现代电子测量技术波形测量学习教案

1、会计学1第一页，共138页。n模拟示波器可分为通用示波器、多束示波器、取样示波器、记忆示波器和专用示波器等。 n通用示波器采用单束示波管，又可分为单踪、双踪、多踪示波器。 n多束示波器采用多束示波管，荧光屏上显示的每个波形都由单独的电子束扫描产生。 n取样示波器可以用较低频率的示波器测量高频信号。n记忆示波器采用有记忆功能的示波管，实现模拟信号的存储、记忆和反复显示。 n专用示波器是能够满足特殊(tsh)用途的示波器，又称特种示波器。 第1页/共137页第二页，共138页。n数字示波器将输入信号(xnho)数字化（时域取样和幅度量化）后，经由D/A转换器再重建波形。 n数字示波器具有记忆、存贮

2、被观察信号(xnho)功能，又称为数字存贮示波器。n根据取样方式不同，数字示波器又可分为实时取样、随机取样和顺序取样三大类。 第2页/共137页第三页，共138页。1频带宽度BW和上升时间tr示波器的频带宽度BW一般指Y通道的频带宽度。上升时间tr是一个与频带宽度BW相关的参数，表示由于示波器Y通道的频带宽度的限制，反映了示波器Y通道跟随输入(shr)信号快速变化的能力。频带宽度BW与上升时间tr的关系可近似表示为 30.350.35,10rrtst nsBW MHzBW MHz或第3页/共137页第四页，共138页。第4页/共137页第五页，共138页。n3偏转因数n偏转因数指在输入信号作用

3、下，光点在荧光屏上的垂直（Y）方向移动1cm（即1格）所需的电压值，单位为“V/cm”、“mV/cm”（或“V/div”、“mV/div”）。n偏转因数表示了示波器Y通道的放大(fngd)/衰减能力。n偏转因数的倒数称为“（偏转）灵敏度”。 第5页/共137页第六页，共138页。n4输入(shr)阻抗n当被测信号接入示波器时，输入(shr)阻抗Zi形成被测信号的等效负载。 n5输入(shr)方式 n即输入(shr)耦合方式，一般有直流（DC）、交流（AC）和接地（GND）三种，可通过示波器面板选择。 n6触发源选择方式 n触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号来源，一般有内触发（INT）、外

4、触发（EXT）、电源触发（LINE）三种。 第6页/共137页第七页，共138页。FKG1G2A1A2Y偏转板X偏转板辉度聚焦辅助聚焦+E-E荧光屏电子枪偏转系统荧光屏第7页/共137页第八页，共138页。第8页/共137页第九页，共138页。(a)电子穿越(chun yu)电场时的加速与减速 (b)电子在电子枪中的运动轨迹图7-2 电子束的聚焦原理示意图第9页/共137页第十页，共138页。第10页/共137页第十一页，共138页。第11页/共137页第十二页，共138页。图7-3 电子束的偏转(pinzhun)第12页/共137页第十三页，共138页。2yalSyVbVl为偏转板的长度；S

5、为偏转板中心(zhngxn)到屏幕中心(zhngxn)的距离；b为偏转板间距；Va为阳极A2上的电压。 2yalSSbV第13页/共137页第十四页，共138页。第14页/共137页第十五页，共138页。(a) Ux=0、Uy=0(b) Ux=0、Uy=常量光点仅在垂直方向偏移光点仅在垂直方向偏移 ：UyUy为正电压时，光点从为正电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向上移；荧光屏的中心往垂直方向上移；UyUy为负电压时，光为负电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向下移。点从荧光屏的中心往垂直方向下移。 第15页/共137页第十六页，共138页。1显示(xinsh)随时间变化的图形（续）(c) Ux

6、=常量、Uy=0光点仅在水平光点仅在水平(shupng)(shupng)方向偏移方向偏移 ：UxUx为正电压时，光点从荧光屏的中心往水平为正电压时，光点从荧光屏的中心往水平(shupng)(shupng)方向右移；方向右移；UxUx为负电压时，为负电压时，光点从荧光屏的中心往水平光点从荧光屏的中心往水平(shupng)(shupng)方向左移。方向左移。 (d) Ux=常量、Uy=常量当两对偏转板上同时加固定的正电当两对偏转板上同时加固定的正电压时，光点位置应为两电压的矢量压时，光点位置应为两电压的矢量合成。合成。 第16页/共137页第十七页，共138页。3.2.2 3.2.2 波形波形(b

7、 xn(b xn) )显示的基本原显示的基本原理理1显示随时间变化的图形（续）（2）X、Y偏转板上分别加变化电压(diny)，有下面两种情况：Uy0123401324Uy-Uyt仅在垂直偏转板的仅在垂直偏转板的两板间加正弦变化两板间加正弦变化的电压，则光点只的电压，则光点只在荧光屏的垂直方在荧光屏的垂直方向向(fngxing)(fngxing)来来回移动，出现一条回移动，出现一条垂直线段。垂直线段。 第17页/共137页第十八页，共138页。3.2.2 3.2.2 波形波形(b xn(b xn) )显示的基本原理显示的基本原理1显示随时间(shjin)变化的图形（续）Ux0123401324U

8、x-Uxt第18页/共137页第十九页，共138页。3.2.2 3.2.2 波形波形(b xn(b xn) )显示的基显示的基本原理本原理1显示随时间变化的图形(txng)（续）（3）Y偏转板加正弦波信号电压，X偏转板加锯齿波电压，荧光屏上将显示出被测信号随时间变化的一个周期的波形曲线。 Uy0123401324Uy-Uyt0UxtUx-Ux第19页/共137页第二十页，共138页。3.2.2 3.2.2 波形波形(b xn(b xn) )显示的基显示的基本原理本原理2显示任意两个变量(binling)之间的关系 示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称为李沙育（Lissajous）图形，

9、这种图形在相位和频率测量中常会用到。 t0123401234uytux01234若两信号的初相相同，且在若两信号的初相相同，且在X X、Y Y方向的偏转方向的偏转(pinzhun)(pinzhun)距离距离相同，在荧光屏上画出一条与水相同，在荧光屏上画出一条与水平轴呈平轴呈4545度角的直线。度角的直线。 第20页/共137页第二十一页，共138页。3.2.2 3.2.2 波形波形(b xn(b xn) )显示的基本显示的基本原理原理2显示任意两个变量(binling)之间的关系（续）t0123401234uytux01234024若两信号的初相相差若两信号的初相相差(xin(xin ch)9

10、0ch)90度，且在度，且在X X、Y Y方向的方向的偏转距离相同，在荧光屏上偏转距离相同，在荧光屏上画出的图形为圆。画出的图形为圆。第21页/共137页第二十二页，共138页。3.2.2 3.2.2 波形波形(b xn(b xn) )显示的显示的基本原理基本原理3扫描的概念 如果在X偏转板上加一个随时间线性变化的电压，垂直偏转板不加电压，那么光点在水平方向的偏移距离为 ，比例系数Sx称为(chn wi)示波管的X轴偏转灵敏度。 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为(chn wi)“扫描”，能实现扫描的锯齿波电压称为(chn wi)扫描电压，光点自左向右的连续扫动称为(chn wi)“扫描正程”，

11、自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程称为(chn wi)“扫描逆程”。 /xxxSkth t cms第22页/共137页第二十三页，共138页。3.2.2 3.2.2 波形波形(b xn(b xn) )显示的基本显示的基本原理原理4同步的概念 （1）Tx=nTy(n为正整数)：荧光屏上将稳定显示n个周期(zhuq)的被测信号波形。 uyTyTxuxtt如果扫描电压如果扫描电压(diny)(diny)周期周期TxTx与被测电压与被测电压(diny)(diny)周期周期TyTy保持保持Tx=nTyTx=nTy的的关系，则称扫描关系，则称扫描电压电压(diny)(diny)与被测电压与被测电压(d

12、iny)“(diny)“同同步步”。 第23页/共137页第二十四页，共138页。3.2.2 3.2.2 波形波形(b xn(b xn) )显示的基显示的基本原理本原理4同步的概念（续）（2）TxnTy(n为正整数)，即不满足同步关系时，显示的波形(b xn)不稳定。 t015(6)234789012345678uytuxTy54xyTT101110911第24页/共137页第二十五页，共138页。3.2.2 3.2.2 波形波形(b xn(b xn) )显示的基显示的基本原理本原理5连续扫描和触发扫描 扫描电压是连续的方式称为连续扫描。 当欲观测脉冲信号，尤其是占空比很小的脉冲时，采用连续扫

13、描存在(cnzi)一些问题：选择扫描周期等于脉冲重复周期时，难以看清脉冲波形的细节。 TsT=Tstt(a)被测脉冲(b)连续扫描，且T=Ts不能观测到脉冲细节第25页/共137页第二十六页，共138页。3.2.2 3.2.2 波形波形(b xn(b xn) )显示的基本显示的基本原理原理5连续扫描和触发扫描（续） 选择扫描周期等于脉冲底宽时，观测者不易(b y)观察波形，而且扫描的同步很难实现。 Tstt(a)被测脉冲(c)连续扫描，且T=T=脉冲得到展宽，但波形显示暗，而时基线太亮第26页/共137页第二十七页，共138页。3.2.2 3.2.2 波形波形(b xn(b xn) )显示的基

14、显示的基本原理本原理5连续扫描和触发扫描（续） 触发扫描时，使扫描脉冲只在被测脉冲到来时才扫描一次；没有(mi yu)被测脉冲时，扫描发生器处于等待工作状态。Tstt(a)被测脉冲(d)触发扫描扫描等待能较好地观测脉冲第27页/共137页第二十八页，共138页。3.2.2 3.2.2 波形波形(b xn(b xn) )显示的基本显示的基本原理原理6扫描过程的增辉 为了使回扫产生(chnshng)的波形不在荧光屏上显示，可以设法在扫描正程期间，给示波器增辉。 t015234678012345678uytuxTyTx=2Ty第28页/共137页第二十九页，共138页。3.3 3.3 通用通用(tn

15、gyng)(tngyng)示波器示波器 3.3.1 通用(tngyng)示波器的组成 Y输入电路Y前置放大器触发电路延迟线Y后置放大器水平放大器扫描发生器Y输入外触发内外至X偏转板至Y偏转板校准信号发生器低压电源高压电源电源至各电路正高压负高压X输入校准信号输出第29页/共137页第三十页，共138页。3.3 3.3 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器示波器3.3.2 通用示波器的垂直通道(tngdo)1输入电路：包括衰减器和输入选择开关。 （1）衰减器 vivoR1R2C1C2最佳补偿过补偿欠补偿Z1Z22211CRCR ：1122RCR C1122RCR C 第30页/共137

16、页第三十一页，共138页。3.3 3.3 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器示波器第31页/共137页第三十二页，共138页。3.3.2 3.3.2 通用示波器的垂直通用示波器的垂直(chuzh)(chuzh)通道通道2前置放大器 前置放大器将信号适当放大，从中取出内触发信号，并具有灵敏度微调、校正、Y轴移位、极性反转等控制作用。 Y前置放大器大都采用差分放大电路，输出一对平衡的交流(jioli)电压。若在差分电路的输入端输入不同的直流电位，相应的Y偏转板上的直流电位和波形在Y方向的位置也会改变。 可通过调节“Y轴位移”旋钮，调节直流电位以改变被测波形在屏幕上的位置。 第32页/共

17、137页第三十三页，共138页。3.3.2 3.3.2 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器的垂示波器的垂直通道直通道3延迟线 触发扫描时，扫描的开始时间总是(zn sh)滞后于被观测脉冲一段时间，这样，脉冲的上升过程就无法被完整地显示出来。 左图为没有延迟线时屏幕左图为没有延迟线时屏幕(pngm)(pngm)上显示的脉冲。上显示的脉冲。触 发 点输 入 信 号扫 描 电 压显 示 波 形扫 描起 点tT第33页/共137页第三十四页，共138页。3.3.2 3.3.2 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器的垂示波器的垂直通道直通道3延迟线（续） 延迟线的作用就是把加到垂直

18、偏转板上的脉冲信号延迟一段时间，以保证在屏幕上扫描出包括上升时间在内的脉冲全过程。 延迟线的输入级需采用(ciyng)低输出阻抗电路驱动，而输出级则采用(ciyng)低输入阻抗的缓冲器。 触发点输入信号扫描电压显示波形输入信号延迟后td扫描起点tT第34页/共137页第三十五页，共138页。3.3.2 3.3.2 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器的示波器的垂直通道垂直通道4Y输出放大器 Y输出放大器是将延迟线传来的被测信号放大到足够的幅度，用以驱动示波管的垂直偏转系统(xtng)，使电子束获得Y方向的满偏转。 Y输出放大器应具有稳定的增益、较高的输入阻抗、足够宽的频带、较小的谐波

19、失真 。 Y输出放大器大都采用推挽式放大器，有利于提高共模抑制比。可采用改变负反馈的方法改变放大器的增益 （面板上的“5”或“10”开关 ）。 第35页/共137页第三十六页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用示波器的水平通用示波器的水平(shupng)(shupng)通道通道 触 发 源选 择触 发 耦 合方 式 选 择放 大 整 形电 路扫 描闸 门扫 描 电 压发 生 器水 平放 大 器比 较 和释 抑 电 路触 发 信 号触 发 电 路扫 描发 生 器 环至 X偏 转 板第36页/共137页第三十七页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用通用(tngyng)(tngyng)示

20、波器的示波器的水平通道水平通道1触发电路触发电路的作用是为扫描信号(xnho)发生器提供符合要求的触发脉冲。包括触发源选择、触发耦合方式选择、触发方式选择、触发极性选择、触发电平选择和触发放大整形等电路。 放大、整形电路内外电源C1C2C3ACAC低频抑制HF REJDC常态 自动TV触发电平调节至扫描发生器环触发脉冲输出S1S2S4+-S3极性反转电路触发源选择触发耦合方式选择触发极性选择触发方式选择第37页/共137页第三十八页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用示波器的水平通用示波器的水平(shupng)(shupng)通道通道1触发电路（续）（1）触发源选择 内触发（INT）：将

21、Y前置放大器输出（延迟线前的被测信号）作为触发信号，适用于观测被测信号。 外触发（EXT）：用外接的、与被测信号有严格同步关系的信号作为触发源，用于比较两个信号的同步关系。电源(dinyun)触发（LINE）：用50Hz的工频正弦信号作为触发源，适用于观测与50Hz交流有同步关系的信号。第38页/共137页第三十九页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器的示波器的水平通道水平通道1触发(chf)电路（续）（2）触发(chf)耦合方式 “DC”直流耦合：用于接入直流或缓慢变化的触发(chf)信号。 “AC”交流耦合：用于观察从低频到较高频率的信号。

22、“AC低频抑制”耦合：用于观察含有低频干扰的信号。 “HF REJ”高频抑制耦合：用于抑制高频成分的耦合。 第39页/共137页第四十页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器的示波器的水平通道水平通道1触发电路（续）（3）扫描触发方式选择(xunz)（TRIG MODE） 常态（NORM）触发方式：指有触发源信号并产生了有效的触发脉冲时，荧光屏上才有扫描线。 自动（AUTO）触发方式：有连续扫描锯齿波电压输出，荧光屏上总能显示扫描线。 电视（TV）触发方式：是在原有放大、整形电路基础上插入电视同步分离电路实现的，以便对电视信号（如行、场同步信号）进

23、行监测与电视设备维修。 第40页/共137页第四十一页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器的水示波器的水平通道平通道1触发电路（续）（4）触发极性选择和触发电平调节 触发极性和触发电平决定触发脉冲产生的时刻(shk)，并决定被显示信号的起始点。 触发极性是指触发点位于触发源信号的上升沿还是下降沿。 触发电平是指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出电压的瞬时值。 第41页/共137页第四十二页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器的水示波器的水平通道平通道（4）触发(chf)极性选择和触发(chf)电平

24、调节(a) 正电平、正极性(b) 正电平、负极性(c) 负 电 平 、 负 极 性(d) 负 电 平 、 正 极 性第42页/共137页第四十三页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器的水示波器的水平通道平通道1触发电路（续）（5）放大整形电路 放大整形电路的作用(zuyng)是对触发信号进行放大、整形，以满足触发信号的要求。 整形电路的基本形式是电压比较器，当输入的触发源信号与通过“触发极性”和“触发电平”选择的信号之差达到某一设定值时，比较电路翻转，输出矩形波，然后经过微分整形，变成触发脉冲。 第43页/共137页第四十四页，共138页。3.3

25、.3 3.3.3 通用示波器的水平通用示波器的水平(shupng)(shupng)通道通道2扫描发生器环 扫描发生器环又叫时基电路，常由积分器、扫描闸门(zhmn)及比较释抑电路组成 。扫描闸门扫描锯齿波发生器比较和释抑电路+E至X放大器+E“稳定度”调节比较电平触发脉冲输入“增辉”脉冲第44页/共137页第四十五页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用示波器的水平通用示波器的水平(shupng)(shupng)通道通道2扫描发生器环（续）闸门电路产生快速上升或下降的闸门信号，闸门信号启动(qdng)扫描发生器工作，产生锯齿波电压，同时把闸门信号送到增辉电路，以便在扫描正程加亮扫描的光迹。

26、 释抑电路起到了稳定扫描锯齿波的形成、防止干扰和误触发的作用，确保每次扫描都在触发源信号的同样的起始电平上开始以获得稳定的图象。第45页/共137页第四十六页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器的示波器的水平通道水平通道2扫描发生器环（续）（1）扫描方式选择：包括(boku)连续扫描和触发扫描。（2）扫描门 1）控制积分器扫描。 2）起正程加亮作用。 3）使双踪示波器工作于交替状态。 第46页/共137页第四十七页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用示波器的水平通用示波器的水平(shupng)(shupng)通道通道2扫描发生器环（续）（2

27、）扫描门常用的闸门电路(dinl)有双稳态、施密特触发器和隧道二极管整形电路(dinl)。右图为施密特触发器构成的闸门电路(dinl)。 uiCRb1ReRc1Rc2Rb2V1V2uo+E第47页/共137页第四十八页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用示波器的水平通用示波器的水平(shupng)(shupng)通道通道2扫描发生器环（续）（3）积分器 密勒（Miller）积分器是通用(tngyng)示波器中应用最广的一种积分电路。 01,0 oEEVdtttCRR C来自扫描闸门-+RC+E扫描锯齿波输出Vo第48页/共137页第四十九页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用通用(

28、tngyng)(tngyng)示波器的水示波器的水平通道平通道2扫描发生器环（续）（3）积分器 积分器产生的锯齿波电压被送入X放大(fngd)器中放大(fngd)，再加至水平偏转板。 荧光屏上单位长度所代表的时间为示波器的扫描速度 （t/cm），x：光迹在水平方向偏转的距离；t：偏转x距离所对应的时间。 在示波器中通常改变R或C值作为“扫描速度”粗调，用改变E值作为“扫描速度”微调。 /st x第49页/共137页第五十页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用示波器的水平通用示波器的水平(shupng)(shupng)通道通道2扫描发生器环（续）（4）比较和释抑电路 在比较电路中，输入电压

29、与预置的参考电平进行比较，当输入电压等于预置的参考电平时，输出(shch)端电位产生跳变，并把它作为控制信号输出(shch)。它决定扫描的终止时刻。 释抑电路在扫描逆程开始后，关闭或抑制扫描闸门，使“抑制”期间扫描电路不再受到同极性触发脉冲的触发。 第50页/共137页第五十一页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器的水示波器的水平通道平通道2扫描发生器环（续）（4）比较和释抑电路 比较和释抑电路与扫描门、积分器构成一个闭合的扫描发生器环。 扫描门的输入接受三个方面的信号：“稳定度”电位器提供的直流电位；来自(li z)释抑电路的释抑信号；来自(l

30、i z)触发电路的触发脉冲。 1）触发扫描过程： 第51页/共137页第五十二页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用通用(tngyng)(tngyng)示波器的示波器的水平通道水平通道2扫描(somio)发生器环（续）（4）比较和释抑电路E1E0E2Er来 自 比 较 电 路的 参 考 电 平（ 比 较 电 平 ）扫 描 发 生器 输 出 Vo上 触 发 电 平下 触 发 电 平通 过 “ 稳 定 度” 调 节 的 静 态工 作 电 平 E0触 发 脉 冲12345抑 制 期回 扫 期开 始 下 一次 扫 描跟 随 Vo6释 放闸 门 输 出叠 加 后 的闸 门 输 入第52页/共137

31、页第五十三页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用示波器的水平通用示波器的水平(shupng)(shupng)通道通道2扫描发生器环（续）（4）比较和释抑电路2）连续扫描。 在此扫描方式下，通过“稳定度”调节，使闸门电路的静态工作电平高于上触发电平E1，则不论是否有触发脉冲(michng)，扫描闸门都将输出闸门信号。 扫描闸门仍然受比较和释抑电路的控制，以控制扫描正程的结束，从而实现扫描电压和被测电压的同步。 第53页/共137页第五十四页，共138页。3.3.3 3.3.3 通用示波器的水平通用示波器的水平(shupng)(shupng)通道通道3水平(shupng)放大器 其基本作用是

32、选择X轴信号，并将其放大到足以使光点在水平(shupng)方向达到满偏的程度。 X放大器的输入端置于“内”时，X放大器放大扫描信号；置于“外”时，水平(shupng)放大器放大由面板上X输入端直接输入的信号。 第54页/共137页第五十五页，共138页。3.3.4 3.3.4 通用示波器的其他通用示波器的其他(qt)(qt)电路电路 1高、低压电源 分别用于示波器的高、中压和直流供电。2Z轴的增辉与调辉 增辉：将闸门信号放大，使显示的波形正程加亮。 调辉：加外调制信号或时标信号，使屏幕显示的波形发生相应地变化。3校准信号发生器 可产生幅度(fd)和频率准确的基准方波信号，为仪器本身提供校准信号

33、源。 第55页/共137页第五十六页，共138页。3.3.5 3.3.5 示波器的多波形示波器的多波形(b (b xnxn) )显示显示 1多线示波 利用多枪电子管来实现的。 测试时各通道、各波形之间产生的交叉干扰可以减少或消除，可获得较高的测量准确度。 2多踪示波 在单线示波的基础上增加了电子开关，利用分时复用的原理(yunl)，分别把多个垂直通道的信号轮流接到Y偏转板上，最终实现多个波形的同时显示。 第56页/共137页第五十七页，共138页。3.3.5 3.3.5 示波器的多波形示波器的多波形(b xn(b xn) )显示显示2多踪示波“Y1”通道(tngdo)（CH1）、“Y2”通道(

34、tngdo)（CH2）和叠加方式（CH1+CH2）都只显示一个波形。 Y1输入电路Y1前置放大器Y1门电路电子开关延迟线Y后置放大器Y2输入电路Y2前置放大器Y2门电路至Y偏转板Y1输入Y2输入控制信号第57页/共137页第五十八页，共138页。3.3.5 3.3.5 示波器的多波形示波器的多波形(b xn(b xn) )显示显示2多踪示波（续) 交替方式（ALT）：适合于观察(gunch)高频信号。 uy1uy2ux第58页/共137页第五十九页，共138页。3.3.5 3.3.5 示波器的多波形示波器的多波形(b xn(b xn) )显示显示2多踪示波（续) 断续方式（CHOP）：适用(s

35、hyng)于被测信号频率较低的情况。 uy1uy2ux第59页/共137页第六十页，共138页。3.4 3.4 取样取样(qyng)(qyng)示波器示波器 3.4.1 概述 1取样的基本概念取样就是从被测波形(b xn)上取得样点的过程。取样分为实时取样和非实时取样两种。从一个信号波形(b xn)中取得所有取样点，来表示一个信号波形(b xn)的方法称为实时取样。从被测信号的许多相邻波形(b xn)上取得样点的方法称为非实时取样，或称为等效取样。 第60页/共137页第六十一页，共138页。3.4.1 3.4.1 概述概述( (i sh)i sh)1取样(qyng)的基本概念实时取样(qyn

36、g)示意图 取样脉冲p(t)输入信号Vi(t)取样信号Vo(t)tt第61页/共137页第六十二页，共138页。3.4.1 3.4.1 概述概述( (i sh)i sh)1取样(qyng)的基本概念非实时取样(qyng)示意图tt输入信号取样脉冲取样信号经放大和延长电路后的信号（显示波形）mTt2 t3 t4 tsTmTt 12345第62页/共137页第六十三页，共138页。3.4.1 3.4.1 概述概述( (i sh)i sh)2取样原理 核心电路(dinl)取样保持器示意图两个取样脉冲的时间间隔为 ，由于波形包络所经历的时间变长了，故可用低频示波器显示较高频率的信号。 输入信号输出信号

37、Vi(t)Vo(t)取样脉冲p(t)取样门RCSsTmTt第63页/共137页第六十四页，共138页。3.4.1 3.4.1 概述概述( (i sh)i sh)2取样原理（续）步进间隔t与信号最高频率fh应满足取样定理(dngl)非实时采样只适用于周期性信号。 顺序进行的取样称为顺序取样；否则称为随机取样。12htf 第64页/共137页第六十五页，共138页。3.4.1 3.4.1 概述概述( (i sh)i sh)3 显示原理(yunl) 顺序取样示波器中的水平扫描信号为阶梯波电压，阶梯持续时间，阶梯数对应屏幕上显示的不连续的光点数。 输入信号Y放大器输出tmTt2 t 3 t4 tsTm

38、Tt12345tX放大器输出（扫描阶梯波电压）第65页/共137页第六十六页，共138页。3.4.2 3.4.2 取样示波器的组成及工作取样示波器的组成及工作(gngzu)(gngzu)原理原理 1.取样示波器的基本(jbn)框图延迟线取样电路触发电路Y延长门垂直放大器水平放大器步进脉冲发生器Y输入外触发内外扫描信号发生器至X偏转板至Y偏转板第66页/共137页第六十七页，共138页。3.4.2 3.4.2 取样取样(qyng)(qyng)示波器的组成及工示波器的组成及工作原理作原理2.取样示波器的垂直通道垂直通道由延迟线、延长门和Y放大器等电路组成，最关键的电路是取样电路，它产生正比于取样值

39、的阶梯电压。下图为常用(chn yn)的闭环取样电路组成框图。 A反馈电路CsCmui(t)S1取样门取样脉冲延长门脉冲S2延长门+-至Y放大器uo(t)跟随器交流放大器第67页/共137页第六十八页，共138页。3.4.2 3.4.2 取样示波器的组成取样示波器的组成(z chn(z chn) )及工作原理及工作原理2.取样示波器的垂直通道（续） 第一个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被测信号对取样电容Cs充电(chng din)； 然后该电压被送到交流放大器A放大，在延长门闭合期间对保持电容Cm充电(chng din)； 最后保持电压经过反馈电路送回取样电容Cs，故取样电容Cs上最终得到

40、的电压为 （K为取样门的传输函数）。 若kA=1，则取样电路的输出电压值正比于输入电压的取样值。 1csiuKA u第68页/共137页第六十九页，共138页。3.4.2 3.4.2 取样取样(qyng)(qyng)示波器的组成及工作原理示波器的组成及工作原理2.取样示波器的垂直(chuzh)通道（续）第二个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被测信号与cs上的电压ui1之差给取样电容Cs充电，充电的电压值经过传递系数K和增益A后，将在保持电容上与前一次的输出信号叠加，得到uo2为取样电路的输出是由离散的、与被测信号成正比的阶梯波构成的。 21212oiiiiuKAuKA uuKAu第69页/共

41、137页第七十页，共138页。3.4.2 3.4.2 取样取样(qyng)(qyng)示波器的组成及工示波器的组成及工作原理作原理3.取样示波器的水平通道X通道主要包括触发、放大、分频单元(dnyun)、快斜波发生器、比较器、阶梯波发生器和X放大器。下图为阶梯波发生器框图：快斜波发生器水平放大器电压比较器触发脉冲阶梯波发生器取样脉冲发生器泵发生器至取样门至X偏转板第70页/共137页第七十一页，共138页。3.4.2 3.4.2 取样取样(qyng)(qyng)示波器的组成及示波器的组成及工作原理工作原理3.取样示波器的水平通道（续）图示波形说明了步进脉冲发生器的工作(gngzu)过程触发脉冲

42、t2 t3 tsTmTt 步进延迟脉冲快斜波、阶梯波mT1234第71页/共137页第七十二页，共138页。3.4.2 3.4.2 取样示波器的组成取样示波器的组成(z chn(z chn) )及及工作原理工作原理4.取样示波器的主要参数 （1）取样示波器的带宽要提高取样示波器的带宽，取样门用元件的高频特性要足够好；其次取样脉冲本身要足够窄。取样脉冲通常有两种形式：规则脉冲和尖三角脉冲。 取样门的最高工作频率为（为取样脉冲底宽），即与取样脉冲底边(d bin)的宽度成反比。 30.44 0.64dBf第72页/共137页第七十三页，共138页。3.4.2 3.4.2 取样取样(qyng)(qy

43、ng)示波器的组成及工示波器的组成及工作原理作原理4.取样示波器的主要参数（续）（2）取样密度 指电路扫描时，在示波器屏幕X轴上显示的被测信号每格所对应的取样点数，常用每厘米的光点数来表示。屏幕上的光点总数为 （Us为X方向最大偏转电压(diny)；us为阶梯波每级上升的电压(diny)）。使Us变小，可使总点数增加，即取样密度变大；但取样点过多可能导致波形闪烁。 ssUnU第73页/共137页第七十四页，共138页。3.4.2 3.4.2 取样取样(qyng)(qyng)示波器的组成及工示波器的组成及工作原理作原理4.取样示波器的主要参数（续）（3）等效扫速 等效扫速定义为被测信号经历时间与

44、水平方向展宽的距离比。 在取样示波器中，虽然(surn)在屏幕上显示n个亮点需要n（mT+t）的时间，但它等效于被测信号经过了nt的时间。 1sFFUtTN UUsUs为为X X方向最大偏转方向最大偏转(pinzhun)(pinzhun)电压；电压；N N为为X X轴偏转轴偏转(pinzhun)(pinzhun)格数；为快斜波的斜率。格数；为快斜波的斜率。 第74页/共137页第七十五页，共138页。3.5 3.5 波形存储及显示波形存储及显示(xinsh)(xinsh)技术技术 3.5.1 波形(b xn)模拟存储技术和记忆模拟记忆示波器是利用记忆示波管的波形(b xn)记忆（存储）特性实现

45、波形(b xn)较长时间的存储 ，其核心是记忆示波管： KGA1A2G11G12G21G22K1K2收集极存储介质存储栅网荧光屏YX写入电子枪偏转系统读出电子枪记忆与显示记录系统泛射系统第75页/共137页第七十六页，共138页。3.5.1 3.5.1 波形模拟波形模拟(mn)(mn)存储技术和存储技术和记忆示波器记忆示波器示波管内有两种电子(dinz)枪，一种称为写入枪，另一种称为读出枪。 在记录波形之前，首先对存储栅网进行清除，清除网上的电子(dinz)。写入枪发射电子(dinz)束，实现了存储功能。 读出时，在那些被记录枪电子(dinz)束扫描过的区域，读出枪发出的泛射电子(dinz)可

46、以通过栅网而到达荧光屏，从而显示波形。第76页/共137页第七十七页，共138页。3.5.2 3.5.2 数字数字(shz)(shz)存储示波器存储示波器 衰减器放大器触发电路A/D转换器延迟线存储器（RAM）D/A转换器地址计数器D/A转换器垂直放大器水平放大器扫描发生器逻辑控制电路（微处理器）输入外触发内外实时存储实时实时存储存储至X偏转板至Y偏转板第77页/共137页第七十八页，共138页。3.5.2 3.5.2 数字数字(shz)(shz)存储示波器存储示波器1数字存储示波器的组成原理（续）当处于存储工作模式时，其工作过程一般分为存储和显示两个阶段。在存储工作阶段，将模拟信号转换成数字

47、化信号，在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM中。在显示工作阶段，将数字信号从存储器中读出转换成模拟信号，经垂直放大器放大加到CRT的Y偏转板。同时，CPU的读地址计数脉冲加至D/A转换器，得到(d do)一个阶梯波扫描电压，驱动CRT的X偏转板， 第78页/共137页第七十九页，共138页。3.5.2 3.5.2 数字数字(shz)(shz)存储示波器存储示波器2数字存储式波器的工作方式 （1）数字存储器的功能 随机存储器RAM包括信号数据存储器、参考(cnko)波形存储器、测量数据存储器和显示缓冲存储器四种。 （2）触发工作方式 1）常态触发 同模拟示波器基本一样。 2）预置触发 可观测触

48、发点前后不同段落上的波形。 第79页/共137页第八十页，共138页。3.5.2 3.5.2 数字数字(shz)(shz)存储示波器存储示波器2数字存储式波器的工作方式（续）（3）测量与计算工作方式 数字存储示波器对波形参数的测量分为自动测量和手动测量两种。一般(ybn)参数的测量为自动测量，特殊值的测量使用手动光标进行测量。（4）面板按键操作方式 数字存储示波器的面板按键分为立即执行键和菜单键两种。 第80页/共137页第八十一页，共138页。3.5.2 3.5.2 数字数字(shz)(shz)存储示波器存储示波器3数字存储示波器的显示(xinsh)方式 （1）存储显示(xinsh) 适于一

49、般信号的观测。 （2）抹迹显示(xinsh) 适于观测一长串波形中在一定条件下才会发生的瞬态信号。（3）卷动显示(xinsh) 适于观测缓变信号中随机出现的突发信号。 第81页/共137页第八十二页，共138页。3.5.2 3.5.2 数字数字(shz)(shz)存储示波器存储示波器3数字(shz)存储示波器的显示方式（4）放大显示 适于观测信号波形细节。 （5）XY显示 新波形到来移出，消逝输入波形放大显示波形(a) 卷动显示(b) 放大显示第82页/共137页第八十三页，共138页。第83页/共137页第八十四页，共138页。第84页/共137页第八十五页，共138页。复杂的数据运算和分析

50、处理。第85页/共137页第八十六页，共138页。/divNft第86页/共137页第八十七页，共138页。多少个取样点或用百分数来表示。第87页/共137页第八十八页，共138页。第88页/共137页第八十九页，共138页。+-+-+-编码逻辑电路输出寄存器ViRRR+Vr-Vr采样时钟比较器nn-11nn-11MSBLSB第89页/共137页第九十页，共138页。S/H4位并行A/D4位并行A/D4位D/A-+减法放大器b7b6b5b4b3b2b1b0(MSB)(LSB)ViV1第90页/共137页第九十一页，共138页。A/D转换器寄存器RAM1RAM2Vi/2fs第91页/共137页第

51、九十二页，共138页。第92页/共137页第九十三页，共138页。YA顺序取样YB顺序取样通道转换器AB通道转换器A/DRAMViAViB第93页/共137页第九十四页，共138页。第94页/共137页第九十五页，共138页。ADC1ADC2RAM1RAM2Vifs数据输出Vifs反相fs(a) 原理框图(b) 采样与存储波形图第95页/共137页第九十六页，共138页。第96页/共137页第九十七页，共138页。第97页/共137页第九十八页，共138页。第98页/共137页第九十九页，共138页。第99页/共137页第一百页，共138页。第100页/共137页第一百零一页，共138页。第1

52、01页/共137页第一百零二页，共138页。第102页/共137页第一百零三页，共138页。第103页/共137页第一百零四页，共138页。vivoRRiCCiZ1Z2C0输入探头示波器最佳补偿过补偿欠补偿显示波形第104页/共137页第一百零五页，共138页。第105页/共137页第一百零六页，共138页。DCyVhDkDCVyD第106页/共137页第一百零七页，共138页。第107页/共137页第一百零八页，共138页。40.5 1020DCyVhDk(V)0.51251025010050255VmVV/div零电平线显示波形（直流电压）第108页/共137页第一百零九页，共138页。P

53、PyyVhDkP PVyDyk第109页/共137页第一百一十页，共138页。2交流电压的测量（续）例7-2 示波器正弦电压如图所示，h=8cm、V/cm、若K=1：1，求被测正弦信号(xnho)的峰-峰值和有效值。正弦信号(xnho)的峰-峰值为正弦信号(xnho)的有效值为 0.51251025010050255VmVV/div零电平线显示波形（交流电压）8 1 18VP PyVhDk 82.322 22 2PP PVVVV第110页/共137页第一百一十一页，共138页。/xxT xD kxDxk第111页/共137页第一百一十二页，共138页。6）计算被测交流信号的周期。xD第112页

54、/共137页第一百一十三页，共138页。0.20.5121010010110050Smst/div55nsx7 10/710 xxTxDkmsms 第113页/共137页第一百一十四页，共138页。A BA BxTxDA BxxDxA-B第114页/共137页第一百一十五页，共138页。xA-B第115页/共137页第一百一十六页，共138页。xA-B第116页/共137页第一百一十七页，共138页。Txo360Txx第117页/共137页第一百一十八页，共138页。x1x2xT第118页/共137页第一百一十九页，共138页。HNVNyfxfyHxVfNfN第119页/共137页第一百二十页

55、，共138页。26MHz26HyxVNffN16MHz23HyxVNffNMHz MHz NHNV第120页/共137页第一百二十一页，共138页。00arcsin,arcsinmmyxyx或第121页/共137页第一百二十二页，共138页。2x02xm2y02ym第122页/共137页第一百二十三页，共138页。测量误差及对示波器的要求测量误差及对示波器的要求(yoqi)(yoqi)n与幅度有关的测量误差来源主要有探头衰减比误差、示波器的输入阻抗、通道非线性失真、读数误差、顶值和底值不准等。n与时间有关的测量误差来源主要有：示波器的建立时间（带宽）、时基不准确、上下基线的判别不准、读数误差等

56、。测量误差一般为百分之几。n测量上升时间可下式修正由示波器有限带宽带来的误差：n当示波器的频带宽度大于被测信号中最高频率的5倍以上时，一般可以(ky)忽略示波器带宽对脉冲上升时间测量的影响。220rrxrttt第123页/共137页第一百二十四页，共138页。n普通(ptng)模拟示波器不能测量单脉冲的参数，只能测量周期脉冲信号的参数。n数字存储示波器对单脉冲和周期脉冲信号参数都能测量。n数字存储示波器内部有计算功能，有些参数可直接得到测量数值，如幅度、上升时间、下降时间、脉宽等。n数字存储示波器使用可调的水平光标或垂直光标，可直接得到两光标间的电压差值或时间差值，比模拟示波器减少了读数误差。

57、 第124页/共137页第一百二十五页，共138页。3.7.2 线性系统的时域测量线性系统的时域测量(cling)n1.线性系统的描述(mio sh)nn阶线性微分方程；n对微分方程进行拉普拉斯变换，可得到系统的传递函数；n给系统输入扫频正弦信号，测量对应输出信号的幅值和相位，可得系统的频率特性；n给系统输入单位脉冲信号，得到时域中的脉冲响应函数。( )x t( )y t激励激励响应响应系 统系 统（微分方程）（微分方程）（传递函数）（传递函数）（频率响应函数）（频率响应函数）（脉冲响应函数）（脉冲响应函数）第125页/共137页第一百二十六页，共138页。2.脉冲响应函数脉冲响应函数(hnsh)t t0 0)(tt t0 0u(t)u(t)(a)单位脉冲信号单