電子示波器及測量技術(shù)電子示波器及測量技術(shù)電子示波器及測量技術(shù)5.1概述電子示波器（簡稱示波器）是一種以陰極射線管作為顯示器的顯示信號波形的測量儀器。它對電信號的分析是按時域法進行的，即研究信號的瞬時幅度與時間的函數(shù)關(guān)系。5.1.1電子示波器的主要特點1．具有良好的直觀性，可直接顯示信號的波形；也可測量信號的瞬時值。2．靈敏度高、工作頻帶寬、速度快，對觀測瞬變信號的細節(jié)帶來了很大的便利。3．輸入阻抗高（兆歐級），對被測電路的影響小。電子示波器及測量技術(shù)電子示波器及測量技術(shù)電子示波器及測量技術(shù)15.1概述

電子示波器（簡稱示波器）是一種以陰極射線管作為顯示器的顯示信號波形的測量儀器。它對電信號的分析是按時域法進行的，即研究信號的瞬時幅度與時間的函數(shù)關(guān)系。5.1.1電子示波器的主要特點1．具有良好的直觀性，可直接顯示信號的波形；也可測量信號的瞬時值。2．靈敏度高、工作頻帶寬、速度快，對觀測瞬變信號的細節(jié)帶來了很大的便利。3．輸入阻抗高（兆歐級），對被測電路的影響小。5.1概述電子示波器（簡稱示波器）是一種以陰極射線管25.1.2電子示波器的類型電子示波器種類型號繁多，主要分為以下幾大類：1．通用示波器：應(yīng)用了基本顯示原理，可對電信號進行定性和定量觀測。2．取樣示波器：采用取樣技術(shù)將高頻信號轉(zhuǎn)換成模擬的低頻信號，再應(yīng)用通用示波器的基本顯示原理觀測信號。取樣示波器一般用于觀測頻率高、速度快的脈沖信號。5.1.2電子示波器的類型電子示波器種類型號繁多，主要分33．記憶示波器和存貯示波器：這兩種示波器均具有存儲信息功能，前者采用記憶示波管存貯，后者采用數(shù)字存貯器存貯。它們能對單次瞬變過程、非周期現(xiàn)象、低重復(fù)頻率信號進行觀測。4．?dāng)?shù)字示波器：被測信號經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入數(shù)據(jù)存儲器，應(yīng)用微處理器以數(shù)字形式處理并記錄波形，自動顯示測量結(jié)果，測量速度更快、重復(fù)性更高。5．邏輯示波器：又稱邏輯分析儀，主要用以分析數(shù)字系統(tǒng)的邏輯關(guān)系。本章將介紹通用示波器的基本原理、基本使用方法和測試技術(shù)。3．記憶示波器和存貯示波器：這兩種示波器均具有存儲信息功能，45.2示波管及波形顯示原理5.2.1示波管示波管（或稱陰極射線管CRT）——示波器的核心組件，是一種將被測電信號轉(zhuǎn)換成光信號的顯示器件（真空電子管）。

它分為靜電偏轉(zhuǎn)式和磁偏轉(zhuǎn)式兩大類，在電子示波器中應(yīng)用最廣的是靜電偏轉(zhuǎn)式。

5.2示波管及波形顯示原理5.2.1示波管示波管（或稱陰5示波管（或稱陰極射線管CRT）主要由三部分組成：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏。其結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。

圖5-1示波管結(jié)構(gòu)示意圖示波管（或稱陰極射線管CRT）主要由三部分組成：電子槍、偏轉(zhuǎn)61．電子槍

電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束，去轟擊熒光屏使之發(fā)光。電子槍由燈絲（F）、陰極（K）、柵極（G）、第一陽極（A1）和第二陽極（A2）組成。

燈絲用于加熱陰極；陰極是一個表面涂有氧化物，在燈絲加熱下發(fā)射電子。1．電子槍7

柵極是一個頂端有小孔的圓筒，套在陰極外邊，其電位比陰極低，對陰極發(fā)射出來的電子起控制作用，它控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變熒光屏亮點的輝度。調(diào)節(jié)電位器RP1改變柵、陰極之間的電位差，即可達到此目的，故RP1在面板上的旋鈕標(biāo)以“輝度”。除燈絲之外，各電極的結(jié)構(gòu)均為金屬圓筒形，且所有電極的軸心都保持在同一條軸線上。

柵極是一個頂端有小孔的圓筒，套在陰極外邊，其電位比陰極8第一陽極和第二陽極對電子束有加速作用，同時和控制柵極構(gòu)成一個對電子束的控制系統(tǒng)，想聚焦作用。調(diào)節(jié)可改RP2可改變第一陽極的電位，調(diào)節(jié)RP3可以改變第二陽極的電位，使電子束恰好在熒光屏上匯聚成細小的亮點，以保證顯示波形的清晰度。因此把RP2和RP3分別稱為“聚焦”和“輔助聚焦”電位器，儀器面板上對應(yīng)的旋鈕分別是“聚焦”和“輔助聚焦”旋鈕。第一陽極和第二陽極對電子束有加速作用，同時和控制柵極構(gòu)9使用中要注意的是：在調(diào)節(jié)“輝度”旋鈕時會影響聚焦效果，因此，示波管的“輝度”與“聚焦”并非相互獨立，要配合調(diào)節(jié)。2．偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖5-1中，在第二陽極的后面，用兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。垂直（Y軸）偏轉(zhuǎn)板在前（靠近第二陽極），水平（X軸）偏轉(zhuǎn)板在后，兩對極板間各自形成靜電場，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn)。使用中要注意的是：在調(diào)節(jié)“輝度”旋鈕時會影響聚焦效果，因此，10從電子槍射出的電子束，若不受電場的作用，則將沿直線向熒光屏方向運行，在熒光屏中心軸線位置顯示出靜止的光點；若電子束受到電場的作用，則其運動方向就會偏離中心軸線，即熒光屏上的光點位置就會產(chǎn)生位移；如果電場是周期性交變的，則熒光屏上將顯示出一條光點的軌跡。從電子槍射出的電子束，若不受電場的作用，則將沿直線向熒11電子束在偏轉(zhuǎn)電場作用下的運動規(guī)律可用圖5-2來分析。

圖5-2電子束的偏轉(zhuǎn)規(guī)律電子束在偏轉(zhuǎn)電場作用下的運動規(guī)律可用圖5-2來分析。圖5-12其偏轉(zhuǎn)位移可由式下式來表示。式中：l---偏轉(zhuǎn)板長度（cm）L---偏轉(zhuǎn)板右側(cè)邊緣到熒光屏之間的距離（cm）d---兩偏轉(zhuǎn)板之間的距離（cm）UA2---第二陽極與陰極間的電壓（V）Uy---加一起Y軸兩偏轉(zhuǎn)板間的電壓（V）其偏轉(zhuǎn)位移可由式下式來表示。13上式中L、l、d均為常數(shù)，當(dāng)亮點聚焦調(diào)整好以后，UA2也基本不變，則熒光屏上的亮點偏轉(zhuǎn)距離y與加于偏轉(zhuǎn)板上的電壓Uy成正比。設(shè)

則稱Sy為示波管Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度，表示亮點在熒光屏上偏轉(zhuǎn)1cm所需加于偏轉(zhuǎn)板上的電壓值（峰-峰值）。此值愈小表示靈敏度愈高。偏轉(zhuǎn)靈敏度是與外加偏轉(zhuǎn)電壓大小無關(guān)的常數(shù)。上式中L、l、d均為常數(shù)，當(dāng)亮點聚焦調(diào)整好以后，UA14同理，X軸偏轉(zhuǎn)板也有靈敏度的數(shù)值。3．熒光屏熒光屏一般為圓形或矩形的，其內(nèi)壁沉積有磷光物質(zhì)，形成熒光膜，面向電子槍的一側(cè)。它在受到高速運動著電子轟擊后，將其動能轉(zhuǎn)化為光能，產(chǎn)生亮點。當(dāng)電子束隨信號電壓偏轉(zhuǎn)時，這個亮點的移動軌跡就形成了信號的波形。同理，X軸偏轉(zhuǎn)板也有靈敏度的數(shù)值。3．熒光屏15

不同熒光材料余輝時間不一樣，小于10μs的為極短余輝；10μs—1ms為短余輝；1ms—0.1s為中余輝；0.1—1s為長余輝；大于1s為極長余輝。

余輝時間：當(dāng)電子束停止作用后，光點仍能在屏幕上保持一定的時間才消失。激勵過后，亮點輝度下降到原始值的10%所延續(xù)的時間稱為余輝時間。不同熒光材料余輝時間不一樣，小于116

實際應(yīng)用中，根據(jù)示波器用途不同選用不同余輝的示波管，顯示高頻信號的示波器宜用短余輝管；觀察生物及自動控制等緩慢信號的超低頻示波器宜用長余輝管；一般用途的示波器均用中余輝管。實際應(yīng)用中，根據(jù)示波器用途不同選用不同余輝的示波管，顯175.2.2波形顯示原理

用示波器顯示被測信號的波形，基本上有兩種類型：一種是顯示任意兩個信號與的關(guān)系；另一種是顯示隨時間變化的信號。

1．電子束沿與作用的合成方向運動打在熒光屏上亮點的位置取決于同時加在垂直和水平偏轉(zhuǎn)板上的電壓。

5.2.2波形顯示原理用示波器顯示被測信號的波形，基18

當(dāng)示波管的兩對偏轉(zhuǎn)板上不加任何信號時，亮點則打在熒光屏的中心位置。若僅在Y軸偏轉(zhuǎn)板加一個隨時間變化的電壓，例如，uy=umsinωt，則電子束沿垂直方向運動，任一瞬間的偏轉(zhuǎn)距離正比于該瞬間Y偏轉(zhuǎn)板上的電壓，其軌跡為一條垂直直線，如圖5-3（a）所示。當(dāng)示波管的兩對偏轉(zhuǎn)板上不加任何信號時，亮點則打在熒光19（a）只加uy時的波形（b）只加ux時的波形（c）同時加uy、ux時的波形圖5-3顯示波形與偏轉(zhuǎn)極板所加電壓的關(guān)系（a）只加uy時的波形（b）只加ux時的波形（20

同理，若僅在X軸偏轉(zhuǎn)板上加正弦波電壓，則電子束沿水平方向運動，軌跡為一條水平線，如圖5-3(b)所示。

在Y軸和X軸同時加同一正弦波電壓時，如果ux=uy，亮點在熒光屏上的位置由電壓和共同決定。因為在同一時刻，X、Y方向偏轉(zhuǎn)的距離相同，則在熒光屏上顯示一條直線，這條直線與水平軸呈45，如圖5-3（c）。同理，若僅在X軸偏轉(zhuǎn)板上加正弦波電壓，則電子束沿水平方211、顯示隨時間變化的圖形電子束進入偏轉(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a）設(shè)Ux=Uy=0，則光點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a。b）設(shè)Ux=0、Uy=常量，光點在垂直方向偏移。設(shè)Uy為正電壓，則光點從熒光屏的中心往垂直方向上移，若Uy為負電壓，則光點從熒光屏的中心往垂直方向下移。c）設(shè)Ux=常量、Uy=0，則光點在水平方向偏移。若Ux為正電壓，則光點從熒光屏的中心往水平方向右移，若Ux為負電壓，則光點從熒光屏的中心往水平方向左移。d）設(shè)Ux=常量、Uy=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。二、圖像顯示的基本原理電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點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。1、顯示隨時間變化的圖形二、圖像顯示的基本原理22

(2）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓

a)設(shè)ux=0，uy=Umsinωt。由于X偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點在水平方向是不偏移的，則光點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a。

b）設(shè)ux=kt，uy=0，由于Y偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點在垂直方向是不移動的，則光點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b。(a)(b)水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓(2）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓

a)設(shè)ux=0，uy23（3）Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓uy=Umsinωt，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓ux=kt1）當(dāng)時間t=t0時，ux=-Uxm（鋸齒波電壓的最大負值），uy=0，光點為點“0”。2）當(dāng)時間t=t1時，Uy=Uy1、Ux=-Ux1，光點為點“1”。3）當(dāng)時間t=t2時，Uy=Uy2、Ux=-Ux2，光點為點“2”。4）當(dāng)時間t=t3時，Uy=Uy3、Ux=Ux3，光點為點“3”。5）當(dāng)時間t=t4時，Uy=Uy4、Ux=Ux4，光點為點“4”。（3）Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓uy=Umsinωt，X偏轉(zhuǎn)板24

2、顯示任意兩個變量之間的關(guān)系示波器兩個偏轉(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。(a)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45o角;(b)如果這兩個信號初相位相差90o，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。

(a)ux、uy同頻同相

(b)ux、uy同頻但相差90o2、顯示任意兩個變量之間的關(guān)系252．顯示隨時間變化的波形⑴掃描的概念為了顯示uy的波形，必須在Y軸偏轉(zhuǎn)板加有uy信號的同時，在X軸偏轉(zhuǎn)板加隨時間線性變化的掃描電壓（鋸齒波形電壓）,如圖5-4所示。

0tUmTx圖5-4鋸齒波電壓波形2．顯示隨時間變化的波形⑴掃描的概念0tUmTx圖26

若在Y方向不加電壓，則光點在熒光屏上構(gòu)成一條反映時間變化的直線，稱為時間基線，如圖5-3（b）所示。

光點在鋸齒波作用下移動的過程稱為掃描，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)移動稱為掃描正程，光點自屏幕的右端迅速返回起點稱為掃描回程。若在Y方向不加電壓，則光點在熒光屏上構(gòu)成一條反映時間27（1）定義：光點在掃描電壓作用下掃動的過程。（2）掃描電壓實際波形：鋸齒波。Uxt0TsTbTwTs：掃描正程時間，電子束從左到右運動；Tb：掃描逆程時間或掃描回程時間，電子束從右到左運動；Tw：掃描休止時間。∴掃描電壓周期Tx=Ts+Tb+Tw。理想狀態(tài)下：Tb=Tw=0，Tx=Ts。Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號；X偏轉(zhuǎn)板：加掃描電壓信號（設(shè)為理想狀態(tài)）。（1）定義：光點在掃描電壓作用下掃動的過程。Uxt0TsTb28

當(dāng)Y軸加被觀測的信號，X軸加掃描電壓，則屏幕上光點的Y和X坐標(biāo)分別與這一瞬時的信號電壓和掃描電壓成正比。由于掃描電壓與時間成比例，所以熒光屏上所描繪的就是被測信號隨時間變化的波形，如圖5-5所示。當(dāng)Y軸加被觀測的信號，X軸加掃描電壓，則屏幕上光點的Y29圖5-5顯示波形原理圖5-5顯示波形原理30

圖中的周期為，如果掃描電壓的周期等于，在及共同作用下，亮點的軌跡正好是一條與相同的正弦曲線。亮點從0點經(jīng)1、2、3至4點移動為正程，從4點迅速返回到0點的移動為回程，如圖5-5所示。圖中的周期為，如果掃描電壓31

⑵同步的概念

如果=2，其波形顯示如圖5-6所示，可以觀察到兩個周期的信號電壓波形。如果波形多次重復(fù)出現(xiàn)，而且重疊在一起，就可以觀察到一個穩(wěn)定的圖像。⑵同步的概念32圖5-6

=2時顯示的波形顯示兩個周期被測信號圖5-6=2時顯示的波形顯示兩33※由圖5-6可見，欲顯示多個周期的波形圖，應(yīng)增加掃描電壓的周期，即降低的掃描頻率。在使用示波器時應(yīng)當(dāng)根據(jù)原理進行適當(dāng)調(diào)節(jié)。熒光屏上顯示波形的周期個數(shù)為：

其中為n整數(shù)。若n不為整數(shù)，會有什么樣的結(jié)果呢？

※由圖5-6可見，欲顯示多個周期的波形圖，應(yīng)增加掃描電壓34設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓Uy=Umsinωt，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux=kt，且有Tx=3/2Ty熒光屏顯示的是被測信號隨時間變化的不穩(wěn)定波形。tUyt0Ux0第一掃描周期第二掃描周期設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓Uy=Umsinωt，X偏轉(zhuǎn)板加鋸35如圖5-7所示波形是=7/8時的情況。

圖5-7

=7/8

時顯示的波形如圖5-7所示波形是=7/8時的情況。圖36

由此可見，為了在屏幕上獲得穩(wěn)定的圖像，

（包括正程和回程）與之比必須成整數(shù)關(guān)系，即

=n

,以保證每次掃描起始點都對應(yīng)信號的相同相位點上，這種過程稱為“同步”。由此可見，為了在屏幕上獲得穩(wěn)定的圖像，（包括正375、增輝、消隱現(xiàn)象實際的掃描電壓中，回程時間與休止時間并不為零，則電子從右端回到左端時，也會有掃描軌跡。回程軌跡的存在影響被測波形的觀測，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)射的電子遠遠多于掃描逆程，即給示波器增輝，這樣觀測者看的就只有掃描正程顯示的波形?；蛘呤静ㄆ髦幸獙⒒爻誊壽E消隱，即使得正程軌跡亮度增加，回程軌跡黯淡，凸顯正程。例：

設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓Uy=Umsinωt，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux，Tx=Ts+Tb+Tw,且有Ts=2Ty,Tb=Ty,Tw=0,熒光屏顯示如下波形。5、增輝、消隱現(xiàn)象38Uyt0Ux0t回程掃描軌跡掃描正程軌跡Uyt0Ux0t回程掃描軌跡掃描正程軌跡395.3通用電子示波器5.3.1通用電子示波器的基本組成

1．電子示波器的結(jié)構(gòu)

通用電子示波器的種類很多，但無論何種類型都有以下幾部分組成：示波管、垂直系統(tǒng)（Y軸系統(tǒng)）和水平系統(tǒng)（X軸系統(tǒng)），如圖5-8所示。5.3通用電子示波器5.3.1通用電子示波器的基本組成40圖5-8電子示波器的基本組成圖5-8電子示波器的基本組成41

⑴垂直系統(tǒng)（Y軸系統(tǒng)或Y通道）：由衰減器、前置放大器、延遲線和后置放大器等組成。

Y軸主要作用：是放大被測信號電壓，控制電子束的垂直偏轉(zhuǎn)。

⑴垂直系統(tǒng)（Y軸系統(tǒng)或Y通道）：由衰減器、前置放大器、42

⑵水平系統(tǒng)（X軸系統(tǒng)或X通道）：由觸發(fā)整形電路、掃描發(fā)生器及X放大器組成。

⑶主機部分（Z軸系統(tǒng)）：主機包括示波管、Z通道、整機供電電源和校準信號發(fā)生器等。⑵水平系統(tǒng)（X軸系統(tǒng)或X通道）：由觸發(fā)整形電路、掃描43

2．通用示波器的主要技術(shù)性能為了正確選擇和使用示波器，必須了解以下主要性能指標(biāo)：⑴頻率響應(yīng)（頻帶寬度）示波器的頻帶寬度是指加至輸入端的信號（包括Y軸和X軸——不加說明時均指Y軸）其上限頻率與下限頻率之差。

2．通用示波器的主要技術(shù)性能⑴頻率響應(yīng)（頻帶44

一般情況＞＞

，所以頻率響應(yīng)可用上限頻率表示。⑵時域響應(yīng)（瞬態(tài)響應(yīng)）表示放大電路在方波脈沖輸入信號作用下的過渡特性。常用參數(shù)有上升時間（）、下降時間（）等。Y軸系統(tǒng)的頻帶寬度與上升時間之間有確定的內(nèi)在聯(lián)系，一般有：·≈350一般情況＞＞，所以頻率響應(yīng)可用上45

上式中，及的單位分別為MHz與ns。因為≈，所以也就有

·≈350。當(dāng)已知的值時，就可以算出上升時間：≈上式中，及的單位分別為MHz與ns。因為46

例1．知GOS-6013C型示波器=100MHz，求示波器的上升時間是多少？解：∵=100MHz∴≈350/=350/10×106=3.5ns此值愈小愈好。例1．知GOS-6013C型示波器=10047

⑶偏轉(zhuǎn)靈敏度指輸入信號在無衰減情況下，亮點在屏幕上偏轉(zhuǎn)1cm（或1格—div）所需信號電壓的峰—峰值（）。其單位為/cm或/div，它反映示波器觀察微弱信號的能力。其值愈小，偏轉(zhuǎn)靈敏度愈高。⑶偏轉(zhuǎn)靈敏度48

⑷輸入阻抗用在示波器輸入端測得的直流電阻值和并聯(lián)電容值分別給出。希望值越大、值越小越好。一般示波器值和值分別在MΩ和pF數(shù)量級。

⑷輸入阻抗49

⑸掃描因數(shù)表示在無擴展情況下，亮點在屏幕上x軸方向移動單位長度1cm（或1格—div）所表示的時間，其單位為t/cm。其中t可取μs、ms或s。掃描因數(shù)愈高（即t/cm值愈小），表明示波器能夠展開高頻信號或窄脈沖信號波形的能力愈強。⑸掃描因數(shù)掃描因數(shù)愈高（即t/cm值愈?。?05.3.2示波器的垂直系統(tǒng)（Y軸系統(tǒng)）Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是傳送被測信號的通道。它的作用是引入被測信號，將其不失真地放大后傳送到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板，使屏幕上顯示大小適中的信號波形，主要性能有：足夠的頻帶寬度和靈敏度、小的上升時間等。5.3.2示波器的垂直系統(tǒng)（Y軸系統(tǒng)）Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是傳51Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（Y通道）主要由探極、衰減器、前置放大器、延遲級、后置放大器及電子開關(guān)（雙蹤示波器特有）等組成，如圖5-9所示。延遲線前置放大輸入電路X通道觸發(fā)放大后置放大Y1Y2被測信號圖5-9Y通道的基本組成Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（Y通道）主要由探極、衰減器、前置放大器、延521．輸入電路

輸入電路的基本作用是引入被測信號，為前置放大器提供良好的工作條件。

它包括探極、交直流耦合開關(guān)、高阻抗輸入衰減器、阻抗轉(zhuǎn)換器等電路，如圖5-10所示。1．輸入電路輸入電路的基本作用是引入被測信號，為前置放53圖5-10輸入電路方框圖圖5-10輸入電路方框圖54

⑴探極

探極裝在示波器機體的外面，用電纜線和儀器相連接，它用于直接探測被測信號、提高示波器的輸入阻抗、減小波形失真、展寬示波器的帶寬。探極分為無源探極和有源探極兩種。

⑴探極探極分為無源探極和有源探極兩種。55無源探極是一個衰減器，衰減比有1：1、10：1、100：1三種，多用于觀察低頻信號；有源探極內(nèi)部包括有高輸入阻抗放大器，多用于探測高頻信號。無源探極是一個衰減器，衰減比有1：1、10：1、10056

⑵耦合方式選擇開關(guān)

有三個檔位（儀器面板上有設(shè)置）：DC、AC、接地，如圖5-10所示耦合方式部分。在直流DC位，信號可直接通過；在交流AC位，信號經(jīng)C耦合至衰減器，此時只有輸入交流信號才可以通過；在“”（接地）位，若無需斷開被測信號的情況下，可為示波器提供接地參考電平。⑵耦合方式選擇開關(guān)57⑶衰減器

對應(yīng)示波器面板上的Y軸靈敏度粗調(diào)旋鈕，衰減器是為測量不同幅度的被測信號而設(shè)置的。衰減器常使用阻、容分壓器電路，其原理示意圖如圖5-11所示。

⑶衰減器衰減器常使用阻、容分壓器電路，其原理58圖5-11阻容衰減器原理圖C2C1R2R1Uoui圖5-11阻容衰減器原理圖C2C1R2R1Uoui59

衰減器的衰減量為輸出電壓uo與輸入電壓ui之比，也等于R1C1的并聯(lián)阻抗Z1與R2C2的并聯(lián)阻抗Z2的分壓比。其中C1做成可調(diào)電容，當(dāng)滿足R1C1=R2C2時，則衰減器的分壓比為：衰減器的衰減量為輸出電壓uo與輸入電壓ui之比，也等于60這時分壓比與頻率無關(guān)。滿足上式的情況稱為最佳補償。如圖5-12所示的幾種補償情況。

圖5-12幾種補償?shù)牟ㄐ芜@時分壓比與頻率無關(guān)。滿足上式的情況稱為最佳補償。如61

⑷阻抗變換器

阻抗變換器用于變換阻抗。為了保證Y軸輸入端為高阻抗，在衰減器和放大電路之間必須插入阻抗轉(zhuǎn)換電路，并且把單端輸入的被測信號變成對稱輸出的平衡信號。⑷阻抗變換器622．延遲線因為掃描信號的引出是從Y軸系統(tǒng)分離出來，并且要經(jīng)過一定的過程才能產(chǎn)生，它和被觀測信號相比總是滯后一段時間，如圖5-13所示。2．延遲線因為掃描信號的引出是從Y軸系統(tǒng)分離出來，并且63圖5-13沒有延遲線時的情況圖5-13沒有延遲線時的情況643．Y軸系統(tǒng)的放大器Y放大器使示波器具有觀測微弱信號的能力。通常把Y放大器分成前置放大器和輸出放大器兩部分。前置放大器的輸出信號一方面引至觸發(fā)電路，作為同步觸發(fā)信號；另一方面經(jīng)過延遲線延遲以后引至輸出放大器。

3．Y軸系統(tǒng)的放大器Y放大器使示波器具有觀測微弱信號65

Y軸采用變換放大器的增益的方法，進行“倍率”調(diào)節(jié)。

例如，許多示波器Y軸的“倍率”開關(guān)有“×5”和“×1”兩個位置，在通常情況下“倍率”開關(guān)置“×1”位置，若把“倍率”開關(guān)置于“×5”，則放大器增益增加5倍，這便于觀測微弱信號或看清波形某個局部的細節(jié)。但在進行定量計算時要注意其中的換算。

Y軸采用變換放大器的增益的方法，進行“倍率”調(diào)節(jié)。66Y軸通過調(diào)節(jié)放大器的增益還可以實現(xiàn)靈敏度微調(diào)。當(dāng)靈敏度微調(diào)電位器處于極端位置時，示波器靈敏處于“校正”位置，在用示波器作定量時，放大器的增益應(yīng)是固定的，此時應(yīng)將靈敏度微調(diào)于“校正”。Y放大器的輸出級常采用差分電路，以使加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓能夠?qū)ΨQ。Y軸“移位”調(diào)節(jié)就是改變差分電路的直流電位，它能使屏幕上的波形上下平移，以便觀察和讀數(shù)。

Y軸通過調(diào)節(jié)放大器的增益還可以實現(xiàn)靈敏度微調(diào)。當(dāng)靈敏度674．雙蹤顯示基本原理在實際測試中，常常希望把兩個相關(guān)的信號波形同時顯示在屏幕上，以便進行信號之間的比較，或顯示兩個信號疊加波形：“和”、“差”的顯示。4．雙蹤顯示基本原理在實際測試中，常常希望把兩個相關(guān)的68常用的方法在通用示波器的Y軸系統(tǒng)中加入電子開關(guān)S1、S2，其工作過程如圖5-14所示。

圖5-14電子開關(guān)的工作原理常用的方法在通用示波器的Y軸系統(tǒng)中加入電子開關(guān)S1、S269采用單束示波管“同時”顯示兩個被測信號波形的示波器——雙蹤示波器。

雙蹤示波器是在Y通道中多設(shè)一個前置放大器、兩個電子開關(guān)。通過電子開關(guān)的切換，可使示波器的顯示方式有五種：YA、YB、YA±YB

、交替和斷續(xù)。

采用單束示波管“同時”顯示兩個被測信號波形的示波器——70前三種均為單蹤顯示，YA

、YB與普通示波器相同，此時的S1或S2處于恒接通狀態(tài)；YA±YB顯示的波形為兩個信號的和或差（與“極性”選擇開關(guān)相配合），此時把S1和S2恒接通。

下面重點討論后兩種顯示方式。

前三種均為單蹤顯示，YA、YB與普通示波器相同，此時71⑴“交替”顯示方式當(dāng)掃描電壓第一次掃描時，S1閉合、S2斷開；第二次掃描時，S1斷開、S2閉合，如此重復(fù)下去。

如圖5-15所示?！敖惶妗狈绞竭m用于顯示高頻信號。⑴“交替”顯示方式如圖5-15所示?！敖惶妗狈?2圖5-15“交替”顯示方式圖5-15“交替”顯示方式73⑵“斷續(xù)”顯示方式

這種方式就是在一次掃描時間內(nèi)輪番開閉和，顯示出被測信號的某一段，以后各次掃描重復(fù)以上過程。這種工作方式適用于觀測低頻信號。如圖5-16所示。

⑵“斷續(xù)”顯示方式74圖5-16“斷續(xù)”顯示方式圖5-16“斷續(xù)”顯示方式755.3.3示波器的水平系統(tǒng)（X軸系統(tǒng)）X軸系統(tǒng)（X通道）的作用是產(chǎn)生一個與時間呈線性關(guān)系的鋸齒波電壓，當(dāng)這個掃描電壓的正程加到水平偏轉(zhuǎn)板上時，電子束就沿水平方向偏轉(zhuǎn)，形成時間基線。5.3.3示波器的水平系統(tǒng)（X軸系統(tǒng)）X軸系統(tǒng)（X通76X通道主要包括觸發(fā)整形電路、掃描電路、X放大器等部分，如圖5-17所示。圖5-17X通道的基本組成X通道主要包括觸發(fā)整形電路、掃描電路、X放大器等部分，771．觸發(fā)整形電路觸發(fā)整形電路的作用在于把來源不同的觸發(fā)信號整形為具有一定波形、一定幅度的觸發(fā)脈沖。其主要功能有觸發(fā)源選擇、耦合方式選擇、觸發(fā)極性選擇、觸發(fā)電平調(diào)節(jié)、觸發(fā)放大整形電路等，其方框圖如圖5-18所示。1．觸發(fā)整形電路觸發(fā)整形電路的作用在于把來源不同的觸發(fā)78到時基發(fā)生器觸發(fā)源選擇輸入耦合方式選擇觸發(fā)放大器觸發(fā)極性轉(zhuǎn)換觸發(fā)脈沖整形電路圖5-18觸發(fā)整形電路方框圖到時基發(fā)生器觸發(fā)源輸入耦合觸發(fā)觸發(fā)極性觸發(fā)脈沖圖5-1879觸發(fā)整形電路的原理圖如圖5-19所示。圖5-19觸發(fā)整形電路原理圖觸發(fā)整形電路的原理圖如圖5-19所示。圖5-19觸發(fā)整形電80

⑴觸發(fā)源選擇

觸發(fā)源選擇一般有兩種，即內(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)；前者的觸發(fā)信號取自Y通道中的被測信號，后者取自外部信號源。由轉(zhuǎn)換開關(guān)S1（對應(yīng)面板上“極性”開關(guān)）選擇不同的觸發(fā)信號源。⑴觸發(fā)源選擇81

⑵觸發(fā)耦合方式

為適合不同的信號頻率示波器設(shè)有多種耦合方式。由開關(guān)S2選擇?！癉C”：直流耦合。用于接入直流或緩慢變化的信號，或者頻率較低且有直流成分的信號?！癆C”：交流耦合。用于觀察由低頻到較高頻率的信號?！癆C（H）”：高頻耦合。用于觀察高頻（一般大于5MHz）的信號。⑵觸發(fā)耦合方式82

⑶觸發(fā)極性選擇

觸發(fā)極性開關(guān)用于確定在觸發(fā)信號的那一點上產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。當(dāng)觸發(fā)點在觸發(fā)脈沖的上升段時，稱之為正極性觸發(fā)；當(dāng)觸發(fā)點在下降段時，稱之為負極性觸發(fā)。⑶觸發(fā)極性選擇83⑷觸發(fā)電平調(diào)節(jié)

觸發(fā)電平是指觸發(fā)點位于觸發(fā)信號波形的上部、中部及下部，由RP電位器調(diào)節(jié)。

觸發(fā)極性、電平的共同作用對顯示脈沖信號或只顯示周期連續(xù)信號中的某一段具有明顯的作用，如圖5-20所示。

⑷觸發(fā)電平調(diào)節(jié)觸發(fā)極性、電平的共同作用對顯84圖5-20觸發(fā)極性—電平的不同對波形顯示的影響圖5-20觸發(fā)極性—電平的不同對波形顯示的影響85

⑸放大整形電路

一般由電壓比較器、施密特電路、微分電路組成。電壓比較器將觸發(fā)信號與RP確定的電平進行比較，其輸出信號再經(jīng)整形產(chǎn)生矩形脈沖，經(jīng)微分電路之后變換為掃描發(fā)生器所需要的觸發(fā)脈沖。⑸放大整形電路862．掃描發(fā)生器掃描發(fā)生器電路在觸發(fā)脈沖啟動下，產(chǎn)生周期線性變化的鋸齒波掃描電壓。

它的組成如圖5-21所示。

2．掃描發(fā)生器掃描發(fā)生器電路在觸發(fā)脈沖啟動下，產(chǎn)生周期87圖5-21掃描發(fā)生器原理圖圖5-21掃描發(fā)生器原理圖88掃描發(fā)生器電路主要包括掃描閘門、掃描電壓產(chǎn)生電路（鋸齒波發(fā)生器）、比較電路、釋抑電路等。上述電路組成一個閉環(huán)，也稱掃描發(fā)生器環(huán)。掃描通常分連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描兩種形式。

掃描發(fā)生器電路主要包括掃描閘門、掃描電壓產(chǎn)生電路（鋸齒89連續(xù)掃描是在示波器的水平偏轉(zhuǎn)板上加上不間斷的鋸齒波，如圖5-22（b）、（c）所示。圖5-22連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描的比較連續(xù)掃描是在示波器的水平偏轉(zhuǎn)板上加上不間斷的鋸齒波，如90觸發(fā)掃描也稱等待掃描，其特點是每次掃描均由被測信號觸發(fā)啟動，如圖5-22（d）所示。當(dāng)信號到來時，示波器進行一次掃描，沒有信號時，掃描也就停止，等待下一次信號的到來，現(xiàn)代通用示波器廣泛采用了這種觸發(fā)掃描方式。觸發(fā)掃描也稱等待掃描，其特點是每次掃描均由被測信號觸發(fā)913.X放大器X放大器的作用是為示波管的水平偏轉(zhuǎn)板提供對稱的推動電壓，使電子束能在水平方向滿偏轉(zhuǎn)。當(dāng)示波器工作在X-Y方式時，外加的X輸入信號也要由X放大器傳送到X偏轉(zhuǎn)極板。3.X放大器X放大器的作用是為示波管的水平偏轉(zhuǎn)板提供92改變X放大器的增益可以使亮點在屏幕的水平方向得到擴展，或?qū)呙枰驍?shù)進行微調(diào)，或校準掃描因數(shù)。改變X放大器有關(guān)的直流電位也可以使光跡產(chǎn)生水平位移。改變X放大器的增益可以使亮點在屏幕的水平方向得到擴展，935.3.4主機系統(tǒng)（Z軸系統(tǒng)）通用示波器的主機系統(tǒng)主要包括低壓直流電源，高頻高壓直流電源及校準信號發(fā)生器。低壓直流電源主要是為各單元電路提供工作電壓。5.3.4主機系統(tǒng)（Z軸系統(tǒng)）通用示波器的主機系統(tǒng)主94高頻高壓直流電源的作用是為示波管各電極供給合適的工作電壓。另外還有Z軸放大器，用來進行輝度調(diào)節(jié)。校準信號發(fā)生器的作用是用來產(chǎn)生幅度已知的精度較高的穩(wěn)定方波，以便校準示波器垂直系統(tǒng)的靈敏度。通用示波器常提供1V、1kHz的標(biāo)準方波信號。高頻高壓直流電源的作用是為示波管各電極供給合適的工作955.4通用電子示波器的使用使用示波器進行有效測量時，必須合理地選擇各種示波器，并應(yīng)能正確地操作它。5.4通用電子示波器的使用使用示波器進行有效測量時，961．根據(jù)被測信號的波形和個數(shù)來選擇5.4.1示波器的選擇

若需要觀測一個低頻正弦信號，可選用普通示波器；若需要同時觀測和比較兩個信號，則可選擇雙蹤示波器等。1．根據(jù)被測信號的波形和個數(shù)來選擇5.4.1示波器的選擇972．根據(jù)被測信號的頻率來選擇

示波器Y軸系統(tǒng)的通頻帶愈寬，被測信號的波形失真愈小。因此，一般要求示波器通頻帶寬應(yīng)大于被測信號最高頻率以上，即＞3。例如，要觀測頻率為50MHz的正弦信號，則應(yīng)選擇通頻帶寬大于150MHz的示波器。2．根據(jù)被測信號的頻率來選擇示波器Y軸系統(tǒng)的通頻帶愈寬983．根據(jù)示波器的上升時間來選擇

一般要求示波器本身的上升時間應(yīng)比被測脈沖信號的上升時間小三倍以上。又知示波器通頻帶寬與上升時間的關(guān)系為：·≈350式中，及的單位分別為MHZ與ns3．根據(jù)示波器的上升時間來選擇一般要求示波器本身的上升99若要選擇為被測信號上升時間的1/3時，即=則應(yīng)選擇示波器的通頻帶寬為:≈≈

另外要根據(jù)被測信號幅度選擇示波器要有相適應(yīng)的Y軸靈敏度、掃描因數(shù)的范圍。

若要選擇為被測信號上升時間的1/3時，即1005.4.2示波器的正確使用正確使用示波器時要注意以下幾點：1．用光點聚焦，不要用掃描線聚焦

在未接入信號時先使屏幕上只出現(xiàn)一個亮點。并能過“聚焦”、“輝度”及“輔助聚焦”各旋鈕的調(diào)節(jié)，使亮點聚至最小。5.4.2示波器的正確使用正確使用示波器時要注意以下幾點：1012．探頭的使用一般示波器與探頭應(yīng)配套使用，不能互換，否則會帶來不必要的測量誤差。

3．注意屏幕有效面積的使用屏幕的有效面積是屏幕比較平整的部分，測量時應(yīng)將波形主要部分顯示在有效面積范圍內(nèi)可以提高測量精度。2．探頭的使用3．注意屏幕有效面積的使用1024．善于使用靈敏度選擇開關(guān)Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度開關(guān)的最小數(shù)值檔（即最高靈敏度檔），反映觀測微弱信號的能力。

5.正確使用輝度開關(guān)顯示波形時，輝度不宜調(diào)的過亮，屏幕上亮點不要長時間停留在一個位置，以免縮短示波管的壽命；中途暫時不使用時，應(yīng)將輝度調(diào)暗。4．善于使用靈敏度選擇開關(guān)5.正確使用輝度開關(guān)1035.5SR8型示波器的面板圖

下面以常用的SR8型雙蹤示波器為例，介紹其使用方法。5.5SR8型示波器的面板圖下面以常用的SR8型雙1045.5.1主要技術(shù)性能1．Y軸系統(tǒng)⑴輸入靈敏度：10mV/div～20V/div分11檔；⑵頻帶寬度：DC為0～15MHz；AC為10Hz～15MHz⑶輸入阻抗：直接輸入為1M?//35pF，經(jīng)探頭輸入為10M?//15pF5.5.1主要技術(shù)性能1．Y軸系統(tǒng)105⑷最大輸入電壓：DC為250VAC為500V；⑸上升時間：≤24ns。2．X軸系統(tǒng)⑴掃描速度：0.2μs/div～1s/div分21檔。處于“擴展×10”檔時，最快掃描可達20ns/div；⑷最大輸入電壓：DC為250V2．X軸系統(tǒng)1063．標(biāo)準信號頻率為1kHz、幅度為1V的矩形波。⑵X外接：靈敏度≤3V/div,帶寬0～500，輸入阻抗為1M?//35pF。3．標(biāo)準信號⑵X外接：靈敏度≤3V/div,帶寬0～5001075.5.2面板布置SR8型雙蹤示波器的面板布置如圖5-23所示，各種開關(guān)旋鈕主要分三大功能區(qū)：位于面板左方的示波器顯示控制區(qū)；位于面板右上方的X軸系統(tǒng)控制區(qū)；位于面板右下方的Y軸系統(tǒng)控制區(qū)。

5.5.2面板布置SR8型雙蹤示波器的面板布置如圖5108圖5-23SR8型雙蹤示波器面板圖圖5-23SR8型雙蹤示波器面板圖1095.6示波器的基本測量方法示波器的基本測量技術(shù)，就是利用示波器對信號進行時域分析，?？赏瓿傻臏y量有電壓的測量、時間的測量、頻率的測量、相位的測量等。5.6示波器的基本測量方法示波器的基本測量技術(shù)，就是1105.6.1電壓的測量利用示波器測電壓有它獨特的特點，它可以測量各種波形的電壓幅度。電壓測量又分直流電壓和交流電壓的測量。5.6.1電壓的測量利用示波器測電壓有它獨特的特點，111電壓測量時，都應(yīng)將示波器的Y軸靈敏度開關(guān)“V/div”的“微調(diào)”旋鈕順時針方向轉(zhuǎn)至“校準”位置。當(dāng)Y軸微調(diào)處于“校準”位置時，Y軸系統(tǒng)的電壓增益為定值。電壓測量時，都應(yīng)將示波器的Y軸靈敏度開關(guān)“V/div”的1121．直流電壓的測量測量方法：⑴先將觸發(fā)方式開關(guān)置“自動”或“高頻”，使屏幕上出現(xiàn)掃描基線，再將Y軸輸入耦合方式開關(guān)置于“”處，然后調(diào)節(jié)Y軸“移位”旋鈕使掃描線位于屏幕中間。

1．直流電壓的測量113⑵確定被測電壓極性接入被測電壓，將Y軸輸入耦合方式開關(guān)置于“DC”處，觀察掃描光跡的偏移方向，若光跡向屏幕上方偏移，則被測電壓為正極性，否則為負極性。⑵確定被測電壓極性接入被測電壓，將Y軸輸入耦合方式開關(guān)置114⑶將Y軸輸入耦合方式開關(guān)置于“”處，然后按照直流電壓極性的反方向，調(diào)節(jié)Y“移位”旋鈕，將掃描線移動到屏幕的合適位置上（整刻度線上為宜），將此處定為零電平線，此后不再移動Y軸“移位”旋鈕。⑶將Y軸輸入耦合方式開關(guān)置于“”處，然后按照直流電壓極115⑷測量直流電壓值將Y軸輸入耦合再次撥到“DC”處，選擇合適的Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏“V/div”,使屏幕顯示盡可能多地覆蓋Y方向分度格數(shù)（在有效面積范圍內(nèi)），以提高測量準確度。⑷測量直流電壓值將Y軸輸入耦合再次撥到“DC”處，選擇116⑸觀察掃描線在Y軸方向平移的分度格數(shù)H，如圖5-24所示。圖5-24直流電壓的測量⑸觀察掃描線在Y軸方向平移的分度格數(shù)H，如圖5-24所示。117分度格數(shù)H與Y軸靈敏度開關(guān)“V/div”指示值相乘，即為被測信號的直流電壓值：

其中，H—為掃描線在Y軸方向移動的格數(shù)（div）；Sy—為所選用的Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度(V/div)；K—為探極衰減系數(shù)。分度格數(shù)H與Y軸靈敏度開關(guān)“V/div”指示值相乘，即118例5.2：

Y軸靈敏度開關(guān)置“V/div”置0.5處，讀出水平掃描線上移6個格，且信號輸入進經(jīng)10:1探極，則直流電壓為:例5.2：Y軸靈敏度開關(guān)置“V/div”置0.5處，讀119例5.3：示波器測直流電壓及垂直靈敏度開關(guān)示意圖如圖所示，h=4cm、若k=10:1，求被測直流電壓值。

例5.3：示波器測直流電壓及垂直靈敏度開關(guān)示意圖如圖所示120

2．交流電壓的測量示波器只能測出被測電壓的峰值、峰-峰值、任意時刻的電壓瞬時值或任意兩點間的電位差值，如果需要求被測電壓的有效值或平均值，則必須進行換算。

2．交流電壓的測量121測量方法:⑴測量時先將Y軸耦合方開關(guān)置“”處，調(diào)節(jié)Y“移位”旋鈕使掃描線至屏幕中心（或所需位置），以此作為零電平線，此后不現(xiàn)移動Y“移位”。測量方法:⑴測量時先將Y軸耦合方開關(guān)置“”處，調(diào)122⑵將Y軸輸入耦合開關(guān)置于“AC”處。當(dāng)信號頻率很低時，則應(yīng)置于“DC”處。⑶選擇合適的Y軸靈敏開關(guān)（V/div）,使顯示的波形在Y軸方向中心位置盡可能展開。⑵將Y軸輸入耦合開關(guān)置于“AC”處。當(dāng)信號頻率很低時，則應(yīng)123⑷按坐標(biāo)刻度片的分度讀出波形中所測點到零電平間的分度格數(shù)，與Y軸靈敏開關(guān)“V/div”指示值相乘，則可求出被測點的電壓：⑷按坐標(biāo)刻度片的分度讀出波形中所測點到零電平間的分度格124

若被測電壓是正弦波，則讀出整個波形所占Y軸方向的分度格數(shù)，如圖5-25所示。與Y軸靈敏開關(guān)“V/div”指示值相乘，即為被測信號的交流電壓峰-峰值：若被測電壓是正弦波，則讀出整個波形所占Y軸方向的分度格125圖5-25正弦電壓的測量圖5-25正弦電壓的測量126其峰值電壓為：有效值為：

其峰值電壓為：有效值為：127例5.4：示波器正弦電壓如圖所示，h=8cm、V/cm、若K=1：1，求被測正弦信號的峰-峰值和有效值。正弦信號的峰-峰值為正弦信號的有效值為v例5.4：示波器正弦電壓如圖所示，h=8cm、V/cm、若K1285.6.2時間和頻率的測量時間是描述周期性現(xiàn)象的重要參數(shù)，時間包括時刻和時間間隔，示波器所進行的時間測量是指后者。

實際測量時,利用示波器的X軸掃描因數(shù)開關(guān)“t/div”,將其“微調(diào)”旋扭順時針方向轉(zhuǎn)至“校準”位置，此時X軸系統(tǒng)的電壓增益為定值。5.6.2時間和頻率的測量時間是描述周期性現(xiàn)象的重1291．時間間隔的測量在屏幕上調(diào)出適度的被測波形，讀出被測兩點間距離在水平方向上所占的分度格數(shù)，由掃描因數(shù)（t/div）標(biāo)稱值及擴展倍率，即可算出被測信號的時間間隔，如圖5-26所示。1．時間間隔的測量在屏幕上調(diào)出適度的被測波形，讀出被測130圖5-26時間間隔的測量圖5-26時間間隔的測量131

其中，為任意兩點的時間間隔；為X軸掃描因數(shù)（t/div）；(div)為被測兩點間距離在水平方向所點分度格數(shù)；為X軸擴展倍率（根據(jù)需要選用）。

1322．周期和頻率的測量

周期的測量，本質(zhì)上是時間間隔的測量。為了提高測量的準確度，常常在屏幕顯示多個（例如N個周期）周期的波形，先讀出多周期波形兩個同相位點（正弦波可取兩個峰頂或兩個方向相同的過零點；脈沖波可取兩個變化相同的突變點）在水平方向所占格數(shù)。

2．周期和頻率的測量周期的測量，本質(zhì)上是時間間隔的測133

由掃描因數(shù)（t/div）標(biāo)稱值及擴展倍率，計算出這兩點間的時間間隔，然后再求出一個周期值，如圖5-26所示。這種方法稱為多周期測量法。由掃描因數(shù)（t/div）標(biāo)稱值及擴展倍率，計134圖5-27示波器的多周期測量法圖5-27示波器的多周期測量法135被測信號的頻率為：被測信號的頻率為：136例5.5：信號一周期的x=8cm，掃描速度開關(guān)置于5ms/cm，掃描擴展置“拉出×10”位置，求被測信號的頻率。例5.5：信號一周期的x=8cm，掃描速度開關(guān)置于5ms/c1373.相位的測量

相位測量是指兩個同頻信號之間相位差的測量。設(shè)有兩個頻率的正弦信號電壓，其表達式為3.相位的測量相位測量是指兩個同頻信號之間相位差的138它們之間的相位差為用示波器測量相位差可用單蹤示波器測量，也可用雙蹤示波器進行測量。它們之間的相位差為用示波器測量相位差可用單蹤示波器測量139

⑴單蹤示波法單蹤示波法測量相位差的線路接法如圖5-28所示。

圖5-28單蹤示波法測量相位差⑴單蹤示波法圖5-28單蹤示波法測量相位差140當(dāng)測量、之間的相位差時，若以作為參考信號，可認為的初始相位為零，這時應(yīng)將接至示波器的外觸發(fā)端。、的表達式可寫為當(dāng)測量、之間的相位差時，若以作為141

測量時，首先令開關(guān)置于“1”處，顯示出的波形，如圖5-28（b）中的實線。調(diào)整儀器使顯示波形的始點固定在某一位置a，讀出ac的長度并記錄下來。然后將開關(guān)置于“2”處，這時顯示出的波形，圖5-28（b）中的虛線所示，讀出ab的長度。測量時，首先令開關(guān)置于“1”處，顯示出的波形，142相位差可按下式計算：

為便于直接讀數(shù)，也可以將ac長度調(diào)整為6格，則每格為。相位差可按下式計算：為便于直接讀數(shù)，也可以將ac長度調(diào)143

⑵雙蹤示波法使用雙蹤示波器測量相位時，可將被測信號、分別接至Y軸系統(tǒng)的兩個通道輸入端，并選擇作為觸發(fā)信號（超前者）。適當(dāng)整“Y移位”，使兩個信號重疊起來，如圖5-28所示。

⑵雙蹤示波法144圖5-29雙蹤示波器法測量相位差圖5-29雙蹤示波器法測量相位差145

從圖中直接讀取ab和ac的長度。并按式

計算相位差。從圖中直接讀取ab和ac的長度。并按式1464.李薩育圖形法測頻率使示波器工作在X-Y顯示方式，在X、Y軸系統(tǒng)同時加入兩個正弦信號，此時，屏幕上顯示的波形就是李薩育圖形。4.李薩育圖形法測頻率使示波器工作在X-Y顯示方式，在147李薩育圖形的形狀與輸入的兩個正弦信號的頻率和相位有關(guān)。因此，可以通過對圖形的分析來確定信號的頻率及兩者的相位差，這種方法稱之為波形合成法。李薩育圖形的形狀與輸入的兩個正弦信號的頻率和相位有關(guān)。148在測量時，應(yīng)把示波器的觸發(fā)源選擇開關(guān)置于“外”處。測量時儀器的連接方法如圖5-30所示。YX圖5-30李薩育圖形法測頻率連接圖在測量時，應(yīng)把示波器的觸發(fā)源選擇開關(guān)置于“外”處。測149圖5-31是一些典型的李薩育圖形。圖5-31典型的李薩育圖形圖5-31是一些典型的李薩育圖形。圖5-31典型的李薩育150

如果用表示被測信號的頻率，表示標(biāo)準信號的頻率，兩者有以下關(guān)系：式中的m、n分別表示假設(shè)在李薩育圖形上作的一條水平線和一條垂直線與圖形的交點數(shù)，且水平線和垂直線不通過圖形交點或圖形相切。如果用表示被測信號的頻率，表示標(biāo)準信號的頻151

例：調(diào)節(jié)示波器和標(biāo)準信號顯示出如圖5-32所示的圖形，且標(biāo)準信號源的輸出頻率=2kHz，求圖5-32顯示波形例：調(diào)節(jié)示波器和標(biāo)準信號顯示出如圖5-32所示的圖形，152解：假設(shè)水平線與圖形最多可以有三個相交點，即；同理。所以用李薩育圖形沙法測頻率值只能測量低頻率信號的頻率。解：假設(shè)水平線與圖形最多可以有三個相交點，即1535．測量脈沖上升時間圖5.33測量脈沖上升或下降時間0100%10%90%X1X25．測量脈沖上升時間圖5.33測量脈沖上升或下降時間01154上升時間為

下降時間為

應(yīng)注意示波器的垂直通道本身存在固有的上升時間，按下式修正。式中

——被測脈沖實際上升時間；——示波器本身固有的上升時間；——屏幕上顯示的上升時間。上升時間為1556．用示波器檢測低頻放大器

用示波器可對各種低頻放大系統(tǒng)進行檢測，如家用電器及電子儀器等設(shè)備中的低頻放大電路。

檢測方法如圖5-34所示。

6．用示波器檢測低頻放大器用示波器可對各種低頻放大系統(tǒng)156圖5-34用示波器檢測低頻放大器圖5-34用示波器檢測低頻放大器1575.7電子示波器的發(fā)展概況電子示波器發(fā)展大致可分為以下幾個階段：1.第一階段第一階段為三十至五十年代，用電子管制成，頻帶較窄，多用于定性測試。5.7電子示波器的發(fā)展概況電子示波器發(fā)展大致可分為以下幾個158

2.第二階段第二階段為六十至七十年代，除示波管外均用晶體管制成，準確度較高，并且具有雙蹤顯示能力，出現(xiàn)了取樣示波器，頻帶較高，可達到18GHz。六十年代初制成了記憶示波器；六十年找期出現(xiàn)了存儲示波器。2.第二階段159

3.第三階段

第三階段是指八十年代以后，由于出現(xiàn)了微處理器，使示波器向智能化方向發(fā)展。

圖5-35是一種數(shù)字式示波器的簡化原理圖,其核心是一個中央微處理器。3.第三階段圖5-35是一種數(shù)字式示波器的簡化160數(shù)據(jù)存儲器中央微處理器模/數(shù)變換器取樣發(fā)生器顯示器外部設(shè)備圖5-35數(shù)字式示波器簡化原理圖數(shù)據(jù)存儲器中央微處理器模/數(shù)取樣顯示器外部設(shè)備圖5-35161數(shù)字式示波器已成為示波器的發(fā)展主流產(chǎn)品。它主要具有以下特點：⑴波形處理能力強；⑵具有移動光標(biāo)測量功能；⑶向多功能化發(fā)展。數(shù)字式示波器已成為示波器的發(fā)展主流產(chǎn)品。它主要具有以下162練習(xí)題1、一示波器的熒光屏的水平長度為10cm，要求顯示10MHz的正弦信號兩個周期，問示波器的掃描速度應(yīng)為多少？2、有一正弦信號，使用垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)為10mV/div的示波器進行測量，測量時信號經(jīng)過10:1的衰減探頭加到示波器，測得熒光屏上波形的高度為7.07div，問該信號的峰值、有效值各位多少？練習(xí)題1、一示波器的熒光屏的水平長度為10cm，要求顯示101633、某示波器的帶寬為120MHz，探頭的衰減系數(shù)為10:1，上升時間為t0=3.5ns，用該示波器測量一方波發(fā)生器輸出波形的上升時間tx，從示波器熒光屏上測出的上升時間為t0=11ns，問方波的實際上升時間為多少？3、某示波器的帶寬為120MHz，探頭的衰減系數(shù)為10:1，164 謝謝大家！ 謝謝大家！165電子示波器及測量技術(shù)電子示波器及測量技術(shù)電子示波器及測量技術(shù)5.1概述電子示波器（簡稱示波器）是一種以陰極射線管作為顯示器的顯示信號波形的測量儀器。它對電信號的分析是按時域法進行的，即研究信號的瞬時幅度與時間的函數(shù)關(guān)系。5.1.1電子示波器的主要特點1．具有良好的直觀性，可直接顯示信號的波形；也可測量信號的瞬時值。2．靈敏度高、工作頻帶寬、速度快，對觀測瞬變信號的細節(jié)帶來了很大的便利。3．輸入阻抗高（兆歐級），對被測電路的影響小。電子示波器及測量技術(shù)電子示波器及測量技術(shù)電子示波器及測量技術(shù)1665.1概述

電子示波器（簡稱示波器）是一種以陰極射線管作為顯示器的顯示信號波形的測量儀器。它對電信號的分析是按時域法進行的，即研究信號的瞬時幅度與時間的函數(shù)關(guān)系。5.1.1電子示波器的主要特點1．具有良好的直觀性，可直接顯示信號的波形；也可測量信號的瞬時值。2．靈敏度高、工作頻帶寬、速度快，對觀測瞬變信號的細節(jié)帶來了很大的便利。3．輸入阻抗高（兆歐級），對被測電路的影響小。5.1概述電子示波器（簡稱示波器）是一種以陰極射線管1675.1.2電子示波器的類型電子示波器種類型號繁多，主要分為以下幾大類：1．通用示波器：應(yīng)用了基本顯示原理，可對電信號進行定性和定量觀測。2．取樣示波器：采用取樣技術(shù)將高頻信號轉(zhuǎn)換成模擬的低頻信號，再應(yīng)用通用示波器的基本顯示原理觀測信號。取樣示波器一般用于觀測頻率高、速度快的脈沖信號。5.1.2電子示波器的類型電子示波器種類型號繁多，主要分1683．記憶示波器和存貯示波器：這兩種示波器均具有存儲信息功能，前者采用記憶示波管存貯，后者采用數(shù)字存貯器存貯。它們能對單次瞬變過程、非周期現(xiàn)象、低重復(fù)頻率信號進行觀測。4．?dāng)?shù)字示波器：被測信號經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入數(shù)據(jù)存儲器，應(yīng)用微處理器以數(shù)字形式處理并記錄波形，自動顯示測量結(jié)果，測量速度更快、重復(fù)性更高。5．邏輯示波器：又稱邏輯分析儀，主要用以分析數(shù)字系統(tǒng)的邏輯關(guān)系。本章將介紹通用示波器的基本原理、基本使用方法和測試技術(shù)。3．記憶示波器和存貯示波器：這兩種示波器均具有存儲信息功能，1695.2示波管及波形顯示原理5.2.1示波管示波管（或稱陰極射線管CRT）——示波器的核心組件，是一種將被測電信號轉(zhuǎn)換成光信號的顯示器件（真空電子管）。

它分為靜電偏轉(zhuǎn)式和磁偏轉(zhuǎn)式兩大類，在電子示波器中應(yīng)用最廣的是靜電偏轉(zhuǎn)式。

5.2示波管及波形顯示原理5.2.1示波管示波管（或稱陰170示波管（或稱陰極射線管CRT）主要由三部分組成：電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏。其結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。

圖5-1示波管結(jié)構(gòu)示意圖示波管（或稱陰極射線管CRT）主要由三部分組成：電子槍、偏轉(zhuǎn)1711．電子槍

電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束，去轟擊熒光屏使之發(fā)光。電子槍由燈絲（F）、陰極（K）、柵極（G）、第一陽極（A1）和第二陽極（A2）組成。

燈絲用于加熱陰極；陰極是一個表面涂有氧化物，在燈絲加熱下發(fā)射電子。1．電子槍172

柵極是一個頂端有小孔的圓筒，套在陰極外邊，其電位比陰極低，對陰極發(fā)射出來的電子起控制作用，它控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變熒光屏亮點的輝度。調(diào)節(jié)電位器RP1改變柵、陰極之間的電位差，即可達到此目的，故RP1在面板上的旋鈕標(biāo)以“輝度”。除燈絲之外，各電極的結(jié)構(gòu)均為金屬圓筒形，且所有電極的軸心都保持在同一條軸線上。

柵極是一個頂端有小孔的圓筒，套在陰極外邊，其電位比陰極173第一陽極和第二陽極對電子束有加速作用，同時和控制柵極構(gòu)成一個對電子束的控制系統(tǒng)，想聚焦作用。調(diào)節(jié)可改RP2可改變第一陽極的電位，調(diào)節(jié)RP3可以改變第二陽極的電位，使電子束恰好在熒光屏上匯聚成細小的亮點，以保證顯示波形的清晰度。因此把RP2和RP3分別稱為“聚焦”和“輔助聚焦”電位器，儀器面板上對應(yīng)的旋鈕分別是“聚焦”和“輔助聚焦”旋鈕。第一陽極和第二陽極對電子束有加速作用，同時和控制柵極構(gòu)174使用中要注意的是：在調(diào)節(jié)“輝度”旋鈕時會影響聚焦效果，因此，示波管的“輝度”與“聚焦”并非相互獨立，要配合調(diào)節(jié)。2．偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖5-1中，在第二陽極的后面，用兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。垂直（Y軸）偏轉(zhuǎn)板在前（靠近第二陽極），水平（X軸）偏轉(zhuǎn)板在后，兩對極板間各自形成靜電場，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn)。使用中要注意的是：在調(diào)節(jié)“輝度”旋鈕時會影響聚焦效果，因此，175從電子槍射出的電子束，若不受電場的作用，則將沿直線向熒光屏方向運行，在熒光屏中心軸線位置顯示出靜止的光點；若電子束受到電場的作用，則其運動方向就會偏離中心軸線，即熒光屏上的光點位置就會產(chǎn)生位移；如果電場是周期性交變的，則熒光屏上將顯示出一條光點的軌跡。從電子槍射出的電子束，若不受電場的作用，則將沿直線向熒176電子束在偏轉(zhuǎn)電場作用下的運動規(guī)律可用圖5-2來分析。

圖5-2電子束的偏轉(zhuǎn)規(guī)律電子束在偏轉(zhuǎn)電場作用下的運動規(guī)律可用圖5-2來分析。圖5-177其偏轉(zhuǎn)位移可由式下式來表示。式中：l---偏轉(zhuǎn)板長度（cm）L---偏轉(zhuǎn)板右側(cè)邊緣到熒光屏之間的距離（cm）d---兩偏轉(zhuǎn)板之間的距離（cm）UA2---第二陽極與陰極間的電壓（V）Uy---加一起Y軸兩偏轉(zhuǎn)板間的電壓（V）其偏轉(zhuǎn)位移可由式下式來表示。178上式中L、l、d均為常數(shù)，當(dāng)亮點聚焦調(diào)整好以后，UA2也基本不變，則熒光屏上的亮點偏轉(zhuǎn)距離y與加于偏轉(zhuǎn)板上的電壓Uy成正比。設(shè)

則稱Sy為示波管Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度，表示亮點在熒光屏上偏轉(zhuǎn)1cm所需加于偏轉(zhuǎn)板上的電壓值（峰-峰值）。此值愈小表示靈敏度愈高。偏轉(zhuǎn)靈敏度是與外加偏轉(zhuǎn)電壓大小無關(guān)的常數(shù)。上式中L、l、d均為常數(shù)，當(dāng)亮點聚焦調(diào)整好以后，UA179同理，X軸偏轉(zhuǎn)板也有靈敏度的數(shù)值。3．熒光屏熒光屏一般為圓形或矩形的，其內(nèi)壁沉積有磷光物質(zhì)，形成熒光膜，面向電子槍的一側(cè)。它在受到高速運動著電子轟擊后，將其動能轉(zhuǎn)化為光能，產(chǎn)生亮點。當(dāng)電子束隨信號電壓偏轉(zhuǎn)時，這個亮點的移動軌跡就形成了信號的波形。同理，X軸偏轉(zhuǎn)板也有靈敏度的數(shù)值。3．熒光屏180

不同熒光材料余輝時間不一樣，小于10μs的為極短余輝；10μs—1ms為短余輝；1ms—0.1s為中余輝；0.1—1s為長余輝；大于1s為極長余輝。

余輝時間：當(dāng)電子束停止作用后，光點仍能在屏幕上保持一定的時間才消失。激勵過后，亮點輝度下降到原始值的10%所延續(xù)的時間稱為余輝時間。不同熒光材料余輝時間不一樣，小于1181

實際應(yīng)用中，根據(jù)示波器用途不同選用不同余輝的示波管，顯示高頻信號的示波器宜用短余輝管；觀察生物及自動控制等緩慢信號的超低頻示波器宜用長余輝管；一般用途的示波器均用中余輝管。實際應(yīng)用中，根據(jù)示波器用途不同選用不同余輝的示波管，顯1825.2.2波形顯示原理

用示波器顯示被測信號的波形，基本上有兩種類型：一種是顯示任意兩個信號與的關(guān)系；另一種是顯示隨時間變化的信號。

1．電子束沿與作用的合成方向運動打在熒光屏上亮點的位置取決于同時加在垂直和水平偏轉(zhuǎn)板上的電壓。

5.2.2波形顯示原理用示波器顯示被測信號的波形，基183

當(dāng)示波管的兩對偏轉(zhuǎn)板上不加任何信號時，亮點則打在熒光屏的中心位置。若僅在Y軸偏轉(zhuǎn)板加一個隨時間變化的電壓，例如，uy=umsinωt，則電子束沿垂直方向運動，任一瞬間的偏轉(zhuǎn)距離正比于該瞬間Y偏轉(zhuǎn)板上的電壓，其軌跡為一條垂直直線，如圖5-3（a）所示。當(dāng)示波管的兩對偏轉(zhuǎn)板上不加任何信號時，亮點則打在熒光184（a）只加uy時的波形（b）只加ux時的波形（c）同時加uy、ux時的波形圖5-3顯示波形與偏轉(zhuǎn)極板所加電壓的關(guān)系（a）只加uy時的波形（b）只加ux時的波形（185

同理，若僅在X軸偏轉(zhuǎn)板上加正弦波電壓，則電子束沿水平方向運動，軌跡為一條水平線，如圖5-3(b)所示。

在Y軸和X軸同時加同一正弦波電壓時，如果ux=uy，亮點在熒光屏上的位置由電壓和共同決定。因為在同一時刻，X、Y方向偏轉(zhuǎn)的距離相同，則在熒光屏上顯示一條直線，這條直線與水平軸呈45，如圖5-3（c）。同理，若僅在X軸偏轉(zhuǎn)板上加正弦波電壓，則電子束沿水平方1861、顯示隨時間變化的圖形電子束進入偏轉(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a）設(shè)Ux=Uy=0，則光點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a。b）設(shè)Ux=0、Uy=常量，光點在垂直方向偏移。設(shè)Uy為正電壓，則光點從熒光屏的中心往垂直方向上移，若Uy為負電壓，則光點從熒光屏的中心往垂直方向下移。c）設(shè)Ux=常量、Uy=0，則光點在水平方向偏移。若Ux為正電壓，則光點從熒光屏的中心往水平方向右移，若Ux為負電壓，則光點從熒光屏的中心往水平方向左移。d）設(shè)Ux=常量、Uy=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。二、圖像顯示的基本原理電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點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。1、顯示隨時間變化的圖形二、圖像顯示的基本原理187

(2）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓

a)設(shè)ux=0，uy=Umsinωt。由于X偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點在水平方向是不偏移的，則光點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a。

b）設(shè)ux=kt，uy=0，由于Y偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點在垂直方向是不移動的，則光點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b。(a)(b)水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓(2）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓

a)設(shè)ux=0，uy188（3）Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓uy=Umsinωt，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓ux=kt1）當(dāng)時間t=t0時，ux=-Uxm（鋸齒波電壓的最大負值），uy=0，光點為點“0”。2）當(dāng)時間t=t1時，Uy=Uy1、Ux=-Ux1，光點為點“1”。3）當(dāng)時間t=t2時，Uy=Uy2、Ux=-Ux2，光點為點“2”。4）當(dāng)時間t=t3時，Uy=Uy3、Ux=Ux3，光點為點“3”。5）當(dāng)時間t=t4時，Uy=Uy4、Ux=Ux4，光點為點“4”。（3）Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓uy=Umsinωt，X偏轉(zhuǎn)板189

2、顯示任意兩個變量之間的關(guān)系示波器兩個偏轉(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。(a)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45o角;(b)如果這兩個信號初相位相差90o，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。

(a)ux、uy同頻同相

(b)ux、uy同頻但相差90o2、顯示任意兩個變量之間的關(guān)系1902．顯示隨時間變化的波形⑴掃描的概念為了顯示uy的波形，必須在Y軸偏轉(zhuǎn)板加有uy信號的同時，在X軸偏轉(zhuǎn)板加隨時間線性變化的掃描電壓（鋸齒波形電壓）,如圖5-4所示。

0tUmTx圖5-4鋸齒波電壓波形2．顯示隨時間變化的波形⑴掃描的概念0tUmTx圖191

若在