第5章 电子示波器课件

1、第第5章章 电子示波器电子示波器第第5章章 电子示波器电子示波器 5.1 概概 述述5.2 模拟示波器模拟示波器5.3 双踪和双线示波器双踪和双线示波器5.4 高速和取样示波器高速和取样示波器5.5 记忆示波器记忆示波器5.6 数字存储示波器数字存储示波器第第5章章 电子示波器电子示波器5.1 概概 述述 电子示波器简称示波器。它是一种用荧光屏显示电子示波器简称示波器。它是一种用荧光屏显示电量随时间变化过程的电子测量仪器。电量随时间变化过程的电子测量仪器。它能把人的肉它能把人的肉眼无法直接观察的电信号，转换成人眼能够看到的波眼无法直接观察的电信号，转换成人眼能够看到的波形，具体显示在示波屏幕上

2、，以便对电信号进行定性形，具体显示在示波屏幕上，以便对电信号进行定性和定量观测，其它非电物理量亦可经转换成为电量使和定量观测，其它非电物理量亦可经转换成为电量使用示波器进行观测，因此示波器是一种广泛应用的电用示波器进行观测，因此示波器是一种广泛应用的电子测量仪器，它普遍地应用于国防、科研、学校以及子测量仪器，它普遍地应用于国防、科研、学校以及工、农、商业等各个领域。工、农、商业等各个领域。第第5章章 电子示波器电子示波器5.1.1 示波器的分类示波器的分类1. 从性能和结构出发，可将示波器分为从性能和结构出发，可将示波器分为模拟示波模拟示波器器、数字示波器数字示波器、混合示波器混合示波器和和专

3、用示波器专用示波器。 (1) 模拟示波器模拟示波器第第5章章 电子示波器电子示波器 通用示波器通用示波器： 采用采用单束示波管单束示波管的示波器。这类示波器的示波器。这类示波器采用单束示波管，有采用单束示波管，有单踪型单踪型和和多踪型多踪型，能够定性、定量地观，能够定性、定量地观测信号，是最常用的示波器。多踪示波器是采用单束示波管测信号，是最常用的示波器。多踪示波器是采用单束示波管而带有电子开关的示波器，它能同时观测几路信号的波形及而带有电子开关的示波器，它能同时观测几路信号的波形及其参数，或对两个以上的信号进行比较。其参数，或对两个以上的信号进行比较。 多束示波器多束示波器：采用：采用多束示

4、波管多束示波管的示波器。与通用示波的示波器。与通用示波器的叠加或交替显示多个波形不同，其屏上显示的每个波形器的叠加或交替显示多个波形不同，其屏上显示的每个波形都由单独的电子束产生，能同时观测、比较两个以上的波形。都由单独的电子束产生，能同时观测、比较两个以上的波形。 取样示波器取样示波器：它根据取样原理：它根据取样原理将高频信号转换为低频将高频信号转换为低频信号信号，然后再用通用示波器显示其波形。这样，被测信号的，然后再用通用示波器显示其波形。这样，被测信号的周期被大大展宽，便于观察信号的细节部分，常用于观测周期被大大展宽，便于观察信号的细节部分，常用于观测300MHz以上的高频信号及脉冲宽度

5、为纳秒级的窄脉冲信号。以上的高频信号及脉冲宽度为纳秒级的窄脉冲信号。目前已被数字存储示波器或数字取样示波器所取代。目前已被数字存储示波器或数字取样示波器所取代。第第5章章 电子示波器电子示波器 (2) 数字示波器数字示波器 数字存储示波器数字存储示波器DSO (Digital Storage Oscilloscope)它能将电信号它能将电信号经过数字化经过数字化及后置处理后及后置处理后再重建波形再重建波形，具，具有记忆、存储被观测信号的功能，可以用来观测和比较单次有记忆、存储被观测信号的功能，可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速信号以及在不同时间或不同过程和非周期现象、低频和慢速

6、信号以及在不同时间或不同地点观测到的信号。它往往还具有丰富的地点观测到的信号。它往往还具有丰富的波形运算能力波形运算能力，如，如加加、减减、乘乘、除除、峰值峰值、平均平均、内插内插、FFT、滤波滤波等，并可等，并可方便地与计算机及其它数字化仪器交换数据。方便地与计算机及其它数字化仪器交换数据。第第5章章 电子示波器电子示波器第第5章章 电子示波器电子示波器 数字荧光示波器数字荧光示波器DPO (Digital Phosphor Oscilloscope) 采用先进的数字荧光技术，能够通过多层次辉度或彩采用先进的数字荧光技术，能够通过多层次辉度或彩色显示长时间信号色显示长时间信号，具有传统模拟示

7、波器和现代数字存储，具有传统模拟示波器和现代数字存储示波器的双重特点。示波器的双重特点。DSO使用串行处理的体协结构来捕获、使用串行处理的体协结构来捕获、显示和分析信号；而显示和分析信号；而DPO应用并行结构体系采用应用并行结构体系采用ASIC硬硬件构架捕获波形图象，提供高速率的波形采集率，信号的件构架捕获波形图象，提供高速率的波形采集率，信号的可视化程度很高。可视化程度很高。 第第5章章 电子示波器电子示波器第第5章章 电子示波器电子示波器(3) 混合示波器混合示波器混合信号示波器是把混合信号示波器是把数字示波器数字示波器对信号细节的分对信号细节的分析能力和析能力和逻辑分析仪逻辑分析仪对多通

8、道的定时测量能力组合在对多通道的定时测量能力组合在一起的仪器，例如一起的仪器，例如Agilent 6000系列示波器。系列示波器。第第5章章 电子示波器电子示波器(4) 专用示波器专用示波器不属于以上几类、能满足特殊用途的示波器称为不属于以上几类、能满足特殊用途的示波器称为专用示波器或特殊示波器。例如监测和调试电视系统专用示波器或特殊示波器。例如监测和调试电视系统的的电视示波器电视示波器，主要用于调试彩色电视中有关色度信，主要用于调试彩色电视中有关色度信号幅度和相位的号幅度和相位的矢量示波器矢量示波器等等。等等。第第5章章 电子示波器电子示波器Agilent 89600系列矢量信号分析仪系列矢

9、量信号分析仪可以用星座图、眼图、网格图或频谱图显示可以用星座图、眼图、网格图或频谱图显示测量结果，可以检测符号间干扰、正交平衡和误测量结果，可以检测符号间干扰、正交平衡和误差、杂散响应等，测量载波峰值、时间和幅度上差、杂散响应等，测量载波峰值、时间和幅度上的状态跃变等。除外，还可以用三维显示信号随的状态跃变等。除外，还可以用三维显示信号随时间变化的行为，信号幅度以彩色或灰度表示。时间变化的行为，信号幅度以彩色或灰度表示。第第5章章 电子示波器电子示波器2. 根据目前示波器发展现状，示波器可分为以下九类：根据目前示波器发展现状，示波器可分为以下九类： 模拟示波器模拟示波器：简易示波器、示教示波器

10、、高灵敏：简易示波器、示教示波器、高灵敏度示波器、慢扫描度示波器、慢扫描(超低频超低频)示波器、多线示波器及多踪示波器、多线示波器及多踪示波器等。示波器等。 取样示波器取样示波器：高阻取样示波器、低阻取样示波器：高阻取样示波器、低阻取样示波器及时域反射仪等。及时域反射仪等。 存储示波器存储示波器：记忆示波器及数字存储示波器等。：记忆示波器及数字存储示波器等。 数字智能化示波器数字智能化示波器：数字读出示波器、数字处理：数字读出示波器、数字处理示波器及智能化示波器等。示波器及智能化示波器等。第第5章章 电子示波器电子示波器 电视示波器电视示波器：矢量示波器、波形监视器及选行示：矢量示波器、波形监

11、视器及选行示波器。波器。 逻辑分析仪逻辑分析仪：逻辑示波器及逻辑分析仪等。：逻辑示波器及逻辑分析仪等。 XY示波器示波器：XY示波器及立体场示波器等。示波器及立体场示波器等。 显示器显示器：CRT终端及监视示波器等。终端及监视示波器等。 特点示波器特点示波器：高压示波器、行波示波器及雷达示：高压示波器、行波示波器及雷达示波器等。波器等。第第5章章 电子示波器电子示波器5.1.2 电子示波器的电子示波器的基本特点基本特点是：是： 能显示信号波形，可测量瞬时值，具有能显示信号波形，可测量瞬时值，具有直观性直观性； 输入阻抗高输入阻抗高，对被测信号影响小；，对被测信号影响小； 测量测量灵敏度高灵敏度

12、高，并有较强的过载能力。目前示波器，并有较强的过载能力。目前示波器的最高灵敏度可达到的最高灵敏度可达到4V/Div (伏格伏格)； 工作频带宽工作频带宽，速度快速度快，便于观察高速变化的波形的，便于观察高速变化的波形的细节。目前示波器的频率带宽可达细节。目前示波器的频率带宽可达6GHz，采样率可达，采样率可达20GSa/s（Agilent 54855A）；）； 在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流量的函数关系，故可作为比较信号用的高速量的函数关系，故可作为比较信号用的高速X-Y记录仪记录仪。第第5章章 电子示波器电子示波器5.1.3 示波器的

13、示波器的主要用途主要用途是：是： 观测电信号观测电信号波形波形。 测量电压电流的测量电压电流的幅度幅度、频率频率、时间时间、相位相位等电等电量参数。量参数。 显示电子网络的显示电子网络的频率特性频率特性。 显示电子器件的显示电子器件的伏安特性伏安特性。示波器除直接用于示波器除直接用于电量测试电量测试外，也可配以其他设外，也可配以其他设备组成备组成综合测量仪器综合测量仪器。第第5章章 电子示波器电子示波器5.1.4 示波器的主要技术性能示波器的主要技术性能 为了正确选择和使用示波器，须了解以下六项最为了正确选择和使用示波器，须了解以下六项最重要的性能指标。重要的性能指标。 1. 频率响应频率响应

14、(频带宽度频带宽度) 示波器最重要的工作特性就是频率响应示波器最重要的工作特性就是频率响应fh，也叫带，也叫带宽宽。这是指垂直偏转通道。这是指垂直偏转通道(Y方向放大器方向放大器)对正弦波的幅对正弦波的幅频响应下降到中心频率的频响应下降到中心频率的0.707(-3dB)的频率范围。的频率范围。第第5章章 电子示波器电子示波器 由于信号通过线性电路时，输出信号的频谱由于信号通过线性电路时，输出信号的频谱G()等于输入信号的频谱等于输入信号的频谱F()乘以电路的频率特性乘以电路的频率特性K() ，即即G()= F() K() 。 所以，如果要求任意形状信号通过该电路时不产所以，如果要求任意形状信号

15、通过该电路时不产生畸变，就生畸变，就要求电路对被传输信号的所有频谱分量的要求电路对被传输信号的所有频谱分量的幅频特性为常数幅频特性为常数。示波器垂直偏转通道的带宽必须足。示波器垂直偏转通道的带宽必须足够宽，如果通道的带宽不够，则对于信号的不同频率够宽，如果通道的带宽不够，则对于信号的不同频率分量，通道的增益不同，信号波形便会产生失真。分量，通道的增益不同，信号波形便会产生失真。 为了能够显示窄脉冲，示波器为了能够显示窄脉冲，示波器y通道带宽必须很宽。通道带宽必须很宽。 第第5章章 电子示波器电子示波器 2偏转灵敏度偏转灵敏度(S) 单位输入信号电压单位输入信号电压uy引起光点在荧光屏上偏转的引

16、起光点在荧光屏上偏转的距离距离H称为偏转灵敏度称为偏转灵敏度S：dHSHuuHSyy(5.1.1)(5.1.2)则则式中式中d为偏转因数，是灵敏度的倒数为偏转因数，是灵敏度的倒数1/S。S的单位为的单位为cm/V、cm/mV或或diVV(格伏格伏)，d的单位为的单位为V/cm。在测。在测量时，如果量时，如果d2V/cm，荧光屏上，荧光屏上uy波形高度波形高度H2.6cm，则所观察波形的电压则所观察波形的电压uy2V/cm2.6cm5.2V。第第5章章 电子示波器电子示波器3. 扫描频率扫描频率示波器屏幕上光点水平扫描速度的高低可用扫描速度、时示波器屏幕上光点水平扫描速度的高低可用扫描速度、时基

17、因数、扫描频率等指标来描述。基因数、扫描频率等指标来描述。 扫描速度扫描速度就是光点水平移动的速度，其单位是就是光点水平移动的速度，其单位是cm/s或或div/s(格格/秒秒)。扫描速度的倒数称为时基因数扫描速度的倒数称为时基因数，它表示光点水平，它表示光点水平移动单位长度移动单位长度(cm或或div)所需的时间。所需的时间。 扫描频率扫描频率表示水平扫描的锯齿波的频率。表示水平扫描的锯齿波的频率。扫描速度越高，示波器能够展开高频信号或窄脉冲信号波扫描速度越高，示波器能够展开高频信号或窄脉冲信号波形的能力越强，形的能力越强，示波器的扫描频率范围越宽越好示波器的扫描频率范围越宽越好。第第5章章

18、电子示波器电子示波器4. 输入阻抗输入阻抗 输入阻抗是指示波器输入端对地的电阻输入阻抗是指示波器输入端对地的电阻Ri和电容和电容Ci的并联阻抗的并联阻抗。在观测信号波形时，把示波器输入探头。在观测信号波形时，把示波器输入探头接到被测电路的观察点，输入阻抗越大，示波器对被接到被测电路的观察点，输入阻抗越大，示波器对被测电路的影响就越小，所以要求输入电阻测电路的影响就越小，所以要求输入电阻Ri大而输入大而输入电容电容Ci小。输入电容小。输入电容Ci在频率越高时，对被测电路的在频率越高时，对被测电路的影响越大。影响越大。第第5章章 电子示波器电子示波器 5. 示波器的瞬态响应示波器的瞬态响应 指示波

19、器的垂直系统电路在方波脉冲输入信号作指示波器的垂直系统电路在方波脉冲输入信号作用下的过渡特性，用用下的过渡特性，用上升时间上升时间tr，下降时间下降时间tf，上冲上冲s0，下降下降sn ，预冲预冲sp及及下垂下垂等参数表示。等参数表示。上升时间上升时间tr是正脉冲波前沿从基本幅度是正脉冲波前沿从基本幅度A的的10%上上升到升到90%所需的时间；所需的时间；下降时间下降时间tf是正脉冲波后的沿从是正脉冲波后的沿从下垂后的幅度下垂后的幅度A1的的90%下降到下降到10%所需的时间。所需的时间。第第5章章 电子示波器电子示波器上冲上冲s0是脉冲波前沿的上冲量是脉冲波前沿的上冲量b与与A的百分比值，即

20、的百分比值，即%1000Abs下冲下冲sn是脉冲波后沿的下冲量是脉冲波后沿的下冲量f与与A的百分比值，即的百分比值，即%100Afsn预冲预冲sp是脉冲波阶跃之前的预冲量是脉冲波阶跃之前的预冲量d与与A的百分比值，即的百分比值，即%100Adsp下垂下垂是脉冲波平顶部分的倾斜幅度是脉冲波平顶部分的倾斜幅度e与与A的百分比值，即的百分比值，即%100Ae第第5章章 电子示波器电子示波器示波器说明书上一般只给出上升时间示波器说明书上一般只给出上升时间tr及上冲及上冲S0的数的数值。由于示波器中的放大器是线性网络，值。由于示波器中的放大器是线性网络，放大器的频带放大器的频带宽度宽度fB与上升时间与上

21、升时间tr之间有确定的内存关系：之间有确定的内存关系：fBtr350。因此，因此，Brft350rBtf350示波器的上升时间示波器的上升时间tr越小越好。越小越好。瞬态响应指标瞬态响应指标在相在相当大的程度上决定了示波器所能观测的脉冲信号的最小当大的程度上决定了示波器所能观测的脉冲信号的最小宽度。宽度。或或例如：例如：SBM-10A型示波器型示波器 fB30MHz，由此可求，由此可求得上升时间得上升时间tr：nsfthr121030350/3506第第5章章 电子示波器电子示波器 6扫描方式扫描方式 示波器中的扫描电压锯齿波是一种线性时间基线，分示波器中的扫描电压锯齿波是一种线性时间基线，分

22、成成连续扫描连续扫描和和触发扫描触发扫描两种方式。两种方式。为了测量信号间的时间关系，在扩展功能的双踪或双为了测量信号间的时间关系，在扩展功能的双踪或双线示波器中，发展了多种形式的线示波器中，发展了多种形式的双时基扫描双时基扫描，主要有：，主要有：延延迟扫描迟扫描、混合扫描混合扫描、交替扫描交替扫描等。它可同时提供两路等。它可同时提供两路X扫扫描时基信号，显示两种信号波形。描时基信号，显示两种信号波形。第第5章章 电子示波器电子示波器表表5.l.l 示波器性能对比示波器性能对比5.1.5 几种示波器性能对比几种示波器性能对比第第5章章 电子示波器电子示波器第第5章章 电子示波器电子示波器第第5

23、章章 电子示波器电子示波器5.2 模拟示波管模拟示波管5.2.1 模拟示波器基本组成模拟示波器基本组成通用模拟示波器主要由通用模拟示波器主要由示波管示波管、垂直（垂直（Y轴）通道轴）通道（主要是垂直放大）、（主要是垂直放大）、水平水平(X轴轴)通道通道(主要是扫描和主要是扫描和水平放大水平放大)以及以及主机主机（主要是高、低电源和显示电路）（主要是高、低电源和显示电路）等部分组成，其结构框图如图等部分组成，其结构框图如图5.2.1所示。所示。 第第5章章 电子示波器电子示波器图图5.2.1 模拟示波器的基本结构框图模拟示波器的基本结构框图 垂直垂直(Y轴轴)通道通道水平水平(X轴轴)通道通道第

24、第5章章 电子示波器电子示波器1. 示波管示波管典型的示波器采用阴极射线示波管典型的示波器采用阴极射线示波管CRT作为显示作为显示器，其作用就是把电信号转换为光信号而加以显示。器，其作用就是把电信号转换为光信号而加以显示。主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三大部分组成。主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三大部分组成。第第5章章 电子示波器电子示波器阴极K发第一阳极A1射电子枪聚焦灯丝FRP1辉度RP2聚焦辅助聚焦RP3第二阳极A2Y1Y2偏转板偏转板X2X1偏转系统荧光屏图图5.2.3 阴极射线示波管结构示意图阴极射线示波管结构示意图第第5章章 电子示波器电子示波器 电子枪电子枪电子枪的作用是发射电子

25、并形成聚束的高速电子流。它电子枪的作用是发射电子并形成聚束的高速电子流。它主要由灯丝主要由灯丝F、阴极、阴极K、控制栅极、控制栅极G、第一阳极、第一阳极A1、第二阳、第二阳极极A2和后加速阳极和后加速阳极A3组成。除灯丝外，其余电极的结构均组成。除灯丝外，其余电极的结构均是金属圆筒，且它们的轴心都保持在同一轴线上。是金属圆筒，且它们的轴心都保持在同一轴线上。 偏转系统偏转系统 偏转系统的作用是使电子束产生在垂直和水平方向上的偏转系统的作用是使电子束产生在垂直和水平方向上的位移。位移。 偏转系统位于第二阳极之后，由两对相互垂直且平行的偏转系统位于第二阳极之后，由两对相互垂直且平行的金属板金属板X

26、、Y偏转板（水平、垂直偏转板）组成，其中偏转板（水平、垂直偏转板）组成，其中心轴线均与示波管的中心轴线重合，分别控制电子束在水平心轴线均与示波管的中心轴线重合，分别控制电子束在水平方向、垂直方向的偏转。方向、垂直方向的偏转。 第第5章章 电子示波器电子示波器 荧光屏荧光屏荧光屏是示波器的显示部分，为圆形曲面或矩形荧光屏是示波器的显示部分，为圆形曲面或矩形平面，其内壁涂有荧光物质，形成荧光膜。平面，其内壁涂有荧光物质，形成荧光膜。当荧光物质受到电子枪发射的高速电子束轰击时当荧光物质受到电子枪发射的高速电子束轰击时就能产生荧光亮点，就能产生荧光亮点，亮点的亮度取决于电子束中电子亮点的亮度取决于电子

27、束中电子的数目、密度和速度。的数目、密度和速度。第第5章章 电子示波器电子示波器5.2.3 示波管显示原理示波管显示原理1. 显示随时间变化的图形显示随时间变化的图形(1) 扫描的概念扫描的概念若想观测一个随时间变化的信号，例如若想观测一个随时间变化的信号，例如f(t)=Umsint，那，那么只要把被观测的信号转变成电压加到么只要把被观测的信号转变成电压加到Y偏转板上，电子束偏转板上，电子束就会在就会在Y方向上随信号的规律变化，任一瞬间的偏转距离正方向上随信号的规律变化，任一瞬间的偏转距离正比于该瞬间比于该瞬间Y偏转板上的电压。但是如果水平偏转板间没加偏转板上的电压。但是如果水平偏转板间没加电

28、压，则荧光屏上只能看到一条垂直的直线，如图电压，则荧光屏上只能看到一条垂直的直线，如图5.2.3(a)所所示，时间基线示，时间基线(简称时基线简称时基线) 如图如图5.2.3(b)所示，被测信号随时所示，被测信号随时间变化的波形，如图间变化的波形，如图5.2.3(c)所示。所示。第第5章章 电子示波器电子示波器图图5.2.3 扫描过程扫描过程(a) 被测信号被测信号 (b) 只加信号电压只加信号电压 (c) 时间基线的获得时间基线的获得 (d) 信号波形在时间轴上展开信号波形在时间轴上展开 tUfmsin(t) 第第5章章 电子示波器电子示波器(2) 信号与扫描电压的同步信号与扫描电压的同步为

29、了得到稳定的波形显示，扫描锯齿波电压与被测信为了得到稳定的波形显示，扫描锯齿波电压与被测信号保持同步的关系，即要求扫描锯齿波电压的周期号保持同步的关系，即要求扫描锯齿波电压的周期T与被与被测信号周期测信号周期Ty保持整数倍的关系保持整数倍的关系(即即T=nTy)。第第5章章 电子示波器电子示波器(a) 信号信号(b) 同步同步(c) 不同步不同步图图5.2.4 扫描电压与被测信号的同步关系示意图扫描电压与被测信号的同步关系示意图第第5章章 电子示波器电子示波器(3) 连续扫描和触发扫描连续扫描和触发扫描示波器中的扫描电压锯齿波是一种线性时间基线，分成连续扫描与示波器中的扫描电压锯齿波是一种线性

30、时间基线，分成连续扫描与触发扫描两种方式，连续扫描的信号周期有两种选择：触发扫描两种方式，连续扫描的信号周期有两种选择： 扫描周期扫描周期T等于脉冲重复周期等于脉冲重复周期Ty。屏幕上出现的脉冲波形集中在。屏幕上出现的脉冲波形集中在时间基线的起始部分，即图形在水平方向被压缩，以致难以看清脉冲波时间基线的起始部分，即图形在水平方向被压缩，以致难以看清脉冲波形的细节，例如很难观测它的前后沿时间。这种扫描方法一般不用于测形的细节，例如很难观测它的前后沿时间。这种扫描方法一般不用于测量窄脉冲。量窄脉冲。 扫描周期扫描周期Tn等于脉冲底宽等于脉冲底宽t0。脉冲波形在水平方向得到展宽，可。脉冲波形在水平方

31、向得到展宽，可以观察被测脉冲细节，但光点在水平方向多次扫描中，只有一次扫描出以观察被测脉冲细节，但光点在水平方向多次扫描中，只有一次扫描出脉冲波形，因此显示的脉冲波形本身很暗淡，而时基线却很亮，这不仅脉冲波形，因此显示的脉冲波形本身很暗淡，而时基线却很亮，这不仅观察困难，而且同步也较难。观察困难，而且同步也较难。(4) 扫描过程的增辉扫描过程的增辉 实际上回扫是需要一定时间的，这就对显示波形产生了一定的影响。实际上回扫是需要一定时间的，这就对显示波形产生了一定的影响。第第5章章 电子示波器电子示波器2. 显示任意两个变量之间的关系显示任意两个变量之间的关系如果这两个信号初相相同，则可在荧光屏上

32、画出一如果这两个信号初相相同，则可在荧光屏上画出一条直线；若条直线；若X、Y方向的偏转距离相同，这条直线与水方向的偏转距离相同，这条直线与水平轴呈平轴呈45 ，如图，如图5.2.7(a)所示。如果这两个信号初相相所示。如果这两个信号初相相差差90 ，则在荧光屏上画出一个正椭圆；若，则在荧光屏上画出一个正椭圆；若X、Y方向的方向的偏转距离相同，则在荧光屏上画出一个圆，如图偏转距离相同，则在荧光屏上画出一个圆，如图5.2.7(b)所示。所示。 第第5章章 电子示波器电子示波器 图图5.2.7 两个同频率信号构成的李沙育图形两个同频率信号构成的李沙育图形 (a) Uy与与Ux同相位；同相位； (b)

33、 Uy超前超前Ux 901t1301234Uy02340,2,4UXt(a)01234210312Uy34t0,4Uxt(b)第第5章章 电子示波器电子示波器图图5.2.8 两个同频率信号构成的李沙育图形两个同频率信号构成的李沙育图形第第5章章 电子示波器电子示波器nx3 ， ny4nx2，ny3yxyxfnnf 第第5章章 电子示波器电子示波器2. Y轴通道轴通道(1) 输入电路输入电路输入电路主要包括输入电路主要包括探头探头、耦合方式转换开关耦合方式转换开关、衰减器衰减器、阻抗变换阻抗变换及及倒相放大器倒相放大器等部分，如图等部分，如图5.2.9所示。所示。图图5.2.9 Y通道输入电路框

34、图通道输入电路框图第第5章章 电子示波器电子示波器 探头探头无源探头的结构如图无源探头的结构如图5.2.10所示。所示。 图图5.2.10 无源探头的结构无源探头的结构第第5章章 电子示波器电子示波器具体做法是将示波器标准信号发生器产生的方波具体做法是将示波器标准信号发生器产生的方波加到探极上，用螺丝刀左右旋转补偿电容加到探极上，用螺丝刀左右旋转补偿电容C，直到调出，直到调出如图如图5.2.11(a)所示正确的方波所示正确的方波(即正确补偿即正确补偿)为止。否则，为止。否则，会产生如图会产生如图5.2.11(b)、(c)所示电容过补偿或欠补偿的所示电容过补偿或欠补偿的波形。波形。图图5.2.1

35、1 探极的补偿结果探极的补偿结果第第5章章 电子示波器电子示波器 耦合方式选择开关。耦合方式选择开关。 衰减器。衰减器。 阻抗变换及倒相放大器。阻抗变换及倒相放大器。 (2) 前置放大器前置放大器(3) 延迟级延迟级(4) 后置放大器后置放大器第第5章章 电子示波器电子示波器3. X轴通道轴通道X轴通道由触发电路、扫描电路和轴通道由触发电路、扫描电路和X轴放大器组成，轴放大器组成，其组成框图如图其组成框图如图5.2.12所示。所示。图图5.2.12 X轴通道组成框图轴通道组成框图第第5章章 电子示波器电子示波器(1) 触发电路触发电路触发电路的作用在于选择触发源并产生稳定可靠的触触发电路的作用

36、在于选择触发源并产生稳定可靠的触发信号，以触发扫描发生器产生稳定的扫描电压。其组成发信号，以触发扫描发生器产生稳定的扫描电压。其组成框图如图框图如图5.2.13所示，主要由所示，主要由触发源选择触发源选择、耦合方式选择开耦合方式选择开关关、触发电平触发电平与与斜率选择器斜率选择器、放大整形电路放大整形电路等组成。等组成。 图图5.2.13 触发电路组成框图触发电路组成框图放 大 整形 电 路触 发 电 平 及 斜 率 选 择 器S3触 发 电 平HFC3AC(H)C2ACC1S2DCS1内外电 源第第5章章 电子示波器电子示波器 触发源选择。触发源选择。 触发耦合选择。触发耦合选择。 触发方式

37、选择。触发方式选择。 触发电平及斜率选择。触发电平及斜率选择。触发电平及触发极性可以直接从显示波形上进行触发电平及触发极性可以直接从显示波形上进行判断，如图判断，如图5.2.14所示。所示。 放大整形电路。放大整形电路。 第第5章章 电子示波器电子示波器图图5.2.14 不同触发电平、触发极性下的波形不同触发电平、触发极性下的波形 (a) 被测正弦信号被测正弦信号 (b) 零电平正极性触发零电平正极性触发 (c) 正电平正极性触发正电平正极性触发 (d) 正电平负极性触发正电平负极性触发 (e) 负电平负极性触发负电平负极性触发 (f) 负电平正极性触发负电平正极性触发第第5章章 电子示波器电

38、子示波器(2) 扫描信号发生器扫描信号发生器现代示波器通常用扫描发生器环来产生扫描信号，现代示波器通常用扫描发生器环来产生扫描信号，常由常由积分器积分器、扫描闸门扫描闸门及及比较和释抑电路比较和释抑电路组成，如图组成，如图5.2.15所示。所示。 图图5.2.15 扫描信号发生器组成框图扫描信号发生器组成框图第第5章章 电子示波器电子示波器5.2.4 示波器面板控制件的作用简介示波器面板控制件的作用简介亮度：轨迹亮度：轨迹亮度调节亮度调节电源开关电源开关电源指示灯电源指示灯聚焦：轨迹聚焦：轨迹清晰度调节清晰度调节荧光屏荧光屏 校准信号校准信号第第5章章 电子示波器电子示波器CH1或或CH2：被

39、测信号输入端口：被测信号输入端口被测信号耦合方式被测信号耦合方式AC：交流输入：交流输入DC：直流输入直流输入GND：输入零信号输入零信号垂直位移垂直位移水平位移水平位移被测信号输入被测信号输入第第5章章 电子示波器电子示波器ALT：两个通道：两个通道交替显示交替显示通道工作方式选择通道工作方式选择CH1或或CH2：1或或2单独显示单独显示CHOP：两个通：两个通道断续显示道断续显示ADD：显示两个：显示两个通道信号幅度的通道信号幅度的代数和或差代数和或差通道通道2极极性转换性转换第第5章章 电子示波器电子示波器电压衰减及扫描速率电压衰减及扫描速率VOLTS/DIV：调节垂直偏转调节垂直偏转灵

40、敏度，指示灵敏度，指示垂直方向每格垂直方向每格的偏转电压值的偏转电压值VIRIABLE：连续调：连续调节垂直偏转灵敏度节垂直偏转灵敏度SEC/DIV：调节扫描：调节扫描速率，指示水平方向速率，指示水平方向每格的扫描时间每格的扫描时间X-Y工作方式：工作方式：CH1输入输入x轴信号轴信号VIRIABLE PLEE5：连续调节扫连续调节扫描速率描速率第第5章章 电子示波器电子示波器扫描方式选择扫描方式选择自动（自动（AUTO)：扫：扫描发生器自动工作描发生器自动工作常态（常态（NORM)单次（单次（SINGLE)被触发或准被触发或准备指示灯备指示灯电平（电平（LEVEL）：）：调节被测信号在某调节

41、被测信号在某一电平触发扫描一电平触发扫描第第5章章 电子示波器电子示波器触发方式选择触发方式选择选择触发源信号选择触发源信号内：内：CH1 CH2外：外：LINE EXT触发极性选择：触发极性选择：选择上升或下降选择上升或下降沿触发扫描沿触发扫描接地接地外触发输入外触发输入CH1或或CH2选择：选择：“交替交替”或或“断续断续”工作方式时，选择工作方式时，选择频率低的通道触发频率低的通道触发单踪显示时，任选单踪显示时，任选其一，触发信号均其一，触发信号均来自于被显示通道来自于被显示通道选择触发信号选择触发信号耦合方式：耦合方式：AC/DC TV第第5章章 电子示波器电子示波器5.3 双踪和双线

42、示波器双踪和双线示波器 双踪和双线示波器都可在一个示波管荧光屏上同双踪和双线示波器都可在一个示波管荧光屏上同时显示出两个信号波形，用来比较被测系统的输出和时显示出两个信号波形，用来比较被测系统的输出和输入信号，研究波形变换器的各级信号，观察脉冲电输入信号，研究波形变换器的各级信号，观察脉冲电路各点波形，信号通过网络时的波形畸变，测量相移路各点波形，信号通过网络时的波形畸变，测量相移等等。等等。第第5章章 电子示波器电子示波器 5.3.1 双踪示波器双踪示波器 双踪示波器也称双踪示波器也称双迹示波器双迹示波器，它的垂直偏转通道由，它的垂直偏转通道由A和和B两个通道组成。如图两个通道组成。如图5.

43、3.1所示，两个通道的输出信所示，两个通道的输出信号在电子开关控制下，交替通过主通道加于示波管的同号在电子开关控制下，交替通过主通道加于示波管的同一对垂直偏转板。一对垂直偏转板。A、B两个通道是相同的，包括衰减器、两个通道是相同的，包括衰减器、射极跟随器、前置放大器以及平衡倒相器。平衡倒相器射极跟随器、前置放大器以及平衡倒相器。平衡倒相器的作用是把输入信号转换为对称的波形输出。的作用是把输入信号转换为对称的波形输出。第第5章章 电子示波器电子示波器 与单踪示波器不同的是前置放大器中设有移位控与单踪示波器不同的是前置放大器中设有移位控制，可分别控制两个显示图形的上下位置。电子开关制，可分别控制两

44、个显示图形的上下位置。电子开关由触发电路控制的一对放大器由触发电路控制的一对放大器(或射极跟随器或射极跟随器)构成，触构成，触发电路的两个稳定状态分别控制两个放大器，把通道发电路的两个稳定状态分别控制两个放大器，把通道A或通道或通道B接于主通道。主通道由中间放大器、延迟线、接于主通道。主通道由中间放大器、延迟线、末级放大器组成，它对两个通道是公用的。末级放大器组成，它对两个通道是公用的。第第5章章 电子示波器电子示波器图图5.3.1 双踪示波器垂直偏转通道框图双踪示波器垂直偏转通道框图第第5章章 电子示波器电子示波器 由面板开关控制的电子开关，可使双踪示波器工作于由面板开关控制的电子开关，可使

45、双踪示波器工作于五种不同的状态五种不同的状态：“A”、“B”、 “A+B” 、交替交替、断续断续。(1) “A”：电子开关将：电子开关将A通道信号接于通道信号接于Y偏转板，形成偏转板，形成必通道独立工作的状态。必通道独立工作的状态。 (2) “B”：电子开关将：电子开关将B通道信号接于通道信号接于Y偏转板，形成偏转板，形成B通道独立工作的状态。通道独立工作的状态。(3) “A+B”：A、B两通道信号代数相加后，接到偏转两通道信号代数相加后，接到偏转板，显示两信号迭加后的波形。双踪示波器的时基与一般板，显示两信号迭加后的波形。双踪示波器的时基与一般示波器相同，可以是简单的时基发生器，也可以采用有

46、延示波器相同，可以是简单的时基发生器，也可以采用有延迟扫描的双扫描时基，时基可以分别由迟扫描的双扫描时基，时基可以分别由A通道触发、通道触发、B通通道触发或外触发。道触发或外触发。第第5章章 电子示波器电子示波器(4) 交替交替：将：将A、B两通道信号轮流加于两通道信号轮流加于y偏转板，荧偏转板，荧光屏上显示两个通道的信号波形。具体实现时，是以时光屏上显示两个通道的信号波形。具体实现时，是以时基发生器的回扫脉冲控制电子开关的触发电路，每次扫基发生器的回扫脉冲控制电子开关的触发电路，每次扫描后，改变所接通道，使得每两次扫描分别显示一次描后，改变所接通道，使得每两次扫描分别显示一次A通道波形和一次

47、通道波形和一次B通道波形。通道波形。(5) 断续断续：当输入信号频率较低时，交替显示会发：当输入信号频率较低时，交替显示会发生明显的闪烁。采用断续工作方式，使电子开关工作于生明显的闪烁。采用断续工作方式，使电子开关工作于自激振荡状态，振荡频率高达自激振荡状态，振荡频率高达500kHz1MHz，自动地，自动地轮流将轮流将A、B两通道信号加于两通道信号加于Y偏转板上，显示图形由点偏转板上，显示图形由点线组成，这样就可使每扫描一次，完成两个通道波形的线组成，这样就可使每扫描一次，完成两个通道波形的显示。显示。第第5章章 电子示波器电子示波器 SR-8型双踪示波器型双踪示波器是较典型的双踪示波器，它的

48、是较典型的双踪示波器，它的Y通通道带宽为道带宽为01.5MHz(上升时间上升时间24ns)，最小偏转因数为，最小偏转因数为1.0mV/diV，采用单一时基扫描，扫描因数从，采用单一时基扫描，扫描因数从0.2s/div1s/div。 SR-37型双踪宽带示波器型双踪宽带示波器，Y通道带宽为通道带宽为0100MHz，偏转因数为偏转因数为10mV/cm5V/cm，双时基扫描，扫描因数在，双时基扫描，扫描因数在20ns/cm0.5s/cm间可调。间可调。 参照双踪示波器原理，可以设计参照双踪示波器原理，可以设计多踪示波器多踪示波器，由于示，由于示波管尺寸的限制，最多可为波管尺寸的限制，最多可为8踪示波

49、器，显示踪示波器，显示8个波形。实个波形。实现上以现上以8位计数器轮流接通位计数器轮流接通8个放大器，把个放大器，把8路信号轮流加路信号轮流加于于Y偏转板。多踪示波器可以同时显示多个信号波形，以偏转板。多踪示波器可以同时显示多个信号波形，以便研究同一波形通过不同电路时的时间关系。便研究同一波形通过不同电路时的时间关系。第第5章章 电子示波器电子示波器 5.3.2 双线示波器双线示波器 双线示波器采用双线示波管构成。双线示波管在一个双线示波器采用双线示波管构成。双线示波管在一个玻璃壳内装有玻璃壳内装有两个完全独立的电子枪和偏转系统两个完全独立的电子枪和偏转系统，每个电，每个电子枪发出的电子束经加

50、速聚焦后，通过子枪发出的电子束经加速聚焦后，通过“自己自己”的偏转系的偏转系统射于荧光屏上，相当于把两个示波管封装在一个玻璃壳统射于荧光屏上，相当于把两个示波管封装在一个玻璃壳内公用一个荧光屏，因而可以同时观察两个相互独立的信内公用一个荧光屏，因而可以同时观察两个相互独立的信号波形。双线示波器内有两个相互无关的号波形。双线示波器内有两个相互无关的Y通道通道A和和B，如，如图图5.3.2所示，每个通道的组成与普通示波器相同。所示，每个通道的组成与普通示波器相同。 多数双线示波器的两组多数双线示波器的两组x偏转系统共用一个时基发生偏转系统共用一个时基发生器以观察两个器以观察两个“同步同步”的信号。

51、如果上述每个通道都改为的信号。如果上述每个通道都改为用电子开关控制的两通道，则仪器成为等效的用电子开关控制的两通道，则仪器成为等效的4踪示波器踪示波器。第第5章章 电子示波器电子示波器图图5.3.2 双线示波器框图双线示波器框图第第5章章 电子示波器电子示波器 SR-46高灵敏度二线示波器，带宽为高灵敏度二线示波器，带宽为01MHz，灵，灵敏度为敏度为50V5V/div。SR-54是一种高灵敏度、长余辉是一种高灵敏度、长余辉的超低频双线示波器，其垂直放大器为两组，带宽为的超低频双线示波器，其垂直放大器为两组，带宽为01MH，z输入灵敏度为输入灵敏度为200V/cm，能同时观察和测，能同时观察和

52、测量两个低频、超低频信号或持续时间较长的脉冲和单量两个低频、超低频信号或持续时间较长的脉冲和单次过程，并设有外控扫描装置，可对脉冲或单次过程次过程，并设有外控扫描装置，可对脉冲或单次过程进行摄影。进行摄影。第第5章章 电子示波器电子示波器 双踪和双线示波器的优缺点：双踪和双线示波器的优缺点：双踪示波器双踪示波器比普通示波器增加的部件不多，可以比普通示波器增加的部件不多，可以达到较高指标，价格只增加上达到较高指标，价格只增加上5，现在生产的示波器，现在生产的示波器几乎都具有双踪功能。它的缺点是工作于交替方式时，几乎都具有双踪功能。它的缺点是工作于交替方式时，需两次扫描才能显示两个波形，因而无法观

53、察两个快需两次扫描才能显示两个波形，因而无法观察两个快速的单次信号或短时间的非速的单次信号或短时间的非 周期信号。周期信号。双线示波器双线示波器两个通道是完全独立的，可以弥补上两个通道是完全独立的，可以弥补上述不足，并且两个偏转系统可以用不同的时基发生器，述不足，并且两个偏转系统可以用不同的时基发生器，使仪器更为灵活多用。但由于示波管性能的限制，双使仪器更为灵活多用。但由于示波管性能的限制，双线示波器的技术指标一般较低。线示波器的技术指标一般较低。第第5章章 电子示波器电子示波器 5.3.3 SR-8双踪示波器双踪示波器 SR-8双踪示波器可以观察和测定两种不同电信号双踪示波器可以观察和测定两

54、种不同电信号的瞬变过程，并把两种不同的电信号的波形同时显示的瞬变过程，并把两种不同的电信号的波形同时显示在屏幕上，进行分析比较，而且还可以把两个电信号在屏幕上，进行分析比较，而且还可以把两个电信号叠加后显示出来，也可作单踪示波器使用。叠加后显示出来，也可作单踪示波器使用。第第5章章 电子示波器电子示波器 1主要技术性能主要技术性能 (1) Y轴放大器轴放大器 灵敏度：灵敏度：10mV/diV20V/div，按，按l-2-5进制分成进制分成11档，档，误差误差5，微调增益比，微调增益比2.5:1。 频带宽度：输入耦合为频带宽度：输入耦合为DC时，时，015MHz，-3dB；输；输入耦合为入耦合为

55、AC时，时，10Hz15MHz，-3dB。 输入阻抗：直接耦合为输入阻抗：直接耦合为1M，15pF；经探头耦合为；经探头耦合为10M，15pF。 最大输入电压：最大输入电压：400V(DC+ACp-p)第第5章章 电子示波器电子示波器 (2) X轴系统轴系统 扫描速度：扫描速度：0.2s/diVls/diV，按，按1-2-5进制分进制分16档，误档，误差差5，微调比，微调比2.5:l。 扩展扩展“10”时，其最快扫速可以达到时，其最快扫速可以达到20ns/div，误差，误差除除0.2s/div档档15外，其余各档均外，其余各档均10。 X外接：灵敏度外接：灵敏度3V/diV；频带宽度；频带宽度

56、100Hz250kHz，3dB；输入阻抗，；输入阻抗，1M，40 pF。触发同步性能：触发同步性能：第第5章章 电子示波器电子示波器 (3) 主机主机 示波管土示波管土2SJ 102型矩形屏示波管，加速电压型矩形屏示波管，加速电压2 kV，屏幕有效工作面积屏幕有效工作面积6div l0div(1div08cm)，中余，中余辉。辉。 校准信号：矩形波校准信号：矩形波1kHz，误差，误差2，幅度，幅度1V，误，误差差3。第第5章章 电子示波器电子示波器 2. 使用使用 SR-8双踪示波器面板装置控制件如图双踪示波器面板装置控制件如图5.3.3接通电接通电源时，将各控制件置于适中位置，如果看到光点，

57、即源时，将各控制件置于适中位置，如果看到光点，即可调整辉度，使光点或时基线的亮度适当；如果找不可调整辉度，使光点或时基线的亮度适当；如果找不到光点，则可按下到光点，则可按下“寻迹寻迹”按键，以辨别光点的偏向，按键，以辨别光点的偏向，再调整再调整“Y轴移位轴移位”或或“X轴移位轴移位”使光点居中。使光点居中。第第5章章 电子示波器电子示波器图图5.3.3 SR-8面板布置图面板布置图第第5章章 电子示波器电子示波器(l) 电压测量电压测量示波器的示波器的Y轴灵敏度开关轴灵敏度开关“V/diV”位于位于0.2档，其档，其“微微调调”位于位于“校准校准”位置，此时如果被测波形占位置，此时如果被测波形

58、占Y 轴的坐标轴的坐标幅度幅度H为为5div，则此时信号电压，则此时信号电压Uy幅度为幅度为(见图见图5.3.4)。VdivdivdivHdivVUy15/2 . 0)(/第第5章章 电子示波器电子示波器 若被测信号经探头输入，则应将探头衰减上若被测信号经探头输入，则应将探头衰减上10倍倍的因素考虑在内，被测信号的因素考虑在内，被测信号Uy幅度为幅度为VdivdivUy10105/2 . 0 直流电压的测量亦如此计算，将直流电压信号线与时直流电压的测量亦如此计算，将直流电压信号线与时基线比较，求出直流电压占基线比较，求出直流电压占Y轴的坐标幅度轴的坐标幅度H，得到直流，得到直流电压幅度值。电压

59、幅度值。第第5章章 电子示波器电子示波器图图5.3.4 电压测量电压测量(0.2V/div)第第5章章 电子示波器电子示波器图图5.3.5 时间间隔测量时间间隔测量第第5章章 电子示波器电子示波器 (2) 时间测量时间测量 首先将首先将x通道扫描控制开关通道扫描控制开关“t/diV”的的“微调微调”置置“校准校准”位置上，这样，可以由开关的指示值直接计位置上，这样，可以由开关的指示值直接计算出时基线上算出时基线上X方向被测两点之间距离方向被测两点之间距离D的时间间隔：的时间间隔：)(/divDdivtT 例如，扫描控制开关置于例如，扫描控制开关置于0.2ms/div，被测波形，被测波形两点间距

60、离两点间距离D为为6div，则时间间隔，则时间间隔T为为(见图见图5.3.5)msdivdivmsT2 . 16/2 . 0第第5章章 电子示波器电子示波器 当距离当距离D为某一周期波形的一个周期距离时，计算为某一周期波形的一个周期距离时，计算出得出得T为该波形的周期。为该波形的周期。 当距离当距离D为某两个波形间距离时，计算出得为某两个波形间距离时，计算出得T为该为该两个波形间的时间差，参见图两个波形间的时间差，参见图5.3.6。 当距离当距离D为脉冲宽度时，计算出得为脉冲宽度时，计算出得T为该脉冲的持为该脉冲的持续时间，见图续时间，见图5.3.7。当距离当距离D为两同频正弦波间距离，可由为