示波器原理课件

第四章电子示波器,学习目标：1、了解电子示波器的基本功能和分类。2、掌握示波管的结构和功能，掌握示波显示的基本原理。3、能读懂示波器的组成框图，理解通用示波器的主要性能。4、理解数字存储示波器的特点及主要技术指标。5、掌握通用示波器和数字存储示波器的操作方法，会测量电压信号的常用参数！,4.1示波器概述,基本功能：1、直观显示电信号的时域波形图，并测量信号的电压，频率，周期，相位，调幅系数等参数。2、利用传感器，还能测量各种非电量甚至人体的某些生理现象。如医院里面的心电图特示仪。,4.2示波器分类,一、根据目前的发展现状，电子示波器可分为：模拟示波器数字示波器二、进一步细细划分电子示波器：1、通用示波器2、取样示波器3、存储示波器4、特种示波器,4.3示波测试的基本原理,思考：示波器的作用？一、示波器作用：1、电信号波形转换成人眼能直接观察的图像。2、观察我们的波形是否正确。（三角、正弦、方波，在维修电视机用的最多。）3、测试波形的幅度够不够。（波形电压幅度）4、测试波形的频率、周期是否符合要求。（f、T）,思考：示波器的作用已经了解了，那么它是怎么来实现以上功能的呢？要回答这个问题，就要知道示波器的结构和工作原理。二、示波测试原理示波器的核心部件是阴极射线示波管，通过它就可以来实现示波了。其结构:,阴极射线示波管构成:电子枪、偏转系统、荧光屏,4.3.1阴极射线示波管,一、电子枪作用：发射电子并形成很细的高速电子流撞击荧光屏发光二、电子枪的构成：灯丝（F、T）：阴极（k）控制栅极（G）第一阳极（A1）第二阳极(A2)后加速极（A3、C）,灯丝：加热阴极阴极：灯丝加热时发射电子控制栅极：控制射向荧光屏的电子流密度.调节电位器Rp1改变栅、阴极电位差来实现，故面板上标“辉度”。,第一阳极和第二阳极：对电子束加速作用，同时和控制栅极构成一个控制系统，起聚焦作用。调节w2、w3改变第一阳极和第二阳极的电位，恰当调节可使电子束恰好在荧光屏上会聚成细小点，保证波形清晰，因此问w2、w3称为“聚焦”和“辅助聚焦”,注意：在调节“辉度”时，会使聚焦受到影响，所以示波管的“辉度”和“聚焦”并非独立，二者要配合调节。后加速极A3：对电子束进一步加速，增加光迹辉度,偏转系统,偏转系统由两队相互垂直的偏转板组成。两队偏转板形成静电场，分别控制电子束在垂直和水平方向的偏转。,电子束的偏转规律,原理：运动带电粒子，进入电场后，受到电场力，而使其速度方向发生改变，导致偏转。公式:y=SyUySy-示波管垂直偏转灵敏度，单位是每伏厘米。符号cm/VUy-加于垂直两偏转板电压,1、Sy表示加在垂直偏转板上的每伏电压能引起的偏转距离，对于示波管确定了，Sy就是个常数。2、电子束在屏幕上偏转的距离正比于加到偏转板上的电压，这是示波测量方法的理论基础。3、必须指出，上述结论是加在偏转板上的电压是直流，但是对交流电压完全适用！4、通常，我们称Sy的倒数为示波管垂直偏转因数，表示光点在Y方向偏转1cm所需加在Y轴偏转板上的电压峰峰值。,荧光屏,1、示波管的屏幕是在它管内壁涂上一层磷光物质而制成的。2、原理：这种磷光物质的荧光屏膜受到高速电子束轰击后，形成光点，出现余辉时间。正是利用屏幕的余辉，当电子束随信号电压偏转时，我们就看到了由光点移动轨迹而形成的整个信号波形。,3、当高速电子束轰击荧光屏，动能转换成光外，还产生热。如果过密的电子束长时间集中于屏幕同一点时，由于过热使磷光物质发光效率降低，严重时把屏幕烧焦，所以在使用示波器时不应当使亮点长时间停留于一个位置。4、荧光屏中间平整部分称为有效面积，应该使波形映现在有效面积内。5、为了定量的进行电压大小和时间长短的测量，在荧光屏外加一个带水平和垂直刻度的有机玻璃片，便于计算波形参数。,波形显示原理,垂直偏转板上加一交变的正弦电压或其它交变信号：电子束所产生的亮点随电压的变化在y方向来回运动，如果电压频率较高，由于人眼的视觉暂留现象，则看到的是一条坚直亮线，其长度与正弦信号电压的峰峰值成正比，如图所示。如果在水平偏转板上加一个正弦交流电压，则会产生相类似的情况，只是光点在水平轴上移动罢了。,水平偏转板上锯齿波电压：电子束在线性增大电压的作用下，将匀速地从荧光屏左边运动到右边，当电压恢复到起始值时，电子束也回到起始位置，这种周而复始的过程称为扫描如果锯齿波电压频率较高，则会看到一根水平亮线，如图。锯齿波电压值与时间变化成正比，而荧光屏上光点的位移与电压值成正比，因此荧光屏上的水平亮线可以代表时间轴。在此亮线上的任何相等的线段都代表相等的一段时间。,如果将被测信号电压加到垂直偏转板上（如正弦电压），同时在X偏转板加一锯齿电压，电子束受竖直、水平两个方向的力的作用下，电子的运动是两相互垂直运动的合成。当两信号周期相等时，在荧光屏上显示出一个完整周期的正弦电压波形图。如图所示。,同步原理同步的概念：为了显示如图所示的稳定图形，只有保证正弦波的周期与锯齿波的周期相等，从而亮点扫完了一个周期的正弦曲线时，由于锯齿波这时马上复原，所以亮点又回到A点，再次重复这一过程，光点所画的轨迹和第一周期的完全重合，所以在屏上显示出一个稳定的波形，这就是所谓的同步。由此可知同步的一般条件为：Tx=nTy，n=1，2，3，其中Tx为锯齿波周期，Ty为正弦周期。若n=3，则能在屏上显示出三个完整周期的波形。,如果当被测信号电压的频率与锯齿波电压的频率不成整数倍数时，则荧光屏上不能获得稳定的波形，屏上出现的是一移动着的不稳定图形。这情形可用图说明。设锯齿波形电压的周Tx比正弦波电压周期Ty稍小，比方说Tx=nTy，n=7/8。在第一扫描周期内，屏上显示正弦信号04点之间的曲线段；在第二周期内，显示48点之间的曲线段，起点在4处；第三周期内，显示811点之间曲线段，起点在8处。这样，屏上显示的波形每次都不重叠，好象波形在向右移动。同理，如果Tx比Ty稍大，则好象在向左移动。以上描述的情况在示波器使用过程中经常会出现。其原因是扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不成整数倍，以致每次扫描开始时波型曲线上的起点均不一样所造成的。,4.3通用示波器,4.3.1通用示波器的基本组成由Y轴系统、X轴系统、主机系统等三部分组成（1）Y系统:衰减器、放大器、延迟线组成。起放大被测信号电压，使之达到适当幅度，驱动电子束作垂直偏转。（2）X系统：触发整形电路、扫描发生器、X放大器组成。扫描发射器产生锯齿波并放大，驱动电子束水平扫描，同步触发电路保证荧光屏上显示波形稳定。（3）主机系统：示波管、增辉电路、电源电路、校正信号发生器组成。增辉电路使扫描正程光迹加亮或使扫描回程光迹消隐。电源电路提供多种高低压电源。校正信号发生器则提供幅度周期都很准确的方波信号，用于示波器校正。,通用示波器的技术指标1、Y通道的频域与时域响应：频域响应，示波器的频带宽度上限频率和下限频率之差。瞬态响应，Y通道放大电路在方波脉冲输入信号作用下的过渡特性。2、偏转因素：输入信号无衰减的情况下，亮点在屏幕的Y方向上偏转单位长度所需的电压峰峰值。3、输入阻抗：通道的输入阻抗包括输入电阻和输入电容。