示波测试和测量技术.ppt

主编 肖晓萍,电子测量实训教程第2版 电子教案,面向21世纪 高职高专系列教材,机械工业出版社,目 录 第1章 绪论 第2章 误差分析和测量数据处理 第3章 常用电子测量仪器 第4章 示波测试和测量技术 第5章 电路元器件参数的测量 第6章 电子电路参数的测量 第7章 频域测量 第8章 数据域测量 第9章 自动测试系统,第4章 示波测试和测量技术 本章要点 4.1 示波测试的基本原理 4.1.1 阴极射线示波管 4.1.2 波形显示的基本原理 4.2 模拟示波技术 4.2.1 模拟示波器的技术性能指标和组成 4.2.2 模拟示波器的垂直系统 4.2.3 模拟示波器的水平系统 4.2.4 示波器的多波形显示,4.3 数字存储示波技术 4.3.1 数字存储示波器的组成和基本功能 4.3.2 信号采样原理 4.3.3 波形显示技术 4.3.4 技术性能指标 4.4 示波器的基本测量技术 4.4.1 电压的测量 4.4.2 时间的测量,4.4.3 周期和频率的测量 4.4.4 相位差的测量 4.4.5 调幅度的测量 4.5 示波器的选择和使用 4.5.1 示波器选择 4.5.2 模拟示波器的使用 4.5.3 数字存储示波器的使用 4.6 实训 4.7 习题,本章要点 示波器的概念、测量功能 示波测试的基本原理 模拟示波器的组成及工作原理 数字存储示波器的组成原理 示波器的基本测量技术 示波器的选择和使用,根据目前示波器的性能和结构，一般可将示波器分为： 1模拟示波器 通用示波器 多束示波器 取样示波器 2数字示波器 数字存储示波器 数字荧光示波器 3混合示波器,第4章 示波测试和测量技术,4.1 示波测试的基本原理 4.1.1阴极射线示波管,示波管包括电子枪、偏转系统和荧光屏三大部分。如图4-1所示。 1.电子枪 电子束的聚焦 第三阳极A3的作用 2.偏转系统 3.荧光屏,4.2 模拟示波技术 模拟示波器中最常用的是通用示波器，以下均以通用示波器介绍模拟示波技术。,4.1.2 波形显示的基本原理 示波器显示波形，基本上有两种类型： 1.时域波形显示原理 2. XY显示原理,4.2.1 模拟示波器的技术性能指标和组成 1.主要技术性能 扫描时间因数 触发性能 垂直偏转因数 频带宽度（频域响应） 瞬态响应（时域响应） 2通用示波器的组成 通用示波器一般包括如图4-10（a）所示几个部分： 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4-10（b）所示,4.2.2 模拟示波器的垂直系统 垂直系统又称垂直通路或Y通道，它是被测 信号的通道。 垂直系统的基本组成：如图4-11所示 输入电路 前置放大器 延迟线 后置放大器 内触发放大器 4.2.3 模拟示波器的水平系统 组成包括三个部分：如图4-14所示 触发电路 时基发生器电路（扫描发生器电路） 水平放大器,触发电路 触发源选择 内触发（INT） 外触发（LINE） 电源触发 触发耦合方式 图4-15 “DC”直流耦合 “AC”交流耦合 “AC”（H） 触发方式（TRIG MODE）选择 常态触发方式（NORM） 图4-16 自动触发方式（AUTO） 电视触发方式（TV） 触发整形电路,时基发生器电路（扫描发生器电路） 在触发脉冲的作用下产生周期性锯齿波电压，经水平放大器放大后，送至水平偏转板，控制电子束在屏幕上由左向右的水平扫描，这种扫描称为线性时基扫描。 由扫描闸门、扫描电压产生电路、比较和释抑电路组成，如图4-17（a）所示。时基发生器电路的一般工作过程 4-17（b）。 扫描闸门 图4-18 扫描锯齿波产生电路 图4-19 比较电路和释抑电路 图4-20 扫描方式分类 连续扫描 图4-21 触发扫描 图4-22,4.2.4 示波器的多波形显示 荧光屏上同时显示几个波形的显示称为多波 形显示。 常见的方法有： 多线显示 （双线） 如图4-23 所示 多踪显示 双踪示波器显示方式：如图4-24所示 交替显示 断续显示 图4-25 双扫描显示 如图4-26所示,4.3 数字存储示波技术 4.3.1 数字存储示波器的组成和基本功能,1数字存贮示波器的组成 如图4-27所示 2数字存贮示波器的功能 可长期存贮波形 既能观测触发后的信息，也能捕捉触发前的信号。 可观测单次过程和突发事件 具有多种显示方式 能进行数据分析和处理 具有多种方式输出 可进行功能扩展,4.3.2 信号采样原理 1采样方式 如图4-28所示 实时采样 等效时间采样 序列式采样 随机采样 2采样速率 4.3.3 波形显示技术 1点显示技术 2点插入技术 向量式显示（线性插入） 正弦插入 改进型正弦插入 Sin X/X插入,所记录波形的长度 采样速率r 时基单位扫描长度,4.3.4 技术性能指标 有用存贮带宽:表示数字存贮示波器捕捉 信号的能力 有用上升时间 垂直精度和有效位 量化误差Er为 预期量化误差Erc 损失的位数LB LB=log2(Er / Erc) 有效位数EB EB=DB-LB 式中：DB数字化器件的位数。,4.4 示波器的基本测量技术 4.4.1 电压的测量 1直流电压测量 2正弦电压测量图4-29 不含直流分量的正弦电压测量 含有直流分量的正弦电压测量 3参考电平的设定 4.4.2时间的测量 1时间测量的原理 被测时间间隔： = LDx /水平扩展倍数 式中 时间间隔（s） L两点之间水平距离div） Dx扫描时间因数（sdiv）。 2两个脉冲信号之间的时间间隔的测量 图4-30,4.4.3 周期和频率的测量 直接测量法 李沙育图形法 如图4-31所示 4.4.4 相位差的测量 测量原理 双踪示波法 图4-32 椭圆法 图4-33 图4-34 4.4.5 调幅度的测量 如图4-35所示,4.5 示波器的选择和使用 4.5.1 示波器选择,1. 模拟示波器 频带宽度和上升时间 垂直灵敏度（垂直偏转因数） 扫描速度 2. 数字示波器 带宽 采样速率 采样速率与t/div的关系 fsN（t/div） 数字示波器的上升时间 存储器深度,4.5.2 模拟示波器的使用 1.使用时注意事项 2. YB4320双踪四迹示波器 主要技术性能 YB4320示波器的外观和前面板示意图图4-38 YB4320示波器的基本操作说明 测量前的准备工作 信号测量的步骤 输出信号,4.5.3 数字存储示波器的使用 以DS3012B数字存贮示波器为例 1DS3012B技术指标 表4-3 2DS3012B的使用 DS3012B的面板结构 图4-39 DS3012B的显示界面 图4-40 DS3012B数字存贮示波器的设置 3DS3012B的应用实例,4.6 实训,4.6.1 示波器的一般应用 一、实验目的 二、实验仪器 三、预习要求 四、实验内容和步骤 示波器的校准 直流电压的测量 正弦波电压幅度、周期的测量 五.实验报告要求 六. 思考题,4.6.2 示波器的特殊应用 一、实验目的 二、实验仪器 三、预习要求 四、实验内容和步骤 李沙育图形测量频率 直接测量调幅波的调幅系数 梯形法测量调幅波的调幅系数 五.实验报告要求 六. 思考题,4.6.3 各种交流电压的测量 一、实验目的 二、实验仪器 三、预习要求 四、交流电压表征概要 五、实验内容和步骤 交流信号频率的测量 交流信号电压的测量 六、实验报告要求 七、思考题,4.7 习题,1 叙述示波器显示时域波形的原理。 2 示波器的基本结构由哪三部分组成？各部分的主要作用是什么？ 3 延迟线的作用是什么？内触发信号可否在延迟线以后的电路引出？ 4 时基发生器由几部分组成？试简述其工作过程。 5 什么是“交替”显示和“断续”显示？各用在何场合？,6 当示波器X、Y偏转板上加以下电压时，用作图法绘出荧光屏显示的图形。 (1) ux = Asint uy =k(t-nT) N Z， (2) ux = Asint uy = Asint (3) ux = Asint uy = Acost (4) ux = Asint uy = Asin2t 7 在X、Y两对偏转板上加上图4-54所示电压，用作图法绘出屏幕上显示的波形。 8 使用带宽为100MHz的示波器测量脉冲的上升边，读得其值为15.6ns，已知测量误差为+30%，问脉冲的实际上升时间为多少？,9 有一个正弦信号，使用垂直偏转因数为10mV/div的示波器进行测量，测量时信号经10:1衰减探头加到示波器。测得在荧光屏上的高度为7.070 7div（峰峰值），问该信号的有效值为多少？ 10 已知示波器的Y偏转因数为0.5V/div，荧光屏有效宽度为10div，扫描时间因数为0.1ms/div。显示的波形如题图4-55。求被测信号的频率和周期为多少？振幅Um=？有效值U=？,11 若示波器的垂直偏转因数为10mV/div，扫描时间因数为1ms/div，绘出下述的波形。 （1）有效值为10mV、频率为500Hz的正弦信号。 （2）峰峰值为40mV、频率为200Hz的方波信号。 12 被测信号uy和扫描锯齿波ux的波形如题图4-56，若示波器的消隐电路失常，将显示何波形？,13 用示波器观测波形时，要达到如下要求，应调节哪些旋钮？ 波形清晰； 亮度适中； 波形稳定； 移动波形位置； 改变波形个数； 改变波形的高度。 14 一台示波器的垂直偏转因数在2mV/div挡，对它扩展“5”后，该挡的实际偏转因数为多少？,15 现有三种示波器，测量上升时间tr为80ns的脉冲波形，选用哪一种好？为什么？ （1）SBT5同步示波器fH =10MHz， tr40ns。 （2）SR8双踪示波器fH =15MHz，tr24 ns。 16 采用通用示波器测量矩形脉冲的上升沿。已知示波器的上升时间为15ns，测量该脉冲时读数为50ns，问矩形脉冲的实际上升沿为多宽？观察这种矩形脉冲时，示波器性能可否满足要求？,17 根据椭圆法测量相位差的原理，试用作图法画出相位差为和时的图形。说明该图形为什么是一条直线？ 18 用双踪示波法测量相位差，显示图形如图4-57所示，求相位差=？ 19 已知调幅波的瞬时波形如图4-58，求调幅系数m=？,图4.1 示波管的内部结构示意图,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,图4-4 电子在偏转板内的运动,电子偏转的距离 D,示波管的偏转因数S （单位： V/cm或V/div）,图4-5 波形显示原理,图4-6扫描电压与被测电压不同步,电子束在屏幕上运动的轨迹则由下列方程组决定：,（k,T为常数，n = 0,1,）,图4-7 两个同频率信号构成的李沙育图形,图4-9 瞬态响应的表示方法,图4-8 带宽的表示方法图,图4-10 通用示波器总方框图及其工作过程,图4-11 垂直系统的基本组成,图4-14 水平系统总方框图,输入电路 探头 输入耦合方式 DC AC （GND） 步进衰减器 阻抗转换器,图4-12,图4-13 耦合电路和衰减器,图4-15触发耦合方式,图4-16 触发极性和触发电平不同对波形显示的影响,图4-17 时基发生器的组成及工作波形,图4-18 用施密特电路构成的时基闸门电路,图4-19 密勒扫描电路原理,图4-20 比较电路和释抑电路,图4-21 连续扫描的波形显示,图4-22 脉冲信号的连续扫描和触发扫描显示,图4-23 双线示波器的基本组成原理框图,图4-24 双踪示波器的基本组成,图4-25 双踪显示方式,图4-2