现代电子测量技术7

1、第第7章章 信号波形测量信号波形测量7.1 7.1 概述概述1 1 模拟示波器模拟示波器2 2 数字示波器数字示波器7.1.2 7.1.2 主要技术指标主要技术指标 30.350.35,10rrtst nsBW MHzBW MHz或7.1.2 7.1.2 主要技术指标主要技术指标7.1.2 7.1.2 主要技术指标主要技术指标7.1.2 7.1.2 主要技术指标主要技术指标7.2 CRT7.2 CRT显示原理显示原理 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1 1 电子枪电子枪 1 1 电子枪电子枪KG1G2A1A22 2 偏转系统偏转系统 2 2

2、 偏转系统偏转系统2yalSyVbV2yalSSbV3 3 荧光屏荧光屏 7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理 (a) Ux=0、Uy=0 (b) Ux=0、Uy=常量 7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理(c) Ux=常量、Uy=0 (d) Ux=常量、Uy=常量7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理Uy0123401324Uy-Uyt7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理Ux0123401324Ux-Uxt7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理Uy0123401324Uy-Uy

3、t0UxtUx-Ux7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理t0123401234uytux01234。 7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理t0123401234uytux01234024。7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理/xxxSkth t cms7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理uyTyTxuxtt 7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理t015(6)234789012345678uytuxTy54xyTT1011109117.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形

4、显示的基本原理TsT=Tstt(a)被测脉冲(b)连续扫描，且T=Ts不能观测到脉冲细节7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理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7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理Tstt(a)被测脉冲(d)触发扫描扫描等待能较好地观测脉冲7.2.2 7.2.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理t015234678012345678uytuxTyTx=2Ty7.3 7.3 通用示波器通用示波器 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

5、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7.3 7.3 通用示波器通用示波器7.3.2 7.3.2 通用示波器的垂直通道通用示波器的垂直通道1 1输入电路：包括衰减器和输入选择开关。输入电路：包括衰减器和输入选择开关。 （1 1）衰减器）衰减器 vivoR1R2C1C2最佳补偿过补偿欠补偿Z1Z22211CRCR1122RCR C1122RCR C 7.3 7.3 通用示波器通用示波器7.3.2 7.3.2 通用示波器的垂直通道通用示波器的垂直通道7.3.2 7.3.2 通用示波器的垂直通道通用示波器的垂直通道触 发 点输 入 信 号扫 描

6、 电 压显 示 波 形扫 描起 点tT7.3.2 7.3.2 通用示波器的垂直通道通用示波器的垂直通道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tT7.3.2 7.3.2 通用示波器的垂直通道通用示波器的垂直通道7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道 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7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道放大、整形电路内外电源C1C2C3ACA

7、C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7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道(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7.3.

8、3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道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7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道uiCRb1ReRc1Rc2Rb2V1V2uo+E7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道01,0 oEEVdtttCRR C来自扫描闸门-+RC+E扫描锯齿波输

9、出Vo7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道/st x7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道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

10、门 输 入7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道7.3.3 7.3.3 通用示波器的水平通道通用示波器的水平通道7.3.4 7.3.4 通用示波器的其他电路通用示波器的其他电路 7.3.5 7.3.5 示波器的多波形显示示波器的多波形显示 7.3.5 7.3.5 示波器的多波形显示示波器的多波形显示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7.3.5 7.3.5 示波器的多波形显示示波器的多波形显示uy1uy2ux7.3.5 7.3.5 示波器的多波形显示示波器的多波形显示uy1

11、uy2ux7.3.6 7.3.6 双时基扫描显示双时基扫描显示 前置放大延长线Y后置放大A触发A扫描电子开关X放大电压比较B触发选择门Y线光迹分离电路+-B扫描RPY输入A增辉B增辉12347.3.6 7.3.6 双时基扫描显示双时基扫描显示7.3.6 7.3.6 双时基扫描显示双时基扫描显示1234输 入 信 号A 触 发A 扫 描延 迟 触 发 电 平B 触 发B 扫 描A 增 辉B 增 辉合 成 增 辉7.4 7.4 取样示波器取样示波器 7.4.1 7.4.1 概述概述取样脉冲p(t)输入信号Vi(t)取样信号Vo(t)tt7.4.1 7.4.1 概述概述tt输入信号取样脉冲取样信号经

12、放大和延长电路后的信号（显示波形）mTt2 t3 t4 tsTmTt 123457.4.1 7.4.1 概述概述输入信号输出信号Vi(t)Vo(t)取样脉冲p(t)取样门RCSsTmTt7.4.1 7.4.1 概述概述12htf 7.4.1 7.4.1 概述概述输入信号Y放大器输出tmTt2 t 3 t4 tsTmTt12345tX放大器输出（扫描阶梯波电压）7.4.2 7.4.2 取样示波器的组成及工作原理取样示波器的组成及工作原理 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7.4.2 7.4.2 取样示波器的组成及工作

13、原理取样示波器的组成及工作原理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7.4.2 7.4.2 取样示波器的组成及工作原理取样示波器的组成及工作原理1csiuKA u7.4.2 7.4.2 取样示波器的组成及工作原理取样示波器的组成及工作原理21212oiiiiuKAuKA uuKAu7.4.2 7.4.2 取样示波器的组成及工作原理取样示波器的组成及工作原理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7.4.2 7.4.2 取样示波器的组成及工作原理取样示波器的组成及工作原理触发脉

14、冲t2 t3 tsTmTt 步进延迟脉冲快斜波、阶梯波mT12347.4.2 7.4.2 取样示波器的组成及工作原理取样示波器的组成及工作原理30.44 0.64dBf7.4.2 7.4.2 取样示波器的组成及工作原理取样示波器的组成及工作原理ssUnU7.4.2 7.4.2 取样示波器的组成及工作原理取样示波器的组成及工作原理LtnSea7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器 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Y偏转板至X偏转板7.

15、5 7.5 波形存储及显示技术波形存储及显示技术 7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器新波形到来移出，消逝输入波形放大显示波形(a) 卷动显示(b) 放大显示7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器/divN

16、ft7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器+-+-+-编码逻辑电路输出寄存器ViRRR+Vr-Vr采样时钟比较器nn-11nn-11MSBLSB7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器S/H4位并行A/D4位并行A/D4位D/A-+减法放大器b7b6b5b4b3b2b1b0(MSB)(LSB)ViV17.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器A/D转换器寄存器RAM1RAM2Vi/2fs7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器7.5.2 7.5

17、.2 数字存储示波器数字存储示波器YA顺序取样YB顺序取样通道转换器AB通道转换器A/DRAMViAViB7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器7.5.2 7.5.2 数字存储示波器数字存储示波器ADC1ADC2RAM1RAM2Vifs数据输出Vifs反相fs(a) 原理框图(b) 采样与存储波形图7.6 7.6 示波器的基本测试技术示波器的基本测试技术 7.6.2 7.6.2 示波器的正确使用示波器的正确使用 7.6.2 7.6.2 示波器的正确使用示波器的正确使用7.6.2 7.6.2 示波器的正确使用示波器的正确使用7.6.2 7.6.2 示波器的正确使用示波器的正确使用7

18、.6.2 7.6.2 示波器的正确使用示波器的正确使用7.6.2 7.6.2 示波器的正确使用示波器的正确使用vivoRRiCCiZ1Z2C0输入探头示波器最佳补偿过补偿欠补偿显示波形7.6.2 7.6.2 示波器的正确使用示波器的正确使用7.6.3 7.6.3 用示波器测量电压用示波器测量电压 DCyVhDkDCVyD7.6.3 7.6.3 用示波器测量电压用示波器测量电压7.6.3 7.6.3 用示波器测量电压用示波器测量电压40.5 1020DCyVhDk(V)0.51251025010050255VmVV/div零电平线显示波形（直流电压）7.6.3 7.6.3 用示波器测量电压用示波

19、器测量电压PPyyVhDkP PVyDyk7.6.3 7.6.3 用示波器测量电压用示波器测量电压0.51251025010050255VmVV/div零电平线显示波形（交流电压）8 1 18VP PyVhDk 82.322 22 2PP PVVVV7.6.4 7.6.4 用示波器测量时间和频率用示波器测量时间和频率 /xxTxDkxDxk7.6.4 7.6.4 用示波器测量时间和频率用示波器测量时间和频率xD7.6.4 7.6.4 用示波器测量时间和频率用示波器测量时间和频率0.20.5121010010110050Smst/div55nsx7 10/710 xxTxDkmsms 7.6.4

20、 7.6.4 用示波器测量时间和频率用示波器测量时间和频率A BA BxTxDA BxxDxA-B7.6.4 7.6.4 用示波器测量时间和频率用示波器测量时间和频率xA-B7.6.4 7.6.4 用示波器测量时间和频率用示波器测量时间和频率xA-B7.6.5 7.6.5 用示波器测量相位用示波器测量相位 Txo360Txx7.6.5 7.6.5 用示波器测量相位用示波器测量相位x1x2xT7.6.5 7.6.5 用示波器测量相位用示波器测量相位HNVNyfxfyHxVfNfN7.6.5 7.6.5 用示波器测量相位用示波器测量相位26MHz26HyxVNffN16MHz23HyxVNffNM

21、Hz MHz NHNV7.6.5 7.6.5 用示波器测量相位用示波器测量相位00arcsin,arcsinmmyxyx或7.6.5 7.6.5 用示波器测量相位用示波器测量相位2x02xm2y02ym7.6.6 7.6.6 数字存储示波器的应用数字存储示波器的应用 7.7 7.7 时域测量技术时域测量技术TtfV(f)1/2/TtfV(f)1/2/时域中的重复脉冲时域中的重复脉冲频域中的脉冲串频谱频域中的脉冲串频谱V(t)使用时域测量技术及使用时域测量技术及FFTFFT算法求信号的频谱算法求信号的频谱 210( )( ),0,1,1mjnkmnX kx n en km7.7.1 7.7.1

22、信号的时域测量信号的时域测量A Af f9 90 0% %1 10 0% %5 50 0% %b bc cT Tt tr rt tf f理理想想脉脉冲冲实实际际脉脉冲冲A Aw we e顶顶底底d dyASKH220rrxrttt普通模拟示波器不能测量单脉冲的参数，只能测普通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。量周期脉冲信号的参数。数字存储示波器对单脉冲和周期脉冲信号参数都数字存储示波器对单脉冲和周期脉冲信号参数都能测量。能测量。数字存储示波器内部有计算功能，有些参数可直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、接得到测量数值

23、，如幅度、上升时间、下降时间、脉宽等。脉宽等。数字存储示波器使用可调的水平游标或垂直游标，数字存储示波器使用可调的水平游标或垂直游标，可直接得到两游标间的电压差值或时间差值，比可直接得到两游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。模拟示波器减少了读数误差。 mcEmE调制信号振幅载波信号振幅tU(t)0EmEcEmba100%abmab( )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）2.2.脉冲响应函数脉冲响应函数t t0 0)(tt t0 0u(t)u(t)(a)单位脉冲信号单位脉冲信号(b)单位阶跃信号(b)单位阶跃信号1 10( )00ttt( )1t dt且10( )00tu tt( )( )( )( )tdu ttt dtu tdt卷积定理卷积定理( )( )( )() ( )( ) ()y tx th tx thdxh td脉冲响应脉冲响应输入单位脉冲信号时对应的系统输出。输入单位脉冲信号时对应的系统输出。阶跃响应阶跃响应输入单位阶跃信号时对应