1、第第6 6章章 信号波形测量与仪器应用信号波形测量与仪器应用 6.1 6.1 示波器的种类与技术指标示波器的种类与技术指标6.2 CRT6.2 CRT显示原理显示原理6.3 6.3 模拟示波器的原理与应用模拟示波器的原理与应用6.4 6.4 取样示波器取样示波器6.5 6.5 典型仪器典型仪器CA8020ACA8020A型双踪示波器型双踪示波器6.6 6.6 数字存储示波器的原理与应用数字存储示波器的原理与应用6.7 6.7 示波器的选择和使用示波器的选择和使用6.8 6.8 示波器的基本测量方法示波器的基本测量方法教学导航教学导航教知识重点1.通用电子示波器的基本组成、功能和分类2.阴极射线
2、示波管的结构和各部分的作用，掌握示波器显示的基本原理。3.示波器的X轴系统及Y轴系统构成，扫描方式以及触发扫描同步显示的条件4.熟悉电子示波器的选用原则，能规范的使用示波器对有关电路信号进行测试。知识难点1.通用电子示波器的基本组成和Y通道、X通道和Z通道的工作原理；2.通用电子示波器的正确使用；3.数字存储示波器的基本组成及工作原理。推荐教学方式1.通过对一个实际的案例介绍，导出时域测量系统的理论知识，激发学生学习的兴趣。2.采用实验演示法、多媒体演示法、任务设计法、小组讨论法、案例教学法、项目训练法等教学方法，加深学生对理论的认识和巩固。3.通过实验巩固示波器正确操作与维护。建议学时16学
3、时学推荐学习方法1.本章要重点掌握时域分析的有关概念、模拟示波器和数字示波器的组成框图、基本原理、应用和维护的技能。2.理论的学习要结合仪器的使用过程以及实验来理解，注意理论联系实际。3.查有关资料，加深理解，拓展知识面必须掌握的理论知识1.通用电子示波器的基本组成、功能和分类2.阴极射线示波管的结构和各部分的作用，掌握示波器显示的基本原理。3.示波器的X轴系统及Y轴系统构成，扫描方式以及触发扫描同步显示的条件4.熟悉电子示波器的选用原则。必须掌握的技能1.能规范的使用双踪示波器测量各种信号的参数。2.能正确的使用数字存储示波器，并用多种方法测量信号的参数。1所需的仪器：彩色电视信号发生器、彩
4、色电视机、电子示波器2 观测步骤把电视信号发生器的输出与电视机的输入接通（可以用射频输入，也可以用视频输入），打开信号发生器的电源，输出彩条信号。打开电视机的外壳，找到视放末级的集电极，将示波器探头挂钩接于此，夹子接于地线（冷地）。（3）打开电视机电源，收到正常的彩条信号，调试好示波器就可以观察到彩条信号的三基色波形如图6-1（a）、（b）、（c）所示。（b）彩条信号的G基色波形（c）彩条信号的B基色波形图6-1电视机视放末级彩条信号的三基色波形（a）彩条信号的R基色波形 这样我们在维修或生产电子产品时，就可以用示波器直接观察人眼无法看见的交流信号，为电子产品的生产、维护和维修带来了极大的方便
5、。不仅如此，示波器还可以观察和测试信号和电路的许多其它参数，因此，人们常把示波器叫做测试电子电路交流通路的“万能工具”。同学们应认真地把它掌握好。知识分布网络示波器用途种类、技术指标 仪器分类 模拟示波器 数字示波器 触发方式 频宽和上升时间仪器主要技术指标 扫描速度 偏转因素 输入阻抗 输入方式 仪器用途（1）模拟示波器通用示波器多束示波器取样示波器记忆示波器专用示波器单束示波管 多束示波器 单踪示波器双踪示波器多踪示波器（2）数字示波器实时取样示波器随机取样示波器顺序取样示波器 数字示波器将输入信号数字化（时域取样和幅度量化）后，经由D/A转换器再重建波形。它具有记忆、存贮被观察信号功能，
6、可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速信号。由于其具有存储信号的功能，又称为数字存贮示波器（1）频带宽度BW和上升时间（2）扫描速度：是指荧光屏上单位时间内光点水平移动的距离，单位为“cm/s”。（3）偏转因素：指在输入信号作用下，光点在荧光屏上的垂直（Y）方向移动1cm（即1格）所需的电压值，单位为“V/cm”、“mV/cm”（或“V/cm”、“mV/div”）；（4）输入阻抗：当被测信号接入示波器时，输入阻抗形成被测信号的等效负载。（5）输入方式：即输入耦合方式，一般有直流（DC）、交流（AC）和接地（GND）三种，可通过示波器面板选择。知识分布网络CRT显示原理 仪器结构及各
7、部分作用偏转系统荧光屏 触发扫描原理 显示随时间变化图形原理波形显示原 理 显示任意两变量的关系原理 扫描原理 同步原理 连续扫描原理 电子枪 阴极 栅极 灯丝聚焦极加速极 如图6.2所示，CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成。其工作原理是：由电子枪产生的高速电子束轰击荧光屏的相应部位产生荧光，而偏转系统则能使电子束产生偏转，从而改变荧光屏上光点的位置。(a)Ux=0、Uy=0(b)Ux=0、Uy=常量(c)Ux=常量、Uy=0(d)Ux=常量、Uy=常量1.显示随时间变化的图形1）、为固定电压的情况（1）当Ux=Uy=0时，光点在荧光屏的中心位置，如下图（a）所示。（2）当Ux=0
8、，Uy=常数时，光点在垂直方向偏移。如下图（b）所示（3）当Ux=常数，Uy=0时，光点在水平方向偏移。如下图（c）所示（4）当Ux=常数，Uy=常数时，光点在两电压合成方向偏移。如下图（b）所示Uyt0UyUyUxUx1234012340011223434Uxt（a）（b）图6-5 水平和垂直偏转板上分别加变化电压（1）设Ux=0，Uy=Umsint。由于X偏转板不加电压，光点在水平方向是不偏移的，则光点只在荧光屏的垂直方向来回移动，出现一条垂直线段，如图 6-5（a）所示。（2）设Ux=kt，Uy=0，由于Y偏转板不加电压，光点在垂直方向是不移动的，则光点在荧光屏的水平方向上来回移动，出现
9、的也是一条水平线段，如图 6-5（b）所示。3 3）X X、Y Y偏转板上同时加变化电压偏转板上同时加变化电压 Y偏转板加正弦波信号电压uy=Umsint，X偏转板加锯齿波电压ux=kt，如图6-6所示。Uyt0UyUy1234t1234UxUxUx0图 6-6 水平和垂直偏转板同时加信号时的显示 示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称为李沙育（Lissajous）图形，这种图形在相位和频率测量中常会用到。利用这种特点就可以把示波器变为一个XY图示仪。若两信号的初相相同，则可在荧光屏上画出一条直线，若两信号在X、Y方向的偏转距离相同，这条直线与水平轴呈45角，如图6-7（a）所示；如果这
10、两个信号初相位相差90，则在荧光屏上画出一个正椭圆；若X、Y方向的偏转距离相同，则荧光屏上画出的图形为圆，如图6-7（b）所示。这种X-Y图示仪可以在很多领域中得到应用。在X偏转板上加上一个锯齿波电压Ux=kt（k为常数），垂直偏转板不加电压，那么光点在X方向做匀速运动，光点在水平方向的偏移的距离与时间成正比。光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描”，能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压，光点自左向右的连续扫动称为“扫描正程”，光点自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程称为“扫描逆程”。4 4同步的概念同步的概念（1）如图6-8所示Tx=NTy(n为正整数)，扫描电压与被测电压“同步”,每次扫描
11、显示的波形重叠在一起，在荧光屏上可得到清晰而稳定的波形。yxnTT uyT yT x uxt t图6-8 Tx=2Ty时荧光屏上显示的波形（2）如图6-9所示TxNTy(n为正整数),，则后一扫描周期描绘的图形与前一扫描周期的图形不重合，显示的波形是不稳定的，连续扫描扫描电压是连续的，即扫描正程紧跟着逆程，逆程结束又开始新的正程，扫描是不间断的。（1）扫描周期）扫描周期Tn等于脉冲重复周期等于脉冲重复周期Ts时，即时，即Tn=Ts。此时，屏。此时，屏幕上出现的脉冲波形集中在时间基线的起始部分，难以看清脉幕上出现的脉冲波形集中在时间基线的起始部分，难以看清脉冲波形的细节，如图冲波形的细节，如图6
12、-106-10（b b）所示。）所示。（2）扫描周期）扫描周期Tn等于脉冲底宽等于脉冲底宽时，即时，即Tn=。为了将脉冲波形。为了将脉冲波形的一个周期显示在屏幕上，必须扫描一个周期，而此时的一个周期显示在屏幕上，必须扫描一个周期，而此时TnTn比比TsTs小得多。因此，在一个脉冲周期内，光点只有一次扫描到脉冲小得多。因此，在一个脉冲周期内，光点只有一次扫描到脉冲图形，结果在屏幕上显示的脉冲波形非常暗淡，而时间基线由图形，结果在屏幕上显示的脉冲波形非常暗淡，而时间基线由于反复扫描却很明亮，如图于反复扫描却很明亮，如图6-10(6-10(c c)所示。这样，观测者不易所示。这样，观测者不易观察波形
13、，而且扫描的同步很难实现。观察波形，而且扫描的同步很难实现。图6-10 连续扫描和触发扫描方式下对脉冲波形的观测 触发扫描由被测信号激发扫描发生器的间断的工作方式。观测脉冲信号可控制扫描脉冲，使扫描脉冲只在被测脉冲到来时才扫描一次；没有被测脉冲时，扫描发生器处于等待工作状态。只要选择扫描电压的持续时间等于或稍大于脉冲底宽，则脉冲波形就可展宽得几乎布满横轴。知识分布网络模拟示波器 应用与原理 垂直通道 示波器的多波显示 水平通道 校准信号发生器 工作原理垂直通道工作原理触发电路原理水平通道工作原理 仪器的组成 电源 示波管多线示波器多踪示波器结构 特点 基本原理结构 特点 基本原理 模拟示波器主
14、要由示波管、垂直通道和水平通道三部分组成。此外，还包括电源电路及校准信号发生器，如图6-11所示。6.3.3 6.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道(X X通道通道)水平通道（X通道）的主要任务是产生随时间线形变化的扫描电压，再放大到足够的幅度，然后输出到水平偏转板，使光点在荧光屏的水平方向达到满偏转。水平通道包括触发电路、扫描电路和水平放大器等部分，如图6-14所示。1 1触发电路触发电路作用是为扫描信号发生器提供符合要求的触发脉冲。触发电路包括触发源选择、触发耦合方式选择、触发方式选择、触发极性选择、触发电平选择和触发放大整形等电路，如图6-15所示。2 2扫描发生器环路扫描
15、发生器环路 用来产生线性良好的锯齿波，通常用扫描发生器环路来产生扫描信号。扫描发生器环又叫时基电路，常由积分器、扫描闸门及比较释抑电路组成，如图6-17所示。3 3水平放大器水平放大器 作用是选择X轴信号，并将其放大到足以使光点在水平方向达到满偏的程度。X放大器的输入端有“内”、“外”信号的选择。置于“内”时，X放大器放大扫描信号；置于“外”时，水平放大器放大由面板上X输入端直接输入的信号。改变X放大器的增益可以使光迹在水平方向得到扩展，或对扫描速度进行微调，以校准扫描速度。改变X放大器有关的直流电位可以使光迹产生水平位移。1 多线示波器多线示波器 多线示波器是利用多枪电子管来实现的。各通道、
16、各波形之间产生的交叉干扰可以减少或消除，可获得较高的测量准确度。但其制造工艺要求高，成本也高，所以应用不是十分普遍。2 多踪示波器多踪示波器 多踪示波器是在单线示波的基础上增加了电子开关而形成的。电子开关按分时复用的原理，分别把多个垂直通道的信号轮流接到Y偏转板上，最终实现多个波形的同时显示。多踪示波器实现简单，成本也较低，因而得到了广泛使用。双踪示波器的Y通道工作原理如图6-20所示。知识分布网络频率特性测试仪 工作原理 主要参数 基本结构1基本原理 图 6-23 取样过程如图6-23所示，为实时取样示波器，对被测信号的取样过程通常用电子开关取样门来实现。取样门受重复周期为T0的取样脉冲（开
17、关信号）控制，在取样脉冲出现的特点特点 :(1)取样一个波形所得脉冲列的时间等于被取样信号实际经历的时间。（2）该示波器称为“实时取样”示波器，其上限频率不高。瞬间，取样门接通，输入信号被取样，形成离散的取样信号。于前一次取样时间，第二次取样延迟了，这样，可取得样点2。显然，只要每次取样比前一次延迟时间，那么取样点将按顺序取遍整个信号波形。取样后的信号虽然也是一串脉冲序列，2显示信号的合成过程显示信号的合成过程如图6-25所示，当取样的时间t足够小时，在屏幕上显示出由一系列不连续光点构成的信号波形，人眼看到的是连续波形。图6-26 典型取样示波器组成框图6.4.3 取样示波器的主要参数1取样示
18、波器的带宽 2取样密度3等效扫描速度知识分布网络 典型仪器CA8020A型双踪示波器 主要性能指标 版面功能与操作电源部分垂直系统部分 水平系统部分 概述触发源：触发源：内、外；内触发源：内触发源：Y1、Y2、电源、交替触发；触发方式：触发方式：常态、自动、电视场、峰值自动。3 3）水平系统）水平系统扫描速度：扫描速度：0.5 s/div0.2s/div，按1-2-5顺序分20挡；扩展10，最快扫描速度20ns/div8%。4)4)校正信号校正信号 波形波形：对称方波；幅度：幅度：0.5V2%；频率：频率：1KHz2%。图 6-29 CA8020型示波器板面结构图如图6-29所示1）电源和显示
19、部分电源和显示部分（1）辉度（INTENSITY）旋钮（2）聚焦（FOCUS）旋钮（3）辅助聚焦（ASTIG）旋钮（4）迹线旋转（ROTATION）（5）电源指示灯（6）电源开关（POWER）（7）校正信号（CAL）2）垂直控制系统垂直控制系统（1）Y1移位Y2移位（POSITION）旋钮（2）（垂直）方式（MODE）选择开关（3）Y2反相（CH2 INV）开关 (4)垂直衰减开关（VOLTS/DIV）（5）垂直微调（VAR）旋钮（6）耦合方式（AC-DC-GND）（7）Y1/X插座 (8)Y2/Y插座3）水平控制系统）水平控制系统（1）X移位（POSITION）旋钮（2）（触发）电平（LEV
20、EL）旋钮（3）（触发）极性（SLOPE）开关（4）触发方式（TRIG MODE）（5）触发灯（TRIGD）（6）水平扫速（SEC/DIV）选择开关（7）水平微调（VAR）旋钮（8）内触发电源（INT SOURCE）（9）触发源选择开关（10）接地（11）外触发输入（EXT）插座（12）X-Y方式开关（Y1-X）（13）扫描扩展开关（14）交替扫描扩展开关（15）轨迹分离（TRAC SEP）(16)释抑（HOLD OFF）旋钮 数字存储示波器 扫描信号发生器仪器主要性能指标 频标电路 显示电路仪器性能指标面板功能介绍 显示界面说明 仪器特点仪器组成与工作原理 频标电路 显示电路 水平控制系统
21、触发调节 仪器设置 功能检测 垂直控制系统 概述典型仪器UT2102型数字示波器6.6.1 数字存储示波器的特点数字存储示波器的特点1 1）使信号波形的取样、存储与波形的显示可以分离使信号波形的取样、存储与波形的显示可以分离2 2）能长期存储信号能长期存储信号3 3）具有先进的触发功能具有先进的触发功能4 4）具有很强的处理能力具有很强的处理能力5 5）便于观测单次过程和缓慢变化的信号便于观测单次过程和缓慢变化的信号6.6.）多种显示方式）多种显示方式7 7）可用字符显示测量结果可用字符显示测量结果8 8）便于程控和用多种方式输出便于程控和用多种方式输出6.6.2 数字存储示波器的主要技术指标
22、数字存储示波器的主要技术指标 数字存储示波器中与波形显示部分有关的技术指标和模拟示波器相似，下面仅是与波形存储部分有关的主要技术指标。1）最高取样速率2）存储带宽3）分辨力4）存储容量5）读出速度一、组成：数字存储示波器原理方框图如图6-30所示 外触发至Y偏转板衰减器放大器触发电路A/D转换器延迟线存储器（RAM）地址计数器D/A转换器垂直放大器扫描发生器逻辑控制电路（微处理器）输入内外实时存储实时存储实时存储至X偏转板水平放大器D/A转换器图6-30 典型数字存储示波器原理框图 它有实时和存储两种工作模式。当处于实时工作模式时，其电路组成原理与一般模拟示波器一样。当处于存储工作模式时，它的
23、工作过程一般分为存储和显示两个阶段。在存储工作阶段，模拟输入信号先经过适当地放大或衰减，然后再经过“取样”和“量化”两个过程的数字化处理，将模拟信号转换成数字化信号，最后，数字化信号在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM中。在显示阶段，一方面将信号从存储器中读出，送入D/A转换器转换为模拟信号，经垂直放大器放大后加到示波管的垂直偏转板。与此同时，CPU的读地址信号加至D/A 转换器，得到一阶梯波电压，经水平放大器放大后加至示波管的水平偏转板，从而达到在示波管上以稠密的光点重现输入模拟信号的目的。现在的许多数字示波器已不再使用阴极射线示波管作为显示器件，取而代之的是液晶显示器（LCD）。使用液晶
24、显示器显示波形时不需将存储的数字信号再转换为模拟信号，而是将存储器中的波形数据和读地址信号送入LCD驱动器，驱动LCD显示波形。1.UT2000系列数字存储示波器的性能特点：高清晰彩色/单色液晶显示系统，320240分辨率支持即插即用USB存储设备，并可通过USB存储设备与计算机通信 自动波形、状态设置 波形、设置和位图存储以及波形和设置再现 精细的视窗扩展功能，精确分析波形细节与概貌自动测量28种波形参数自动光标跟踪测量功能 独特的波形录制和回放功能 内嵌FFT 多种波形数学运算功能(包括：加，减，乘，除)边沿、视频、脉宽、交替触发功能多国语言菜单显示中英文帮助信息显示2.2.板面介绍板面介
25、绍UT2102型数字示波器板面说明如图6-31所示3.3.显示界面说明图显示界面说明图UT2102型数字示波器显示界面如图6-32所示图6-32 32UT2102型数字示波器显示界面说明图通道1标志通道2标志显示通道垂直刻度系数显示主时基设置波形显示窗口对应不同的功能键菜单有所不同显示中心刻度线的时间显示水平触发位置触发状态显示电源开关电源开关图 6-33 通电检测做一次快速功能检查，以核实本仪器运行是否正常。请按如下步骤进行：1)接通仪器电源2）数字存储示波器接入信号（1）将探头连接到CH1输入端，并将衰减倍率开关设定为10 110图6-34 探头衰减倍率设置图6-35 探头衰减系数设置探头
26、比例(2)在数字存储示波器上需要设置探头衰减系数。与探头保持一致（如图6-35所示）。（3）把探头的探针和接地夹连接到探头补偿信号的相应连接端上。按 AUTO按钮。几秒钟内，可见到方波显示(1kHz，约3V，峰峰值)，如图6-36所示。用同样的方法调整CH2通道。图 6-36 探头补偿信号3 3）探头补偿）探头补偿补偿过度补偿正确补偿不足图 6-37 探头补偿校正（1）将探头菜单衰减系数设定为10，探头上的开关置于10，并将数字存储示波器探头与CH1（2）观察显示的波形。如显示波形如图6-37所示，“补偿不足”或“补偿过度”，用非金属手柄的改锥调整探头上的可变电容，直到屏幕显示的波形“补偿正确
27、”。（3）波形显示的自动设置 该数字存储示波器具有自动设置的功能。根据输入的信号，可自动调整垂直偏转系数、扫描时基、以及触发方式直至最合适的波形显示。各操作功能各操作功能 调调 节节按按 钮钮双通道垂直双通道垂直快速回零快速回零关闭当前通道按钮关闭当前通道按钮垂直衰减度调节垂直衰减度调节电压电压/divY轴位置轴位置调调 节节时基因数调节时基因数调节时间时间/div 水平调节菜单水平调节菜单水平位置调节水平位置调节水平功能调节水平功能调节水平快速水平快速回回 零零帮帮 助助强制触发信号按钮强制触发信号按钮（应用于触发方式中的正（应用于触发方式中的正常和单次模式）常和单次模式）触发幅度的垂直重点
28、（最佳触触发幅度的垂直重点（最佳触发灵敏度电平）发灵敏度电平）菜单按钮，通过调节菜单按钮，通过调节F1F5设置触发方式设置触发方式触发电平调节旋钮触发电平调节旋钮选中选中粗调多功能调多功能调节旋钮节旋钮自动自动测量测量取样方取样方式设置式设置存储和调出开始/停止光标光标测量测量显示显示方式方式设置设置辅助系统设置辅助系统设置自动自动知识分布网络示波器的选择与使用正确调节辉度扫描仪的工作原理正确调节聚焦显示波形大小适当使用前进行自校正确连线正确使用探头正确调节灵敏度 选择原则 根据信号选择示波器 根据示波器的性能选择正确调节稳定度示波器的选择可根据被观测信号的特点和示波器的性能来考虑。1.根据被
29、测信号特性选择2.根据示波器性能选择 1）频带宽度和上升时间2）垂直偏转灵敏度（垂直偏转因数）3）输入阻抗 4）扫描速度（扫描时间因数）使用示波器时应注意使用要点和基本操作程序。1.使用技术要点使用技术要点1)辉度 2）聚焦 3）测量 4)连接 5)探头 6）灵敏度7）稳定度2示波器使用前的自校示波器使用前的自校1）光迹水平位置调整2）仪器自校及探极补偿知识分布网络频率特性测试仪 线性扫描法 梯形法 椭圆法 周期测量波形任意两点间时间间隔测量脉冲上升、下降时间测量 时间测量 电压测量直流电压测量交流电压测量 脉冲宽度测量 线性法测量相位差 椭圆法测量相位差 测量频率 周期法测量频率 李莎育图形
30、法测频率测量调幅系数 测量相位差1.直流电压的测量直流电压的测量 1）测量基本原理示波器测量直流电压时，会在屏幕上呈现一条直线，直线偏离时间基线（零电平线）的距离与被测电压的大小成正比的关系，可以对直流电压进行测量。被测电压可表示为：yyDCKDHUUDC被测直流电压，H为欲测量波形的高度Dy为示波器垂直灵敏度，Ky为探头衰减系数 2）测量方法（1）首先将示波器的垂直偏转微调旋钮置于校准档，以保证电压读数准确。（2）把被测信号送至示波器的垂直输入端。（3）确定零电平线：将示波器的输入耦合开关置于“GND”位置，调节垂直位移旋钮，将荧光屏上的扫描基线（零电平线）移到荧光屏的中央位置，即确定零电平
31、线。之后不再调节垂直位移旋钮。（4）确定直流电压的极性：调整垂直灵敏度开关到适当位置，将示波器的输入耦合开关拨向“DC”档，观察此时水平亮线的偏转方向，若位于前面确定的零电平线上，则被测直流电压为正极性；若向下偏转，则为负极性。（5）读出被测直流电压偏离零电平线的距离h。（6）根据公式计算被测直流电压值。2.交流电压的测量交流电压的测量1）测量基本原理使用示波器测量交流电压的最大优点是可以直接观测到波形的形状，还可显示其频率和相位。但是，只能测量交流电压的峰-峰值。被测交流电压值VPP（峰-峰值）为 式中：H为被测交流电压波峰和波谷的高度或任意两点间的高度；DY为示波器的垂直灵敏度；K为探头衰
32、减系数。YYPPKDHU2）测量方法（1）首先应将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮置于校准位置（CAL）。（2）将待测信号送至示波器的垂直输入端。（3）将示波器的输入耦合开关置于“AC”位置。（4）调节扫描速度，使显示的波形稳定。（5）调节垂直灵敏度开关，使荧光屏上显示的波形适当，记录Dy值。（6）读出被测交流电压波峰和波谷的高度或任意两点间的高度H。（7）根据式上计算被测交流电压的峰-峰值。1.测量信号的周期1）测量原理 对于周期性信号，周期和频率互为倒数，只要测出其中一个量，另一个参量可通过公式求出。被测交流信号的周期T为：XXKDXT式中：X：为被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占距
33、离；Dx：为示波器的扫描速度；K：为X轴扩展倍率开关。2）测量方法（1）首先将示波器的扫描速度微调旋钮置于“校准”（CAL）位置。图 6-48 波形周期测量（2）将待测信号送至示波器的垂直输入端。（3）将示波器的输入耦合开关置于“AC”位置。（4）调节扫描速度开关，使显示的波形稳定，并记录值。（5）读出被测交流信号的一个周期在荧光屏水平方向所占的距离X。用示波器测量同一信号任意两点A与B的时间间隔，其原理、方法和前面测周期的原理方法类似，他们的区别就是在水平轴上的距离不一定是信号的一个周期。时间间隔的测量可以按照公式计算：式中，tA-B表示同一信号中任意两点间的时间间隔；x表示A、B两点间的水
34、平距离；Dx扫描时间因数；Kx水平扩展倍数。XXBAKDxt3测量脉冲的上升时间与下降时测量脉冲的上升时间与下降时间间 如图6-49所示，脉冲的上升时间或下降时间的测量和时间间隔测量方法一样，脉冲的上升时间（或下降时间）两点间的水平距离应该从满幅度的10%（或90%）到90%（或10%）两点间的水平距离计算。上升时间与下降时间可按时间间隔公式计算。4测量脉冲宽度测量脉冲宽度测量脉冲宽度的两点间的水平距离是按脉冲幅度的50%处电平之间的距离计算。脉冲宽度可按时间间隔公式计算。90%100%10%50%0%BW 图 6-49 测量时间间隔的示意图1.线性扫描法用双踪示波器测量两个信号相位差时，可将
35、被测信号的其中一个送入CH1通道，另一信号送入CH2通道。选择相位超前的信号作为触发源信号，当测量信号的频率较高时采用“交替”显示；当测量信号的频率较低时采用“断续”显示。适当调整“Y位移”，使两个信号重叠起来，如图6-50所示。这时可从图中直接读出x1和x2的长度，得到相位差。计算公式：012360 xx式中，x1和x2的单位为cm或div；为两个信号的相位差。图 6-50 用双踪示波器测量相位差当两个正弦波信号分别加到示波器的X和Y输入端时，两个信号同时在示波器的X和Y偏转板间产生电场，同时对电子束产生作用，使电子束在荧光屏上扫描，得到如图6-51所示的椭圆形的波形，的大小可按下式进行计算
36、 式中，Ax为椭圆横轴与 两个交点的水平间距；Ay为椭圆纵轴与椭圆两个交点的垂直间距；Bx为两个垂直线与椭圆切点的水平距离；By为两个水平线与椭圆切点的垂直距离。此法只能算出相位差的绝对值，而不能决定其符号。yyxxBABAarcsinarcsinAxOByAy Bx 图 6-51 椭圆法测量相位差6.8.4 测量频率频率的测量有周期法、李莎育图形法等。1.周期法根据周期与频率的关系，可先测出周期，然后再换算出频率。根据 ，测出信号一个周期的水平距离，计算出信号的周期T，从而求出信号的频率f=1/T.。XXKDXT2.李莎育图形法李莎育图形法测量频率时，应该使示波器工作于X-Y方式，将一个频率
37、已知的信号与被测的信号同时输入到示波器的两个输入端，调节已知信号的频率，使荧光屏上得到李莎育图形，利用该图形可测出被测信号的频率。当示波器工作于X-Y方式时，两个输入信号分别控制电子束的水平方向和垂直方向的位移，并且二者对电子束的作用时间总是相等的，故信号的频率越高，波形经过垂直线和水平线的次数越多（Y轴信号经过水平线，X轴信号经过垂直线），也就是垂直线和水平线与李莎育图形的交点数分别与Y和X两信号的频率成反比。李莎育图形存在以下关系：式中，fx、fy分别为两个输入信号的频率；Nx、Ny分别为水平线、垂直线与李莎育图形的交点数；确定方法是：在李莎育图形上分别作两条不通过图形本身的交点，也不与图
38、形相切的水平线和垂直线，数出图形与水平线的交点及与垂直线的交点即为Nx、Ny的值。yyxxfNfN图 6-53 不同频率比和不同相位差时的李莎育图形1，线性扫描法该方法是将被测信号加到示波器Y轴输入端，选择合适的垂直衰减和扫描速度，在荧光屏上得到稳定的波形，如图6-54 所示。测出A、B的长度，代入下式即可得到调幅系数：%100BABAma2.梯形法采用梯形法测量调幅系数，示波器工作于X-Y方式，将调幅波和调制信号分别加到示波器的X轴和Y轴输入端，在荧光屏上显示如图6-55所示的图形。测出A、B的长度，利用下式计算即可。%100BABAma3.椭圆法该方法是将被测信号用RC电路移相后加到示波器
39、X-Y方式下的X和Y输入端，得到如图6-56所示的图形，测出A、B的长度，利用上式计算即可。一、实验目的一、实验目的1.进一步加深对示波器及高频信号发生器理论知识的理解；2.熟练掌握双踪示波器及高频信号发生器的基本操作方法；3.熟练掌握电子电压表的使用。二、实验仪器二、实验仪器1.双踪示波器 CA8020A 2.函数信号发生器 3.电子电压表三、实验内容三、实验内容1.正弦波电压的观测 2.调幅波的观测注：M=(A-B)/(A+B)100%五、实验结果分析五、实验结果分析1.比较正弦波电压测量结果，计算测量误差，并分析产生误差的原因。2.比较调幅波测测量结果，计算测量误差，并分析产生误差的原因
40、。六、问题讨论六、问题讨论（1）在示波器中为什么要在Y通道设置延迟线？（2）若要观测100MHz的信号，应该选择频带宽度为多少的示波器？为什么？（3）若要观测上升时间为9ns的脉冲信号，应该选择频带宽度为多少的示波器？试计算说明。（4）在观测调幅波的调幅度时，应特别注意调节哪个旋钮？为什么？（5）用电压表测量不同波形的电压时，读数的实际意义有和区别？（6）用示波器、电子电压表和万用表测量电压时各有何特点？一、一、实验目的实验目的（1）掌握数字示波器的主要技术性能及其含义。（2）熟悉和掌握数字示波器的组成及各控制键的作用，并达到正确使用。（3）利用数字示波器进行实际测量。二、二、实验器材实验器材
41、（1）数字示波器 1台。（2）函数信号发生器1台三、三、.实验操作步骤实验操作步骤1.测量简单信号测量简单信号2 观察正弦波信号通过电路产生的延时观察正弦波信号通过电路产生的延时3 减少信号上的随机噪声图减少信号上的随机噪声图 6-61 光标测量信号频率光标测量信号频率4.应用光标测量应用光标测量5.测试两通道信号的相位差测试两通道信号的相位差四、四、.实验报告要求：实验报告要求：（1）画出数字示波器的板面结构图，并说明各按键的功能。（2）画出所观察到的各种信号的波形图，并做好相关数据的记录。（3）写出心得体会。1.示波器能够在荧光屏上显示电信号的波形，对其进行定性观察和定量测量。根据目前的发
42、展状况，示波器可分为模拟和数字两大类，其新产品已发展成为集显示、测量、运算、分析、记录等功能于一体的智能化测量仪器。2.示波管是示波器中常用的显示器件，它由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成。电子枪的作用是产生高速聚焦的电子束去轰击荧光屏；偏转系统的作用是控制电子束在水平方向和垂直方向上的偏转；荧光屏的作用是将电信号变为光信号进行显示。3.通用示波器主要由Y系统、X系统、主机系统三大部分组成。4.Y系统是被测信号的输入通道，它对被测信号进行衰减、放大并产生内触发信号。示波器的探头可分为有源探头和无源探头，无源探头对输入信号具有衰减作用。5.X系统的作用主要是产生和放大扫描锯齿波信号，它由触发电
43、路、扫描发生器和水平放大器组成。6.主机系统由示波管、电源、显示电路、Z轴电路、校准信号发生器等组成。7.为了在同一个屏幕上同时观察多个信号波形或同一信号波形的不同部分，需要进行多波形显示。多波形显示以双波显示最为常见。8.取样示波器利用非实时取样原理实现对高频周期信号的显示，其显示的波形由一系列不连续的光点构成。9.数字存储示波器可将被测模拟信号转换为数字量以实现运算处理和长期存储。数字存储示波器的工作主要由波形的取样与存储、波形的显示、波形的测量与处理等几部分组成，其中取样和存储是其最基础的工作。数字存储示波器的存储取样方式有实时取样和等效实时取样两种。10.要根据被测信号特点和示波器的性能来选择合适的示波器，并注意正确的操作方法。
