第3章 电子示波器5.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 3.2 示波管及波形显示的基本原理 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。 3.2.1 阴极射线示波管的构造 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3.1所示。 图3-4 扫描电压与信号电压共同作用 当扫描频率与窄脉冲的重复频率相等时，显示的脉冲很窄。a图为被测的窄脉冲信号，b图为采用低速的连续扫描信号，c图为采用高速的连续扫描信号，扫描周期分别为T=Ty和T=τ，b图中波形水平方向被压缩，在示波器屏幕上很难看清波形的细节，无法分析脉冲信号的各个参数。为了将脉冲信号展开显示需提高扫描速度，这里只有提高扫描频率，如c图所示。 在示波管中，电子束同时受X和Y两个偏转板的作用， 若Y偏转板上加正弦波信号电压uy=Uymsinωt ，X偏转 板上加锯齿波电压ux=kt ，且Tx=Ty，则电子束在两 个电压的同时作用下，在水平方向上和垂直方向上同 时产生位移，荧光屏上将显示出被测信号随时间变化 的一个周期的波形曲线。若两偏转板的信号都为正弦 波且初相相同，可在荧光屏上显示一条与水平轴呈 45°角的直线，若两个信号的初相为90°，则在荧光 屏上显示出一个正椭圆，若x和y方向的偏转距离相 同，则显示一个正圆形。示波器两个偏转板上都加正 弦电压时显示的图形称李沙育图形，这种图形在相位 和频率测量中常常会用到。如图3-3(a) 所示为不同初 相不同频率时的李沙育波形。 由 上述分析得知，通用示波器主要由 X通道（HORIZONTAL）、Y通道（VERTICAL）、主机三大部分组成。单踪示波器的基本组成如图3.5所示。 ⑴X通道（水平系统） X通道由触发电路、扫描电路和X放大器组成。它的主要作用是：在触发信号的作用下，输出大小合适、极性相反的对称扫描电压，以驱动电子束水平偏转。 ⑵Y通道（垂直系统） Y通道由衰减器、前置放大器、延迟级、输出放大器等组成。它的主要作用是：对单端输入的被测信号进行变换、处理成为大小合适极性相反的对称信号加到Y偏转板上，使电子束产生垂直偏转。 3.3.2 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3.5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。 1 输入电路 如图3.6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。 ⑴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 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3.10为延迟级原理示意图，图3.10 (a)、图3.10 (b)、图3.10( c)、图3.10 (d)分别为被测信号uy(t)、触发脉冲p(t)、扫描电压ux(t)