电子测量技术-示波器剖析.ppt

时域测量 ——示波器 时域测量仪器 时域测量仪器： 观察和测试信号的时域波形、测量脉冲的占空比、上升沿、下降沿、上冲等——示波器； 测量信号的电压、电流及功率——电压表、电流表及功率计； 测量电信号的频率、周期、相位及时间间隔——通用电子计数器、频率计、相位计等； 示波器本质上是一种图形显示设备，它描绘电信号的图形曲线。在大多数应用中，呈现的图形能够表明信号随时间的变化过程： 垂直（Y）轴表示电压，水平（X）轴表示时间。有时称亮度为Z 轴。 波的类型 波型 正弦波 方波和矩形波 三角波和锯齿波 复杂波 性质 阶跃波和脉冲波 周期和非周期信号 同步和异步信号 幅度： 最小值 最大值 峰值-峰值 均方值 周期均方值 均值 周期均值 过冲＋ 过冲－ 时间： 延迟 宽度＋ 宽度－ 上升时间 下降时间 周期 频率 占空比＋ 占空比－ 组合：相位 突发宽度 示波器的发展（一） 第一代——模拟示波器 （ART-Analog Real Time Oscilloscope） 20世纪40年代——电子示波器兴起的时代； 20世纪60年代——出现了带宽6GHz的取样示波器； 20世纪70年代——模拟式电子示波器达到高峰，带宽1GHz的多功能插件式示波器标志着当时科学技术的最高水平，模拟示波器从此没有更大的进展； 20世纪80年代——模拟示波器逐渐从前台退到后台。 示波器的发展（二） 第二代——数字存储示波器 （DSO Digital Storage Oscilloscope） 1978年——出现了数字储存示波器，它是公的第二代示波器产品； 进入90年代——数字示波器除了提高带宽到1GHz以上，更重要的是它的全面性能超越模拟示波器。 示波器的发展（三） 第三代——数字荧光示波器 （DPO Digital Phosphor Oscilloscope ） DPO是以数字荧光技术为核心的第三代示波器，数字荧光示波器在技术上已经把前两代示波器产品数字模拟示波器和数字存储示波器的优点集中到一起，实现了所谓数字示波器模拟化，使数字示波器得到了更为广泛的应用。 模拟示波器的组成及原理 CRT显示原理 CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，基本结构如下图所示。 偏转系统 示波管的偏转系统由两对相互垂直的平行金属板组成，分别称为垂直偏转板和水平偏转板 。 当有外加电压作用时，偏转板之间形成电场；在偏转电场作用下，电子束打向由X、Y偏转板共同决定的荧光屏上的某个坐标位置。 电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外加偏转电压成正比： 示波管的Y轴偏转灵敏度（单位为cm/V）： 其倒数为示波管的Y轴偏转因数。偏转灵敏度越大，示波管越灵敏。 荧光屏 荧光屏将电信号变为光信号，是示波管的波形显示部分 。 在使用示波器时，应避免电子束长时间的停留在荧光屏的一个位置，否则将使荧光屏受损。因此在示波器开启后不使用的时间内，可将“辉度”调暗。 当电子束停止轰击荧光屏时，光点仍能保持一定的时间，这种现象称为“余辉效应”。 波形显示的基本原理（一） 1.显示随时间变化的图形 （1）Ux、Uy为固定电压时，有下面四种情况： （2）X、Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情况： （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。 2．显示任意两个变量之间的关系 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 利用这种图形可对： 相位 频率 进行测量！ 示波器工作于X-Y方式下，将频率已知的信号与频率未知的信号加到示波器的两个输入端，调节已知信号的频率，使荧光屏上得到李沙育图形，由此可测出被测信号的频率。 和 分别为水平线、垂直线与李沙育图形的交点数； 、 分别为示波器Y和X信号的频率。李沙育图形存在关系： 例 如图所示的李沙育图形，已知X信号频率为6MHz，问Y信号的频率是多少？ 扫描 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描”，能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压，光点自左向右的连续扫动称为“扫描正程”，自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程称为“扫描逆程”。 连续扫描和触发扫描 当欲观测脉冲信号，尤其是占空比很小的脉冲时，采用连续扫描存在一些问题： 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。 选择扫描周期等于脉冲底宽时，观测者不易观察波形，而且扫描的同步很难实现。 同步 （1）Tx=nTy(n为正整数)：荧光屏上将稳定显示n个周期的被测信号波形。