电子测量技术第五章.

第五章示波测试和测量技术第五章示波测试和测量技术5-1概述一、示波器的特点1、直接观测和真实显示被测波形。可显示脉冲信号的前后沿、脉宽、上升下降时间。第五章示波测试和测量技术2、是时域测试典型仪器，能检测信号波形是否正常，有无失真以及相关关系。3、X-Y图示仪。4、是多种电量和非电量测试和测量中的基本测试仪器。通过描绘被研究的信号随时间的变化，可用于调试电子电路、维修仪器设备。是构成其他两个测试领域的仪器设备的基础。第五章示波测试和测量技术低频示波器通用示波器普通示波器宽带示波器多束示波器示波器的分类取样示波器记忆、存储示波器特种示波器二、示波器的分类模拟数字示波器第五章示波测试和测量技术模拟示波器第五章示波测试和测量技术第五章示波测试和测量技术数字示波器第五章示波测试和测量技术三、主要技术特点1、通频带fB、上升时间tr2、偏转灵敏度Sy：3、扫描速度：单位为cm/S或div/S4、输入阻抗：为f的函数，等效为RC电路第五章示波测试和测量技术F：灯丝K：阴极G1：栅极A1：第一阳极A2：第二阳极G2：第二栅极5-2示波测试的基本原理一阴极射线示波管（CRT）组成：电子枪、偏转系统、荧光屏1、电子枪FKG1G2A1A2Y偏转板X偏转板辉度聚焦辅助聚焦+E-E荧光屏电子枪偏转系统荧光屏（INTENSITY）（FOCUS）（AUXFOCUS）第五章示波测试和测量技术下面分析电子穿越加速场和减速场V1V2〈V1V2〉加速场减速场KG1G2A1A2第五章示波测试和测量技术2、偏转系统组成：X1、X2、Y1、Y2作用：确定任一瞬间光点在荧光屏的坐标以Y板为例A2Vy+-bLVaSyyaVbVLsy2Y方向的偏转距离yasbVLs2令yysD1cmVDy/,单位数：称为示波管的偏转因Vcmys/:单位示波管的偏转灵敏度，同理，可讨论X偏转系统的位移第五章示波测试和测量技术引入PDA系统（先偏转后加速系统）为使示波器灵敏度高，提高应使aybVLss2采用PDA系统PDA系统：降低第二阳极的电压，在偏转板与荧光屏之间，在内壁石墨导电层开几个环状的间隙，加10——15KV的高压，逐渐加速，避免影响偏转分类：分段式和螺旋式比较：ys普通示波器：采用PDA：≤0.5mm/V5—6mm/V第五章示波测试和测量技术3、荧光屏铝膜荧光物质玻璃铝膜的作用：•散热•吸收二次电子和负离子•反射作用1）结构2）余辉时间：从电子束移去到光点亮度下降到原始值的10%的时间分为：极短余辉、短余辉、中余辉、长余辉、极长余辉连续移动的轨迹？余辉和人眼的惰性第五章示波测试和测量技术二图像显示原理偏转原理：静电场力或磁场力显示信号的类型：A显示随时间变化的信号B显示任意两个变量的关系1、显示随时间变化的信号（1）Ux、Uy为固定电压时，(a)Vx=Vy=0(b)Vx=0，Vy=常量(c)Vx=常量，Vy=0(d)Vx=常量，Vy=常量第五章示波测试和测量技术Ux0123401324Ux-Uxt仅在X偏转板加锯齿波信号，则荧光屏出现一条水平亮线。（2）Ux、Uy为变化电压时（时基亮线）第五章示波测试和测量技术若在Y垂直偏转板的加正弦变化的电压Uy0123401324Uy-Uyt荧光屏出现一条垂直亮线第五章示波测试和测量技术若Y偏转板加正弦波电压，X偏转板加锯齿波电压Uy0123401324Uy-Uyt0UxtUx-Ux荧光屏上将显示出被测信号随时间变化的波形第五章示波测试和测量技术总结：要显示随时间变化的信号，将被观测信号加到Y轴，而X轴加扫描电压第五章示波测试和测量技术（1）、扫描几个概念：扫描、扫描电压、扫描正程、扫描回程扫描：光点在锯齿波作用下扫动的过程扫描电压：能实现扫描的锯齿波电压扫描正程：光点自左向右的连续扫动的过程扫描逆程：光点自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程2、一些概念第五章示波测试和测量技术其中Tx：扫描电压的周期Ty：被测信号的周期例：若n=2，即Tn=2Ts，见图3-4uyTyTxuxtt（2）同步目的：波形稳定（a）Tx=nTy(n为正整数)如果保持Tx=nTy的关系，则称扫描电压与被测电压“同步”。第五章示波测试和测量技术（b）Tx≠nTy(n为正整数)，即不满足同步关系时t015(6)234789012345678uytuxTy54xyTT101110911显示的波形不稳定第五章示波测试和测量技术（3）、扫描的分类Ts被测脉冲连续扫描Tn=TstTntTn连续扫描Tn=t触发扫描tvy第五章示波测试和测量技术**连续扫描的特点：1、扫描发生器连续工作；2、无输入信号时显示一条时基线；**触发扫描的特点：1、被测脉冲到来时扫描一次；2、平时为等待扫描状态；3、主要用于观测占空比很小的脉冲，扫描电压持续时间的选择应等于或稍大于脉冲底宽。在有的示波器上，会有一个按钮来进行选择。第五章示波测试和测量技术（4）增辉实际扫描回程需要时间，即解决措施：增辉----在扫描正程期间使电子枪发射更多的电子t015234678012345678uytuxTyTx=2Ty第五章示波测试和测量技术3、显示两个任意波形的关系若X、Y板分别加任意信号，图形由两信号共同决定X-Y图示仪a、同振幅同频同相：b、同振幅、同频、相位差为90度如：两个偏转板上都加正弦电压时显示李沙育(Lissajous)图形t0123401234uytux01234t0123401234uytux01234024第五章示波测试和测量技术一、模拟示波器的基本组成示波管、垂直通道、水平通道5-3、通用示波器Y轴偏转系统X轴偏转系统Y输入示波管X输入第五章示波测试和测量技术Y输入Y输入电路Y前置放大器延迟线Y后置放大器增辉电路高压电源低压电源X放大电路扫描电路触发电路校准信号发生器外触发输入X输入校准信号输出正高压负高压第五章示波测试和测量技术（1）输入耦合方式：AC、GND、DC三档置“AC”时，输入信号经电容耦合到衰减器上，只有交流分量可通过，适于观察交流信号。置“GND”时，用于确定零电平，即不需要断开被测信号，可为示波器提供接地参考电平。置“DC”时，输入信号直接接到衰减器，用于观测频率很低的信号或带有直流分量的交流信号。二、Y通道（垂直通道）1、输入电路：包括输入选择开关和衰减器。第五章示波测试和测量技术(2)、输入衰减器2211CRCR无关与fcccRRRvvi2112120最佳补偿条件过补偿1122RCRC欠补偿1122RCRCvivoR1R2C1C2最佳补偿过补偿欠补偿Z1Z2改变分压比示波器的偏转灵敏度粗调在面板上用“V/cm”标记第五章示波测试和测量技术2．前置放大器作用：将信号适当放大，从中取出内触发信号，并具有偏转因数微调、校正、Y轴位移、极性反转等控制作用。电路：大都采用差分放大电路，输出一对平衡的交流电压。若在差分电路的输入端输入不同的直流电位，相应的Y偏转板上的直流电位和波形在Y方向的位置也会改变。“Y轴位移”旋钮：调节直流电位以改变被测波形在屏幕上垂直方向的位置。第五章示波测试和测量技术3、延迟线触发点输入信号扫描电压显示波形扫描起点tT没有延迟线时屏幕上显示的脉冲触发点输入信号扫描电压显示波形输入信号延迟后td扫描起点tT有延迟线时屏幕上显示的脉冲第五章示波测试和测量技术第五章示波测试和测量技术4．Y输出放大器作用：将延迟线传来的被测信号放大到足够的幅度，用以驱动示波管的垂直偏转系统，使电子束获得Y方向的满偏转。要求：应具有稳定的增益、较高的输入阻抗、足够宽的频带、较小的谐波失真。电路：大都采用推挽式放大器，有利于提高共模抑制比。可采用改变负反馈的方法改变放大器的增益（面板上的倍率“×5”或“×10”开关）。第五章示波测试和测量技术三、X通道作用：(1)产生一个与时间成线性关系的电压，产生增辉和消隐信号控制Z系统（2）选择适当的同步触发信号，保持与Y输入同步（3）放大扫描电压或外接电压组成：扫描发生器环、触发电路、X放大器触发电路触发耦合方式选择触发源选择放大整形电路扫描信号发生器比较和释抑电路扫描闸门扫描电压产生电路X偏转板水平放大器第五章示波测试和测量技术1．触发电路作用：为扫描信号发生器提供符合要求的触发脉冲，加至扫描门。。内触发外触发输入电源触发S1触发源选择C1触发源耦合方式选择S2DCACLFREJC2C3HFREJ触发极性选择触发放大整形电路第五章示波测试和测量技术+–DCHFAC低抑内外+–+–+–电源电平方式极性AC“极性”决定上升沿或下降沿触发“电平”决定正半周或负半周触发方式开关决定不同的耦合方式：AC、DC组成：方式开关、电平旋钮、极性开关、S1开关组成。第五章示波测试和测量技术（1）触发源选择：一般有3种类型内触发（INT）将Y前置放大器输出（延迟线前的被测信号）作为触发信号，适用于观测被测信号外触发（EXT）用外接的、与被测信号有严格同步关系的信号作为触发源，用于比较两个信号的同步关系电源触发（LINE）用50Hz的工频正弦信号作为触发源，适用于观测与50Hz交流有同步关系的信号第五章示波测试和测量技术（2）触发耦合方式：一般设有4种“DC”直流耦合用于接入直流或缓慢变化的触发信号“AC”交流耦合用于观察从低频到较高频率的信号“LFREJ”低频抑制耦合：用于观察含有低频干扰的信号。“HFREJ”高频抑制耦合：用于抑制高频成分的耦合第五章示波测试和测量技术（4）触发极性选择和触发电平调节触发极性触发电平指触发点位于触发源信号的上升沿还是下降沿。指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出电压的瞬时值触发极性和触发电平决定触发脉冲产生的时刻，并决定被显示信号的起始点。（3）扫描触发方式选择（TRIGMODE）常态（NORM）触发方式自动（AUTO）触发方式电视（TV）触发方式第五章示波测试和测量技术（a）被测正弦信号（b）零电平正极性触发（d）正电平负极性触发（e）负电平负极性触发（c）正电平正极性触发（f）负电平正极性触发0t023uy141432作用:对触发信号进行放大、整形，以满足触发信号的要求。（5）放大整形电路基本形式:电压比较器第五章示波测试和测量技术2、扫描发生器环时基电路作用：产生扫描电压组成：闸门电路、扫描电压发生器、释抑电路扫描门积分器比较和释抑电路增辉至X放大器E第五章示波测试和测量技术（1）扫描门（时基闸门）作用1）控制积分器扫描。2）起正程加亮作用。3）使双踪示波器工作于交替状态。E2E1tt0V0连续扫描时，没有触发信号也有门控信号输出；触发扫描时只有在触发脉冲作用下才应产生触发信号。输入端由三个方面信号控制：稳定度——提供直流电位触发电路——触发脉冲释抑电路——释抑信号第五章示波测试和测量技术S打开tRCEv0V0与t成线形S闭合C放电，v0迅速上升（2）积分器：产生锯齿形的扫描电压-+Ev0RCSA来自扫描闸门常用密勒（Miller）积分器荧光屏上单位长度所代表的时间的大小扫描速度SS=t/X改变R或C：“扫描速度”粗调改变E：“扫描速度”微调第五章示波测试和测量技术决定何时关闭扫描门，保证锯齿波为稳定等幅信号（3）释抑电路作用：比较和释抑电路（b）施密特电路及有关输入输出信号比较和释抑VTb积分器扫描门RPRh+ECh+_稳定度-EVD+E来自释抑电路VT1去扫描环+E稳定度-EVD来自触发电路VT2+E第五章示波测试和测量技术E1E0E2Er来自比较电路的参考电平（比较电平）扫描发生器输出Vo上触发电平下触发电平通过“稳定度”调节的静态工作电平E0触发脉冲12345抑制期回扫期开始下一次扫描跟随Vo6释放闸门输出叠加后的闸门输入第五章示波测试和测量技术E0E1E2Vrt12t1t1´t2t3t4t5稳定度旋钮电平E0大于上触发电平E1----E1E0E2Vr释抑电路充电释抑电路放电释抑电路充电释抑电路放电下面讨论E0对触发方式的影响E0介于E1与E2之间脉冲到来时触发----连续扫描触发扫描第五章示波测试和测