1、第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 主編主編 肖曉萍肖曉萍電子測量實訓教程電子測量實訓教程第第2 2版版 電子教案電子教案面向21世紀高職高專系列教材機械工業出版社機械工業出版社第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 目目 錄錄l第1章 緒論 l第2章 誤差分析和測量數據處理 l第3章 常用電子測量儀器 l第4章 示波測試和測量技術 l第5章 電路元器件參數的測量 l第6章 電子電路參數的測量 l第7章 頻域測量 l第8章 數據域測量 l第9章 自動測試系統 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 第第4章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術l本章要

2、點l4.1 示波測試的基本原理l4.1.1 陰極射線示波管l4.1.2 波形顯示的基本原理l4.2 模擬示波技術l4.2.1 模擬示波器的技術性能指標和組成l4.2.2 模擬示波器的垂直系統l4.2.3 模擬示波器的水平系統l4.2.4 示波器的多波形顯示 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 l4.3 數字存儲示波技術l4.3.1 數字存儲示波器的組成和基本功能l4.3.2 信號采樣原理l4.3.3 波形顯示技術l4.3.4 技術性能指標l4.4 示波器的基本測量技術l4.4.1 電壓的測量l4.4.2 時間的測量 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 l4.4.

3、3 周期和頻率的測量l4.4.4 相位差的測量l4.4.5 調幅度的測量l4.5 示波器的選擇和使用l4.5.1 示波器選擇l4.5.2 模擬示波器的使用l4.5.3 數字存儲示波器的使用l4.6 實訓l4.7 習題 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 本章要點本章要點 l示波器的概念、測量功能l示波測試的基本原理l模擬示波器的組成及工作原理l數字存儲示波器的組成原理l示波器的基本測量技術l示波器的選擇和使用第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 根據目前示波器的性能和結構，一般可將示波器分為：1模擬示波器l 通用示波器l 多束示波器l 取樣示波器2數字示波器l 數

4、字存儲示波器l 數字熒光示波器3混合示波器第第4章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.1 示波測試的基本原理示波測試的基本原理4.1.1陰極射線示波管陰極射線示波管示波管包括電子槍、偏轉系統和熒光屏三大部分。如圖4-1所示。1.電子槍 l電子束的聚焦l第三陽極A3的作用 2.偏轉系統3.熒光屏 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.2 模擬示波技術模擬示波技術 模擬示波器中最常用的是通用示波器，以下均以通用示波器介紹模擬示波技術。4.1.2 波形顯示的基本原理波形顯示的基本原理示波器顯示波形，基本上有兩種類型： 1.

5、時域波形顯示原理2. XY顯示原理第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.2.1 模擬示波器的技術性能指標和組成模擬示波器的技術性能指標和組成1.主要技術性能l掃描時間因數l觸發性能 l垂直偏轉因數 l頻帶寬度（頻域響應） l瞬態響應（時域響應） 2通用示波器的組成通用示波器一般包括如圖4-10（a）所示幾個部分：l垂直系統（Y通道）l水平系統（X通道）l主機系統（Z通道） 工作過程如圖4-10（b）所示第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.2.2 模擬示波器的垂直系統模擬示波器的垂直系統垂直系統又稱垂直通路或Y通道，它是被測信號的通道。 垂直系統的基本組成：

6、如圖4-11所示 l 輸入電路l 前置放大器l 延遲線l 后置放大器l 內觸發放大器4.2.3 模擬示波器的水平系統模擬示波器的水平系統組成包括三個部分：如圖4-14所示 l 觸發電路l 時基發生器電路（掃描發生器電路）l 水平放大器第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 觸發電路觸發電路l觸發源選擇 內觸發（INT）外觸發（LINE） 電源觸發 l觸發耦合方式 圖4-15 “DC”直流耦合“AC”交流耦合“AC”（H）l觸發方式（TRIG MODE）選擇常態觸發方式（NORM） 圖4-16 自動觸發方式（AUTO）電視觸發方式（TV） l觸發整形電路 第第四四章章 示波測試和測量

7、技術示波測試和測量技術 時基發生器電路（掃描發生器電路）時基發生器電路（掃描發生器電路）在觸發脈沖的作用下產生周期性鋸齒波電壓，經水平放大器放大后，送至水平偏轉板，控制電子束在屏幕上由左向右的水平掃描，這種掃描稱為線性時基掃描。 l由掃描閘門、掃描電壓產生電路、比較和釋抑電路組成，如圖4-17（a）所示。時基發生器電路的一般工作過程 4-17（b）。掃描閘門 圖4-18掃描鋸齒波產生電路 圖4-19 比較電路和釋抑電路 圖4-20 l掃描方式分類 連續掃描 圖4-21 觸發掃描 圖4-22 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.2.4 示波器的多波形顯示示波器的多波形顯示熒光

8、屏上同時顯示幾個波形的顯示稱為多波形顯示。常見的方法有： l多線顯示 （雙線） 如圖4-23 所示 l多蹤顯示 雙蹤示波器顯示方式：如圖4-24所示 交替顯示 斷續顯示 圖4-25l雙掃描顯示 如圖4-26所示 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.3 數字存儲示波技術數字存儲示波技術4.3.1 數字存儲示波器的組成和基本功能數字存儲示波器的組成和基本功能1數字存貯示波器的組成 如圖4-27所示 2數字存貯示波器的功能l可長期存貯波形l既能觀測觸發后的信息，也能捕捉觸發前的信號。 l可觀測單次過程和突發事件 l具有多種顯示方式l能進行數據分析和處理 l具有多種方式輸出 l可進

9、行功能擴展第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.3.2 信號采樣原理信號采樣原理1采樣方式 如圖4-28所示l 實時采樣 l 等效時間采樣l序列式采樣l隨機采樣 2采樣速率 4.3.3 波形顯示技術波形顯示技術1點顯示技術2點插入技術l向量式顯示（線性插入）l正弦插入 l改進型正弦插入lSin X/X插入 所記錄波形的長度采樣速率r 時基單位掃描長度第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.3.4 技術性能指標技術性能指標l 有用存貯帶寬:表示數字存貯示波器捕捉 信號的能力l 有用上升時間l 垂直精度和有效位 量化誤差Er為 預期量化誤差Erc 損失的位數LB

10、LB=log2(Er / Erc) 有效位數EB EB=DB-LB式中：DB數字化器件的位數。2)(IiAirWWE2)(IiIDircWWE第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.4 示波器的基本測量技術示波器的基本測量技術 4.4.1 電壓的測量電壓的測量1直流電壓測量2正弦電壓測量圖4-29l不含直流分量的正弦電壓測量l含有直流分量的正弦電壓測量3參考電平的設定4.4.2時間的測量時間的測量1時間測量的原理被測時間間隔： = LDx /水平擴展倍數 式中 時間間隔（s） L兩點之間水平距離div） Dx掃描時間因數（sdiv）。2兩個脈沖信號之間的時間間隔的測量圖4-30

11、第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.4.3 周期和頻率的測量周期和頻率的測量l 直接測量法l 李沙育圖形法 如圖4-31所示 4.4.4 相位差的測量相位差的測量l 測量原理l 雙蹤示波法 圖4-32l 橢圓法 圖4-33 圖4-344.4.5 調幅度的測量調幅度的測量 如如圖4-35所示 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.5 示波器的選擇和使用示波器的選擇和使用4.5.1 示波器選擇示波器選擇1. 模擬示波器l 頻帶寬度和上升時間l 垂直靈敏度（垂直偏轉因數）l 掃描速度2. 數字示波器l 帶寬l 采樣速率l 采樣速率與t/div的關系 fsN（t/

12、div） l 數字示波器的上升時間l 存儲器深度 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.5.2 模擬示波器的使用模擬示波器的使用1.使用時注意事項2. YB4320雙蹤四跡示波器l 主要技術性能l YB4320示波器的外觀和前面板示意圖圖4-38l YB4320示波器的基本操作說明l 測量前的準備工作l 信號測量的步驟l 輸出信號 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.5.3 數字存儲示波器的使用數字存儲示波器的使用以DS3012B數字存貯示波器為例1DS3012B技術指標 表4-32DS3012B的使用l DS3012B的面板結構 圖4-39l DS301

13、2B的顯示界面 圖4-40l DS3012B數字存貯示波器的設置l3DS3012B的應用實例第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.6 實訓實訓4.6.1 示波器的一般應用示波器的一般應用一、實驗目的二、實驗儀器三、預習要求四、實驗內容和步驟l 示波器的校準l 直流電壓的測量l 正弦波電壓幅度、周期的測量五.實驗報告要求六. 思考題第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.6.2 示波器的特殊應用示波器的特殊應用一、實驗目的二、實驗儀器三、預習要求四、實驗內容和步驟l 李沙育圖形測量頻率l 直接測量調幅波的調幅系數l 梯形法測量調幅波的調幅系數五.實驗報告要求六.

14、 思考題第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.6.3 各種交流電壓的測量各種交流電壓的測量一、實驗目的二、實驗儀器三、預習要求四、交流電壓表征概要五、實驗內容和步驟l 交流信號頻率的測量l 交流信號電壓的測量六、實驗報告要求七、思考題第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 4.7 習題習題l1 敘述示波器顯示時域波形的原理。l2 示波器的基本結構由哪三部分組成？各部分的主要作用是什么？l3 延遲線的作用是什么？內觸發信號可否在延遲線以后的電路引出？l4 時基發生器由幾部分組成？試簡述其工作過程。l5 什么是“交替”顯示和“斷續”顯示？各用在何場合？第第四四章章 示

15、波測試和測量技術示波測試和測量技術 l6 當示波器X、Y偏轉板上加以下電壓時，用作圖法繪出熒光屏顯示的圖形。(1) ux = Asint uy =k(t-nT) N Z，(2) ux = Asint uy = Asint(3) ux = Asint uy = Acost(4) ux = Asint uy = Asin2t l7 在X、Y兩對偏轉板上加上圖4-54所示電壓，用作圖法繪出屏幕上顯示的波形。l8 使用帶寬為100MHz的示波器測量脈沖的上升邊，讀得其值為15.6ns，已知測量誤差為+30%，問脈沖的實際上升時間為多少？2T第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 l9 有一

16、個正弦信號，使用垂直偏轉因數為10mV/div的示波器進行測量，測量時信號經10:1衰減探頭加到示波器。測得在熒光屏上的高度為7.070 7div（峰峰值），問該信號的有效值為多少？l10 已知示波器的Y偏轉因數為0.5V/div，熒光屏有效寬度為10div，掃描時間因數為0.1ms/div。顯示的波形如題圖4-55。求被測信號的頻率和周期為多少？振幅Um=？有效值U=？第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 l11 若示波器的垂直偏轉因數為10mV/div，掃描時間因數為1ms/div，繪出下述的波形。 （1）有效值為10mV、頻率為500Hz的正弦信號。 （2）峰峰值為40mV

17、、頻率為200Hz的方波信號。l12 被測信號uy和掃描鋸齒波ux的波形如題圖4-56，若示波器的消隱電路失常，將顯示何波形？ 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 l13 用示波器觀測波形時，要達到如下要求，應調節哪些旋鈕？波形清晰；亮度適中；波形穩定；移動波形位置；改變波形個數；改變波形的高度。l14 一臺示波器的垂直偏轉因數在2mV/div擋，對它擴展“5”后，該擋的實際偏轉因數為多少？ 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 l15 現有三種示波器，測量上升時間tr為80ns的脈沖波形，選用哪一種好？為什么？（1）SBT5同步示波器fH =10MHz， tr4

18、0ns。（2）SR8雙蹤示波器fH =15MHz，tr24 ns。l16 采用通用示波器測量矩形脈沖的上升沿。已知示波器的上升時間為15ns，測量該脈沖時讀數為50ns，問矩形脈沖的實際上升沿為多寬？觀察這種矩形脈沖時，示波器性能可否滿足要求？第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 l17 根據橢圓法測量相位差的原理，試用作圖法畫出相位差為和時的圖形。說明該圖形為什么是一條直線？l18 用雙蹤示波法測量相位差，顯示圖形如圖4-57所示，求相位差=？l19 已知調幅波的瞬時波形如圖4-58，求調幅系數m=？ 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4.1 示波管的內部結

19、構示意圖 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-2 電子槍內部的等電位線分布圖 圖4-3 電子聚焦過程 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-4 電子在偏轉板內的運動 dadLldUDUS2adddUULlD2電子偏轉的距離 D示波管的偏轉因數S（單位： V/cm或V/div） 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-5 波形顯示原理 圖4-6掃描電壓與被測電壓不同步 電子束在屏幕上運動的軌跡則由下列方程組決定： tUunTtkumyxsin)(（k,T為常數，n = 0,1,）第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-

20、7 兩個同頻率信號構成的李沙育圖形第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-9 瞬態響應的表示方法圖4-8 帶寬的表示方法圖第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-10 通用示波器總方框圖及其工作過程第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-11 垂直系統的基本組成 圖4-14 水平系統總方框圖 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 輸入電路輸入電路 l探頭l輸入耦合方式DCAC（GND）l步進衰減器 l阻抗轉換器圖4-12 圖4-13 耦合電路和衰減器 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-15觸發耦合方式

21、圖4-16 觸發極性和觸發電平不同對波形顯示的影響 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-17 時基發生器的組成及工作波形 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-18 用施密特電路構成的時基閘門電路 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-19 密勒掃描電路原理 圖4-20 比較電路和釋抑電路 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-21 連續掃描的波形顯示 圖4-22 脈沖信號的連續掃描和觸發掃描顯示 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-23 雙線示波器的基本組成原理框圖 第第四四章章 示波測試

22、和測量技術示波測試和測量技術 圖4-24 雙蹤示波器的基本組成 圖4-25 雙蹤顯示方式 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-26 AB交替掃描方式第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-27數字存貯示波器的組成第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-28采樣方式第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-29正弦電壓測量 圖4-30 時間的測量 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-31 李沙育圖形第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-32 雙蹤示波法測量相位差圖4-33橢圓法測量相位差 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-34不同的相位差的李沙育圖形 第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-35調幅波測量第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 圖4-38 YB4320示波器第第四四章章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 采樣采樣方式實時采樣等效采樣采樣率100 MS/s10GSa/s平均值所有通道同時達到N次采樣后，N次數可在2、4、8、16、32、64和128之間選擇輸入輸入耦合直流、交流或接地（AC、DC、GND）輸入阻抗1M士2