电子测量技术基础-第4章-1

E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础电子测量技术基础第四章1E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础第4章电子示波器4.1概述4.2示波管4.3电子示波器的组成结构4.4电子示波器的基本部件2E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础第4章电子示波器4.1概述4.2示波管4.3电子示波器的组成结构4.4电子示波器的基本部件3E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础4.1概述•电子示波器简称示波器–它是一种用荧光屏显示电量随时间变化过程的电子测量仪器。它能把人的肉眼无法直接观察的电信号，转换成人眼能够看到的波形，具体显示在示波屏幕上，以便对电信号进行定性和定量观测，其它非电物理量亦可经转换成为电量使用示波器进行观测，因此示波器是一种广泛应用的电子测量仪器，它普遍地应用于国防、科研、学校以及工、农、商业等各个领域。4E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•电子示波器的基本特点是：–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，对被测信号影响小。测量灵敏度高，并有较强的过载能力。–③工作频带宽，速度快，便于观察高速变化的波形的细节。–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。5E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•电子示波器的主要用途是：–①观测电信号波形。–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。6E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•模拟示波器生产厂家和产品系列–原来世界上的示波器的三大生产厂家美国安捷伦(Agilent)有限公司、泰克(Tektronix)公司、力科(Lecroy)公司，目前已经不再生产模拟示波器。国外的模拟示波器的主要生产厂家有日本的日立、菊水(Kikuusi)电子有限公司、键伍(KenWood)有限公司等。主要典型产品的新能指标如下图：7E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•模拟示波器生产厂家和产品系列–国内模拟示波器的主要生产厂家有上海新建仪器设备有限公司(原上海无线电21厂)、西安红华仪器厂(原国营第869厂)、江苏扬中电子仪器厂、宁波中策电子有限公司等8E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•数字示波器生产厂家和产品系列–国外数字存储示波器的三大生产厂家是美国安捷伦(Agilent)有限公司、泰克(Tektronix)公司和力科(Lecroy)公司，其产品新能高、品种多。国外DSO的模拟带宽可以达到10GHz，数据采集速率以及做到20GSa/s，数据存储长度最大可扩展到1GB。9E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础10E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•数字示波器生产厂家和产品系列–我国生产数字存储示波器的主要厂家有北京普源精电科技有限公司、上海新建仪器设备有限公司(原上海无线电21厂)、西安红华仪器厂(原国营第869厂)、江苏扬中电子仪器厂、宁波中策电子有限公司等11E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础12E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础第4章电子示波器4.1概述4.2示波管4.3电子示波器的组成结构4.4电子示波器的基本部件13E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础4.2示波管•示波器的核心部件是示波管–示波管是一种整个被密封在玻璃壳内的大型真空电子器件，也叫阴极射线管。•示波管有电子枪、电子偏转系统和荧光屏三部分组成。用途是将电信号转变成光信号并在荧光屏上显示。–电子枪的作用发射电子并形成很细的高速电子束–偏转系统的作用是决定电子束怎么偏转–荧光屏的作用是显示偏转电信号的波形14E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•4.2.1电子枪–电子枪由灯丝(h)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。15E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•4.2.1电子枪•灯丝h用于对阴极K加热，加热后的阴极发射电子16E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•4.2.1电子枪•栅极G1电位比阴极K低，对电子形成排斥力，使电子朝轴向运动，形成交叉点F1，并且只有初速较高的电子能够穿过栅极奔向荧光屏，初速较低的电子则返回阴极，被阴极吸收。•如果栅极G1电位足够低，就可使发射出的电子全部返回阴极，因此，调节栅极G1的电位可控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变荧光屏亮点的辉度。17E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•4.2.1电子枪•如果栅极G1电位足够低，就可使发射出的电子全部返回阴极，因此，调节栅极G1的电位可控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变荧光屏亮点的辉度。•辉度调节旋钮控制电位器RW1进行分压的调节，即调节栅极G1的电位。18E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•4.2.1电子枪•G2、A1、A2构成一个对电子束的控制系统。这三个极板上都加有较高的正电位，并且G2与A2相连。穿过栅极交叉点F1的电子束，由于电子间的相互排斥作用又散开。•进入G2、A1、A2构成的静电场后，一方面受到阳极正电压的作用加速向荧光屏运动，另一方面由于A1与G2、A1与A2形成的电子透镜的作用向轴线聚拢，形成很细的电子束。19E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•4.2.1电子枪•如果电压调节得适当，电子束恰好聚焦在荧光屏S的中心点F2处。•RW2和RW3分别是“聚焦”和“辅助聚焦”旋钮所对应的电位器，调节这两个旋钮使得电子束具有较细的截面，射到荧光屏上，以便在荧光屏上显示出清晰的聚焦很好的波形曲线。20E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•4.2.2偏转系统•偏转系统由水平偏转板X1、X2和垂直偏转板Y1、Y2这两对相互垂直的偏转板组成。•垂直偏转板Y在前，水平偏转板X在后，如果仅在Y1Y2偏转板间加电压，则电子束将根据所形成的电场的强弱与极性在垂直方向上运动。如：Y1为正，Y2为负，电子束向上运动，电场强，则运动距离大，电场弱，则运动距离小；•电子束最终的运动情况取决于水平方向和垂直方向电压的合成作用，当X、Y偏转板加不同电压时，荧光屏上亮点可以移动到屏面上的任一位置21E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•4.2.2偏转系统•电子束最终的运动情况取决于水平方向和垂直方向电压的合成作用，当X、Y偏转板加不同电压时，荧光屏上亮点可以移动到屏面上的任一位置。22为了示波器有较高的测量灵敏度，Y偏转板置于靠近电子枪的部位，而X偏转板在Y的右边E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础•4.2.2偏转系统•为了显示电信号的波形，通常在水平偏转板上加一线性锯齿波扫描电压ux，该扫描电压将Y方向所加信号电压uy作用的电子束在屏幕上按时间沿水平方向展开，形成一条“信号电压—时间”曲线，即信号波形，参见图4.2-20水平偏转板X板上所加锯齿形电压称为“时基信号”或“扫描信号”。23E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1．显示随时间变化的图形（1）Ux、Uy为固定电压时，有下面四种情况：(a)Ux=0、Uy=0光点出现在荧光屏的中心位置。(b)Ux=0、Uy=常量光点仅在垂直方向偏移：Uy为正电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向上移；Uy为负电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向下移。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础(c)Ux=常量、Uy=0光点仅在水平方向偏移：Ux为正电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向右移；Ux为负电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向左移。(d)Ux=常量、Uy=常量当两对偏转板上同时加固定的正电压时，光点位置应为两电压的矢量合成。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1．显示随时间变化的图形（续）（2）X、Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情况：Uy0123401324Uy-Uyt仅在垂直偏转板的两板间加正弦变化的电压，则光点只在荧光屏的垂直方向来回移动，出现一条垂直线段。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础Ux0123401324Ux-Uxt仅在水平偏转板的两板间加锯齿电压，则光点只在荧光屏的水平方向来回移动，出现一条水平线段。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础1．显示随时间变化的图形（续）（3）Y偏转板加正弦波信号电压，X偏转板加锯齿波电压，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。Uy0123401324Uy-Uyt0UxtUx-UxE-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础2．显示任意两个变量之间的关系示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称为李沙育（Lissajous）图形，这种图形在相位和频率测量中常会用到。t0123401234uytux01234若两信号的初相相同，且在X、Y方向的偏转距离相同，在荧光屏上画出一条与水平轴呈45度角的直线。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础2．显示任意两个变量之间的关系（续）t0123401234uytux01234024若两信号的初相相差90度，且在X、Y方向的偏转距离相同，在荧光屏上画出的图形为圆。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础3．扫描的概念如果在X偏转板上加一个随时间线形变化的电压，垂直偏转板不加电压，那么光点在水平方向的偏移距离为，比例系数Sx称为示波管的X轴偏转灵敏度。光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描”，能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压，光点自左向右的连续扫动称为“扫描正程”，自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程称为“扫描逆程”。[/]xxxSkthtcmsE-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础4．同步的概念（1）Tx=nTy(n为正整数)：荧光屏上将稳定显示n个周期的被测信号波形。uyTyTxuxttn=2如果扫描电压周期Tx与被测电压周期Ty保持Tx=nTy的关系，则称扫描电压与被测电压“同步”。E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础4．同步的概念（续）（2）Tx≠nTy(n为正整数)，即不满足同步关系时，显示的波形不稳定。t015(6)234789012345678uytuxTy54xyTT101110911E-mail:[e-mail]西南科技大学电子测量技术基础5．连续扫描和触发扫描扫描电压是连续的方式称为连续扫描。当欲观测脉冲信号，尤其是占空比很小的脉冲时，采用连续扫描存在一些问题：选择扫描周期等于脉冲重复周期时，难以看清脉冲波形的细节。TsT=Tstt(a)被测脉冲(b)连续扫描，且T=Ts