項目五電子示波器項目五電子示波器1本項目主要內(nèi)容任務(wù)一示波測試的基本原理動動手動動腦實訓(xùn)項目做一做議一議想一想項目小結(jié)思考與練習(xí)

本項目主要內(nèi)容任務(wù)一示波測試的基本原理動動手動動腦實2示波測試技術(shù)前言能把信號波形顯示出來并能進行測量的技術(shù)稱為示波測試技術(shù)。圖3-1是示波器顯示的一個正弦信號波形圖。利用示波器熒光屏上的刻度及面板上的旋鈕位置，可以方便地測量出該波形的幅度和周期。示波測試技術(shù)就是利用示波管的波形顯示功能，將待測信號加到?jīng)Q定熒光屏垂直方向（Y軸）偏轉(zhuǎn)特性的Y偏轉(zhuǎn)板上，而將其熒光屏上的水平方向（X軸）變換為時間軸，從而得到信號波形的函數(shù)波形。通過X軸和Y軸上的刻度經(jīng)變換得到信號波形的參數(shù)。能完成這種功能的儀器就叫做示波器。

圖3-1示波器顯示的正弦信號波形示波測試技術(shù)前言圖3-1示波器顯示的正弦信號波形3示波測試技術(shù)研究信號隨時間變化的特性稱為時域分析，這時被測信號是一個時間函數(shù)，如圖3-2所示。相應(yīng)地研究信號隨頻率變化的分析稱之為頻域分析。示波器是信號時域分析最典型的儀器，利用示波器，可以對信號波形的特性進行分析，對信號的各項參數(shù)：幅值、周期、頻率及相位等進行測量。本項目圍繞利用示波器對信號波形進行顯示測量這一主題，向大家介紹示波測試技術(shù)的基本方法和原理，并學(xué)習(xí)示波器的典型應(yīng)用。tux圖3-2正弦信號的時域波形示波測試技術(shù)研究信號隨時間變化的特性稱為時域分析，這時被測信4示波測試技術(shù)知識目標(biāo)1.掌握示波測試基本方法和原理2.掌握通用示波器的組成和原理3.了解數(shù)字存儲示波器4.熟練掌握示波測試的基本應(yīng)用技能目標(biāo)1.熟練掌握示波器面板功能及基本操作2.熟練掌握示波器測量信號的幅度、周期、頻率和相位的方法3.熟練掌握調(diào)幅波調(diào)幅系數(shù)測量方法示波測試技術(shù)知識目標(biāo)5任務(wù)一示波測試基本方法和原理任務(wù)目標(biāo)1.掌握示波顯示控制部分及操作要領(lǐng)2.理解陰極射線示波管（CRT）3.理解如何得到清晰穩(wěn)定的信號波形任務(wù)教學(xué)模式任務(wù)一示波測試基本方法和原理任務(wù)目標(biāo)6任務(wù)一示波測試基本方法和原理示波器的最大特征就是將波形顯示出來。那么波形是如何被顯示出來的呢？我們首先來了解一下通用示波器的面板組成。示波器種類、型號很多，功能也不完全相同。不同型號的通用示波器面板布置略有不同（如圖3-3所示），但一般均包括三大部分：示波器顯示控制部分，Y軸系統(tǒng)控制部分和X軸系統(tǒng)控制部分。其中，示波器顯示控制部分完成對波形的顯示、聚集、輝度調(diào)節(jié)等功能，它是示波器的重要組成部分，通過對其結(jié)構(gòu)和功能的學(xué)習(xí)能幫助我們明白波形顯示的原理。

圖3-3幾種示波器面板布置任務(wù)一示波測試基本方法和原理示波器的最大特征就是將波形顯7任務(wù)一示波測試基本方法和原理（1）熒光屏。熒光屏是示波管的顯示部分，屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，指示出信號波形的電壓和時間之間的關(guān)系。水平方向指示時間，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格，垂直方向分為8格，每格又分為5份。根據(jù)被測信號在屏幕上占的格數(shù)乘以適當(dāng)?shù)谋壤?shù)(V／div，TIME／div)能得出電壓值與時間值。（2）電源開關(guān)及指示燈。打開電源,稍等片刻。（3）光跡亮度調(diào)節(jié)，逆時針旋轉(zhuǎn)暗，順時針亮。觀察低頻信號時可小些，高頻信號時大些。一般不應(yīng)太亮，以保護熒光屏。（4）聚焦使光跡和讀數(shù)變得清晰。（5）尋跡，用于判斷光點偏離的方位，按下該鍵，光點回到顯示區(qū)域。（6）光跡旋轉(zhuǎn)使光跡處于水平位置。（7）輸出校準(zhǔn)方波信號（如1KHz、0.5V），用于校準(zhǔn)示波器的時基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。

任務(wù)一示波測試基本方法和原理（1）熒光屏。熒光屏是示波管8任務(wù)一示波測試基本方法和原理知識二陰極射線示波管（CRT）示波器的核心部件是示波管，其外形如圖3-5所示。示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-6。

圖3-5示波管外形33FKA1A2G熒光屏X2X1Y2Y1圖3-6示波管的結(jié)構(gòu)示意圖電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)A3任務(wù)一示波測試基本方法和原理知識二陰極射線示波管（CR9任務(wù)一示波測試基本方法和原理1．電子槍（1）作用：電子槍的作用是產(chǎn)生電子束，對電子束加速和聚焦。（2）組成：電子槍包括燈絲F、陰極K、控制柵級G、第一陽極A1、第二陽極A2及后加速陽極A3。燈絲的作用是加熱陰極，使其發(fā)射電子。控制柵極的作用是控制電子束的電流密度，即電子射線的強度。第一陽極和第二陽極的作用是加速電子同時對電子束聚焦。后加速陽極A3位于熒光屏與偏轉(zhuǎn)板之間，作用是對電子束進一步加速。（3）原理：電子聚焦原理。如圖3-7（a）當(dāng)電子以一定速度穿越加速場時，v1<v2，電子在運動中垂直方向未受力，垂直速度未改變，v1sinθ1=v2sinθ2，θ1>θ2,，電子向中心軸線方向聚攏，總體上呈會聚趨勢。反之，總體上呈發(fā)散趨勢，如圖（b）。v1θ1﹣v2θ2+（a）電子穿越加速場時θ1＞θ2v2θ2﹣（b）電子穿越減速場時θ1＜θ2v1θ1+圖3-7電子穿越不同電場時偏轉(zhuǎn)角度的變化任務(wù)一示波測試基本方法和原理1．電子槍v1θ1﹣v2θ210任務(wù)一示波測試基本方法和原理根據(jù)電子穿越加速場聚攏，穿越減速場發(fā)散的原理不難得到在聚焦系統(tǒng)作用下的電子束形狀。如圖3-8所示。改變控制柵極的電位可進行輝度調(diào)節(jié)，改變A1、A2的電位高低則可進行聚焦調(diào)節(jié)。

A1A2KG輔助聚焦+——圖3-8在聚焦系統(tǒng)作用下的電子束形狀輝度聚焦任務(wù)一示波測試基本方法和原理根據(jù)電子穿越加速11任務(wù)一示波測試基本方法和原理2．偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（1）結(jié)構(gòu)：由兩對互相垂直的平行板構(gòu)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)。（2）原理：光點在熒光屏上偏轉(zhuǎn)的距離與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓成正比，以Y偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)為例，即Y=SyVy，這是用示波管觀測波形的理論依據(jù)。（如圖3-9所示）+Vy－Y+圖3-9偏轉(zhuǎn)板原理示意圖Fv0任務(wù)一示波測試基本方法和原理2．偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)+Vy－Y+圖312任務(wù)一示波測試基本方法和原理垂直偏轉(zhuǎn)板Y1、Y2上所加的電壓使電子束在垂直方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，水平偏轉(zhuǎn)X1、X2的電壓則使電子束在水平方向偏轉(zhuǎn)。比例系數(shù)Sy稱為示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位是cm/V，它表示在單位輸入信號的作用下，光點在垂直方向的偏移距離，它的倒數(shù)Dy=1/Sy稱為示波管的偏轉(zhuǎn)因數(shù)，單位是V/cm、mV/cm或V/div，V/div，這個值越小，示波管越靈敏，觀察微弱信號的能力越強。任務(wù)一示波測試基本方法和原理垂直偏轉(zhuǎn)板Y1、13任務(wù)一示波測試基本方法和原理3．熒光屏熒光屏的作用是在高速電子轟擊下激發(fā)可見光，顯現(xiàn)波形。示波管屏面通常是矩形平面，內(nèi)表面沉積一層磷光材料構(gòu)成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜。高速電子穿過鋁膜，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點。鋁膜具有內(nèi)反射作用，有利于提高亮點的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。當(dāng)電子停止轟擊后，亮點不會立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的10％所經(jīng)過的時間叫做“余輝時間”。余輝時間小于10μs為極短余輝，10μs～1ms為短余輝，1ms～0．1s為中余輝，0．1s～1s為長余輝，大于1s為極長余輝。一般的示波器配備中余輝示波管，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長余輝。由于所用磷光材料不同，熒光屏上能發(fā)出不同顏色的光。一般示波器多采用發(fā)綠光的示波管，以保護人的眼睛。任務(wù)一示波測試基本方法和原理3．熒光屏14任務(wù)一示波測試基本方法和原理知識三如何得到清晰穩(wěn)定的信號波形1．掃描（1）定義：光點在掃描電壓作用下掃動的過程。（2）掃描電壓波形：鋸齒波，表達式：Vx=kt。如圖3-10所示，（a）圖是理想鋸齒波波形；（b）圖是實際鋸齒波波形，其中，Ts：掃描正程時間；Tb：掃描逆程時間或掃描回程時間

tVxtVxTsTb（a）（b）圖3-10鋸齒波波形任務(wù)一示波測試基本方法和原理知識三如何得到清晰穩(wěn)定的信15任務(wù)一示波測試基本方法和原理2．波形顯示原理由上可知，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。分析下面幾種情況：（1）兩偏轉(zhuǎn)板均不加信號，即Vx=Vy=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3-11（a）。（2）Y偏轉(zhuǎn)板：不加電壓；X偏轉(zhuǎn)板：加理想掃描電壓信號Vx=kt。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)的是一條水平線段，如圖3-11（b）。這條水平亮線稱為掃描線。（a）（b）（c）圖3-11X、Y偏轉(zhuǎn)板加或不加信號時顯示情況任務(wù)一示波測試基本方法和原理2．波形顯示原理（a）（b）16任務(wù)一示波測試基本方法和原理（3）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號，如正弦波Vy=Umsinωt；X偏轉(zhuǎn)板：不加電壓。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3-11（c）。tVyTy圖3-12T-x=Ty時顯示波形VxtTx（4）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號，如正弦波Vy=Umsinωt；X偏轉(zhuǎn)板：加理想掃描電壓信號Vx=kt，且Tx=Ty，則熒光屏顯示的是被測信號隨時間變化的穩(wěn)定波形。如圖3-12。tVyTy圖3-12Tx=Ty時顯示波形VxtTx任務(wù)一示波測試基本方法和原理（3）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號，17任務(wù)一示波測試基本方法和原理（5）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號，如正弦波Vy=Umsinωt；X偏轉(zhuǎn)板：加理想掃描電壓信號Vx=kt，且Tx=2Ty，則熒光屏顯示的是被測信號隨時間變化的穩(wěn)定波形。如圖3-13。

tVyTxy圖3-13Tx=2Ty時顯示波形VxtTx=2Ty任務(wù)一示波測試基本方法和原理（5）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信18任務(wù)一示波測試基本方法和原理（6）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號，如正弦波Vy=Umsinωt；X偏轉(zhuǎn)板：加理想掃描電壓信號Vx=kt，且，第一個掃描周期得到波形①，第二個掃描周期得到波形②，第三個掃描周期得到波形③……則熒光屏顯示的是不穩(wěn)定的被測信號波形。如圖3-14。

任務(wù)一示波測試基本方法和原理（6）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號19任務(wù)一示波測試基本方法和原理結(jié)論：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))，每次掃描的起點都對應(yīng)在被測信號的同一相位點上，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。當(dāng)理想掃描電壓的周期Tx=NTy（N為正整數(shù)）時，波形穩(wěn)定，且顯示n個被測信號波形，稱為“同步”；當(dāng)此關(guān)系不成立時,波形顯示不穩(wěn)定。實際中，常利用被測信號產(chǎn)生一個同步觸發(fā)信號，去控制示波器時基電路中的掃描發(fā)生器，迫使它們同步，或用與被測信號有一定關(guān)系的外加信號去產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。任務(wù)一示波測試基本方法和原理結(jié)論：當(dāng)掃描電壓的周期是被觀20任務(wù)一示波測試基本方法和原理3．掃描回程的增輝實際的掃描電壓中，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，實際示波器中要將其消隱，即使得正程軌跡亮度增加，回程軌跡黯淡，凸顯正程，如圖3-15所示。任務(wù)一示波測試基本方法和原理3．掃描回程的增輝21任務(wù)一示波測試基本方法和原理4．Ｘ－Ｙ圖示原理由波形顯示原理可知，在示波管里，電子束的偏轉(zhuǎn)方向決定于Ｘ和Ｙ偏轉(zhuǎn)板的偏轉(zhuǎn)電壓Ｖx和Vy，而Ｖx和Vy是相互獨立的，二者共同決定光點在熒光屏上的位置。利用此特點，可以將將示波器看作一個Ｘ－Ｙ圖示儀，當(dāng)將兩個信號分別加在Ｘ和Ｙ偏轉(zhuǎn)板上時，熒光屏上即顯示出兩個信號波形之間的關(guān)系。

任務(wù)一示波測試基本方法和原理4．Ｘ－Ｙ圖示原理22任務(wù)一示波測試基本方法和原理圖3-16表示兩個同頻率的正弦信號分別作用在Ｘ、Ｙ偏轉(zhuǎn)板上時的情況。如果兩信號初相相同，則可在熒光屏上得到一條直線；若Ｘ、Ｙ方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則可得到一條與水平軸呈４５°的直線；如兩信號初相位相差９０°，則可得一正橢圓；若Ｘ、Ｙ方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則得一正圓……通常把兩個偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時顯示的圖形叫李沙育圖形，它常用在相位和頻率測量中。xxy圖3-16頻率相同時的李沙育圖形(a)φ=0°或360°(b)φ=30°或330°(c)φ=90°或270°(d)φ=150°或210°(e)φ=180°yyyyxxxx任務(wù)一示波測試基本方法和原理圖3-16表示兩23任務(wù)一示波測試基本方法和原理議一議1．總結(jié)一下示波器顯示及控制部分有哪些旋鈕和按鍵，功能分別是什么？以應(yīng)內(nèi)部哪個具體電路？2．CRT在生活中的應(yīng)用有哪些？舉例說明。3．什么叫余輝時間，一般的示波器是什么類型的余輝？4．示波器增輝電路如果出現(xiàn)故障，熒光屏上會顯現(xiàn)什么樣的波形？5．一個清晰穩(wěn)定的波形是如何得到的

任務(wù)一示波測試基本方法和原理議一議24實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）一、實訓(xùn)目的通過一些簡單的操作，幫助大家更好地理解示波測試原理和掌握示波器基本操作。二、實訓(xùn)儀器和器材 雙蹤示波器函數(shù)信號源實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）一、實訓(xùn)目的25實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）三、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟訓(xùn)練點一掌握示波器的預(yù)調(diào)1．將示波器的電源接通預(yù)熱后，使示波器的各個控制旋鈕或開關(guān)置于表3-3所示位置。2．適當(dāng)調(diào)節(jié)輝度旋鈕，使熒光屏上出現(xiàn)一條適當(dāng)寬度的水平掃描線。3．反復(fù)調(diào)節(jié)聚焦和輔助聚焦旋鈕，使水平掃描基線又細(xì)又清晰。4．調(diào)節(jié)水平位移和垂直位移使水平基線位于屏幕的中央。5．使掃描速率微調(diào)和Y軸靈敏度微調(diào)處于“校準(zhǔn)”位置。實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）三、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟26實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）三、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟思考題：1.“輝度旋鈕”所使用的電子器件是什么？它是如何如水平掃描線的輝度進行調(diào)節(jié)的？在使用中要注意什么？2.“聚焦和輔助聚焦旋鈕”所使用的電子器件是什么？它們是如何對掃描線進行調(diào)節(jié)的？訓(xùn)練點二理解示波器的余輝1.用信號發(fā)生器產(chǎn)生100Hz、10mV的正弦信號，用示波器觀察。2.將TIME/div擋由最右端順時針逐檔轉(zhuǎn)，并觀測波形變化。3.當(dāng)示波器正好顯示一個完整的波形時，記錄橫軸掃描時間。4.用同樣方法觀察10KHz信號。思考題：為什么要完整顯示一個波形，在頻率較低時會產(chǎn)生閃爍？

實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）三、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟27實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）三、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟訓(xùn)練點三了解同步掃描與觸發(fā)1.用信號發(fā)生器產(chǎn)生2KHz、100mV正弦波信號。2.調(diào)整示波器得到穩(wěn)定的波形。3.旋轉(zhuǎn)“電平”、“觸發(fā)”等旋鈕和開關(guān)，觀察波形變化。思考題：1.為什么波形會“跑”？說明了什么？2.怎樣才能得到一個穩(wěn)定的完整的信號波形？

實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）三、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟28實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）四、實訓(xùn)報告總結(jié)實訓(xùn)結(jié)論，回答思考題。

實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）四、實訓(xùn)報告29項目小結(jié)本項目介紹了示波測試技術(shù)及應(yīng)用。主要內(nèi)容有：示波測試原理、通用示波器的基本組成、工作原理及其應(yīng)用。電子示波器能夠在熒光屏上顯示電信號的波形，其核心部件是示波管。示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成。電子槍的作用是發(fā)射電子束、對電子束聚焦及加速。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用是決定光點在屏幕上的位置。示波測試的理論基礎(chǔ)是光點在熒光屏上偏轉(zhuǎn)的距離與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓成正比。熒光屏的作用是將電信號變?yōu)楣庑盘栵@示。示波器得到穩(wěn)定波形的條件是，Y偏轉(zhuǎn)板上接入被測信號，X偏轉(zhuǎn)板上接入鋸齒波掃描電壓，并且，掃描電壓的周期等于被測信號周期的整數(shù)倍，即滿足同步關(guān)系。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和校準(zhǔn)信號發(fā)生器。垂直通道包括衰減器、放大器、延遲線及必要的附件如探極等；示波器的水平通道主要由掃描發(fā)生器環(huán)、觸發(fā)電路和X放大器組成。示波器可以用來觀測信號波形，測量電信號電壓、周期、頻率、時間、相位、調(diào)制系數(shù)等物理量。項目小結(jié)本項目介紹了示波測試技術(shù)及應(yīng)用。主要內(nèi)容有：示波測試30思考與練習(xí)1.通用示波器由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？2..示波器Ｙ通道的由哪些電路組成？各有什么作用？3.示波器Ｙ通道內(nèi)為什么既有衰減器又有放大器？4.示波器的Ｘ通道由哪幾部分組成，各部分的作用是什么？5.試說明觸發(fā)電平、觸發(fā)極性調(diào)節(jié)的意義。6．示波器測試時，為什么要求輸入信號用專用探頭接入？7．用示波器測一正弦信號，測量時信號經(jīng)衰減10倍的探極加到示波器Y通道，測得其在熒光屏上的總高度為4.4div，Y軸靈敏度粗調(diào)開關(guān)在50mV/div，問該信號的有效值是多少？8．用示波器觀察一方波信號，靈敏度旋鈕v/div置于0.02mv檔。掃描旋鈕t/div置于20us檔時，測得其高度H=3div，方波寬度W=2div，計算該方波信號的頻率和幅度。9．有兩個周期相同的正弦波信號，在示波器屏幕上顯示其周期為4div，兩信號波形間相位間隔為1div，試計算兩波形的相位差。10．?dāng)?shù)字存儲示波器與模擬示波器相比有何特點？思考與練習(xí)1.通用示波器由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？31項目五電子示波器項目五電子示波器32本項目主要內(nèi)容任務(wù)一示波測試的基本原理動動手動動腦實訓(xùn)項目做一做議一議想一想項目小結(jié)思考與練習(xí)

本項目主要內(nèi)容任務(wù)一示波測試的基本原理動動手動動腦實33示波測試技術(shù)前言能把信號波形顯示出來并能進行測量的技術(shù)稱為示波測試技術(shù)。圖3-1是示波器顯示的一個正弦信號波形圖。利用示波器熒光屏上的刻度及面板上的旋鈕位置，可以方便地測量出該波形的幅度和周期。示波測試技術(shù)就是利用示波管的波形顯示功能，將待測信號加到?jīng)Q定熒光屏垂直方向（Y軸）偏轉(zhuǎn)特性的Y偏轉(zhuǎn)板上，而將其熒光屏上的水平方向（X軸）變換為時間軸，從而得到信號波形的函數(shù)波形。通過X軸和Y軸上的刻度經(jīng)變換得到信號波形的參數(shù)。能完成這種功能的儀器就叫做示波器。

圖3-1示波器顯示的正弦信號波形示波測試技術(shù)前言圖3-1示波器顯示的正弦信號波形34示波測試技術(shù)研究信號隨時間變化的特性稱為時域分析，這時被測信號是一個時間函數(shù)，如圖3-2所示。相應(yīng)地研究信號隨頻率變化的分析稱之為頻域分析。示波器是信號時域分析最典型的儀器，利用示波器，可以對信號波形的特性進行分析，對信號的各項參數(shù)：幅值、周期、頻率及相位等進行測量。本項目圍繞利用示波器對信號波形進行顯示測量這一主題，向大家介紹示波測試技術(shù)的基本方法和原理，并學(xué)習(xí)示波器的典型應(yīng)用。tux圖3-2正弦信號的時域波形示波測試技術(shù)研究信號隨時間變化的特性稱為時域分析，這時被測信35示波測試技術(shù)知識目標(biāo)1.掌握示波測試基本方法和原理2.掌握通用示波器的組成和原理3.了解數(shù)字存儲示波器4.熟練掌握示波測試的基本應(yīng)用技能目標(biāo)1.熟練掌握示波器面板功能及基本操作2.熟練掌握示波器測量信號的幅度、周期、頻率和相位的方法3.熟練掌握調(diào)幅波調(diào)幅系數(shù)測量方法示波測試技術(shù)知識目標(biāo)36任務(wù)一示波測試基本方法和原理任務(wù)目標(biāo)1.掌握示波顯示控制部分及操作要領(lǐng)2.理解陰極射線示波管（CRT）3.理解如何得到清晰穩(wěn)定的信號波形任務(wù)教學(xué)模式任務(wù)一示波測試基本方法和原理任務(wù)目標(biāo)37任務(wù)一示波測試基本方法和原理示波器的最大特征就是將波形顯示出來。那么波形是如何被顯示出來的呢？我們首先來了解一下通用示波器的面板組成。示波器種類、型號很多，功能也不完全相同。不同型號的通用示波器面板布置略有不同（如圖3-3所示），但一般均包括三大部分：示波器顯示控制部分，Y軸系統(tǒng)控制部分和X軸系統(tǒng)控制部分。其中，示波器顯示控制部分完成對波形的顯示、聚集、輝度調(diào)節(jié)等功能，它是示波器的重要組成部分，通過對其結(jié)構(gòu)和功能的學(xué)習(xí)能幫助我們明白波形顯示的原理。

圖3-3幾種示波器面板布置任務(wù)一示波測試基本方法和原理示波器的最大特征就是將波形顯38任務(wù)一示波測試基本方法和原理（1）熒光屏。熒光屏是示波管的顯示部分，屏上水平方向和垂直方向各有多條刻度線，指示出信號波形的電壓和時間之間的關(guān)系。水平方向指示時間，垂直方向指示電壓。水平方向分為10格，垂直方向分為8格，每格又分為5份。根據(jù)被測信號在屏幕上占的格數(shù)乘以適當(dāng)?shù)谋壤?shù)(V／div，TIME／div)能得出電壓值與時間值。（2）電源開關(guān)及指示燈。打開電源,稍等片刻。（3）光跡亮度調(diào)節(jié)，逆時針旋轉(zhuǎn)暗，順時針亮。觀察低頻信號時可小些，高頻信號時大些。一般不應(yīng)太亮，以保護熒光屏。（4）聚焦使光跡和讀數(shù)變得清晰。（5）尋跡，用于判斷光點偏離的方位，按下該鍵，光點回到顯示區(qū)域。（6）光跡旋轉(zhuǎn)使光跡處于水平位置。（7）輸出校準(zhǔn)方波信號（如1KHz、0.5V），用于校準(zhǔn)示波器的時基和垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)。

任務(wù)一示波測試基本方法和原理（1）熒光屏。熒光屏是示波管39任務(wù)一示波測試基本方法和原理知識二陰極射線示波管（CRT）示波器的核心部件是示波管，其外形如圖3-5所示。示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-6。

圖3-5示波管外形33FKA1A2G熒光屏X2X1Y2Y1圖3-6示波管的結(jié)構(gòu)示意圖電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)A3任務(wù)一示波測試基本方法和原理知識二陰極射線示波管（CR40任務(wù)一示波測試基本方法和原理1．電子槍（1）作用：電子槍的作用是產(chǎn)生電子束，對電子束加速和聚焦。（2）組成：電子槍包括燈絲F、陰極K、控制柵級G、第一陽極A1、第二陽極A2及后加速陽極A3。燈絲的作用是加熱陰極，使其發(fā)射電子?？刂茤艠O的作用是控制電子束的電流密度，即電子射線的強度。第一陽極和第二陽極的作用是加速電子同時對電子束聚焦。后加速陽極A3位于熒光屏與偏轉(zhuǎn)板之間，作用是對電子束進一步加速。（3）原理：電子聚焦原理。如圖3-7（a）當(dāng)電子以一定速度穿越加速場時，v1<v2，電子在運動中垂直方向未受力，垂直速度未改變，v1sinθ1=v2sinθ2，θ1>θ2,，電子向中心軸線方向聚攏，總體上呈會聚趨勢。反之，總體上呈發(fā)散趨勢，如圖（b）。v1θ1﹣v2θ2+（a）電子穿越加速場時θ1＞θ2v2θ2﹣（b）電子穿越減速場時θ1＜θ2v1θ1+圖3-7電子穿越不同電場時偏轉(zhuǎn)角度的變化任務(wù)一示波測試基本方法和原理1．電子槍v1θ1﹣v2θ241任務(wù)一示波測試基本方法和原理根據(jù)電子穿越加速場聚攏，穿越減速場發(fā)散的原理不難得到在聚焦系統(tǒng)作用下的電子束形狀。如圖3-8所示。改變控制柵極的電位可進行輝度調(diào)節(jié)，改變A1、A2的電位高低則可進行聚焦調(diào)節(jié)。

A1A2KG輔助聚焦+——圖3-8在聚焦系統(tǒng)作用下的電子束形狀輝度聚焦任務(wù)一示波測試基本方法和原理根據(jù)電子穿越加速42任務(wù)一示波測試基本方法和原理2．偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（1）結(jié)構(gòu)：由兩對互相垂直的平行板構(gòu)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)。（2）原理：光點在熒光屏上偏轉(zhuǎn)的距離與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓成正比，以Y偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)為例，即Y=SyVy，這是用示波管觀測波形的理論依據(jù)。（如圖3-9所示）+Vy－Y+圖3-9偏轉(zhuǎn)板原理示意圖Fv0任務(wù)一示波測試基本方法和原理2．偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)+Vy－Y+圖343任務(wù)一示波測試基本方法和原理垂直偏轉(zhuǎn)板Y1、Y2上所加的電壓使電子束在垂直方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，水平偏轉(zhuǎn)X1、X2的電壓則使電子束在水平方向偏轉(zhuǎn)。比例系數(shù)Sy稱為示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位是cm/V，它表示在單位輸入信號的作用下，光點在垂直方向的偏移距離，它的倒數(shù)Dy=1/Sy稱為示波管的偏轉(zhuǎn)因數(shù)，單位是V/cm、mV/cm或V/div，V/div，這個值越小，示波管越靈敏，觀察微弱信號的能力越強。任務(wù)一示波測試基本方法和原理垂直偏轉(zhuǎn)板Y1、44任務(wù)一示波測試基本方法和原理3．熒光屏熒光屏的作用是在高速電子轟擊下激發(fā)可見光，顯現(xiàn)波形。示波管屏面通常是矩形平面，內(nèi)表面沉積一層磷光材料構(gòu)成熒光膜。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜。高速電子穿過鋁膜，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點。鋁膜具有內(nèi)反射作用，有利于提高亮點的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。當(dāng)電子停止轟擊后，亮點不會立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的10％所經(jīng)過的時間叫做“余輝時間”。余輝時間小于10μs為極短余輝，10μs～1ms為短余輝，1ms～0．1s為中余輝，0．1s～1s為長余輝，大于1s為極長余輝。一般的示波器配備中余輝示波管，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長余輝。由于所用磷光材料不同，熒光屏上能發(fā)出不同顏色的光。一般示波器多采用發(fā)綠光的示波管，以保護人的眼睛。任務(wù)一示波測試基本方法和原理3．熒光屏45任務(wù)一示波測試基本方法和原理知識三如何得到清晰穩(wěn)定的信號波形1．掃描（1）定義：光點在掃描電壓作用下掃動的過程。（2）掃描電壓波形：鋸齒波，表達式：Vx=kt。如圖3-10所示，（a）圖是理想鋸齒波波形；（b）圖是實際鋸齒波波形，其中，Ts：掃描正程時間；Tb：掃描逆程時間或掃描回程時間

tVxtVxTsTb（a）（b）圖3-10鋸齒波波形任務(wù)一示波測試基本方法和原理知識三如何得到清晰穩(wěn)定的信46任務(wù)一示波測試基本方法和原理2．波形顯示原理由上可知，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。分析下面幾種情況：（1）兩偏轉(zhuǎn)板均不加信號，即Vx=Vy=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3-11（a）。（2）Y偏轉(zhuǎn)板：不加電壓；X偏轉(zhuǎn)板：加理想掃描電壓信號Vx=kt。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)的是一條水平線段，如圖3-11（b）。這條水平亮線稱為掃描線。（a）（b）（c）圖3-11X、Y偏轉(zhuǎn)板加或不加信號時顯示情況任務(wù)一示波測試基本方法和原理2．波形顯示原理（a）（b）47任務(wù)一示波測試基本方法和原理（3）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號，如正弦波Vy=Umsinωt；X偏轉(zhuǎn)板：不加電壓。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3-11（c）。tVyTy圖3-12T-x=Ty時顯示波形VxtTx（4）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號，如正弦波Vy=Umsinωt；X偏轉(zhuǎn)板：加理想掃描電壓信號Vx=kt，且Tx=Ty，則熒光屏顯示的是被測信號隨時間變化的穩(wěn)定波形。如圖3-12。tVyTy圖3-12Tx=Ty時顯示波形VxtTx任務(wù)一示波測試基本方法和原理（3）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號，48任務(wù)一示波測試基本方法和原理（5）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號，如正弦波Vy=Umsinωt；X偏轉(zhuǎn)板：加理想掃描電壓信號Vx=kt，且Tx=2Ty，則熒光屏顯示的是被測信號隨時間變化的穩(wěn)定波形。如圖3-13。

tVyTxy圖3-13Tx=2Ty時顯示波形VxtTx=2Ty任務(wù)一示波測試基本方法和原理（5）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信49任務(wù)一示波測試基本方法和原理（6）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號，如正弦波Vy=Umsinωt；X偏轉(zhuǎn)板：加理想掃描電壓信號Vx=kt，且，第一個掃描周期得到波形①，第二個掃描周期得到波形②，第三個掃描周期得到波形③……則熒光屏顯示的是不穩(wěn)定的被測信號波形。如圖3-14。

任務(wù)一示波測試基本方法和原理（6）Y偏轉(zhuǎn)板：加被測信號50任務(wù)一示波測試基本方法和原理結(jié)論：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))，每次掃描的起點都對應(yīng)在被測信號的同一相位點上，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。當(dāng)理想掃描電壓的周期Tx=NTy（N為正整數(shù)）時，波形穩(wěn)定，且顯示n個被測信號波形，稱為“同步”；當(dāng)此關(guān)系不成立時,波形顯示不穩(wěn)定。實際中，常利用被測信號產(chǎn)生一個同步觸發(fā)信號，去控制示波器時基電路中的掃描發(fā)生器，迫使它們同步，或用與被測信號有一定關(guān)系的外加信號去產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。任務(wù)一示波測試基本方法和原理結(jié)論：當(dāng)掃描電壓的周期是被觀51任務(wù)一示波測試基本方法和原理3．掃描回程的增輝實際的掃描電壓中，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?；爻誊壽E的存在影響被測波形的觀測，實際示波器中要將其消隱，即使得正程軌跡亮度增加，回程軌跡黯淡，凸顯正程，如圖3-15所示。任務(wù)一示波測試基本方法和原理3．掃描回程的增輝52任務(wù)一示波測試基本方法和原理4．Ｘ－Ｙ圖示原理由波形顯示原理可知，在示波管里，電子束的偏轉(zhuǎn)方向決定于Ｘ和Ｙ偏轉(zhuǎn)板的偏轉(zhuǎn)電壓Ｖx和Vy，而Ｖx和Vy是相互獨立的，二者共同決定光點在熒光屏上的位置。利用此特點，可以將將示波器看作一個Ｘ－Ｙ圖示儀，當(dāng)將兩個信號分別加在Ｘ和Ｙ偏轉(zhuǎn)板上時，熒光屏上即顯示出兩個信號波形之間的關(guān)系。

任務(wù)一示波測試基本方法和原理4．Ｘ－Ｙ圖示原理53任務(wù)一示波測試基本方法和原理圖3-16表示兩個同頻率的正弦信號分別作用在Ｘ、Ｙ偏轉(zhuǎn)板上時的情況。如果兩信號初相相同，則可在熒光屏上得到一條直線；若Ｘ、Ｙ方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則可得到一條與水平軸呈４５°的直線；如兩信號初相位相差９０°，則可得一正橢圓；若Ｘ、Ｙ方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則得一正圓……通常把兩個偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時顯示的圖形叫李沙育圖形，它常用在相位和頻率測量中。xxy圖3-16頻率相同時的李沙育圖形(a)φ=0°或360°(b)φ=30°或330°(c)φ=90°或270°(d)φ=150°或210°(e)φ=180°yyyyxxxx任務(wù)一示波測試基本方法和原理圖3-16表示兩54任務(wù)一示波測試基本方法和原理議一議1．總結(jié)一下示波器顯示及控制部分有哪些旋鈕和按鍵，功能分別是什么？以應(yīng)內(nèi)部哪個具體電路？2．CRT在生活中的應(yīng)用有哪些？舉例說明。3．什么叫余輝時間，一般的示波器是什么類型的余輝？4．示波器增輝電路如果出現(xiàn)故障，熒光屏上會顯現(xiàn)什么樣的波形？5．一個清晰穩(wěn)定的波形是如何得到的

任務(wù)一示波測試基本方法和原理議一議55實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）一、實訓(xùn)目的通過一些簡單的操作，幫助大家更好地理解示波測試原理和掌握示波器基本操作。二、實訓(xùn)儀器和器材 雙蹤示波器函數(shù)信號源實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）一、實訓(xùn)目的56實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）三、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟訓(xùn)練點一掌握示波器的預(yù)調(diào)1．將示波器的電源接通預(yù)熱后，使示波器的各個控制旋鈕或開關(guān)置于表3-3所示位置。2．適當(dāng)調(diào)節(jié)輝度旋鈕，使熒光屏上出現(xiàn)一條適當(dāng)寬度的水平掃描線。3．反復(fù)調(diào)節(jié)聚焦和輔助聚焦旋鈕，使水平掃描基線又細(xì)又清晰。4．調(diào)節(jié)水平位移和垂直位移使水平基線位于屏幕的中央。5．使掃描速率微調(diào)和Y軸靈敏度微調(diào)處于“校準(zhǔn)”位置。實訓(xùn)項目一示波原理測試基本操作訓(xùn)練（一）三、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟57實訓(xùn)項目一示波