第4章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 X Y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 TRIGMODE 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SinX 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LBLB log2 Er Erc 有效位数EBEB 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 s div 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4 344 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fs N 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 38YB4320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1 DS3012B技术指标表4 32 DS3012B的使用DS3012B的面板结构图4 39DS3012B的显示界面图4 40DS3012B数字存贮示波器的设置3 DS3012B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 Asin tuy k t nT NZ 2 ux Asin tuy Asin t 3 ux Asin tuy Acos t 4 ux Asin tuy Asin2 t7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 0707div 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 tr 40ns 2 SR 8双踪示波器fH 15MHz tr 24ns 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DCAC 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 26AB交替扫描方式 图4 2