电子仪器测量第6章时域测量

泰克：示波器世界标准，第6章时域测量，本章重点：示波器的功能、分类、组成和波形显示原理，通用示波器的组成原理、特点和应用，采样技术在示波器中的应用，组成原理，信号采集和处理技术，数字示波器的特点和功能，三种图形仪器：时域示波器，频域光谱仪和数据域逻辑分析仪。1.示波器是一种基本的、应用最广泛的时域测量仪器。这是一种全息仪器。示波器可以使人们观察信号波形的全貌，测量信号幅度、频率和周期等基本参数，测量脉冲信号的脉宽、占空比、上升(下降)时间、过冲、振铃等参数，还可以测量两个信号的时间和相位关系。这些功能超出了其他电子仪器的能力。示波器已经从早期的定性观察发展到精确测量。示波器是其他图式仪器的基础。易于理解各种图形仪器，如扫频仪、频谱分析仪、逻辑分析仪和医用b超。(1)模拟通用示波器(采用单束示波器管实现显示，是目前最常用的示波器)。(2)数字数字存储示波器(带模数转换器、数字信号处理器等技术的数字示波器)。(1)带宽低于60兆赫的中低级示波器。(2)高等级示波器，带宽高于60兆赫，大部分低于300兆赫。更高档的频率范围从1千兆赫到2千兆赫。就性能而言，根据示波器的带宽可分为：3个示波器组件，y(垂直)通道：由探头、衰减器、前置放大器、延迟线和输出放大器组成。它本质上是一个多级宽带高增益放大器，主要对被测信号进行无失真线性放大，以确保示波器的测量灵敏度。x(水平)通道：由触发电路、时基发生器和水平输出放大器组成，主要产生适合被测信号的扫描锯齿波。显示屏：主要由阴极射线管组成，通常表示为阴极射线管(CathodeRayTube)，通常称为示波器管。目前，示波器管主要通过光点和光栅用作显示屏。此外，平板显示器是一颗冉冉升起的新星，发展迅速，特别是液晶显示器已经应用于示波器。目前，示波器主要用于示波器、薄膜晶体管液晶显示器和荧光屏显示器。本节重点介绍最广泛使用的示波器管和薄膜晶体管液晶显示屏。1、示波器管属于电真空装置，又称阴极射线管。(1)电子枪，其功能是发射电子并形成强度可控的极细电子束。它由以下几个部分组成：1 .灯丝F在交流低电压(如6.3V)下加热钨丝以加热阴极。阴极K是一种涂有氧化钡的金属(它的功函数很小，里面的自由电子很容易逃逸)。第一个栅格G1可以通过调节G1电位来调节示波器的亮度，并且经常放置在示波器面板上使用。当控制信号加到G1时，它的亮度可以相应地改变，信息可以传递，这就是所谓的示波器的Z轴电路。4。第二个网格G2将G1和A1分开，以减少亮度级别和焦点调节之间的相互作用。第一阳极A1和第二阳极A2形成聚焦电子束的电子透镜。第二阳极A2是一个较大的同轴圆柱体，电压较高，主要与A1形成一个电子透镜。第三阳极A3具有数万伏的高电压，用于加速电子束，因此也被称为后加速阳极。(2)。偏转系统。1.静电偏转-点法-使用干式示波器。2.磁偏转-光栅法-用于电视、计算机显示器和示波器。比例系数称为示波器管的偏转系数，单位为厘米/伏，其倒数dy=1/hy称为示波器管的偏转灵敏度，单位为厘米/伏。偏转灵敏度是示波器管的一个重要参数。(3)荧光屏在示波器管前表面内壁涂上一层荧光物质。荧光物质c余辉时间：当电子束从屏幕上移开时，光点仍能在屏幕上停留一段时间，然后消失。从电子束移动到光点：亮度降低到原始值的10%，持续时间称为余辉时间。极短的余辉小于10s；不同荧光材料的余辉时间不同：10 s 1 ms为短余辉(通常为蓝色，便于拍摄)；1 ms 0.1 s为中等余辉(通常为绿色，眼睛不易疲劳)；0.1s 1s为长余辉(通常为黄色)；大于1s的是很长的余辉(通常为黄色)。3.波形显示原理：1。显示随时间变化的图形，(1)。光点扫描显示原理，光点位置控制：(示波器管荧光屏)，-，光点在合力作用下移动，(2)。信号和扫描电压的同步。如果显示两个正弦波呢？(3)连续扫描和触发扫描，连续扫描：电源一接通，扫描线就可用，只有输入信号同步后，波形才稳定。触发扫描：启动时没有扫描线，只有在输入信号被触发后，波形才会稳定。2显示了两个变量Ux和Uy之间的关系，也就是说，可以绘制任何波形。使用这个功能，示波器可以变成一个X-Y绘图仪。1.李萨如图形：校准频率指示2。逻辑分析仪：0，1显示3。矢量示波器：颜色坐标，四个通用示波器，和一个通用示波器的组成。通用示波器是指最广泛使用的示波器之一。一般指除采样示波器和特殊或特殊示波器以外的各种示波器。6.4.2示波器Y(垂直)通道，示波器Y通道的任务是将被观察信号尽可能不失真地传到示波器管Y偏转板上。1。探针(探针)和耦合。注意：探针不能戴在月桂上，必须成对使用。否则，带宽为300兆赫兹的示波器的影响可能小于50兆赫兹。1)无源电压探头，输入电阻：1M10M输入电容：180pF18pF，拓宽了分频比：10: 1，扩大了示波器的量程上限，增加了RLC阻抗匹配网络，工作频率上限提高到300兆赫以上。对于DC或低频情况，以及对于高频情况，当满足R1C1=R2C2时，可以在宽频率范围内获得最佳补偿，使得信号不失真。示波器的衰减器实际上是由一系列RC分压器组成的。改变分压比可以改变示波器的偏转灵敏度。改变分压比的开关是示波器灵敏度粗调开关，它通常在面板上标有V/cm。一般来说，示波器的灵敏度按1、2和5步进，例如，10mV/cm20V/cm分成11档。延迟线、Y放大器、Y放大器使示波器能够观察微弱信号。y放大器应具有稳定的增益、高输入阻抗、足够宽的频带和对称的输出级。Y放大器通常分为前置放大器和输出放大器。宽带和高增益差分放大示波器的售价主要决定带宽。主要按钮是：垂直(Y)位移-调整Y放大器的DC电位，上下移动水平基线。跟踪有时y增益太大，基线跑出屏幕，按“跟踪”,放大倍率如果“放大倍率”设置为“5 ”,负反馈将减少，这将大大降低增益并将其拉回到基线。增益将增加5倍，便于观察微弱信号。示波器的X通道主要由扫描发生器环、触发电路和X放大器组成。(见前面第19张幻灯片：示波器示意图)，6.4.3示波器的X(水平)通道，1。触发电路，功能-为扫描门提供触发脉冲，1)触发源选择和“内部”触发：使用来自Y通道的测量信号作为触发信号，这是最常见的情况；“外部”触发：外部信号作为触发信号，但触发信号的周期应与被测信号有一定的关系。当被测信号不适合作为触发信号或比较两个信号之间的时间关系时，通常使用外部触发。“电源触发器”:当观察到与电源相关的信号时，“电源”触发器可以2)触发耦合模式，“DC”直接耦合：用直流或缓慢变化的信号触发时使用；“交流”交流耦合：如果由交流信号触发，设置交流模式，则电容器C1(约0.47F)将作为阻断功能；“低频抑制”:C1和C2(约0.01F)串联后的电容用于抑制信号中约2千赫以下的低频成分，主要目的是滤除信号中的低频干扰；“高频”高频耦合：C1和较小的C3(约1000pF)串联，只允许高频波通过；3)触发电平和触发极性选择用于使用户能够选择在测量信号波形的某一点产生触发脉冲，即自由选择从信号的某一点开始观察。2。扫描发生器环路(时基电路)，2)积分器(锯齿扫描电压产生，米勒积分器)，3)比较和抑制电路，4)触发扫描状态，看到3个脉冲：1，5个脉冲触发有效2，3个脉冲无用4个脉冲抑制注意：3次：t1，tp，t2 3次：tb，th，tw要求：thtb(抑制放电时间大于回扫时间)，在实践中，只要选择s/cm，扫描环路将自动扫出适当的时基线。(Tn/TS=n同步无需调整)，5)连续扫描状态，预设：E0E1环路自激Ch放电，直到E1打开栅极，扫描开始，直到上升，Ch充电，直到E2扫描结束，Ch再次放电。当有信号(触发脉冲2)时，环路被该信号同步。6)结论：通过调整E0(RW稳定性)，扫描环的智能添加可以使电路处于“正常”触发扫描状态；“自动”低频连续扫描状态；“高频”高频连续扫描状态，并且无论哪种扫描都能自动与被测信号同步。描述：以上是根据最简单的电路来描述环路的工作原理，实际电路更完善和先进。3。x放大器(见之前p17的框图)。1)功能：放大扫描锯齿电压，并将其对称地施加到水平偏转板上。2)特点：带宽比Y通道窄5-10倍，X-Y工作模式-X扩展-X放大器增益：5；10，6.4.4示波器的多波形显示，1。多行显示和多道显示，1)多行显示，两个电子束和两个Y通道相互独立，可以实时看到两个瞬态信号。这种能够产生多束电子束的示波器管技术要求更高，而且更昂贵。(2)多道显示，工作模式：ABA BA-B交替和中断。注意：是谁触发的？当A和B分别被触发时，比较时间关系是不方便的。a和b一起被触发，以便于时间关系的比较。(A)“交替”模式适用于观察高频信号，交替描绘A和B路径，以及非实时(每隔一周)比较；“间歇”模式适用于观察低频信号、多采样、准实时、不连续波形、丢失信息的可能性；2.双时基扫描，可同时看到全景和局部视图(雷达、特写镜头)；工作模式：一种工作模式；b重点a；延迟操作，6.4.5通用示波器的应用，1。通用示波器的主要技术指标，1)带宽、上升时间、Y通道带宽(Bw)，2)扫描速度，反映示波器在水平方向传播信号的能力。扫描速度是光点的水平移动速度。3)偏转灵敏度。偏转灵敏度Dy反映了示波器观察微弱信号的能力。单位为毫伏/厘米或伏/格。4)输入阻抗，示波器输入阻抗一般可以等效于并联的电阻和电容。5)扫描模式，示波器扫描模式可分为连续扫描和触发扫描，随着示波器功能的扩展，也有多种双时基扫描。主要有延迟扫描、组合扫描、交替扫描等。但此时示波器中有两套扫描系统。6)触发特性。为了在屏幕上稳定地显示测量信号，必须在某个触发脉冲的作用下产生扫描电压。2。通用示波器的选择原则，选择示波器的主要依据是上述技术性能指标，但最重要的是带宽。Trx=103.5？自从t3.通用示波器的基本测量方法。电压、频率、相位差和其他物理量可以用示波器测量。在实验中。我应该选择哪种示波器来观察10兆赫兹的正弦波以减少失真？我应该选择什么示波器来测量电视的视频信号？我应该选择什么示波器来测量电视的中频信号？我应该选择什么示波器来测量电视的高频信号？ 5x标准：示波器所需的带宽=测量信号的最大频率分量5 . ，30 MHz，120 MHz，20 MHz，3000 MHz，6 MHz，38 MHz，50 1000 MHz，500 MHz示波器，50MHz方波到底是什么样子？波形上升时间的缓慢幅度由于带宽不足而衰减。6.5采样技术在示波器中的应用。上述通用示波器是一种“实时示波器”。测量时间(一个扫描正范围)=测量信号的实际持续时间，所看到的就是正在发生的事情。但是，有两点小于：1。带宽为1500兆赫的周期性重复信号难以实现采样；2.单个和非周期性信号难以观察(拍照)存储；带宽的进一步增加受到以下因素的限制：(1)受示波器管工作频率上限的限制。(2)受Y通道放大器带宽的限制；(3)受时基电路扫描速度的限制。6.5.1采样示波器的基本原理，1。实时采样和非实时采样。取样的概念是用少量的间歇样品来表征一个连续和完整的过程。例如，电影和数字音频和视频技术都是基于采样技术。同样，要观察波形，可以在示波器上连续显示波形，或者在波形上采集多个采样点，并将连续波形转换为离散波形。只要有足够的采样点满足采样定理的要求，显示这些离散点也能反映原始波形的形状。上述采样方法称为“实时采样”。采样信号uo(t)的频谱比原始信号ui(t)的频谱宽。因此，实时采样不能解决示波器在观察高频信号时遇到的频带限制问题。非实时采样对一个信号波形不完成整个采样过程，但采样点分别取自几个信号波形的不同位置，如图6.47所示。条件：周期信号的连续采样间隔：如果m=10，1000，mtnt左m=1(每个周期一个点).那么波形将扩展得更宽。2.什么样的电压将被施加到两对偏转板以显示信号合成过程？由于mt的停留时间t，那么跳到下一点。可以看出，阶梯波应该同时加到X和Y偏转板上，以及6.5.2采样示波器的基本组成上。Y通道的作用是在采样脉冲的作用下，将高频信号转换成低频信号。扩展电路充当存储器，记录每个采样信号的幅度并将其加宽。水平系统的主要任务是产生时基扫描信号并产生t阶跃延迟脉冲发送到Y轴系统。6.5.3采样示波器参数，采样示波器除了一般示波器的性能指标外，还具有自己的技术参数。采样示波器的带宽主要由采样门(关键技术)决定，因为测量频率越高，所需的采样脉冲越窄。