示波器原理及其應(yīng)用-模電實(shí)驗(yàn)

示波器原理及其應(yīng)用一模擬示波器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。普通示波器有五個(gè)基本組成部分：顯示電路、垂直（Y軸）放大電路、水平（X軸）放大電路、掃描與同步電路、電源供給電路。普通示波器的原理功能方框圖

示波器的基本組成盡管示波器的型號(hào)和規(guī)格很多，但都由幾個(gè)基本組成部分:ACDCGNDY軸系統(tǒng)Y軸放大器Ｙ電子槍Z軸電路Y軸偏轉(zhuǎn)X軸偏轉(zhuǎn)熒光加速聚焦示波管電源示波器的基本組成示波管(CRT)顯示系統(tǒng)、Y軸放大系統(tǒng)、X軸放大及掃描觸發(fā)系統(tǒng)、電源供給系統(tǒng)。X-YX軸放大器鋸齒波發(fā)生器同步觸發(fā)電路ＸEXTsourceINTMODE掃描X軸系統(tǒng)電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏示波管（CRT）顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介A1：第一陽(yáng)極G：控制柵極K：陰極F：燈絲G：對(duì)應(yīng)亮度旋鈕A2：第二陽(yáng)極K

GA1

A2共同完成聚焦X：水平偏轉(zhuǎn)板Y：豎直偏轉(zhuǎn)板熒光屏電子放大系統(tǒng)：豎直放大器、水平放大器掃描觸發(fā)系統(tǒng)：掃描發(fā)生器、觸發(fā)電路作用：在偏轉(zhuǎn)板上加足夠的電壓，使電子束獲得明顯偏移；對(duì)較弱的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大掃描發(fā)生器作用：產(chǎn)生一個(gè)與時(shí)間成正比的電壓作為掃描信號(hào)觸發(fā)電路作用：形成觸發(fā)信號(hào)。示波器工作在自動(dòng)（AUTO)方式時(shí)，掃描發(fā)生器始終有掃描信號(hào)輸出；當(dāng)示波器處于AC/DC觸發(fā)方式工作時(shí)，掃描發(fā)生器必須有觸發(fā)信號(hào)的激勵(lì)才能產(chǎn)生掃描信號(hào)。一般對(duì)應(yīng)：內(nèi)觸發(fā)方式時(shí)，觸發(fā)信號(hào)由被測(cè)信號(hào)產(chǎn)生，滿足同步要求外觸發(fā)方式時(shí)，觸發(fā)信號(hào)由外部輸入信號(hào)產(chǎn)生（掃描和同步）示波原理(沙斗實(shí)驗(yàn))沙斗實(shí)驗(yàn)：沙斗Y方向做自由單擺運(yùn)動(dòng)。紙張P沿X方向做勻速移動(dòng)，則沙漏的軌跡就是一條隨時(shí)間變化的周期性正弦波曲線。示波管顯示原理產(chǎn)生高速飛行的電子束使電子沿Y方向偏移使電子沿x方向偏移示波管顯示原理電子沿Y方向向上偏移

1、Y偏轉(zhuǎn)電極板加一直流電壓(上正下負(fù))，此時(shí)，電子束向上偏移，亮點(diǎn)出現(xiàn)在熒光屏正上方。一個(gè)直流電壓加到一對(duì)偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，將使光點(diǎn)在熒光屏上產(chǎn)生一個(gè)固定位移，該位移的大小與所加直流電壓成正比。電子沿Y方向向下偏移示波管顯示原理

2、Y偏轉(zhuǎn)電極板加一直流電壓(上負(fù)下正)，此時(shí)，電子束向下偏移，亮點(diǎn)出現(xiàn)在熒光屏正下方。電子沿X方向向里偏移示波管顯示原理

3、X偏轉(zhuǎn)電極板加一直流電壓(上正下負(fù))，此時(shí)，電子束向里偏移，亮點(diǎn)出現(xiàn)在熒光屏正右方。電子沿X方向向外偏移示波管顯示原理

4、X偏轉(zhuǎn)電極板加一直流電壓(上負(fù)下正)，此時(shí)，電子束向外偏移，亮點(diǎn)出現(xiàn)在熒光屏正左方。

示波器掃描原理只在豎直偏轉(zhuǎn)板上加正弦電壓的情形只在水平偏轉(zhuǎn)板上加一鋸齒波電壓的情形如果將一個(gè)頻率在10Hz～20Hz以上的正弦交流電壓加到一對(duì)偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，光點(diǎn)在熒光屏上將隨電壓的變化而移動(dòng)。由于熒光屏的余輝現(xiàn)象和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，在熒光屏上看到的就不是一個(gè)上下移動(dòng)的點(diǎn)，而是一根垂直的亮線了。該亮線的長(zhǎng)短在示波器的垂直放大增益一定的情況下決定于正弦交流電壓峰一峰值的大小。如果分別將兩個(gè)交變電壓同時(shí)加到垂直和水平兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上，則熒光屏上的光點(diǎn)位置就由兩個(gè)方向的位移所共同決定。如果將代表被測(cè)信號(hào)的正弦波電壓加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，鋸齒波掃描電壓加到水平偏轉(zhuǎn)板上，而且被測(cè)信號(hào)電壓的頻率等于鋸齒波掃描電壓的頻率(fX=fY)，則熒光屏上將顯示出一個(gè)周期的被測(cè)信號(hào)電壓隨時(shí)間變化的波形曲線TX=TY

示波器掃描原理若加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的正弦波電壓頻率是加到水平偏轉(zhuǎn)板上的鋸齒波掃描電壓頻率的二倍(2fX=fY)

，則熒光屏上顯示出兩個(gè)周期正弦波形曲線。TX=2TY以此類推，當(dāng)TX=nTY，則屏幕顯示n個(gè)周期正弦波形。

示波器掃描原理

同步（整步）原理紊亂的波形當(dāng)被測(cè)信號(hào)電壓的頻率與鋸齒波電壓的頻率不成整數(shù)倍數(shù)時(shí)，則熒光屏上不能獲得穩(wěn)定的波形由此可見，為了在熒光屏上獲得穩(wěn)定的圖像，TX(包括正程與回程)與TY必須成整數(shù)倍關(guān)系，即TX＝nTY

(n為正整數(shù))，以保證每次掃描的起始點(diǎn)都對(duì)應(yīng)信號(hào)電壓uy的相同相位點(diǎn)上，這種過程稱為“同步”。示波器中，通常利用被測(cè)信號(hào)uy(或用與uy相關(guān)的其他信號(hào))去控制掃描電壓發(fā)生器的振蕩周期，以迫使TX＝nTY。不穩(wěn)定波形形成原因

同步（整步）原理掃描時(shí)由于鋸齒波周期性復(fù)原，要求光點(diǎn)所畫的軌跡和第一周期的完全重合，再由視覺殘留，觀察到一個(gè)穩(wěn)定的波形。

Tx=nTy,fy=nfx為使熒光屏上的圖形穩(wěn)定，被測(cè)信號(hào)電壓的頻率應(yīng)與鋸齒波電壓的頻率保持整數(shù)比的關(guān)系，即同步關(guān)系。需要在其掃描電路上輸入一個(gè)與被觀察信號(hào)頻率相關(guān)的同步信號(hào)，當(dāng)所加同步信號(hào)的頻率接近鋸齒波頻率的自主振蕩頻率（或接近其整數(shù)倍）時(shí)，就可以把鋸齒波頻率“拖入同步”或“鎖住”。拖入同步tt00uYuX觸發(fā)同步電路，它從垂直放大電路中取出部分待測(cè)信號(hào)，輸入到掃描發(fā)生器，迫使鋸齒波與待測(cè)信號(hào)同步，此稱為“內(nèi)觸發(fā)”。操作時(shí)使用“電平”（LEVEL）旋鈕

選擇觸發(fā)時(shí)機(jī)。連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描1、連續(xù)掃描觸發(fā)掃描的特點(diǎn)是，只有在外加輸入信號(hào)(稱為觸發(fā)信號(hào))的作用下光屏上才有時(shí)基線；反之，無(wú)觸發(fā)信號(hào)．熒光屏上只顯示一個(gè)亮點(diǎn)。觸發(fā)掃描不僅可用于觀察連續(xù)信號(hào)波形，而且適用于觀測(cè)脈沖信號(hào)波形。連續(xù)掃描是掃描電壓為周期性鋸齒波電壓。其特點(diǎn)是．即使沒有外加信號(hào)，在熒光屏上也能顯示一條時(shí)基線。前面介紹過的掃描即為連續(xù)掃描。2、觸發(fā)掃描觸發(fā)掃描的特點(diǎn)是，只有在外加輸入信號(hào)(稱為觸發(fā)信號(hào))的作用下，掃描發(fā)生器才工作。觸發(fā)掃描不僅可用于觀察連續(xù)信號(hào)波形，而且適用于觀測(cè)窄脈沖信號(hào)波形。

觸發(fā)掃描為了在示波器上觀察到穩(wěn)定不動(dòng)的信號(hào)波形：用被測(cè)信號(hào)或其他信號(hào)來(lái)控制掃描電壓的產(chǎn)生時(shí)刻，稱為掃描觸發(fā)。該系統(tǒng)的主要作用是用來(lái)產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)，并保證被測(cè)信號(hào)波形與掃描信號(hào)波形之間有確定的相位關(guān)系。掃描系統(tǒng)所需的觸發(fā)信號(hào)可選用內(nèi)觸發(fā)信號(hào)，也可選用外觸發(fā)信號(hào)，一般多選用內(nèi)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行掃描顯示，僅在同步困難時(shí)才選用外觸發(fā)的方式。當(dāng)被測(cè)信號(hào)達(dá)到某一選擇的電平時(shí)，觸發(fā)電路就輸出一個(gè)脈沖信號(hào)去啟動(dòng)掃描電路使光點(diǎn)開始水平掃描。觸發(fā)系統(tǒng)包括觸發(fā)信號(hào)源、觸發(fā)方式、觸發(fā)電平和觸發(fā)極性。合理地選擇觸發(fā)信號(hào)源對(duì)正確觀察被測(cè)信號(hào)之間的相位關(guān)系是十分重要的。雙蹤示波器的基本組成雙蹤示波器基本原理雙蹤（或多蹤）示波是在單線示波器的基礎(chǔ)上，增設(shè)一個(gè)專用電子開關(guān)，用它來(lái)實(shí)現(xiàn)兩種（或多種）波形的分別顯示。電子開關(guān)K的作用是使加在示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上的兩種信號(hào)電壓作周期性轉(zhuǎn)換。兩個(gè)信號(hào)在熒光屏上雖然是交替顯示的，但由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象和熒光屏的余輝（高速電子在停止沖擊熒光屏后，熒光屏上受沖擊處仍保留一段發(fā)光時(shí)間）現(xiàn)象，就可在熒光屏上同時(shí)看到兩個(gè)被測(cè)信號(hào)波形。電子開關(guān)的工作方式有“交替”轉(zhuǎn)換和“斷續(xù)”轉(zhuǎn)換兩種。采用“交替”轉(zhuǎn)換方式采用“斷續(xù)”轉(zhuǎn)換方式當(dāng)電子開關(guān)用斷續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式時(shí)，在X軸掃描的每一個(gè)過程中，電子開關(guān)都以足夠高的轉(zhuǎn)換頻率，分別對(duì)所顯示的每個(gè)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行多次取樣。模擬示波器操作示波器面板控制件的作用簡(jiǎn)介亮度：軌跡亮度調(diào)節(jié)電源開關(guān)電源指示燈聚焦：軌跡清晰度調(diào)節(jié)熒光屏校準(zhǔn)信號(hào)CH1或CH2：被測(cè)信號(hào)輸入端口注意雙通道被測(cè)信號(hào)耦合方式AC：交流輸入DC：直流輸入GND：輸入零信號(hào)垂直位移水平位移被測(cè)信號(hào)輸入ALT：兩個(gè)通道交替顯示通道工作方式選擇CH1或CH2：1或2單獨(dú)顯示CHOP：兩個(gè)通道斷續(xù)顯示ADD：顯示兩個(gè)通道信號(hào)幅度的代數(shù)和或差通道2極性轉(zhuǎn)換電壓衰減及掃描速率VOLTS/DIV：調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度，指示垂直方向每格的偏轉(zhuǎn)電壓值VIRIABLE：連續(xù)調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度TIME/DIV：調(diào)節(jié)掃描速率，指示水平方向每格的掃描時(shí)間X-Y工作方式：CH1輸入X軸信號(hào)VIRIABLEPLEE×5：連續(xù)調(diào)節(jié)掃描速率掃描方式選擇自動(dòng)（AUTO)：掃描發(fā)生器自動(dòng)工作常態(tài)（NORM)單次（SINGLE)被觸發(fā)或準(zhǔn)備指示燈電平（LEVEL）：調(diào)節(jié)被測(cè)信號(hào)在某一電平觸發(fā)掃描觸發(fā)方式選擇選擇觸發(fā)源信號(hào)內(nèi)：CH1CH2外：LINEEXT觸發(fā)極性選擇：選擇上升或下降沿觸發(fā)掃描接地外觸發(fā)輸入CH1或CH2選擇：“交替”或“斷續(xù)”工作方式時(shí)，選擇頻率低的通道觸發(fā)單蹤顯示時(shí)，任選其一，觸發(fā)信號(hào)均來(lái)自于被顯示通道選擇觸發(fā)信號(hào)耦合方式：AC/DCTVAC常態(tài)觸發(fā)耦合方式（COUPLING）順時(shí)針旋足微調(diào)（VIRIABLE）CH1觸發(fā)源（TRIGGERSOURCE）0.1V(X)電壓衰減（VOLTS/DIV）0.5ms掃描速率（SEC/DIV）CH1垂直方式（MODE）觸發(fā)極性（SLOPE）居中位移（三只）（POSITION）自動(dòng)掃描方式（SWEEPMODE）居中聚焦（FOCUS）DC輸入耦合居中亮度（INTENSITV）作用位置控制件名稱作用位置控制件名稱測(cè)量前示波器面板控件的位置注意：測(cè)量時(shí)對(duì)控件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)面板主要按鈕垂直系統(tǒng)水平系統(tǒng)t/DIV：調(diào)節(jié)掃描速率，指示水平方向每格的掃描時(shí)間V/DIV：調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度,指示垂直方向每格的偏轉(zhuǎn)電壓值觸發(fā)電路電平（LEVEL）：調(diào)節(jié)被測(cè)信號(hào)在某一電平觸發(fā)描。舊示波器：順時(shí)針到底，波形中心電平附近X-Y工作方式X-Y：顯示兩個(gè)相關(guān)量的函數(shù)圖形。

CH1輸入x軸信號(hào)，同時(shí)設(shè)置為X-Y狀態(tài)。觀察波形（1）信號(hào)發(fā)生器輸出接CH1。（2）調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率和電壓及波形。（3）調(diào)節(jié)示波器CH1通道偏轉(zhuǎn)因數(shù)、掃描速率、電平等，使顯示波形穩(wěn)定。要求：熟練偏轉(zhuǎn)因數(shù)、掃描速率、電平等按鈕操作測(cè)量正弦信號(hào)電壓與周期測(cè)量原理偏轉(zhuǎn)因數(shù)V/div時(shí)基因數(shù)T/div電壓：Upp=2×4=8V假設(shè)：“V/div”檔位置于2V/div“TIME/div”的檔位在0.5ms/div

周期T=6×0.5=3mS頻率f=1/T=333HZ

4格1.6格T=1.6×t/divUPP=4×v/div將不同信號(hào)源信號(hào)分別輸入CH1和CH2通道，掃描速率旋鈕置X-Y（逆時(shí)針到底）狀態(tài)，調(diào)節(jié)信號(hào)幅度或改變通道偏轉(zhuǎn)因數(shù)，使圖形不超出熒光屏視場(chǎng)，調(diào)節(jié)CH1和CH2頻率比觀察李薩如圖。測(cè)量信號(hào)的頻率

觀察李薩如圖形兩個(gè)相互垂直的諧振動(dòng)合成時(shí)，若其頻率fx與fy

成簡(jiǎn)單的整數(shù)比，合成的軌跡是封閉的穩(wěn)定幾何圖形，稱為李薩如圖。測(cè)量信號(hào)頻率測(cè)量原理調(diào)出=1:1、1:2、2:3、3:4的李薩如圖形