——波器由于其多样性广泛地应用于广阔的电子.doc

第六章 示波器 示波器在当今仪器使用中无疑是最通用的电子仪器，它不象电表只能测量幅度信息。示波器可观察相对于时间的瞬时电压，它可显示波形的形状并可测量频率和相位等参数。由于其多样性，被广泛地应用于广阔的电子和电气测量领域。示波器的种类从简单的到非常复杂的，从通用的到专用的，范围十分宽广。高度复杂的示波器可以和自动化的、由计算机控制的系统相连接，提供非常复杂的功能。 专用示波器可以支持使用于电子技术的非常广泛的工业及应用领域，如汽车工业、医药工业、机器制造工业等等。 本章将重点介绍示波器的一般原理，种类及使用要求，使大家能够更好地理解示波器的特性。 示波器的类型 示波器的主要功能是精确复现作为时间函数的电压波形。波形的图形可用来确定量的信息如幅度和频率，也可获得其质量信息如波形的形状；示波器还可用来比较两个不同波形，并测量它们的时间和相位关系。 目前我们可将示波器分为两种基本类型。这就是传统的模拟示波器和后来新开发的数字存储示波器（ DSO）。 模拟示波器 模拟示波器有时又称为实时示波器。这是因为，这种示波器具有在信号出现的瞬时时刻，探测和显示出现在其输人端的信号的固有能力。 图6 –1 基本的模拟示波器 图6－2带有时基发生器的基本示波器 最简单形式的模拟示波器能够显示出现在其X、Y输人端的信号。图6—l表示出示波器的三个基本的单元。这就是能给出正确信号幅度的两个信号调整放大器和阴极射线管（CRT）。在这个例于中，如果输人信号为重复性信号，CRT上将显示出李萨育（Lissajous）图形。 在大多数的模拟示波器应用中，显示的信号要和时间或频率进行比较。所以，示波器中都包含一个称为时基发生器的内部部件。这个功能部件可以产生重复时间已知的锯齿波。时基发生器的信号通常加到示波器的X输人端，如图 6－2所示。为了在 CRT上显示出信号的真正的图像，必须使时基发生器的频率准确地等于Y输入信号的频率或者其倍数。当这个条件不能满足时，CRT可能显示不出正确的y输人信号。因此，示波器通常具有一种方法，可以使时基发生器和Y输人信号同步起来，以便获得我们希望的 CRT显示波形，显示出有用的图像。见图 6－3。 基本模拟示波器中还有另一些电路，可以提高示波器的基本适用性。例如，触发电路使用户能很容易地把时基发生器和被测信号或者用户希望的其它信号源同步起来。在某些示波器中还使用了延迟线，把Y信号到达CRT的时间加以延迟，使同步过程有足够的时间来完成其同步动作，从而帮助用户得到希望的显示波形。见图6—4。 图6－3与Y输入信号同步的时基 图18－4典型示波器的方框图 可以看出，CRT的屏幕是按照不同的物理单位来校准的。在此例子中，水平刻度是按每格（div）的时间来校准的，而垂直刻度则是按每格的伏特数来校准的。 基本的模拟示波器 在上述的基本的示波器中，可以把幅度和时间规定为测量参量。把波形上感兴趣的点和CRT上的刻度线进行比较，再把所得的格数和仪器控制旋钮设置的 V／div数相乘，就可以进行幅度测量。用示波器的显示波形只能测量信号在幅度和时间上的瞬时值，但不可能测量出需要计算的参量值（如有效值）。 在上述的基本示波器中，对V／div设置和时间／格设置的校准是在工厂中以及在以后的测量工作中进行的。其准确度用读数的百分数来表示。 大多数实时示波器的准确度在2％或3％的范围。水平设置的情况类似，但用时间／格或赫兹／格来表示。 上面介绍的简单仪器具有示波器的基本单元，但是大多数的模拟示波器都要复杂得多。 这种复杂性的第一个表现是，一台示波器可能具有多个垂直通道数目。现有的模拟示波器具有同时显示达4个通道的能力。实现多通道显示的方法是，使用多个前置放大器；和衰减器，即每个通道一套；再把其输出轮流地接到一个快速的电子开关电路上。这种示波器的方框图示于图6-5。 图 6－5典型的4通道模拟示波器的方框图 现代示波器具有的另一种能力是，可以把用户选定的一段信号放大显示，以观察其细节。这是用两个时基发生器来实现。其中一个称为主时基，它按照前面介绍的方式产生显示波形。在主时基扫描的过程中，启动第二个时基发生器。第二个时基的起始点由一个延迟发生器决定，第二个时基的扫描长度也可以由用户来选择。这种做法的目的是使用户能够对信号的任何一部分进行放大显示，以便进行更精确的测量。 图6－6所示的照片中，示波器上线显示的是一个脉冲串。在主时基显示波形上，脉冲串的一部分被加亮显示。示波器的下线则是用延迟扫描显示出的该加亮部分的放大细