1、4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 阴极射线示波管阴极射线示波管 4.3 4.3 图形显示的基本原理图形显示的基本原理 4.4 4.4 通用示波器通用示波器 4.4.1 通用示波器的组成及主要技术性能 4.4.2 垂直系统（Y通道）4.4.3 水平系统（X通道）4.4.4 主机系统（Z通道）1.4.5 4.5 示波器的选择和使用示波器的选择和使用 4.5.1 示波器选择的一般原则 4.5.2 示波器的正确使用 4.6 4.6 示波器的基本测量方法示波器的基本测量方法 4.6.1 测量脉冲信号参数 4.6.2 测量电压 4.6.3测量时间和频率 4.6.4 测量正弦信号的相位 2.第第4章章
2、 电子示波器电子示波器4.1 4.1 概述概述 示波器示波器把人眼看不见的电信号转换成具体的可见图像显示在屏幕上的仪器。它是典型的时域测量仪器。频谱分析仪典型的频域测量仪器，也称为频域示波器。逻辑分析仪典型的数据域测量仪器，也称为逻辑示波器。示波器的基本功能：示波器的基本功能：直接测量被测信号的电压、频率、周期、时间、相位、调幅系数等参数；间接观测电路的有关参数及元器件的伏安特性；利用传感器，还可测量各种非电量甚至人体的某些生理现象，常用在科学研究、航空航天、工农业生产、医疗卫生、地质勘探等方面。返回3.图4.2 电子枪内部的等电位线分布图 图4.3 电子聚焦过程 4.2 阴极射线示波管阴极射
3、线示波管 1.电子枪电子枪 图4.1 示波管的内部结构示意图（1）电子束的聚焦4.（2）第三阳极A3的作用 2.偏转系统偏转系统 adddUULlD2示波管的偏转因数S dadLldUDUS23.荧光屏荧光屏图4.4 电子在偏转板内的运动Ud偏转电压；Ua第2阳极A2上的电压；L，ld，d与示波管结构有关的尺寸。返回5.4.3 图形显示的基本原理图形显示的基本原理 1.波形显示原理波形显示原理例如，将ux、uy信号分别加到X、Y偏转板上，如ux、uy同步则屏幕上显示如图4.5所示;如ux、uy不同步则屏幕上显示如图4.6所示图4.5 波形显示原理图4.6 扫描电压与被测电压不同步yxTT)4/
4、5(6.2.XY显示原理图4.7 两个同频率信号构成的李沙育图形返回7.图4-8 通用示波器总方框图1.通用示波器的组成通用示波器的组成包括三个部分：垂直系统（Y通道）、水平系统（X通道）、主机系统（Z通道），工作过程如图4.8（b）。4.4.1 通用示波器的组成及主要技术性能通用示波器的组成及主要技术性能 4.4 通用示波器通用示波器8.2.通用示波器的主要技术性能(1)扫描时间因数 单位为“t/div”或“t/cm”，t可取s，ms或s。(2)触发性能 触发包括内、外触发和电源触发。(3)垂直偏转因数 单位为Vp-p/div或Vp-p/cm。图4.9 带宽的表示方法(4)频带宽度(频域响应
5、)fH(单位:Hz)与示波器的上升时间tro（s）关系：在交流耦合位置，Y轴系统对输入的低频方波会产生下垂，如果低频方波宽度为，重复频率f=1/2，则下截止频率：fSSfeeL2fH tro0.35 BY=fH fLfH9.(5)瞬态响应（时域响应）图4.10 瞬态响应的表示方法 Sb：上冲量 Sc：阻尼振荡 Sd：预冲，又称前冲 Se：下垂 Sf：后过冲 tr：上升时 tf：下降时间 脉冲宽度 脉冲周期和重复频率：脉冲的占空系数：例如 SBM10A型示波器fH=30MHz，则上升时间：（6）输入阻抗ns12103035.0/35.06Hftr10.4.4.2 垂直系统（垂直系统（Y通道）通道
6、）图4.11 垂直系统的基本组成1.输入电路输入电路 输入电路完成对输入信号的耦合和大小的粗调作用，并在输入信号与前置放大器之间起阻抗变化的作用。（1）探头 示波器在使用前必须进行探头的校准，如图4.12所示。图4.12 11.图4.13 耦合电路和衰减器（2）输入耦合方式 有DC、AC和（GND）三种方式。（3）步进衰减器 （4）阻抗转换器2.前置放大器前置放大器对信号进行适当放大，并同时完成各种功能调节（包括增益微调、Y轴位移、极性转换等）和取出内触发信号。3.延迟线延迟线 对通过Y轴电路的被测信号适当延迟。4.后置放大器后置放大器将被测信号放大到足够大的幅度，用以驱动示波管的垂直偏转系统
7、，使电子束获得Y方向的满偏转。并完成垂直偏转因数“5”或“10”扩展功能。5.内触发放大器内触发放大器放大内触发信号用于启动水平扫描电路。12.图4.14 双踪示波器的基本组成框图 双踪示波器有五种工作方式：Y1、Y2、Y1Y2、断续和交替。（1）交替显示电子开关的转换受扫描控制电路的操纵，它的转换周期和扫描周期相等。如图4.15（a）所示。（2）断续显示电子开关工作于自激状态，不受扫描发生器的控制。两个信号的光点轮流地显示在屏幕上，如图4.15(b)所示。图4.15 双踪显示方式6.双踪显示原理双踪显示原理13.4.4.3 水平系统（水平系统（X通道）通道）示波器的水平系统包括三个部分：触发
8、电路；时基发生器；水平放大器。图4.16 水平系统总方框图1.触发电路触发电路为时基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、触发放大整形电路。（1）触发源选择 内触发（INT）外触发（LINE）电源触发 14.（2）触发耦合方式为了适应不同的被测信号频率，示波器一般设有如图4.17所示几种触发耦合方式。“DC”直流耦合 “AC”交流耦合 “AC”（H）图4-17（3）触发方式（TRIG MODE）选择触发方式通常有常态、自动和电视三种方式：常态触发方式（NORM）不同的触发极性和触发电平，触发点不同，即扫描起始点不同，则显示的波形也不相同，如图4.18所示。图4
9、.18 触发极性和触发电平不同对波形显示的影响15.不足点：在没有输入信号或触发电平调节不适当时，就没有触发脉冲输出，因而也无扫描基线。自动触发方式（AUTO）在无被测信号输入时仍产生扫描电压，一旦有触发信号，自激多谐振荡器由触发信号同步而形成触发扫描，一般测量均使用自动触发方式。电视触发方式（TV）产生行、场同步触发脉冲来实现电视触发功能，使示波器可用于电视信号的监测和电视设备的维修。TV-V：用于观测电视信号中的行信号波形。TV-H：用于观测电视信号中的场信号波形。（4）触发整形电路对任意的输入到触发电路的信号（波形复杂，频率、幅度、极性也不尽相同）进行放大、整形，变换为符合时基发生器要求
10、的边沿陡峭、宽度适中、极性和幅度一定的触发脉冲，以保证时基发生器的稳定工作。16.2.时基发生器电路（扫描发生器电路）时基发生器电路（扫描发生器电路）时基发生器也称扫描发生器环，主要由扫描闸门、扫描电压产生电路、比较和释抑电路组成，如图4.19（a）所示。（1）时基发生器电路的一般工作过程如图4.19（b）所示，图中，T1为锯齿波正程；T2为锯齿波回程；th为释抑时间；T0为静止期；T为锯齿波周期。图4.1917.图4.20 用施密特电路构成的时基闸门电路 （3）扫描锯齿波产生电路 密勒积分电路原理如图4.21（a）所示。积分器的输出电压：tCREdtRECuTTtTTout01（2）扫描闸门
11、 产生闸门信号。图4.20（a）用施密特触发器构成的时基闸门电路。V1、V2组成施密特触发器，起门控电路作用，V3为门开关管。18.（4）比较电路和释抑电路比较电路利用它的比较、识别电平的功能来控制锯齿波的幅度,使电路产生等幅扫描。释抑电路用来使扫描发生器电路在扫描逆程开始后,“抑止”扫描闸门，使“抑止”期间不再受同极性触发脉冲的触发，以便扫描锯齿波产生电路恢复到扫描的起始电平上。（5）扫描方式分类 扫描可分为连续扫描和触发扫描两种方式。图4.22 比较电路和释抑电路图4.21 密勒扫描电路原理 19.图4.23 连续扫描的波形显示图4.24 脉冲信号的连续扫描和触发扫描显示 连续扫描当扫描环
12、工作在自激状态时，扫描电压是周期性的锯齿波电压。触发扫描只有在触发脉冲作用下才产生一次扫描电压，即扫描环工作在它激状态。触发扫描时锯齿波可以是连续状态，也可以是间歇状态。20.图4.25 AB交替扫描显示方式（6）双扫描显示双扫描显示利用X轴电子开关使得能够以不同扫描速度分别显示同一波形的不同部分。水平通路有两个扫描通路:A扫描和B扫描(又称延迟扫描)。以A扫描通路为主，B扫描在A扫描开始工作后的某一时刻开始扫描，B扫描被A扫描所延迟，B扫描又称为延迟扫描。3.水平放大器 水平放大器是X轴主放大器，主要用来放大扫描锯齿波电压，将单端信号变为双端输出信号去驱动示波管的水平偏转板。同时还具有X位移
13、和扩展等功能。21.4.4.4 4.4.4 主机系统（主机系统（Z Z通道）通道）1.高低压电源 为示波器的各级电路提供所需的低、高压电源。2.显示电路和Z轴电路 包括阴极射线示波管和为示波管各个电极提供电压的电路、光迹旋转电路及Z轴电路。图4.27显示电路3.校准信号发生器产生基准方波信号，它为仪器提供校准信号源，以便随时校准示波器的垂直灵敏度和扫描时间因数等。返回22.4.5 示波器的选择和使用示波器的选择和使用1.根据被测信号特性选择根据被测信号特性选择2.根据示波器的性能选择根据示波器的性能选择示波器的主要性能指标有三个：（1）频带宽度和上升时间例如，若被测信号上升时间为60ns时，要
14、求示波器：4.5.1 示波器选择的一般原则示波器选择的一般原则ns20ns6031rtMHz5.1720/35.0YB或（2）垂直灵敏度（垂直偏转因数）垂直灵敏度是垂直偏转因数的倒数，它决定了被测信号在垂直方向的展示能力。（3）扫描速度扫描速度指扫描时间因数的倒数，它决定了在水平方向对信号的展示能力。23.1.使用时注意事项使用时注意事项2.使用方法使用方法（1）YB4320示波器的主要技术性能垂直系统：垂直系统：CH1和CH2的偏转因数:5mV/div5V/div，按1-2-5步进,共10档；上升时间：17.5ns；上冲：5%；最大输入电压：400V（DC+ACP-P）；输入阻抗：a.1M2
15、%，25pF3pF；b.经探极10M5，约17pF；垂直系统工作方式：CH1、CH2、CH1+CH2、双踪。水平系统：水平系统：扫描方式1、5；1、5交替扫描；扫描时间因数：0.1s/div0.2s/div5%，按1-2-5步进，共20挡；扫描扩展：20ns/div40ms/div。4.5.2 示波器的正确使用示波器的正确使用24.触发系统：触发系统：触发方式：自动，常态、交替、TV-V、TV-H；触发源：内触发（INT）、CH2触发、电源触发、外触发；触发极性：+、。X-Y工作方式：工作方式：CH1为X轴，CH2为Y轴；X轴带宽：DC500KHz；校准信号：校准信号：提供频率1KHz（2%）
16、，电平0.5V（2%）的方波信号。CH1输出：输出：输出电压最小20mV/div；输出阻抗约50；带宽50Hz5MHz（-3dB）。电源：电源：50Hz5%、220V10%25.（2）YB4320示波器的前、后面板示意图图4.2926.（3）YB4320示波器的基本操作说明（4）测量前的准备工作（5）信号测量的步骤第1步，将被测信号输入到示波器通道输入端。第2步，按照被测信号参数的测量方法不同，选择各旋钮的位置，使信号正常显示在荧光屏上，记下一些读数或波形。（6）输出信号3.示波器的校验图4.30是采用S04A示波器校准仪校准示波器的原理图。图4.30 仪器连接返回27.4.6 4.6 示波器
17、的基本测量方法示波器的基本测量方法 4.6.1 测量脉冲信号参数测量脉冲信号参数1.矩形脉冲测量的意义 2.测量方法 图4.31 示波器测量波形参数图4.31所示，已知Y轴偏转因数为1V/div，扫描偏转因数为 1 s/div，则可得测量结果为:上升时间：0.5div1s/div=0.5s脉冲宽度：5.7div1s/div=5.7s脉冲幅度：4.5div1V/div=4.5V28.1.直流电压测量直流电压测量 例如，若选择CH1输入信号，时基线在零电平的正方向（光迹上移）移动5div，Y1轴偏转因数为1V/div，则被测直流电压为5 div1V/div=5V。2.正弦电压测量正弦电压测量（1）
18、不含直流分量的正弦电压测量【例4-1】如图4.32（a）显示波形，如果Y轴偏转因数为1V/div，则峰-峰值Up-p、振幅值Um、有效值U分别：Um=3div1V/div=3 V Up-p=6 div1V/div=6V U=Um/=3/2.12V 4.6.2 测量电压测量电压图4.32 正弦电压测量29.4.6.3测量时间和频率测量时间和频率【例4-2】如图4.32（b），若Y轴偏转因数为1V/div，分别计算直流分量U0、峰点电压的瞬时值UP、峰峰值Up-p、振幅值Um、有效值U。解：U0=31 V/div=3V UP=4.5 div1 V/div=4.5 V Up-p=3 div1V/di
19、v=3 V Um=Up-p/2=3/2=1.5 VVUUm06.12/5.12/1.时间测量的原理时间测量的原理根据两点之间水平距离与扫描时间因数，计算被测时间间隔：=LDx/水平扩展倍数【例4-3】如图4.33（a），扫描时间因数为2s/div，水平扩展1，求a、c两点之间的时间间隔。=（2s/div6div）/1=12s（2）含有直流分量的正弦电压测量3参考电平的设定30.3.直接法测量频率直接法测量频率(周期周期)图4.33（a）测得的时间间隔即为该信号的周期T，该信号的频率f为：f=1/T=1/（1210-6）83.3kHz4.李沙育图形法测量频率李沙育图形法测量频率示波器工作在X-Y
20、显示方式，显示如图4.34波形，若水平线和垂直线分别与李沙育图形的交点数为nH=m，nV=n，则:nmnnffTTVHxyyx图4.33 时间的测量2.两个脉冲信号之间的时间间隔的测量两个脉冲信号之间的时间间隔的测量图4.34 李沙育图形31.1.测量原理测量原理相位的测量指两个同频信号之间相位差的测量。设任意两个同频不同相位的正弦信号表达式分别为：4.6.4 测量正弦信号的相位测量正弦信号的相位)sin(111tUum)sin(222tUumu2相对于u1的相位差为1212)()(tt2.双踪示波法双踪示波法利用示波器的双踪显示原理,同时西安市两个同频率的正弦信号。图4.35（a）相位差：弧度度2360acabacab32.图4.35 相位差的测量 3椭圆法椭圆法（又称为李沙育图形法）将两个正弦信号分别送入示波器的Y通道和X通道，使示波器工作在X-Y显示方式，这时示波器的荧光屏上会显示出一个椭圆波形。图4.35（b），相位差：2121arcsinarcsinyyxxuuuu返回33.第四章第四章 电子示波器电子示波器谢谢谢谢您的关注！您的关注！
