示波測(cè)試和測(cè)量技術(shù)第一頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日目錄第1章緒論第2章誤差分析和測(cè)量數(shù)據(jù)處理第3章常用電子測(cè)量?jī)x器第4章示波測(cè)試和測(cè)量技術(shù)第5章電路元器件參數(shù)的測(cè)量第6章電子電路參數(shù)的測(cè)量第7章頻域測(cè)量第8章數(shù)據(jù)域測(cè)量第9章自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

第二頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日第4章示波測(cè)試和測(cè)量技術(shù)本章要點(diǎn)4.1示波測(cè)試的基本原理4.1.1陰極射線示波管4.1.2波形顯示的基本原理4.2模擬示波技術(shù)4.2.1模擬示波器的技術(shù)性能指標(biāo)和組成4.2.2模擬示波器的垂直系統(tǒng)4.2.3模擬示波器的水平系統(tǒng)4.2.4示波器的多波形顯示

第三頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.3數(shù)字存儲(chǔ)示波技術(shù)4.3.1數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成和基本功能4.3.2信號(hào)采樣原理4.3.3波形顯示技術(shù)4.3.4技術(shù)性能指標(biāo)4.4示波器的基本測(cè)量技術(shù)4.4.1電壓的測(cè)量4.4.2時(shí)間的測(cè)量

第四頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.4.3周期和頻率的測(cè)量4.4.4相位差的測(cè)量4.4.5調(diào)幅度的測(cè)量4.5示波器的選擇和使用4.5.1示波器選擇4.5.2模擬示波器的使用4.5.3數(shù)字存儲(chǔ)示波器的使用4.6實(shí)訓(xùn)4.7習(xí)題

第五頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日本章要點(diǎn)示波器的概念、測(cè)量功能示波測(cè)試的基本原理模擬示波器的組成及工作原理數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理示波器的基本測(cè)量技術(shù)示波器的選擇和使用第六頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)目前示波器的性能和結(jié)構(gòu)，一般可將示波器分為：1．模擬示波器通用示波器多束示波器取樣示波器2．?dāng)?shù)字示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字熒光示波器3．混合示波器第4章示波測(cè)試和測(cè)量技術(shù)第七頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.1示波測(cè)試的基本原理

陰極射線示波管示波管包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三大部分。如圖4-1所示。1.電子槍電子束的聚焦第三陽(yáng)極A3的作用2.偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)3.熒光屏第八頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日

4.2模擬示波技術(shù)模擬示波器中最常用的是通用示波器，以下均以通用示波器介紹模擬示波技術(shù)。4.1.2波形顯示的基本原理示波器顯示波形，基本上有兩種類(lèi)型：1.時(shí)域波形顯示原理2.X－Y顯示原理第九頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.2.1模擬示波器的技術(shù)性能指標(biāo)和組成1.主要技術(shù)性能掃描時(shí)間因數(shù)觸發(fā)性能垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)頻帶寬度（頻域響應(yīng)）

瞬態(tài)響應(yīng)（時(shí)域響應(yīng)）2．通用示波器的組成通用示波器一般包括如圖4-10（a）所示幾個(gè)部分：垂直系統(tǒng)（Y通道）水平系統(tǒng)（X通道）主機(jī)系統(tǒng)（Z通道）工作過(guò)程如圖4-10（b）所示第十頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.2.2模擬示波器的垂直系統(tǒng)垂直系統(tǒng)又稱垂直通路或Y通道，它是被測(cè)信號(hào)的通道。垂直系統(tǒng)的基本組成：如圖4-11所示輸入電路前置放大器延遲線后置放大器內(nèi)觸發(fā)放大器4.2.3模擬示波器的水平系統(tǒng)組成包括三個(gè)部分：如圖4-14所示觸發(fā)電路時(shí)基發(fā)生器電路（掃描發(fā)生器電路）水平放大器第十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日觸發(fā)電路觸發(fā)源選擇①內(nèi)觸發(fā)（INT）②外觸發(fā)（LINE）③電源觸發(fā)觸發(fā)耦合方式圖4-15

①“DC”直流耦合②“AC”交流耦合③“AC”（H）觸發(fā)方式（TRIGMODE）選擇①常態(tài)觸發(fā)方式（NORM）圖4-16

②自動(dòng)觸發(fā)方式（AUTO）③電視觸發(fā)方式（TV）觸發(fā)整形電路

第十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日時(shí)基發(fā)生器電路（掃描發(fā)生器電路）——在觸發(fā)脈沖的作用下產(chǎn)生周期性鋸齒波電壓，經(jīng)水平放大器放大后，送至水平偏轉(zhuǎn)板，控制電子束在屏幕上由左向右的水平掃描，這種掃描稱為線性時(shí)基掃描。由掃描閘門(mén)、掃描電壓產(chǎn)生電路、比較和釋抑電路組成，如圖4-17（a）所示。時(shí)基發(fā)生器電路的一般工作過(guò)程4-17（b）。掃描閘門(mén)圖4-18掃描鋸齒波產(chǎn)生電路圖4-19比較電路和釋抑電路圖4-20掃描方式分類(lèi)①連續(xù)掃描圖4-21②觸發(fā)掃描圖4-22第十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.2.4示波器的多波形顯示熒光屏上同時(shí)顯示幾個(gè)波形的顯示稱為多波形顯示。常見(jiàn)的方法有：多線顯示（雙線）

如圖4-23所示

多蹤顯示雙蹤示波器顯示方式：如圖4-24所示交替顯示斷續(xù)顯示圖4-25雙掃描顯示如圖4-26所示第十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.3數(shù)字存儲(chǔ)示波技術(shù)

4.3.1數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成和基本功能1．?dāng)?shù)字存貯示波器的組成如圖4-27所示

2．?dāng)?shù)字存貯示波器的功能可長(zhǎng)期存貯波形既能觀測(cè)觸發(fā)后的信息，也能捕捉觸發(fā)前的信號(hào)?？捎^測(cè)單次過(guò)程和突發(fā)事件具有多種顯示方式能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理具有多種方式輸出可進(jìn)行功能擴(kuò)展第十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.3.2信號(hào)采樣原理1．采樣方式如圖4-28所示實(shí)時(shí)采樣

等效時(shí)間采樣序列式采樣隨機(jī)采樣2．采樣速率4.3.3波形顯示技術(shù)1．點(diǎn)顯示技術(shù)2．點(diǎn)插入技術(shù)向量式顯示（線性插入）正弦插入改進(jìn)型正弦插入SinX/X插入

所記錄波形的長(zhǎng)度采樣速率r＝—————————時(shí)基單位×掃描長(zhǎng)度第十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.3.4技術(shù)性能指標(biāo)有用存貯帶寬:表示數(shù)字存貯示波器捕捉信號(hào)的能力有用上升時(shí)間垂直精度和有效位量化誤差Er為預(yù)期量化誤差Erc

損失的位數(shù)LBLB=log2(Er/Erc)

有效位數(shù)EBEB=DB-LB式中：DB——數(shù)字化器件的位數(shù)。第十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.4示波器的基本測(cè)量技術(shù)

4.4.1電壓的測(cè)量1．直流電壓測(cè)量2．正弦電壓測(cè)量圖4-29不含直流分量的正弦電壓測(cè)量含有直流分量的正弦電壓測(cè)量3．參考電平的設(shè)定時(shí)間的測(cè)量1．時(shí)間測(cè)量的原理被測(cè)時(shí)間間隔：Δｔ=LDx/水平擴(kuò)展倍數(shù)式中Δｔ——時(shí)間間隔（s）

L——兩點(diǎn)之間水平距離div）

Dx——掃描時(shí)間因數(shù)（s／div）。2．兩個(gè)脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔的測(cè)量圖4-30第十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.4.3周期和頻率的測(cè)量直接測(cè)量法李沙育圖形法如圖4-31所示4.4.4相位差的測(cè)量測(cè)量原理雙蹤示波法圖4-32

橢圓法圖4-33

圖4-344.4.5調(diào)幅度的測(cè)量如圖4-35所示第十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.5示波器的選擇和使用

4.5.1示波器選擇1.模擬示波器頻帶寬度和上升時(shí)間垂直靈敏度（垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)）掃描速度2.數(shù)字示波器帶寬采樣速率采樣速率與t/div的關(guān)系fs＝N／（t/div）數(shù)字示波器的上升時(shí)間存儲(chǔ)器深度第二十頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.5.2模擬示波器的使用1.使用時(shí)注意事項(xiàng)2.YB4320雙蹤四跡示波器主要技術(shù)性能

YB4320示波器的外觀和前面板示意圖圖4-38YB4320示波器的基本操作說(shuō)明測(cè)量前的準(zhǔn)備工作信號(hào)測(cè)量的步驟輸出信號(hào)第二十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.5.3數(shù)字存儲(chǔ)示波器的使用以DS3012B數(shù)字存貯示波器為例1．DS3012B技術(shù)指標(biāo)表4-32．DS3012B的使用

DS3012B的面板結(jié)構(gòu)圖4-39DS3012B的顯示界面圖4-40DS3012B數(shù)字存貯示波器的設(shè)置3．DS3012B的應(yīng)用實(shí)例第二十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.6實(shí)訓(xùn)

4.6.1示波器的一般應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器三、預(yù)習(xí)要求四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟示波器的校準(zhǔn)直流電壓的測(cè)量正弦波電壓幅度、周期的測(cè)量五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求六.思考題第二十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.6.2示波器的特殊應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器三、預(yù)習(xí)要求四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟李沙育圖形測(cè)量頻率直接測(cè)量調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù)梯形法測(cè)量調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù)五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求六.思考題第二十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.6.3各種交流電壓的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)儀器三、預(yù)習(xí)要求四、交流電壓表征概要五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟交流信號(hào)頻率的測(cè)量交流信號(hào)電壓的測(cè)量六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求七、思考題第二十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4.7習(xí)題1敘述示波器顯示時(shí)域波形的原理。2示波器的基本結(jié)構(gòu)由哪三部分組成？各部分的主要作用是什么？3延遲線的作用是什么？?jī)?nèi)觸發(fā)信號(hào)可否在延遲線以后的電路引出？4時(shí)基發(fā)生器由幾部分組成？試簡(jiǎn)述其工作過(guò)程。5什么是“交替”顯示和“斷續(xù)”顯示？各用在何場(chǎng)合？第二十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日6當(dāng)示波器X、Y偏轉(zhuǎn)板上加以下電壓時(shí)，用作圖法繪出熒光屏顯示的圖形。(1)ux=Asinωt

uy=k(t-nT)NZ，(2)ux=Asinωt

uy=Asinωt(3)ux=Asinωt

uy=Acosωt(4)ux=Asinωt

uy=Asin2ωt

7在X、Y兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上加上圖4-54所示電壓，用作圖法繪出屏幕上顯示的波形。8使用帶寬為100MHz的示波器測(cè)量脈沖的上升邊，讀得其值為15.6ns，已知測(cè)量誤差為+30%，問(wèn)脈沖的實(shí)際上升時(shí)間為多少？第二十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日9有一個(gè)正弦信號(hào)，使用垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)為10mV/div的示波器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)信號(hào)經(jīng)10:1衰減探頭加到示波器。測(cè)得在熒光屏上的高度為7.0707div（峰－峰值），問(wèn)該信號(hào)的有效值為多少？10已知示波器的Y偏轉(zhuǎn)因數(shù)為0.5V/div，熒光屏有效寬度為10div，掃描時(shí)間因數(shù)為0.1ms/div。顯示的波形如題圖4-55。求被測(cè)信號(hào)的頻率和周期為多少？振幅Um=？有效值U=？第二十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日11若示波器的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)為10mV/div，掃描時(shí)間因數(shù)為1ms/div，繪出下述的波形。（1）有效值為10mV、頻率為500Hz的正弦信號(hào)。（2）峰－峰值為40mV、頻率為200Hz的方波信號(hào)。12被測(cè)信號(hào)uy和掃描鋸齒波ux的波形如題圖4-56，若示波器的消隱電路失常，將顯示何波形？第二十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日13用示波器觀測(cè)波形時(shí)，要達(dá)到如下要求，應(yīng)調(diào)節(jié)哪些旋鈕？①波形清晰；②亮度適中；③波形穩(wěn)定；④移動(dòng)波形位置；⑤改變波形個(gè)數(shù)；⑥改變波形的高度。14一臺(tái)示波器的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)在2mV/div擋，對(duì)它擴(kuò)展“×5”后，該擋的實(shí)際偏轉(zhuǎn)因數(shù)為多少？第三十頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日15現(xiàn)有三種示波器，測(cè)量上升時(shí)間tr為80ns的脈沖波形，選用哪一種好？為什么？（1）SBT5同步示波器fH=10MHz，

tr≤40ns。（2）SR－8雙蹤示波器fH=15MHz，tr≤24ns。16采用通用示波器測(cè)量矩形脈沖的上升沿。已知示波器的上升時(shí)間為15ns，測(cè)量該脈沖時(shí)讀數(shù)為50ns，問(wèn)矩形脈沖的實(shí)際上升沿為多寬？觀察這種矩形脈沖時(shí)，示波器性能可否滿足要求？第三十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日17根據(jù)橢圓法測(cè)量相位差的原理，試用作圖法畫(huà)出相位差為和時(shí)的圖形。說(shuō)明該圖形為什么是一條直線？18用雙蹤示波法測(cè)量相位差，顯示圖形如圖4-57所示，求相位差Δφ=？19已知調(diào)幅波的瞬時(shí)波形如圖4-58，求調(diào)幅系數(shù)m=？

第三十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4.1示波管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

第三十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-2電子槍內(nèi)部的等電位線分布圖圖4-3電子聚焦過(guò)程

第三十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-4電子在偏轉(zhuǎn)板內(nèi)的運(yùn)動(dòng)

電子偏轉(zhuǎn)的距離D示波管的偏轉(zhuǎn)因數(shù)S（單位：V/cm或V/div）第三十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-5波形顯示原理

圖4-6掃描電壓與被測(cè)電壓不同步

電子束在屏幕上運(yùn)動(dòng)的軌跡則由下列方程組決定：

（k,T為常數(shù)，n=0,1,…）第三十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-7兩個(gè)同頻率信號(hào)構(gòu)成的李沙育圖形第三十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-9瞬態(tài)響應(yīng)的表示方法圖4-8帶寬的表示方法圖第三十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-10通用示波器總方框圖及其工作過(guò)程第三十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-11垂直系統(tǒng)的基本組成

圖4-14水平系統(tǒng)總方框圖第四十頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日輸入電路

探頭輸入耦合方式DCAC⊥（GND）步進(jìn)衰減器阻抗轉(zhuǎn)換器圖4-12

圖4-13耦合電路和衰減器

第四十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-15觸發(fā)耦合方式

圖4-16觸發(fā)極性和觸發(fā)電平不同對(duì)波形顯示的影響

第四十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-17時(shí)基發(fā)生器的組成及工作波形第四十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-18用施密特電路構(gòu)成的時(shí)基閘門(mén)電路第四十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-19密勒掃描電路原理

圖4-20比較電路和釋抑電路

第四十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-21連續(xù)掃描的波形顯示

圖4-22脈沖信號(hào)的連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描顯示

第四十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-23雙線示波器的基本組成原理框圖

第四十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日

圖4-24雙蹤示波器的基本組成

圖4-25雙蹤顯示方式

第四十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-26AB交替掃描方式第四十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-27數(shù)字存貯示波器的組成第五十頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-28采樣方式第五十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-29正弦電壓測(cè)量

圖4-30時(shí)間的測(cè)量第五十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-31李沙育圖形第五十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-32雙蹤示波法測(cè)量相位差圖4-33橢圓法測(cè)量相位差

第五十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-34不同的相位差Δφ的李沙育圖形

第五十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-35調(diào)幅波測(cè)量第五十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4-38YB4320示波器第五十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日采樣采樣方式實(shí)時(shí)采樣等效采樣采樣率100MS/s10GSa/s平均值所有通道同時(shí)達(dá)到N次采樣后，N次數(shù)可在2、4、8、16、32、64和128之間選擇輸入輸入耦合直流、交流或接地（AC、DC、GND）輸入阻抗1MΩ士2%，與15pF士3pF并聯(lián)探頭衰減系數(shù)設(shè)定