電子示波器及測(cè)量技術(shù)

1、第第5章章 電子示波器及測(cè)量技術(shù)電子示波器及測(cè)量技術(shù) 電子示波器的類型；電子示波器的類型； 掌握示波管及波形顯示原理、通用電子示波器的組成及原掌握示波管及波形顯示原理、通用電子示波器的組成及原 理；理； 示波器的雙蹤顯示原理；示波器的雙蹤顯示原理； 通用電子示波器的正解選擇與使用；通用電子示波器的正解選擇與使用； 通用示波器的基本測(cè)量方法；通用示波器的基本測(cè)量方法； 電子示波器的發(fā)展。電子示波器的發(fā)展。 5.1 概述概述 電子示波器（簡(jiǎn)稱示波器）電子示波器（簡(jiǎn)稱示波器）是一種以陰極射線管作為顯示器 的顯示信號(hào)波形的測(cè)量?jī)x器。它對(duì)電信號(hào)的分析是按時(shí)域法 進(jìn)行的，即研究信號(hào)的瞬時(shí)幅度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)

2、系。 5.1.1 電子示波器的主要特點(diǎn)電子示波器的主要特點(diǎn) 1具有良好的直觀性，可直接顯示信號(hào)的波形；也可測(cè)量 信號(hào)的瞬時(shí)值。 2靈敏度高、工作頻帶寬、速度快，對(duì)觀測(cè)瞬變信號(hào)的細(xì) 節(jié)帶來(lái)了很大的便利。 3輸入阻抗高（兆歐級(jí)），對(duì)被測(cè)電路的影響小。 5.1.2 電子示波器的類型電子示波器的類型 電子示波器種類型號(hào)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(duì)電信號(hào) 進(jìn)行定性和定量觀測(cè)。 2取樣示波器：采用取樣技術(shù)將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模 擬的低頻信號(hào)，再應(yīng)用通用示波器的基本顯示原理 觀測(cè)信號(hào)。取樣示波器一般用于觀測(cè)頻率高、速度 快的脈沖信號(hào)。 3記憶示波器和存貯示波器：這兩種示波

3、器均具有存儲(chǔ)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(duì)單次瞬變過(guò)程、非周期現(xiàn)象、低重復(fù)頻率信 號(hào)進(jìn)行觀測(cè)。 4數(shù)字示波器：被測(cè)信號(hào)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，應(yīng) 用微處理器以數(shù)字形式處理并記錄波形，自動(dòng)顯示測(cè)量結(jié) 果，測(cè)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(cè)試技術(shù)。 5.2 示波管及波形顯示原理示波管及波形顯示原理 5.2.1 示波管示波管 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(cè)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的顯示器件 （真空電子管）。 它分為靜

4、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。 示波管（或稱陰極射線管CRT）主要由三部分組成： 電子槍電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏熒光屏。其結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。 圖圖5-1 示波管結(jié)構(gòu)示意圖示波管結(jié)構(gòu)示意圖 1電子槍電子槍 電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束，電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束， 去轟擊熒光屏使之發(fā)光。去轟擊熒光屏使之發(fā)光。電子槍由燈絲（電子槍由燈絲（F）、陰極）、陰極 （K）、柵極（）、柵極（G）、第一陽(yáng)極（）、第一陽(yáng)極（A1）和第二陽(yáng)極）和第二陽(yáng)極 （A2）組成。）組成。 燈絲用于加熱陰極；陰極是一個(gè)表面涂有氧化物，燈絲用于加熱

5、陰極；陰極是一個(gè)表面涂有氧化物， 在燈絲加熱下發(fā)射電子。在燈絲加熱下發(fā)射電子。 柵極是一個(gè)頂端有小孔的圓筒，套在陰極外邊，其柵極是一個(gè)頂端有小孔的圓筒，套在陰極外邊，其 電位比陰極低，對(duì)陰極發(fā)射出來(lái)的電子起控制作用，電位比陰極低，對(duì)陰極發(fā)射出來(lái)的電子起控制作用， 它控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變熒光屏它控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變熒光屏 亮點(diǎn)的輝度。調(diào)節(jié)電位器亮點(diǎn)的輝度。調(diào)節(jié)電位器RP1RP1改變柵、陰極之間的改變柵、陰極之間的 電位差，即可達(dá)到此目的，故電位差，即可達(dá)到此目的，故RP1RP1在面板上的旋鈕在面板上的旋鈕 標(biāo)以標(biāo)以“輝度輝度”。 除燈絲之外，各電極的結(jié)構(gòu)均為金屬圓

6、筒形，且所除燈絲之外，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。有電極的軸心都保持在同一條軸線上。 第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極對(duì)電子束有加速作用，同時(shí)和第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極對(duì)電子束有加速作用，同時(shí)和 控制柵極構(gòu)成一個(gè)對(duì)電子束的控制系統(tǒng)，想聚焦作控制柵極構(gòu)成一個(gè)對(duì)電子束的控制系統(tǒng)，想聚焦作 用。調(diào)節(jié)可改用。調(diào)節(jié)可改RP2可改變第一陽(yáng)極的電位，調(diào)節(jié)可改變第一陽(yáng)極的電位，調(diào)節(jié) RP3可以改變第二陽(yáng)極的電位，使電子束恰好在熒可以改變第二陽(yáng)極的電位，使電子束恰好在熒 光屏上匯聚成細(xì)小的亮點(diǎn)，以保證顯示波形的清晰光屏上匯聚成細(xì)小的亮點(diǎn)，以保證顯示波形的清晰 度。因此把度。因此把RP2和和R

7、P3分別稱為分別稱為“聚焦聚焦”和和“輔助輔助 聚焦聚焦”電位器，儀器面板上對(duì)應(yīng)的旋鈕分別是電位器，儀器面板上對(duì)應(yīng)的旋鈕分別是“聚聚 焦焦”和和“輔助聚焦輔助聚焦”旋鈕。旋鈕。 使用中要注意的是：在調(diào)節(jié)使用中要注意的是：在調(diào)節(jié)“輝度輝度”旋鈕時(shí)會(huì)影響聚旋鈕時(shí)會(huì)影響聚 焦效果，因此，示波管的焦效果，因此，示波管的“輝度輝度”與與“聚焦聚焦”并非并非 相互獨(dú)立，要相互獨(dú)立，要配合調(diào)節(jié)配合調(diào)節(jié)。 2偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 圖圖5-1中，在第二陽(yáng)極的后面，用兩對(duì)相互垂直的偏中，在第二陽(yáng)極的后面，用兩對(duì)相互垂直的偏 轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。垂直（轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。垂直（Y軸）偏轉(zhuǎn)板在前軸）偏轉(zhuǎn)板在前 （靠近第二陽(yáng)極

8、），水平（靠近第二陽(yáng)極），水平（X軸）偏轉(zhuǎn)板在后，軸）偏轉(zhuǎn)板在后， 兩對(duì)極板間各自形成靜電場(chǎng)，分別控制電子束在兩對(duì)極板間各自形成靜電場(chǎng)，分別控制電子束在 垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn)。垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn)。 從電子槍射出的電子束，若不受電場(chǎng)的作用，則將從電子槍射出的電子束，若不受電場(chǎng)的作用，則將 沿直線向熒光屏方向運(yùn)行，在熒光屏中心軸線位置沿直線向熒光屏方向運(yùn)行，在熒光屏中心軸線位置 顯示出靜止的光點(diǎn)；若電子束受到電場(chǎng)的作用，則顯示出靜止的光點(diǎn)；若電子束受到電場(chǎng)的作用，則 其運(yùn)動(dòng)方向就會(huì)偏離中心軸線，即熒光屏上的光點(diǎn)其運(yùn)動(dòng)方向就會(huì)偏離中心軸線，即熒光屏上的光點(diǎn) 位置就會(huì)產(chǎn)生位移；如果電場(chǎng)是周期性交

9、變的，則位置就會(huì)產(chǎn)生位移；如果電場(chǎng)是周期性交變的，則 熒光屏上將顯示出一條光點(diǎn)的軌跡。熒光屏上將顯示出一條光點(diǎn)的軌跡。 電子束在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用圖電子束在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用圖5-2來(lái)分析。來(lái)分析。 圖5-2 電子束的偏轉(zhuǎn)規(guī)律 其偏轉(zhuǎn)位移可由式下式來(lái)表示。 式中：l-偏轉(zhuǎn)板長(zhǎng)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(yáng)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 ） )( 2 2 cmU dU Ll y y A 上式中L、l、d均為常數(shù)，當(dāng)亮點(diǎn)聚焦調(diào)整好以后，UA2也基本 不變，則熒光屏上的亮點(diǎn)

10、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)靈敏度軸偏轉(zhuǎn)靈敏度，表示亮點(diǎn)在熒光屏上偏轉(zhuǎn)1cm 所需加于偏轉(zhuǎn)板上的電壓值（峰（峰-峰值）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(wú)關(guān)的常數(shù)。 )( 2 2 cm Ll dU s A y y y U s y 1 y U s y y 同理，X軸偏轉(zhuǎn)板也有靈敏度的數(shù)值。 x U S x X 3熒光屏熒光屏 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)。它在受到高質(zhì)，形成熒光膜，面向電子槍的一側(cè)。它在受到高 速運(yùn)動(dòng)著電子轟擊

11、后，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為光能，產(chǎn)生速運(yùn)動(dòng)著電子轟擊后，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為光能，產(chǎn)生 亮點(diǎn)。當(dāng)電子束隨信號(hào)電壓偏轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)亮點(diǎn)的移亮點(diǎn)。當(dāng)電子束隨信號(hào)電壓偏轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)亮點(diǎn)的移 動(dòng)軌跡就形成了信號(hào)的波形。動(dòng)軌跡就形成了信號(hào)的波形。 不同熒光材料余輝時(shí)間不一樣，小于不同熒光材料余輝時(shí)間不一樣，小于 10s的為的為極短余輝極短余輝；10s1ms為為短余輝短余輝； 1ms0.1s為為中余輝中余輝；0.11s為為長(zhǎng)余輝長(zhǎng)余輝；大；大 于于1s為為極長(zhǎng)余輝極長(zhǎng)余輝。 余輝時(shí)間余輝時(shí)間 ：當(dāng)電子束停止作用后，光點(diǎn)仍能在屏幕當(dāng)電子束停止作用后，光點(diǎn)仍能在屏幕 上保持一定的時(shí)間才消失。激勵(lì)過(guò)后，亮點(diǎn)輝度下上保持一定的時(shí)間才

12、消失。激勵(lì)過(guò)后，亮點(diǎn)輝度下 降到原始值的降到原始值的10%所延續(xù)的時(shí)間稱為余輝時(shí)間所延續(xù)的時(shí)間稱為余輝時(shí)間 。 實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)示波器用途不同選用不同實(shí)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(hào)的示波器宜用余輝的示波管，顯示高頻信號(hào)的示波器宜用 短余輝管；觀察生物及自動(dòng)控制等緩慢信號(hào)短余輝管；觀察生物及自動(dòng)控制等緩慢信號(hào) 的超低頻示波器宜用長(zhǎng)余輝管；一般用途的的超低頻示波器宜用長(zhǎng)余輝管；一般用途的 示波器均用中余輝管。示波器均用中余輝管。 5.2.2 波形顯示原理波形顯示原理 用示波器顯示被測(cè)信號(hào)的波形，基本上有兩種類型：用示波器顯示被測(cè)信號(hào)的波形，基本上有兩種類型： 一

13、種是顯示任意兩個(gè)信號(hào)與的關(guān)系；另一種是顯示一種是顯示任意兩個(gè)信號(hào)與的關(guān)系；另一種是顯示 隨時(shí)間變化的信號(hào)。隨時(shí)間變化的信號(hào)。 1電子束沿與作用的合成方向運(yùn)動(dòng)電子束沿與作用的合成方向運(yùn)動(dòng) 打在熒光屏上亮點(diǎn)的位置取決于同時(shí)加在垂直和水打在熒光屏上亮點(diǎn)的位置取決于同時(shí)加在垂直和水 平偏轉(zhuǎn)板上的電壓。平偏轉(zhuǎn)板上的電壓。 當(dāng)示波管的兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上不加任何信號(hào)時(shí)，亮點(diǎn)則當(dāng)示波管的兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上不加任何信號(hào)時(shí)，亮點(diǎn)則 打在熒光屏的中心位置。打在熒光屏的中心位置。 若僅在Y軸偏轉(zhuǎn)板加一個(gè)隨時(shí)間變化的電壓，例如， uy=umsint，則電子束沿垂直方向運(yùn)動(dòng)，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

14、一 條垂直直線，如圖5-3（a）所示 。 （a）只加）只加uy時(shí)的波形時(shí)的波形 （b）只加）只加ux時(shí)的波形時(shí)的波形 （c）同時(shí)加）同時(shí)加uy 、ux時(shí)的波形時(shí)的波形 圖圖5-3 顯示波形與偏轉(zhuǎn)極板所加電壓的關(guān)系顯示波形與偏轉(zhuǎn)極板所加電壓的關(guān)系 同理，若僅在同理，若僅在X軸偏轉(zhuǎn)板上加正弦波電壓，則電子束軸偏轉(zhuǎn)板上加正弦波電壓，則電子束 沿水平方向運(yùn)動(dòng)，軌跡為一條水平線，如圖沿水平方向運(yùn)動(dòng)，軌跡為一條水平線，如圖5-3(b)所所 示示 。 在在Y軸和軸和X軸同時(shí)加同一正弦波電壓時(shí)，如果軸同時(shí)加同一正弦波電壓時(shí)，如果ux=uy， 亮點(diǎn)在熒光屏上的位置由電壓和共同決定。因?yàn)樵诹咙c(diǎn)在熒光屏上的位置由電

15、壓和共同決定。因?yàn)樵?同一時(shí)刻，同一時(shí)刻，X、Y方向偏轉(zhuǎn)的距離相同，則在熒光屏方向偏轉(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上顯示一條直線，這條直線與水平軸呈45，如圖，如圖5-3 （c）。）。 1 1、顯示隨時(shí)間變化的圖形、顯示隨時(shí)間變化的圖形 電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X X、Y Y兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板間電場(chǎng)的控制，它們對(duì)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板間電場(chǎng)的控制，它們對(duì)X X、Y Y的的 控制作用有如下幾種情況?？刂谱饔糜腥缦聨追N情況。 （1 1）UxUx、UyUy為固定電壓的情況為固定電壓的情況 a a）設(shè)）設(shè)Ux=Uy=0Ux=Uy=0，則光點(diǎn)在垂直和水平方向都不

16、偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)在熒光屏的中心位置，如圖，則光點(diǎn)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 a。 b b）設(shè)）設(shè)Ux=0Ux=0、Uy=Uy=常量，光點(diǎn)在垂直方向偏移。設(shè)常量，光點(diǎn)在垂直方向偏移。設(shè)UyUy為正電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往為正電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往 垂直方向上移，若垂直方向上移，若UyUy為負(fù)電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向下移。為負(fù)電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向下移。 c c）設(shè)）設(shè)Ux=Ux=常量、常量、Uy=0Uy=0，則光點(diǎn)在水平方向偏移。若，則光點(diǎn)在水平方向偏移。若UxUx為正電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心為正電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心 往水平方向

17、右移，若往水平方向右移，若UxUx為負(fù)電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向左移。為負(fù)電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向左移。 d d）設(shè)）設(shè)Ux=Ux=常量、常量、Uy=Uy=常量，當(dāng)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上同時(shí)加固定的正電壓時(shí)，應(yīng)為兩電壓的矢量常量，當(dāng)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上同時(shí)加固定的正電壓時(shí)，應(yīng)為兩電壓的矢量 合成。合成。 二、二、 圖像顯示的基本原理圖像顯示的基本原理 電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點(diǎn)在屏幕上移動(dòng)的軌跡，是加到偏轉(zhuǎn)板上的電壓信電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點(diǎn)在屏幕上移動(dòng)的軌跡，是加到偏轉(zhuǎn)板上的電壓信 號(hào)的波形。號(hào)的波形。 (a) Ux=0、Uy=0(b) Ux=0、Uy=常量(c) Ux=常量、Uy=0

18、(d) Ux=常量、Uy=常量 (2(2）X X、Y Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓 a)a)設(shè)設(shè)u ux x=0=0，u uy y=Umsint=Umsint。由于。由于X X偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在水平方向是不偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在水平方向是不 偏移的，則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來(lái)回移動(dòng)，出現(xiàn)一條垂直線段，偏移的，則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來(lái)回移動(dòng)，出現(xiàn)一條垂直線段， 如圖如圖a a。 b b）設(shè)）設(shè)u ux x=kt=kt，u uy y=0=0，由于，由于Y Y偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在垂直方向是不移動(dòng)偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在垂直方向是不移動(dòng) 的，則光點(diǎn)在熒光屏的水平方向上來(lái)回移

19、動(dòng)，出現(xiàn)的也是一條水平線的，則光點(diǎn)在熒光屏的水平方向上來(lái)回移動(dòng)，出現(xiàn)的也是一條水平線 段，如圖段，如圖b b。 Uy 0 1 2 3 4 0 1 3 24 Uy -Uy t Ux 0 1 2 3 4 01 3 2 4 Ux -Ux t (a) (b) 水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓 （3 3）Y Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓u uy y=Umsint=Umsint，X X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓 u ux x=kt=kt 1 1）當(dāng)時(shí)間）當(dāng)時(shí)間t=t0t=t0時(shí)，時(shí)，u ux x=-Uxm =-Uxm （鋸齒波電壓的最大負(fù)值），（

20、鋸齒波電壓的最大負(fù)值），u uy y=0=0，光點(diǎn)為，光點(diǎn)為 點(diǎn)點(diǎn)“0”0”。 2 2）當(dāng)時(shí)間）當(dāng)時(shí)間t=t1t=t1時(shí)，時(shí)，U Uy y=Uy1=Uy1、U Ux x=-Ux1=-Ux1，光點(diǎn)為點(diǎn)，光點(diǎn)為點(diǎn)“1”1”。 3 3）當(dāng)時(shí)間）當(dāng)時(shí)間t=t2t=t2時(shí)，時(shí)，U Uy y=Uy2=Uy2、U Ux x=-Ux2=-Ux2，光點(diǎn)為點(diǎn)，光點(diǎn)為點(diǎn)“2”2”。 4 4）當(dāng)時(shí)間）當(dāng)時(shí)間t=t3t=t3時(shí)，時(shí)，U Uy y=Uy3=Uy3、U Ux x=Ux3 =Ux3 ，光點(diǎn)為點(diǎn)，光點(diǎn)為點(diǎn)“3”3”。 5 5）當(dāng)時(shí)間）當(dāng)時(shí)間t=t4t=t4時(shí)，時(shí)，U Uy y=Uy4=Uy4、U Ux x=Ux

21、4 =Ux4 ，光點(diǎn)為點(diǎn)，光點(diǎn)為點(diǎn)“4”4”。 Uy 0 1 2 3 40 1 3 2 4 Uy -Uy t 0 Ux t Ux-Ux 2 2、顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系、顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系 示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形稱為李沙育（示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形稱為李沙育（LissajousLissajous） 圖形，這種圖形在相位和頻率測(cè)量中常會(huì)用到。圖形，這種圖形在相位和頻率測(cè)量中常會(huì)用到。 (a)(a)若兩信號(hào)的初相相同，則可在熒光屏上畫出一條直線，若兩信號(hào)在若兩信號(hào)的初相相同，則可在熒光屏上畫出一條直線，若兩信號(hào)在X X、Y Y 方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，這

22、條直線與水平軸呈方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，這條直線與水平軸呈4545角角; ; (b) (b)如果這兩個(gè)信號(hào)初相位相差如果這兩個(gè)信號(hào)初相位相差9090，則在熒光屏上畫出一個(gè)正橢圓；若，則在熒光屏上畫出一個(gè)正橢圓；若X X、 Y Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則熒光屏上畫出的圖形為圓。方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則熒光屏上畫出的圖形為圓。 t 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 uy t ux 0 1 2 3 4 t 0 1 2 3 4 0 12 3 4 uy t ux 0 1 2 3 4 0 2 4 (a) ux、uy同頻同相同頻同相 (b) ux、uy同頻但相差同頻但相差90 2顯示隨時(shí)間變化的波形顯示隨時(shí)間

23、變化的波形 掃描的概念掃描的概念 為了顯示為了顯示uy的波形，必須在的波形，必須在Y軸偏轉(zhuǎn)板加有軸偏轉(zhuǎn)板加有uy信號(hào)的信號(hào)的 同時(shí)，在同時(shí)，在X軸偏轉(zhuǎn)板加隨時(shí)間線性變化的掃描電壓軸偏轉(zhuǎn)板加隨時(shí)間線性變化的掃描電壓 （鋸齒波形電壓）（鋸齒波形電壓）,如圖如圖5-4所示。所示。 0 t Um Tx 圖圖5-4 鋸齒波電壓波形鋸齒波電壓波形 若在若在Y方向不加電壓，則光點(diǎn)在熒光屏上構(gòu)成方向不加電壓，則光點(diǎn)在熒光屏上構(gòu)成 一條反映時(shí)間變化的直線，稱為時(shí)間基線，如一條反映時(shí)間變化的直線，稱為時(shí)間基線，如 圖圖5-3（b）所示。）所示。 光點(diǎn)在鋸齒波作用下移動(dòng)的過(guò)程稱為光點(diǎn)在鋸齒波作用下移動(dòng)的過(guò)程稱為掃描

24、掃描，能，能 實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓叫實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓叫掃描電壓掃描電壓，光點(diǎn)自左，光點(diǎn)自左 向右的連續(xù)移動(dòng)稱為向右的連續(xù)移動(dòng)稱為掃描正程掃描正程，光點(diǎn)自屏幕的，光點(diǎn)自屏幕的 右端迅速返回起點(diǎn)稱為右端迅速返回起點(diǎn)稱為掃描回程掃描回程。 （1 1）定義：光點(diǎn)在掃描電壓作用下掃動(dòng)的過(guò)程。）定義：光點(diǎn)在掃描電壓作用下掃動(dòng)的過(guò)程。 （2 2）掃描電壓實(shí)際波形：鋸齒波。）掃描電壓實(shí)際波形：鋸齒波。 Ux t 0 TsTb Tw Ts：掃描正程時(shí)間，電子束從左到右運(yùn)動(dòng)；：掃描正程時(shí)間，電子束從左到右運(yùn)動(dòng)； Tb：掃描逆程時(shí)間或掃描回程時(shí)間，電子束從右到左運(yùn)動(dòng)；：掃描逆程時(shí)間或掃描回程時(shí)間，電子束從右到左

25、運(yùn)動(dòng)； Tw：掃描休止時(shí)間。：掃描休止時(shí)間。 掃描電壓周期掃描電壓周期Tx=Ts+Tb+TwTx=Ts+Tb+Tw。 理想狀態(tài)下：理想狀態(tài)下：Tb=Tw=0Tb=Tw=0，Tx=TsTx=Ts。 Y Y偏轉(zhuǎn)板：加被測(cè)信號(hào)；偏轉(zhuǎn)板：加被測(cè)信號(hào)； X X偏轉(zhuǎn)板：加掃描電壓信號(hào)（設(shè)為理想狀態(tài)）。偏轉(zhuǎn)板：加掃描電壓信號(hào)（設(shè)為理想狀態(tài)）。 當(dāng)當(dāng)Y軸加被觀測(cè)的信號(hào)，軸加被觀測(cè)的信號(hào)，X軸加掃描電壓，則屏軸加掃描電壓，則屏 幕上光點(diǎn)的幕上光點(diǎn)的Y和和X坐標(biāo)分別與這一瞬時(shí)的信號(hào)電坐標(biāo)分別與這一瞬時(shí)的信號(hào)電 壓和掃描電壓成正比。由于掃描電壓與時(shí)間成壓和掃描電壓成正比。由于掃描電壓與時(shí)間成 比例，所以熒光屏上所描

26、繪的就是被測(cè)信號(hào)隨比例，所以熒光屏上所描繪的就是被測(cè)信號(hào)隨 時(shí)間變化的波形，如圖時(shí)間變化的波形，如圖5-5所示。所示。 圖5-5 顯示波形原理 圖中圖中 的周期為的周期為 ，如果掃描電壓，如果掃描電壓 的周期的周期 等于等于 ，在，在 及及 共同作用下，亮點(diǎn)的軌跡正共同作用下，亮點(diǎn)的軌跡正 好是一條與好是一條與 相同的正弦曲線。亮點(diǎn)從相同的正弦曲線。亮點(diǎn)從0點(diǎn)經(jīng)點(diǎn)經(jīng)1、 2、3至至4點(diǎn)移動(dòng)為正程，從點(diǎn)移動(dòng)為正程，從4點(diǎn)迅速返回到點(diǎn)迅速返回到0點(diǎn)的點(diǎn)的 移動(dòng)為回程，如圖移動(dòng)為回程，如圖5-5所示。所示。 y u y T x u x T y T x u y u y u 同步的概念同步的概念 如果如

27、果 =2 ，其波形顯示如圖，其波形顯示如圖5-6所示，可所示，可 以觀察到兩個(gè)周期的信號(hào)電壓波形。如果波以觀察到兩個(gè)周期的信號(hào)電壓波形。如果波 形多次重復(fù)出現(xiàn)，而且重疊在一起，就可以形多次重復(fù)出現(xiàn)，而且重疊在一起，就可以 觀察到一個(gè)穩(wěn)定的圖像觀察到一個(gè)穩(wěn)定的圖像。 x T y T 圖5-6 =2 時(shí)顯示的波形 顯示兩個(gè)周 期被測(cè)信號(hào) x T y T 由圖由圖5-6可見(jiàn)，欲顯示多個(gè)周期的波形圖，應(yīng)可見(jiàn)，欲顯示多個(gè)周期的波形圖，應(yīng) 增加掃描電壓增加掃描電壓 的周期，即降低的的周期，即降低的 掃描頻掃描頻 率。在使用示波器時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)原理進(jìn)行適當(dāng)率。在使用示波器時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)原理進(jìn)行適當(dāng) 調(diào)節(jié)。熒光屏上顯

28、示波形的周期個(gè)數(shù)為：調(diào)節(jié)。熒光屏上顯示波形的周期個(gè)數(shù)為： 其中為其中為n整數(shù)。整數(shù)。 x u x u y x T T n 若若n不為整數(shù)，會(huì)有什么樣的結(jié)果呢？不為整數(shù)，會(huì)有什么樣的結(jié)果呢？ 設(shè)設(shè)Y Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓U Uy y=U=Um msintsint，X X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電 壓壓Ux=ktUx=kt，且有，且有Tx=3/2 TyTx=3/2 Ty熒光屏顯示的是被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的熒光屏顯示的是被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的 不穩(wěn)定波形。不穩(wěn)定波形。 t Uy t 0 Ux 0 第一掃描第一掃描 周期周期 第二掃第二掃 描周期描周期 如圖5-7所示波形是

29、 =7/8 時(shí)的情況。 圖5-7 =7/8 時(shí)顯示的波形 x T y T x T y T 由此可見(jiàn)，為了在屏幕上獲得穩(wěn)定的圖像，由此可見(jiàn)，為了在屏幕上獲得穩(wěn)定的圖像， （ 包括正程和回程）包括正程和回程） 與與 之比必須成整之比必須成整 數(shù)關(guān)系，即數(shù)關(guān)系，即 =n ,以保證每次掃描起始以保證每次掃描起始 點(diǎn)都對(duì)應(yīng)信號(hào)的相同相位點(diǎn)上，這種過(guò)程點(diǎn)都對(duì)應(yīng)信號(hào)的相同相位點(diǎn)上，這種過(guò)程 稱為稱為“同步同步”。 y T y T x T x T 5、增輝、消隱現(xiàn)象、增輝、消隱現(xiàn)象 實(shí)際的掃描電壓中，回程時(shí)間與休止時(shí)間并不為零，則實(shí)際的掃描電壓中，回程時(shí)間與休止時(shí)間并不為零，則 電子從右端回到左端時(shí)，也會(huì)有掃

30、描軌跡。電子從右端回到左端時(shí)，也會(huì)有掃描軌跡。 回程軌跡的存在影響被測(cè)波形的觀測(cè)，為了使回掃產(chǎn)生回程軌跡的存在影響被測(cè)波形的觀測(cè)，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(yuǎn)遠(yuǎn)多于掃描逆程，即給子槍發(fā)射的電子遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于掃描逆程，即給示波器增輝示波器增輝，這樣，這樣 觀測(cè)者看的就只有掃描正程顯示的波形?；蛘哂^測(cè)者看的就只有掃描正程顯示的波形。或者示波器中要將示波器中要將 回程軌跡消隱，即使得回程軌跡消隱，即使得正程軌跡亮度增加，回程軌跡黯淡正程軌跡亮度增加，回程軌跡黯淡， 凸顯正程。凸顯正程。 例：例：

31、設(shè)設(shè)Y Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓U Uy y=U=Um msintsint，X X偏轉(zhuǎn)板加鋸偏轉(zhuǎn)板加鋸 齒波電壓齒波電壓UxUx， Tx= Ts+Tb+Tw,Tx= Ts+Tb+Tw,且有且有Ts=2Ty, Tb=Ty,Tw=0,Ts=2Ty, Tb=Ty,Tw=0,熒光熒光 屏顯示如下波形。屏顯示如下波形。 Uy t 0 Ux 0 t 回程掃描回程掃描 軌跡軌跡 掃描正程掃描正程 軌跡軌跡 5.3 通用電子示波器通用電子示波器 5.3.1 通用電子示波器的基本組成通用電子示波器的基本組成 1電子示波器的結(jié)構(gòu)電子示波器的結(jié)構(gòu) 通用電子示波器的種類很多，但無(wú)論何種類型通用電

32、子示波器的種類很多，但無(wú)論何種類型 都有以下幾部分組成：示波管、垂直系統(tǒng)（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)（軸系統(tǒng)）和水平系統(tǒng)（X軸系統(tǒng)），如圖軸系統(tǒng)），如圖5-8所所 示。示。 圖圖5-8 電子示波器的基本組成電子示波器的基本組成 垂直系統(tǒng)（垂直系統(tǒng)（Y軸系統(tǒng)或軸系統(tǒng)或Y通道）：由衰減通道）：由衰減 器、前置放大器、延遲線和后置放大器等器、前置放大器、延遲線和后置放大器等 組成。組成。 Y軸主要作用軸主要作用 ：是放大被測(cè)信號(hào)電壓，控：是放大被測(cè)信號(hào)電壓，控 制電子束的垂直偏轉(zhuǎn)。制電子束的垂直偏轉(zhuǎn)。 水平系統(tǒng)（水平系統(tǒng)（X軸系統(tǒng)或軸系統(tǒng)或X通道）：由觸發(fā)整通道）：

33、由觸發(fā)整 形電路、掃描發(fā)生器及形電路、掃描發(fā)生器及X放大器組成。放大器組成。 主機(jī)部分（主機(jī)部分（Z軸系統(tǒng)）：主機(jī)包括示波管、軸系統(tǒng)）：主機(jī)包括示波管、 Z通道、整機(jī)供電電源和校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器等。通道、整機(jī)供電電源和校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器等。 2通用示波器的主要技術(shù)性能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)：主要性能指標(biāo)： 頻率響應(yīng)（頻帶寬度）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(hào)示波器的頻帶寬度是指加至輸入端的信號(hào) （包括（包括Y軸和軸和X軸軸不加說(shuō)明時(shí)均指不加說(shuō)明時(shí)均指Y軸）軸） 其上限頻率其上限頻率

34、與下限頻率與下限頻率 之差。之差。 H f L f 一般情況一般情況 ，所以頻率響應(yīng)可用上限頻率，所以頻率響應(yīng)可用上限頻率 表示表示。 時(shí)域響應(yīng)（瞬態(tài)響應(yīng)）時(shí)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(hào)作用下的過(guò)渡特表示放大電路在方波脈沖輸入信號(hào)作用下的過(guò)渡特 性。常用參數(shù)有上升時(shí)間（性。常用參數(shù)有上升時(shí)間（ ）、下降時(shí)間（）、下降時(shí)間（ ） 等。等。 Y軸系統(tǒng)的頻帶寬度軸系統(tǒng)的頻帶寬度 與上升時(shí)間與上升時(shí)間 之間有確定的之間有確定的 內(nèi)在聯(lián)系，一般有：內(nèi)在聯(lián)系，一般有： 350 L f H f H f r t f t B fr t B f r t 上式中，上式中， 及及 的單位分別為的

35、單位分別為MHz與與ns。因。因 為為 ，所以也就有，所以也就有 350。當(dāng)已。當(dāng)已 知的知的 值時(shí)，就可以算出上升時(shí)間：值時(shí)，就可以算出上升時(shí)間： B f r t B f H f H f r t H f r t H f 350 例例1知GOS- 6013C型示波器 =100MHz，求示波 器的上升時(shí)間是多 少？ 解： =100MHz 350/ =350/10106 = 3.5ns 此值愈小愈好。 H f H f H f r t 偏轉(zhuǎn)靈敏度偏轉(zhuǎn)靈敏度 指輸入信號(hào)在無(wú)衰減情況下，亮點(diǎn)在屏幕上偏指輸入信號(hào)在無(wú)衰減情況下，亮點(diǎn)在屏幕上偏 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1cm（或（或1格格div）所需信號(hào)電壓的峰）所需信號(hào)電壓

36、的峰峰峰 值（值（ ）。其單位為）。其單位為 / cm或或 /div，它反，它反 映示波器觀察微弱信號(hào)的能力。其值愈小，偏映示波器觀察微弱信號(hào)的能力。其值愈小，偏 轉(zhuǎn)靈敏度愈高。轉(zhuǎn)靈敏度愈高。 pp V pp V pp V 輸入阻抗輸入阻抗 用在示波器輸入端測(cè)得的直流電阻值和并聯(lián)用在示波器輸入端測(cè)得的直流電阻值和并聯(lián) 電容值分別給出。希望電容值分別給出。希望 值越大、值越大、 值越小值越小 越好。一般示波器越好。一般示波器 值和值和 值分別在值分別在M和和pF 數(shù)量級(jí)。數(shù)量級(jí)。 i R i C i R i C 掃描因數(shù)掃描因數(shù) 表示在無(wú)擴(kuò)展情況下，亮點(diǎn)在屏幕上表示在無(wú)擴(kuò)展情況下，亮點(diǎn)在屏幕上x

37、軸方向軸方向 移動(dòng)單位長(zhǎng)度移動(dòng)單位長(zhǎng)度1cm（或（或1格格div）所表示的）所表示的 時(shí)間，其單位為時(shí)間，其單位為t/cm。其中。其中t可取可取s、ms或或s。 掃描因數(shù)愈高（即掃描因數(shù)愈高（即t/cm值愈?。?，表明示波值愈小），表明示波 器能夠展開高頻信號(hào)或窄脈沖信號(hào)波形的能器能夠展開高頻信號(hào)或窄脈沖信號(hào)波形的能 力愈強(qiáng)。力愈強(qiáng)。 5.3.2 示波器的垂直系統(tǒng)（示波器的垂直系統(tǒng)（Y軸系統(tǒng)）軸系統(tǒng)） Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是傳送被測(cè)信號(hào)的通道。它的作軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是傳送被測(cè)信號(hào)的通道。它的作 用是引入被測(cè)信號(hào)，將其不失真地放大后傳送用是引入被測(cè)信號(hào)，將其不失真地放大后傳送 到到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板，使屏幕上顯示大小適中

38、的信號(hào)波偏轉(zhuǎn)板，使屏幕上顯示大小適中的信號(hào)波 形，主要性能有：足夠的頻帶寬度和靈敏度、形，主要性能有：足夠的頻帶寬度和靈敏度、 小的上升時(shí)間等。小的上升時(shí)間等。 Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（Y通道）主要由探極、衰減器、通道）主要由探極、衰減器、 前置放大器、延遲級(jí)、后置放大器及電子開關(guān)前置放大器、延遲級(jí)、后置放大器及電子開關(guān) （雙蹤示波器特有）等組成，如圖（雙蹤示波器特有）等組成，如圖5-9所示所示。 延遲線延遲線 前置前置 放大放大 輸入輸入 電路電路 X通道 觸發(fā)觸發(fā) 放大放大 后置后置 放大放大 Y1 Y2 被測(cè)信號(hào)被測(cè)信號(hào) 圖5-9 Y通道的基本組成 1輸入電路輸入電路 輸入電路的基本作

39、用是引入被測(cè)信號(hào)，為前輸入電路的基本作用是引入被測(cè)信號(hào)，為前 置放大器提供良好的工作條件。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，如圖衰減器、阻抗轉(zhuǎn)換器等電路，如圖5-10所示。所示。 圖圖5-10 輸入電路方框圖輸入電路方框圖 探極探極 探極裝在示波器機(jī)體的外面，用電纜線和儀器探極裝在示波器機(jī)體的外面，用電纜線和儀器 相連接，它用于直接探測(cè)被測(cè)信號(hào)、提高示波相連接，它用于直接探測(cè)被測(cè)信號(hào)、提高示波 器的輸入阻抗、減小波形失真、展寬示波器的器的輸入阻抗、減小波形失真、展寬示波器的 帶寬。帶寬。 探極分

40、為無(wú)源探極和有源探極兩種探極分為無(wú)源探極和有源探極兩種 。 無(wú)源探極是一個(gè)衰減器，衰減比有無(wú)源探極是一個(gè)衰減器，衰減比有1：1、 10：1、100：1三種，多用于觀察低頻信號(hào)；三種，多用于觀察低頻信號(hào)； 有源探極內(nèi)部包括有高輸入阻抗放大器，多有源探極內(nèi)部包括有高輸入阻抗放大器，多 用于探測(cè)高頻信號(hào)。用于探測(cè)高頻信號(hào)。 耦合方式選擇開關(guān)耦合方式選擇開關(guān) 有三個(gè)檔位（儀器面板上有設(shè)置）：有三個(gè)檔位（儀器面板上有設(shè)置）：DC、AC、 接地接地 ，如圖，如圖5-10所示耦合方式部分。所示耦合方式部分。 在直流在直流DC位，信號(hào)可直接通過(guò)；在交流位，信號(hào)可直接通過(guò)；在交流AC位，位， 信號(hào)經(jīng)信號(hào)經(jīng)C耦合

41、至衰減器，此時(shí)只有輸入交流信耦合至衰減器，此時(shí)只有輸入交流信 號(hào)才可以通過(guò)；在號(hào)才可以通過(guò)；在“ ”（接地）位，若無(wú)需（接地）位，若無(wú)需 斷開被測(cè)信號(hào)的情況下，可為示波器提供接地?cái)嚅_被測(cè)信號(hào)的情況下，可為示波器提供接地 參考電平。參考電平。 衰減器衰減器 對(duì)應(yīng)示波器面板上的對(duì)應(yīng)示波器面板上的Y軸靈敏度粗調(diào)旋鈕，衰軸靈敏度粗調(diào)旋鈕，衰 減器是為測(cè)量不同幅度的被測(cè)信號(hào)而設(shè)置的減器是為測(cè)量不同幅度的被測(cè)信號(hào)而設(shè)置的。 衰減器常使用阻、容分壓器電路，其原理示意衰減器常使用阻、容分壓器電路，其原理示意 圖如圖圖如圖5-11所示。所示。 圖5-11 阻容衰減器原理圖 C2 C1 R2 R1 Uo ui 衰

42、減器的衰減量為輸出電壓衰減器的衰減量為輸出電壓uo與輸入電壓與輸入電壓ui之之 比，也等于比，也等于R1C1的并聯(lián)阻抗的并聯(lián)阻抗Z1與與R2C2的并聯(lián)阻的并聯(lián)阻 抗抗Z2的分壓比。的分壓比。 其中其中C1做成可調(diào)電容，當(dāng)滿足做成可調(diào)電容，當(dāng)滿足R1C1 = R2C2時(shí)，時(shí)， 則衰減器的分壓比為：則衰減器的分壓比為： 22 1212 = o i uZR uZZRR 這時(shí)分壓比與頻率無(wú)關(guān)。滿足上式的情況稱為這時(shí)分壓比與頻率無(wú)關(guān)。滿足上式的情況稱為 最佳補(bǔ)償。如圖最佳補(bǔ)償。如圖5-12所示的幾種補(bǔ)償情況。所示的幾種補(bǔ)償情況。 圖5-12 幾種補(bǔ)償?shù)牟ㄐ?阻抗變換器阻抗變換器 阻抗變換器用于變換阻抗。

43、為了保證阻抗變換器用于變換阻抗。為了保證Y軸輸入軸輸入 端為高阻抗，在衰減器和放大電路之間必須插端為高阻抗，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(cè)信號(hào)入阻抗轉(zhuǎn)換電路，并且把單端輸入的被測(cè)信號(hào) 變成對(duì)稱輸出的平衡信號(hào)。變成對(duì)稱輸出的平衡信號(hào)。 2延遲線延遲線 因?yàn)閽呙栊盘?hào)的引出是從因?yàn)閽呙栊盘?hào)的引出是從Y軸系統(tǒng)分離出來(lái)，軸系統(tǒng)分離出來(lái)， 并且要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程才能產(chǎn)生，它和被觀測(cè)并且要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程才能產(chǎn)生，它和被觀測(cè) 信號(hào)相比總是滯后一段時(shí)間，如圖信號(hào)相比總是滯后一段時(shí)間，如圖5-13所示。所示。 圖5-13 沒(méi)有延遲線時(shí)的情況 3Y軸系統(tǒng)的放大器軸系統(tǒng)的放大器 Y放

44、大器使示波器具有觀測(cè)微弱信號(hào)的能力。放大器使示波器具有觀測(cè)微弱信號(hào)的能力。 通常把通常把Y放大器分成前置放大器和輸出放大器放大器分成前置放大器和輸出放大器 兩部分兩部分 。前置放大器的輸出信號(hào)一方面引至觸。前置放大器的輸出信號(hào)一方面引至觸 發(fā)電路，作為同步觸發(fā)信號(hào)；另一方面經(jīng)過(guò)延發(fā)電路，作為同步觸發(fā)信號(hào)；另一方面經(jīng)過(guò)延 遲線延遲以后引至輸出放大器。遲線延遲以后引至輸出放大器。 Y軸采用變換放大器的增益的方法，進(jìn)行軸采用變換放大器的增益的方法，進(jìn)行“倍率倍率”調(diào)調(diào) 節(jié)。節(jié)。 例如，例如，許多示波器許多示波器Y軸的軸的“倍率倍率”開關(guān)有開關(guān)有“5”和和 “1”兩個(gè)位置，在通常情況下兩個(gè)位置，在通常

45、情況下“倍率倍率”開關(guān)置開關(guān)置 “1”位置，若把位置，若把“倍率倍率”開關(guān)置于開關(guān)置于“5”，則放大，則放大 器增益增加器增益增加5倍，這便于觀測(cè)微弱信號(hào)或看清波形某倍，這便于觀測(cè)微弱信號(hào)或看清波形某 個(gè)局部的細(xì)節(jié)。但在進(jìn)行定量計(jì)算時(shí)要注意其中的換個(gè)局部的細(xì)節(jié)。但在進(jìn)行定量計(jì)算時(shí)要注意其中的換 算。算。 Y軸通過(guò)調(diào)節(jié)放大器的增益還可以實(shí)現(xiàn)靈敏度微調(diào)。軸通過(guò)調(diào)節(jié)放大器的增益還可以實(shí)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(shí)，示波器靈敏處當(dāng)靈敏度微調(diào)電位器處于極端位置時(shí)，示波器靈敏處 于于“校正校正”位置，在用示波器作定量時(shí)，放大器的增位置，在用示波器作定量時(shí)，放大器的增 益應(yīng)是固定的，此時(shí)

46、應(yīng)將靈敏度微調(diào)于益應(yīng)是固定的，此時(shí)應(yīng)將靈敏度微調(diào)于“校正校正”。 Y放大器的輸出級(jí)常采用差分電路，以使加在偏轉(zhuǎn)板放大器的輸出級(jí)常采用差分電路，以使加在偏轉(zhuǎn)板 上的電壓能夠?qū)ΨQ。上的電壓能夠?qū)ΨQ。Y軸軸“移位移位”調(diào)節(jié)就是改變差分調(diào)節(jié)就是改變差分 電路的直流電位，它能使屏幕上的電路的直流電位，它能使屏幕上的波形上下平移波形上下平移，以，以 便觀察和讀數(shù)。便觀察和讀數(shù)。 4雙蹤顯示基本原理雙蹤顯示基本原理 在實(shí)際測(cè)試中，常常希望把兩個(gè)相關(guān)的信號(hào)波在實(shí)際測(cè)試中，常常希望把兩個(gè)相關(guān)的信號(hào)波 形同時(shí)顯示在屏幕上，以便進(jìn)行信號(hào)之間的比形同時(shí)顯示在屏幕上，以便進(jìn)行信號(hào)之間的比 較，或顯示兩個(gè)信號(hào)疊加波形：較

47、，或顯示兩個(gè)信號(hào)疊加波形：“和和”、“差差” 的顯示。的顯示。 常用的方法在通用示波器的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)軸系統(tǒng)中加入電子開關(guān) S1、S2，其工作過(guò)程如圖，其工作過(guò)程如圖5-14所示。所示。 圖5-14 電子開關(guān)的工作原理 采用單束示波管采用單束示波管“同時(shí)同時(shí)”顯示兩個(gè)被測(cè)信號(hào)波顯示兩個(gè)被測(cè)信號(hào)波 形的示波器形的示波器雙蹤示波器。雙蹤示波器。 雙蹤示波器是在雙蹤示波器是在Y通道中多設(shè)一個(gè)前置放大器、通道中多設(shè)一個(gè)前置放大器、 兩個(gè)電子開關(guān)。通過(guò)電子開關(guān)的切換，可使示兩個(gè)電子開關(guān)。通過(guò)電子開關(guān)的切換，可使示 波器的顯示方式有五種：波器的顯示方式有五種：YA、YB 、

48、 YA YB 、 交替和斷續(xù)。交替和斷續(xù)。 前三種均為單蹤顯示，前三種均為單蹤顯示，YA 、YB與普通示波器與普通示波器 相同，此時(shí)的相同，此時(shí)的S1或或S2處于恒接通狀態(tài)；處于恒接通狀態(tài)； YA YB 顯示的波形為兩個(gè)信號(hào)的和或差（與顯示的波形為兩個(gè)信號(hào)的和或差（與“極極 性性”選擇開關(guān)相配合），此時(shí)把選擇開關(guān)相配合），此時(shí)把S1和和S2恒接通。恒接通。 下面重點(diǎn)討論后兩種顯示方式。下面重點(diǎn)討論后兩種顯示方式。 “交替交替”顯示方式顯示方式 當(dāng)掃描電壓第一次掃描時(shí)，當(dāng)掃描電壓第一次掃描時(shí)，S1閉合、閉合、S2斷開；斷開； 第二次掃描時(shí)，第二次掃描時(shí)，S1斷開、斷開、S2閉合，如此重復(fù)閉合，如

49、此重復(fù) 下去。下去。 如圖如圖5-15所示。所示?！敖惶娼惶妗狈绞竭m用于顯示高頻方式適用于顯示高頻 信號(hào)。信號(hào)。 圖5-15 “交替”顯示方式 “斷續(xù)斷續(xù)”顯示方式顯示方式 這種方式就是在一次掃描時(shí)間內(nèi)輪番開閉和，這種方式就是在一次掃描時(shí)間內(nèi)輪番開閉和， 顯示出被測(cè)信號(hào)的某一段，以后各次掃描重復(fù)顯示出被測(cè)信號(hào)的某一段，以后各次掃描重復(fù) 以上過(guò)程。以上過(guò)程。 這種工作方式適用于觀測(cè)低頻信號(hào)。如圖這種工作方式適用于觀測(cè)低頻信號(hào)。如圖5-16 所示。所示。 圖5-16 “斷續(xù)”顯示方式 5.3.3 示波器的水平系統(tǒng)（示波器的水平系統(tǒng)（X軸系統(tǒng)）軸系統(tǒng)） X軸系統(tǒng)（軸系統(tǒng)（X通道）的作用是產(chǎn)生一個(gè)與時(shí)

50、間呈通道）的作用是產(chǎn)生一個(gè)與時(shí)間呈 線性關(guān)系的鋸齒波電壓，當(dāng)這個(gè)掃描電壓的正線性關(guān)系的鋸齒波電壓，當(dāng)這個(gè)掃描電壓的正 程加到水平偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，電子束就沿水平方向程加到水平偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，電子束就沿水平方向 偏轉(zhuǎn)，形成偏轉(zhuǎn)，形成時(shí)間基線時(shí)間基線。 X通道主要包括觸發(fā)整形電路、掃描電路、通道主要包括觸發(fā)整形電路、掃描電路、X放放 大器等部分，如圖大器等部分，如圖5-17所示。所示。 圖5-17 X通道的基本組成 1觸發(fā)整形電路觸發(fā)整形電路 觸發(fā)整形電路的作用在于把來(lái)源不同的觸發(fā)觸發(fā)整形電路的作用在于把來(lái)源不同的觸發(fā) 信號(hào)整形為具有一定波形、一定幅度的觸發(fā)信號(hào)整形為具有一定波形、一定幅度的觸發(fā) 脈沖。其主

51、要功能有觸發(fā)源選擇、耦合方式脈沖。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)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，其方框圖如圖放大整形電路等，其方框圖如圖5-18所示。所示。 到時(shí)基發(fā)生器到時(shí)基發(fā)生器 觸發(fā)源觸發(fā)源 選選 擇擇 輸入耦合輸入耦合 方式選擇方式選擇 觸觸 發(fā)發(fā) 放大器放大器 觸發(fā)極性觸發(fā)極性 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖 整形電路整形電路 圖5-18 觸發(fā)整形電路方框圖 觸發(fā)整形電路的原理圖如圖觸發(fā)整形電路的原理圖如圖5-19所示所示。 圖5-19 觸發(fā)整形電路原理圖 觸發(fā)源選擇觸發(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)；觸

52、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(hào)取自前者的觸發(fā)信號(hào)取自Y通道中的被測(cè)信號(hào)，后通道中的被測(cè)信號(hào)，后 者取自外部信號(hào)源。由轉(zhuǎn)換開關(guān)者取自外部信號(hào)源。由轉(zhuǎn)換開關(guān)S1（對(duì)應(yīng)面板（對(duì)應(yīng)面板 上上“極性極性”開關(guān)）選擇不同的觸發(fā)信號(hào)源。開關(guān)）選擇不同的觸發(fā)信號(hào)源。 觸發(fā)耦合方式觸發(fā)耦合方式 為適合不同的信號(hào)頻率示波器設(shè)有多種耦合為適合不同的信號(hào)頻率示波器設(shè)有多種耦合 方式。由開關(guān)方式。由開關(guān)S2選擇。選擇。 “DC”：直流耦合。用于接入直流或緩慢變：直流耦合。用于接入直流或緩慢變 化的信號(hào)，或者頻率較低且有直流成分的信化的信號(hào)，或者頻率較低且有直流成分的信 號(hào)。號(hào)。 “AC”：交流耦

53、合。用于觀察由低頻到較高：交流耦合。用于觀察由低頻到較高 頻率的信號(hào)。頻率的信號(hào)。 “AC（H）”：高頻耦合。用于觀察高頻：高頻耦合。用于觀察高頻 （一般大于（一般大于5MHz）的信號(hào)。）的信號(hào)。 觸發(fā)極性選擇觸發(fā)極性選擇 觸發(fā)極性開關(guān)用于確定在觸發(fā)信號(hào)的那一點(diǎn)上觸發(fā)極性開關(guān)用于確定在觸發(fā)信號(hào)的那一點(diǎn)上 產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。當(dāng)觸發(fā)點(diǎn)在觸發(fā)脈沖的上升段產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。當(dāng)觸發(fā)點(diǎn)在觸發(fā)脈沖的上升段 時(shí)，稱之為時(shí)，稱之為正極性觸發(fā)正極性觸發(fā)；當(dāng)觸發(fā)點(diǎn)在下降段時(shí)，；當(dāng)觸發(fā)點(diǎn)在下降段時(shí)， 稱之為稱之為負(fù)極性觸發(fā)負(fù)極性觸發(fā)。 觸發(fā)電平調(diào)節(jié)觸發(fā)電平調(diào)節(jié) 觸發(fā)電平是指觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)信號(hào)波形的觸發(fā)電平是指觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)信

54、號(hào)波形的上部上部、 中部中部及及下部下部，由，由RP電位器調(diào)節(jié)。電位器調(diào)節(jié)。 觸發(fā)極性、電平的共同作用對(duì)顯示脈沖信號(hào)或觸發(fā)極性、電平的共同作用對(duì)顯示脈沖信號(hào)或 只顯示周期連續(xù)信號(hào)中的某一段具有明顯的作只顯示周期連續(xù)信號(hào)中的某一段具有明顯的作 用，如圖用，如圖5-20所示。所示。 圖圖5-20 觸發(fā)極性觸發(fā)極性電平的不同對(duì)波形顯示的影響電平的不同對(duì)波形顯示的影響 放大整形電路放大整形電路 一般由電壓比較器、施密特電路、微分電路組一般由電壓比較器、施密特電路、微分電路組 成。電壓比較器將觸發(fā)信號(hào)與成。電壓比較器將觸發(fā)信號(hào)與RP確定的電平確定的電平 進(jìn)行比較，其輸出信號(hào)再經(jīng)整形產(chǎn)生矩形脈沖，進(jìn)行比較

55、，其輸出信號(hào)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。發(fā)脈沖。 2掃描發(fā)生器掃描發(fā)生器 掃描發(fā)生器電路在觸發(fā)脈沖啟動(dòng)下，產(chǎn)生周期掃描發(fā)生器電路在觸發(fā)脈沖啟動(dòng)下，產(chǎn)生周期 線性變化的鋸齒波掃描電壓。線性變化的鋸齒波掃描電壓。 它的組成如圖它的組成如圖5-21所示。所示。 圖5-21 掃描發(fā)生器原理圖 掃描發(fā)生器電路主要包括掃描閘門、掃描電壓掃描發(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(gè)閉環(huán)，也稱電路等。上述電路組成一個(gè)閉環(huán)，

56、也稱掃描發(fā)掃描發(fā) 生器環(huán)。生器環(huán)。 掃描通常分掃描通常分連續(xù)掃描連續(xù)掃描和和觸發(fā)掃描觸發(fā)掃描兩種形式。兩種形式。 連續(xù)掃描連續(xù)掃描是在示波器的水平偏轉(zhuǎn)板上加上不間是在示波器的水平偏轉(zhuǎn)板上加上不間 斷的鋸齒波，如圖斷的鋸齒波，如圖5-22（b）、（）、（c）所示）所示。 圖圖5-22 連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描的比較連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描的比較 觸發(fā)掃描觸發(fā)掃描也稱等待掃描，其特點(diǎn)是每次掃描均也稱等待掃描，其特點(diǎn)是每次掃描均 由被測(cè)信號(hào)觸發(fā)啟動(dòng)，如圖由被測(cè)信號(hào)觸發(fā)啟動(dòng)，如圖5-22（d）所示。）所示。 當(dāng)信號(hào)到來(lái)時(shí)，示波器進(jìn)行一次掃描，沒(méi)有信當(dāng)信號(hào)到來(lái)時(shí)，示波器進(jìn)行一次掃描，沒(méi)有信 號(hào)時(shí)，掃描也就停止，等待

57、下一次信號(hào)的到來(lái)，號(hào)時(shí)，掃描也就停止，等待下一次信號(hào)的到來(lái)， 現(xiàn)代通用示波器廣泛采用了這種觸發(fā)掃描方式?，F(xiàn)代通用示波器廣泛采用了這種觸發(fā)掃描方式。 3. X放大器放大器 X放大器的作用是為示波管的水平偏轉(zhuǎn)板提供放大器的作用是為示波管的水平偏轉(zhuǎn)板提供 對(duì)稱的推動(dòng)電壓，使電子束能在水平方向滿對(duì)稱的推動(dòng)電壓，使電子束能在水平方向滿 偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)。 當(dāng)示波器工作在當(dāng)示波器工作在X-Y方式時(shí)，外加的方式時(shí)，外加的X輸入信輸入信 號(hào)也要由號(hào)也要由X放大器傳送到放大器傳送到X偏轉(zhuǎn)極板。偏轉(zhuǎn)極板。 改變改變X放大器的增益可以使亮點(diǎn)在屏幕的水平放大器的增益可以使亮點(diǎn)在屏幕的水平 方向得到方向得到擴(kuò)展擴(kuò)展，或?qū)呙?/p>

58、因數(shù)進(jìn)行微調(diào)，或校，或?qū)呙枰驍?shù)進(jìn)行微調(diào)，或校 準(zhǔn)掃描因數(shù)。改變準(zhǔn)掃描因數(shù)。改變X放大器有關(guān)的直流電位也放大器有關(guān)的直流電位也 可以使光跡產(chǎn)生水平位移?？梢允构廑E產(chǎn)生水平位移。 5.3.4 主機(jī)系統(tǒng)（主機(jī)系統(tǒng)（Z軸系統(tǒng)軸系統(tǒng)） 通用示波器的主機(jī)系統(tǒng)主要包括低壓直流電源，通用示波器的主機(jī)系統(tǒng)主要包括低壓直流電源， 高頻高壓直流電源及校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。高頻高壓直流電源及校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。 低壓直流電源主要是為各單元電路提供工作低壓直流電源主要是為各單元電路提供工作 電壓。電壓。 高頻高壓直流電源的作用是為示波管各電極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。另外還有供給合適的工作電壓

59、。另外還有Z軸放大器，軸放大器， 用來(lái)進(jìn)行用來(lái)進(jìn)行輝度調(diào)節(jié)輝度調(diào)節(jié)。 校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的作用是用來(lái)產(chǎn)生幅度已知校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的作用是用來(lái)產(chǎn)生幅度已知 的精度較高的穩(wěn)定方波，以便校準(zhǔn)示波器垂的精度較高的穩(wěn)定方波，以便校準(zhǔn)示波器垂 直系統(tǒng)的靈敏度。通用示波器常提供直系統(tǒng)的靈敏度。通用示波器常提供1V、 1kHz的標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)。的標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)。 5.4 通用電子示波器的使用通用電子示波器的使用 使用示波器進(jìn)行有效測(cè)量時(shí)，必須合理地選使用示波器進(jìn)行有效測(cè)量時(shí)，必須合理地選 擇各種示波器，并應(yīng)能正確地操作它。擇各種示波器，并應(yīng)能正確地操作它。 1根據(jù)被測(cè)信號(hào)的波形和個(gè)數(shù)來(lái)選擇根據(jù)被測(cè)信號(hào)的波形和個(gè)數(shù)來(lái)選擇

60、 5.4.1 示波器的選擇示波器的選擇 若需要觀測(cè)一個(gè)低頻正弦信號(hào)，可選用普通示若需要觀測(cè)一個(gè)低頻正弦信號(hào)，可選用普通示 波器；若需要同時(shí)觀測(cè)和比較兩個(gè)信號(hào)，則可波器；若需要同時(shí)觀測(cè)和比較兩個(gè)信號(hào)，則可 選擇雙蹤示波器等。選擇雙蹤示波器等。 2根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率來(lái)選擇根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率來(lái)選擇 示波器示波器Y軸系統(tǒng)的通頻帶愈寬，被測(cè)信號(hào)的波軸系統(tǒng)的通頻帶愈寬，被測(cè)信號(hào)的波 形失真愈小。因此，一般要求示波器通頻帶寬形失真愈小。因此，一般要求示波器通頻帶寬 應(yīng)大于被測(cè)信號(hào)最高頻率以上，即應(yīng)大于被測(cè)信號(hào)最高頻率以上，即 3 。 例如，要觀測(cè)頻率為例如，要觀測(cè)頻率為50MHz的正弦信號(hào)，則應(yīng)的正弦信號(hào)，