波形显示与测量.pptVIP

第7章 波形显示与测量 7.1 示波器的功能与分类 7.1.1 示波器的功能 示波器是一种电子图示测量仪器，它可以用来观察和测量随时间变化的电信号图形，可以定性地观察电路的动态过程，如观察电压、电流的变化过程，还可以定量测量各种电参数，例如测量脉冲幅值、上升时间、重复周期或峰值电压等。由于示波器能够直接对被测电信号的波形进行显示、测量，并能对测量结果进行运算、分析和处理，功能全面，加之具有灵敏度高、输入阻抗高和过载能力强等一系列特点，因此在生产、维修、教学、科学研究等领域中得到了极其广泛的应用。 7.1.2 示波器的分类 从示波器的性能和结构出发，可将示波器分为模拟示波器、数字示波器、混合示波器和专用示波器。 1． 模拟示波器 （1） 通用示波器： 采用单束示波管的示波器。这类示波器采用单束示波管，有单踪型和多踪型，能够定性、定量地观测信号，是最常用的示波器。多踪示波器是采用单束示波管而带有电子开关的示波器，它能同时观测几路信号的波形及其参数，或对两个以上的信号进行比较。 （2） 多束示波器：采用多束示波管的示波器。与通用示波器的叠加或交替显示多个波形不同，其屏上显示的每个波形都由单独的电子束产生，能同时观测、比较两个以上的波形。  （3）取样示波器：它根据取样原理将高频传号转换为低频传号，然后再用通用示波器显示其波形。这样，被测信号的周期被大大展宽，便于观察信号的细节部分，常用于观测300 MHz以上的高频信号及脉冲宽度为纳秒级的窄脉冲信号。目前已被数字存储示波器或数字取样示波器所取代。 2． 数字示波器 （1）数字存储示波器（DSO，Digital Storage Oscilloscope）： 它能将电信号经过数字化及后置处理后再重建波形，具有记忆、存储被观测信号的功能，可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速信号以及在不同时间或不同地点观测到的信号。它往往还具有丰富的波形运算能力，如加、减、乘、除、峰值、平均、内插、FFT、滤波等，并可方便地与计算机及其它数字化仪器交换数据。 （2）数字荧光示波器（DPO，Digital Phosphor Oscilloscope）： 采用先进的数字荧光技术，能够通过多层次辉度或彩色显示长时间信号，具有传统模拟示波器和现代数字存储示波器的双重特点。 3． 混合示波器 混合信号示波器是把数字示波器对信号细节的分析能力和逻辑分析仪对多通道的定时测量能力组合在一起的仪器。 4.专用示波器 不属于以上几类、能满足特殊用途的示波器称为专用示波器或特殊示波器。例如监测和调试电视系统的电视示波器，主要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等等。 7.2 示波显示的基本原理 7.2.1 阴极射线示波管 典型的示波器利用阴极射线示波管CRT作为显示器，CRT是示波器的重要组成部分，其作用就是把电信号转换为光信号而加以显示。其构造与电视机显像管相同，主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三大部分组成，三大部分均封装在密闭呈真空的玻璃壳内，其结构示意图如图7.1所示（图中省略了玻璃外壳）。 1.电子枪  电子枪的作用是发射电子并形成聚束的高速电子流。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和后加速阳极A3组成。除灯丝外，其余电极的结构均是金属圆筒，且它们的轴心都保持在同一轴线上。 2.偏转系统  偏转系统的作用是使电子束产生在垂直和水平方向上的位移。 偏转系统位于第二阳极之后，由两对相互垂直且平行的金属板——X、Y偏转板（水平、垂直偏转板）组成，其中心轴线均与示波管的中心轴线重合，分别控制电子束在水平方向、垂直方向的偏转。 3.荧光屏 荧光屏是示波器的显示部分，为圆形曲面或矩形平面，其内壁涂有荧光物质，形成荧光膜。 当荧光物质受到电子枪发射的高速电子束轰击时就能产生荧光亮点，亮点的亮度取决于电子束中电子的数目、密度和速度。 7.2.2 示波管显示原理 1. 显示随时间变化的图形 1) 扫描的概念 若想观测一个随时间变化的信号，例如f(t)=Umsinωt，那么只要把被观测的信号转变成电压加到Y偏转板上，电子束就会在Y方向上随信号的规律变化，任一瞬间的偏转距离正比于该瞬间Y偏转板上的电压。但是如果水平偏转板间没加电压，则荧光屏上只能看到一条垂直的直线，如图7.2（a）所示。时间基线（简称时基线），如图7.2（b）所示。被测信号随时间变化的波形，如图7.2（c）所示。 2） 信号与扫描电压的同步 图7.3为扫描电压与被测信号