第3章_电子示波器 (2).ppt

1、1、第3章电子示波器3.1概述3.2示波器管和波形显示原理3.3电子示波器电路的基本组成和原理3.3.2通用示波器Y通道(垂直系统)3.3.3通用示波器X通道(水平系统)3.4 SS5702双踪示波器3.5双扫描示波器3.6采样示波器3.7数字存储示波器本章概述2、第3章电子示波器学习参考：示波器主要用于观察信号波形，本章主要介绍波形测试的原理和组成原理及应用要求通过学习了解示波器的组成、工作原理和应用。本章要点：示波器管组成及波形显示原理、示波器扫描过程、组成、技术指标及应用。3、3.1概述电子示波器简称示波器，它通过阴极射线管(CRT)电子射线的偏转将电信号转换成可视图像，实现波形显示，并

2、实现电压、周期、频率、时间、相位、调制系数等参数的测量。示波器也是特性曲线测试仪的重要组成部分，如晶体管特性曲线图和扫频仪。根据其性能和结构，示波器分为：(1)通用示波器通用示波器采用单波束示波器，分为单路、双路和多路示波器。单路示波器只能在屏幕上显示一个信号波形，双路示波器可以在屏幕上显示两个信号波形，多路示波器可以同时在屏幕上显示两个以上的信号波形。多波束示波器多波束示波器，也称为多线示波器，使用多波束示波器，屏幕上显示的每个波形都是由单独的电子束扫描产生的，可以同时观察和比较两个以上的波形。(3)采样示波器采样示波器将高频和超高频信号转换成低频信号后显示出来，适用于测量高频和超高频信号。

3、(4)存储示波器具有存储被测信号的功能，适用于远程观察、分析和测量。(5)专用示波器专用示波器可满足特殊用途，如监视和调试电视系统，(5)电视示波器，调试彩色电视色度信号幅值和相位的矢量示波器，观察和调试计算机和数字系统的逻辑示波器。本章重点介绍通用示波器的工作原理和应用。3.2.1阴极射线示波器的结构阴极射线示波器是示波器的重要组成部分，用于将电信号转换成光信号进行显示。阴极射线管主要由电子枪、偏转系统和荧光屏组成，它们都封装在一个密封的真空玻璃外壳中，其结构如图3.1所示。3.2示波管和波形显示的基本原理，6。示波器管属于电真空装置，也称为阴极射线管。蓝色：电源线红色：等平面，7。电子枪用

4、来发射电子，形成强度可控的极细电子束。它由以下几个部分组成：(1)灯丝F在交流低压(如6.3V)下加热钨丝，以加热阴极。2.阴极K是一种涂有氧化钡的金属(它的功函数很小，其中的自由电子很容易逃逸)。3.示波器的亮度可以通过第一个网格G1调节G1电位来调节，这个网格经常放在示波器面板上使用。当控制信号加到G1时，它的亮度可以相应地改变，信息可以传输，这就是示波器的Z轴电路。4。第二门G2将G1和A1分开，以减少亮度级和焦点调节之间的相互作用。第一阳极A1和第二阳极A2形成聚焦电子束的电子透镜。6.第二阳极A2是具有较高电压的较大同轴圆柱体，其主要与A1形成电子透镜。7.第三阳极A3具有数万伏的高

5、电压，用于加速电子束，因此它也被称为后加速阳极。电子枪电子枪用来发射电子并形成一个薄的高速电子束。它主要由灯丝f、阴极k、控制栅极g、第一阳极A1、第二阳极A2控制栅为顶部带孔的圆柱体，套在阴极外，电位低于阴极电位。它用来控制发射到屏幕上的电子数量，并改变屏幕上电子束击中的亮点的亮度。调节电位器RP1可以调节亮度，这叫做“强度”调节旋钮。当与控制栅极极性相反的电压施加到阴极时，它也可以起到与控制栅极相同的作用。第一和第二阳极是金属圆筒，中间有开口，里面有许多格栅。它们与控制栅极合作来加速和聚焦电子束。聚焦是使荧光屏上电子束亮点的直径变小。调节电位器RP2和RP3可以使荧光屏上的亮点变亮，获得最

6、佳的聚焦效果。RP2和RP3分别被称为“聚焦”调节和“辅助聚焦”。后加速阳极用于加速电子束并提高示波管的偏转灵敏度。2.偏转系统偏转系统的功能是：当扫描电压和测量信号加到X和Y偏转板上时，在X和Y偏转板之间分别形成偏转电场，电子束分别在X和Y方向移动，从而确定屏幕上亮点的位置。偏转系统位于第二阳极后面，由两对垂直的X(水平)和Y(垂直)偏转板组成，它们分别控制电子束在水平和垂直方向的偏转。偏转距离与施加到偏转板上的电压成比例。这种特性被称为阴极射线示波器管的线性偏转特性。10，为了显示被测信号的波形，扫描电压和被测信号电压分别加到示波管的X和Y偏转板上。扫描电压是与时间成正比的锯齿波。因此，电

7、子束在水平方向的偏转距离与时间成正比，这是用示波器测量时间、周期等参数的主要依据。可以通过改变扫描电压来调整显示波形的宽度。锯齿波和测量信号被转换成极性相反的对称信号，然后施加到偏转板上，如图3.1所示。被测信号经变换后加到Y偏转板上，使电子束按信号电压的比例移动，这是用示波器测量电压和其它参数的主要依据。可以通过改变Y偏转板上的信号电压来调整显示波形的幅度。当对称的正和负DC电压叠加在偏转板Y1和Y2上时，显示波形将整体向上移动，反之亦然。调节DC电压的旋钮称为“垂直”旋钮。当对称的正负DC电压叠加在X1和X2偏转板上时，显示波形将向左移动11，相反，将向右移动。调节DC电压的旋钮称为“水平

8、”旋钮。3.屏幕内壁涂有荧光物质(荧光粉)，外壁为玻璃管外壳。当荧光物质被电子枪发射的高速电子束轰击时，它会发出一定时间的荧光，这种现象称为荧光物质的余辉现象。根据余辉现象的持续时间，荧光物质可分为短余辉(小于1毫秒)、中余辉(1毫秒2毫秒)和长余辉(超过2秒，甚至长达几分钟或更长)。测量信号的频率越低，长余辉荧光物质越好，反之，应选择短余辉荧光物质。荧光物质的颜色有黄色、绿色、蓝色等。以及黄色或绿色荧光物质通常用于普通的示波器管中。12，3.2.3电子束偏转原理，1静电偏转-斑点法-干式示波器，2.磁偏转-光栅法-用于电视机、计算机显示器和示波器。比例因子称为示波器管的偏转因子，单位为厘米/

9、伏，其倒数Dy1hy称为示波器管的偏转灵敏度，单位为伏/厘米。偏转灵敏度是示波管的一个重要参数。13，为了进行定量测试，一个透明的标尺，称为内部标尺，通常沉积在内部当只有DC电压加到示波管的X和Y偏转板上时，屏幕上还可以获得位置变化的亮点。每个亮点的位置可以设置为起点。被测信号的波形可视为由许多亮点组成。根据示波器管的线性偏转特性，每个亮点在X和Y方向上的坐标(即从起点到14的距离)与时间和被测信号波形中该点的瞬时电压成正比。当测量电压和扫描电压分别施加到垂直和水平偏转板时，电子束受到垂直和水平偏转板的作用，使得电子束在每个时刻产生的亮点的垂直位移与测量电压的瞬时电压成比例，但在时间上对应于一

10、对一，从而在屏幕上获得具有短保持时间的亮点轨迹，即波形。如图3-4所示。只要被测信号是周期信号，每次获得的波形都可以完全重复，重复之间的间隔很短，就可以获得稳定的被测信号波形，重复之间的间隔应该短于人类视觉的持续时间，否则波形会闪烁，不便于观察。2.扫描和同步图3.2显示了扫描电压的实际波形。15，图3-4扫描电压和信号电压之间的相互作用，16。波形显示的基本原理。显示图形随时间变化(1)当Ux和Uy为固定电压时，有以下四种情况：1、光点出现在屏幕中央。光点只在垂直方向移动：当Uy为正电压时，光点从屏幕中心向上移动到垂直方向；当Uy为负电压时，光点从屏幕中心垂直向下移动。17，波形显示的基本原

11、理，1，图形随时间变化(续)，光点只在水平方向移动：当Ux为正电压时，光点从屏幕中心向右移动到水平方向；当Ux为负电压时，光点从屏幕中心向左移动到水平方向。当固定的正电压同时施加到两对偏转板时，光点的位置应该是两个电压的矢量合成。18、波形显示的基本原理，1。显示随时间变化的图表(续)。(2)分别向X和Y偏转板施加变化的电压。有两种情况：仅在垂直偏转板的两个板之间施加正弦电压，光点将仅在屏幕的垂直方向上来回移动，并且将出现垂直线段。19、波形显示的基本原理，1、显示随时间变化的图形(续)，仅在水平偏转板的两个板之间增加锯齿电压，光点仅在屏幕的水平方向来回移动，并且出现水平线段。20、波形显示的

12、基本原理，1。显示随时间变化的图表(续)。(3)将正弦波信号电压加到Y偏转板上，将锯齿波电压加到X偏转板上，屏幕上将显示被测信号随时间变化的周期波形曲线。21，波形显示的基本原理，2显示任意两个变量之间的关系当正弦电压施加到示波器的两个偏转板上时所显示的图形称为利萨如图形，它常用于相位和频率测量。如果两个信号的初始相位相同，并且X和Y方向的偏转距离相同，则在屏幕上画一条与水平轴成45度角的直线。22、波形显示的基本原理，以及2、任意两个变量之间的关系(续)。如果两个信号的初始相位相差90度，并且X和Y方向上的偏转距离相同，则屏幕上绘制的图形是一个圆。23，波形显示的基本原理，3扫描的概念如果将

13、随时间线性变化的电压施加到X偏转板上，而没有电压施加到垂直偏转板上，则光点在水平方向上的偏移距离为0，比例因子Sx称为示波管的X轴偏转灵敏度。在锯齿波作用下扫描光斑的过程称为“扫描”，锯齿波v、24和ts是扫描向前行进时间，在此期间电子束从左向右移动，这被称为“扫描向前行进”；Tb为向后扫描时间，在此期间电子束从右向左移动，称为“向后扫描”或“向后扫描”，以确保下一次扫描从起点向右开始；Tw是扫描的休息时间，以确保屏幕上下一次扫描的起始点与本次扫描的起始点重合，这通常不考虑分析的方便性。当扫描反向时间和扫描静止时间都为零时，扫描电压就是理想的扫描电压。3.扫描过程中的增强和消隐测量信号的波形在

14、前向扫描过程中显示。在此期间，需要增强波25的亮度，即增强，这可以通过在控制栅极上叠加正极性脉冲或在阴极上叠加负极性脉冲来实现。当向后扫描时，当电子束向左移动时会出现亮线，这称为回扫线。如果向Y偏转板施加正弦电压，当扫描停止时，在电子束的起始点会出现一条垂直的亮线，称为停止线。消隐应在回扫线和休息线上进行，否则会影响波形的观察。如图3.3所示，消隐可以通过在控制栅极上叠加负极性脉冲或在阴极上叠加正极性脉冲来实现。26，如果要获得稳定的周期测量信号波形，必须满足同步条件：Tx=tst btw=nty(n为正整数)(3-1)，其中Tx为扫描信号周期；Ty是测量信号的周期。可以看出，测量信号和电子束

15、上的扫描电压的作用时间总是相等的。因此，如果前后扫描电压的时间等于被测信号的几个周期，则可以通过扫描得到被测信号的几个周期的波形，其中后向扫描得到的波形是前向扫描刚结束后被测信号波形的回扫，即前向扫描后的波形以扫描前向结束点所在的纵轴为轴在起始方向对折，后向扫描结束点与扫描起点重合，如图3.4所示。在图3.4中，扫描电压周期是测量信号的三倍，其满足公式(3-1)的关系，并且可以获得稳定的波形。这种现象被称为同步。否则，它将产生不稳定的波形或向左或向右移动的亮带。27，波形显示的基本原理，4同步概念(1)Tx=nTy(n为正整数):具有n个周期的测量信号波形将稳定地显示在屏幕上。n=2，如果扫描

16、电压周期Tx和测量电压周期Ty保持Tx=nTy的关系，则扫描电压被称为与测量电压“同步”。28，波形显示的基本原理，4同步的概念(续)，(2)TxNy(n为正整数)，即当同步关系不满足时，显示的波形不稳定。连续扫描和触发扫描示波器一般采用电平触发的方法获取被测信号的周期信息，从而实现扫描电压和被测信号的同步。这一过程称为触发同步，这种状态下的扫描称为触发扫描，这是示波器的首选扫描方法。30，扫描电压是连续的，这称为连续扫描，并且扫描电压是在自激状态下产生的。有时扫描电压是在人工控制下产生的，这称为单次扫描。单次扫描适用于观察非周期信号。有时，在自动电路的控制下，连续扫描和触发扫描可以实现自动转换。这种扫描模式称为自动扫描，通常在操作示波器时选择。上述扫描电压都是锯齿波电压。如果只对水平偏转板施加扫描电压，屏幕上会产生一条反映时间长度的水平亮线，称为时间基线，简称时间基线。这种扫描方法称为直线扫描。当触发扫描时，当被测脉冲到达时，扫描脉冲只扫描一次；当没有要测量的脉冲时，扫描发生器正在等待31，a表示测得的窄脉冲信号，B表示低速连续扫描信号，扫描周期为t1。在B中，波形是水平压缩的，所以在示波器屏幕上很难看到波形的细节，也不可能分析脉冲信号的各种参数。c高速显示连续扫描信号，扫描周期为t=，提高了扫描频率，拓宽了脉冲信号，但图