1、第六章 波形的測(cè)量第一節(jié) 概述第二節(jié) 示波管第三節(jié) 示波管電源第四節(jié) 示波器的Y通道第五節(jié) 示波器的X通道第六節(jié) 通用示波器實(shí)例第七節(jié) 示波器的應(yīng)用 Electrical easure本章要點(diǎn) 本章介紹電子示波器的電路與器件，包括示波管、高低壓電源、Y通道、X通道、電子開關(guān)，以及附屬電路的結(jié)構(gòu)、原理與技術(shù)性能。并通過第七節(jié)的典型實(shí)例，進(jìn)一步了解常用的示波器電路形式，電子示波器的使用方法以及面板上旋鈕的功能。 本章要求學(xué)生熟練掌握示波器的操作方法，電路結(jié)構(gòu)是為了幫助了解所操作的對(duì)象，以及被操作對(duì)象所在部位。以便在發(fā)作故障時(shí)能知道處理。第一節(jié) 概述 一、電子示波器分類電子示波器模擬示波器數(shù)字示波器

2、通用示波器取樣示波器多束示波器特殊示波器實(shí)時(shí)顯示數(shù)字讀出示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)示波器邏輯分析儀返回本章首頁 二、電子示波器工作原理 電子示波器是利用被測(cè)信號(hào)控制電子束在Y軸的位置，同時(shí)利用內(nèi)部的鋸齒信號(hào)，使電子束重復(fù)地沿水平方向勻速掃描，然后在示波管熒光屏或液晶顯示器上觀察被測(cè)信號(hào)波形的一種儀器，因此一臺(tái)電子示波器至少要包括X、Y通道和顯示器三個(gè)部分。返回本章首頁一、示波管結(jié)構(gòu) 示波管又稱陰極射線管，由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏等部分組成，所有部件都密封在一個(gè)喇叭狀的玻璃管中，內(nèi)部抽至高真空，其結(jié)構(gòu)如下圖。T-燈絲 K-陰極 G-控制柵極 A1-第一陽極 A2-第二陽極 A3-第三陽

3、極Y-Y偏轉(zhuǎn)板 X-X偏轉(zhuǎn)板 P-屏蔽極 M-后加速陽極 Q-熒光屏返回本章首頁第二節(jié) 示波管 二、示波管各極電壓 通常的情況下，被觀察的波形信號(hào)加在 Y 偏轉(zhuǎn)板，時(shí)間掃描信號(hào)加在 X 偏轉(zhuǎn)板，為了控制熒光屏上顯示圖象的亮度和聚焦，在示波管的柵極和各陽極加上不同的直流電壓，如下圖所示。返回本章首頁第三節(jié) 示波器電源 示波器必須為內(nèi)部各種元、器件及電路提供不同電壓的電源，包括 一、示波管燈絲電源 示波管燈絲電壓由工頻電源經(jīng)變壓器降壓后提供，雖然燈絲電壓本身只有幾伏或十幾伏，屬于低壓。但是因?yàn)闊艚z與陰極極為靠近，為減小兩者電位差，通常也置以高電位，如圖加-1kV電位。返回本章首頁 二、直流低壓電源

4、 示波器內(nèi)部所需的低壓電源，可用工頻經(jīng)降壓、整流、濾波獲得。也可以利用直流-交流-直流轉(zhuǎn)換器，后一種方法因工作頻率較高，所需的變壓器體積小，并可用較小的濾波電容，使得性能與價(jià)格都比工頻優(yōu)越。 有工頻變壓器的直流-交流-直流轉(zhuǎn)換器 無工頻變壓器直流-交流-直流轉(zhuǎn)換器工頻變壓器返回本章首頁三、直流高壓電源 示波管需要1000V以上的直流高壓電源，通常使用直流-高頻交流-直流變換器，這種變換器因工作頻率高，可以用體積較小高壓變壓器和電容量較小的高壓濾波電容，以節(jié)省費(fèi)用和空間。振蕩管穩(wěn)壓電路降壓整流返回本章首頁第四節(jié) 示波器的Y通道 一、Y 通道的技術(shù)性能 由于被測(cè)信號(hào)要從示波器的Y通道輸入，因此它的

5、性能直接影響示波器的測(cè)量準(zhǔn)確度，所以要求Y通道 1.頻率寬度：必須滿足測(cè)量對(duì)象的需要，例如測(cè)量視頻信號(hào)至少要有6MHz帶寬。 2.輸入阻抗：例如5MHz帶寬的示波器，其輸入電阻至少必須大于1M，輸入電容小于40F 。 3.靈敏度：一般示波器Y靈敏度約為毫伏級(jí)，特殊的場(chǎng)合要求Y通道靈敏度能達(dá)到微伏級(jí)。 4.非線性失真：一般要求小于3% 10%。 5.抗干擾與抗漂移能力： Y通道應(yīng)具備抗干擾與抗漂移能力。返回本章首頁 二、Y 通道的結(jié)構(gòu) Y 通道包括探頭、衰減、放大、電子開關(guān)與延遲線。 1.探頭：提高輸入阻抗，補(bǔ)償輸入引線對(duì)頻率特性的影響。 2.衰減器：調(diào)節(jié)Y 通道的靈敏度。 3.前置放大與輸出級(jí)

6、：增加Y 通道放大倍數(shù)，提高靈敏度。 4.延遲線：延遲Y 通道信號(hào)到達(dá)偏轉(zhuǎn)板的時(shí)間，防止Y 通道信號(hào)比掃描信號(hào)到達(dá)偏轉(zhuǎn)板的時(shí)間早，使被測(cè)信號(hào)開始部分無法顯示。 5.電子開關(guān)：雙蹤顯示時(shí)，用于選擇A 通道或B 通道。返回本章首頁 三、Y 通道的調(diào)節(jié) 1衰減器調(diào)節(jié):通常利用RC分壓衰減器，改變RC值，達(dá)到改變Y 通道的輸出幅度的目的，調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)注意正確補(bǔ)償。 2.信號(hào)幅度微調(diào):衰減器調(diào)節(jié)通常作為輸出幅度的粗調(diào)，還要通過調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)對(duì)輸出幅度進(jìn)行微調(diào)。兩者結(jié)合以后可使熒光屏所顯示的波形大小適中，以便于觀察。例如輸入信號(hào)幅度為1mV，若示波管 的Y 軸偏轉(zhuǎn)靈敏度為20V/cm，要使顯示波形的幅度

7、達(dá)到5cm，就要求Y 通道輸出幅度達(dá) 100V，這就要求粗調(diào)與微調(diào)能使Y 通道的放大倍數(shù)在0至100000之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。返回本章首頁 四、雙蹤顯示 如示波器有兩個(gè)Y 通道，可以通過電子開關(guān)，打開其中一個(gè)通道，顯示該通道的波形，也可以同時(shí)打開兩個(gè)通道，實(shí)現(xiàn)雙蹤顯示，雙蹤顯示有交替和斷續(xù)兩種方式，如果交換周期等于掃描周期，則每次掃描都可以有一個(gè)完整的掃描波形，稱為交替。如果交換周期小于掃描周期，顯示波形會(huì)呈現(xiàn)為斷續(xù)狀，稱為斷續(xù)。返回本章首頁第五節(jié) 示波器的X通道 一、X 通道的技術(shù)性能 1.掃描電壓幅度：為便于觀察，一般示波管要求掃描線長度有10cm，液晶顯示器要求占滿顯示板。 因此要求X通道的輸

8、出電壓達(dá)到100V以上。 2.掃描電壓線性：一般示波器要求X通道的非線性失真小于3%-10%。 3 .掃描速度調(diào)節(jié)范圍:掃描速度要與被測(cè)信號(hào)的頻率相適應(yīng)，至少能觀察到一個(gè)完整的波形，若 Y 通道最高頻率為0 100MHz，掃描速度調(diào)節(jié)范圍要求為1s 0.01s，調(diào)節(jié)掃速實(shí)際上就是調(diào)節(jié)掃描波的正程時(shí)間。返回本章首頁 二、X 通道的結(jié)構(gòu) X通道結(jié)構(gòu)有連續(xù)和觸發(fā)兩種方式，現(xiàn)在示波器都采用由密勒電路組成的觸發(fā)掃描結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由觸發(fā)放大與整形、閘門與密勒積分、釋抑電路以及X 放大等幾部分組成。其中X 放大與一般放大器沒有什么區(qū)別，頻寬約為Y 通道頻寬的十分之一，其輸出要保證掃描線的寬度占滿全屏。返回本

9、章首頁 三、觸發(fā)信號(hào)放大與整形 觸發(fā)信號(hào)可以是被測(cè)信號(hào)本身(內(nèi))，也可從外部引入(外)。觸發(fā)信號(hào)經(jīng)放大后還需整形，整形利用施密特電路在它翻轉(zhuǎn)時(shí)輸出的方波脈沖作為觸發(fā)輸出，調(diào)節(jié)參考電平可改變觸發(fā)輸出方波前沿與后沿的位置。 整形后的觸發(fā)放大輸出的方波又稱為閘門觸發(fā)脈沖，閘門觸發(fā)脈沖的下降沿將打開時(shí)基閘門，相當(dāng)于閘門開啟，閘門開啟時(shí)閘門輸出將啟動(dòng)密勒電路開始掃描，所以閘門觸發(fā)脈沖的下降沿也代表掃描正程的開始位置。返回本章首頁 四、密勒電路 密勒電路實(shí)際是一個(gè)他激鋸齒波發(fā)生器，由高增益放大器A和反饋電容（也稱密勒電容）C 組成。反饋電容可等效為在輸入端接上一個(gè)大電容C（A+1）。以便充電時(shí)利用其充電曲

10、線的直線部分。經(jīng)施密特電路整形后閘門觸發(fā)脈沖，啟動(dòng)時(shí)基閘門，時(shí)基閘門的輸出方波加在密勒電路輸入端，密勒電容開始充電，相當(dāng)于掃描正程的開始，直至閘門輸出的方波翻轉(zhuǎn)，密勒電容開始放電，對(duì)應(yīng)于正程結(jié)束與逆程開始。返回本章首頁 五、釋抑電路 釋抑電路用來控制掃描波的終點(diǎn)與起點(diǎn)。掃描電壓升到一定高度后，通過釋抑電路，使時(shí)基閘門翻轉(zhuǎn)，關(guān)閉閘門，結(jié)束正程轉(zhuǎn)為逆程。 考慮到逆程開始之后，閘門隨時(shí)都可能被觸發(fā)信號(hào)重新打開，造成掃描波未回到起點(diǎn)，又開始新的正程。為此，掃描發(fā)生器通過釋抑電容將逆程電壓下降速度變慢，用它抑制閘門不使過早打開。保證掃描波形回到起點(diǎn)之后，才會(huì)產(chǎn)生新的一輪掃描。返回本章首頁第六節(jié) 通用示波

11、器實(shí)例BS-601型雙蹤示波器面板外形 返回本章首頁 BS-601雙蹤示波器.結(jié)構(gòu)框圖返回本章首頁 一、Y通道 1.衰減電路 BS-601雙蹤示波器的衰減電路有兩級(jí)，第一級(jí)為 RC 分壓衰減器，衰減比分別為1:1、1:10、1:100、1:1000，第二級(jí)為集成電路 IC10組成的衰減器，衰減比分別為1:1、1:2、1:4，級(jí)連后組成11級(jí)的衰減電路?？梢杂?:1調(diào)至1:4000，測(cè)量范圍從5mV/cm至20 V/cm 。返回本章首頁 2. 前置放大級(jí) 前置放大級(jí)的任務(wù)是將Y 輸入信號(hào)送Y 放大和觸發(fā)放大，其中RP1-6作移位、S1-2作極性調(diào)節(jié)（限YB）、RP1-2作增益微調(diào)，RP1-1、R

12、P1-4作為直流平衡調(diào)節(jié)。返回本章首頁 3.混合級(jí)與輸出級(jí) 混合級(jí)與末級(jí)任務(wù)是將前置放大級(jí)送來信號(hào)放大后送示波管的Y 偏轉(zhuǎn)板。返回本章首頁二、X通道 1. XY 選擇 XY 選擇可以控制工作于掃描方式或 XY 方式，前者用于觀察隨時(shí)間變化的波形，后者用于觀察李沙育圖形或描繪特性曲線， 當(dāng)掃描速度開關(guān)S2-4置于最后一檔，即掃描速度開關(guān)面板上刻有CHB的檔位處，這時(shí)VT2-22輸入端電位發(fā)生變化，導(dǎo)致XY=1，掃描電路停止工作，示波器即可工作于X-Y方式； 當(dāng)工作于X-Y方式時(shí)，OA=0，OB=1，通道信號(hào)將進(jìn)入Y偏轉(zhuǎn)板，作為Y向控制信號(hào)。同時(shí)邏輯控制電路輸出端OTA=0，OTB=1，通道信號(hào)將

13、通過VDl-21開關(guān)管進(jìn)入X通道的X Y選擇電路，進(jìn)入X放大器控制X方向偏轉(zhuǎn)。這時(shí)顯示出來的圖形實(shí)際上是X、Y信號(hào)的函數(shù)圖形。 。返回本章首頁2.X放大 X放大由 VT2-15、VT2-16、VT2-17、VT2-18、VT2-19、VT2-20、 VT2-25 VT2-26組成，X放大增益可由RP2-12調(diào)節(jié)，以便通過增益調(diào)節(jié)改變掃描線長度 。MAGX5開關(guān)可使掃描線擴(kuò)大5倍。 3、觸發(fā)、放大、整形 掃描電路由觸發(fā)放大、同步分離、觸發(fā)整形、時(shí)基閘門、密勒積分電路和釋抑電路等部分組成。觸發(fā)、放大、整形是掃描電路的前端，觸發(fā)、放大、整形部分調(diào)節(jié)旋鈕包括 極性選擇旋鈕： S2-1可調(diào)節(jié)同步極性+/

14、-，選擇掃描起點(diǎn)在被測(cè)信號(hào)的前沿或后沿。 同步方式選擇旋鈕： S2-2可選AC、HF、TV。 觸發(fā)源信號(hào)選擇旋鈕： S2-3可選內(nèi)（INT）、YB、外（EXT）、電網(wǎng)（LINE）。 返回本章首頁 4、鋸齒波發(fā)生器 鋸齒波發(fā)生器包括時(shí)基閘門、密勒積分和釋抑電路三個(gè)部分。鋸齒波發(fā)生器的工作狀態(tài)可以通過以下旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。 掃速調(diào)節(jié)旋鈕： S2-4作掃速粗調(diào)，R2-4作掃速微調(diào)。 掃描線長度調(diào)節(jié)旋鈕： RP2-13可調(diào)節(jié)熒光屏上的掃描線長度。 穩(wěn)定度調(diào)節(jié)旋鈕： 可調(diào)節(jié)掃描發(fā)生器處于自激還是觸發(fā)狀態(tài)。 電平調(diào)節(jié)旋鈕： 觸發(fā)電平調(diào)節(jié)可用于選擇掃描起點(diǎn)位于被測(cè)信號(hào)的位置。返回本章首頁觸發(fā)、放大、整形、掃描電

15、路返回本章首頁 三.工作方式邏輯控制電路 BS-601有YA、YB、DUAU（雙蹤）、ADD（YA+YB）等四種工作方式，選擇某一種工作方式時(shí)，必須通過邏輯控制電路，選擇信號(hào)的走向。包括 1）選擇進(jìn)入Y 通道混合級(jí)的信號(hào)是YA或YB或同時(shí)輸入，OA和OB就是用來打開YA 和YB 的控制信號(hào)。例如單蹤時(shí)僅打開YA或YB中的一個(gè)，雙蹤時(shí)輪流打開。如果是選擇輪流打開YA、YB，則控制信號(hào)OA、OB也必須輪流置低電平。 2）選擇進(jìn)入觸發(fā)放大器的信號(hào)，如果選擇外觸發(fā)或LINE觸發(fā)可以由觸發(fā)源選擇開關(guān)控制，但在使用內(nèi)觸發(fā)時(shí)，還需要通過OTA、OTB控制信號(hào)，選擇進(jìn)入觸發(fā)放大器的觸發(fā)信號(hào)是YA還是YB。 以

16、上工作由邏輯控制電路和工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)聯(lián)合完成。返回本章首頁單蹤顯示的邏輯控制電路工作狀態(tài)返回本章首頁雙蹤顯示的邏輯控制電路工作狀態(tài)返回本章首頁疊加方式的邏輯控制電路工作狀態(tài)返回本章首頁X-Y工作方式的邏輯控制電路工作狀態(tài)返回本章首頁第七節(jié) 示波器的應(yīng)用一、應(yīng)用示波器觀測(cè)波形電壓與周期 波形電壓=在Y 軸所占格數(shù) Y 軸偏轉(zhuǎn)因數(shù) 波形周期=在X 軸所占格數(shù) X 軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)二、用于觀測(cè)李沙育圖形 Y 軸加電壓 X 軸加電壓當(dāng)兩電壓的頻率相同時(shí)，所形成的軌跡方程為 利用軌跡圖形，可以測(cè)量兩電壓的相位差，若頻率不同圖形與圖形方程都比較復(fù)雜。但可以根據(jù)與Y、X 軸的交點(diǎn)數(shù)推算兩頻率的比值。返回本章首頁 頻率比值為1:2時(shí)形成的李沙育圖形 求頻率比可以在李