波形显示与测量课件

模組提示：進行電子測量時，我們通常希望直觀地看到電信號隨時間變化的圖形，如直接觀察並測量信號的幅度、頻率、週期等基本參量。示波測試技術實現了人們的願望，能進行波形顯示與測量最常用的儀器是示波器。

示波器是時域分析的最典型的儀器，也是當前電子測量領域中，品種最多、數量最大、最常用的一種儀器；示波測試技術稱為一種最靈活、多用的綜合性技術。

波形顯示與測量

模擬示波器採用的是模擬電路（示波管，其基礎是電子槍）電子槍向螢幕發射電子,發射的電子經聚焦形成電子束,並打到螢幕上。螢幕的內表面塗有螢光物質,這樣電子束打中的點就會發出光來。而數字示波器則是數據採集，A/D轉換，軟體編程等一系列的技術製造出來的高性能示波器。數字示波器一般支持多級菜單，能提供給用戶多種選擇，多種分析功能。還有一些示波器可以提供存儲，實現對波形的保存和處理。YB4360G二蹤示波器操作面板示意圖數字存儲示波器TDS1000B系列TDS2000B系列北京普源RIGOL-DS5022ME數字示波器測量任務：1.示波器的基本應用2.示波器的特殊應用模組學習要點：7.1示波器概述7.2示波顯示原理7.3通用示波器7.4YB4360G雙時基模擬示波器7.5任務一示波器的基本應用7.6任務二示波器的特殊應用7.7數字示波器模組總結與歸納7.1示波器概述

7.1.1示波器的應用

1.示波器是時域分析的最典型的儀器

2.示波器是一臺X-Y圖示儀

7.1.2示波器的分類

從示波器的性能和結構出發，可將示波器分為模擬示波器、數字示波器、混合示波器和專用示波器。

1．模擬示波器 模擬示波器的X、Y通道對時間信號的處理均由模擬電路完成，即X通道提供連續的鋸齒波電壓，Y通道提供連續的被測信號，而CRT屏上的圖形顯示也是光點連續運動的結果，即顯示方式是模擬的。

（1）通用示波器：這類示波器採用單束示波管，有單蹤型和多蹤型，能夠定性、定量地觀測信號，是最常用的示波器。多蹤示波器是採用單束示波管而帶有電子開關的示波器，它能同時觀測幾路信號的波形及其參數，或對兩個以上的信號進行比較。YB4360G通用模擬示波器

（2）多束示波器：採用多束示波管的示波器。與通用示波器的疊加或交替顯示多個波形不同，其屏上顯示的每個波形都由單獨的電子束產生，能同時觀測、比較兩個以上的波形。

（3）取樣示波器：它根據取樣原理將高頻信號轉換為低頻傳號，然後再用通用示波器顯示其波形。這樣，被測信號的週期被大大展寬，便於觀察信號的細節部分，常用於觀測300MHz以上的高頻信號及脈衝寬度為納秒級的窄脈衝信號。目前已被數字存儲示波器或數字取樣示波器所取代。11801B/SD-22型號取樣示波器TektronixTDS8000系列取樣示波器

（4）記憶示波器記憶示波器採用有記憶功能的示波管，實現模擬信號的存儲、記憶和反復顯示。記憶示波器TEK7834

（5）專用示波器

能滿足特殊用途的示波器稱為專用示波器或特殊示波器。例如監測和調試電視系統的電視示波器，主要用於調試彩色電視中有關色度信號幅度和相位的向量示波器等等。

2.數字示波器

(1)數字存儲示波器（DSO，DigitalStorageOscilloscope）：它能將電信號經過數位化及後置處理後再重建波形，具有記憶、存儲被觀測信號的功能，可方便地與電腦及其它數位化儀器交換數據。

LeCroy9354AL500M數字存儲示波器(2)數字螢光示波器（DPO，DigitalPhosphorOscilloscope）：採用先進的數字螢光技術，能夠通過多層次輝度或彩色顯示長時間信號，具有傳統模擬示波器和現代數字存儲示波器的雙重特點數字螢光示波器（TDS3000C系列）

3．混合示波器 混合信號示波器（MSO）是將DSO和模擬示波器或邏輯分析儀或數字萬用表（DMM）等兩三種儀器有機組合在同一機箱中的混合型儀器，它集成了多臺儀器的功能和優點，以滿足用戶的更多更高的測試要求。

54622D型號多功能混合信號示波器泰克MSO4000系列產品7.2示波顯示的基本原理

——模擬示波器

能夠將被測電信號不失真地轉化為光信號，然後在螢幕上顯示出來的部件是示波管，它是傳統模擬示波器的核心之一。

7.2.1陰極射線示波管典型的示波器利用陰極射線示波管CRT作為顯示器，CRT是示波器的重要組成部分，其作用就是把電信號轉換為光信號而加以顯示。其構造與電視機顯像管相同，主要由電子槍、偏轉系統和螢光屏三大部分組成，三大部分均封裝在密閉呈真空的玻璃殼內，其結構示意圖如圖7.1所示（圖中省略了玻璃外殼）。圖7.1陰極射線示波管結構示意圖1.電子槍：電子槍的作用是發射電子並形成聚束的高速電子流。它主要由燈絲F、陰極K、控制柵極G、第一陽極A1、第二陽極A2組成。除燈絲外，其餘電極的結構均是金屬圓筒，且它們的軸心都保持在同一軸線上。2.偏轉系統：偏轉系統的作用是使電子束產生在垂直和水準方向上的位移。偏轉系統位於第二陽極之後，由兩對相互垂直且平行的金屬板X、Y偏轉板（水準、垂直偏轉板）組成，其中心軸線均與示波管的中心軸線重合，分別控制電子束在水準方向、垂直方向的偏轉。3.螢光屏：螢光屏是示波器的顯示部分，為圓形曲面或矩形平面，其內壁塗有螢光物質，形成螢光膜。當螢光物質受到電子槍發射的高速電子束轟擊時就能產生螢光亮點，亮點的亮度取決於電子束中電子的數目、密度和速度。

7.2.2示波管顯示原理用示波器顯示被測圖像，有兩種類型，一種是顯示隨時間變化的信號，稱為波形顯示；另一種是顯示任意兩個變數X與Y的關係，稱為X—Y顯示。

1.顯示隨時間變化的圖形電子束進入偏轉系統後，要受到X、Y兩對偏轉板間電場的控制而產生偏轉，其中X、Y的控制作用有如下幾種情況。(1)加固定電壓圖7.2固定電壓與光點偏移的關係圖(a)Vx=Vy=0(c)Vx=常量，Vy=0(a)(b)(c)(d)(b)Vx=0，Vy=常量(d)Vx=常量，Vy=常量

(2)加可變電壓

1)分別加電壓(a)Y偏轉板加正弦波信號(b)X偏轉板加鋸齒波信號圖7.3可變電壓與光點偏移的關係圖

2)同時加電壓如果同時在Y偏轉板加正弦波信號電壓X偏轉板加鋸齒波電壓，假設，圖7.4X、Y偏轉板同時加信號時光點的軌跡圖

2.顯示任意兩個變數之間的關係在示波管中，電子束同時受X和Y兩對偏轉板的作用，而且兩對偏轉板上的電壓的影響又是相互獨立的，它們共同決定光點在螢光屏上的位置。利用這種特點就可以把示波器變為一個X—Y圖示儀，使示波器的功能得到擴展。

示波器兩個偏轉板上都加正弦電壓時顯示李沙育(Lissajous)圖形。(a)Uy與Ux同相位如圖7.5表示兩個同頻率信號分別作用在X、Y偏轉板上時的情況圖7.5兩個同頻率信號構成的李沙育圖形(b)Uy超前Ux90°

3.瞭解波形顯示過程中的幾個概念

(1)掃描的概念

光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為掃描，能實現掃描的鋸齒波電壓叫掃描電壓。光點自左向右的連續掃動稱為“掃描正程”，光點自屏的右端迅速返回起掃點的過程稱為“掃描逆程”。理想鋸齒波的逆程時間為0。

圖掃描過程(a）只加信號電壓;(b）時間基線的獲得;(c）信號波形在時間軸上展開光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為掃描，能實現掃描的鋸齒波電壓叫掃描電壓。掃描正程？掃描逆程？時間基線，簡稱時基線被測信號隨時間變化的波形 (2)信號與掃描電壓的同步當掃描電壓的週期是被觀察信號週期的整數倍時，掃描的後一個週期描繪的波形與前一個週期完全一樣，螢光屏上得到清晰而穩定的波形，稱信號與掃描電壓同步。

圖7.4為掃描電壓與被測信號同步時的情況。 當時螢光屏上穩定顯示了被測信號一個週期的波形。圖7.6掃描電壓與被測信號同步

當時，其波形顯示過程如圖7.6所示，每個掃描正程在螢光屏上都能顯示出完全重合的兩個週期的被測信號波形，所以可以在螢光屏上穩定顯示兩個週期的被測信號波形。以此類推,當：螢光屏上可得到n個清晰穩定的波形。圖7.4掃描電壓與被測電壓不同步

如果沒有這種同步關係，即：，則後一掃描週期描繪的圖形與前一掃描週期描繪的圖形不重合，現實的波形就不穩定。如圖7.7所示。小結1.示波管哪幾部分組成？各部分功能？2.要穩定顯示重複波形，掃描鋸齒波與被測信號間應具備怎樣的關係？7.3通用示波器

7.3.1通用示波器的基本組成 通用模擬示波器主要由示波管、垂直（Y軸）通道、水準(X軸）通道以及電源等部分組成，其結構框圖如圖7.10所示。圖7.10通用模擬示波器的基本結構框圖Y軸通道的主要構成1.示波管：是示波器的核心部件。構成與原理如前所述通用示波器的組成框圖2.Y軸通道：是主要通道，由輸入電路、前置放大器、延遲級和輸出放大器等部分組成。Y通道的主要作用：

(1)對單端輸入的被測信號進行變換和放大，得到足夠的幅度後加在示波管的垂直偏轉板上；

(2)向X軸通道提供內觸發信號源；

(3)補償X軸通道的時間延遲，以觀測到諸如脈衝等信號的完整波形。

(1)輸入電路輸入電路主要包括探極、耦合方式轉換開關、衰減器、阻抗變換及倒相放大器等部分，如圖7.11所示。圖7.11Y通道輸入電路框圖1)探極的結構如圖7.12所示。

圖7.12探極的補償結果探極用於探測被測信號，提高示波器的輸入阻抗、減小波形失真、展開示波器的帶寬。探極一般在示波器機體的外面，用電纜線和儀器相連接，電容C稱補償電容，為可變電容。探極衰減比為1:1、10:1或100:1調節C當滿足RC=RiCi時,分壓比與頻率無關，可實現最佳補償。2)衰減器1．輸入衰減器

輸入衰減器原理圖中R1、R2為分壓電阻(R2包括下一級的輸入電阻)，C2為下一級的輸入電容和分佈電容，C1為補償電容。衰減器的衰減量為R1C1的並聯阻抗Ｚ1與Ｒ2Ｃ2的並聯阻抗Ｚ2的分壓比。其中：

調節C1，當滿足R1C1=R2C2

時，Ｚ1、Ｚ2運算式中分母相同，則衰減器的分壓比為：

改變分壓比，即可改變示波器的偏轉靈敏度，這個改變分壓比的開關即為示波器的垂直靈敏度粗調開關，面板上標記為“V/div”.

3)耦合方式選擇開關：DC，AC，GND三擋。

AC：交流耦合，信號經電容耦合置衰減器。用於觀察交流信號

DC：直流耦合，被測信號直接接至衰減器。用於觀察低頻或帶有直流分量的信號。

GND：接地耦合時，在不斷開被測信號的情況下，為示波器提供測量直流電壓時的參考地電平。

4)阻抗變換及倒相放大器：實現阻抗變換，用來將來自衰減器的單端信號轉換為雙端輸出的對稱信號送給Y輸出放大器（差分放大器）。(2)前置放大器：初步實現放大；為X通道的觸發電路提供大小合適的內觸發信號，以得到穩定可靠的內觸發脈衝。具有靈敏度、校正、Y軸移位等控制作用。

(3)延遲級：示波器通常採用內觸發方式產生掃描電壓，即掃描電壓的產生由被測信號來觸發。但只有當被測信號達到一定的觸發電平時，才能產生觸發脈衝並形成掃描電壓。出現的問題如圖：

被測信號經延遲級延遲後，即可看到完整的被測信號波形。圖7.13延遲級的作用

(a)沒有延遲級時的情況(b)加入延遲級後的情況內觸發信號可否在延遲線後引出？(4)後置放大器：Y通道的主放大器，作用是將延遲後的被測信號放大到足夠的幅度，以驅動示波管的垂直偏轉系統，使電子束獲得Y方向的滿偏轉，以便觀測微弱信號。如×5，×10擴展。3.X軸通道

X軸通道由觸發電路、掃描電路和X軸放大器組成。其組成框圖如圖7.14所示。圖7.14X軸通道組成框圖

X通道的主要作用是在觸發信號的作用下，產生隨時間線性變化的掃描電壓，經放大器放大後，加到示波管水準偏轉板上，以驅動電子束進行水準掃描。(1)觸發電路觸發電路的作用在於選擇觸發源並產生穩定可靠的觸發信號，以觸發掃描發生器產生穩定的掃描電壓。其組成框圖如圖7.15所示.

主要由觸發源選擇、耦合方式選擇開關、觸發電平與極性選擇器、放大整形電路等組成。

圖7.15觸發電路組成框圖

內觸發：將Y前置放大器輸出（延遲線前的被測信號）作為觸發信號，觸發信號與被測信號的頻率完全一致，適用於觀測被測信號。外觸發：用外接的、與被測信號有嚴格同步關係的信號作為觸發源，用於比較兩個信號的同步關係。電源觸發：用50Hz的工頻正弦信號作為觸發源，適用於觀測與50Hz交流有同步關係的信號。“DC”直流耦合：用於接入直流或緩慢變化的觸發信號。“AC”交流耦合：用於觀察從低頻到較高頻率的信號。“AC(H)”耦合：低頻抑制耦合，用於觀察含有低頻干擾的信號。“HFREJ”高頻抑制耦合：用於抑制高頻成分的耦合。

4)觸發電平及極性選擇。觸發極性和觸發電平決定觸發脈衝產生的時刻，並決定被顯示信號的起始點。觸發極性是指觸發點位於觸發源信號的上升沿還是下降沿。觸發點處於觸發器信號的上升沿為“+”極性，觸發點位於觸發源信號的下降沿為“－”極性。

觸發電平是指觸發脈衝到來時所對應的觸發放大器輸出電壓的暫態值。不同觸發極性和觸發電平時顯示的波形如圖7.16所示。也可以直接從顯示波形上判斷觸發電平及觸發極性。

圖7.16不同觸發電平、觸發極性下的波形

5)放大整形電路。掃描信號發生器要穩定工作，對觸發信號有一定的要求，如邊沿陡峭、極性和幅度適中等。需對觸發信號進行放大、整形，以產生穩定可靠的觸發脈衝。

整形電路的基本構成是電壓比較器和微分電路。tuiOtuo+UoM–UoMO電壓比較微分電路觸發信號

示波器還包括觸發方式的選擇，掃描觸發方式通常有常態（NORM）、自動（AUTO）電視（TV）等3種觸發方式。常態（NORM）觸發方式：指有觸發源信號並產生了有效的觸發脈衝時，螢光屏上才有掃描線，無觸發信號時，不產生掃描信號，螢光屏上無亮點。自動（AUTO）觸發方式：當無觸發信號（無被測信號）時，掃描電路工作在連續掃描狀態，螢光屏上出現一條時基線；當有觸發信號時，掃描電路能自動返回觸發掃描方式。螢光屏上總能顯示掃描線。電視（TV）觸發方式：是在原有放大、整形電路基礎上插入電視同步分離電路實現的，以便對電視信號（如行、場同步信號）進行監測與電視設備維修。圖7.14X軸通道組成框圖(2)掃描信號發生器又稱時基信號發生器圖7.18掃描信號發生器組成框圖

現代示波器通常用掃描發生器環來產生掃描信號，常由積分器、掃描閘門及比較和釋抑電路組成，如圖7.18所示。積分器施密特電路圖7.15.1時基發生器電路原理（1）積分器

積分器由運算放大器、積分電容C1和積分電阻R1組成。它在掃描門控制下產生線性鋸齒電壓。在b點負方波作用期間，c點正電源通過R1給C1充電，C1得到線性鋸齒電壓。在理想情況下（運算放大器放大倍數Ａ→∞，輸入電阻Ri→∞,輸出電阻Ro→0）輸出電壓Uo可寫成

（2）掃描門

掃描門又叫時基閘門，用來產生掃描控制方波。示波器有連續掃描和觸發掃描兩種工作狀態。在連續掃描狀態，即使沒有觸發信號，掃描門亦應有掃描控制方波輸出。在觸發掃描狀態，只有在觸發脈衝作用下才能產生掃描控制方波。不論是連續掃描還是觸發掃描，掃描鋸齒波都應與被測信號同步。掃描門由VT1、VT2組成，它是一種射極耦合的雙穩觸發電路，如圖7.15.1所示。掃描門輸入端接有來自三個方面的信號。首先由一個稱為“穩定度”旋鈕的電位器供它一個直流電位，此外還接有從觸發電路來的觸發脈衝和由釋抑電路來的釋抑信號。由三個信號共同決定掃描門的工作狀態。

射極耦合雙穩觸發器是一種電平控制的觸發電路。該電路的最大特點就是具有滯後特性，如圖7.15.2所示。圖中假設VT1的靜態輸入電壓介於Ｅ1和Ｅ2之間，電路處於VT1導通VT2截止的第一穩態。當觸發信號使Ub1下降到下觸發電平Ｅ2時，電路從第一穩態翻轉到第二穩態，即VT1截止VT2導通，輸出電壓Uo由高電位跳到低電位。此時即使觸發信號消失，Ub1回到Ｅ1和Ｅ2之間，電路並不再翻轉。只有當從釋抑電路來的信號使Ub1上升至上觸發電平Ｅ1時，電路才返回第一穩態，輸出電壓才從低電位跳回高電位。上、下觸發電平之間存在滯後電平Ｖp，其數值可達10Ｖ左右。圖7.15.2掃描門電壓波形圖（3）比較和釋抑電路在圖7.15.1中，由VT3、VT4、Ｃ2、Ｒ2組成比較釋抑電路，它把積分器輸出的鋸齒波電壓經延遲後回送給掃描門左管VT1基極，與掃描門、積分器共同構成一個閉合的掃描發生器環路。在掃描過程中，積分器輸出的鋸齒波電壓經W1加到VT3基極，經VD延遲後對C2充電，C2電壓通過VT4、W2加到VT1基極，VT1基極電壓在E0基礎上上升，當升至上觸發電平E1時，電路重新回到VT1導通VT2截止的第一穩態，此後，進入恢復期，積分電容放電，C1電壓恢復到起始狀態，與此同時，釋抑電容C2通過釋抑電阻R2放電，VT1基極電位恢復到E0。下一個觸發脈衝到來時，電路重複上述過程。（4）觸發掃描狀態工作波形觸發掃描狀態工作波形如圖7.15.3所示。

圖7.15.3觸發掃描工作波形

(3)X軸放大器作用是將單端輸入X軸信號進行放大，轉換為大小合適的雙端輸出信號加在X軸偏轉板上，使電子束在水準方向上產生足夠的偏轉，得到合適的波形。電路原理與Y軸放大器相同，並提供水準移位、掃描擴展、尋跡等功能。

4.電源部分提供示波管和其他電子元件所需的電壓，以保證各部分正常工作。

7.3.2示波器的多波形顯示

1.多線示波 多線示波是指採用多線示波管（又稱為多束示波管）製成的多線示波器來顯示多路波形。多線示波管內裝有多個（一般有兩個）獨立的電子槍，每個電子槍能同時發出一束電子束，每一電子束都有各自獨立的偏轉系統，偏轉系統各自控制電子束的偏轉，共用一個螢光屏顯示。多線示波器各通道間相互獨立，交叉干擾小，測量準確度高，但它製造困難，成本高，所以較少使用。

2.多蹤示波

多波形顯示常用的方法是多蹤示波。其組成及原理與單蹤示波器類似，是在單蹤示波器的基礎上增加了電子開關而形成的。它也採用單束示波管，其內只有一個電子槍、一套Y偏轉板，通過在Y通道上增設的電子開關來高速控制幾個被測信號輪流地接入Y偏轉板而在螢光屏上顯示出多個波形，它具有實現簡單、價格低的優點，因而得到了廣泛應用。最常用的是雙蹤示波器，即能夠顯示兩個波形的多蹤示波器，其簡要原理框圖如圖7.20所示。圖7.16雙蹤示波器的簡要原理框圖

根據電子開關工作方式的不同，雙蹤示波器有5種顯示方式：

(1)通道1(CH1):只接入Y1通道，單蹤顯示Y1的波形。

(2)通道2(CH2):只接入Y2通道，單蹤顯示Y2的波形。

(3)“疊加（CH1+CH2）”：兩通道同時工作，Y1、Y2通道的信號在公共通道放大器中進行代數相加後送入垂直偏轉板，顯示兩路信號疊加後的波形。

(4)“交替（ALT）”：若通道1輸入正弦波，通道2輸入同頻率的三角波，則屏上顯示的波形如圖7.17（a）所示。

交替顯示方式適於觀測頻率較高的信號。

(5)“斷續（CHOP）”：這樣顯示出的波形是由許多線段組成的，只要轉換頻率遠遠高於被測信號的頻率,這些線段及其間隔就很短，看起來顯示的波形好像是連續的，如圖7.17（b）所示。斷續顯示方式適於觀測頻率較低的信號。

圖7.17交替和斷續時顯示的波形（a）交替;（b）斷續

7.3.3通用模擬示波器的主要技術性能指標 通用模擬示波器的主要技術性能指標有： （1）頻帶寬度BW： 通常指Y通道的工作頻率範圍，即Y通道輸入信號上、下限頻率之差。現代示波器的下限頻率都已延伸至0Hz，因而示波器的頻帶寬度可用上限頻率來表示。通常要求：

BW≥3fmax

（7-2） 式中fmax為被測信號的最高頻率。

（2）輸入靈敏度：指輸入信號在無衰減的情況下，亮點在螢幕上偏轉一格（div）所需信號電壓的峰峰值，單位：mV/div。 （3）輸入阻抗：包括輸入阻抗和輸入電容，單位：MΩ/pF，要求低電容高電阻 （4）掃描速度：無擴展的情況下，亮點在X方向偏移1cm或1div所經過的時間，單位：div/s

小結1.通用示波器的基本構成？2.延遲線的作用是什麼？內觸發信號可否在延遲線後引出？3.衰減器的作用？對衰減器和探極的要求是什麼？4.試說明下列開關、旋鈕的作用和調整原理：偏轉靈敏度粗調；偏轉靈敏度微調；Y軸位移；Y軸擴展；觸發電平；觸發極性；觸發方式；掃描速度粗調；掃描速度微調；X軸擴展；X軸位移。

7.3.4通用示波器的應用

1.示波器的使用要點示波器在使用時應注意以下幾點：

(1)選擇合適的電源，並注意機殼接地。使用前要預熱幾分鐘再調整各旋鈕。

(2)經過探極衰減後的輸入信號切不可超過示波器允許的輸入電壓範圍，並應注意防止觸電。

（3）根據需要，選擇合適的輸入耦合方式。

（4）輝度要適中，不宜過亮，且亮點不能長時間停留在同一點上，特別是暫時不觀測波形時，更應該將輝度調暗，以免縮短示波管的使用壽命。（5）聚焦要合適，不宜太散或過細。（6）測量前要注意調節“軸線校正（TRACEROTATION）”旋鈕，使螢光屏刻度軸線與顯示波形的軸線平行。

（7）儘量在螢光屏有效尺寸內進行測量。測量時注意微調的校準位置和探極的衰減（8）波形不穩定時，通常按“觸發源”、“觸發耦合方式”、“觸發方式”、“掃描速度”、“觸發電平”的順序進行調節。

2.探頭的正確使用由於示波器放大器的輸入阻抗不夠高，用它去測試電路時，會對被測電路造成影響，所以示波器一般使用探頭輸入。常見探頭為低電容高電阻探頭，它帶有金屬遮罩層的塑膠外殼，內部裝有一個RC並聯電路，其一端接探針，另一端通過遮罩電纜接到示波器的輸入端。探頭和示波器儘量配套使用，不要互換，否則將會導致分壓比誤差增加或高頻補償不當。示波器的探頭有的帶有衰減，讀數時要注意修正。

低電容高電阻探頭可進行定期校正。具體方法是：以良好的方波電壓通過探頭加到示波器，若高頻補償良好應顯示圖7.22（a）所示波形。(a)補償合適的波形(b)欠補償的波形(c)過補償的波形圖7.22不同補償時的波形圖3.示波器的基本測量方法（1）直流電壓的測量 測量原理： 利用被測電壓在螢幕上呈現的直線偏離時間基線（零電平線）的高度與被測電壓的大小成正比的關係進行的。

VDC為被測直流電壓值，h為被測直流信號線的電壓偏離零電平線的高度；Dy為示波器的垂直靈敏度，

k為探頭衰減係數。

測量步驟如下：

1）置“觸發方式”開關於“AUTO”位置。

2）視所測電壓的大小，置垂直偏轉靈敏度旋鈕“V/div”到適當位置，將“微調”調至“校準”位置。

3）將輸入耦合方式開關置於“GND”位置。調整垂直移位旋鈕使掃描基線移到中間或其他適當位置上，作為零電平線。此後垂直移位旋鈕不能再調。

4）將被測電壓加至輸入端後，將“耦合方式”開關置於“DC”位置，此時所顯示的直線位置即為所測電壓值。若直線位於零伏基準線之上，則所測電壓為正；若直線位於零伏基準線之下，則所測電壓為負。

5）讀出被測直流電壓偏離零電平線的距離h，計算直流電壓值。

圖7.24直流電壓的測量例：如圖所示，被測直流電壓偏離時間基線（零電平線）的高度h=

cm，垂直偏轉靈敏度Dy=

V/cm，已知探頭衰減係數為k=10：1，則被測直流電壓UDC=

V40.520

（2）交流電壓的測量

1）不含直流分量的正弦電壓測量測量原理：

VP-P為被測交流電壓值（峰-峰值）；h為被測交流電壓波峰和波谷的高度或任意兩點間的高度；Dy為示波器的垂直靈敏度；ky為探頭衰減係數。圖7.25交流電壓的測量

測量方法如下：垂直偏轉靈敏度微調旋鈕置於校準位置；接入待測信號；輸入耦合開關置於“AC”；調節掃描速度使波形穩定顯示；調節垂直靈敏度開關；讀出被測交流電壓波峰和波谷的高度；計算被測交流電壓的峰-峰值。如圖7.25所示。

2）含有直流分量的正弦電壓測量如同測量直流電壓一樣，首先設定零電平基線。在“DC”耦合位置，接入被測信號，根據屏上顯示的波形，測量任意點相對於零電平線的電壓值。可得直流和任意點電壓值例：如圖所示，若aa/線為零參考電平線，bb/相對於aa/為3div，正弦波峰點相對於aa/為4.5div，峰峰值所占高度為3div。若y軸偏轉因數為1V/div，則直流分量U0=

V，峰峰電壓Up-p=

V，有效值U=

V331.06（3）時間、週期與頻率的測量

1）週期的測量測量原理： x——為被測交流信號的一個週期在螢光屏水準方向所占距離；Dx——為示波器的掃描速度；kx——為X軸擴展倍率。

測量方法：例：螢光屏上的波形如圖7.27（a）所示，信號一週期6cm，掃描速度開關置於“10ms/cm”位置，掃描擴展置於“拉出×10”位置，求被測信號的週期。

圖7.27週期的測量2）時間間隔的測量測量原理：tA-B為信號中任意兩點A與B的時間間隔；xA-B為A與B的時間間隔在螢光屏水準方向所占距離；Dx為掃描速度。具體應用如圖7.28所示。圖7.28測量信號的時間間隔

3）頻率的測量◆測週期法利用上述方法測週期，然後求週期的倒數。◆李沙育圖形法

示波器工作於X-Y方式下，將頻率已知的信號與頻率未知的信號加到示波器的兩個輸入端，調節已知信號的頻率，使螢光屏上得到李沙育圖形，如圖7.29所示，由此可測出被測信號的頻率。當李沙育圖形穩定後，設螢光屏X軸方向與圖形的切線交點數為Nx，Y軸方向與圖形的切線交點數為Ny，則已知頻率fx與待測頻率fy有如下關係：fy/fx=2/1圖7.29李沙育圖形法測頻率=4/2圖形與水平線的交點數加在Y通道的信號頻率加在X通道的信號頻率圖形與垂直線的交點數（7-8）

測量時如將已知的fx加到X通道，被測信號加到Y通道，利用上述原理，可求得未知信號頻率fy：圖7.28幾種常用的李沙育圖形適用於穩定的低頻信號，且頻率比最大不超過10。

（4）相位的測量

1）雙蹤示波器測時間間隔法 利用雙蹤示波器按前述的方法測出兩路信號的週期T和其時間間隔Δt，利用下式即可求出其相位差：

（7-9）圖7.31u1與u2的相位差測量

測量方法如圖7.31中示例：u1與u2的週期為5格，u1與u2之間的相位差為1.65格，由此可得，u2超前u1為1.65/5×360°≈120°，即u2超前u1的相位角為120°。 2）李沙育圖形法 測量時，示波器工作在X-Y顯示方式，當兩個同頻率、同幅度的正弦信號u1和

u2分別加到示波器的X和Y輸入端時，由於u1與u2相位不同，螢光屏上就會出現不同的圖形。圖7.32用李沙育圖形法測量相位差

在圖7.32中，u1超前u2

角，李沙育圖形為一斜橢圓，由橢圓上的座標可求得兩信號的相位差為：

（5）調幅係數的測量

1)直線掃描法 直線掃描法測量調幅係數時，將已調波加到示波器Y軸輸入端，利用示波器本身的時基信號掃描，螢幕上顯示如圖7.33所示的調幅波波形。

圖7.33直線掃描法測量調幅係數測出A、B的長度，代入下式計算得出調幅係數：（7-11）

2)梯形圖法梯形圖法測量調幅係數時，示波器工作於X-Y方式，將已調波、調製信號分別加至示波器X、Y軸輸入端，在螢光屏上顯示出圖7.34所示的梯形圖，測出A、B的長度，利用式（7-11）計算即可。圖7.32梯形法測量調幅係數圖7.33脈衝的不完美情況

6.脈衝測量在脈衝和數字電路中，實際的脈衝（或方波）可能存在各種不完美的情況，如圖7.35所示。7.4YB4360G雙時基模擬示波器7.4.1YB4360G示波器的特點7.4.2面板控制鍵名稱及功能7.4.3測量前的準備工作任務實施7.5任務一示波器的基本應用7.6任務二示波器的特殊應用7.7數字示波器7.7.1數字存儲示波器數字存儲示波器是將它捕捉到的波形通過A／D轉換為數字量，然後存入數字記憶體中。當需要讀出時，可將存入的數位化波形經過D／A轉換為模擬量．在螢光屏上顯示出來。數字存儲示波器一般採用大規模積體電路和微處理器相結合，在微處理器的統－控制下進行工作，具有自動化程度高，功能強等特點。如圖7.37為一款數字存儲示波器的面板圖。圖7.37數字存儲示波器面板圖1.數字存儲示波器的性能特點

(1)可長期存儲波形

(2)可進行負延時觸發(3)具有多種顯示方式(4)便於觀察單次過程和突發事件(5)便於數據分析和處理(6)顯示數據測量結果(7)具有多種輸出方式(8)便於進行功能擴展2.數字存儲示波器的工作原理數字存儲示波器首先將被測的模擬信號經過A／D轉換後，得到數字信號存儲於隨機記憶體RAM中。在顯示時，再將數字信號讀出，經D／A轉換恢復為模擬信號，加在普通示波器的Y偏轉板上。此時，X偏轉板上不再加入鋸齒波電壓信號，而是與取樣示波器類似，加入由數碼經過D／A產生的階梯波。數字存儲示波器的基本組成如圖7.38所示。圖7.38數字存儲示波器的原理框圖3.數字存儲示波器的顯示方式基本顯示方式(2)抹跡顯示方式(3)卷動顯示方式(4)放大顯示(5)顯示技術的改進4.數字存儲示波器的技術指標取樣速率(2)測量解析度(3)存儲帶寬(4)斷電存儲時問(5)存儲容量(6)測量準確度(7)測量計算功能(8)觸發延遲範圍(9)讀／寫速度(10)輸出信號7.7.2安捷倫(Agilent)54622D數字示波器1.安捷倫(Agilent)54622D數字示波器的特點(1)示波器通道數：2個。(2)帶寬：100MHZ(3)採樣率：最大400MSa/s(4)最大輸入：400V(5)解析度：8bit(6)量程（每格）：1mV-5V(7)邏輯通道：16(8)輸入電平：500mVppmin，±40Vmax(9)時基（每格）5ns-50s(10)觸發：邊沿，脈衝寬度，序列，持續時間，I2C，TV。(11)可測量：峰值,,平均值,過沖,前沖,有效值,頻率,週期,脈衝寬度,占空比,時間,相位,延遲等。(12)波形運算：相減，相乘，FFT，積分，微分(13)存儲：內裝軟碟(14)連接性：標準配置的RS-232和並行介面，可選GPIB(15)內裝幫助：9種語言的快速幫助2.面板主要按鈕功能如圖7.39為面板主要按鈕功能說明（圖中已將通道1輸入了正弦信號）。圖7.39安捷倫兩通道示波器面板主要按鈕功能3.應用舉例電子仿真軟體Multisim10的虛擬工具條中有三臺安捷倫的高級測量儀器，分別是數字萬用表Agilent34401A、數字示波器Agilent54622D和函數信號發生器Agilent33120A，它們