1、第7章 信號波形測量,7.1 概述 7.2 CRT顯示原理 7.3 通用示波器 7.4 取樣示波器 7.5 波形存儲及顯示技術 7.6 示波器的基本測試技術,7.1 概述,7.1.1 示波器的分類 根據示波器對信號的處理方式的不同可分為模擬、數(shù)字兩大類： 1 模擬示波器 采用模擬方式對時間信號進行處理和顯示。 2 數(shù)字示波器 對信號進行數(shù)字化處理后再顯示。,1 模擬示波器,模擬示波器可分為通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶示波器和專用示波器等。 通用示波器采用單束示波管，又可分為單蹤、雙蹤、多蹤示波器。 多束示波器采用多束示波管，熒光屏上顯示的每個波形都由單獨的電子束掃描產生。 取樣示波

2、器可以用較低頻率的示波器測量高頻信號。 記憶示波器采用有記憶功能的示波管，實現(xiàn)模擬信號的存儲、記憶和反復顯示。 專用示波器是能夠滿足特殊用途的示波器，又稱特種示波器。,2 數(shù)字示波器,數(shù)字示波器將輸入信號數(shù)字化（時域取樣和幅度量化）后，經由D/A轉換器再重建波形。 數(shù)字示波器具有記憶、存貯被觀察信號功能，又稱為數(shù)字存貯示波器。,7.1.2 主要技術指標,1頻帶寬度BW和上升時間tr 示波器的頻帶寬度BW一般指Y通道的頻帶寬度。 上升時間tr是一個與頻帶寬度BW相關的參數(shù)，表示由于示波器Y通道的頻帶寬度的限制，反映了示波器Y通道跟隨輸入信號快速變化的能力。 頻帶寬度BW與上升時間tr的關系可近似

3、表示為,7.1.2 主要技術指標,2掃描速度 掃描速度是指熒光屏上單位時間內光點水平移動的距離，單位為“cm/s”。 熒光屏上通常用間隔1cm的坐標線作為刻度線，因此掃描速度的單位也可表示為“div/s”。 掃描速度的倒數(shù)稱為“時基因數(shù)”，它表示單位距離代表的時間，單位為“t/cm”或“t/div”，時間t可為s、ms或s，在示波器的面板上，通常按“1、2、5”的順序分成很多檔。,7.1.2 主要技術指標,3偏轉因數(shù) 偏轉因數(shù)指在輸入信號作用下，光點在熒光屏上的垂直（Y）方向移動1cm（即1格）所需的電壓值，單位為“V/cm”、“mV/cm”（或“V/div”、“mV/div”）。 偏轉因數(shù)表

4、示了示波器Y通道的放大/衰減能力。 偏轉因數(shù)的倒數(shù)稱為“（偏轉）靈敏度”。,7.1.2 主要技術指標,4輸入阻抗 當被測信號接入示波器時，輸入阻抗Zi形成被測信號的等效負載。 5輸入方式 即輸入耦合方式，一般有直流（DC）、交流（AC）和接地（GND）三種，可通過示波器面板選擇。 6觸發(fā)源選擇方式 觸發(fā)源是指用于提供產生掃描電壓的同步信號來源，一般有內觸發(fā)（INT）、外觸發(fā)（EXT）、電源觸發(fā)（LINE）三種。,7.2 CRT顯示原理,7.2.1 CRT CRT主要由電子槍、偏轉系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，基本結構如下圖所示。,1 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，它由燈絲F、

5、陰極K、柵極G1和G2和陽極A1、A2組成。 通過調節(jié)G1對K的負電位可控制電子束的強弱，從而調節(jié)光點的亮度，即進行“輝度”控制。 調節(jié)A1的電位器稱為“聚焦”旋鈕，通過對它進行調節(jié)可調節(jié)G2與A1和A1與A2之間的電位；調節(jié)A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦”。,電子束聚焦的原理是，電子從陰極K發(fā)射，經G1、G2、A1、A2聚焦和加速后進入偏轉系統(tǒng)。,2 偏轉系統(tǒng),示波管的偏轉系統(tǒng)由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為垂直偏轉板和水平偏轉板 。 當有外加電壓作用時，偏轉板之間形成電場；在偏轉電場作用下，電子束打向由X、Y偏轉板共同決定的熒光屏上的某個坐標位置。 為了示波器有較高的測量靈敏度，Y偏

6、轉板置于靠近電子槍的部位，而X偏轉板在Y的右邊。,2 偏轉系統(tǒng),電子束在偏轉電場作用下的偏轉距離與外加偏轉電壓成正比： 示波管的Y軸偏轉靈敏度（單位為cm/V）： 其倒數(shù)為示波管的Y軸偏轉因數(shù)。偏轉靈敏度越大，示波管越靈敏。 為提高Y軸偏轉靈敏度，可在偏轉板至熒光屏之間加一個后加速陽極A3。,l為偏轉板的長度；S為偏轉板中心到屏幕中心的距離；b為偏轉板間距；Va為陽極A2上的電壓。,3 熒光屏,熒光屏將電信號變?yōu)楣庑盘?，是示波管的波形顯示部分。 在使用示波器時，應避免電子束長時間的停留在熒光屏的一個位置，否則將使熒光屏受損。因此在示波器開啟后不使用的時間內，可將“輝度”調暗。 當電子束停止轟擊

7、熒光屏時，光點仍能保持一定的時間，這種現(xiàn)象稱為“余輝效應”。,7.2.2 波形顯示的基本原理,1顯示隨時間變化的圖形 （1）Ux、Uy為固定電壓時，有下面四種情況：,光點出現(xiàn)在熒光屏的中心位置。,光點僅在垂直方向偏移 ：Uy為正電壓時，光點從熒光屏的中心往垂直方向上移；Uy為負電壓時，光點從熒光屏的中心往垂直方向下移。,7.2.2 波形顯示的基本原理,1顯示隨時間變化的圖形（續(xù)）,光點僅在水平方向偏移 ：Ux為正電壓時，光點從熒光屏的中心往水平方向右移；Ux為負電壓時，光點從熒光屏的中心往水平方向左移。,當兩對偏轉板上同時加固定的正電壓時，光點位置應為兩電壓的矢量合成。,7.2.2 波形顯示的

8、基本原理,1顯示隨時間變化的圖形（續(xù)） （2）X、Y偏轉板上分別加變化電壓，有下面兩種情況：,僅在垂直偏轉板的兩板間加正弦變化的電壓，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。,7.2.2 波形顯示的基本原理,1顯示隨時間變化的圖形（續(xù)）,僅在水平偏轉板的兩板間加鋸齒電壓，則光點只在熒光屏的水平方向來回移動，出現(xiàn)一條水平線段。,7.2.2 波形顯示的基本原理,1顯示隨時間變化的圖形（續(xù)） （3）Y偏轉板加 正弦波信號電壓， X偏轉板加鋸齒波 電壓，熒光屏上 將顯示出被測信 號隨時間變化的 一個周期的波 形曲線。,7.2.2 波形顯示的基本原理,2顯示任意兩個變量之間的關系 示波器兩

9、個偏轉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。,若兩信號的初相相同，且在X、Y方向的偏轉距離相同，在熒光屏上畫出一條與水平軸呈45度角的直線。,7.2.2 波形顯示的基本原理,2顯示任意兩個變量之間的關系（續(xù)）,若兩信號的初相相差90度，且在X、Y方向的偏轉距離相同，在熒光屏上畫出的圖形為圓。,7.2.2 波形顯示的基本原理,3掃描的概念 光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為“掃描”，能實現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點自左向右的連續(xù)掃動稱為“掃描正程”，自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點的過程稱為“掃描逆程”。,7.2.2 波形顯示

10、的基本原理,4同步的概念 （1）Tx=nTy(n為正整數(shù))：熒光屏上將穩(wěn)定顯示n個周期的被測信號波形。,n=2,如果掃描電壓周期Tx與被測電壓周期Ty保持Tx=nTy的關系，則稱掃描電壓與被測電壓“同步”。,7.2.2 波形顯示的基本原理,4同步的概念（續(xù)） （2）TxnTy(n為正 整數(shù))，即不滿足同 步關系時，顯示的 波形不穩(wěn)定。,7.2.2 波形顯示的基本原理,5連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描 掃描電壓是連續(xù)的方式稱為連續(xù)掃描。 當欲觀測脈沖信號，尤其是占空比很小的脈沖時，采用連續(xù)掃描存在一些問題：選擇掃描周期等于脈沖重復周期時，難以看清脈沖波形的細節(jié)。,7.2.2 波形顯示的基本原理,5連續(xù)掃描和

11、觸發(fā)掃描（續(xù)） 選擇掃描周期等于脈沖底寬時，觀測者不易觀察波形，而且掃描的同步很難實現(xiàn)。,7.2.2 波形顯示的基本原理,5連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描（續(xù)） 觸發(fā)掃描時，使掃描脈沖只在被測脈沖到來時才掃描一次；沒有被測脈沖時，掃描發(fā)生器處于等待工作狀態(tài)。,7.2.2 波形顯示的基本原理,6掃描過程的增輝 為了使回掃產生的 波形不在熒光屏上顯示， 可以設法在掃描正程 期間，給示波器增輝。,若不增輝將產生如圖的回掃線,7.3 通用示波器,7.3.1 通用示波器的組成,7.3 通用示波器,7.3.2 通用示波器的垂直通道 1輸入電路：包括衰減器和輸入選擇開關。 （1）衰減器,最佳補償條件 ：,過補償 ：,欠

12、補償：,改變分壓比的開關為示波器的垂直靈敏度粗調開關，在面板上用“V/cm”標記。,7.3 通用示波器,（2）輸入耦合方式 輸入耦合方式設有AC、GND、DC三檔選擇開關。 觀察交流信號時，置“AC”檔。 確定零電壓時，置“GND”檔。 觀測頻率很低的信號或帶有直流分量的交流信號 時，置“DC”檔。,7.3.2 通用示波器的垂直通道,2前置放大器 前置放大器將信號適當放大，從中取出內觸發(fā)信號，并具有靈敏度微調、校正、Y軸移位、極性反轉等控制作用。 Y前置放大器大都采用差分放大電路，輸出一對平衡的交流電壓。若在差分電路的輸入端輸入不同的直流電位，相應的Y偏轉板上的直流電位和波形在Y方向的位置也會改變。 可通過調節(jié)“Y軸位移”旋鈕，調節(jié)直流電位以改變被測波形在屏幕上的位置。,7.3.2 通用示波器的垂直通道,3延遲線 觸發(fā)掃描時，掃描的開始時間總是滯后于被觀測脈沖一段時間，這樣，脈沖的上升過程就無法被完整地顯示出來。,左圖為沒有延遲線時屏幕上顯示的脈沖。,7.3.2 通用示波器的垂直通道,3延遲線（續(xù)） 延遲線的作用就是把加到垂直偏轉板上的脈沖信號延遲一段時間，以保證在屏幕上掃描出包括上升時間在內的脈沖全過程。,7.3.2 通用示波器的