第5章 时域测量第5章 时域测量第5章 时域测量第5章 时域测量.ppt

5.1 概述 信号的时域测量是对以时间作为自变量的电参量的测量，即信号幅度随时间变化的规律，时域测量技术已普遍地应用于国防、科研、工业等各个领域。时域测量的典型仪器是电子示波器，简称示波器。 5.1.1 示波器的主要特点 时域测量的典型仪器是示波器，其主要特点如下： １）能显示信号波形，可测量瞬时值，具有直观性。 ２）输入阻抗高，对被测信号影响很小。测量灵敏度高，因为配有高增益放大器，所以能够观测微弱信号的变化。由于不用表针指示方式，因而过载能力强。目前示波器的最高灵敏度可达到10微伏／格。 ３）由于电子束的惯性小，因而速度快，工作频率范围宽，便于观察高速变化的波形的细节，适应于测试快速脉冲信号。目前示波器的工作频带最宽达1GHz以上。 ４）在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流量的函数关系，故可作为比较信号用的高速X-Y记录仪。 5.1.2 示波器的主要用途 示波器是一种直观、通用、精密的测量仪器，其主要用途如下： １）观测电信号的波形。 ２）测量电压电流的幅度、频率、时间、相位等电量参数。 ３）显示电子网络的频率特性。 ４）显示电子器件的伏安特性。 5.1.3 示波器的分类 根据示波器对信号的处理方式的不同可分为模拟、数字两大类： 1 模拟示波器 模拟示波器采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。可分为通用示波器、多束示波器、取样示波器、记忆示波器和专用示波器等。 2 数字示波器 数字示波器对信号进行数字化处理后再显示。它将输入信号数字化（时域取样和幅度量化）后，经由D/A转换器再重建波形。数字示波器具有记忆、存储被观察信号功能，根据取样方式不同，数字示波器又可分为实时取样、随机取样和顺序取样三大类 5.1.4 示波器的主要技术指标 1.频带宽度BW和上升时间tr 示波器的频带宽度BW是指垂直偏转通道(Y方向放大器)对正弦波的幅频响应下降到中心频率的0.707(-3dB)的频率范围。如果通道的带宽不够，则对于信号的不同频率分量，通道的增益不同，信号波形便会产生失真。因此，为了能够显示窄脉冲，示波器Y通道带宽必须很宽。 上升时间tr是一个与频带宽度BW相关的参数，表示由于示波器Y通道的频带宽度的限制，反映了示波器Y通道跟随输入信号快速变化的能力。 5.2 CRT显示原理 5.2.1 CRT原理 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5-1所示。电子枪产生高速的电子束，偏转系统控制电子束的偏转方向，使电子束按要求打在荧光屏上相应的部位产生荧光，从而描出被观测信号的波形。 5.2.2 示波管显示原理 利用示波管中电子束在屏上形成的光点在垂直／水平方向上的偏转距离与加在Y轴／X轴上的偏转电压成正比这一特性，即可在屏幕上显示出被观测信号的波形。 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 ， 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 5.3 通用示波器 5.3.1 通用示波器的组成 通用示波器的组成如图5-9所示，主要由示波管、垂直通道（Y通道）和水平通道（X通道）三部分组成。此外，还包括电源电路，它产生示波管和仪器电路中需要的多种电源。通用示波器中附有校准信号发生器，产生幅度和周期非常稳定的校准信号（如1kHz、0.5Vpp的方波），用于示波器的校准，以便对被测信号进行定量测量。 5.3.2 通用示波器的垂直通道 通用示波器的垂直通道由输入电路、前置放大器、延迟级和输出放大器等部分组成。它的主要作用是：对单端输入的被测信号进行变换和放大，得到足够的幅度后加在示波管的垂直偏转板上；向水平通道提供内触发信号源；补偿x轴通道的时间延迟，以观测如脉冲等信号的完整波形。 1.输入电路 输入电路主要包括探极、耦合方式转换开关、衰减器、阻抗变换及倒相放大器等部分，如图5-10所示。 5.3.3 通用示波器的水平通道 水平通道(X通道)如图5-15所示，其作用是产生一个与时间呈线性关系的电压，并加到示波管的X偏转板上去，使电子射线沿水平方向线性地偏移，形成时间基线。设Sx为水平方向的偏转灵敏度，水平板上所加电