示波器在信号测量中应用.doc

示波器在信号测量中应用摘 要:示波器是电子示波器的简称,是一种基本的、应用最广泛的时域测量仪器。它能让人们观察到信号波形的全貌,能测量信号的幅度、频率、周期等基本量,能测量脉冲信号的脉宽、占上升、下降时间、上冲、振铃等参数,还能测量两个信号的时间和相位关系。本文将分析电子示波器的工作原理、基本组成以及在信号测量中的应用 关键词:示波器 幅度 频率 脉冲 相位 中图分类号:TM935 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0024-01 电子技术飞速发展,示波器从早期的定性观测,已发展到可以进行精确测量,其他非物理量亦可以转换成电量,使用示波器进行观测。示波器有几个特点是其它仪器不可替代了。由于电子束的惯性小,因而速度快,工作频率范围宽,适应于测试快速脉冲信号;灵敏度高,因为配有高增益放大器,所以能观测微弱信号的变化;输入阻抗小,对被测电路影响很小;随着计算机技术的发展,示波器的功能越来越大,测量电参量的数量越来越多 1 示波器的原理及组成 1.1 基本种类 常用的示波器按技术原理可分为模拟示波器和数字示波器,模拟示波器可以分为通用示波器、多束示波器和取样示波器。而数字示波器可分为数字存储示波器和数字荧光示波器 1.2 通用示波器的组成原理 通用示波器是示波器中应用最广泛的一种。通用示波器通常指采用单束示波管,除取样及专用或特殊示波器外的各种示波器。它主要由示波管、垂直通道和水平通道组成。此外,还包括电源电路,以及由它产生示波管和仪器电路中需要的多种电源。通用示波器中还常附有校准信号发生器,可以确定被测信号中任意两点间的电压或时间关系 (1)示波管。示波管是示波器的核心部件,普通示波管的基本结构包括三部分:电子枪、偏转系统和显示部分(荧光屏)。这三部分被整个密封在玻璃壳内,就其用途而言,它是把电信号变成光信号的转换器。电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。偏转系统是用电场来控制的,通过所加电压的大小来控制电子束的偏转方向和大小。荧光屏一般为圆形曲面或矩形平面,其内壁沉积有荧光物质,形成荧光膜。它的受到电子轰击后,将其动能转化为光能,形成亮点。当电子束随信号电压偏转时,这个亮点的移动就形成了信号的波形 (2)Y通道。示波器的Y通道的任务是将被观测的信号尽量不失真地加到示波管Y偏转板上,通常包括探头、输入衰减器、Y前置放大器、延迟线和Y输出放大器等部分 (3)X通道。X通道包括扫描电路、触发同步电路及X轴放大电路等,主要任务是形成、控制和放大锯齿波电压,使屏幕上稳定而准确地显示出被测信号的波形 2 示波器在信号测量中的应用 2.1 电压的测量 利用示波器测电压有它独特的特点,除了可以测量各种波形的任何瞬时值(如电压幅度,包括测量脉冲和各种非正弦电压的幅度),还可以直接测量非正弦波形,这是其他电压测量仪表无法做到的。如利用示波器,可以测量一个脉冲电压波形的各部分的电压幅值,例如上冲量、顶部下降量等 使用示波器测量交流电压的最大优点是可以直接观测到波形的形状,可看到波形是否失真,还可读出其频率和相位。但是,使用示波器只能测量交流电压的峰-峰值,或任意两点间电位差值,其有效值或平均值是无法直接示得的 2.2 时间、周期和频率的测量 用示波器测量时间与用示波器测量电压的原理相同,只不过测量所关注的是X轴系统。将扫描微调旋钮置于校准位置,选用合适的Y轴输入耦合方式 用示波器测量信号频率的方法基本上可分为两大类。一种是利用扫描工作方式;另一种是用示波器的X-Y工作方式。由于这种方式采用的是频率比,因而它的测量准确度取决于标准信号发生器的频率准确度和稳定度。这种方法一般适用于被测信号频率和标准频率十分稳定的低频信号,而且一般要求两频率比最大不超过10,否则图形过于复杂而难以测量 时间间隔的测量与周期的测量方法完全相同,只不过X为波形两点(根据被测定具体的两个点)之间的水平距离。基于此方法,利用双踪示波器可测出两输入信号之间的时间差 2.3 脉冲的测量 在脉冲和数字电路中,实际的脉冲(或方波)可能存在各种不完美的情况,理论上脉冲应是矩形,而在实际中并不完全如此。脉冲顶端并不完全平坦,有些倾斜,脉冲顶部的倾斜量叫做衰减(或SAG)。在波形中的电压陡变叫做尖脉冲,这在数字电路中尤为普通。尖脉冲足以大到使数字信号进入未明确规定的区域,严重时甚至使逻辑状态发生变化,破坏电路正常工作。利用示波器可观察、测量脉冲的上升、下降时间、测量脉冲的上升时间和测量时间间隔,可采用测量电压的方法进行,需注意的是测量所用的示波器的带宽和上升时间必须足够,以免影响测量脉冲 2.4 频率响应的测量 利用示波器与信号发生器配合可以测