4.21（a）所示。积分器的输出电压：

  19. 图4.21 密勒扫描电路原理 图4.22 比较电路和释抑电路 （4）比较电路和释抑电路 比较电路利用它的比较、识别电平的功能来控制锯齿波的幅度, 使电路产生等幅扫描。 释抑电路用来使扫描发生器电路在扫描逆程开始后, “抑止”扫描闸门，使“抑止”期间不再受同极性触发脉冲的触发， 以便扫描锯齿波产生电路恢复到扫描的起始电平上。 （5）扫描方式分类 扫描可分为连续扫描和触发扫描两种方式。

  20. 图4.23 连续扫描的波形显示 图4.24 脉冲信号的连续扫描和触发扫描显示 ① 连续扫描 当扫描环工作在自激状态时，扫描电压是周期性的锯齿波电压。 ② 触发扫描 只有在触发脉冲作用下才产生一次扫描电压，即扫描环工作在它激状态。触发扫描时锯齿波可以是连续状态，也可以是间歇状态。

  21. （6）双扫描显示 • 双扫描显示——利用X轴电子开关使得能够以不同扫描速度分别显示同一波形的不同部分。 • 水平通路有两个扫描通路:A扫描和B扫描(又称延迟扫描)。 • 以A扫描通路为主， B扫描在A扫描开始工作后的某一时刻开始扫描，B扫描被A扫描所延迟，B扫描又称为延迟扫描。 图4.25 AB交替扫描显示方式 3.水平放大器 水平放大器是X轴主放大器，主要用来放大扫描锯齿波电压，将单端信号变为双端输出信号去驱动示波管的水平偏转板。同时还具有X位移和扩展等功能。

  22. 1.高低压电源 为示波器的各级电路提供所需的低、高压电源。 2.显示电路和Z轴电路 包括阴极射线示波管和为示波管各个电极提供电压的电路、光迹旋转电路及Z轴电路。 • 4.4.4 主机系统（Z通道） 图4.27显示电路 3.校准信号发生器 产生基准方波信号，它为仪器提供校准信号源，以便随时校准示波器的垂直灵敏度和扫描时间因数等。 返回

  23. 4.5 示波器的选择和使用 4.5.1 示波器选择的一般原则 • 1.根据被测信号特性选择 • 2.根据示波器的性能选择 • 示波器的主要性能指标有三个： • （1）频带宽度和上升时间 • 例如，若被测信号上升时间为60ns时，要求示波器： 或 （2）垂直灵敏度（垂直偏转因数） 垂直灵敏度是垂直偏转因数的倒数，它决定了被测信号在垂直方向的展示能力。 （3）扫描速度 扫描速度指扫描时间因数的倒数，它决定了在水平方向对信号的展示能力。

  24. 4.5.2 示波器的正确使用 • 1.使用时注意事项 • 2. 使用方法 • （1）YB4320示波器的主要技术性能 • ·垂直系统： • ① CH1和CH2的偏转因数: 5mV/div～5V/div，按1-2-5步进,共10档； • ② 上升时间：≤17.5ns；上冲：≤5%； • ③ 最大输入电压：400V（DC+ACP-P）； • ④ 输入阻抗： • a.1MΩ±2%，25pF±3pF；b.经探极10MΩ±5，约17pF； • ⑤垂直系统工作方式：CH1、CH2、CH1+CH2、双踪。 • ·水平系统： • ① 扫描方式×1、×5；×1、×5交替扫描； • ② 扫描时间因数：0.1μs/div～0.2s/div±5%，按1-2-5步进，共20挡； • ③扫描扩展：20ns/div～40ms/div。

  25. ·触发系统： • ① 触发方式：自动，常态、交替、TV-V、TV-H； • ② 触发源：内触发（INT）、CH2触发、电源触发、外触发； • ③ 触发极性：+、—。 • ·X-Y工作方式： • ①CH1为X轴，CH2为Y轴； • ②X轴带宽：DC～500KHz； • ·校准信号： • 提供频率1KHz（±2%），电平0.5V（±2%）的方波信号。 • ·CH1输出： • ①输出电压最小20mV/div； • ②输出阻抗约50Ω； • ③带宽50Hz～5MHz（-3dB）。 • ·电源：50Hz±5%、220V±10%

  26. （2）YB4320示波器的前、后面板示意图 图4.29

  27. （3）YB4320示波器的基本操作说明 （4）测量前的准备工作 （5）信号测量的步骤 第1步，将被测信号输入到示波器通道输入端。 第2步，按照被测信号参数的测量方法不同，选择各旋钮的位置，使信号正常显示在荧光屏上，记下一些读数或波形。 （6）输出信号 3.示波器的校验 图4.30是采用S04A示波器校准仪校准示波器的原理图。 图4.30 仪器连接 返回

  28. 4.6 示波器的基本测量方法 4.6.1 测量脉冲信号参数 1.矩形脉冲测量的意义 2.测量方法 图4.31 示波器测量波形参数 图4.31所示，已知Y轴偏转因数为1V/div，扫描偏转因数为 1 s/div，则可得测量结果为: 上升时间： 0.5div×1s/div = 0.5s 脉冲宽度： 5.7div×1s/div = 5.7s 脉冲幅度： 4.5div×1V/div = 4.5V

  29. 4.6.2 测量电压 • 1.直流电压测量 • 例如，若选择CH1输入信号，时基线在零电平的正方向（光迹上移）移动5div，Y1轴偏转因数为1V/div，则被测直流电压为5 div×1V/div =5V。 • 2.正弦电压测量 • （1）不含直流分量的正弦电压测量 • 【例4-1】如图4.32（a）显示波形，如果Y轴偏转因数为1V/div，则峰-峰值Up-p、振幅值Um、有效值U分别： • Um= 3div×1V/div =3 V Up-p=6 div×1V/div =6V • U = Um /=3/2.12V 图4.32 正弦电压测量

  30. 4.6.3测量时间和频率 （2）含有直流分量的正弦电压测量 • 【例4-2】如图4.32（b），若Y轴偏转因数为1V/div，分别计算直流分量U0、峰点电压的瞬时值UP、峰－峰值Up-p、振幅值Um、有效值U。 • 解：U0 =3×1 V/div=3V UP=4.5 div×1 V/div= 4.5 V • Up-p=3 div×1V/div =3 V Um= Up-p /2 = 3/2 =1.5 V 3．参考电平的设定 1.时间测量的原理 根据两点之间水平距离与扫描时间因数，计算被测时间间隔：Δｔ= LDx /水平扩展倍数 【例4-3】如图4.33（a），扫描时间因数为2μs/div，水平扩展×1，求a、c两点之间的时间间隔Δｔ。 Δｔ=（2μs/div×6div）/1=12μs

  31. 2.两个脉冲信号之间的时间间隔的测量 • 3.直接法测量频率(周期) • 图4.33（a）测得的时间间隔Δｔ即为该信号的周期T，该信号的频率f为： • f=1/T=1/（12×10-6） • 83.3kHz • 4.李沙育图形法测量频率 • 示波器工作在X-Y显示方式，显示如图4.34波形，若水平线和垂直线分别与李沙育图形的交点数为nH = m，nV= n，则: 图4.33 时间的测量 图4.34 李沙育图形

  32. 4.6.4 测量正弦信号的相位 • 1.测量原理 • 相位的测量指两个同频信号之间相位差的测量。设任意两个同频不同相位的正弦信号表达式分别为： u2相对于u1的相位差为 2.双踪示波法 利用示波器的双踪显示原理,同时西安市两个同频率的正弦信号。图4.35（a）相位差：

  33. 3．椭圆法（又称为李沙育图形法） 将两个正弦信号分别送入示波器的Y通道和X通道，使示波器工作在X-Y显示方式，这时示波器的荧光屏上会显示出一个椭圆波形。图4.35（b），相位差： 图4.35 相位差的测量 返回

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