电子测量技术第5章

1、第5章 示波器及其应用 示波器是一种用途极为广泛的电子仪器。它的基本功能是能将各种时域信号波形描绘在荧光屏上，以便观察、测量和分析。它的主要特点是：测量响应快、频率范围宽、灵敏度高、输入阻抗高和过载能力强。根据用途、结构和性能，示波器的种类大致可分为：通用示波器、多束示波器、取样示波器、记忆与存储示波器和特殊(专用)示波器等五类。 5.1 示波管显示原理 5.1.1 示波管的结构 示波管又称为阴极射线管(Cathode Ray Tube CRT)，它是示波器的重要器件。它主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成。图5.1.1 示波管的结构和供电电路的示意图 5.1.2 偏转板原理 示波管的聚焦

2、和偏转系统都是电场型的。X偏转板使电子束水平偏转，Y偏转板使电子束垂直偏转。图5.1.2 偏转板的作用图5.1.3 后加速电场的作用 5.1.3 波形显示的基本方法 X偏转板上加锯齿波电压，Y偏转板上加被观测的信号电压，这就是信号波形的基本显示方法。信号电压必须是时间的单值函数。图5.1.4 波形显示的基本方法 5.2 示波器的结构和原理 5.2.1 示波器的结构框图图5.2.1 普通示波器的简要框图 5.2.2 Y输入电路图5.2.2 Y通道的输入电路图5.2.3 补偿分压器图5.2.4 微调C1时的波形 5.2.3 多波形显示法图5.2.5 双踪显示方式 5.2.4 X通道扫描发生器图5.

3、2.6 简单的扫描发生器图5.2.7 同步触发的波形图 5.2.5 AB双扫描原理图5.2.8 AB双扫描原理框图图5.2.9 双扫描的显示举例 利用X电子开关，一般可有如下四种屏幕显示方式： A方式 只用A扫描发生器工作，与无双扫描的普通示波器相同。 A扫描/B加亮 用A扫描送X偏转板作水平扫描，但要在波形的B扫描部分加亮，如图5.2.9(a)所示。调节Vr电位器可使加亮部分左右移动，选定想察看的部分。 A延迟/B扫描 用B扫描器送X偏转板做水平扫描，把A扫描中的加亮部分在X方向扩展显示，如图5.2.9(b)所示。 双扫/双显 此方式在屏幕上可同时看到图5.2.9的上下两个波形。这时图5.2

4、.8的电子开关必须送出Y位移同步控制信号。即在交替显示图5.2.9上下波形的时候，也要交替变换Y位移，让两波形分离，一上一下。 5.3 示波器的一般应用 5.3.1 电压测量 (1)直流电压测量 (2)交流电压测量 5.3.2 时间测量 设tr0、tr1、tr2分别是被测脉冲的、示波器的屏幕读得的上升时间。下面的近似公式可用来计算脉冲的上升时间，修正屏幕读数，公式误差小于5%。图5.3.1 定义上升时间 5.3.3 相位差测量 （1）直接测读法 利用双踪示波器在屏幕上显示出有相位差的两同频正弦波，然后读出正弦波周期的水平距离D和两波形同相点之间的水平距离d。相位差为： （2）椭圆法 现在证明如下：设X、Y输入口的同频正弦信号分别为： 用偏转灵敏度(cm/V)乘以电压，将上式电压变成屏幕上的距离。于是有： 从上式中消去时间t，即得屏幕显示的函数曲线的表达式： 在椭圆方程式(5.3.5)中分别令x和y等于0，求出椭圆和轴线的交点x0和y0 (截距)： 在屏幕上测出切点对x轴的高度yA，也可求得相角： (3)圆扫描法图5.3.2 椭圆法测相位差 5.3.4 频率测量 示波器测量频率的基本方法是：先用时间测量法测出波形的周期T，而后用周期和频率的倒数关系