電子測(cè)量與儀器.ppt

1、電子測(cè)量與儀器,福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院精品課程,課程目錄,第1章 電子測(cè)量和儀器的基本知識(shí) 第2章 信號(hào)源 第3章 示波測(cè)量技術(shù) 第4章 電壓測(cè)量 第5章 頻率、時(shí)間和相位的測(cè)量 第6章 頻域測(cè)量技術(shù) 第7章 電子元器件參數(shù)測(cè)量,第1章,電子測(cè)量與儀器基本知識(shí),返回 課程目錄,內(nèi)容提要,本章主要介紹學(xué)習(xí)本課程必備的基本知識(shí)。 本章內(nèi)容主要有： 電子測(cè)量的內(nèi)容、特點(diǎn)和基本方法； 測(cè)量誤差的來源、分類和表示方法； 有效數(shù)字的概念和測(cè)量結(jié)果的處理； 電子測(cè)量?jī)x器有關(guān)知識(shí)。,1.1測(cè)量及其意義,測(cè)量定義：測(cè)量是為了獲取被測(cè)量對(duì)象而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。,測(cè)量結(jié)果=數(shù)值+相應(yīng)的單位 注意：無單位的量值無意義。,

2、測(cè)量意義：測(cè)量是發(fā)現(xiàn)新問題、提出新理論的依據(jù)；科學(xué)的進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展與測(cè)量技術(shù)手段的發(fā)展和進(jìn)步是相互依賴、相互促進(jìn)的。,1.2 電子測(cè)量的意義和特點(diǎn),電子測(cè)量：即以電子技術(shù)為手段的測(cè)量。它是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志。,內(nèi)容： 電能量的測(cè)量：如I、U、P等的測(cè)量； 電路、元器件參數(shù)的測(cè)量：如R、L、C、Q、D等； 電信號(hào)特性的測(cè)量：如f、 T 、波形、時(shí)間等； 電路性能的測(cè)量：如放大倍數(shù)、衰減量、靈敏度等； 特性曲線的測(cè)量：如幅頻特性、相頻特性等。,特點(diǎn)：,1.測(cè)量頻率范圍寬； 2.儀器量程寬； 3.測(cè)量準(zhǔn)確度高； 4.測(cè)量速度快； 5.易于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)； 6.易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化和測(cè)量?jī)x器微機(jī)

3、化。,1.3電子測(cè)量方法的分類,一、按測(cè)量方式分類 1、直接測(cè)量：直接測(cè)量是指用已標(biāo)定的儀器，直接地測(cè)量出某一待測(cè)未知量的量值的方法，例如用電壓表直接測(cè)量電壓。,2、間接測(cè)量：測(cè)量某未知量y，必須先對(duì)與未知待測(cè)量y有確切函數(shù)關(guān)系的其他變量x（或n個(gè)變量）進(jìn)行直接測(cè)量，然后再通過函數(shù)計(jì)算出待測(cè)量y，稱為間接測(cè)量。如：電功率P的測(cè)量 。,3、組合測(cè)量：如有若干個(gè)待求量，把這些待求量用不同方式組合（或改變測(cè)量條件來獲得這種不同的組合）進(jìn)行測(cè)量（直接或間接），并把測(cè)量值與待求量之間的函數(shù)關(guān)系列成方程組 ,只要方程式的數(shù)量大于待求量的個(gè)數(shù),可以求出各待求量的數(shù)值，這種方法叫組合測(cè)量或聯(lián)立測(cè)量。,二、按被

4、測(cè)信號(hào)性質(zhì)分類,1、時(shí)域測(cè)量 ：測(cè)量被測(cè)量對(duì)象在不同時(shí)刻的特性，這時(shí)把被測(cè)量對(duì)象看成時(shí)間的函數(shù)；,2、頻域測(cè)量 ：測(cè)量被測(cè)量對(duì)象在不同頻率時(shí)的特性，這時(shí)把被測(cè)量對(duì)象看成頻率的函數(shù)；,3、數(shù)據(jù)域測(cè)量 ：又稱數(shù)字測(cè)量技術(shù)，是對(duì)數(shù)字系統(tǒng)邏輯特性的測(cè)量。,4、隨機(jī)測(cè)量 ：隨機(jī)測(cè)試技術(shù)是認(rèn)識(shí)含有不確定性的事物的重要手段。最普遍存在、最有用的隨機(jī)信號(hào)是各類噪聲。所以隨機(jī)測(cè)量技術(shù)又稱為噪聲測(cè)試技術(shù)。,1.4 測(cè)量誤差的基本概念,一、 測(cè)量誤差的定義 1、真值（A0）: 在一定的時(shí)間和空間環(huán)境條件下，被測(cè)量本身所具有的真實(shí)數(shù)值。（實(shí)際中不可知） 2、實(shí)際值（A）：根據(jù)測(cè)量誤差的要求，用高一級(jí)或數(shù)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)儀器或

5、計(jì)量器具測(cè)量所得之值。（實(shí)際應(yīng)用中可代替真值） 例：微安電流表相比毫安電流表就是高一級(jí)測(cè)量?jī)x器。 3、示值（X）：被測(cè)量的量值。 讀數(shù)：從儀器刻度盤、顯示器等讀數(shù)裝置上直接讀來的數(shù)字。 例：用一電流表測(cè)量某電流值，量程選擇10mA檔?？潭缺P指示如下圖所示： 其讀數(shù)為：8； 示值為：8mA 4、標(biāo)稱值：被測(cè)量上標(biāo)示的數(shù)值。 例：電阻器的色環(huán)標(biāo)示其阻值；,二、測(cè)量誤差的表示方法,式中的真值A(chǔ)0是一個(gè)理想概念，無法得到，實(shí)際應(yīng)用中通常用實(shí)際值A(chǔ)來代替真值A(chǔ)0。實(shí)際值也稱為約定真值。,1絕對(duì)誤差 1）定義： 由測(cè)量所得到的被測(cè)量值x與其真值A(chǔ)0之差，稱為絕對(duì)誤差，即,測(cè)量誤差有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種表

6、示方法。,特點(diǎn)：絕對(duì)誤差既有大小，又有符號(hào)和量綱。,2）修正值,與絕對(duì)誤差的絕對(duì)值大小相等，但符號(hào)相反的量值，稱為修正值，用C表示為 C = Ax= x,測(cè)量?jī)x器的修正值可以通過上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的檢定給出，修正值可以是數(shù)值表格、曲線或函數(shù)表達(dá)式等形式。在日常測(cè)量中，利用其儀器的修正值C和該已檢儀器的示值，可求得被測(cè)量的實(shí)際值 A= xC 。 例：某臺(tái)電流表的修正值由以下表格給出，求示值分別為0.4mA和0.8mA時(shí)的實(shí)際值各為多少？,X/mA,解：A1=X1+C1=0.4+0.02=0.42mA; A2=X2+C2=0.8-0.04=0.76mA,2、相對(duì)誤差 意義：相對(duì)誤差可以更準(zhǔn)確地說明測(cè)量的準(zhǔn)

7、確度。 例：測(cè)量?jī)蓚€(gè)頻率值：f 1=1000Hz，f 2=100000Hz,得絕對(duì)誤差分別為 f 1 =1Hz， f 2=10Hz，問那次測(cè)量的準(zhǔn)確度更高？ 解：比較絕對(duì)誤差可得： f 1 f 2，第一次測(cè)量誤差較?。?但：,可見：第二次的誤差與實(shí)際值相比所占比例比第一次的小，第二次的測(cè)量準(zhǔn)確度高些。,絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值之比，稱為相對(duì)誤差，用表示 。,分類： 1)相對(duì)真誤差:,特點(diǎn)：只有大小和符號(hào)，沒有單位。,真值是不能確切得到的，通常用實(shí)際值A(chǔ)代替真值來表示相對(duì)誤差,2)實(shí)際相對(duì)誤差,誤差較小、要求不太嚴(yán)格的場(chǎng)合，也可以用測(cè)量值X代替實(shí)際值A(chǔ),3)示值相對(duì)誤差,實(shí)際中，也常用測(cè)量?jī)x器在一

8、個(gè)量程范圍內(nèi)出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差xm與該量程的滿刻度值（該量程的上限值與下限值之差）Xm之比來表示的相對(duì)誤差 。,4）滿度相對(duì)誤差（引用相對(duì)誤差）,由上式可知，通過滿度誤差實(shí)際上給出了儀表各量程內(nèi)絕對(duì)誤差的最大值。,電工儀表就是按引用誤差mm之值進(jìn)行分級(jí)的。我國(guó)電工儀表共分七級(jí)：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5及5.0。如果儀表為S級(jí)，則說明該儀表的最大引用誤差不超過S%。 因此，在使用這類儀表測(cè)量時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牧砍?，使示值盡可能接近于滿度值，指針最好能偏轉(zhuǎn)在不小于滿度值2/3以上的區(qū)域。,5）相對(duì)誤差的對(duì)數(shù)表達(dá)形式,例1： 鑒定一個(gè)1.5及100mA的電流表，發(fā)現(xiàn)在50mA處的

9、誤差最大，為1.4mA,其它刻度處的誤差均小于1.4mA,問這塊電流表是否合格？ 解：,所以：該電流表合格。,例2：,某待測(cè)電流約為100mA，現(xiàn)有0.5級(jí)量程為400mA和1.5級(jí)量程為100mA的兩個(gè)電流表，問用哪一個(gè)電流表測(cè)量較好？,解：用400mA、 0.5級(jí)電流表，可求得測(cè)量的最大誤差和相對(duì)誤差為:,用100mA、1.5級(jí)電流表，可求得測(cè)量的最大誤差和相對(duì)誤差為:,可見.應(yīng)選1.5級(jí)100 mA電流表。,1.4.2 測(cè)量誤差的來源,1、儀器誤差：由于測(cè)量?jī)x器及其附件的設(shè)計(jì)、制造、檢定等不完善，以及儀器使用過程中老化、磨損、疲勞等因素而使儀器帶有的誤差。 2、影響誤差：由于各種環(huán)境因素

10、（溫度、濕度、振動(dòng)、電源電壓、電磁場(chǎng)等）與測(cè)量要求的條件不一致而引起的誤差。 3、理論誤差和方法誤差：由于測(cè)量原理、近似公式、測(cè)量方法不合理而造成的誤差。 4、人身誤差：由于測(cè)量人員感官的分辨能力、反應(yīng)速度、視覺疲勞、固有習(xí)慣、缺乏責(zé)任心等原因，而在測(cè)量中使用操作不當(dāng)、現(xiàn)象判斷出錯(cuò)或數(shù)據(jù)讀取疏失等而引起的誤差。,1.4.4測(cè)量誤差的分類,1、系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差的定義：在同一測(cè)量條件下，多次測(cè)量重復(fù)同一量時(shí)，測(cè)量誤差的絕對(duì)值和符號(hào)都保持不變，或在測(cè)量條件改變時(shí)按一定規(guī)律變化的誤差，稱為系統(tǒng)誤差。,2、隨機(jī)誤差：隨機(jī)誤差的定義：在同一測(cè)量條件下（指在測(cè)量環(huán)境、測(cè)量人員、測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x器都相同的條

11、件下），多次重復(fù)測(cè)量同一量值時(shí)（等精度測(cè)量），每次測(cè)量誤差的絕對(duì)值和符號(hào)都以不可預(yù)知的方式變化的誤差，稱為隨機(jī)誤差。,3、粗大誤差：粗大誤差是一種顯然與實(shí)際值不符的誤差，又稱疏失誤差。含有粗差的測(cè)量值稱為壞值或異常值，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，應(yīng)剔除掉。,15 測(cè)量結(jié)果的表示及有效數(shù)字,一、 測(cè)量結(jié)果的表示 測(cè)量結(jié)果表示為：一定的數(shù)值和相應(yīng)的計(jì)量單位。 例：40KV、465KHz等。,二、 有效數(shù)字和有效數(shù)字位 1、定義：對(duì)于包含的誤差不大于末位單位數(shù)字的一半的數(shù)，從它最左端一位非零數(shù)字起，到最末一位所有數(shù)字都稱為有效數(shù)字。 2、知識(shí)點(diǎn)： 1）可以從有效數(shù)字的位數(shù)估計(jì)出測(cè)量誤差，一般規(guī)定誤差不超過有效數(shù)字

12、末位單位的一半。 2） “0”在最左面為非有效數(shù)字： 3）有效數(shù)字不能因選用單位的變化而變化。 例：0.1030A 表示含有誤差：0.0001/2=0.00005A； 有效數(shù)字位：1、0、3、0(最左端的0非有效數(shù)字)； 用mA單位表示：103.0 mA;而不是103 mA,末位的0不能去掉。,若保留N位有效數(shù)字，N位以后的數(shù)字，若大于保留數(shù)字末位單位的一半，則舍去的同時(shí)第N位加1；若小于保留數(shù)字末位單位的一半，則舍去的同時(shí)第N位不變；若等于保留數(shù)字末位單位的一半，如第N位原為奇數(shù)則加1變?yōu)榕紨?shù)，原為偶數(shù)不變。即： 1）小于5舍去，末位不變； 2）大于5進(jìn)1，在末位增1； 3）等于5時(shí)，取偶數(shù)

13、，則當(dāng)末位是偶數(shù)，末位不變；末位是奇數(shù)，在末位增1。 例1：將下列數(shù)據(jù)舍入保留三位有效數(shù)字： 16.43 16.4 (0.030.1/2=0.05,舍去且往前位增1) 16.35 16.4 (0.05=0.1/2,3為奇數(shù)，舍去且往前位增1) 16.45 16.4 (0.05=0.1/2,4為偶數(shù)，舍去) 16.4501 16.5(0.05010.1/2=0.05,舍去且往前位增1) 38050 (50=100/2,0為偶數(shù)，舍去),三、數(shù)字的舍入規(guī)則,四、數(shù)字近似運(yùn)算規(guī)則,保留的位數(shù)原則上取決于各數(shù)中準(zhǔn)確度最差的那一項(xiàng)。,1、加減規(guī)則：以小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少的為準(zhǔn)（各項(xiàng)無小數(shù)點(diǎn)則 以有效位數(shù)最少

14、者為準(zhǔn)），其余各數(shù)可多取一位。,2、乘除規(guī)則：以有效數(shù)字位數(shù)最少的數(shù)為準(zhǔn)，其余參與運(yùn)算的數(shù)字及結(jié)果中的有效數(shù)字位數(shù)與之相等或多保留一位有效數(shù)字。 例2：進(jìn)行下列運(yùn)算： 1） 2）,第2章,信號(hào)源,返回 課程目錄,內(nèi)容提要,本章主要介紹了信號(hào)源在電子測(cè)量中的作用、組成原理和種類 。 本章內(nèi)容主要有：正弦信號(hào)源的性能指標(biāo)及基本原理； 合成信號(hào)源的性能指標(biāo)及基本原理； 函數(shù)發(fā)生器的組成方案及基本原理； 脈沖發(fā)生器的原理與組成結(jié)構(gòu) ； 任意波形發(fā)生器簡(jiǎn)單介紹 。,21概述,1作用 信號(hào)源的用途主要有以下三方面： （1）激勵(lì)源；（2）信號(hào)仿真；（3）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。,2、分類（按照輸出信號(hào)的頻率分 ） 超低

15、頻信號(hào)發(fā)生器，頻率范圍為0.0001Hz1000Hz； 低頻信號(hào)發(fā)生器，頻率范圍為1Hz1MHz； 視頻信號(hào)發(fā)生器，頻率范圍為20Hz10MHz； 高頻信號(hào)發(fā)生器，頻率范圍為100KHz30MHz； 甚高頻信號(hào)發(fā)生器，頻率在30MHz300MHz； 超高頻信號(hào)發(fā)生器，頻率在300MHz以上。,22 正弦信號(hào)源,一、 正弦信號(hào)源的性能指標(biāo),1頻率特性（用以下幾項(xiàng)指標(biāo)來表征） （1）頻率范圍；（2）頻率準(zhǔn)確度；（3）頻率穩(wěn)定度,2輸出特性 （1）輸出電平范圍；（3）輸出電平準(zhǔn)確度； （3） 輸出阻抗。,3調(diào)制特性 主要包括調(diào)制頻率，調(diào)幅系數(shù)等。,222 正弦信號(hào)源,一、低頻信號(hào)發(fā)生器 低頻信號(hào)發(fā)生

16、器頻率范圍一般為20Hz20KHz，故又稱音頻信號(hào)發(fā)生器。,主振級(jí) 作用是產(chǎn)生低頻的正弦波信號(hào)，一般采用RC振蕩 器。是低頻信號(hào)發(fā)生器的主要部件。,電壓放大級(jí)和功率放大級(jí)作用：放大隔離。,衰減器和匹配器： 衰減器：其作用是調(diào)節(jié)輸出電壓使之達(dá)到所需的值。 匹配器：實(shí)際為變壓器，其作用是使輸出端連接不同負(fù)載時(shí)都能得到最大的輸出功率。,監(jiān)測(cè)電壓表 用于監(jiān)測(cè)信號(hào)源輸出電壓或輸出功率的大小。,二、高頻信號(hào)發(fā)生器,高頻信號(hào)發(fā)生器輸出頻率范圍一般在300KHz1GHz，輸出電壓在0.1V1V左右，輸出阻抗為標(biāo)準(zhǔn)的50（或75）。信號(hào)調(diào)制方式為：30MHz以下采用調(diào)幅方式，30MHz以上采用調(diào)頻方式。,（1）

17、主振級(jí)：產(chǎn)生頻率可調(diào)的高頻正弦信號(hào)，一般采用LC振蕩電路，信號(hào)發(fā)生器的頻率特性主要有主振級(jí)決定。,（2）緩沖級(jí)：放大主振級(jí)輸出的高頻信號(hào)；隔離主振級(jí)與后續(xù)電路，提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。,（3）調(diào)制級(jí)：對(duì)主振信號(hào)調(diào)幅，輸出調(diào)幅信號(hào)，滿足某些測(cè)量需要。,（4）內(nèi)調(diào)制信號(hào)發(fā)生器；輸出內(nèi)調(diào)制信號(hào)，頻率為400HZ或1000HZ。,（5）輸出級(jí)：放大、衰減調(diào)制級(jí)的輸出信號(hào)，使信號(hào)發(fā)生器有足夠的電平調(diào)節(jié)范圍；濾除不需要的頻率分量；保證輸出端有固定的輸出阻抗。,（6）可變電抗器：可變電抗器與主振級(jí)的諧振電路耦合，使主振級(jí)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)，多采用二極管調(diào)頻電路。,24 函數(shù)發(fā)生器,函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的三種組成方案： 第

18、一種是施密特電路產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變換得到三角波和正弦波； 第二種是先產(chǎn)生正弦波再得到方波和三角波； 第三種是先產(chǎn)生三角波再轉(zhuǎn)換為方波和正弦波。,函數(shù)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等多種波形的信號(hào)發(fā)生器。,一、由方波產(chǎn)生三角波、正弦波的方案,如圖所示：,1、方波三角波的變換原理 變換電路如圖所示：,可見電路主要有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、密勒積分器和兩個(gè)電壓比較器組成。,工作原理如下： 若雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端的電壓u1為正，則積分器的輸出電壓u2將線性下降，當(dāng)u2下降到等于參考電動(dòng)勢(shì)Er2時(shí)，電壓比較器2使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出電壓u1由正變負(fù)，積分器的輸出電壓u2將線性上升。當(dāng)上升到等于參考電動(dòng)勢(shì)

19、Er1時(shí)，電壓比較 器1使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又翻回到原來狀態(tài)，完成一個(gè)循環(huán)周期。從雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端可得到方波信號(hào)；從積分器的輸出端可得到三角波信號(hào)，,2、三角波正弦波變換原理,上圖為實(shí)際的正弦波形成網(wǎng)絡(luò)。電路中使用了6對(duì)二極管。正、負(fù)直流電源和電阻為二用管提供適當(dāng)?shù)钠珘海钥刂迫遣ū平也〞r(shí)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置。,第3章,示波測(cè)量技術(shù),返回 課程目錄,內(nèi)容提要,本章內(nèi)容主要有： CRT顯示原理 通用示波器 取樣示波器 波形存儲(chǔ)及顯示技術(shù) 示波器的基本測(cè)試技術(shù),3.1概述,一、 示波器的分類 從示波器對(duì)信號(hào)的處理方式出發(fā)分為： 模擬示波器 數(shù)字示波器 進(jìn)一步可分為： 通用示波器 取樣示波器 存儲(chǔ)示波器

20、專用示波器,二、 主要技術(shù)指標(biāo) 1頻帶寬度BW和上升時(shí)間tr BW=fH-fL 2掃描速度 指熒光屏上單位時(shí)間內(nèi)光點(diǎn)水平移動(dòng)的距離，單位為“cm/s”。 3偏轉(zhuǎn)因數(shù) 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（即1格）所需的電壓值，單位為“V/cm”、“mV/cm” 。 4輸入阻抗 當(dāng)輸入直流信號(hào)時(shí)，輸入阻抗用輸入電阻Ri表示；當(dāng)輸入交流信號(hào)時(shí)，輸入阻抗用輸入電阻Ri和輸入電容Ci的并聯(lián)表示。,上升時(shí)間tr與BW有關(guān)，它表示由于示波器Y通道的頻帶寬度的限制，當(dāng)輸入一個(gè)理想階躍信號(hào)（上升時(shí)間為零）時(shí)，顯示波形的上升沿的幅度從10%上升到90%所需的時(shí)間。它反映了示波器Y通道跟

21、隨輸入信號(hào)快速變化的能力。 頻帶寬度BW與上升時(shí)間tr的關(guān)系可近似表示為,3.2 CRT顯示原理,一、 陰極射線示波管（CRT） CRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成。 其工作原理是： 由電子槍產(chǎn)生的高速電子束轟擊熒光屏的相應(yīng)部位產(chǎn)生熒光，而偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)則能使電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而改變熒光屏上光點(diǎn)的位置。 CRT內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：,1電子槍 （1）作用：發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。 （2）工作原理：電子聚焦原理,G1、G2、A1、A2的電位關(guān)系為：VG1VG1、VA1VA1，因此，電子從G1至G2、A1至A2將得到匯聚并加速，而從G2至A1將發(fā)散。,(a)電子穿越電場(chǎng)時(shí)的加速與減速

22、(b)電子在電子槍中的運(yùn)動(dòng)軌跡,（3）組成：燈絲F、陰極K、柵極G和陽極A1、A2。 1）燈絲F、陰極K 當(dāng)電流流過燈絲后對(duì)陰極加熱，陰極產(chǎn)生大量電子，并在后續(xù)電場(chǎng)作用下轟擊熒光屏發(fā)光。 2）控制柵極G 呈圓筒狀，包圍著陰極，只在面向熒光屏的方向開一個(gè)小孔，使電子束從小孔中穿過。通過調(diào)節(jié)G對(duì)K的負(fù)電位可調(diào)節(jié)光點(diǎn)的亮度，即進(jìn)行“輝度”控制。 3）第一陽極A1、第二陽極A2 A1和A2對(duì)電子束進(jìn)行聚焦并加速，使到達(dá)熒光屏的電子形成很細(xì)的一束并具有很高速度。調(diào)節(jié)A1的電位，即可調(diào)節(jié)G與A1和A1與A2之間的電位，調(diào)節(jié)A1的電位器稱為“聚焦”旋鈕；調(diào)節(jié)A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦”。,2偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) （1

23、）結(jié)構(gòu)： 示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對(duì)相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為垂直（Y）偏轉(zhuǎn)板和水平（X）偏轉(zhuǎn)板，偏轉(zhuǎn)板在外加電壓信號(hào)的作用下使電子槍發(fā)出的電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。 當(dāng)偏轉(zhuǎn)板上沒有外加電壓時(shí)，電子束打向熒光屏的中心點(diǎn)；如果有外加電壓，則在偏轉(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。 （2）工作原理：線性偏轉(zhuǎn)理論 電子的位移與所加電壓的大小成正比。,電子將以vo為初速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)板，電子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)板后偏轉(zhuǎn)距離y如下式,式中，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為陽極A2上的電壓。,對(duì)于設(shè)計(jì)定型后的示波器偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，l、S、b、Va可視為常數(shù)，

24、設(shè)比例系數(shù),為示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度（單位為cm/V），,為示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)（單位為V/cm）。,則式子可寫為,上式表示，垂直偏轉(zhuǎn)距離與外加垂直偏轉(zhuǎn)電壓成正比。同樣的，對(duì)水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，亦有,為提高Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度，可適當(dāng)降低第二陽極電壓，而在偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個(gè)后加速陽極A3，使穿過偏轉(zhuǎn)板的電子束在軸向（Z方向）得到較大的速度。這種系統(tǒng)稱為先偏轉(zhuǎn)后加速（PDA，Post Deflection Acceleration）系統(tǒng)，可大大改善了偏轉(zhuǎn)靈敏度。,3熒光屏 熒光屏將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，它是示波管的波形顯示部分，通常制作成矩形平面。其內(nèi)壁有一層熒光物質(zhì)，面向電子槍的一側(cè)還常覆蓋一層極薄的透

25、明鋁膜，高速電子可以穿透這層鋁膜轟擊屏上的熒光物質(zhì)而發(fā)光，透明鋁膜可保護(hù)熒光屏，且消除反光使顯示圖形更清晰。 當(dāng)電子束停止轟擊熒光屏?xí)r，光點(diǎn)仍能保持一定的時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為“余 輝效應(yīng)”。從電子束移去到光點(diǎn)亮度下降為原始值的10所持續(xù)的時(shí)間稱為余輝時(shí)間。 余輝時(shí)間與熒光材料有關(guān)，一般將小于10s的為極短余輝；10slms為短余輝；1ms0.ls為中余輝；0.1ls為長(zhǎng)余輝；大于ls為極長(zhǎng)余輝。,1、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X、Y兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板間電場(chǎng)的控制，它們對(duì)X、Y的控制作用有如下幾種情況。 （1）Ux、Uy為固定電壓的情況 a）設(shè)Ux=Uy=0，則光點(diǎn)在垂直和水平方向

26、都不偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)在熒光屏的中心位置，如圖a。 b）設(shè)Ux=0、Ux=常量，光點(diǎn)在垂直方向偏移。設(shè)Uy為正電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向上移，若Uy為負(fù)電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向下移。 c）設(shè)Ux=常量、Uy=0，則光點(diǎn)在水平方向偏移。若Ux為正電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向右移，若Ux為負(fù)電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向左移。 d）設(shè)Ux=常量、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)為兩電壓的矢量合成。,二、 波形顯示的基本原理 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)板上的電壓信號(hào)的波形。,(2）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓a)設(shè)ux=0，

27、uy=Umsint。由于X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回移動(dòng)，出現(xiàn)一條垂直線段，如圖a。b）設(shè)ux=kt，uy=0，由于Y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回移動(dòng)，出現(xiàn)的也是一條水平線段，如圖b。,(a) (b) 水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓,（3）Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓ux=kt 1）當(dāng)時(shí)間t=t0時(shí)，ux=-Uxm，uy=0（鋸齒波電壓的最大負(fù)值），光點(diǎn)為點(diǎn)“0”。 2）當(dāng)時(shí)間t=t1時(shí)，Uy=Uy1、Ux=-Ux1，光點(diǎn)為點(diǎn)“1”。 3）當(dāng)時(shí)間t=t2時(shí)，Uy=Uy

28、2、Ux=-Ux2，光點(diǎn)為點(diǎn)“2” 。 4）當(dāng)時(shí)間t=t3時(shí)，Uy=Uy3、Ux=Ux3 ，光點(diǎn)為點(diǎn)“3” 。 5）當(dāng)時(shí)間t=t4時(shí)，Uy=Uy4、Ux=Ux4 ，光點(diǎn)為點(diǎn)“4” 。,2、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（Lissajous）圖形，這種圖形在相位和頻率測(cè)量中常會(huì)用到。 (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X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，這條直線與水平軸呈45角; (b)如果這兩個(gè)信號(hào)初相位相差90，則在熒光屏上畫出一個(gè)正橢圓；若X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則熒光屏上畫出的圖形為圓。,(a) ux、uy同頻同相

29、 (b) ux、uy同頻但相差90,如果在X偏轉(zhuǎn)板上加上一個(gè)鋸齒波電壓ux=kt（k為常數(shù)），垂直偏轉(zhuǎn)板不加電壓，那么光點(diǎn)在X方向做勻速運(yùn)動(dòng)，光點(diǎn)在水平方向的偏移距離為 式中，x為X方向的偏轉(zhuǎn)距離；Sx為比例系數(shù)，稱為示波管的X軸偏轉(zhuǎn)靈敏度（單位為cm/s）； hx為比例系數(shù)，即光點(diǎn)移動(dòng)的速度。這樣，X方向偏轉(zhuǎn)距離的變化就反映了時(shí)間的變化。此時(shí)光點(diǎn)水平移動(dòng)形成的水平亮線稱為“時(shí)間基線”。,3、掃描,（1）定義：光點(diǎn)在掃描電壓作用下掃動(dòng)的過程。 （2）掃描電壓實(shí)際波形：鋸齒波。,Ts: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)； Tw:掃描休止時(shí)間。

30、 掃描電壓周期Tx=Ts+Tb+Tw。 理想狀態(tài)下：Tb=Tw=0，Tx=Ts。,Y偏轉(zhuǎn)板：加被測(cè)信號(hào)； X偏轉(zhuǎn)板：加掃描電壓信號(hào)（設(shè)為理想狀態(tài)）。,4、同步 當(dāng)掃描電壓的周期是被觀測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍時(shí)，即Tx=nTy(n為正整數(shù))，稱掃描電壓與被測(cè)電壓“同步”。 則每次掃描的起點(diǎn)都對(duì)應(yīng)在被測(cè)信號(hào)的同一相位點(diǎn)上，這就使得掃描的后一個(gè)周期描繪的波形與前一周期完全一樣，每次掃描顯示的波形重疊在一起，在熒光屏上可得到清晰而穩(wěn)定的波形。,“同步”原理即： （1）當(dāng)理想掃描電壓的周期Tx=n Ty(n為正整數(shù))時(shí)，波形穩(wěn)定，且顯示n個(gè)被測(cè)信號(hào)波形； （2）當(dāng)此關(guān)系不成立時(shí),波形顯示不穩(wěn)定。,1-1)設(shè)Y

31、偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓Uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux=kt，且有Tx=Ty熒光屏顯示的是被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定波形。,1-2)設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓Uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux=kt，且有Tx=2Ty熒光屏顯示的是被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定波形。,2)設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓Uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux=kt，且有Tx=3/2 Ty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。,5、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)生的波形不在

32、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，即給示波器增輝，這樣觀測(cè)者看的就只有掃描正程顯示的波形?；蛘呤静ㄆ髦幸獙⒒爻誊壽E消隱，即使得正程軌跡亮度增加，回程軌跡黯淡，凸顯正程。 例： 設(shè)Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓Uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓Ux， Tx= Ts+ Tb+Tw,且有Ts=2Ty, Tb=Ty,Tw=0,熒光屏顯示如下波形。,掃描正程軌跡,3.3 通用示波器,一、 通用示波器的組成 通用示波器主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分組成。此外，還包括電源電路及校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。,下圖為示波器簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖：,二、 通用示波器的垂直通道,（一）作

33、用： 將輸入的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行衰減或線性放大后，輸出符合示波器偏轉(zhuǎn)要求的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)，使被測(cè)信號(hào)在屏幕上顯示出來。,（二）構(gòu)成： 輸入電路、Y前置放大器、延遲線和Y后置放大器等。 基本組成框圖如下：,1、輸入電路 （1）作用：引入被測(cè)信號(hào)，并為前置放大器提供良好的工作條件。 （2）輸入電路方框圖如下：,1）探頭 a 、結(jié)構(gòu)及工作原理：如下圖所示。,Ui與Ui的關(guān)系分析如下：,b 、作用： a) 將原輸入信號(hào)進(jìn)行幅度衰減，擴(kuò)展其量程； b) 提供示波器的高輸入阻抗; c) 降低示波器的輸入容抗，提高示波器的抗干擾能力。 c 、使用注意事項(xiàng)： a) 探頭要定期校正，調(diào)節(jié)可調(diào)電容。 采用示波器內(nèi)部

34、的方波信號(hào)進(jìn)行探頭校正，可能有以下三種情況。,a) 正常補(bǔ)償 b）欠補(bǔ)償 c）過補(bǔ)償,RiCi=RC,RiCiRC,RiCiRC,b) 探頭與示波器要配套使用。,2）耦合方式選擇開關(guān) AC：交流耦合,適于觀察交流信號(hào)； DC：直流耦合,用于觀測(cè)頻率很低的信號(hào)或帶有直流分量的交流 信號(hào)。 GND：接地,用于確定零電壓.,3）衰減器 衰減器作用衰減輸入信號(hào)，進(jìn)行頻率補(bǔ)償。面板上用“V/cm”標(biāo)記的開關(guān)改變分壓比從而改變示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度。,步進(jìn)調(diào)節(jié)設(shè)置示例： 電阻衰減直流分量；電容器衰減交流分量。,此時(shí)： 被測(cè)信號(hào)衰減了若干倍，且該衰減器的作用與信號(hào)的頻率無關(guān)。,4)阻抗變換倒相器 作用： a 、

35、采用射極跟隨器作阻抗變換器，提高輸入電路的輸入阻抗； b、將來自衰減器的單端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙端輸出的對(duì)稱信號(hào)送給Y前置放大器，以便將被測(cè)信號(hào)對(duì)稱地加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板。,2前置放大器 作用： （1）將信號(hào)適當(dāng)放大，補(bǔ)償延遲線的損耗； （2）為X通道提供內(nèi)觸發(fā)信號(hào)，并具有靈敏度微調(diào)、校正、Y軸移位、極性反轉(zhuǎn)等作用。,3延遲線 作用：把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的信號(hào)延遲一段時(shí)間，使信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間滯后于掃描開始時(shí)間，保證在屏幕上掃描出信號(hào)全過程。,4Y輸出放大器 Y輸出放大器功能是將延遲線傳來的被測(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)。,三、通用示波器的水平通道,（一）作用

36、：產(chǎn)生隨時(shí)間線形變化的掃描電壓，再放大到足夠的幅度，然后輸出到水平偏轉(zhuǎn)板，使光點(diǎn)在熒光屏的水平方向達(dá)到滿偏轉(zhuǎn)。,（二）構(gòu)成：觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等。,1觸發(fā)電路 （1）作用：為掃描信號(hào)發(fā)生器提供符合要求的觸發(fā)脈沖。,（2）結(jié)構(gòu)： 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 一般有內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)和電源觸發(fā)三種類型。 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)。 外觸發(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，或者，當(dāng)被測(cè)

37、信號(hào)不適于作觸發(fā)信號(hào)時(shí)使用。 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)。,2）觸發(fā)耦合方式 一般設(shè)有四種觸發(fā)耦合方式： “DC”直流耦合：用于接入直流或緩慢變化的觸發(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)。用 “內(nèi)”、“外”觸發(fā)均可。 “AC低頻抑制”（“LF REJ ”）耦合：用于觀察含有低頻干擾的信號(hào)。 “AC高頻抑制耦合”（“HF REJ ”）：用于抑制高頻成分的耦合。,3）觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調(diào)節(jié) a 、作用： 觸發(fā)極性和觸發(fā)電平?jīng)Q定觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻，并決定掃描的起點(diǎn)，調(diào)節(jié)它們可便于對(duì)波形的觀測(cè)和比較。 b

38、 、定義： 觸發(fā)極性：指觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)源信號(hào)的上升沿還是下降沿。觸發(fā) 點(diǎn)處于觸發(fā)源信號(hào)的上升沿為“+”極性；觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)源信號(hào)的下降沿為“”極性。 觸發(fā)電平：指觸發(fā)脈沖到來時(shí)所對(duì)應(yīng)的觸發(fā)放大器輸出電壓的瞬時(shí)值。,正電平 正極性,正電平 負(fù)極性,負(fù)電平 負(fù)極性,負(fù)電平 正極性,4）放大整形電路 掃描信號(hào)發(fā)生器要穩(wěn)定工作，對(duì)觸發(fā)信號(hào)有一定的要求，因此，需對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行放大、整形。 整形電路的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“觸發(fā)極性”和“觸發(fā)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)過微分整形，變成觸發(fā)脈沖。,2掃描發(fā)生器環(huán)（時(shí)基電路） （1）作用：掃描

39、發(fā)生器用來產(chǎn)生線性良好的鋸齒波，通常用掃描發(fā)生器環(huán)來產(chǎn)生掃描信號(hào)。 （2）結(jié)構(gòu)：積分器、掃描閘門及比較釋抑電路組成。,（3）掃描發(fā)生器環(huán)的基本工作過程： 觸發(fā)脈沖到來后，打開時(shí)基閘門，掃描電壓產(chǎn)生電路開始產(chǎn)生線性變化的鋸齒波電壓，此電壓送至X特大器，控制電子束自左向右掃描，同時(shí)也送往比較器； 當(dāng)鋸齒波電壓達(dá)到預(yù)定的幅度后，電壓比較器輸出經(jīng)釋抑電路產(chǎn)生停止信號(hào)，關(guān)閉時(shí)基閘門，使掃描電壓產(chǎn)生電路進(jìn)入回程期； 在回程期，釋抑電路起“抑止”作用，防止后續(xù)觸發(fā)脈沖去開啟時(shí)基閘門，直到閘門輸入端及掃描電路完全恢復(fù)到初始狀態(tài)才釋放閘門。 掃描正程：從時(shí)基閘門打開到閘門關(guān)閉的一段時(shí)期。 釋抑期：從掃描正程開始

40、到閘門“釋放”時(shí)為止的一段時(shí)間為釋抑 期，比逆程期長(zhǎng)。 一次掃描至少包括掃描正程和釋抑期，釋抑期內(nèi)既完成掃描回程，又保證電路恢復(fù)到初始狀態(tài)，等待下一個(gè)觸發(fā)脈沖觸發(fā)。,3水平放大器 （1）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。X放大器的輸入端有“內(nèi)”、“外”信號(hào)的選擇。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)。 （2）掃描速度： 改變X放大器的增益可以使光跡在水平方向得到擴(kuò)展，或?qū)呙杷俣冗M(jìn)行微調(diào)，以校準(zhǔn)。改變X放大器有關(guān)的直流電位可以使光跡產(chǎn)生水平位移。,4、掃描方式 （1）連續(xù)掃描： 掃描電壓是連續(xù)的，即掃

41、描正程緊跟著逆程，逆程結(jié)束又開始新的正程，掃描是不間斷的。 （2）觸發(fā)掃描： 由被測(cè)信號(hào)激發(fā)掃描發(fā)生器的間斷的工作方式，適用于測(cè)量脈沖信號(hào)。 （3）自動(dòng)掃描： 無觸發(fā)信號(hào)時(shí)，連續(xù)掃描；有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，觸發(fā)形成掃描。 （4）單次掃描： 只在第一個(gè)觸發(fā)脈沖到來時(shí)啟動(dòng)掃描一次，主要用于觀測(cè)非周期信號(hào)。,連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描的比較：,示波器中觸發(fā)方式的設(shè)置： （1）“常態(tài)（NORM）方式”： 相當(dāng)于觸發(fā)掃描。有信號(hào)輸入時(shí)屏幕顯示被測(cè)信號(hào)波形；無信號(hào)時(shí)屏幕無顯示。 （2）“自動(dòng)（AUTO）方式”： 有信號(hào)時(shí)相當(dāng)于觸發(fā)掃描，屏幕顯示被測(cè)信號(hào)波形；無信號(hào)時(shí)相當(dāng)于連續(xù)掃描，屏幕顯示水平掃描線。 需與觸發(fā)電平配合使

42、用使波形穩(wěn)定顯示。 （3）“峰值自動(dòng)（P-P AUTO）”： 同“自動(dòng)方式”，只是不需調(diào)節(jié)觸發(fā)電平葉可使波形穩(wěn)定。,四、 通用示波器的其他電路,1高、低壓電源 低壓電源為電路提供所需的直流電壓。 高壓電源電路多用于示波器的高、中壓供電。 2Z軸的增輝與消隱 作用：是將閘門信號(hào)放大，加到示波管上，使顯示的波形正程加亮。 3校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器 作用：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，以便隨時(shí)校準(zhǔn)示波器的垂直靈敏度和掃描時(shí)間因數(shù)。,3.3.5 示波器的多波形顯示,一、多線示波 多線示波是利用多槍電子管來實(shí)現(xiàn)的。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

43、度。但其制造工藝要求高，成本也高，所以應(yīng)用不是十分普遍。,二、多蹤示波 1、工作原理： 多蹤示波是在單線示波的基礎(chǔ)上增加了電子開關(guān)而形成的。電子開關(guān)按分時(shí)復(fù)用的原理，分別把多個(gè)垂直通道的信號(hào)輪流接到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，最終實(shí)現(xiàn)多個(gè)波形的同時(shí)顯示。 2、雙蹤示波器的Y通道工作原理如圖所示。,雙蹤示波器的Y通道中設(shè)置了兩套相同的輸入和前置放大器，兩個(gè)通道的信號(hào)都經(jīng)過電子開關(guān)控制的門電路，只要電子開關(guān)的切換頻率滿足人眼的滯留要求，就能同時(shí)觀察到兩個(gè)被測(cè)波形而無閃爍感。根據(jù)電子開關(guān)工作方式的不同，雙蹤示波器有5種顯示方式。,（1）“Y1”通道（CH1）：接入Y1通道，單蹤顯示Y1的波形。,（2）“Y2”通道（

44、CH2）：接入Y2通道，單蹤顯示Y2的波形。,（3）疊加方式（CH1CH2）： 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，實(shí)現(xiàn)兩信號(hào)的“和”或“差”的功能。 當(dāng)“CH2反相”按鈕彈起時(shí)，實(shí)現(xiàn)CH1+CH2; 當(dāng)“CH2反相”按鈕按下時(shí)，實(shí)現(xiàn)CH1CH2。,（4）交替方式（ALT）： 第一次掃描時(shí)接通Y1通道，第二次掃描時(shí)接通Y2通道，交替地顯示Y1、Y2通道輸入的信號(hào)，如圖所示。 該方式適合于觀察高頻信號(hào)。若用于觀測(cè)頻率較低信號(hào)則出現(xiàn)波形“閃爍”。,“交替”方式觸發(fā)源的選擇: 若示波器處于交替觸發(fā)狀態(tài)，即顯示Y1信號(hào)時(shí)，用Y1信號(hào)觸發(fā)，顯示Y2信號(hào)時(shí)，

45、用Y2信號(hào)觸發(fā)，則原來有相位的兩個(gè)信號(hào)會(huì)顯示為相位相同的信號(hào)。如下所示：,a）被測(cè)信號(hào),b）交替觸發(fā)顯示的波形,此時(shí)應(yīng)該使用相位超前的信號(hào)作固定的內(nèi)觸發(fā)源或者改用“斷續(xù)”顯示方式，波形如下：,c)固定信號(hào)y1觸發(fā)顯示的波形,（5）斷續(xù)方式（CHOP）： 斷續(xù)方式是在一個(gè)掃描周期內(nèi)，高速地輪流接通兩個(gè)輸入信號(hào)，被測(cè)波形由許多線段時(shí)續(xù)地顯示出來，如圖所示。 該方式適用于被測(cè)信號(hào)頻率較低的情況。若用于觀測(cè)頻率較高信號(hào)則會(huì)出現(xiàn)波形“斷續(xù)”。,三、雙時(shí)基掃描顯示 雙時(shí)基示波器有兩個(gè)獨(dú)立的觸發(fā)和掃描電路，其掃描速度可以相差很多倍。這種示波器特別適用于在觀察一個(gè)脈沖序列的同時(shí)，仔細(xì)觀察其中一個(gè)或部分脈沖的細(xì)

46、節(jié)。,圖 雙掃描示波器的組成,如圖，輸入信號(hào)為由4個(gè)脈沖組成的脈沖串，現(xiàn)欲通過雙掃描示波器在同一屏幕上仔細(xì)觀測(cè)其中的第三個(gè)脈沖。這時(shí)可用A掃描（稱慢掃描）去完整顯示脈沖列，而用B掃描（稱快掃描）去展開第三個(gè)脈沖。,圖 雙掃描示波器的有關(guān)波形,首先脈沖1達(dá)到觸發(fā)電平，產(chǎn)生A觸發(fā)，在它的作用下產(chǎn)生A掃描，這個(gè)掃描電壓將脈沖14顯示在熒光屏上。與此同時(shí)，A掃描電壓與圖中電位器Rp提供的直流電位在比較器中進(jìn)行比較，當(dāng)電平一致時(shí)產(chǎn)生B觸發(fā)，開始B掃描。B掃描比A掃描延遲的時(shí)間可以通過Rp來調(diào)節(jié)，因此，Rp提供的直流電平稱為“延遲觸發(fā)電平”。 為了能同時(shí)觀測(cè)脈沖列的全貌及其中某一部分的細(xì)節(jié)，通過電子開關(guān)，

47、把兩套掃描電路的輸出“交替”地接人X放大器。電子開關(guān)還控制Y線光跡分離電路，它實(shí)際上是控制Y放大器的直流電位，使兩種掃描顯示的波形上下分開。由于熒光屏的余輝和人眼的殘留效應(yīng)，就使人感到“同時(shí)”顯示了兩種波形。這稱為“A延遲B”。 把A、B掃描門產(chǎn)生的增輝脈沖疊加起來，形成合成增輝信號(hào)（見圖），用它來給A通道增輝，使得A通道所顯示的脈沖列中，對(duì)應(yīng)B掃描期間的那個(gè)脈沖3被加亮（見圖），這稱為“B加亮A”。 在有的雙掃描示波器的實(shí)現(xiàn)中，只有A延遲B方式，有的只有B加亮A方式，若兩種方式都有的，被稱為自動(dòng)雙掃描。,3.4取樣示波器,一、概述,1取樣的基本概念 （1）取樣：就是從被測(cè)波形上取得樣點(diǎn)的過程

48、。取樣分為實(shí)時(shí)取樣和非實(shí)時(shí)取樣兩種。 （2）實(shí)時(shí)取樣：從一個(gè)信號(hào)波形中取得所有取樣點(diǎn)，來表示一個(gè)信號(hào)波形的方法；,（3）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，或稱為等效取樣。,在t=t1時(shí)，取樣脈沖p(t)到來，取樣門開關(guān)S閉合，輸入信號(hào)ui(t)被取樣，形成離散輸出信號(hào)uo(t)，uo(t)稱為“取樣信號(hào)”。若取樣脈沖寬度很窄，則可以認(rèn)為每次取樣所得離散的取樣信號(hào)幅度就等于該次取樣瞬間輸入信號(hào)的瞬時(shí)值。依次類推，可取樣點(diǎn)若干。,兩個(gè)取樣脈沖的時(shí)間間隔為 :,二、取樣原理 在取樣技術(shù)中，取樣保持器是核心電路，取樣保持器在原理上可等效為一個(gè)取樣開關(guān)（取樣門）和保持電容的串聯(lián)。,式

49、中：T為被測(cè)信號(hào)的周期；t為步進(jìn)延遲時(shí)間；m為兩個(gè)取樣脈沖之間被測(cè)信號(hào)周期的個(gè)數(shù)（圖中m=1）。 則所得的取樣信號(hào)的包絡(luò)可重現(xiàn)原信號(hào)波形，因?yàn)椴ㄐ伟j(luò)所經(jīng)歷的時(shí)間變長(zhǎng)了，故可用低頻示波器顯示。,在實(shí)時(shí)取樣條件下，以為取樣間隔，完成一個(gè)信號(hào)周期（T）的采樣需n次，即；在非實(shí)時(shí)取樣時(shí)，設(shè)每m個(gè)信號(hào)周期取樣一次，經(jīng)過n次取樣之后完成對(duì)信號(hào)的一次取樣循環(huán)，那么，一次取樣循環(huán)的時(shí)間t和信號(hào)周期T的關(guān)系為,即，非實(shí)時(shí)取樣后得到的n個(gè)取樣點(diǎn)形成的包絡(luò)等效為原信號(hào)的一個(gè)周期，而這n個(gè)取樣點(diǎn)來自于原信號(hào)的（mn+1）個(gè)周期，因而，取樣后比原信號(hào)頻率降低了（mn+1）倍。非實(shí)時(shí)采樣只適用于周期性信號(hào)。,4、取樣示

50、波器的主要參數(shù) （1）取樣示波器的帶寬 對(duì)取樣門的要求是元件的高頻特性要足夠好；取樣脈沖本身要足夠窄，。當(dāng)取樣門所用元件工作頻率足夠高時(shí)，取樣門的最高工作頻率與取樣脈沖底邊的寬度成反比。 可見，取樣示波器的頻帶寬度與取樣脈沖底邊的寬度成反比。 （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)來表示。 （3）等效掃速 等效掃速定義為被測(cè)信號(hào)經(jīng)歷時(shí)間與水平方向展寬的距離比。 在通用示波器中掃描速度為熒光屏每厘米代表的時(shí)間（t/cm）。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+t）的時(shí)間，但它等效于被測(cè)信號(hào)經(jīng)過了nt的時(shí)間。

51、,35 數(shù)字存儲(chǔ)示器,一、數(shù)字存儲(chǔ)示波器,數(shù)字存儲(chǔ)示波器（Digital Storage Oscilloscope，簡(jiǎn)稱為DSO）是將捕捉到的波形通過A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字化，而后存入示波管外的數(shù)字存儲(chǔ)器中。,1、數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理 一個(gè)典型的數(shù)字存儲(chǔ)示波器原理方框圖如圖所示，它的工作過程一般分為存儲(chǔ)和顯示兩個(gè)階段。 在存儲(chǔ)工作階段，模擬輸入信號(hào)先經(jīng)過適當(dāng)?shù)胤糯蠡蛩p，然后再經(jīng)過“取樣”和“量化”兩個(gè)過程的數(shù)字化處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號(hào)，最后，數(shù)字化信號(hào)在邏輯控制電路的控制下依次寫入到RAM中。 在顯示工作階段，將數(shù)字信號(hào)從存儲(chǔ)器中讀出，并經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)垂直放大器放

52、大加到CRT的Y偏轉(zhuǎn)板。與此同時(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，加到水平放大器放大，驅(qū)動(dòng)CRT的X偏轉(zhuǎn)板，從而實(shí)現(xiàn)在CRT上以稠密的光點(diǎn)包絡(luò)重現(xiàn)模擬輸入信號(hào)。,2數(shù)字存儲(chǔ)示波器的工作方式,3數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示方式,數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示方式有基本顯示、抹跡顯示、卷動(dòng)顯示、放大顯示和XY顯示等，可適應(yīng)不同情況下波形觀測(cè)的需要。,4數(shù)字存儲(chǔ)示波器的特點(diǎn),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 最高取樣速率指單位時(shí)間內(nèi)取樣的次數(shù)，也稱數(shù)字化速率，用每秒鐘完成的A/D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來衡量。取樣速率愈高，儀器捕捉高頻或快速信號(hào)的能力愈強(qiáng)。,（2）存儲(chǔ)帶寬(

53、B) 存儲(chǔ)帶寬與取樣速率fs密切相關(guān)。根據(jù)取樣定理，如果取樣速率大于或等于信號(hào)頻率的2倍，便可重現(xiàn)原信號(hào)。實(shí)際上，為保證顯示波形的分辨率，一般取N=410倍或更多，即存儲(chǔ)帶寬。,(3）分辨率 分辨率指示波器能分辨的最小增量。它包括垂直分辨率（電壓分辨率）和水平分辨率（時(shí)間分辨率）。 垂直分辨率與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)表示。水平分辨率由取樣速率和存儲(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)來表示來。,（4）存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量又稱記錄長(zhǎng)度，它由采集存儲(chǔ)器（主存儲(chǔ)器）的最大存儲(chǔ)容量來表示，常以字(word)為單位。,（5）讀出速度 讀出速度是指

54、將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出的速度，常用“(時(shí)間)/div”來表示。,36 示波器的選擇和使用,一、 示波器的選擇和使用,（1）根據(jù)要顯示的信號(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 （3）根據(jù)被測(cè)信號(hào)的重現(xiàn)方式選擇 (4) 根據(jù)被測(cè)信號(hào)是否含有交直流成分選擇 (5) 根據(jù)被測(cè)信號(hào)的測(cè)試重點(diǎn)選擇,二、示波器的正確使用,使用前須檢查電網(wǎng)電壓是否與示波器要求的電源電壓一致。通電后需預(yù)熱幾分鐘再調(diào)整各旋鈕。各旋鈕應(yīng)先大致旋在中間位置，以便找到被測(cè)信號(hào)波形。,1、輝度 使用示波器時(shí)，亮點(diǎn)輝度要適中，不宜過亮，且光點(diǎn)不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間停留在同一點(diǎn)上，以免損壞熒光屏。 2、聚焦 應(yīng)使用光點(diǎn)聚焦，不要

55、用掃描線聚焦。如果用掃描線聚焦，很可能只在垂直方式上聚焦，而在水平方向上并未聚焦。 如下圖所示顯示方波時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象。,3、測(cè)量 應(yīng)在示波管屏幕的有效面積內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，最好將波形的關(guān)鍵部位移至屏幕中心區(qū)域觀測(cè)，這樣可以避免因示波管的邊緣彎曲而產(chǎn)生測(cè)量誤差。,4、探頭 探頭要專用，且使用前要校正。將示波器內(nèi)部校正信號(hào)（方波信號(hào)）經(jīng)探頭接入通道，觀察波形形狀。,a) 正常補(bǔ)償 b）欠補(bǔ)償 c）過補(bǔ)償,37 示波器的基本測(cè)量方法,一、測(cè)量電壓,1直流電壓的測(cè)量 （1）測(cè)量原理 示波器測(cè)量直流電壓的原理是利用被測(cè)電壓在屏幕上呈現(xiàn)一條直線，該直線偏離時(shí)間基線（零電平線）的高度與被測(cè)電壓的大小成正比

56、的關(guān)系進(jìn)行的。 被測(cè)直流電壓值為：,式中，h為被測(cè)直流信號(hào)線的電壓偏離零電平線的高度；為示波器的垂直靈敏度；k為探頭衰減系數(shù)。,（2）測(cè)量方法 1）首先應(yīng)將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置（CAL）。 2）將待測(cè)信號(hào)送至示波器的垂直輸入端。 3）確定零電平線。 將示波器的輸入耦合開關(guān)置于“GND”位置，調(diào)節(jié)垂直位移旋鈕，將熒光屏上的掃描基線（零電平線）移到熒光屏的中央位置。 4）確定直流電壓的極性。 調(diào)整垂直靈敏度開關(guān)到適當(dāng)位置，將示波器的輸入耦合開關(guān)撥向“DC”檔，觀察此時(shí)水平亮線的偏轉(zhuǎn)方向，若位于前面確定的零電平線上，則被測(cè)直流電壓為正極性；若向下偏轉(zhuǎn)，則為負(fù)極性。 5）讀出被測(cè)

57、直流電壓偏離零電平線的距離h。 6）根據(jù)公式計(jì)算被測(cè)直流電壓值。,2交流電壓的測(cè)量,（1）測(cè)量原理 使用示波器測(cè)量交流電壓的最大優(yōu)點(diǎn)是可以直接觀測(cè)到波形的形狀，還可顯示其頻率和相位。但是，只能測(cè)量交流電壓的峰-峰值。被測(cè)交流電壓值VPP（峰-峰值）為 VPP= HDyK 式中：H為被測(cè)交流電壓波峰和波谷的高度或任意兩點(diǎn)間的高度；Dy為示波器的垂直靈敏度；K為探頭衰減系數(shù)。,（2）測(cè)量方法 1）首先應(yīng)將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置（CAL）。 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關(guān)置于“AC”位置。 4）調(diào)節(jié)掃描速度，使顯示的波形穩(wěn)定。 5）調(diào)節(jié)垂直靈敏

58、度開關(guān)，使熒光屏上顯示的波形適當(dāng)，記錄Dy值。 6）讀出被測(cè)交流電壓波峰和波谷的高度或任意兩點(diǎn)間的高度H。 7）根據(jù)式上計(jì)算被測(cè)交流電壓的峰-峰值。,二、測(cè)量時(shí)間和頻率,1測(cè)量周期和頻率 （1）測(cè)量原理 對(duì)于周期性信號(hào)，周期和頻率互為倒數(shù)，只要測(cè)出其中一個(gè)量，另一個(gè)參量可通過公式求出。 被測(cè)交流信號(hào)的周期T為 T=xDx/k 式中：x為被測(cè)交流信號(hào)的一個(gè)周期在熒光屏水平方向所占距離；Dx為示波器的掃描速度；k為X軸擴(kuò)展倍率開關(guān)。 （2）測(cè)量方法 1）首先將示波器的掃描速度微調(diào)旋鈕置于“校準(zhǔn)”（CAL）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關(guān)置于“AC”位置。 4）調(diào)節(jié)掃描速度開關(guān)，使顯示的波形穩(wěn)定，并記錄值。 5）讀