第3章波形测试与仪器案例分析.ppt

4.1 概述 电子示波器简称为示波器，它借助阴极射线示波管（CRT，Cathode Ray Tube）电子射线的偏转将电信号变换成可见图像，实现波形的显示，实现电压、周期、频率、时间、相位、调制系数等参数的测量。示波器也是构成特性曲线测试仪器等的重要组成部分，例如晶体管特性图示仪、扫频仪等。 示波器按其性能、结构分为： （1）通用示波器 通用示波器采用单束示波管，它分为单踪、双踪、多踪示波器。单踪示波器在荧光屏上只能显示一个信号的波形，双踪示波器在荧光屏上可显示两个信号的波形，多踪示波器在荧光屏上可同时显示两个以上信号的波形。 （2）多束示波器 多束示波器又称为多线示波器，它采用多束示波管，荧光屏上显示的每个波形都由单独的电子束扫描产生，能同时观测、比较两个以上的波形。 （3）取样示波器 取样示波器将高频、超高频信号经取样变换为较低频率信号后再显示，适用于测量高频、超高频信号。 （4）存储示波器 存储示波器具有存储被测信号的功能，适用于异地观测、异地分析测量。 （5）专用示波器 专用示波器能够满足特殊的用途，如监测调试电视系统的 4.2 波形测试的基本原理 电视示波器，用于调试彩色电视中有关色度信号幅度和相位的矢量示波器和用于观测调试计算机和数字系统的逻辑示波器等。 本章着重讨论通用示波器的工作原理及其应用。 4.2.1 阴极射线示波管 阴极射线示波管是示波器重要组成部分，用来将电信号变换为光信号而加以显示。CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三大部分组成，它们都封装在密闭呈真空的玻璃壳内，其结构如图4.1所示。 分别称为“聚焦（FOCUS）”调节和“辅助聚焦（AUX FOCUS）”调节旋钮。 后加速阳极用来加速电子束，提高示波管的偏转灵敏度。 2. 偏转系统 偏转系统的作用是：扫描电压、被测信号加到X、Y偏转板上时，各自在X、Y偏转板间形成偏转电场，分别使电子束产生在X、Y方向上的位移，由此确定出亮点在荧光屏上的位置。 偏转系统位于第二阳极之后，由两对相互垂直的X（水平）、Y（垂直）偏转板组成，分别控制电子束水平方向、垂直方向的偏转，偏转的距离分别与加在偏转板上的电压大小成正比，该特性称为阴极射线示波管的线性偏转特性。 4.4 通用示波器Y通道（垂直系统） 示波器Y通道主要由输入电路、前置放大器、延迟级和输出放大器等组成，如图4.5所示。它的主要作用是把被测信号变换成为大小合适的双极性对称信号后加到Y偏转板上，使显示的波形适于观测；向X通道提供内触发信号源；补偿X通道的时间延迟，以观测到诸如脉冲等信号的完整波形。 4.4.1 输入电路 如图4.6所示，输入电路主要包括探极、耦合方式变换开关、衰减器、阻抗变换及倒相放大器等部分。 1. 探极 被测信号与示波器的连接可以选用引线或附带的探极，通 信号变换为后级差分放大器所需的双端输出信号，以克服放大器零点漂移的影响；提高放大器输入阻抗；隔离前后级的影响；提供Y偏转板所需的对称信号。 与该电路有关的旋钮有直流“平衡” 及偏转因数“微调”等旋钮。“微调”可以连续调节显示波形的幅度；适当调节“平衡”可以避免因为偏转因数的改变而使波形产生位移，示波器面板上一般不予设置。 4.4.2 前置放大器 前置放大器的作用是对前级输出信号进行初步放大，补偿延迟级对信号的损耗；为X通道的触发电路提供大小合适的内触发信号，以得到稳定可靠的内触发脉冲。 与前置放大器有关的开关旋钮有“倒相”开关、垂直“移位”旋钮。“倒相”开关通过改变加在前置放大器的双端输入信号的极性使显示波形倒置；“移位”旋钮通过调节同轴双联电位器反向对称地改变前置放大器双端输出信号中的直流成分而使波形垂直移位。 4.4.3 延迟级 为了显示稳定的脉冲波形，示波器通常采用内触发方式来产生扫描电压。只有当被测信号达到一定的触发电平时，才能产生触发脉冲并形成扫描电压，但被测信号从零电平开始上升到一定的触发电平需要经历一定的时间，这表明扫描电压要比被测信号出现的时间晚，从而使被测信号的前沿无法完整显示。为了完整显示被测信号波形，在Y通道中设置延迟级对被 测信号进行延迟,延迟时间一般为 60～200ns，常取100ns左右。 图4.10为延迟级原理示意图， 图4.10 (a)、图4.10 (b)、图4.10( c)、 图4.10 (d)分别为被测信号uy(t)、触 发脉冲p(t)、扫描电压ux(t)的波形和 被测信号的显示波形，Ut为触发电 平。由此可见，经过延迟级适当延 迟后即可看到完整的被测信号波形。 但观测正弦等缓慢变化的信号时， 延迟级的作用