第四章 示波器原理及應(yīng)用

第四章示波器原理及應(yīng)用

示波器是時(shí)域分析的最典型儀器,也是當(dāng)前電子測(cè)量領(lǐng)域中,品種最多、數(shù)量最大、最常用的一種儀器;示波測(cè)試技術(shù)是一種最靈活、多用的綜合性技術(shù)。

示波器的原理應(yīng)用廣泛，例如邏輯分析儀、晶體管特性圖示儀、掃頻儀、頻譜分析儀等儀器的波形顯示部分都有示波器技術(shù)的影子。

示波器主要用來(lái)觀測(cè)信號(hào)波形、測(cè)量電壓、頻率、時(shí)間等參數(shù)，是電子測(cè)量三大儀器（電壓表、示波器、電子計(jì)數(shù)器）之一。本章的主要內(nèi)容1示波器的分類及其主要技術(shù)指標(biāo)2示波測(cè)試的基本原理3通用示波器4取樣示波器5記憶和存儲(chǔ)示波器6數(shù)字存儲(chǔ)示波器7示波器的基本測(cè)試技術(shù)8晶體管特性圖示儀第一節(jié)示波器分類及其主要技術(shù)指標(biāo)4.1.1示波器的分類1根據(jù)示波器對(duì)信號(hào)的處理方式的不同可分為:★模擬示波器:采用模擬方式對(duì)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行處理和顯示?！飻?shù)字示波器:對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理后再顯示。2模擬示波器按其用途和特點(diǎn)可以分為:★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;低頻(0-1MHz)、普通（5-60MHz）、寬帶（5-60MHz以上）示波器。★示波器分類及其主要技術(shù)指標(biāo)★多束示波器：采用多束示波管，熒光屏上顯示的每個(gè)波形都由單獨(dú)的電子束掃描產(chǎn)生?！锸静ㄆ鞣诸惣捌渲饕夹g(shù)指標(biāo)★取樣示波器：采用取樣技術(shù)把高頻快速變化的信號(hào)變化成低頻慢速變化的信號(hào)（周期展寬），以便觀察高頻信號(hào)的細(xì)節(jié)變化。★記憶示波器：采用有記憶功能的示波管，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的存儲(chǔ)、記憶和反復(fù)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。3數(shù)字示波器:★數(shù)字示波器：將輸入信號(hào)數(shù)字化（時(shí)域取樣和幅度量化）后，經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換器再重建波形?！飻?shù)字示波器具有記憶、存貯被觀察信號(hào)功能，又稱為數(shù)字存貯示波器?！锔鶕?jù)取樣方式不同，數(shù)字示波器又可分為實(shí)時(shí)取樣、隨機(jī)取樣和順序取樣三大類。4.1.2示波器的主要技術(shù)指標(biāo)★示波器分類及其主要技術(shù)指標(biāo)1頻帶寬度BW和上升時(shí)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(shí)間tr是一個(gè)與頻帶寬度BW相關(guān)的參數(shù),頻帶寬度BW與上升時(shí)間tr的關(guān)系可近似表示為:2掃描速度

掃描速度:指熒光屏上光點(diǎn)水平移動(dòng)的速度,單位為“cm/s”或者(div/s)。掃描速度的倒數(shù)稱為“時(shí)基因素”,它表示單位距離代表的時(shí)間，單位為“t/cm”或“t/div”.3偏轉(zhuǎn)因素(垂直靈敏度)指在輸入信號(hào)作用下,光點(diǎn)在熒光屏上的垂直(Y)方向移動(dòng)1cm(或1格)所需的電壓值,單位為“V/cm”、“mV/cm”（或“V/div”、“mV/div”）?！锸静ㄆ鞣诸惣捌渲饕夹g(shù)指標(biāo)偏轉(zhuǎn)因素表示了示波器Y通道的放大/衰減能力.其倒數(shù)稱為“(偏轉(zhuǎn))靈敏度”。4輸入阻抗當(dāng)被測(cè)信號(hào)接入示波器時(shí),示波器輸入阻抗Zi(包括直流電阻和并聯(lián)電容值)形成被測(cè)信號(hào)的等效負(fù)載,一般Ω(MΩ)//pF表示.5輸入方式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(guò)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(chǎn)生掃描電壓的同步信號(hào)來(lái)源,一般有內(nèi)觸發(fā)（INT）、外觸發(fā)（EXT）、電源觸發(fā)（LINE）三種?！锸静ㄆ鞣诸惣捌渲饕夹g(shù)指標(biāo)7同步（或觸發(fā)）電壓波形穩(wěn)定的最小輸入電壓,當(dāng)輸入小于此電壓則不能穩(wěn)定顯示.★示波器分類及其主要技術(shù)指標(biāo)第二節(jié)示波測(cè)試的基本原理★示波測(cè)試的基本原理4.2.1示波器的測(cè)試過(guò)程4.2.2陰極射線示波管(示波管CRT)★示波測(cè)試的基本原理CRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成,基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。熒光★示波測(cè)試的基本原理1電子槍

電子槍發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束,它由燈絲F、陰極K、柵極G1和G2和陽(yáng)極A1、A2組成?！镪帢O是一個(gè)表面涂有氧化物的金屬圓筒,在燈絲的加熱下,陰極散射出大量游離電子?！锟刂茤艠O是頂端有孔的圓筒,套裝在陰極外面，其電位比陰極電位低,用于控制射向熒光屏的電子數(shù)量,改變電子束打在熒光屏上亮點(diǎn)的亮度。調(diào)節(jié)電位器RP1可以調(diào)節(jié)亮度,稱之為“輝度”.★第一、二陽(yáng)極(A1、A2)是中間開(kāi)孔、內(nèi)有許多柵格的金屬圓筒,它們與控制柵極配合完成對(duì)電子束的加速和聚焦。調(diào)節(jié)A1的電位器RP2稱為“聚焦（FOCUS）”旋鈕,對(duì)它進(jìn)行調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)G2與A1和A1與A2之間的電位;調(diào)節(jié)A2電位器RP3的旋鈕稱為“輔助聚焦（AUXFOCUS）”.★后加速陽(yáng)極加速電子束,提高示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度?！锸静y(cè)試的基本原理

電子在電子槍中的運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖所示。2偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用：掃描電壓、被測(cè)信號(hào)加到X、Y偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，各自在X、Y偏轉(zhuǎn)板間形成偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，分別使電子束產(chǎn)生在X、Y方向上的位移，由此確定出亮點(diǎn)在熒光屏上的位置。?示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對(duì)相互垂直的平行金屬板X、Y組成，分別稱為垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板。?當(dāng)有外加電壓作用時(shí),偏轉(zhuǎn)板之間形成電場(chǎng);在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下,電子束打向由X、Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的某個(gè)坐標(biāo)位置?！锸静y(cè)試的基本原理?為了示波器有較高的測(cè)量靈敏度,Y偏轉(zhuǎn)板置于靠近電子槍的部位,而X偏轉(zhuǎn)板在Y的右邊。?電子束在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn)距離與外加偏轉(zhuǎn)電壓成正比：★示波測(cè)試的基本原理L為偏轉(zhuǎn)板的長(zhǎng)度;S為偏轉(zhuǎn)板中心到屏幕中心的距離;b為偏轉(zhuǎn)板間距;Va為陽(yáng)極A2上的電壓。?示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度（單位為cm/V）：其倒數(shù)為示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)。偏轉(zhuǎn)靈敏度越大，示波管越靈敏。?為提高Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度,可在偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個(gè)后加速陽(yáng)極A3。★示波測(cè)試的基本原理3熒光屏熒光屏內(nèi)壁涂有熒光物質(zhì)(磷光質(zhì)),外壁則是玻璃管殼,熒光屏將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào),是示波管的波形顯示部分.電子槍發(fā)射的高速電子束轟擊熒光屏發(fā)出熒光,并維持一定的時(shí)間,該現(xiàn)象為熒光物質(zhì)的余輝現(xiàn)象.按照余輝現(xiàn)象維持時(shí)間(即余輝時(shí)間)的長(zhǎng)短,熒光物質(zhì)分為:?極短余輝:小于10us,超高頻示波器;?短余輝:10us～10ms,高頻示波器;?中余輝:1ms～0.1s,普通示波器;★示波測(cè)試的基本原理?長(zhǎng)余輝:0.1s～1s,低頻示波器;?極長(zhǎng)余輝:大于1s,極緩慢變化信號(hào)示波器;一般在熒光屏內(nèi)壁預(yù)先沉積一個(gè)透明刻度，稱為內(nèi)刻度；或在屏外安置標(biāo)有刻度的透明塑料板，稱為外刻度?？潭葏^(qū)域通常為一矩形，稱為測(cè)量窗或顯示窗，一般為10div×8div（寬×高）。值得提出的是:在使用示波器時(shí)，應(yīng)避免電子束長(zhǎng)時(shí)間的停留在熒光屏的一個(gè)位置，否則將使熒光屏受損。因此在示波器開(kāi)啟后不使用的時(shí)間內(nèi)，可將“輝度”調(diào)暗?！锸静y(cè)試的基本原理4.2.3圖象顯示的基本原理1顯示隨時(shí)間變化的圖形電子束通過(guò)垂直或水平偏轉(zhuǎn)板打到熒光屏上產(chǎn)生亮點(diǎn)，亮點(diǎn)在熒光屏上移動(dòng)的軌跡，是加到偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號(hào)的波形?！锸静y(cè)試的基本原理（1）Ux、Uy為固定電壓時(shí),有下面四種情況：（2）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓：僅在垂直偏轉(zhuǎn)板的兩板間加正弦變化的電壓，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?！锸静y(cè)試的基本原理僅在水平偏轉(zhuǎn)板的兩板間加鋸齒電壓，則光點(diǎn)只在熒光屏的水平方向來(lái)回移動(dòng)，出現(xiàn)一條水平線段?！锸静y(cè)試的基本原理(3)X、Y偏轉(zhuǎn)板上同時(shí)加變化電壓：★示波測(cè)試的基本原理2顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系★示波測(cè)試的基本原理若兩信號(hào)的初相相同，且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫出一條與水平軸呈45度角的直線。若兩信號(hào)的初相相差90度，且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫出的圖形為圓。注: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(Lissajous)圖形,這種圖形在相位和頻率測(cè)量中常會(huì)用到.3．掃描的概念

如果在X偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)隨時(shí)間線形變化的電壓,為鋸齒波電壓。垂直偏轉(zhuǎn)板不加電壓,那么光點(diǎn)在水平方向的偏移距離為:

比例系數(shù)Sx稱為示波管的X軸偏轉(zhuǎn)靈敏度?！锸静y(cè)試的基本原理當(dāng)鋸齒波電壓達(dá)到最大值時(shí),屏上的光點(diǎn)亦達(dá)到最大偏轉(zhuǎn),然后鋸齒波電壓迅速返回起始點(diǎn),光點(diǎn)也迅速返回屏幕最左端,再重復(fù)前面的變化。光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動(dòng)的過(guò)程稱為“掃描”,能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為“掃描電壓”,光點(diǎn)自左向右的連續(xù)掃動(dòng)稱為“掃描正程”,自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點(diǎn)的過(guò)程稱為“掃描逆程”。

★示波測(cè)試的基本原理掃描正程時(shí)間掃描逆程時(shí)間掃描休止時(shí)間當(dāng)Tb和Ts均為零時(shí),為理想掃描時(shí)間.★示波測(cè)試的基本原理

掃描正程時(shí)顯示被測(cè)信號(hào)的波形,應(yīng)該增強(qiáng)波形亮度,即增輝;而需要對(duì)回掃線和休止線進(jìn)行消隱.

可以在控制柵極上疊加正極性脈沖或在陰極上疊加負(fù)極性脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)增輝.可以在控制柵極上疊加負(fù)極性脈沖或在陰極上疊加正極性脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)消隱.4同步的概念一般的,如果掃描電壓周期與被測(cè)電壓保持:Tx=Ts+Tb+Tw=nTy（n為正整數(shù)）則稱掃描電壓與被測(cè)電壓“同步”,Tx為掃描信號(hào)周期;Ty為被測(cè)信號(hào)周期?！锸静y(cè)試的基本原理如果沒(méi)有同步關(guān)系,即:Tx=Ts+Tb+Tw≠nTy（n為正整數(shù)）則后一掃描周期描繪的圖形與前一掃描周期的圖形不重合,顯示的波形是不穩(wěn)定的。

★示波測(cè)試的基本原理同步時(shí)波形穩(wěn)定不同步時(shí)波形不穩(wěn)定★示波測(cè)試的基本原理5連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描★示波測(cè)試的基本原理★掃描正程緊跟著逆程,逆程結(jié)束又開(kāi)始新的正程,掃描是不間斷的,這種掃描方式稱為連續(xù)掃描.★掃描脈沖只在被測(cè)脈沖到來(lái)時(shí)才掃描一次;沒(méi)有被測(cè)脈沖時(shí)掃描發(fā)生器處于等待工作狀態(tài).這種由被測(cè)信號(hào)激發(fā)掃描器的間斷工作方式為“觸發(fā)掃描方式”.★示波測(cè)試的基本原理★示波測(cè)試的基本原理6掃描過(guò)程的增輝第三節(jié)通用示波器4.3.1通用示波器的組成★通用示波器的組成通用單通道示波器組成原理示意圖通用示波器工作波形示意★通用示波器的組成由前面的組成框圖可以看出,通用示波器包括三個(gè)部分：垂直系統(tǒng)(Y通道)、水平系統(tǒng)(X通道)、主機(jī)系統(tǒng)(Z通道).★通用示波器的組成4.3.2示波器的垂直通道(Y通道)

Y通道由輸入電路、前置放大器、延遲級(jí)、輸出(Y后置)放大器等組成.主要作用是：對(duì)單端輸入的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行變換、處理成為大小合適極性相反的對(duì)稱信號(hào)加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上,使電子束產(chǎn)生垂直偏轉(zhuǎn)。1輸入電路：包括衰減器和輸入選擇開(kāi)關(guān)。①衰減器(探極內(nèi)):由RC組成，用來(lái)衰減輸入信號(hào),以保證顯示在熒光屏上的信號(hào)不致因過(guò)大而失真?！锿ㄓ檬静ㄆ鞯慕M成改變分壓比的開(kāi)關(guān)為示波器的垂直靈敏度粗調(diào)開(kāi)關(guān),在面板上用“V/cm”標(biāo)記。

②輸入耦合方式:輸入耦合方式設(shè)有AC、GND、DC三檔選擇開(kāi)關(guān)。?觀察交流信號(hào)時(shí),置“AC”檔.可隔離被測(cè)信號(hào)中的直流及慢變化分量,抑制工頻干擾,便于測(cè)量高頻及交流瞬變信號(hào).?確定零電壓時(shí),置“GND”檔(接地耦合).將示波器Y通道輸入端接地,在測(cè)量直流電壓時(shí),為確定零電平位置而用.?觀測(cè)頻率很低的信號(hào)或帶有直流分量的交流信號(hào)時(shí),置“DC”檔(直流耦合).將輸入信號(hào)所有成分都加到示波器上.2前置放大器★通用示波器的組成將信號(hào)適當(dāng)放大,并從中取出內(nèi)觸發(fā)信號(hào),并具有靈敏度調(diào)節(jié)、校正、Y軸移位等控制作用.變換交流耦合和直流耦合,可以測(cè)出交流信號(hào)中直流成分的大小。Y前置放大器大都采用差分放大電路,輸出一對(duì)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(yīng)的Y偏轉(zhuǎn)板上的直流電位和波形在Y方向的位置也會(huì)改變.與前置放大器有關(guān)的有“倒相”開(kāi)關(guān)、垂直“移位”旋鈕.★通用示波器的組成其作用是對(duì)前級(jí)輸出信號(hào)進(jìn)行初步放大,補(bǔ)償延遲級(jí)對(duì)信號(hào)的損耗;為X通道的觸發(fā)電路提供大小合適的內(nèi)觸發(fā)信號(hào);以得到穩(wěn)定可靠的內(nèi)觸發(fā)脈沖.3延遲線(級(jí))★通用示波器的組成示波器通常采用內(nèi)觸發(fā)方式產(chǎn)生掃描電壓,只有當(dāng)被測(cè)信號(hào)達(dá)到一定的觸發(fā)電平時(shí),才能產(chǎn)生觸發(fā)脈沖并形成掃描電壓.為了完整顯示被測(cè)信號(hào)波形,在Y通道中設(shè)置延遲級(jí)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行延遲,延遲時(shí)間一般為60～200ns,常取100ns左右?！镅舆t線:一種傳輸線，起延遲時(shí)間的作用?！镅舆t線的作用:把加到垂直偏轉(zhuǎn)板的信號(hào)延遲一段時(shí)間,使其滯后于掃描開(kāi)始時(shí)間,保證在屏幕上可以掃出包括上升時(shí)間在內(nèi)的脈沖全過(guò)程。★通用示波器的組成★通用示波器的組成4Y輸出放大器將延遲線傳來(lái)的被測(cè)信號(hào)放大到足夠的幅度,用以驅(qū)動(dòng)示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),使電子束獲得Y方向的滿偏轉(zhuǎn)。與該電路有關(guān)的開(kāi)關(guān)旋鈕主要有“倍率”、偏轉(zhuǎn)因數(shù)“微調(diào)”、“尋跡”等開(kāi)關(guān)旋鈕.前兩個(gè)旋鈕都是通過(guò)調(diào)節(jié)放大器增益來(lái)實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)因數(shù)調(diào)節(jié)的.“尋跡”則是將Y放大器輸入端接地來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直方向?qū)ほE的。Y輸出放大器應(yīng)具有穩(wěn)定的增益,較高的輸入阻抗,足夠?qū)挼念l帶,較小的諧波失真。4.3.3示波器的水平通道(X通道)★通用示波器的組成X通道主要由觸發(fā)電路、掃描電路及X放大器組成.主要作用(1)產(chǎn)生掃描電壓,使波形在水平方向上展開(kāi);(2)給示波管提供增輝、消隱脈沖;(3)提供雙蹤示波器交替顯示時(shí)的控制信號(hào).★通用示波器的組成★通用示波器的組成1觸發(fā)電路為掃描信號(hào)發(fā)生器提供觸發(fā)脈沖.包括觸發(fā)源選擇、觸發(fā)耦合方式選擇、觸發(fā)方式選擇、觸發(fā)極性選擇、觸發(fā)電平選擇和觸發(fā)放大整形等電路.①觸發(fā)源選擇★內(nèi)觸發(fā)(INT):將Y前置放大器輸出(延遲線前的被測(cè)信號(hào))作為觸發(fā)信號(hào),適用于觀測(cè)被測(cè)信號(hào)?！锿庥|發(fā)(EXT):用外接的、與被測(cè)信號(hào)有嚴(yán)格同步關(guān)系的信號(hào)作為觸發(fā)源,用于比較兩個(gè)信號(hào)的同步關(guān)系。★電源觸發(fā)(LINE):用50Hz的工頻正弦信號(hào)作為觸發(fā)源,適用于觀測(cè)與50Hz交流有同步關(guān)系的信號(hào)。注:雙蹤示波器內(nèi)觸發(fā)源又分為CH1、CH2。②觸發(fā)耦合方式★通用示波器的組成觸發(fā)耦合方式是指選擇觸發(fā)源中某種成分來(lái)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖,有DC、AC、AC（H）和HF四種方式.★“DC”直流(直接)耦合：用于接入直流或緩慢變化的觸發(fā)信號(hào),或者頻率較低并且含有直流分量的觸發(fā)信號(hào).★“AC”交流耦合:用于觀察從低頻到較高頻率的信號(hào),有隔直作用.★“AC低頻抑制”耦合:是一種通過(guò)電容的偶合方式,一般電容很小,容抗很大,用于觀察含有低頻干擾的信號(hào)。★“HFREJ”高頻抑制耦合:用于抑制高頻成分的耦合,適于5MHz以上信號(hào)的觀測(cè)。③掃描觸發(fā)方式選擇(TRIGMODE)★常態(tài)(NORM)觸發(fā)方式:指有觸發(fā)源信號(hào)并產(chǎn)生了有效的觸發(fā)脈沖時(shí),熒光屏上才有掃描線?！镒詣?dòng)(AUTO)觸發(fā)方式:掃描電路處于自激狀態(tài),有連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出,熒光屏上總能顯示掃描線?！锿ㄓ檬静ㄆ鞯慕M成★電視(TV)觸發(fā)方式:是在原有放大、整形電路基礎(chǔ)上插入電視同分離電路實(shí)現(xiàn)的,以便對(duì)電視信號(hào)(如行、場(chǎng)同步信號(hào))進(jìn)行監(jiān)測(cè)與電視設(shè)備維修。④觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平?jīng)Q定觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻及被顯示信號(hào)的起始點(diǎn).★觸發(fā)極性:觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)源信號(hào)的上升沿(“+”)還是下降沿(“-”).★觸發(fā)電平:觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)所對(duì)應(yīng)的觸發(fā)放大器輸出電壓的瞬時(shí)值。零電平,正極性負(fù)電平,正極性正電平,正極性★通用示波器的組成★通用示波器的組成零電平,負(fù)極性負(fù)電平,負(fù)極性正電平,負(fù)極性⑤觸發(fā)放大整形電路放大整形電路的作用是對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行放大、整形,以滿足觸發(fā)信號(hào)的要求.其基本形式是電壓比較器,當(dāng)輸入的觸發(fā)源信號(hào)與通過(guò)“觸發(fā)極性和電平”選擇的信號(hào)之差達(dá)到某一設(shè)定值時(shí),比較電路翻轉(zhuǎn),輸出矩形波,然后經(jīng)過(guò)微分整形,變成觸發(fā)脈沖.★通用示波器的組成2掃描信號(hào)發(fā)生電路(環(huán))掃描發(fā)生器環(huán)又叫時(shí)基電路,常由積分器、掃描閘門及比較釋抑電路組成.其作用是產(chǎn)生符合要求的掃描電壓；為Z通道提供增輝、消隱脈沖；為雙蹤示波器電子開(kāi)關(guān)提供交替顯示的控制信號(hào)?！锿ㄓ檬静ㄆ鞯慕M成產(chǎn)生快速上升或下降的閘門信號(hào),閘門信號(hào)啟動(dòng)掃描發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波電壓,同時(shí)送到增輝電路,以便在掃描正程加亮掃描的光跡.注:在雙蹤示波器中,利用閘門信號(hào)觸發(fā)電子開(kāi)關(guān),使之工作于交替狀態(tài)。

①掃描方式選擇連續(xù)掃描時(shí),無(wú)觸發(fā)脈沖,掃描閘門仍產(chǎn)生門控信號(hào),并啟動(dòng)掃描發(fā)生器工作;觸發(fā)掃描時(shí),只有在觸發(fā)脈沖作用下才產(chǎn)生門控信號(hào).②掃描閘門電路(掃描門,是施密特觸發(fā)器):★通用示波器的組成★通用示波器的組成③積分器(掃描信號(hào)產(chǎn)生電路)改變RC的值,即改變了掃描電壓正程斜率,也就改變了掃描速度.改變積分電阻、積分電容的旋鈕稱為“時(shí)基因數(shù)(s/div)”旋鈕.當(dāng)S閉合時(shí),積分電容放電,產(chǎn)生掃描逆程電壓.④比較和釋抑電路★通用示波器的組成★比較電路:二極管與有關(guān)電路一起構(gòu)成電壓比較器,當(dāng)掃描電壓高于參考電壓Vr時(shí),二極管導(dǎo)通,輸出信號(hào)經(jīng)釋抑電路送至?xí)r基閘門電路,以結(jié)束閘門脈沖,從而閉合掃描電壓發(fā)生器開(kāi)關(guān)S,進(jìn)入掃描逆程.調(diào)節(jié)參考電壓Vr的大小可以改變二極管導(dǎo)通時(shí)間,從而調(diào)節(jié)掃描電壓的幅度.由于它控制了掃描基線的長(zhǎng)度,也稱為掃描長(zhǎng)度電路?！镝屢蛛娐?在掃描逆程開(kāi)始后,關(guān)閉或稱抑制掃描閘門,使“抑制”期間掃描電路不再受到同極性觸發(fā)脈沖的觸發(fā),以便掃描電路恢復(fù)到掃描的起始電平上.★通用示波器的組成★“穩(wěn)定度”電位器:可以調(diào)節(jié)時(shí)基閘門電路輸入信號(hào)的直流電平,改變觸發(fā)靈敏度,從而影響掃描電路的工作穩(wěn)定性,同時(shí)也可由該電位器改變掃描方式,如連續(xù)掃描或觸發(fā)掃描。3水平放大器★基本作用:選擇X軸信號(hào),并將其放大到足以使光點(diǎn)在水平方向達(dá)到滿偏的程度?！锲渌?X放大器的輸入端置于“內(nèi)”時(shí),X放大器放大掃描信號(hào);置于“外”時(shí),水平放大器放大由面板上X輸入端直接輸入的信號(hào).例如:當(dāng)示波器工作在“X-Y”方式時(shí).★通用示波器的組成★相關(guān)開(kāi)關(guān)旋鈕有:“水平移位”、“掃描擴(kuò)展”、“尋跡”等開(kāi)關(guān)旋鈕。“水平移位”是通過(guò)改變水平偏轉(zhuǎn)板上疊加的對(duì)稱直流電壓的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)波形水平移位的?！皰呙钄U(kuò)展”是通過(guò)成倍增大X放大器增益來(lái)實(shí)現(xiàn)波形擴(kuò)展的?！皩ほE”是通過(guò)將X放大器輸入端接地來(lái)實(shí)現(xiàn)水平方向?qū)ほE。4.3.4通用示波器的其它電路★通用示波器的組成1高、低壓電源低壓電源為電路提供所需的直流電壓,分若干組,一般采用串聯(lián)式穩(wěn)壓電路;高壓電源多用于示波器高中壓供電,一般由直流低壓變換邇來(lái).2Z軸增輝與調(diào)輝★增輝:將閘門信號(hào)放大，使顯示的波形正程加亮;★調(diào)輝:加外調(diào)制信號(hào)或時(shí)標(biāo)信號(hào),使屏幕顯示的波形發(fā)生相應(yīng)地變化。3校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生幅度和頻率準(zhǔn)確的基準(zhǔn)方波信號(hào),為儀器本身提供校準(zhǔn)信號(hào)源。4.3.5示波器的多波形顯示★通用示波器的組成實(shí)際中常常需要同時(shí)觀測(cè)兩個(gè)或兩個(gè)以上的波形(多波形顯示),實(shí)現(xiàn)多波形顯示的方法有兩種:1多線示波★原理:利用多槍電子管(多束示波管)來(lái)實(shí)現(xiàn)的;★多束示波管:內(nèi)裝有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子槍,每個(gè)電子槍能同時(shí)發(fā)出一束電子束,每一電子束都有各自獨(dú)立的Y偏轉(zhuǎn)板,有的還有獨(dú)立的多個(gè)掃描系統(tǒng).★優(yōu)點(diǎn):測(cè)試時(shí)各通道,各波形之間產(chǎn)生的交叉干擾可以減少或消除,可獲得較高的測(cè)量準(zhǔn)確度?！锶秉c(diǎn):制造困難,成本高,性能有待提高,較少使用?！锿ㄓ檬静ㄆ鞯慕M成2多蹤示波★原理:采用單束示波管制成的多蹤示波器。★單束示波管:只有一個(gè)電子槍,只有一套Y偏轉(zhuǎn)板,利用電子開(kāi)關(guān)控制被測(cè)信號(hào)輪流快速地接入Y偏轉(zhuǎn)板而顯示出多個(gè)波形(時(shí)分復(fù)用技術(shù)),這一技術(shù)充分利用了電子開(kāi)關(guān)的高速變換特性和人眼的視覺(jué)惰性.比較常用的是雙蹤示波器.通常使用的雙蹤示波器共有5種不同的顯示方式:★通用示波器的組成★通用示波器的組成①“Y1”通道(CH1):開(kāi)關(guān)S1、S2、S7、S8斷開(kāi),開(kāi)關(guān)S3、S4、S5、S6閉合,單蹤顯示Y1的波形;②“Y2”通道(CH2):開(kāi)關(guān)S3、S4、S5、S6斷開(kāi),開(kāi)關(guān)S1、S2、S7、S8閉合,單蹤顯示Y2的波形:③疊加方式(CH1+CH2):開(kāi)關(guān)S1、S2、S5、S6斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)S3、S4、S7、S8閉合,將兩信號(hào)代數(shù)“和”或“差”以后顯示出來(lái),只有一個(gè)波形;④交替方式(ALT):開(kāi)關(guān)S3、S4、S5、S6和S1、S2、S7、S8斷開(kāi)或閉合的狀態(tài)受時(shí)基閘門脈沖的控制,并且每間隔一個(gè)掃描周期變換一次狀態(tài),使得CH1和CH2輸入的信號(hào)輪流接通、輪流顯示,適合于觀察高頻信號(hào);★通用示波器的組成⑤斷續(xù)方式(CHOP):在一個(gè)掃描周期內(nèi),高速輪流的接通倆個(gè)輸入信號(hào),被測(cè)波形由許多線段時(shí)斷時(shí)續(xù)的顯示出來(lái).適用于被測(cè)信號(hào)頻率較低的情況。

★通用示波器的組成第四節(jié)取樣示波器由前面的示波器波形顯示原理可知,無(wú)論是連續(xù)掃描還是觸發(fā)掃描,都是在信號(hào)經(jīng)歷的實(shí)際時(shí)間內(nèi)顯示信號(hào)波形,稱為實(shí)時(shí)(realtime)測(cè)量方法.通用示波器都屬于這種測(cè)量方法.★取樣示波器

通用示波器一般不能觀測(cè)100MHz以上的高頻或超高頻信號(hào).為了觀測(cè)高頻信號(hào),在普通示波器的前面加一個(gè)專門的取樣裝置,運(yùn)用取樣技術(shù)把高頻信號(hào)變成波形與之相似的低頻或中頻信號(hào),然后在熒光屏上以斷續(xù)的亮點(diǎn)顯示出被測(cè)信號(hào)的波形來(lái),這樣就構(gòu)成了取樣示波器.取樣示波器可以觀測(cè)吉赫茲以上的超高頻信號(hào).4.4.1取樣的基本原理1基本概念★取樣:就是從被測(cè)波形上取得樣點(diǎn)的過(guò)程;★分類:取樣分為實(shí)時(shí)取樣和非實(shí)時(shí)取樣兩種;★實(shí)時(shí)取樣:從一個(gè)信號(hào)(通常為一個(gè)周期)波形中取得所有取樣點(diǎn),來(lái)表示一個(gè)信號(hào)波形的方法稱為實(shí)時(shí)取樣;★取樣示波器★取樣示波器★非實(shí)時(shí)取樣:從被測(cè)信號(hào)的許多相鄰波形上取得樣點(diǎn)的方法稱為非實(shí)時(shí)取樣,或稱為等效取樣.2取樣原理基本原理:觀察一個(gè)波形,可以連續(xù)顯示,也可以在這個(gè)波形上取很多的點(diǎn),只要取樣點(diǎn)數(shù)足夠多,顯示這些離散點(diǎn)也能夠反映原波形的形狀,本質(zhì)就是抽樣定理.★核心電路:核心電路為取樣保持器;★取樣間隔:Ts=mT+Δt,由于波形包絡(luò)所經(jīng)歷的時(shí)間變長(zhǎng)了,故可用低頻示波器顯示較高頻率的信號(hào);★取樣示波器★步進(jìn)間隔:步進(jìn)間隔Δt與信號(hào)最高頻率fh應(yīng)滿足:抽樣定理★需要注意:非實(shí)時(shí)采樣只適用于周期性信號(hào).★取樣示波器3取樣示波器的波形合成(顯示)示波器兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上均加階梯波,階梯波uy(t)加至Y偏轉(zhuǎn)板上,每一次階梯持續(xù)時(shí)間mT+△t;階梯掃描電壓ux(t)加到X偏轉(zhuǎn)板上,熒光屏上得到許多單個(gè)的亮點(diǎn),構(gòu)成了被測(cè)信號(hào)ui(t)的波形.每個(gè)亮點(diǎn)的高度反映出樣品信號(hào)us(t)的幅度.★取樣示波器4.4.2取樣的組成及工作原理1取樣示波器的基本框圖主要由主機(jī)、Y通道和X通道三大部分組成★取樣示波器★取樣示波器★Y通道:在取樣脈沖的作用下,把超高頻信號(hào)變?yōu)榈皖l信號(hào).它由取樣電路、放大電路及延長(zhǎng)電路組成?！颴通道:產(chǎn)生時(shí)基掃描信號(hào),同時(shí)產(chǎn)生△t步進(jìn)延遲脈沖送Y通道,控制取樣門脈沖信號(hào)源和延長(zhǎng)門脈沖信號(hào)源的工作.★主機(jī)部分:與通用示波器的相同;★取樣示波器2取樣示波器的垂直通道垂直通道由延遲線、延長(zhǎng)門和Y放大器等電路組成,最關(guān)鍵的電路是取樣電路,它產(chǎn)生正比于取樣值的階梯電壓.★第一個(gè)取樣脈沖到來(lái)時(shí),取樣門閉合,輸入的被測(cè)信號(hào)對(duì)取樣電容Cs充電；★然后該電壓被送到交流放大器A放大,在延長(zhǎng)門閉合期間對(duì)保持電容Cm充電；★最后保持電壓經(jīng)過(guò)反饋電路送回取樣電容Cs,故取樣電容Cs上最終得到的電壓為:★取樣示波器

K為取樣門的傳輸函數(shù),若kAβ=1，則取樣電路的輸出電壓值正比于輸入電壓的取樣值。

注意:開(kāi)關(guān)K1和K2在脈沖到來(lái)時(shí)閉合,脈沖過(guò)去時(shí)斷開(kāi)．★第二個(gè)取樣脈沖到來(lái)時(shí),取樣門閉合,輸入的被測(cè)信號(hào)與Cs上的電壓ui1之差給取樣電容Cs充電,充電的電壓值經(jīng)過(guò)傳遞系數(shù)K和增益A后,將在保持電容上與前一次的輸出信號(hào)疊加,得到uo2為:★取樣電路的輸出是由離散的、與被測(cè)信號(hào)成正比的階梯波構(gòu)成的?！锶邮静ㄆ?取樣示波器的水平通道X通道主要包括觸發(fā)、放大、分頻單元、快斜波發(fā)生器、比較器、階梯波發(fā)生器和X放大器。階梯波發(fā)生器原理框圖如下：★取樣示波器★取樣示波器圖示波形說(shuō)明了步進(jìn)脈沖發(fā)生器的工作過(guò)程：在電壓比較器中,快斜波與階梯波發(fā)生器產(chǎn)生的階梯波進(jìn)行比較,當(dāng)快斜波達(dá)到階梯波的幅值時(shí),電壓比較器的狀態(tài)發(fā)生變化,此變化經(jīng)電壓脈沖形成器形成脈沖：★取樣示波器★一方面使取樣脈沖打開(kāi)Ｙ通道的取樣門,開(kāi)始對(duì)被測(cè)信號(hào)取樣；★另一方面驅(qū)動(dòng)泵發(fā)生器使階梯發(fā)生器的輸出升高一階．4.取樣示波器的主要參數(shù)(1)取樣示波器的帶寬取樣門的最高工作頻率為:τ為取樣脈沖底寬,即與取樣脈沖底邊的寬度成反比。要提高取樣示波器的帶寬,取樣門用元件的高頻特性要足夠好;其次取樣脈沖本身要足夠窄.★取樣示波器(2)取樣密度掃描時(shí),在示波器屏幕X軸上顯示的被測(cè)信號(hào)每格所對(duì)應(yīng)的取樣點(diǎn)數(shù),常用每厘米的光點(diǎn)數(shù)來(lái)表示.屏幕上的光點(diǎn)總數(shù)為:Us為X方向最大偏轉(zhuǎn)電壓;ΔUs為階梯波每級(jí)上升的電壓.使ΔUs變小,可使總點(diǎn)數(shù)增加,即取樣密度變大;但取樣點(diǎn)過(guò)多可能導(dǎo)致波形閃爍?！锶邮静ㄆ?3)等效掃速等效掃速:相應(yīng)于被測(cè)信號(hào),示波器屏幕上每格所代表的掃描時(shí)間t。在取樣示波器中,雖然在屏幕上顯示n個(gè)亮點(diǎn)需要n（mT+Δt）的時(shí)間,但它等效于被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)了nΔt的時(shí)間。Us為X方向最大偏轉(zhuǎn)電壓;N為X軸偏轉(zhuǎn)格數(shù);UF/TF為快斜波的斜率。(4)掃描延遲時(shí)間(td)在取樣示波器的實(shí)際應(yīng)用中,主要是用來(lái)觀察高頻信號(hào)的細(xì)節(jié),往往需要觀察信號(hào)的前沿,需要通過(guò)掃描延遲來(lái)觀察.掃描延遲時(shí)間為:td=UdTF/UFUd為階梯電壓的電平.★取樣示波器第五節(jié)記憶示波器和存儲(chǔ)示波器★記憶和存儲(chǔ)示波器(模擬)記憶示波器:用記憶示波管的波形記憶特性實(shí)現(xiàn)波形較長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ),其核心是記憶示波管:

★示波管內(nèi)有兩種電子槍:一種稱為寫入槍,另一種稱為讀出槍,又稱為泛射槍?！锿ㄟ^(guò)存儲(chǔ)柵網(wǎng)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ):寫入槍發(fā)射電子束,實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)功能;讀出時(shí),在那些被記錄槍電子束掃描過(guò)的區(qū)域,讀出槍發(fā)出的泛射電子可以通過(guò)柵網(wǎng)而到達(dá)熒光屏,從而顯示波形.★示波器結(jié)構(gòu):Y偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和時(shí)基掃描電路與通用示波器相同,它只是在通用示波器的基礎(chǔ)上增加了記憶示波管及控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)的?！镉洃浐痛鎯?chǔ)示波器8便于進(jìn)行功能擴(kuò)展第五節(jié)數(shù)字存儲(chǔ)示波器4.5.1數(shù)字存儲(chǔ)示波器的性能特點(diǎn)1可長(zhǎng)期存儲(chǔ)波形2可進(jìn)行負(fù)延時(shí)觸發(fā)3便于觀測(cè)單次過(guò)程和突發(fā)信號(hào)4具有多種顯示方式5便于數(shù)據(jù)分析和處理6可用數(shù)字顯示測(cè)量結(jié)果7具有多種方式輸出★數(shù)字存儲(chǔ)示波器9外部數(shù)據(jù)通信接口★數(shù)字存儲(chǔ)示波器4.5.2數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理

★存儲(chǔ)工作模式:其工作過(guò)程一般分為存儲(chǔ)和顯示兩個(gè)階段.★存儲(chǔ)工作階段:將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),在邏輯控制電路的控制下依次寫入到RAM,實(shí)現(xiàn)信號(hào)存儲(chǔ).★顯示工作階段:將數(shù)字信號(hào)從存儲(chǔ)器中讀出轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),經(jīng)垂直放大器放大加到CRT的Y偏轉(zhuǎn)板.同時(shí),CPU的讀地址計(jì)數(shù)脈沖加至D/A轉(zhuǎn)換器,得到一個(gè)階梯波掃描電壓,驅(qū)動(dòng)CRT的X偏轉(zhuǎn)板.4.5.3數(shù)字存儲(chǔ)示波器的工作方式1數(shù)字存儲(chǔ)器的功能★數(shù)字存儲(chǔ)示波器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM包括信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、參考波形存儲(chǔ)器、測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和顯示緩沖存儲(chǔ)器四種。2觸發(fā)工作方式1）常態(tài)觸發(fā):同模擬示波器基本一樣;2）預(yù)置觸發(fā):可觀測(cè)觸發(fā)點(diǎn)前后不同段落上的波形.3測(cè)量與計(jì)算工作方式數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)波形參數(shù)的測(cè)量分為自動(dòng)測(cè)量和手動(dòng)測(cè)量?jī)煞N。一般參數(shù)的測(cè)量為自動(dòng)測(cè)量，特殊值的測(cè)量使用手動(dòng)光標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。★數(shù)字存儲(chǔ)示波器4面板按鍵操作方式面板按鍵分為立即執(zhí)行鍵和菜單鍵兩種.★數(shù)字存儲(chǔ)示波器4.5.4數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示方式數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示方式靈活多樣,可適應(yīng)不同情況下波形觀測(cè)的需要。1存儲(chǔ)顯示(基本顯示方式):適于一般信號(hào)的觀測(cè).2抹跡顯示:適于觀測(cè)一長(zhǎng)串波形中在一定條件下才會(huì)發(fā)生的瞬態(tài)信號(hào)。3卷動(dòng)顯示:適于觀測(cè)緩變信號(hào)中隨機(jī)出現(xiàn)的突發(fā)信號(hào).4放大顯示:適于觀測(cè)信號(hào)波形細(xì)節(jié).5X-Y顯示:6顯示的內(nèi)插:★插入技術(shù)可以解決點(diǎn)顯示中視覺(jué)錯(cuò)誤的問(wèn)題?！镏饕芯€性插入和曲線插入兩種方式?！飻?shù)字存儲(chǔ)示波器4.5.5數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要技術(shù)指標(biāo)1最高取樣速率指單位時(shí)間內(nèi)取樣的次數(shù),用每秒鐘完成的A/D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來(lái)衡量。N為每格的取樣數(shù);t/div為掃描一格所用的時(shí)間即掃描時(shí)間因數(shù).2存儲(chǔ)帶寬(B)★數(shù)字存儲(chǔ)示波器示波器按照存儲(chǔ)方式工作時(shí)所具有的頻帶寬度,存儲(chǔ)帶寬上限值低于最高取樣頻率的二分之一.3分辨率包括垂直分辨率(電壓分辨率)和水平分辨率(時(shí)間分辨率)?！锎怪狈直媛?與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率相對(duì)應(yīng),常以屏幕每格的分級(jí)數(shù)(級(jí)／div)或百分?jǐn)?shù)來(lái)表示.★水平分辨率:由存儲(chǔ)器的容量決定,常以屏幕每格含多少個(gè)取樣點(diǎn)或用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。4存儲(chǔ)容量★數(shù)字存儲(chǔ)示波器又稱為存儲(chǔ)長(zhǎng)度,定義為獲取波形的取樣點(diǎn)數(shù)目.5斷電存儲(chǔ)時(shí)間6測(cè)量計(jì)算功能7測(cè)量準(zhǔn)確度8觸發(fā)延遲范圍9讀寫速度用讀/寫一個(gè)字節(jié)所用的時(shí)間表示,可進(jìn)行選擇.10輸出信號(hào)★示波器測(cè)試技術(shù)第六節(jié)示波器的基本測(cè)試技術(shù)

4.6.1示波器的選擇1．根據(jù)要顯示信號(hào)數(shù)量,選擇單蹤或雙蹤示波器;2．根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率特點(diǎn)選擇示波器;3．根據(jù)被測(cè)信號(hào)的重現(xiàn)方式選擇示波器;4．根據(jù)被測(cè)信號(hào)是否含有交直流成分選擇示波器;5．根據(jù)被測(cè)信號(hào)測(cè)試重點(diǎn)選擇示波器;6．根據(jù)是否需存儲(chǔ)被測(cè)信號(hào)選擇示波器.示波器是時(shí)域測(cè)量?jī)x器,可以用來(lái)顯示信號(hào)波形,測(cè)量電壓、頻率、相位、時(shí)間、調(diào)制系數(shù)等參數(shù).4.6.2示波器的正確使用(1)使用前檢查電網(wǎng)電壓是否與示波器要求的電源電壓一致;(2)通電后預(yù)熱幾分鐘再調(diào)整各旋鈕,各旋鈕不要馬上旋在極限位置,應(yīng)先大致旋在中間位置,以便找到被測(cè)信號(hào)波形;(3)示波器的亮度不宜開(kāi)得過(guò)亮,且亮點(diǎn)不宜長(zhǎng)期停留在固定位置,暫時(shí)不觀測(cè)波形時(shí),應(yīng)該將輝度調(diào)暗,以免縮短示波管的使用壽命;(4)輸入信號(hào)電壓應(yīng)控制在示波器的最大允許輸入電壓范圍;(5)示波器的探頭有的帶有衰減器,讀數(shù)時(shí)需注意;(6)示波器進(jìn)行定量測(cè)量時(shí),一定要注意校準(zhǔn).1使用注意事項(xiàng):★示波器測(cè)試技術(shù)2通用示波器面板和主要控鍵示意圖★示波器測(cè)試技術(shù)★示波器測(cè)試技術(shù)★示波器測(cè)試技術(shù)（1）CH1（X）通道1：垂直輸入端。（2）CH2（Y）通道2：垂直輸入端。（3）VOLTS/DIV輸入衰減器。（4）VERTMODE：垂直方式選擇開(kāi)關(guān)。（5）SOURCE觸發(fā)源選擇開(kāi)關(guān)。（6）COUPLING觸發(fā)信號(hào)耦合方式開(kāi)關(guān)。（7）TIME/DIV掃描時(shí)間選擇開(kāi)關(guān)。（8）SWEEPMODE掃描方式選擇開(kāi)關(guān)。（9）EXTTRIG和EXTHOR外觸發(fā)和外水平共用輸入端。（10）LEVELHOLDOFF觸發(fā)電平和釋抑時(shí)間雙重控制旋鈕。（11）X-Y方式。

★示波器測(cè)試技術(shù)3探頭的正確使用常見(jiàn)探頭為低電容高電阻探頭：★示波器測(cè)試技術(shù)由于示波器放大器的輸入阻抗不夠高,用它去測(cè)試電路時(shí),會(huì)對(duì)被測(cè)電路造成影響,所以示波器一般使用探頭輸入.常見(jiàn)探頭為低電容高電阻探頭,它帶有金屬屏蔽層的塑料外殼,內(nèi)裝一個(gè)RC并聯(lián)電路,其一端接探針,另一端通過(guò)屏蔽電纜接到示波器的輸入端.★示波器測(cè)試技術(shù)★低電容探頭的應(yīng)用使輸入阻抗大大提高,特別是輸入電容大大減小.但是,將使示波器的靈敏度有所下降.★探頭和示波器是配套使用的,不能互換,否則將會(huì)導(dǎo)致分壓比誤差增加或高頻補(bǔ)償不當(dāng).★低電容高電阻探頭的校正方法是以良好的方波電壓通過(guò)探頭加到示波器,微調(diào)電容C以達(dá)到出現(xiàn)良好的方波.4.6.3用示波器測(cè)量電壓1直流電壓的測(cè)量★示波器測(cè)試技術(shù)例4.6.1示波器測(cè)直流電壓及垂直靈敏度開(kāi)關(guān)示意圖如圖所示，h=4cm、V/cm、若k=10：1，求被測(cè)直流電壓值.V★示波器測(cè)試技術(shù)2交流電壓的測(cè)量例4.6.2示波器正弦電壓如圖所示,h=8cm、V/cm、若K=1:1,求被測(cè)正弦信號(hào)的峰-峰值和有效值。峰-峰值為:有效值為:★示波器測(cè)試技術(shù)例4.6.3示波器測(cè)量正弦波電壓，已知波形垂直幅度(即峰-峰點(diǎn)距離)為8div，偏轉(zhuǎn)因數(shù)為1V/div，探極衰減比為10：1，試求正弦波電壓是多少？解:由題意得,S=1V/div,Hp-p=8div,衰減比K=10:1.Up-p=8div×1V/div×10=80V有效值電壓:4.6.4用示波器測(cè)量時(shí)間和頻率★示波器測(cè)試技術(shù)測(cè)量方法:1）將示波器的掃描速度微調(diào)旋鈕置于”校準(zhǔn)”位置;2）將待測(cè)信號(hào)送至示波器的垂直輸入端。3）將示波器的輸入耦合開(kāi)關(guān)置于“AC”位置。4）調(diào)節(jié)掃描速度開(kāi)關(guān),記錄Dx值。5）讀出被測(cè)交流信號(hào)的一個(gè)周期在熒光屏水平方向所占的距離x。6）計(jì)算被測(cè)交流信號(hào)的周期?！锸静ㄆ鳒y(cè)試技術(shù)例4.6.4已知示波器時(shí)基因數(shù)為2ms/div,掃速擴(kuò)展為10,求圖所示的被測(cè)信號(hào)的頻率是多少?解:四個(gè)周期寬度L=16div,Dx=2ms/div,K′=10.★示波器測(cè)試技術(shù)信號(hào)周期為：信號(hào)頻率為:f=1/T=1/0.8ms=1.25kHz例4.6.5熒光屏上的波形如圖所示，信號(hào)一周期7cm，掃描速度開(kāi)關(guān)置于“10ms/cm”位置，掃描擴(kuò)展置于“拉出×10”位置，求被測(cè)信號(hào)的周期。ms★示波器測(cè)試技術(shù)例4.6.6已知示波器時(shí)基因數(shù)、偏轉(zhuǎn)因數(shù)分別為5ms/div、2V/div,掃速擴(kuò)展為10,探極衰減系數(shù)為10:1,計(jì)算如圖所示信號(hào)的周期是？電壓？★示波器測(cè)試技術(shù)解：已知:Dx=5ms/div,S=2V/div,H=8div,正弦波一個(gè)周期的寬度L=10div,掃速擴(kuò)展K′=10,探極衰減比K=10:1.★示波器測(cè)試技術(shù)正弦波周期：T=DxL/K′=5ms/div×10div/10=5ms正弦波峰-峰值：Up-p=SH=2V/div×8div=16V正弦波電壓：U=KUp-p/2Kp=≈56.6V4.6.5示波器測(cè)量相位相位的測(cè)量實(shí)際是指兩個(gè)同頻率的正弦信號(hào)之間的相位差的測(cè)量,原理是把一個(gè)完整的信號(hào)周期定為360,然后將兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差換成角度值.★示波器測(cè)試技術(shù)1用雙蹤示波法測(cè)量相位(也稱為線性掃描法)

將兩個(gè)信號(hào)分別接入雙蹤示波器的兩個(gè)輸入端,選擇觸發(fā)信號(hào)源,采用交替顯示(用相位超前的信號(hào)作內(nèi)觸發(fā)信號(hào)源).2用李沙育圖形法測(cè)量頻率或相位★示波器測(cè)試技術(shù)(1)測(cè)量頻率示波器工作于X-Y方式,X、Y兩信號(hào)對(duì)電子束的作用時(shí)間總是相等的,信號(hào)頻率越高,波形經(jīng)過(guò)垂直線、水平線的次數(shù)越多,即垂直線、水平線與李沙育圖形的交點(diǎn)數(shù)分別與X、Y信號(hào)頻率成正比.因此,李沙育圖形存在關(guān)系:NH、NV分別為水平線、垂直線與李沙育圖形的交點(diǎn)數(shù)；fy、fx分別為示波器Y、X信號(hào)的頻率。事實(shí)上,水平線(或垂直線)與李沙育圖形的切點(diǎn)數(shù)也與Y（或X）信號(hào)頻率成正比,即:★示波器測(cè)試技術(shù)例4.6.7如圖4.27所示的李沙育圖形，已知X信號(hào)頻率為6MHz，問(wèn)Y信號(hào)的頻率是多少？解:NH=2、NV=6,(NH′=1、NV′=3).(注意必須在交點(diǎn)數(shù)最多的位置畫線):★示波器測(cè)試技術(shù)(2)測(cè)量相位差兩個(gè)信號(hào)在示波器X、Y偏轉(zhuǎn)板間產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)電子束共同作用而在熒光屏上得到如圖所示的橢圓,圖中O點(diǎn)為橢圓中心.橢圓形狀與兩信號(hào)的幅度和相位差有關(guān).相位差的計(jì)算如下:4.6.6示波器測(cè)量調(diào)幅系數(shù)★示波器測(cè)試技術(shù)示波器還可以用來(lái)測(cè)量調(diào)頻和調(diào)幅系數(shù),在此僅討論調(diào)幅系數(shù)的測(cè)量.調(diào)幅系數(shù)的測(cè)量方法有直線掃描法、梯形圖法和橢圓法等三種:1直線掃描法(Y通道輸入被測(cè)信號(hào))★示波器測(cè)試技術(shù)

2梯形圖法選擇X-Y方式,將調(diào)幅波、調(diào)制信號(hào)分別加至示波器X、Y軸輸入端,在熒光屏上顯示出如圖所示的梯形圖,則:調(diào)制信號(hào):Sm(t)=[A0+m(t)]coswctA=2[A0+|m(t)|max],B=2[A0-|m(t)|max].Ma=A-B/A+B=m(t)|max/A0當(dāng)B=0時(shí)為100%.

3橢圓法★示波器測(cè)試技術(shù)本節(jié)作業(yè)題1P181習(xí)題8.82P181習(xí)題8.93P181習(xí)題8.15★示波器測(cè)試技術(shù)4.6.7數(shù)字存儲(chǔ)示波器的測(cè)試應(yīng)用★示波器測(cè)試技術(shù)1Δt和ΔV的測(cè)量數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)屏幕上要測(cè)量的信號(hào)部位加上游標(biāo),記錄這兩個(gè)采樣點(diǎn)的位置和相應(yīng)的數(shù)據(jù),并通過(guò)計(jì)算,最后以字符自動(dòng)表示測(cè)量結(jié)果.2捕捉尖峰干擾適合在較大時(shí)基設(shè)定范圍內(nèi)捕捉重復(fù)的尖峰干擾或單脈沖干擾.3非電信號(hào)測(cè)試只要配有適當(dāng)?shù)膫鞲衅骶湍軠y(cè)量振動(dòng)、加速度、角度、位移、功率以及壓力等機(jī)電參數(shù).4.6.8示波器功能的擴(kuò)展★示波器測(cè)試技術(shù)所謂功能擴(kuò)展,是指在上述基本測(cè)量?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)上,測(cè)量電流、功率、電阻、電位器及觀察射極輸出器的跟隨特性等。1．電位器噪聲的測(cè)量(P179圖8.46)2．繼電器的測(cè)量(P179圖8.47)3．病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建(P180圖8.48)4．射極輸出器的跟隨特性的測(cè)量

晶體管特性圖示儀利用電子掃描原理,在示波管的熒光屏上直接觀察和測(cè)試晶體管特性曲線和直流參數(shù)的儀器.有用途廣泛、直接顯示、使用方便、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),但不能測(cè)量晶體管的高頻參數(shù)。第七節(jié)晶體管特性圖示儀

★晶體管特性圖示儀

晶體管特性圖示儀可以直接顯示共發(fā)射極、共基極、共集電極的輸入特性、輸出特性和正向轉(zhuǎn)移特性等,還可以迅速比較兩個(gè)同類晶體管的特性.另外,它還可以用來(lái)測(cè)試場(chǎng)效應(yīng)管和某些集成電路及光電器件的特性曲線。★晶體管特性圖示儀

★晶體管特性圖示儀

★晶體管特性圖示儀

4.7.1晶體管圖示儀的工作原理下圖是共發(fā)射極NPN型三極管輸出特性曲線及其逐點(diǎn)測(cè)量法示意圖.圖(a)中,先固定基極電流IB,改變EC值,可測(cè)得一組uCE和iC值;再改變基極電流IB,重復(fù)上述過(guò)程,可測(cè)得多組數(shù)值.適當(dāng)選取坐標(biāo),即可得到三極管輸出特性曲線,如圖(b)所示。★晶體管特性圖示儀

晶體管特性儀的測(cè)量為動(dòng)態(tài)測(cè)量法,逐點(diǎn)測(cè)量法是晶體管特性圖示儀的測(cè)量原理基礎(chǔ).晶體管特性圖示儀應(yīng)具備以下功能:①能夠提供測(cè)試過(guò)程所需的各種基極電流IB.②每一個(gè)固定IB期間,集電極電壓EC應(yīng)作相應(yīng)改變.③能夠及時(shí)取出各組uCE及iC值送顯示電路.★晶體管特性圖示儀

所以晶體管特性圖示儀主要由階梯波發(fā)生器、集電極掃描信號(hào)源、測(cè)試變換電路、控制電路、X-Y方式示波器等部分組成?！镫A梯波發(fā)生器(信號(hào)源):用來(lái)提供測(cè)試所需的各種基極階梯電壓或電流IB;★晶體管特性圖示儀

★晶體管特性圖示儀

一般選用右圖占空比可調(diào)的脈沖階梯波,可使晶體管導(dǎo)通時(shí)間減小,避免損壞被測(cè)管,還可提高圖示儀的性能。②集電極掃描電路:使每一個(gè)固定IB期間,集電極電壓uCE(t)作相應(yīng)改變,通常是由50Hz市電經(jīng)全波整流得到的100Hz正弦半波電壓。③X放大器和Y放大器:對(duì)取自被測(cè)器件上的電壓信號(hào)進(jìn)行放大,然后送示波管偏轉(zhuǎn)板形成掃描曲線.④示波管:與X和Y軸放大器一起構(gòu)成X-Y方式的示波器。⑤測(cè)試變換電路:為適應(yīng)測(cè)試NPN、PNP管而設(shè)立的,通過(guò)測(cè)試變換電路可使晶體管基極電壓、電流和階梯波、集電極掃描電壓的極性按不同要求而改變.★晶體管特性圖示儀

4.7.2晶體管圖示儀的使用★晶體管特性圖示儀

1XJ4810型晶體管特性圖示儀面板功能介紹:★晶體管特性圖示儀

1.集電極電源極性按鈕,極性可按面板指示選擇.2.集電極峰值電壓保險(xiǎn)絲:1.5A。3.峰值電壓%:峰值電壓可在0～10V、0～50V、0～100V、0～500V之連續(xù)可調(diào),面板上的標(biāo)稱值是近似值,參考用.4.功耗限制電阻:它是串聯(lián)在被測(cè)管的集電極電路中,限制超過(guò)功耗,亦可作為被測(cè)半導(dǎo)體管集電極的負(fù)載電阻.5.峰值電壓范圍:0～10V/5A、0～50V/1A、0～100V/0.5A、0～500V/0.1A四擋。當(dāng)由低擋改換高擋觀察半導(dǎo)體管的特性時(shí)，須先將峰值電壓調(diào)到零值，換擋后再按需要的電壓逐漸增加，否則容易擊穿被測(cè)晶體管。AC擋的設(shè)置專為二極管或其他元件的測(cè)試提供雙向掃描,以便能同時(shí)顯示器件正反向的特性曲線。6.電容平衡:由于集電極電流輸出端對(duì)地存在各種雜散電容,將形成電容性電流,而在電流取樣電阻上產(chǎn)生電壓降,造成測(cè)量誤差.測(cè)試前應(yīng)調(diào)節(jié)電容平衡,使容性電流減至最小。7.輔助電容平衡:是針對(duì)集電極變壓器次級(jí)繞組對(duì)地電容的不對(duì)稱,而再次進(jìn)行電容平衡調(diào)節(jié)。8.電源開(kāi)關(guān)及輝度調(diào)節(jié):旋鈕拉出,接通儀器電源,旋轉(zhuǎn)旋鈕可以改變示波管光點(diǎn)亮度。9.電源指示:接通電源時(shí)燈亮。10.聚焦旋鈕:調(diào)節(jié)旋鈕可使光跡最清晰。11.熒光屏幕:示波管屏幕,外有座標(biāo)刻度片。12.輔助聚焦:與聚焦旋鈕配合使用。13.Y軸選擇開(kāi)關(guān):具有22擋四種偏轉(zhuǎn)作用的開(kāi)關(guān),可以進(jìn)行集電極電流、基極電壓、基極電流和外接的不同轉(zhuǎn)換。14.電流/度×0.1倍率指示燈:燈亮?xí)r，儀器進(jìn)入電流/度×0.1倍工作狀態(tài)。★晶體管特性圖示儀

15.垂直移位及電流/度倍率開(kāi)關(guān)：調(diào)節(jié)跡線在垂直方向的移位.旋鈕拉出,放大器增益擴(kuò)大10倍,電流/度各擋IC標(biāo)值×0.1,同時(shí)指示燈14亮.16.Y軸增益：校正Y軸增益。17.X軸增益：校正X軸增益。18.顯示開(kāi)關(guān)：分轉(zhuǎn)換、接地、校準(zhǔn)三擋，其作用是：⑴轉(zhuǎn)換：使圖像在Ⅰ、Ⅲ象限內(nèi)相互轉(zhuǎn)換，便于由NPN管轉(zhuǎn)測(cè)PNP管時(shí)簡(jiǎn)化測(cè)試操作。⑵接地：放大器輸入接地，表示輸入為零的基準(zhǔn)點(diǎn)。⑶校準(zhǔn)：按下校準(zhǔn)鍵，光點(diǎn)在X、Y軸方向移動(dòng)的距離剛好為10度，以達(dá)到10度校正目的。19.X軸移位：調(diào)節(jié)光跡在水平方向的移位。20.X軸選擇（電壓/度）開(kāi)關(guān)：可以進(jìn)行集電極電壓、基極電流、基極電壓和外接四種功能的轉(zhuǎn)換，共17擋。21.“級(jí)/簇”調(diào)節(jié)：在0～10的范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)節(jié)階梯信號(hào)的級(jí)數(shù)?！锞w管特性圖示儀

22.調(diào)零旋鈕：測(cè)試前，應(yīng)首先調(diào)整階梯信號(hào)的起始級(jí)零電平的位置。當(dāng)熒光屏上已觀察到基極階梯信號(hào)后，按下測(cè)試臺(tái)上選擇按鍵“零電壓”，觀察光點(diǎn)停留在熒光屏上的位置，復(fù)位后調(diào)節(jié)零旋鈕，使階梯信號(hào)的起始級(jí)光點(diǎn)仍在該處，這樣階梯信號(hào)的零電位即被準(zhǔn)確校正。23.階梯信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)：可以調(diào)節(jié)每級(jí)電流大小注入被測(cè)管的基極，作為測(cè)試各種特性曲線的基極信號(hào)源，共22擋。一般選用基極電流/級(jí)，當(dāng)測(cè)試場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)選用基極源電壓/級(jí)。24.串聯(lián)電阻開(kāi)關(guān)：當(dāng)階梯信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)置于電壓/級(jí)的位置時(shí)，串聯(lián)電阻將串聯(lián)在被測(cè)管的輸入電路中。25.重復(fù)－－關(guān)按鍵：彈出為重復(fù)，階梯信號(hào)重復(fù)出現(xiàn)；按下為關(guān)，階梯信號(hào)處于待觸發(fā)狀態(tài)。26.階梯信號(hào)待觸發(fā)指示燈：重復(fù)按鍵按下時(shí)燈亮，階梯信號(hào)進(jìn)入待觸發(fā)狀態(tài)?！锞w管特性圖示儀

27.單簇按鍵開(kāi)關(guān)：?jiǎn)未氐陌磩?dòng)其作用是使預(yù)先調(diào)整好的電壓（電流）/級(jí)，出現(xiàn)一次階梯信號(hào)后回到等待觸發(fā)位置,因此可利用它瞬間作用的特性來(lái)觀察被測(cè)管的各種極限特性。28.極性按鍵：極性的選擇取決于被測(cè)管的特性。29.測(cè)試臺(tái)：其結(jié)構(gòu)如圖A-24所示?！锞w管特性圖示儀

30.測(cè)試選擇按鍵：⑴“左”、“右”、“二簇”：可以在測(cè)試時(shí)任選左右兩個(gè)被測(cè)管的特性，當(dāng)置于“二簇”時(shí)，即通過(guò)電子開(kāi)關(guān)自動(dòng)地交替顯示左右二簇特性曲線，此時(shí)“級(jí)/簇”應(yīng)置適當(dāng)位置，以利于觀察。二簇特性曲線比較時(shí)，請(qǐng)不要誤按單簇按鍵。⑵“零電壓”鍵：按下此鍵用于調(diào)整階梯信號(hào)的起始級(jí)在零電平的位置，見(jiàn)（22）項(xiàng)。⑶“零電流”鍵：按下此鍵時(shí)被測(cè)管的基極處于開(kāi)路狀態(tài)，即能測(cè)量ICEO特性。31、32.左右測(cè)試插孔：插上專用插座（隨機(jī)附件），可測(cè)試F1、F2型管座的功率晶體管。33、34、35.晶體管測(cè)試插座。36.二極管反向漏電流專用插孔（接地端）。在儀器右側(cè)板上分布有圖A-25所示的旋鈕和端子：★晶體管特性圖示儀

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37.二簇移位旋鈕：在二簇顯示時(shí)，可改變右簇曲線的位置，更方便于配對(duì)晶體管各種參數(shù)的比較。38.Y軸信號(hào)輸入：Y軸選擇開(kāi)關(guān)置外接時(shí)，Y軸信號(hào)由此插座輸入。39.X軸信號(hào)輸入：X軸選擇開(kāi)關(guān)置外接時(shí)，X軸信號(hào)由此插座輸入。40.校準(zhǔn)信號(hào)輸出端：1V、0.5V校準(zhǔn)信號(hào)由此二孔輸出。2概括起來(lái)主要分為這樣幾類功能按鈕：(1)電源及示波管控制部分:包括聚焦、輔助聚焦、輝度及電源開(kāi)關(guān),各自的使用方法與示波器相似.★晶體管特性圖示儀

(2)集電極電源部分:1）“峰值電壓范圍”選擇開(kāi)關(guān)2）“峰值電壓%”旋鈕調(diào)節(jié)“峰值電壓%”旋鈕使集電極電源在確定的峰值電壓范圍內(nèi)連續(xù)變化。3）“+、—”極性按鍵開(kāi)關(guān)

按下時(shí)集電極電源極性為負(fù)，彈起時(shí)為正。4）“電容平衡”、“輔助電容平衡”旋鈕調(diào)節(jié)可使儀器內(nèi)部容性電流最小，使熒光屏上的水平線基本重疊為一條。一般情況下無(wú)需調(diào)節(jié)。5）“功耗限制電阻”旋鈕用于改變集電極回路電阻的大小。測(cè)量正向特性時(shí)應(yīng)置于低電阻擋，測(cè)量反向特性時(shí)應(yīng)置于高阻擋。(3)Y軸部分:1）“電流/度”旋鈕

測(cè)二極管反向漏電流IR及三極管集電極電流IC的量程開(kāi)關(guān).當(dāng)開(kāi)關(guān)置于“”(該擋稱為基極電流或基極源電壓)位置時(shí),可使屏幕Y軸代表基極電流或電壓;當(dāng)開(kāi)關(guān)置于“外接”時(shí),Y軸系統(tǒng)處于外接收狀態(tài),外輸入端位于儀器左側(cè)面.2）“移位”旋鈕可進(jìn)行垂直移位外,還兼作倍率開(kāi)關(guān),當(dāng)旋鈕拉出時(shí),指示燈亮