《電子測(cè)量技術(shù)》課件-第7章

第7章波形顯示與測(cè)量7.1示波器的功能與分類(lèi)7.2示波顯示的基本原理7.3模擬示波器7.4取樣示波器7.5數(shù)字存儲(chǔ)示波器7.6數(shù)字熒光示波器7.7示波器的應(yīng)用

7.1示波器的功能與分類(lèi)

7.1.1示波器的功能示波器是一種電子圖示測(cè)量?jī)x器,它可以用來(lái)觀察和測(cè)量隨時(shí)間變化的電信號(hào)圖形,可以定性地觀察電路的動(dòng)態(tài)過(guò)程,如觀察電壓、電流的變化過(guò)程,還可以定量測(cè)量各種電參數(shù),例如測(cè)量脈沖幅值、上升時(shí)間、重復(fù)周期或峰值電壓等。

7.1.2示波器的分類(lèi)

1.模擬示波器

(1)通用示波器:采用單束示波管的示波器。這類(lèi)示波器采用單束示波管,有單蹤型和多蹤型,能夠定性、定量地觀測(cè)信號(hào),是最常用的示波器。多蹤示波器是采用單束示波管而帶有電子開(kāi)關(guān)的示波器,它能同時(shí)觀測(cè)幾路信號(hào)的波形及其參數(shù),或?qū)蓚€(gè)以上的信號(hào)進(jìn)行比較。

(2)多束示波器:采用多束示波管的示波器。與通用示波器疊加或交替顯示多個(gè)波形不同,其屏上顯示的每個(gè)波形都由單獨(dú)的電子束產(chǎn)生,能同時(shí)觀測(cè)、比較兩個(gè)以上的波形。

(3)取樣示波器:它根據(jù)取樣原理將高頻傳號(hào)轉(zhuǎn)換為低頻傳號(hào),然后再用通用示波器顯示其波形。

2.數(shù)字存儲(chǔ)示波器

(1)數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DigitalStorageOscilloscope,DSO):它能將電信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化及后置處理后再重建波形,具有記憶、存儲(chǔ)被觀測(cè)信號(hào)的功能,可以用來(lái)觀測(cè)和比較單次過(guò)程和非周期現(xiàn)象、低頻和慢速信號(hào)以及在不同時(shí)間或不同地點(diǎn)觀測(cè)到的信號(hào)。

(2)數(shù)字熒光示波器(DigitalPhosphorOscilloscope,DPO):采用先進(jìn)的數(shù)字熒光技術(shù),能夠通過(guò)多層次輝度或彩色顯示長(zhǎng)時(shí)間信號(hào),具有傳統(tǒng)模擬示波器和現(xiàn)代數(shù)字存儲(chǔ)示波器的雙重特點(diǎn)。

3.混合信號(hào)示波器

混合信號(hào)示波器是把數(shù)字示波器對(duì)信號(hào)細(xì)節(jié)的分析能力和邏輯分析儀對(duì)多通道的定時(shí)測(cè)量能力組合在一起的儀器。

4.專(zhuān)用示波器

不屬于以上幾類(lèi)、能滿足特殊用途的示波器稱為專(zhuān)用示波器或特殊示波器,如監(jiān)測(cè)和調(diào)試電視系統(tǒng)的電視示波器、主要用于調(diào)試彩色電視中有關(guān)色度信號(hào)幅度和相位的矢量示

波器等。

7.2示波顯示的基本原理

7.2.1陰極射線管典型的示波器利用陰極射線管(CRT)作為顯示器。CRT是示波器的重要組成部分,其作用就是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)而加以顯示。CRT的構(gòu)造與電視機(jī)顯像管相同,主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三大部分組成,這三大部分均封裝在密閉、真空的玻璃殼內(nèi),其結(jié)構(gòu)示意圖如圖7.1所示(圖中省略了玻璃外殼)。

圖7.1陰極射線管結(jié)構(gòu)示意圖

1.電子槍

電子槍的作用是發(fā)射電子并形成聚束的高速電子流。它主要由燈絲F、陰極K、控制柵極G、第一陽(yáng)極A1、第二陽(yáng)極A2組成。除燈絲外,其余電極的結(jié)構(gòu)均是金屬圓筒,且它

們的軸心都保持在同一軸線上。

2.偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用是使電子束產(chǎn)生垂直和水平方向上的位移。

偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)位于第二陽(yáng)極之后,由兩對(duì)相互垂直且平行的金屬板——X、Y偏轉(zhuǎn)板(水平、垂直偏轉(zhuǎn)板)組成,其中心軸線均與示波管的中心軸線重合,分別控制電子束在水平方

向、垂直方向的偏轉(zhuǎn)。在一定范圍內(nèi),電子束的偏轉(zhuǎn)距離與加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓大小成正比,通常把在熒光屏上使電子束產(chǎn)生單位距離(cm或div(1div:熒光屏上的1格,一般為1cm或0.8cm))偏移時(shí)所需施加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓大小稱為示波管的靈敏度,單位為V/cm或V/div。

3.熒光屏

熒光屏是示波器的顯示部分,為圓形曲面或矩形平面,其內(nèi)壁涂有熒光物質(zhì),形成熒光膜。當(dāng)熒光物質(zhì)受到電子槍發(fā)射的高速電子束轟擊時(shí)就能產(chǎn)生熒光亮點(diǎn),光點(diǎn)的亮度取決于電子束中電子的數(shù)目、密度和速度。

7.2.2示波管顯示原理

利用示波管中電子束在屏上形成的光點(diǎn)在垂直/水平方向上的偏轉(zhuǎn)距離與加在Y軸/X軸上的偏轉(zhuǎn)電壓成正比這一特性,即可在屏幕上顯示出被觀測(cè)信號(hào)的波形。用示波器顯示被測(cè)圖像有兩種類(lèi)型:一種是顯示隨時(shí)間變化的信號(hào),稱為波形顯示;另一種是顯示任意兩個(gè)變量X與Y的關(guān)系,稱為X－Y顯示。

1.顯示隨時(shí)間變化的圖形

1)掃描的概念

若想觀測(cè)一個(gè)隨時(shí)間變化的信號(hào),例如f(t)=Umsinωt,那么只要把被觀測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上,電子束就會(huì)在Y方向上隨信號(hào)的規(guī)律變化,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。但是如果水平偏轉(zhuǎn)板間沒(méi)加電壓,則熒光屏上只能看到一條垂直的直線,如圖7.2(a)所示。這是因?yàn)楣馐谒椒较蛭窗l(fā)生偏轉(zhuǎn)。

當(dāng)Y軸加上被觀測(cè)的信號(hào)電壓,X軸加上掃描電壓時(shí),屏上光點(diǎn)的Y和X坐標(biāo)分別與這一瞬間的信號(hào)電壓和掃描電壓成正比。由于掃描電壓與時(shí)間成比例,因此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7.2(c)所示。

圖7.2掃描過(guò)程

2)信號(hào)與掃描電壓的同步

當(dāng)掃描電壓的周期Tn是被觀察信號(hào)周期的整數(shù)倍時(shí),掃描的后一個(gè)周期描繪的波形與前一周期完全一樣,熒光屏上得到清晰而穩(wěn)定的波形,這稱為信號(hào)與掃描電壓同步。

圖7.3為掃描電壓與被測(cè)信號(hào)同步時(shí)的情況。圖中Tn

=2Ts,在時(shí)間8掃描電壓由最大值回到零,這時(shí)被測(cè)電壓恰好經(jīng)歷了兩個(gè)周期,光點(diǎn)沿8—9—10移動(dòng)時(shí),重復(fù)上一掃描周期光點(diǎn)沿0—1—2移動(dòng)的軌跡,得到穩(wěn)定的波形。

圖7.3掃描電壓與被測(cè)信號(hào)同步

如果沒(méi)有這種同步關(guān)系,則后一掃描周期描繪的圖形與前一掃描周期描繪的圖形不重合,如圖7.4所示。

圖7.4掃描電壓與被測(cè)電壓不同步

3)連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描

以上所述為觀測(cè)連續(xù)信號(hào)的情況,這時(shí)掃描電壓也是連續(xù)的,這種掃描方式稱為連續(xù)掃描。但是當(dāng)觀測(cè)脈沖過(guò)程時(shí),往往感到連續(xù)掃描不再適應(yīng),特別是研究脈沖持續(xù)時(shí)間與重復(fù)周期之比(即占空比τ/Ts)很小的脈沖過(guò)程時(shí),問(wèn)題就更為突出。

連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描的比較如圖7.5所示。

圖7.5連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的比較

其中圖7.5(a)為被測(cè)脈沖,若用連續(xù)掃描來(lái)顯示它,掃描信號(hào)的周期有以下兩種選擇:

(1)選擇掃描周期Tn

等于脈沖重復(fù)周期Ts,這種情況如圖7.5(b)所示。

(2)選擇掃描周期Tn

等于脈沖底寬τ。為了將脈沖波形在水平方向展寬,必須減小掃描周期,若取Tn

=τ,則如圖7.5(c)所示。

利用觸發(fā)掃描可解決上述脈沖示波測(cè)量所遇到的困難。觸發(fā)掃描的特點(diǎn)是:只有在被測(cè)脈沖到來(lái)時(shí)才掃描一次,如圖7.5(d)所示。

4)掃描過(guò)程的增輝

在以上的討論中假設(shè)掃描回程時(shí)間接近于零,但實(shí)際上回掃是需要一定時(shí)間的,這就對(duì)顯示波形產(chǎn)生了一定的影響。圖7.6仍是掃描周期等于兩倍信號(hào)周期的情況,只是掃描電壓有一定的回掃時(shí)間(圖7.6中的7-8段)

圖7.6掃描回程對(duì)顯示波形的影響

2.顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系

在示波管中,電子束同時(shí)受X和Y兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板的作用,而且兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上的電壓Ux和Uy的影響又是相互獨(dú)立的,它們共同決定光點(diǎn)在熒光屏上的位置。利用這一特點(diǎn)就可以把示波器變?yōu)橐粋€(gè)X－Y圖示儀,使示波器的功能得到擴(kuò)展。

圖7.7表示兩個(gè)同頻率信號(hào)分別作用在X、Y偏轉(zhuǎn)板上時(shí)的情況。

圖7.7兩個(gè)同頻率信號(hào)構(gòu)成的李沙育圖形

7.3模擬示波器

7.3.1模擬示波器的基本組成通用模擬示波器主要由示波管、垂直(Y軸)通道、掃描(鋸齒波)信號(hào)發(fā)生器、水平(X軸)通道以及電源等部分組成,其結(jié)構(gòu)框圖如圖7.8所示。

圖7.8通用模擬示波器的基本結(jié)構(gòu)框圖

1.示波管

示波管是示波器的核心部件,它主要包括電子槍、偏轉(zhuǎn)板和熒光屏等幾個(gè)部分,其構(gòu)造及工作原理如7.2節(jié)所述。

2.Y軸通道

Y軸通道是對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理的主要通道,由輸入電路、前置放大器、延遲級(jí)和輸出放大器等部分組成。它的主要作用是,對(duì)單端輸入的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行變換和放大,得到足夠的幅度后加在示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上;向X軸通道提供內(nèi)觸發(fā)信號(hào)源;補(bǔ)償X軸通道的時(shí)間延遲,以觀測(cè)到諸如脈沖等信號(hào)的完整波形。

1)輸入電路

輸入電路主要包括探極、耦合方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、衰減器、阻抗變換及倒相放大器等部分,如圖7.9所示。圖7.9Y通道輸入電路框圖

無(wú)源探極的結(jié)構(gòu)如圖7.10所示。圖7.10無(wú)源探極的結(jié)構(gòu)

電容C又稱為補(bǔ)償電容,為一可變電容,有的位于探針處,有的位于探極末端或校準(zhǔn)盒內(nèi)。調(diào)整其大小以滿足RC=RiCi的條件,使探頭誤差與頻率無(wú)關(guān)。具體做法是將示波器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的方波(通常為1kHz)加到探極上,用螺絲刀左右旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償電容C,直到調(diào)出如圖7.11(a)所示正確的方波(即正確補(bǔ)償)為止。否則,會(huì)產(chǎn)生如圖7.11(b)、(c)所示電容過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)牟ㄐ巍?/p>

圖7.11探極的補(bǔ)償結(jié)果

(2)耦合方式選擇開(kāi)關(guān)。耦合方式選擇開(kāi)關(guān)一般有三個(gè)擋位:AC、DC和GND(即接地)。AC為交流耦合,此時(shí)被測(cè)信號(hào)經(jīng)電容耦合至衰減器,用于觀察交流信號(hào);DC為直流耦合,被測(cè)信號(hào)直接接至衰減器,用于觀測(cè)頻率很低或含有直流成分的信號(hào);接地耦合時(shí),在不斷開(kāi)被測(cè)信號(hào)的情況下,為示波器提供測(cè)量直流電壓時(shí)的參考地電平。

(3)衰減器。衰減器一般為阻容步進(jìn)衰減器,其電路原理與探極中的10∶1衰減一樣。其分壓比做成許多擋,改變衰減器衰減比即改變示波器偏轉(zhuǎn)靈敏度,從而使顯示波形的幅度得以調(diào)整。

(4)阻抗變換及倒相放大器。阻抗變換及倒相放大器的作用是將來(lái)自衰減器的單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙端輸出的對(duì)稱信號(hào)送給Y輸出放大器(差分放大器),這樣可以克服放大器零點(diǎn)

漂移的影響,也提高了放大器輸入阻抗,同時(shí)隔離前后級(jí)的影響,又滿足了Y偏轉(zhuǎn)板對(duì)稱信號(hào)輸入的要求。

2)前置放大器

前置放大器的作用是:初步對(duì)前級(jí)輸出信號(hào)進(jìn)行放大,補(bǔ)償延遲級(jí)對(duì)信號(hào)的衰減損耗;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,并具有靈敏度調(diào)節(jié)、校正、Y軸移位等控制作用。

3)延遲級(jí)

為了顯示穩(wěn)定的脈沖波形,示波器通常采用內(nèi)觸發(fā)方式來(lái)產(chǎn)生掃描電壓,即掃描電壓的產(chǎn)生由被測(cè)信號(hào)來(lái)觸發(fā)。

4)輸出放大器

輸出放大器是Y通道的主放大器,其作用是將延遲后的被測(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),以便觀測(cè)微弱信號(hào)。Y軸輸出放大器大都采用推挽式放大器,并采用頻率補(bǔ)償與負(fù)反饋,以獲得穩(wěn)定的增益、足夠的帶寬、較小的失真。

3.X軸通道

X軸通道由觸發(fā)電路、掃描信號(hào)發(fā)生器和X軸放大器組成,其組成框圖如圖7.12所示。它的主要作用是,在內(nèi)觸發(fā)信號(hào)的作用下,輸出大小合適、與時(shí)間呈線性關(guān)系的周期性的雙端對(duì)稱的掃描電壓(鋸齒波電壓),經(jīng)過(guò)X軸放大器放大以后,再加在示波管水平偏轉(zhuǎn)板上,以驅(qū)動(dòng)電子束進(jìn)行水平掃描。X軸通道還為示波管提供增輝、消隱脈沖,對(duì)于雙蹤示波器還提供交替顯示時(shí)的控制信號(hào)。圖7.12X軸通道組成框圖

1)觸發(fā)電路

觸發(fā)電路的作用在于選擇觸發(fā)源并產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的觸發(fā)信號(hào),以觸發(fā)掃描發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定的掃描電壓。其組成框圖如圖7.13所示,主要由觸發(fā)源選擇開(kāi)關(guān)、耦合方式選擇開(kāi)關(guān)、觸發(fā)電平及斜率選擇器、放大整形電路等組成。

圖7.13觸發(fā)電路組成框圖

(1)觸發(fā)源選擇。

(2)觸發(fā)耦合方式選擇。

(3)觸發(fā)方式選擇。

(4)觸發(fā)電平及斜率選擇。

觸發(fā)電平由“觸發(fā)電平”旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié);觸發(fā)斜率即觸發(fā)極性,指的是觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)信號(hào)的上升沿還是下降沿,位于上升沿的稱為“+”極性觸發(fā),位于下降沿的稱為“-”極性觸發(fā)。通過(guò)“觸發(fā)極性(SLOPE)”選擇開(kāi)關(guān)S3進(jìn)行選擇。

(5)放大整形電路。

觸發(fā)電平及觸發(fā)極性可以直接從顯示波形上進(jìn)行判斷,如圖7.14所示。圖7.14不同觸發(fā)電平、觸發(fā)極性下的波形

2)掃描信號(hào)發(fā)生器

掃描信號(hào)發(fā)生器又稱時(shí)基電路,用來(lái)產(chǎn)生線性良好的鋸齒波,并提供增輝、消隱脈沖和雙蹤示波器的交替顯示控制信號(hào)等?，F(xiàn)代示波器通常用掃描信號(hào)發(fā)生器環(huán)來(lái)產(chǎn)生掃描信

號(hào),一般由掃描電壓產(chǎn)生電路、掃描閘門(mén)及比較和釋抑電路組成,如圖7.15所示。

圖7.15掃描信號(hào)發(fā)生器組成框圖

3)X軸放大器

X軸放大器的作用是將經(jīng)“內(nèi)”“外”輸入選擇后的單端輸入X軸信號(hào)進(jìn)行放大,轉(zhuǎn)換成為大小合適的雙端輸出信號(hào)后加在X軸偏轉(zhuǎn)板上,使電子束在水平方向上產(chǎn)生足夠的偏轉(zhuǎn),得到合適的波形。當(dāng)示波器用于顯示被測(cè)信號(hào)波形時(shí),其單端輸入的信號(hào)是內(nèi)部掃描電路產(chǎn)生的掃描電壓;當(dāng)示波器工作在“X－Y”方式時(shí),其單端輸入的信號(hào)則是外加的X信號(hào)。

X軸放大器的電路原理與Y軸放大器相同,并提供“水平位移”“掃描擴(kuò)展”“尋跡”等功能。

4.電源部分

電源部分為示波管和其他電子管(或晶體管)元件提供所需的各組高低壓電源,以保證示波器各部分正常工作。

7.3.2示波器的多波形顯示

1.多線示波

多線示波是指采用多線示波管(又稱為多束示波管)制成的多線示波器來(lái)顯示多路波形。多線示波管內(nèi)裝有多個(gè)(一般有兩個(gè))獨(dú)立的電子槍,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)立的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)各自控制電子束的偏轉(zhuǎn),共用一個(gè)熒光屏進(jìn)行顯示。多線示波器各通道間相互獨(dú)立,交叉干擾小,測(cè)量準(zhǔn)確度高,但它制造困難,成本高,所以較少使用。

2.多蹤示波

多波形顯示常用的方法是多蹤示波。其組成及原理與單蹤示波器類(lèi)似,是在單蹤示波器的基礎(chǔ)上增加了電子開(kāi)關(guān)而形成的。它也采用單束示波管,其內(nèi)只有一個(gè)電子槍和一套

Y偏轉(zhuǎn)板,通過(guò)在Y通道上增設(shè)的電子開(kāi)關(guān)來(lái)高速控制幾個(gè)被測(cè)信號(hào)輪流地接入Y偏轉(zhuǎn)板而在熒光屏上顯示出多個(gè)波形,即采用了時(shí)分復(fù)用技術(shù),這一技術(shù)充分利用了電子開(kāi)關(guān)的高速轉(zhuǎn)換特性和人眼的視覺(jué)惰性。多蹤示波具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn),因而得到了廣泛應(yīng)用。最常用的是雙蹤示波器,即能夠顯示兩個(gè)波形的多蹤示波器,其簡(jiǎn)要原理框圖如圖7.16所示。

圖7.16雙蹤示波器的簡(jiǎn)要原理框圖

根據(jù)電子開(kāi)關(guān)工作方式的不同,雙蹤示波器有以下5種顯示方式:

(1)“通道1(CH1)”:只接入Y1通道,單蹤顯示Y1的波形。

(2)“通道2(CH2)”:只接入Y2通道,單蹤顯示Y2的波形。

(3)“疊加(CH1+CH2)”:兩通道同時(shí)工作,Y1、Y2通道的信號(hào)在公共通道放大器中進(jìn)行代數(shù)相加后送入垂直偏轉(zhuǎn)板,顯示兩路信號(hào)疊加后的波形。Y2通道的前置放大器內(nèi)設(shè)有極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),可改變輸入信號(hào)的極性,從而實(shí)現(xiàn)兩信號(hào)的“和”或“差”的功能。

(4)“交替(ALT)”:此時(shí)Y1、Y2

門(mén)控電路的開(kāi)或閉受時(shí)基閘門(mén)脈沖的控制,第一次掃描時(shí)接通Y1通道,第二次掃描時(shí)接通Y2

通道,只要輪流顯示的間隔時(shí)間較短,就可交替地顯示Y1、Y2

通道輸入的信號(hào),無(wú)閃爍感。若通道1輸入正弦波,通道2輸入同頻率的三角波,則屏上顯示的波形如圖7.17(a)所示。

(5)“斷續(xù)(CHOP)”:此時(shí)Y1、Y2門(mén)控電路的開(kāi)或閉受電子開(kāi)關(guān)內(nèi)的斷續(xù)器(自激多諧振蕩器)產(chǎn)生的高頻自激振蕩信號(hào)(如200kHz的方波)的控制,在每一次的掃描過(guò)程中,高速輪流接通兩個(gè)輸入信號(hào),從而顯示出每個(gè)被測(cè)信號(hào)的某一段,以后各次掃描重復(fù)以上過(guò)程。這樣顯示出的波形是由許多線段組成的,只要轉(zhuǎn)換頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于被測(cè)信號(hào)的頻率,這些線段及其間隔就很短,看起來(lái)顯示的波形好像是連續(xù)的,如圖7.17(b)所示。

圖7.17交替和斷續(xù)方式下顯示的波形

7.3.3通用模擬示波器的主要技術(shù)性能指標(biāo)

通用模擬示波器的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下

(1)頻帶寬度BW:簡(jiǎn)稱帶寬,通常指Y通道的工作頻率范圍,即Y通道輸入信號(hào)上、下限頻率之差?，F(xiàn)代示波器的下限頻率都已延伸至0Hz,因而示波器的頻帶寬度可用上限頻率來(lái)表示。這個(gè)帶寬也就是我們所熟悉的3dB帶寬,是指輸入不同頻率的等幅正弦波信號(hào),當(dāng)示波器顯示(測(cè)量)的波形幅度隨頻率變化下降到實(shí)際幅度的0.707倍時(shí)的輸入信號(hào)頻率值。為盡可能地準(zhǔn)確顯示被測(cè)信號(hào)的波形,通常要求:

(2)輸入靈敏度:指輸入信號(hào)在無(wú)衰減的情況下,光點(diǎn)在屏幕上偏轉(zhuǎn)一格(div)所需信號(hào)電壓的峰峰值,單位為mV/div。一格是指熒光屏刻度的一大格,等于1cm或0.8cm,隨管熒光屏型而定。

(3)輸入阻抗:通道的輸入阻抗包括輸入阻抗和輸入電容,一般用MΩ/pF來(lái)表示,如1MΩ/35pF。低電容、高阻抗是其基本要求,頻帶寬度越寬,則要求輸入電容越小。

(4)掃描速度:在無(wú)擴(kuò)展情況下,光點(diǎn)在X方向偏移1cm或1div所經(jīng)過(guò)的時(shí)間,單位為“cm/s”或“div/s”。它表明了示波器能觀測(cè)的時(shí)間和頻率范圍。

(5)時(shí)域響應(yīng):反映輸入脈沖等瞬變信號(hào)時(shí)示波器Y通道的過(guò)渡特性。當(dāng)輸入理想的矩形脈沖波后,從示波器顯示的波形中可看出上升時(shí)間tr、下降時(shí)間tf、上沖δ、反沖ε、

平頂?shù)洇さ让}沖參數(shù)。頻帶寬度BW與上升時(shí)間tr之間一般有確定的內(nèi)在關(guān)系,即

7.3.4YB4365型雙蹤示波器

主要特點(diǎn)及技術(shù)指標(biāo)如下。

1.主要特點(diǎn)

(1)屏幕顯示設(shè)定狀態(tài),多種參數(shù)均可在屏幕上以字符形式顯示。

(2)具有光標(biāo)卡尺線,可對(duì)光標(biāo)線之間的ΔU、ΔT、1/ΔT等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

(3)可自動(dòng)設(shè)定最佳掃描速度,并跟隨輸入信號(hào)自動(dòng)設(shè)定掃速。

(4)采用先進(jìn)的表面貼裝工藝,體積小,可靠性高。

(5)開(kāi)關(guān)電源供電,確保儀器在電壓90~260V之間正常使用。

2.技術(shù)指標(biāo)

7.4取樣示波器7.4.1取樣的概念1.取樣原理取樣示波器與普通示波器的主要區(qū)別在于取樣示波器運(yùn)用了取樣技術(shù)。欲觀察一個(gè)波形,可以把這個(gè)波形在示波器上連續(xù)顯示,也可以在這個(gè)波形上取很多的點(diǎn),把連續(xù)波形變換成離散波形,只要取樣點(diǎn)數(shù)足夠多,這些離散點(diǎn)也能夠反映原波形的形狀。這種從被測(cè)連續(xù)波形上取得一系列樣點(diǎn)(也就是獲取一系列離散時(shí)刻對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅值)的過(guò)程就是取樣,又稱采樣。

對(duì)一個(gè)連續(xù)時(shí)間的輸入信號(hào)ui(t)的取樣如圖7.18所示,取樣過(guò)程在取樣保持器中完成。圖7.18取樣原理

2.實(shí)時(shí)取樣與非實(shí)時(shí)取樣

取樣分為實(shí)時(shí)取樣和非實(shí)時(shí)取樣兩種。從信號(hào)波形一個(gè)周期中取得大量取樣點(diǎn)來(lái)表示一個(gè)信號(hào)波形(也就是取樣脈沖的周期遠(yuǎn)小于輸入信號(hào)的周期),并且取樣持續(xù)的時(shí)間等于

輸入信號(hào)的一個(gè)周期或多個(gè)周期或輸入信號(hào)實(shí)際經(jīng)歷的時(shí)間,這種取樣方式稱為實(shí)時(shí)取樣,如圖7.19(a)所示。

從被測(cè)信號(hào)的許多相鄰周期波形上取得樣點(diǎn)的方法稱為非實(shí)時(shí)取樣,或稱為等效取樣,如圖7.19(b)所示。

圖7.19實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)取樣示意圖

步進(jìn)間隔Δt與信號(hào)最高頻率fh間應(yīng)滿足取樣定理:

7.4.2取樣示波器的工作原理

取樣示波器利用了非實(shí)時(shí)取樣的原理,與通用示波器類(lèi)似,取樣示波器也主要是由示波管、X通道和Y通道組成的,其原理框圖如圖7.20所示。

圖7.20取樣示波器的原理框圖

相比較而言,取樣示波器與通用示波器主要有以下區(qū)別:

(1)取樣示波器延遲級(jí)放在取樣門(mén)前面,以便在內(nèi)觸發(fā)時(shí)提前提取一部分被測(cè)信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào),這樣觀測(cè)時(shí)不會(huì)丟掉信號(hào)的陡峭前沿。

(2)取樣示波器X通道產(chǎn)生時(shí)基掃描信號(hào),是利用每一個(gè)Δt步進(jìn)延遲脈沖去觸發(fā)階梯波形成電路,使它的輸出增長(zhǎng)一級(jí),掃描信號(hào)是線性階梯波。由于Δt步進(jìn)延遲脈沖的作用,掃描信號(hào)與取樣脈沖是同步的。而通用示波器中,掃描信號(hào)是線性的。

(3)通用示波器中,每觸發(fā)一次,能產(chǎn)生一個(gè)完整的掃描信號(hào);而取樣示波器中,每觸發(fā)一次,只能獲得一個(gè)樣點(diǎn)。

(4)取樣示波器顯示的波形由許多點(diǎn)組成,波形反映被測(cè)信號(hào)包絡(luò),但波形是經(jīng)過(guò)變換的,波形經(jīng)歷時(shí)間遠(yuǎn)大于被測(cè)信號(hào)的實(shí)際經(jīng)歷時(shí)間。

7.4.3取樣示波器的主要參數(shù)

取樣示波器除了具有通用示波器的性能指標(biāo)外,還具有其本身的技術(shù)參數(shù),主要有:

(1)頻帶寬度。由于取樣以后信號(hào)頻率已經(jīng)變低,因此對(duì)取樣示波器的頻率限制主要在取樣門(mén)。首先,取樣門(mén)用的元件(如取樣二極管)的高頻特性要足夠好;其次,取樣脈沖本身要足夠窄,以保證在取樣期間被觀測(cè)的信號(hào)幅度基本不變。

一般來(lái)說(shuō),一個(gè)系統(tǒng)的頻帶寬度是指系統(tǒng)頻率特性下降3dB所對(duì)應(yīng)的頻率范圍。當(dāng)取樣門(mén)所用元件工作頻率足夠高時(shí),取樣門(mén)的最高工作頻率與取樣脈沖底邊的寬度τ成反比,其表達(dá)式為

式中,τ為取樣脈沖底邊的寬度。所以在取樣示波器中可利用調(diào)整取樣脈沖底寬來(lái)調(diào)整頻寬。

(2)取樣密度。取樣密度是指電路掃描時(shí),在示波器屏幕X軸上每格顯示的被測(cè)信號(hào)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。

(3)等效掃描速度。通用示波器的掃描速度是指單位時(shí)間內(nèi)電子束在水平方向上的位移。

(4)取樣頻率。取樣頻率即取樣脈沖的重復(fù)頻率。取樣頻率越高,越能反映被測(cè)信號(hào)的特性。

7.5數(shù)字存儲(chǔ)示波器

7.5.1數(shù)字存儲(chǔ)示波技術(shù)簡(jiǎn)介數(shù)字存儲(chǔ)示波采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn),先經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器,模擬輸入信號(hào)波形被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息,存儲(chǔ)于數(shù)字存儲(chǔ)器中;需要顯示時(shí),再?gòu)拇鎯?chǔ)器中讀出,通過(guò)顯示處理器處理后,將波形顯示在顯示屏上。數(shù)字存儲(chǔ)示波的基本原理框圖如圖7.21所示。

圖7.21數(shù)字存儲(chǔ)示波的基本原理框圖

1.數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要特點(diǎn)

與模擬示波器相比,數(shù)字存儲(chǔ)示波器有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)波形可長(zhǎng)期保存、多次顯示。

(2)支持負(fù)延時(shí)觸發(fā)。

(3)便于觀測(cè)單次過(guò)程和突發(fā)事件。

(4)具有多種顯示方式。

(5)便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理。

(6)具有多種輸出方式,便于進(jìn)行功能擴(kuò)展和自動(dòng)測(cè)試。

(7)集成度高,體積小,重量輕。

2.信號(hào)采樣

1)采樣方式

數(shù)字存儲(chǔ)示波器首先對(duì)輸入信號(hào)利用A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行采樣,也就是上節(jié)介紹的取樣,只是A/D還要將每個(gè)樣點(diǎn)的幅度量化成數(shù)字比特。

在實(shí)時(shí)采樣中,一個(gè)信號(hào)的所有采樣點(diǎn)在一個(gè)單一的信號(hào)獲取段中取得,見(jiàn)圖7.22(a)。

等效時(shí)間采樣又大體分為兩類(lèi):序列采樣和隨機(jī)性采樣,見(jiàn)圖7.22(b)、(c)。

圖7.22數(shù)字存儲(chǔ)顯示技術(shù)中的各種采樣技術(shù)

2)采樣速率

采樣速率又稱為數(shù)字化速率,對(duì)它的描述方式通常有以下三種:

(1)用采樣次數(shù)來(lái)描述,表示為單位時(shí)間內(nèi)采樣的次數(shù),如20×106次/s(20MS/s)。

(2)用采樣頻率來(lái)描述,如20MHz。

(3)用信息率來(lái)描述,表示每秒鐘存儲(chǔ)多少位(比特)的數(shù)據(jù),如每秒鐘存儲(chǔ)160兆位的數(shù)據(jù),這對(duì)于一個(gè)8位的A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō),就相當(dāng)于20×106次/s的采樣速率。

實(shí)際上,一個(gè)示波器的采樣速率是隨時(shí)基設(shè)置的不同而改變的。二者之間的關(guān)系是

3.波形顯示技術(shù)

在一個(gè)信號(hào)波形被采集、數(shù)字化、存儲(chǔ)和處理之后,有多種方法可以將它重現(xiàn),如點(diǎn)顯示法、點(diǎn)線連接(線性插入)法、正弦插入以及修改型正弦插入法等。

在顯示過(guò)程中,可能會(huì)發(fā)生失真。采樣理論(參看奈奎斯特關(guān)于采樣頻率的定律)指出:采樣頻率必須高于信號(hào)的最高頻率分量的兩倍,否則在顯示時(shí)就會(huì)失真。

1)點(diǎn)顯示技術(shù)

點(diǎn)顯示就是在屏幕上以有間隔的點(diǎn)的形式將被獲取的信號(hào)波形顯示出來(lái)。能夠做到正確顯示的前提是必須有足夠的點(diǎn)來(lái)重新構(gòu)成信號(hào)波形?？紤]到有效存儲(chǔ)帶寬問(wèn)題,一般要

求為每個(gè)信號(hào)周期顯示20~25個(gè)點(diǎn)。

2)數(shù)據(jù)點(diǎn)插入技術(shù)

在波形顯示技術(shù)中,常常使用插入器將一些數(shù)據(jù)補(bǔ)充給儀器,插在所有相鄰的采樣點(diǎn)之間。實(shí)際應(yīng)用主要有線性插入和曲線插入兩種方式。線性插入法僅按直線方式將一些點(diǎn)

插入到采樣點(diǎn)之間。在有足夠的點(diǎn)可以用來(lái)插入的時(shí)候,這是一種令人滿意的辦法。

一些生產(chǎn)高速模擬

電路的廠家就在儀器的信號(hào)獲取環(huán)節(jié)中或在獲取信號(hào)之后設(shè)置插入器,以下簡(jiǎn)要介紹幾種常用的插入技術(shù)。

(1)向量式顯示(線性插入)。

(2)正弦插入。

(3)改進(jìn)型正弦插入。

(4)SineX/X插入。

7.5.2數(shù)字存儲(chǔ)示波器的技術(shù)性能指標(biāo)

除具有與模擬示波器相同的垂直靈敏度、掃描速度、頻率響應(yīng)等指標(biāo)外,數(shù)字存儲(chǔ)示波器主要還有以下幾個(gè)技術(shù)性能指標(biāo)。

(1)采樣速率。

(2)帶寬。

(3)有效存儲(chǔ)帶寬。

(4)上升時(shí)間。

類(lèi)似于模擬示波器,一般數(shù)字示波器的上升時(shí)間和帶寬滿足以下公式:

(5)測(cè)量分辨率。

(6)存儲(chǔ)容量。

圖7.23上升時(shí)間

DSO還有以下一些其他的重要性能和特征,在選用時(shí)必須注意。

(1)當(dāng)使用DSO進(jìn)行模擬顯示時(shí),應(yīng)注意它的模擬能力。

(2)各種復(fù)雜的觸發(fā)能力,如延時(shí)觸發(fā)、預(yù)觸發(fā)、毛刺觸發(fā)、狀態(tài)觸發(fā)等。

(3)包絡(luò)顯示能力,指示波形的最大值和最小值等。

(4)閃爍/峰尖捕捉能力。

(5)與打印機(jī)、PC、網(wǎng)絡(luò)的連接口問(wèn)題。

(6)協(xié)助噪聲濾波的均值計(jì)算等。

(7)波形的數(shù)學(xué)計(jì)算、分析、測(cè)量及信號(hào)加工能力。

(8)通道數(shù)。

7.5.3模擬/數(shù)字示波器

圖7.24為一個(gè)實(shí)際的帶有計(jì)算機(jī)接口的模擬/數(shù)字示波器的典型框圖。

圖7.24模擬/數(shù)字示波器原理框圖

在此儀器中,作為模擬示波器所需要的所有基本單元模塊(如同步衰減器、前置放大器、觸發(fā)電路、延時(shí)線、垂直和水平輸出放大器、Z軸電路等)都包括在如下附加電路中:

(1)微處理器及相關(guān)電路;

(2)數(shù)字時(shí)基;

(3)數(shù)字獲取存儲(chǔ)器;

(4)數(shù)字顯示;

(5)向量發(fā)生器;

(6)存儲(chǔ)獲取電路;

(7)通信接口。

TEK2232型示波器各部分的主要技術(shù)指標(biāo)如下:

7.6數(shù)字熒光示波器

如前所述,同模擬示波器相比,數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)具有強(qiáng)大的輸入波形的捕獲、存儲(chǔ)與回顯功能,擁有精確的測(cè)量、分析及其結(jié)果的數(shù)字化顯示功能,擁有預(yù)觸發(fā)、后觸發(fā)、毛刺觸發(fā)、狀態(tài)觸發(fā)、窗口觸發(fā)、總線觸發(fā)、N周期觸發(fā)等多種先進(jìn)靈活的觸發(fā)方式,可捕獲并顯示單次信號(hào)和非周期信號(hào),可進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信、遠(yuǎn)程測(cè)量而組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等。但它也存在不足之處,主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

(1)只能表征信號(hào)的幅度-時(shí)間信息,屏幕上顯示的波形具有同等的亮度,不能像模擬示波器那樣通過(guò)不同的顯示亮度來(lái)表示信號(hào)出現(xiàn)的頻度。

(2)實(shí)時(shí)性不足。如圖7.21所示,常規(guī)的數(shù)字存儲(chǔ)示波器信號(hào)處理流程是一種串行結(jié)構(gòu)。

在這個(gè)過(guò)程中,信號(hào)調(diào)理、觸發(fā)和ADC采樣幾乎都是實(shí)時(shí)的,而數(shù)據(jù)存滿采集存儲(chǔ)器、顯示處理單元對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理分析、測(cè)量和最終的顯示,則對(duì)整機(jī)實(shí)時(shí)性帶來(lái)很大的影響,其耗費(fèi)時(shí)間主要包括以下三點(diǎn)。

①采樣波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間。

②波形數(shù)據(jù)處理時(shí)間。

③圖像顯示時(shí)間。

數(shù)字熒光示波器(DPO)是一臺(tái)能將電信號(hào)波形進(jìn)行數(shù)字化,并且以三維數(shù)據(jù)(信號(hào)的幅度、時(shí)間以及幅度相對(duì)于時(shí)間的分布)實(shí)時(shí)地儲(chǔ)存、分析、顯示的儀器,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖

7.25所示。

圖7.25數(shù)字熒光示波器(DPO)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

DPO數(shù)字熒光示波器的并行結(jié)構(gòu)從根本上解決了DSO數(shù)字存儲(chǔ)示波器波形捕獲率低、死區(qū)占比率高、波形漏失嚴(yán)重的缺陷。在測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試速度以及測(cè)試精度上都全面

領(lǐng)先于數(shù)字存儲(chǔ)示波器。總結(jié)起來(lái),其主要特點(diǎn)包括以下四點(diǎn)。

(1)集模擬示波器與數(shù)字示波器優(yōu)點(diǎn)于一身。

(2)具有超高波形捕獲速率。

(3)超強(qiáng)的動(dòng)態(tài)波形三維顯示能力。

(4)持續(xù)的超高速采樣。

基于以上特點(diǎn),DPO在應(yīng)對(duì)USB/HDMI等高速串行數(shù)據(jù)通信信號(hào)、光盤(pán)等讀出信號(hào)、無(wú)線通信中復(fù)雜數(shù)字調(diào)制信號(hào)等動(dòng)態(tài)復(fù)雜信號(hào)的觀測(cè)中具有其他示波器難以企達(dá)的優(yōu)勢(shì),成為這些應(yīng)用領(lǐng)域的首選。

7.7示波器的應(yīng)用

7.7.1示波器的選用1.示波器的選擇我們應(yīng)根據(jù)測(cè)量任務(wù)來(lái)選擇示波器,具體通過(guò)被測(cè)信號(hào)的特性和示波器的性能來(lái)選擇合適的示波器。1)根據(jù)被測(cè)信號(hào)的特性來(lái)選擇(1)定性觀察頻率不高的一般周期性信號(hào),可選用普通示波器或簡(jiǎn)易示波器。

(2)觀察非周期信號(hào)、寬度很小的脈沖信號(hào),應(yīng)選用具有觸發(fā)掃描或單次掃描的寬帶示波器。

(3)觀察快速變化的非周期性信號(hào),應(yīng)選用高速示波器。

(4)觀察頻率很高的周期性信號(hào),可以選用取樣示波器。

(5)觀察低頻緩慢變化的信號(hào),可選用長(zhǎng)余輝、慢掃描示波器或數(shù)字熒光示波器。

(6)需要對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較時(shí),應(yīng)選用雙蹤示波器;需要對(duì)兩個(gè)以上信號(hào)進(jìn)行比較時(shí),則選用多蹤示波器或多束示波器。

(7)若被測(cè)信號(hào)為一次性過(guò)程或復(fù)雜波形,需將被測(cè)信號(hào)存儲(chǔ)起來(lái),以便進(jìn)一步分析、研究,可選用存儲(chǔ)示波器。

(8)當(dāng)希望既能觀測(cè)模擬或脈沖信號(hào)波形,又能分析數(shù)字邏輯或總線信號(hào)時(shí),可選用混合示波器(MSO)。

2)根據(jù)示波器的性能來(lái)選擇

(1)頻帶寬度和上升時(shí)間。一般要求示波器的頻帶寬度BW≥3fmax(fmax為被測(cè)信號(hào)的最高頻率);示波器的上升時(shí)間tr≤try(try為被測(cè)信號(hào)的上升時(shí)間)。

如果示波器的頻帶寬度不夠,則輸入信號(hào)中的高頻分量將被極大地衰減。如將一個(gè)50MHz的方波加至一個(gè)頻寬為150MHz的數(shù)字示波器上,將得到如圖7.26(a)所示的波形;若加至一個(gè)頻寬為500MHz的數(shù)字示波器上,得到的波形將如圖7.26(b)所示。

圖7.2650MHz方波在不同頻寬示波器上顯示的波形

(2)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度。如需觀測(cè)微弱信號(hào),應(yīng)選擇具有較高垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度(即V/div值較小)的示波器;反之,應(yīng)選擇V/div值較大的示波器。

(3)輸入阻抗。盡量選用高輸入阻抗(即輸入電阻大而輸入電容小)的示波器。這對(duì)觀測(cè)一些負(fù)載能力較弱的電路的波形十分重要,否則會(huì)造成觀測(cè)波形與實(shí)際情況不符。例如,對(duì)于高頻振蕩器,低阻抗示波器探頭的接入很可能造成其停振。

(4)掃描速度。被測(cè)信號(hào)頻率越高,所需示波器掃描速度越高,反之,掃描速度越低。

2.示波器的使用要點(diǎn)

示波器在使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)選擇合適的電源,并注意機(jī)殼接地。

(2)經(jīng)過(guò)探極衰減后的輸入信號(hào)切不可超過(guò)示波器允許的輸入電壓范圍,并應(yīng)注意防止觸電。

(3)根據(jù)需要,選擇合適的輸入耦合方式。

(4)對(duì)模擬示波器輝度要選擇適中,不宜過(guò)亮,且光點(diǎn)不能長(zhǎng)時(shí)間停留在同一點(diǎn)上,特別是暫時(shí)不觀測(cè)波形時(shí),更應(yīng)該將輝度調(diào)暗,以免縮短示波管的使用壽命。盡量避免在陽(yáng)光直射或明亮環(huán)境下使用示波器。

(5)聚焦要合適,不宜太散或過(guò)細(xì)。

(6)對(duì)于模擬示波器測(cè)量前要注意調(diào)節(jié)“軸線校正(TRACEROTATION”)旋鈕,使顯示屏刻度軸線與顯示波形的軸線平行。

(7)盡量在顯示屏有效尺寸內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于模擬示波器進(jìn)行定量測(cè)量時(shí)一定要先校準(zhǔn)(“垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度(V/div)細(xì)調(diào)”“時(shí)基因數(shù)(t/div)細(xì)調(diào)”旋鈕務(wù)必置于“校準(zhǔn)(CAL)”位置),并注意讀數(shù)時(shí)的探極衰減倍數(shù)。

(8)探極要與示波器配套使用,不能互換,且使用前要校準(zhǔn)。校準(zhǔn)方法是,將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(或示波器自身)產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)通過(guò)探極加到示波器,適當(dāng)調(diào)整探極內(nèi)補(bǔ)償電容直到正確補(bǔ)償為止(得到如圖7.11(a)所示的波形)。另外,探極衰減系數(shù)為10∶1或100∶1時(shí),被測(cè)信號(hào)電壓為測(cè)量值的10倍或100倍。

(9)波形不穩(wěn)定時(shí),通常按“觸發(fā)源”“觸發(fā)耦合方式”“觸發(fā)方式”“掃描速度”“觸發(fā)電平”的順序進(jìn)行選擇調(diào)節(jié)。

7.7.2示波器測(cè)量應(yīng)用

1.直流電壓的測(cè)量

直流電壓的測(cè)量步驟如下:

(1)置“掃描方式”開(kāi)關(guān)于“AUTO”位置,選擇掃描速度,以使掃描不發(fā)生閃爍現(xiàn)象。

(2)視所測(cè)電壓的大小,置“V/div”到適當(dāng)位置,將“微調(diào)”旋至“CAL”位置。

(3)置“交流地直流”開(kāi)關(guān)于“GND”位置。此時(shí)的掃描垂直位置即為零伏基準(zhǔn)線。調(diào)節(jié)垂直“位移”旋鈕,使該掃描線準(zhǔn)確地落在水平刻度線上,以便讀取信號(hào)電壓,如圖7.27(a)所示。

(4)將被測(cè)電壓加至輸入端后,將“交流地直流”開(kāi)關(guān)置于“DC”位置,此時(shí)所顯示的直線位置即為所測(cè)電壓值,如圖7.27(b)所示。若直線位于零伏基準(zhǔn)線之上,則所測(cè)電壓為

正;若直線位于零伏基準(zhǔn)線之下,則所測(cè)電壓為負(fù)。

(5)若所測(cè)電壓超出顯示范圍,應(yīng)增大“V/div”;若所測(cè)電壓數(shù)值過(guò)小,應(yīng)減小“V/div”后重新測(cè)量。

(6)在圖7.27(b)中,“V/div”旋鈕的擋位值為1V/div,被測(cè)直流電壓波形與零伏基準(zhǔn)線之間為2.8個(gè)格,由此可算出直流電壓為2.8V。

圖7.27直流電壓的測(cè)量

2.交流電壓的測(cè)量

交流電壓的測(cè)量步驟如下:

(1)置“交流地直流”開(kāi)關(guān)于“GND”位置。調(diào)節(jié)垂直“位移”旋鈕,使該掃描線準(zhǔn)確地落在水平刻度線上。

(2)視被測(cè)電壓的大小,置“V/div”到適當(dāng)位置,將“微調(diào)”旋至“CAL”位置。

(3)將被測(cè)電壓加至輸入端后,將“交流地直流”開(kāi)關(guān)置于“AC”位置,此時(shí)所顯示的波形即為所測(cè)交流電壓,如圖7.28所示。

(4)在圖7.28中,“V/div”旋鈕的擋位值為50mV/div,波形的峰值與谷值之間為3.6個(gè)格,由此可算出所測(cè)交流電壓的峰峰值為180mV。

圖7.28交流電壓的測(cè)量

3.時(shí)間、周期與頻率的測(cè)量

1)周期的測(cè)量

用示波器測(cè)量時(shí)間與用示波器測(cè)量電壓的原理相同,只不過(guò)測(cè)量時(shí)間所關(guān)注的是X軸系統(tǒng)。

2)時(shí)間間隔的測(cè)量

時(shí)間間隔的測(cè)量與周期的測(cè)量方法完全相同,只不過(guò)x為波形某兩點(diǎn)(根據(jù)被測(cè)量的定義來(lái)確定具體的兩個(gè)點(diǎn))之間的水平距離?；诖朔椒?利用雙蹤示波器可測(cè)出兩輸入信號(hào)間的時(shí)間差。

3)頻率的測(cè)量

用示波器測(cè)量信號(hào)頻率的方法基本上可分為兩大類(lèi)。一種是利用掃描工作方式(即測(cè)周期法);另一種是用示波器的XY工作方式(即李沙育圖形法),下面分別加以介紹。

(1)測(cè)周期法。通過(guò)前述方法測(cè)出周期,計(jì)算其倒數(shù)就得到被測(cè)信號(hào)的頻率。如圖7.28所示,“t/div”旋鈕的擋位值為0.1ms/div,交流電壓的一個(gè)周期在水平方向共有5格,由此可得出,其周期為0.5ms,頻率值為1/0.5ms,即2000Hz。

圖7.29幾種常用的李沙育圖形

4.相位的測(cè)量

同用示波器測(cè)量頻率一樣,用示波器測(cè)同頻率的兩個(gè)信號(hào)之間的相位差也有兩種方法。

1)雙蹤示波器測(cè)時(shí)間間隔法

利用雙蹤示波器按前述的方法測(cè)出兩路信號(hào)的周期T和其時(shí)間間隔Δt,利用下式即可求出其相位差:

在圖7.30中,u1與u2的一個(gè)周期在水平方向上占5格,u1

與u2

之間的相位差為.65格,由此可得,u2超前u1

為1.65/5×2π≈2π/3,即u2超前u1的相位角為120°。

圖7.30u1與u2的相位差測(cè)量

2)李沙育圖形法

測(cè)量原理同李沙育圖形測(cè)頻法。測(cè)量時(shí),u1

接示波器X軸輸入,u2

接Y軸輸