电子测量技术第二章电子示波器.ppt

1、第2章 电子示波器,2.1 概述 电子示波器(或称阴极射线管示波器)简称示波器，它是利用示波管内电子束的偏转，直接观测和真实显示随时间变化的一种观测仪器，可以把它看成是具有图形显示的电压表,1)模拟示波器 1)通用示波器 2)多束示波器 3)取样示波器 (2)数字存储示波器 (3)数字荧光示波器 (4)专用示波器 (5)逻辑示波器(逻辑分析仪,2.2 示波管波形显示原理 2.2.1 示波管 示波管是电子示波器的显示器件，也是示波器的心脏,图2.1 示波管的结构及供电电路示意图,1)电子枪 电子枪由灯丝F、阴极K、栅极G1、前加速极(G2或称第二栅极)、第一阳极A1和第二阳极A2组成。其作用是发

2、射电子并形成很细的高速电子束，撞击荧光屏而发光,图2.2 电子束的偏转规律,2)静电偏转系统 在示波管中的第二阳极A2的后面，有两对相互垂直的平行金属板(偏转板)组成静电偏转系统，Y轴偏转板在前(靠近第二阳极A2)，X轴偏转板在后。当给每对板加上电压时，两对偏转板各自组成静电场，分别控制电子束在垂直方向和水平方向的偏转,电子束在荧光屏上形成的亮点偏移距离y与加到偏转板上的电压UY成正比，即 (3)荧光屏 荧光屏是在示波管末端的一个圆形曲面或矩形屏面。屏的内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜，在高速电子束的轰击下，磷,光物质被激发而发出可见光，形成亮点。当电子束随信号电压偏转时，这个亮点的移动轨迹就

3、形成了信号的波形。 示波管按磷光物质的余辉时间可分为： 短余辉S1 ms，用于高频示波器来测量高速信号,长余辉S100 ms，用于低频示波器观察医疗生物或雷达。 中余辉S 1100 ms，用于一般示波器。 2.2.2 波形显示原理 (1)示波器显示是电子束受水平垂直电压共同作用的结果,电子束通过独立的垂直(或水平)偏转板后，在荧光屏上垂直(或水平)偏转板的距离，正比于加在垂直(或水平)偏转上的电压，这是示波器可以用来观测被测信号波形的基础。 当X、Y两副偏转板上不加任何信号电压时，则电子束不受到电场力的作用，亮点则处于荧光屏的中心位置,当只有Y轴偏转板上加一个随时间作周期变化的被测电压，则电子

4、束沿垂直方向运动，其轨迹为一条垂线，如图2.3(a)所示。若只在X偏转板上加一个周期性电压，则电子束运动轨迹为一条水平线，如图2.3(b)所示,当X、Y偏转板都加同一信号，则电子束同时受到两对偏转板的电场力的作用而向合成方向运动，其亮点是一条斜线，如图2.2.3(c)所示,若在Y轴加被测信号电压uy的同时，在X偏转板上加一个随时间线性变化的锯齿波电压ux，则在uy、ux的共同作用下，荧光屏上显示出真实的被测信号波形，如图2.3(d)所示,图2.3 波形显示原理,2)扫描 由于锯齿波电压随时间线性变化，即沿水平方向的偏转距离与时间成正比，也就是使光点在水平方向做恒速运动，水平X轴即成为时间轴，由

5、它单独重复作用在荧光屏上显示一条水平的扫描线称为“时间基线”，锯齿波电压也称为扫描电压,图2.4 TX=2TY 时显示的波形,3)同步 若被测信号电压的周期为TY，而锯齿波扫描电压的周期TX正好等于TY，则在其作用下，亮点轨迹正好是一条与被测信号相同的曲线,图2.5 不同步的波形,2.3 示波器的基本原理 2.3.1 示波器的基本组成 (1)示波器的组成框图 虽然示波器种类繁多，但一般示波器都包括如图2. 6所示的几个基本组成部分。 垂直系统(Y轴系统，Y通道) 水平系统(X轴系统、X通道) 主机系统,图2.6 示波器组成框图,2)示波器的主要技术性能 1)垂直系统的带宽和上升时间 2)灵敏度

6、和偏转因数 3)扫描速度、时基因数、扫描时间和扫描频率 4)输入阻抗和输入方式 5)扫描方式 6)触发特性,2.3.2 示波器的垂直系统 示波器的主要任务是不失真地显示被测信号，而由于示波器的偏转板只能接收一定幅值的信号，而且示波管的灵敏度很低，因而采用垂直通道来放大被测的很小的微伏信号或衰减很高的大信号，还有加有倒相及延时功能,图2.7 Y通道基本组成,1)输入电路 Y 通道输入电路的基本作用是引入被测信号，为前置放大器提供良好的工作条件，并在输入信号和前置放大器之间起阻抗变换、电压变换作用,图2.8 输入电路方框图,1)输入衰减器,则衰减器的衰减比为 2)阻抗变换倒相电路。 3)探头 (2

7、)延迟线 (3)Y轴放大器,图2.9 输入衰减器,图2.10 示波器探头的使用和校正方法,2.3.3 示波器的水平系统 (1)扫描电路环 1)工作原理 2)闸门电路 3)扫描电压发生器 4)释抑电路 5)触发电路 (2)X通道放大器,图2.11 水平系统方框图,图2.12 典型闸门电路,图2.13 密勒电路图,图2.14 释抑电路,2.3.4 双踪显示原理 (1)双踪显示功能 能够显示两个时间相关信号的形状、相位和幅度关系。例如，测量放大器、衰减器和滤波器等二端口网络的输出和输入信号，以便对它们进行波形比较、分析和研究,能够将被测信号与标准信号进行比较。例如，将被检测信号的与标准产品中的波形进

8、行比较，以便迅速进行调试或找到故障部位。 能够较方便地实现并显示两个信号波形的“和”、“差,与普通示波器比较，可以提高测量效率及测量准确度。例如，将带干扰的被测信号与倒相的干扰信号相加显示，可将干扰信号抵消掉，即可提高被测信号的信噪比。 (2)双踪显示原理 1)与普通示波器间的区别 2)双踪显示方式,图2.15 双踪示波器原理框图,图2.16 双踪显示形式,2.4.1 示波器的选择与正确使用 (1)示波器的选择 对于测量脉冲的情况，其上升时间与示波器带宽之间的关系为 (2)探极的选用 (3)示波器与被测电路的连接,2.4.2 基本示波测量 (1)测量前的准备工作 (2)电压幅度的测量 1)直流电压的测量 根据扫描线偏移的距离，则可得到被测点的电压值为,图2.17 直流电压的测量,2)交流电压的测量 若已知Y通道的偏转因数，则可求得被测电压值 3)时间测量 周期测量,图2.18 交流电压的测量,图2.19 波形周期的测量,测量脉冲上升(或下降)