《电气测量 第7版》课件第6章 波形的测量

第六章波形的测量第一节概述第二节示波管第三节示波器电源第四节示波器的Y通道第五节示波器的X通道第六节通用示波器实例第七节示波器的应用第六章波形的测量第六章目录本章介绍电子示波器的电路与器件，包括示波管、高低压电源、Y通道、X通道、电子开关，以及附属电路的结构、原理与技术性能。并通过第七节的典型实例，进一步了解常用的示波器电路形式，电子示波器的使用方法以及面板上旋钮的功能。

本章要求学生熟练掌握示波器的操作方法，电路结构是为了帮助了解所操作的对象，以及被操作对象所在部位。以便在发作故障时能知道处理。

第六章波形的测量本章要点第六章波形的测量第一节概述第六章波形的测量一.电子示波器分类电子示波器模拟示波器数字示波器通用示波器取样示波器多踪示波器特殊示波器实时显示数字读出示波器数字存储示波器实时显示与存储示波器逻辑分析仪第六章波形的测量电子示波器是利用被测信号控制电子束在Y轴的位置，同时利用内部的锯齿信号，使电子束重复地沿水平方向匀速扫描，然后在示波管荧光屏或液晶显示器上观察被测信号波形的一种仪器，因此一台电子示波器至少要包括X、Y通道和显示器三个部分。二.电子示波器工作原理第六章波形的测量第二节示波管第六章波形的测量示波管又称阴极射线管，由电子枪、偏转系统和荧光屏等部分组成，所有部件都密封在一个喇叭状的玻璃管中，内部抽至高真空，其结构如下图。示波管结构T-灯丝K-阴极G-控制栅极A1-第一阳极A2-第二阳极A3-第三阳极Y-Y偏转板X-X偏转板P-屏蔽极M-后加速阳极Q-荧光屏第六章波形的测量电子枪由灯丝、阴极、控制栅极和第一阳极，第二阳极和第三阳极组成。这些电极做成同轴的圆环或圆筒，装在一个固定支架上，然后安放在管子的颈部。一.电子枪第六章波形的测量大多采用静电偏转系统，它由两对相互垂直的偏转板构成，每对偏转板的两块极板相互平行，并对称于示波管的中心轴。一对装在离荧光屏较远的地方，作为垂直偏转板，又称为Y偏转板。另一对装在离荧光屏较近的地方，作为水平偏转板，又称为X偏转板，电子束从电子枪射出之后，依次从两对偏转板之间通过，偏转板加上不同电压，可使电子束产生不同的偏移。二.偏转系统第六章波形的测量荧光屏位于示波管喇叭口的端面，端面内壁涂上一层荧光质，电子束轰击荧光质时，能够激发荧光质发出亮光，荧光的亮度与电子束的密度、速度以及荧光屏所用的荧光材料有关。三.荧光屏荧光屏的另一重要特征是余辉时间，所谓余辉指电子射线停止轰击，荧光屏上的荧光材料还能持续发光，其持续发光的时间称为余辉时间。示波管的余辉时间分为长、中、短三种第六章波形的测量通常的情况下，被观察的波形信号加在Y偏转板，时间扫描信号加在X偏转板，为了控制荧光屏上显示图象的亮度和聚焦，在示波管的栅极和各阳极加上不同的直流电压，如下图所示。四.示波管各电极的电压第六章波形的测量第三节示波器电源第六章波形的测量示波管灯丝电压由工频电源经变压器降压后提供，虽然灯丝电压本身只有几伏或十几伏，属于低压。但是因为灯丝与阴极极为靠近，为减小两者电位差，通常也置以高电位，如图加-1kV电位。一.示波管的灯丝电源示波器必须为内部各种元、器件及电路提供不同电压的电源第六章波形的测量示波器内部所需的低压电源，可用工频经降压、整流、滤波获得。也可以利用直流-交流-直流转换器，后一种方法因工作频率较高，所需的变压器体积小，并可用较小的滤波电容，使得性能与价格都比工频优越。二.直流低压电源工频变压器有工频变压器的直流-交流-直流转换器第六章波形的测量二.直流低压电源无工频变压器直流-交流-直流转换器第六章波形的测量示波管需要1000V以上的直流高压电源，通常使用直流-高频交流-直流变换器，这种变换器因工作频率高，可以用体积较小高压变压器和电容量较小的高压滤波电容，以节省费用和空间。三.直流高压电源稳压电路第六章波形的测量第四节示波器的Y通道第六章波形的测量由于被测信号要从示波器的Y通道输入，因此它的性能直接影响示波器的测量准确度，所以要求Y通道一.示波器Y通道的技术性能5.漂移、干扰和噪声：Y通道应具备抗干扰与抗漂移能力。1.频率宽度：必须满足测量对象的需要，例如测量视频信号至少要有6MHz带宽。2.输入阻抗：例如5MHz带宽的示波器，其输入电阻至少必须大于1MΩ，输入电容小于40μF。3.灵敏度：一般示波器Y灵敏度约为毫伏级，特殊的场合要求Y通道灵敏度能达到微伏级。4.非线性失真：一般要求小于3%~10%。第六章波形的测量Y通道包括探头、衰减、放大、电子开关与延迟线。二.Y通道的结构5.双踪电子开关：双踪显示时，用于选择A通道或B通道。1.探头：提高输入阻抗，补偿输入引线对频率特性的影响。2.衰减器：调节Y通道的灵敏度。3.放大器：增加Y通道放大倍数，提高灵敏度。4.延迟线：延迟Y通道信号到达偏转板的时间，防止Y通道信号比扫描信号到达偏转板的时间早，使被测信号开始部分无法显示。第六章波形的测量Y通道的调节衰减器调节:通常利用RC分压衰减器，改变RC值，达到改变Y通道的输出幅度的目的，调节时应注意正确补偿。信号幅度微调:衰减器调节通常作为输出幅度的粗调，还要通过调节放大器的放大倍数对输出幅度进行微调。两者结合以后可使荧光屏所显示的波形大小适中，以便于观察。例如输入信号幅度为1mV，若示波管的Y轴偏转灵敏度为20V/cm，要使显示波形的幅度达到5cm，就要求Y通道输出幅度达100V，这就要求粗调与微调能使Y通道的放大倍数在0至100000之间进行调节。第六章波形的测量双踪显示如示波器有两个Y通道，可以通过电子开关，打开其中一个通道，显示该通道的波形，也可以同时打开两个通道，实现双踪显示，双踪显示有交替和断续两种方式，如果交换周期等于扫描周期，则每次扫描都可以有一个完整的扫描波形，称为交替。如果交换周期小于扫描周期，显示波形会呈现为断续状，称为断续。第六章波形的测量第五节示波器的X通道第六章波形的测量一.示波器X通道的技术性能1.锯齿波幅度：为便于观察，一般示波管要求扫描线长度有10cm，液晶显示器要求占满显示板。因此要求X通道的输出电压达到100V以上。2.锯齿波的线性：一般示波器要求X通道的非线性失真小于3%-10%。3.扫描速度调节范围:扫描速度要与被测信号的频率相适应，至少能观察到一个完整的波形，若Y通道最高频率为0~100MHz，扫描速度调节范围要求为1s~0.01μs，调节扫速实际上就是调节扫描波的正程时。第六章波形的测量二.X通道的结构X通道结构有连续和触发两种方式，现在示波器都采用由密勒电路组成的触发扫描结构，这种结构由触发放大与整形、闸门与密勒积分、释抑电路以及X放大等几部分组成。其中X放大与一般放大器没有什么区别，频宽约为Y通道频宽的十分之一，其输出要保证扫描线的宽度占满全屏。第六章波形的测量1.扫描发生器（1）触发信号放大与整形触发信号可以是被测信号本身(内)，也可从外部引入(外)。触发信号经放大后还需整形，整形利用施密特电路在它翻转时输出的方波脉冲作为触发输出，调节参考电平可改变触发输出方波前沿与后沿的位置。整形后的触发放大输出的方波又称为闸门触发脉冲，闸门触发脉冲的下降沿将打开时基闸门，相当于闸门开启，闸门开启时闸门输出将启动密勒电路开始扫描，所以闸门触发脉冲的下降沿也代表扫描正程的开始位置。第六章波形的测量（2）时基闸门时基闸门一般由双稳电路构成，电路具有两种状态，当未加触发信号之前，电路输出高电平，这种状态称为闸门关闭状态或称等待状态。当触发信号使闸门输入超过它的下触发电平，闸门翻转（图A点），翻转后输出低电平，这种状态称为闸门开启状态，开启之后，启动扫描触发扫描发生器产生锯齿波。当锯齿波峰值超过上触发电平时（图B点），通过释抑电路；反馈到闸门输入端，使闸门再次翻转，恢复为关闭状态，等待下一次触发。时基闸门从关闭到开启到重新关闭，输出一个负向方波；方波的下跳变对应于锯齿波的起点，方波的上跳变对应于锯齿波正程的终点第六章波形的测量（3）密勒积分电路密勒电路实际是一个他激锯齿波发生器，由高增益放大器A和反馈电容（也称密勒电容）C组成。反馈电容可等效为在输入端接上一个大电容C（A+1）。以便充电时利用其充电曲线的直线部分。经施密特电路整形后闸门触发脉冲，启动时基闸门，时基闸门的输出方波加在密勒电路输入端，密勒电容开始充电，相当于扫描正程的开始，直至闸门输出的方波翻转，密勒电容开始放电，对应于正程结束与逆程开始。第六章波形的测量（4）释抑电路释抑电路用来控制扫描波的终点与起点。扫描电压升到一定高度后，通过释抑电路，使时基闸门翻转，关闭闸门，结束正程转为逆程。考虑到逆程开始之后，闸门随时都可能被触发信号重新打开，造成扫描波未回到起点，又开始新的正程。为此，扫描发生器通过释抑电容将逆程电压下降速度变慢，用它抑制闸门不使过早打开。保证扫描波形回到起点之后，才会产生新的一轮扫描。第六章波形的测量2.X放大器

X放大器主要用于放大扫描发生器输出的锯齿波，由于锯齿周期大约为被测周期的10倍左右；所以X放大器的频带宽度大约为Y放大器的1／10，而且频率下限不一定要扩展到直流，可以采用交流放大器电路。考虑到X偏转板需要200～300V左右的锯齿电压，扫描发生器输出锯齿波幅度大约为几伏，所以又放大器的增益大约为几百倍。第六章波形的测量第六节通用示波器实例第六章波形的测量BS--601型双踪示波器面板外形第六章波形的测量BS-601双踪示波器.结构框图第六章波形的测量一.Y通道1.衰减器与前置放大:BS-601双踪示波器的衰减电路有两级，第一级为RC分压衰减器，衰减比分别为1:1、1:10、1:100、1:1000，第二级为集成电路IC10组成的衰减器，衰减比分别为1:1、1:2、1:4，级连后组成12档的衰减电路。可以由1:1调至1:4000，测量范围从0.05cm/V至0.2cm/mV。第六章波形的测量一.BS-601Y通道前置放大:前置放大级的任务是将Y输入信号送Y放大和触发放大第六章波形的测量一.BS-601Y通道2.混合放大和输出级:混合级与末级任务是将前置放大级送来信号放大后送示波管的Y偏转板。第六章波形的测量二.X通道1.X-Y选择电路X-Y选择可以控制工作于扫描方式或X-Y方式，前者用于观察随时间变化的波形，后者用于观察李沙育图形或描绘特性曲线。第六章波形的测量二.X通道2.X放大器X放大器由VT2-15、VT2-16、VT2-17、VT2-18、VT2-19、VT2-20、VT2-25、VT2-26组成，X放大增益可由RP2-12调节，以便通过增益调节改变扫描线长度。第六章波形的测量二.X通道3.触发放大整形扫描电路由触发放大、同步分离、触发整形、时基闸门、密勒积分电路和释抑电路等部分组成。触发、放大、整形是扫描电路的前端，触发、放大、整形部分开关包括触发极性开关：S2-3可选内（INT）、CHB（YB）、外（EXT）、电网（LINE）。S2-1可调节同步极性+/-，选择扫描起点在被测信号的前沿或后沿。同步方式开关：触发信号选择开关：S2-2可选AC、HF、TV。第六章波形的测量二.X通道4.锯齿波发生器锯齿波发生器包括时基闸门、密勒积分和释抑电路三个部分。锯齿波发生器的工作状态可以通过以下开关进行调节。扫速调节开关：触发电平调节可用于选择扫描起点位于被测信号的位置。S2-4作扫速粗调，R2-4作扫速微调。扫描线长度调节开关：稳定度调节开关：

RP2-13可调节荧光屏上的扫描线长度。电平调节开关：可调节扫描发生器处于自激还是触发状态。第六章波形的测量二.X通道触发、放大、整形、扫描电路第六章波形的测量三.工作方式逻辑控制电路选择进入Y通道混合级的信号是YA或YB或同时输入，OA和OB就是用来打开YA和YB的控制信号。例如单踪时仅打开YA或YB中的一个，双踪时轮流打开。如果是选择轮流打开YA、YB，则控制信号OA、OB也必须轮流置低电平。BS-601型有YA、YB、DUAU（双踪）、ADD（YA+YB）等四种工作方式，选择某一种工作方式时，必须通过逻辑控制电路，选择信号的走向。包括。以上工作由逻辑控制电路和工作方式转换开关联合完成选择进入触发放大器的信号，如果选择外触发或LINE触发可以由触发源选择开关控制，但在使用内触发时，还需要通过OTA、OTB控制信号，选择进入触发放大器的触发信号是YA还是YB。第六章波形的测量三.工作方式逻辑控制电路单踪工作方式第六章波形的测量三.工作方式逻辑控制电路双踪工作方式第六章波形的测量三.工作方式逻辑控制电路叠加工作方式第六章波形的测量三.工作方式逻辑控制电路X-Y工作方式第六章波形的测量四.电源与校正电压发生器整机设有六组中低压电源和两组高压电源，其中-8V、+5V、+12V、+20V四组低压电源采用三端稳压集成电路作为稳压元件。+220V和+120V电源则用晶体管作为串联稳压电路的调整管。+2000V和-1900V高压电源采用交流—直流—交流变换器。整机还设有一些辅助电路，即：

(1）-8～12V可调节直流电源供扫描轨迹校正线圈使用，以纠正因电子