电子测量,曾涛或王化深第三章

第三章示波测试和测量技术一、概述二、示波测试的基本原理三、示波器多波形显示四、取样技术在示波测量中的应用五、波形的存储和记忆六、示波器的使用第三章

示波测试及测量技术一、概述：1931年美国无线电公司发明。特点：1、直接观测和真实显示被测波形。可显示脉冲信号的前后沿、脉宽、上升下降时间。2、是时域测试典型仪器，能检测信号波形是否正常，有无失真以及相关关系。3、X-Y图示仪。4、是多种电量和非电量测试和测量中的基本测试仪器。分类通过描绘被研究的信号随时间的变化，可用于调试电子电路、维修仪器设备。是构成其他两个测试领域的仪器设备的基础。根据示波器的性能和结构，分为：通用示波器；多束示波器；取样示波器；记忆、存储示波器；专用或特殊示波器。二、示波测试的基本原理：衰减Y前置放大器延迟线Y输出放大器扫描发生器环触发电路X放大器电源输入输入XY外触发输入校准信号发生器校准输出s2Y通道X通道s150Hz电源灯丝阴极K栅极G1G2阳极A1A2FY2Y1X2X1电子枪偏转系统一、阴极射线示波管示波管由电子枪、偏转系统、荧光屏组成电子枪KA1A2G1G2_+辉度聚焦辅助聚焦荧光屏偏转系统X偏转板Y偏转板A2VabVy+_

s

Ly灵敏度：D’y=1/h’y二、图象显示的基本原理：示波器图象显示原理分为显示y=f（t）图形和显示任意两波形关系变量的图形。1、显示y=f（t）时变图形（1）、扫描A、偏转特性：测试信号波形的理论依据是：示波器CRT偏转特性——静电特性，yVy，x

Vx光点在锯齿波作用下扫动的过程称为扫描，从左到右称为扫描正程，从右到左为回程。B、扫描的同步TsTnTnTn=2TsTn=Ts+1/4Ts为得到稳定的波形，必须保证同步关系，即Tn=NTsN-为整数C、连续扫描和触发扫描

Ts被测脉冲连续扫描Tn=TstTntTn连续扫描Tn=t触发扫描tvy**连续扫描的特点：1、扫描发生器连续工作；2、无输入信号时显示一条时基线；**触发扫描的特点：1、被测脉冲到来时扫描一次；2、平时为等待扫描状态；3、主要用于观测占空比很小的脉冲，扫描电压持续时间的选择应等于或稍大于脉冲底宽。在有的示波器上，会有一个按钮来进行选择。D、关于增辉、消隐存在的问题解决的办法如图所示：扫描正程时加上增辉脉冲，电子枪KG1G2_+辉度聚焦辅助聚焦荧光屏A1A2增辉消隐！对于触发扫描，扫描正程增辉可避免无信号时中心亮点毁坏屏幕。E、扫描信号锯齿波的产生#对于扫描信号要求：

要求波形线性好，下降快；如线性不好时，信号观测会产生失真，下降不够快时，会出现回扫。

如图所示，X通道主要功能即为产生扫描信号。衰减Y前置放大器延迟线Y输出放大器扫描发生器环触发电路X放大器电源输入X校准信号发生器校准输出s2Y通道X通道s1输入Y外触发输入50Hz电源扫描门积分器比较和释抑电路增辉至X放大器E扫描发生器环1、扫描门：采用施密特电路E2E1tt0V0

又称为时基闸门，连续扫描时，没有触发信号也有门控信号输出；触发扫描时只有在触发脉冲作用下才应产生触发信号。输入端由三个方面信号控制：稳定度——提供直流电位触发电路——触发脉冲释抑电路——释抑信号

2、积分器：采用密勒积分器，使荧光屏上水平距离代表时间RAViVoT+EC（1）、使荧光屏上水平距离代表时间（2）（3）扫描速度粗调——改变R或C

扫描速度微调——改变E或改变X放大器的增益扫描速度（t/cm）

3、比较和释抑电路作用：通过判断积分器输出电压来控制扫描门关闭，同时使积分器复位。复位过程即为回扫过程。E0E1E2Vrt12t1t1´t2t3t4t5

连续扫描时，稳定度旋钮电平E0大于上触发电平E1

触发扫描时，E0介于E1与E2之间脉冲到来时触发E1E0E2Vr释抑电路充电释抑电路放电释抑电路充电释抑电路放电（2）、触发电路作用：产生周期与被测信号有关的触发电路脉冲，加至扫描门。组成：方式开关、电平旋钮、极性开关、S1开关组成。+–DCHFAC低抑内外+–+–+–电源电平方式极性AC“极性”决定上升沿或下降沿触发“电平”决定正半周或负半周触发方式开关决定不同的耦合方式：AC、DC1、正极性，正电平触发点2、负极性，正电平触发点3、正极性，负电平触发点4、负极性，负电平触发点2、显示两个任意变量的关系李沙育图形，例题1

示波功能的扩展，例题21、多线示波器发射多个相互独立的电子束，多枪多束或单枪多束；常用双线示波器。缺点：工艺要求较高，价格较贵。2、多踪示波器组成与普通示波器类似，增加了一个电子开关，具有多个垂直通道。电子开关的切换或转换方式有交替和断续两种，属于时间分割方式。三、示波器多波形显示A门电子开关B门垂直位移垂直位移A通道输入B通道输入至垂直偏转板双踪示波器Y通道方框图：“交替”方式“断续”方式3、双扫描示波显示前置放大延迟线A触发A扫描A门电压比较B触发B扫描电子开关Y线分离B门X放大Y放大Rp功能：在观察一个脉冲序列的同时，可以仔细观察其中一个或部分脉冲的细节有两个独立的触发和扫描电路，扫速可相差很多倍延迟触发电平被测信号A触发A扫描B触发B扫描A增辉B增辉合成增辉双扫描示波器的有关波形四、取样技术在示波测量中的应用取样分为实时取样非实时取样实时取样：指在信号经历的实际时间内对一个信号波形进行取样。缺点：不能解决示波器在观测高频信号时所遇到的频带限制的困难。非实时取样：取样点分别取自若干个信号波形的不同位置。优点：解决了实时取样的缺点。Tt2t3t4t5tt1t2t3t4t5t6123456五、波形的存储和记忆记忆示波器——利用记忆示波管组成的电路，可记忆一周左右。数字存储示波器六、示波器的使用（一）、工作特性和选用1、工作特性：（1）、偏转灵敏度:10V--10nV，体现测量强弱信号的能力。（2）、扫描速度Ss：10S/cm--1nS/cm（3）、带宽：仪器响应降低3dB时的上限频率。信号上升时间/示波器对信号的上升时间测量误差1/141%3/15.2%5/12%10/10.5%结论:示波器带宽越宽，上升时间越短，测量误差越小。2、示波器的选用依据：1、根据工作特性2、性能价格比3、测量的准确度4、通道数5、数据处理方式6、采样速率7、评价存档能力8、易使用（二）、基本测量技术1、电压测量直接法比较法位移法2、时间测量直接法时标法位移法掌握各种方法的原理、使用，及其优缺点。3、相位测量线形扫描法李沙育图形法测相位

返回4、调幅系数测量梯形法Y通道X通道包络法示波器BA（三）、正确使用1、探头配套使用2、注意电压高低3、注意保护屏幕4、注意通电阶梯波电压发生器集电极扫描电压YXCEB返回50Hz全波整流波形取样电压保证阶梯波扫描电压的周期为集电极扫描电压周期的整数倍晶体三极管输出特性本章内容及要求1、掌握示波测试的基本原理及示波器显示稳定波形的基本原理——触发和扫描；2、掌握通用示波器的基本组成及其工作特性；3、掌握双扫描系统基本原理及双踪双扫描示波器的显示方式；触发分为：内触发外触发电源极性电平扫描：同步问题框图4、了解CRT偏转特性及其电子枪中两个电位关系；5、了解波形的存储，及取样技术在示波测量中的应用。示波器中增辉和消隐在模拟示波器中，存储和取样技术的实现。功能：在观察一个脉冲序列的同时，可以仔细观察其中一个或部分脉冲的细节双扫描示波器：双踪示波器显示方式：交替和断续6、了解数字示波器和逻辑分析仪原理及应用本章重点：示波测试的基本原理、基本测量技术、基本测量方法、工作特性及数字示波器、逻辑分析仪的原理组成和特点。本章作业：示波测试的应用、有关触发和扫描的基本概念、双扫描系统的基本原理、示波器的正确选择及故障分析。第四章KGA1A2YXK1K2G11G12G21G22收集极存储介质存储栅网写入电子枪偏转系统读出电子枪记忆和显示部分返回栅网式存储示波管水平放大器输入衰减器输入放大器触发电路A/D转换器D/A转换器逻辑控制电路(微处理器)地址计数器D/A转换器GPIB控制器记录输出控制器扫描发生器延迟线垂直放大器存储实时实时存储存储输入外触发CRT存储器(RAM)数字示波器可以方便的实现对模拟信号进行长期存储;可以利用机内微处理器对存储的信号进行进一步的处理;例如:自动测量被测波形的频率、幅度、前后沿时间、平均值等数字示波器分为实时和存储两种工作模式；当为存储模式时，工作过程分为存储和显示两个阶段当为实时工作模式时，原理与传统模拟示波器基本一样。取样器模-数变换存储器取样器模-数变换存储器时基电路处理器显示晶体振荡器时钟前置放大器输入1输入2外触发数字示波器的输入电路与模拟示波器的输入电路相似；数字示波器的时基电路的功能与模拟示波器不同，它是一个晶体振荡器，测量触发信号和取样时钟之间的时间差，处理器根据此时间差确定将波形取样放在显示器上什么位置。被测信号取样脉冲取样值RAM地址数据A0A1A2A3A4A5A7A8A9A10A11A6D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11取样和存储过程地址数据A0A1A2A3A4A5A7A8A9A10A11A6D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11读出和显示过程读出数字量X通道扫描信号荧光屏显示数字示波器的技术指标、特点及应用技术指标1、最大取样速率单位时间内完成的完整A/D转换的最高次数2、存储带宽3、分辨率包括水平和垂直分辨率4、存储容量5、读出速度数字存储示波器的特点：1、可观测甚低频信号波形；2、可长期存储波形3、可进行负延迟；可同时观察到触发点前、后的波形，有利于观察振荡器起振的过程。触发点4、便于观测单次过程和缓慢变化的过程可用于观察地震、金属断裂、武器发射、材料变形等单次过程和缓慢变化过程。5、多种显示方式卷动例如：适合于连续波形中寻找所需信号的两种显示方式适用于在缓慢变化中的信号寻找所需的信号。新波形老波形改写点自动抹迹每满足一次触发条件，新存储的波形就覆盖原波形。6、便于数据处理7、可用字符显示测量结果8、便于程控和用多种方式输出9、便于进行功能扩展例如：可扩展为同时显示时、频域波形的仪器。HP54645D示波器应用1、模拟信号观测2个输入通道；2、数字信号观测：16个数字输入通过对数字逻辑信号测量的设置操作，对通道数字输入状态进行测量3、触发方式设置边沿触发触发电平4、触发类型AUTO:自动触发AutioLvl:自动电平触发Normal:常态触发模式触发:对信号通道设置触发类型,可以是数字编码或者是模拟通道的信号。先进触发包括毛刺触发、模式触发和TV触发。1、毛刺触发可通过对毛刺的极性和宽度进行定义产生触发。2、模式触发设置信号的码型模式作为触发信号。3、TV触发对电视信号进行观测时使用。逻辑分析仪原理、组成4、基本组成触发识别数据获取数据存储数据显示3、数据域测试典型代表;1、数据域分析：以离散时间或事件为自变量的数据流。2、数字系统的特点通常是按时续传递多位传输传递方式多样速度变化范围宽单次或非周期信号故障判别数据采集探头输入寄存器FIFO存储器触发识别器内时钟发生器显示发生器++CRT门限电平设定外时钟输入0通道1通道N通道触发字置入外触发输入触发信号触发识别:为了捕获和显示感兴趣的内容，触发识别电路用于寻找触发字或触发事件。数据获取：在时钟作用下，通过多路数据采集探头，与设定的门限电平进行比较，判为0、1两种状态后存入输入存储器。数据存储：存储采集到的数据。通常采用先进先出（FIF