時域測量PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1時域測量時域測量第六章第六章 時域測量時域測量本章要點：本章要點： 示波器的功用、分類、組成和波形顯示原理示波器的功用、分類、組成和波形顯示原理 通用示波器的組成原理、特性與應(yīng)用通用示波器的組成原理、特性與應(yīng)用 取樣技術(shù)在示波器中的應(yīng)用取樣技術(shù)在示波器中的應(yīng)用 數(shù)字示波器的組成原理數(shù)字示波器的組成原理、信號采集處理技術(shù)、信號采集處理技術(shù)、特性與功能特性與功能第1頁/共41頁本章開始將介紹幾種本章開始將介紹幾種圖示式儀器圖示式儀器，從三個方面去進行研究，即，從三個方面去進行研究，即時域時域(Time Domain)(Time Domain)反映的幅度反映的幅度U U與時間與時間T T的關(guān)

2、系的關(guān)系( (如如示波器示波器) )、頻域頻域(Frequency Domain)(Frequency Domain)反映的幅度反映的幅度U U與頻率與頻率F F的關(guān)系的關(guān)系( (如頻如頻譜儀譜儀) )及調(diào)制域及調(diào)制域(Modulation Domain)(Modulation Domain)。下面將分三章介紹。下面將分三章介紹三三種圖示式儀器種圖示式儀器：時域時域示波器示波器、頻域頻域頻譜儀和數(shù)據(jù)域頻譜儀和數(shù)據(jù)域邏輯分析儀邏輯分析儀。 T T圖圖6.1 6.1 調(diào)頻波頻譜圖調(diào)頻波頻譜圖F FU U調(diào)制域調(diào)制域頻域頻域時域時域第2頁/共41頁第3頁/共41頁6.1.16.1.1 示波器的功用示

3、波器的功用1. 1. 示波器是一種基本的、示波器是一種基本的、應(yīng)用最廣泛應(yīng)用最廣泛的時域測量儀器。的時域測量儀器。2. 2. 是一種是一種全息儀器全息儀器。示波器能讓人們觀察到信號波形的全貌，。示波器能讓人們觀察到信號波形的全貌，能測量信號的幅度、頻率、周期等基本參量，能測量脈沖信能測量信號的幅度、頻率、周期等基本參量，能測量脈沖信號的脈寬、占空比、上升（下降）時間、上沖、振鈴等參數(shù)，號的脈寬、占空比、上升（下降）時間、上沖、振鈴等參數(shù)，還能測量兩個信號的時間和相位關(guān)系。這些功能是其它電子還能測量兩個信號的時間和相位關(guān)系。這些功能是其它電子儀器難以勝任的。儀器難以勝任的。 3. 3. 示波器從

4、早期的示波器從早期的定性觀測定性觀測，已發(fā)展到可以進行，已發(fā)展到可以進行精確測量精確測量。4. 4. 示波器是其它示波器是其它圖式儀器的基礎(chǔ)圖式儀器的基礎(chǔ)。對掃頻儀、頻譜儀、邏輯。對掃頻儀、頻譜儀、邏輯分析儀以及醫(yī)用分析儀以及醫(yī)用B B超等各種圖示儀器就容易理解了。超等各種圖示儀器就容易理解了。第4頁/共41頁6.1.2 6.1.2 示波器的分類示波器的分類一、當(dāng)前常用的示波器從技術(shù)原理上可分為：一、當(dāng)前常用的示波器從技術(shù)原理上可分為： （1 1）模擬式模擬式通用示波器通用示波器（采用單束示波管實現(xiàn)顯示，當(dāng)前（采用單束示波管實現(xiàn)顯示，當(dāng)前 最通用的示波器）。最通用的示波器）。 （2 2）數(shù)字式

5、數(shù)字式數(shù)字存儲示波器數(shù)字存儲示波器（采用（采用A/DA/D、DSPDSP等技術(shù)實現(xiàn)等技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)字化示波器）。的數(shù)字化示波器）。（1 1）中、低檔示波器，帶寬在中、低檔示波器，帶寬在60MHz60MHz以下以下。 （2 2）高檔示波器，帶寬在高檔示波器，帶寬在60MHz60MHz以上，大多在以上，大多在300MHz300MHz以下。以下。 更高檔的有更高檔的有1GHz1GHz2GHz2GHz以上。以上。 從性能上，按示波器的帶寬可分為：從性能上，按示波器的帶寬可分為： 第5頁/共41頁第6頁/共41頁第7頁/共41頁.MHzBWstr350第8頁/共41頁第9頁/共41頁第10頁/共41頁6.

6、1.36.1.3 示波器的組成示波器的組成 Y Y（垂直）通道（垂直）通道：由探頭、衰減器、前置放大器、延遲線和：由探頭、衰減器、前置放大器、延遲線和輸出放大器組成，實質(zhì)上是個多級寬頻帶、高增益放大器，輸出放大器組成，實質(zhì)上是個多級寬頻帶、高增益放大器，主要對被測信號進行不失真的線性放大，以保證示波器的測主要對被測信號進行不失真的線性放大，以保證示波器的測量靈敏度。量靈敏度。X X（水平）通道（水平）通道：由觸發(fā)電路、時基發(fā)生器和水平輸出放大器：由觸發(fā)電路、時基發(fā)生器和水平輸出放大器組成，主要產(chǎn)生與被測信號相適應(yīng)的掃描鋸齒波。組成，主要產(chǎn)生與被測信號相適應(yīng)的掃描鋸齒波。顯示屏顯示屏：主要由陰極

7、射線管組成，：主要由陰極射線管組成，常以常以CRT (Cathode Ray Tube)CRT (Cathode Ray Tube)表示，通常稱為示波管。當(dāng)前以表示，通常稱為示波管。當(dāng)前以光點和光柵方式作顯示屏的主要光點和光柵方式作顯示屏的主要采用示波管。另外，平板顯示屏采用示波管。另外，平板顯示屏是后起之秀，發(fā)展很快，尤其是是后起之秀，發(fā)展很快，尤其是液晶顯示屏（液晶顯示屏（LCDLCD）已經(jīng)應(yīng)用于）已經(jīng)應(yīng)用于示波器了。示波器了。 Y (Y (垂直垂直) )通通 道道X (X (水平水平) )通通 道道電源電源圖圖6.2 6.2 示波器的基本組成示波器的基本組成顯示屏顯示屏第11頁/共41頁

8、6.26.2 示波管（示波管（CRTCRT） 示波管屬于電真空器件，又稱為示波管屬于電真空器件，又稱為陰極射線管（陰極射線管（CRTCRT）。KG1G2A1A2Y2X2F6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦聚焦UA1輔助聚焦后加速極后加速極A315KV電子槍電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏熒光屏Y1真空玻璃管真空玻璃管圖6.3 陰極射線示波管Z Z軸軸第12頁/共41頁-E+EFKG1G2A1A2輝輝度度聚聚焦焦輔輔助助聚聚焦焦Y Y偏偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)板板X X偏偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)板板熒熒光光屏屏電電子子槍槍偏偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)系系統(tǒng)統(tǒng)熒熒光光屏屏第13頁/共41頁6.2.16.2.1 電子槍電子槍電子槍的作用是電子槍的作用是發(fā)

9、射電子并形成強度可控制的很細的電子束發(fā)射電子并形成強度可控制的很細的電子束。它由以下幾部分組成：它由以下幾部分組成： 1.1.燈絲燈絲FF在交流低壓在交流低壓( (如如6.3V)6.3V)下使鎢絲燒熱下使鎢絲燒熱, ,用于加熱陰極。用于加熱陰極。2.2.陰極陰極KK是一個表面涂有氧化鋇（其逸出功小，內(nèi)部自由電子容易逸出）是一個表面涂有氧化鋇（其逸出功小，內(nèi)部自由電子容易逸出）的金屬的金屬 KG1G2A1A2Y2X2F6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦聚焦UA1輔助聚焦后加速極后加速極A315KV電子槍電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏熒光屏Y1真空玻璃管真空玻璃管圖6.3 陰極射線示波管第14頁

10、/共41頁第15頁/共41頁3.3.第一柵極第一柵極G1G1調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)G1G1的電位可以調(diào)節(jié)示波器的亮度，常置于示波器的電位可以調(diào)節(jié)示波器的亮度，常置于示波器面板上供使用。面板上供使用。 當(dāng)控制信號加于當(dāng)控制信號加于G1G1，其，其亮度亮度可隨之改變，則可以傳遞信息，稱為示波器的可隨之改變，則可以傳遞信息，稱為示波器的Z Z軸軸電路。電路。4.4.第二柵極第二柵極G2G2隔離開隔離開G1G1和和A1A1，以減小亮度調(diào)節(jié)與聚焦調(diào)節(jié)的相互影響。，以減小亮度調(diào)節(jié)與聚焦調(diào)節(jié)的相互影響。KG1G2A1A2Y2X2F6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦聚焦UA1輔助聚焦后加速極后加速極A315KV電子槍電

11、子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏熒光屏Y1真空玻璃管真空玻璃管圖6.3 陰極射線示波管第16頁/共41頁5.5.第一陽極第一陽極A1A1與第二陽極與第二陽極A2A2構(gòu)成一個電子透鏡，對電子束起構(gòu)成一個電子透鏡，對電子束起聚焦聚焦作用。作用。 6.6.第二陽極第二陽極A2A2是個更大的同軸圓筒，其上電壓較高，它主要與是個更大的同軸圓筒，其上電壓較高，它主要與A1A1構(gòu)成構(gòu)成電子透鏡。電子透鏡。 7.7.第三陽極第三陽極A3A3具有上萬伏的高壓，用于對電子束加速，故也稱具有上萬伏的高壓，用于對電子束加速，故也稱后加速后加速陽極陽極。 KG1G2A1A2Y2X2F6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦聚焦

12、UA1輔助聚焦后加速極后加速極A315KV電子槍電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏熒光屏Y1真空玻璃管真空玻璃管圖6.3 陰極射線示波管第17頁/共41頁KG1G2A1A2第18頁/共41頁1V2VE12VV1212E1V2V12VV2121K1G2G1A2A第19頁/共41頁6.2.2 6.2.2 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)1 1靜電偏轉(zhuǎn)靜電偏轉(zhuǎn)-光點法光點法-用于示波器用于示波器2.2.磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)-光柵法光柵法-用于電視機、計算機顯示器及示波器。用于電視機、計算機顯示器及示波器。2yyyaLsyUh UbU圖圖6.4 6.4 電子束的偏轉(zhuǎn)電子束的偏轉(zhuǎn)L LS SY YU Uy yU Ua a屏幕屏幕電子

13、束電子束A A2 22yyyaLsyUh UbU比例系數(shù)稱為示波管的偏轉(zhuǎn)比例系數(shù)稱為示波管的偏轉(zhuǎn)因數(shù)，單位為因數(shù)，單位為cm/Vcm/V，它的，它的倒數(shù)倒數(shù)DDy y1 1h hy y稱為示波管稱為示波管的 偏 轉(zhuǎn) 靈 敏 度 ， 單 位 為的 偏 轉(zhuǎn) 靈 敏 度 ， 單 位 為V/cmV/cm。偏轉(zhuǎn)靈敏度是示波。偏轉(zhuǎn)靈敏度是示波管的重要參數(shù)管的重要參數(shù)。第20頁/共41頁6.2.36.2.3 熒光屏熒光屏在示波管正面內(nèi)壁涂上一層熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)將高速電子的在示波管正面內(nèi)壁涂上一層熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)將高速電子的轟擊動能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，產(chǎn)生亮點。轟擊動能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽a(chǎn)生亮點。 余輝時間余輝時間：當(dāng)

14、電子束從熒光屏上移去后，光點仍能在屏上保持：當(dāng)電子束從熒光屏上移去后，光點仍能在屏上保持一定的時間才消失。從電子束移去到光點：亮度下降為原始值一定的時間才消失。從電子束移去到光點：亮度下降為原始值的的1010，所延續(xù)的時間稱為余輝時間，所延續(xù)的時間稱為余輝時間 小于小于10s10s的為極短余輝；的為極短余輝； 不同熒光材料余輝時間不一樣：不同熒光材料余輝時間不一樣：10s10s1ms1ms為短余輝（通常是為短余輝（通常是藍色藍色，便于攝影感光）；，便于攝影感光）；1ms1ms0.1s0.1s為中余輝（通常為為中余輝（通常為綠色綠色，眼睛不易疲勞）；，眼睛不易疲勞）； 0.1s0.1s1s1s為

15、長余輝（通常是為長余輝（通常是黃色黃色）；）；大于大于1s1s為極長余輝（通常是為極長余輝（通常是黃色黃色）。）。第21頁/共41頁6.36.3波形顯示原理波形顯示原理6.3.1 6.3.1 顯示隨時間變化的圖形顯示隨時間變化的圖形 1.1.光點掃描顯示原理光點掃描顯示原理 光點位置控制：光點位置控制： u uy yY Y1 1Y Y2 21 12 23 34 40 0t t1 13 30 02 2 4 4(a)(a)(b)(b)t tX X2 2X X1 10 00 0u ux xT Ts sT Tn n+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - -+ +

16、+ + + + +光點在合力作用下移動光點在合力作用下移動. .第22頁/共41頁2.2.信號與掃描電壓的同步信號與掃描電壓的同步u uy y1 12 23 34 40 0t tT Ts su ux xu uy yu ux xX X1 1X X2 2Y Y1 1Y Y2 21 12 23 34 40 0t t0 0T Tn n1 12 23 34 40 0圖圖6.6 6.6 掃描過程掃描過程第23頁/共41頁u uy yT Ts sT Tn nt t0 01 13 35 57 79 910108 86 64 42 20,80,81,91,95 53 37 7210210 4124126 68

17、81 1t tu ux x2 25 57 79 91 12 23 33 34 44 45 56 66 67 710108 8圖圖6.7 6.7 掃描電壓與被測信號同步掃描電壓與被測信號同步同步同步：T Tn n/T/TS S=n=nN=1N=1，2 2，波形穩(wěn)定波形穩(wěn)定第24頁/共41頁3.3.連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描連續(xù)掃描連續(xù)掃描：一開機就有掃描線一開機就有掃描線，來信號同步后波，來信號同步后波形才穩(wěn)定。形才穩(wěn)定。觸發(fā)掃描觸發(fā)掃描：一開機沒有掃描線一開機沒有掃描線，來信號觸發(fā)后波，來信號觸發(fā)后波形才穩(wěn)定。形才穩(wěn)定。T Ts st tt tt tt tu uy yu ux xu

18、ux xu ux xT Tn nT Tn n圖圖6.9 6.9 連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的比較連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的比較1mS1mS1 1 S S第25頁/共41頁(a) Ux=0、Uy=0 (b) Ux=0、Uy=常量 第26頁/共41頁(c) Ux=常量、Uy=0 (d) Ux=常量、Uy=常量第27頁/共41頁Uy0123401324Uy-Uyt第28頁/共41頁Ux0123401324Ux-Uxt第29頁/共41頁Uy0123401324Uy-Uyt0UxtUx-Ux第30頁/共41頁t0123401234uytux01234。 第31頁/共41頁t0123401234uytux01234024。第32頁/共41頁向右的連續(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”。/xxxSkth t cms第33頁/共41頁uyTyTxuxtt 第