大專電測(cè)第3章電子示波器3、3電子示波器電路構(gòu)成及原理PPT課件

1、1,電子測(cè)量技術(shù)與儀器主編 張大彪電子工業(yè)出版社,主講 黎明 班級(jí) 12應(yīng)電班 地點(diǎn) B402教室 潮汕學(xué)院數(shù)字設(shè)計(jì)系 2013年11月8日,2,同學(xué)們： 通過(guò)第3章電子示波器、第一節(jié)概述和第二節(jié)示波管及波形顯示原理的學(xué)習(xí)，我們知道了電子示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見的電信號(hào)變換成看得見的圖象，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。在被測(cè)信號(hào)的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，還可以用它

2、測(cè)試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等,3,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構(gòu)成及原理,復(fù)習(xí)提問(wèn)： 1、示波器的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？各表示什么意義？ 2、請(qǐng)解釋以下專業(yè)術(shù)語(yǔ)： （1）掃描 （2）掃描電壓 （3）掃描行程 （4）掃描回程,4,3.3.1 電子示波器的組成 通用雙蹤示波器由垂直系統(tǒng)、水平系統(tǒng)、校準(zhǔn)信號(hào)及電源組成。如圖3.10所示。垂直系統(tǒng)由衰減器、前置放大、門電路、電子開關(guān)及混合放大、延遲線、輸出放大等電路組成。水平系統(tǒng)由觸發(fā)電路、時(shí)基發(fā)生器、X軸輸出放大三部分組成,3.3 電子示波器電路構(gòu)成及原理,5,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構(gòu)成及原理,3

3、.3.1 電子示波器的組成及主要技術(shù)指標(biāo),6,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構(gòu)成及原理,通用示波器的主要技術(shù)性能： 1、頻率響應(yīng)（頻帶寬度）指上限頻率 f H和下限頻率f L之差，由于示波器能測(cè)量直流，所以頻帶寬度就是上限頻率f H。 2、時(shí)域響應(yīng)（瞬態(tài)響應(yīng)）指Y通道在輸入方波脈沖情況下的過(guò)渡特性。常用參數(shù)上升時(shí)間t r 表示。 Y通道的頻帶寬度f(wàn) H和上升時(shí)間t r 有確定的內(nèi)在關(guān)系，可用下式表示： fH t r =035（ SMHZ） 可見、帶寬越大，上升時(shí)間越短,7,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構(gòu)成及原理,3、 Y通道偏轉(zhuǎn)靈敏度 指輸入信號(hào)在無(wú)衰減的情況下，亮點(diǎn)在屏幕上

4、偏轉(zhuǎn)1格（或1厚米）所需信號(hào)的峰-峰值。 單位為V/CM 4、輸入阻抗 指Y通道輸入阻抗，它包括輸入電阻和輸入電容，輸入電阻越大越好，輸入電容越小越好。 通用示波器的輸入電阻在1M 左右，輸入電容約為幾十PF 。 5、掃描速度（時(shí)基因數(shù)） 亮點(diǎn)在X方向移動(dòng)1格（或1厚米）所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。單位為 t /CM 。時(shí)基因數(shù)越小（掃描速度越高），即展開高頻信號(hào)或窄脈沖信號(hào)的能力越強(qiáng),8,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構(gòu)成及原理,3.3.2 垂直通道（垂直系統(tǒng),9,3.3.2 垂直通道 示波器的垂直通道通常包括輸入衰減器、前置放大器、門電路與電子開關(guān)、延遲線、輸出放大器等部分。 1輸入衰減器 因?yàn)?/p>

5、示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度是基本固定的，為擴(kuò)大可觀測(cè)信號(hào)的幅度范圍，通道要設(shè)置了衰減器，它可使示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度y可在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。對(duì)衰減器的要求是輸入阻抗高，同時(shí)在示波器的整個(gè)通頻帶內(nèi)衰減的分壓比均勻不變。要達(dá)到這個(gè)要求，僅用簡(jiǎn)單的電阻分壓是達(dá)不到目的的。因?yàn)樵谙乱患?jí)的輸入及引線都存在分布電容，這個(gè)分布電容的存在，對(duì)于被測(cè)信號(hào)高頻分量有嚴(yán)重的衰減，造成信號(hào)的高頻分量的失真(脈沖上升時(shí)間變慢)。為此，必須采用圖3.11a所示的阻容補(bǔ)償分壓器,10,圖中R1、R2為分壓電阻(R2包括下一級(jí)的輸入電阻)，C2為下一級(jí)的輸入電容和分布電容，C1為補(bǔ)償電容。衰減器的衰減量為R1C1的并聯(lián)阻抗1與22的并聯(lián)阻

6、抗2的分壓比。其中,3.3,3.4,11,調(diào)節(jié)C1，當(dāng)滿足R1C1=R2C2 時(shí)，1、Z2表達(dá)式中分母相同，則衰減器的分壓比為,3.5,此時(shí)，分壓比在整個(gè)通頻帶內(nèi)是均勻的，與頻率無(wú)關(guān)。 通常用一個(gè)波段開關(guān)換接不同的R2C2來(lái)改變衰減量。 在面板上，直接標(biāo)注與各檔衰減量對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)靈敏度， 單位為V/cm，例如，SS-5702示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度 在5mv/cm10v/cm范圍內(nèi)分11檔可調(diào),12,用示波器測(cè)量信號(hào)時(shí)，通常使用同軸電纜做成的探頭作為輸入引線，探頭內(nèi)設(shè)計(jì)為可調(diào)電容C(5l0pF)和電阻并聯(lián)形式，再與示波器輸入電容、輸入電阻組成補(bǔ)償式分壓器（圖3.11b）。調(diào)整可調(diào)電容，可實(shí)現(xiàn)最佳補(bǔ)

7、償，圖3.11c為最佳補(bǔ)償波形，3.11d為過(guò)補(bǔ)償波形，3.11e為欠補(bǔ)償波形,13,2延遲線 在觸發(fā)掃描狀態(tài)，只有當(dāng)被觀察的信號(hào)到來(lái)時(shí)掃描發(fā)生器才工作，也就是說(shuō)開始掃描需要一定的電平，因此掃描開始時(shí)間總是滯后于被測(cè)脈沖起點(diǎn)，如圖3.12所示。其結(jié)果，脈沖信號(hào)的上升過(guò)程就無(wú)法完整地顯示出來(lái)。延遲線的作用就是把加到垂直偏轉(zhuǎn)板的脈沖信號(hào)也延遲一段時(shí)間，使信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間滯后于掃描開始時(shí)間，這樣就能夠保證在屏幕上可以觀察到包括上升時(shí)間在內(nèi)的脈沖全過(guò)程,14,第三章 電子示波器33 電子示波器電路構(gòu)成及原理,15,對(duì)延遲線的要求是，它只起延遲時(shí)間的作用，而脈沖通過(guò)它時(shí)不能產(chǎn)生失真。目前延遲線有分布參數(shù)和

8、集中參數(shù)兩種，前者可采用螺旋平衡式延遲電纜，例如10型示波器就采用這種形式；后者由多節(jié)延遲網(wǎng)絡(luò)組成，例如7型示波器中就采用這種集中參數(shù)的延遲線。延遲線的延遲時(shí)間通常在50200ns之間,16,3放大器 被測(cè)信號(hào)經(jīng)探頭檢測(cè)引入示波器后，微弱的信號(hào)必須通過(guò)放大器放大后加到示波器的垂直偏轉(zhuǎn)板，使電子束有足夠大的偏轉(zhuǎn)能量。Y放大器具有以下特點(diǎn)： （1）Y放大器具有穩(wěn)定的放大倍數(shù)，而且在校準(zhǔn)狀態(tài)是一個(gè)確定值。當(dāng)示波管靈敏度(SV)及示波器靈敏度(S)一定的情況下，Y放大器的放大倍數(shù)K 可由下式計(jì)算： K= SV /S （3.3.4） 如采用SV=20V的示波管，示波器靈敏度S=20mV時(shí)，Y通道放大倍數(shù)

9、K=1000倍,17,2）Y放大器應(yīng)具有足夠的帶寬。放大器的低頻截止頻率受耦合電容或射極旁路電容的限制，必須加大這些電容以降低低頻截止頻率或采用直接耦合(直流放大器)。高頻截止頻率受兩個(gè)因素限制，其一是晶體管放大倍數(shù)隨頻率升高而下降，其二是晶體管輸出端分布電容C0(集電結(jié)電容和引線分布電容之和)及負(fù)載電容CL對(duì)高頻的分流使高頻增益下降。為此，要設(shè)計(jì)優(yōu)良的高低頻補(bǔ)償電路。 （3）具有較大的輸入電阻和較小的輸入電容，大多數(shù)示波器的輸入電阻在lM左右，輸入電容約為幾十pF,18,4）放大器的輸出級(jí)常采用差分電路，以使加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓能夠?qū)ΨQ，差分電路還有利于提高共模抑制比，若在差分電路的輸入端設(shè)置

10、不同的直流電位，差分輸出電路的兩個(gè)輸出端直流電位亦會(huì)改變，進(jìn)而影響偏轉(zhuǎn)板上的相對(duì)直流電位和波形在方向的位置。這種調(diào)節(jié)直流電位的旋鈕稱為“軸位移”旋鈕。 （5）放大器通常設(shè)置“倍率”開關(guān)，通過(guò)改變負(fù)反饋，使放大器的放大倍數(shù)擴(kuò)大5倍或10倍，以利于觀測(cè)微弱信號(hào)或看清波形某個(gè)局部的細(xì)節(jié)。 （6）設(shè)置增益調(diào)整旋鈕，可使放大器增益連續(xù)改變，此旋鈕右旋到極限位置時(shí)，示波器靈敏度為“校準(zhǔn)”狀態(tài)。此時(shí)，可用面板上的靈敏度標(biāo)注值讀測(cè)信號(hào)幅度。 （第一節(jié)課到此結(jié)束，下節(jié)課將繼續(xù)講解新的內(nèi)容。,19,3.3.2水平通道 示波器的水平通道主要由觸發(fā)電路、時(shí)基發(fā)生器和放大器組成。其中時(shí)基發(fā)生器和觸發(fā)電路用來(lái)產(chǎn)生時(shí)基掃描

11、信號(hào)，放大器用來(lái)放大掃描信號(hào)。 1時(shí)基發(fā)生器 時(shí)基發(fā)生器由掃描門、積分器、比較和釋抑電路組成，如圖3.13所示,20,圖3.14時(shí)基發(fā)生器電路,21,1）積分器 積分器由運(yùn)算放大器、積分電容C1和積分電阻R1組成。它在掃描門控制下產(chǎn)生線性鋸齒電壓。 在b點(diǎn)負(fù)方波作用期間，c點(diǎn)正電源通過(guò)R1給C1充電，C1得到線性鋸齒電壓。在理想情況下（運(yùn)算放大器放大倍數(shù)，輸入電阻Ri, 輸出電阻R00）輸出電壓U可寫成,3.7,式中E為c點(diǎn)至b點(diǎn)直流電壓,22,由式3.7可見，U0與時(shí)間t成線性關(guān)系，改變時(shí)間常數(shù)11或微調(diào)電源E都可改變U0的變化速率。在示波器電路中，通過(guò)時(shí)基開關(guān)切換不同的電容來(lái)改變鋸齒波斜率，從而實(shí)現(xiàn)掃描速度調(diào)整。通過(guò)掃描速度微調(diào)旋鈕改變充電電阻，實(shí)現(xiàn)