1、第三章第三章 示波測試和測量技術示波測試和測量技術 一、概述 二、示波測試的基本原理 三、示波器多波形顯示 四、取樣技術在示波測量中的應用 五、波形的存儲和記憶 六、示波器的使用 一、概述：一、概述：1931年美國無線電公司發明。年美國無線電公司發明。特點：特點：1、直接觀測和真實顯示被測波形。、直接觀測和真實顯示被測波形。可顯示脈沖信號的前后沿、脈寬、上升下降時間。可顯示脈沖信號的前后沿、脈寬、上升下降時間。2、是時域測試典型儀器，能檢測信號波形是否正常，、是時域測試典型儀器，能檢測信號波形是否正常，有無失真以及相關關系。有無失真以及相關關系。3、X-Y圖示儀。圖示儀。 4、是多種電量和非電

2、量測試和測量中的基、是多種電量和非電量測試和測量中的基 本測試儀器。本測試儀器。分類分類通過描繪被研究的信號隨時間的變化，可用于通過描繪被研究的信號隨時間的變化，可用于調試電子電路、維修儀器設備。調試電子電路、維修儀器設備。是構成其他兩個測試領域的儀器設備的基礎。是構成其他兩個測試領域的儀器設備的基礎。根據示波器的性能和結構，分為：根據示波器的性能和結構，分為：通用示波器；多束示波器；取樣示波器；通用示波器；多束示波器；取樣示波器；記憶、存儲示波器；專用或特殊示波器。記憶、存儲示波器；專用或特殊示波器。二、二、示波測試的基本原理示波測試的基本原理：衰衰減減Y前置前置放大器放大器延遲線延遲線Y輸

3、出輸出放大器放大器掃描掃描發生器環發生器環觸發觸發電路電路X放大器放大器電源電源輸入輸入輸入輸入 X Y外觸發輸入外觸發輸入校準信號校準信號發生器發生器校準輸出校準輸出s2Y通道X通道s150Hz電源電源燈絲燈絲陰極陰極K柵極柵極G1G2陽極陽極A1A2FY2Y1X2X1電子槍電子槍偏轉系統偏轉系統一、陰極射線示波管一、陰極射線示波管 示波管由示波管由電子槍電子槍、偏轉系統偏轉系統、熒光屏熒光屏組成組成KA1A2G1G2_+輝度輝度聚焦聚焦輔助輔助聚焦聚焦XYA2VabVy+_ s LyyaVbVLsy2yyVhy 靈敏度：靈敏度：Dy =1/hy二、二、圖象顯示的基本原理圖象顯示的基本原理：

4、示波器圖象顯示原理分為顯示示波器圖象顯示原理分為顯示y=f（t）圖形和顯示圖形和顯示任意任意兩波形關系兩波形關系變量的圖形。變量的圖形。1、顯示、顯示y=f（t）時變圖形時變圖形（1）、掃描）、掃描A、偏轉特性：、偏轉特性：yyVhy 測試信號波形的理論依據是：示波器測試信號波形的理論依據是：示波器CRT偏轉特偏轉特性性靜電特性，靜電特性，y Vy，x Vx光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為掃描，從左光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為掃描，從左到右稱為掃描正程，從右到左為回程。到右稱為掃描正程，從右到左為回程。B、掃描的同步TsTnTnTn =2TsTn =Ts+1/4Ts為得到穩定的波形，必須為

5、得到穩定的波形，必須保證保證同步同步關系，即關系，即 Tn=NTs N-為整數為整數C、連續掃描和觸發掃描 Ts被測脈沖連續掃描Tn=Tst TntTn連續掃描Tn=t觸發掃描tvy*連續掃描的特點：連續掃描的特點：1、掃描發生器連續工作；、掃描發生器連續工作；2、無輸入信號時顯示一條時基線；、無輸入信號時顯示一條時基線；*觸發掃描的特點：觸發掃描的特點：1、被測脈沖到來時掃描一次；、被測脈沖到來時掃描一次；2、平時為等待掃描狀態；、平時為等待掃描狀態；3、主要用于觀測占空比很小的脈沖，掃描電壓、主要用于觀測占空比很小的脈沖，掃描電壓持續時間的選擇應等于或稍大于脈沖底寬。持續時間的選擇應等于或

6、稍大于脈沖底寬。在有的示波器上，會有一個按鈕來進行選擇。在有的示波器上，會有一個按鈕來進行選擇。D、關于增輝、消隱、關于增輝、消隱存在的問題存在的問題解決的辦法解決的辦法 如圖所示：如圖所示：掃描正程時加上增輝脈沖，掃描正程時加上增輝脈沖，KG1G2_+輝度輝度聚焦聚焦輔助輔助聚焦聚焦A1A2！對于觸發掃描，掃描正程增輝！對于觸發掃描，掃描正程增輝可避免無信號時中心亮點毀壞可避免無信號時中心亮點毀壞屏幕。屏幕。E、掃描信號鋸齒波的產生、掃描信號鋸齒波的產生#對于掃描信號要求：對于掃描信號要求： 要求波形線性好，下降快；如線性不好時，信號觀要求波形線性好，下降快；如線性不好時，信號觀測會產生失真

7、，下降不夠快時，會出現回掃。測會產生失真，下降不夠快時，會出現回掃。 如圖所示，如圖所示，X通道主要功能即為產生掃描信號。通道主要功能即為產生掃描信號。衰衰減減Y前置前置放大器放大器延遲線延遲線Y輸出輸出放大器放大器掃描掃描發生器環發生器環觸發觸發電路電路X放大器放大器電源電源輸入輸入 X校準信號校準信號發生器發生器校準輸出校準輸出s2Y通道X通道s1輸入輸入 Y外觸發輸入外觸發輸入50Hz電源電源掃描門掃描門積分器積分器比較和釋抑比較和釋抑電路電路增輝增輝至至X放大器放大器 E掃描發生器環掃描發生器環 E2E1tt0V0 又稱為時基閘門，又稱為時基閘門，連續掃描時，沒有觸發連續掃描時，沒有觸

8、發信號也有門控信號輸出；信號也有門控信號輸出；觸發掃描時只有在觸發觸發掃描時只有在觸發脈沖作用下才應產生觸脈沖作用下才應產生觸發信號。發信號。輸入端由三個方面信號控制：輸入端由三個方面信號控制：穩定度穩定度提供直流電位提供直流電位觸發電路觸發電路觸發脈沖觸發脈沖釋抑電路釋抑電路釋抑信號釋抑信號 xtSs RAViVoT+EC（1）、）、tRCEVo （2）（3）掃描速度粗調掃描速度粗調改變改變 R 或或 C掃描速度微調掃描速度微調改變改變 E 或改變或改變X放大器的增益放大器的增益掃描速度（掃描速度（t/cm） 作用：作用：通過判斷積分器輸出電壓通過判斷積分器輸出電壓來控制掃描門關閉，同時來控

9、制掃描門關閉，同時使積分器復位。復位過程使積分器復位。復位過程即為回掃過程。即為回掃過程。E0E1E2Vrt12t1t1t2t4t5 連續掃描時，穩定度連續掃描時，穩定度 旋鈕電平旋鈕電平E0大于上觸大于上觸 發電平發電平E1 觸發掃描時，觸發掃描時，E0 介于介于E1與與 E2之間之間 脈沖到來時觸發脈沖到來時觸發E1E0E2Vr釋抑電路釋抑電路充電充電釋抑電路釋抑電路放電放電釋抑電路釋抑電路充電充電釋抑電路釋抑電路放電放電（2）、觸發電路）、觸發電路作用：產生周期與被測信號有關的觸發電路脈沖，加至作用：產生周期與被測信號有關的觸發電路脈沖，加至掃描門。掃描門。組成：方式開關、電平旋鈕、極性

10、開關、組成：方式開關、電平旋鈕、極性開關、S1開關組成。開關組成。+ DCHFAC低抑低抑內內外外+ 電源電源AC“極性”決定上升沿或下降沿觸發“電平”決定正半周或負半周觸發方式開關決定不同的耦合方式：AC、DC1、正極性，正電平、正極性，正電平觸發點觸發點2、負極性，正電平、負極性，正電平觸發點觸發點3、正極性，負電平、正極性，負電平觸發點觸發點4、負極性，負電平、負極性，負電平觸發點觸發點2、顯示兩個任意變量的關系顯示兩個任意變量的關系李沙育圖形李沙育圖形，例題，例題1 示波功能的擴展示波功能的擴展，例題例題21、多線示波器、多線示波器 發射多個相互獨立的電子束，多槍多束或單槍發射多個相互

11、獨立的電子束，多槍多束或單槍多束；常用雙線示波器。多束；常用雙線示波器。缺點：工藝要求較高，價格較貴。缺點：工藝要求較高，價格較貴。2、多蹤示波器、多蹤示波器 組成與普通示波器類似，增加了一個電子開關，組成與普通示波器類似，增加了一個電子開關，具有多個垂直通道。電子開關的切換或轉換方式有具有多個垂直通道。電子開關的切換或轉換方式有交替和斷續兩種，屬于時間分割方式。交替和斷續兩種，屬于時間分割方式。三、示波器多波形顯示三、示波器多波形顯示A門門電子開關電子開關B門門垂直位移垂直位移垂直位移垂直位移A通道輸入通道輸入B通道輸入通道輸入至垂直偏轉板至垂直偏轉板雙蹤示波器雙蹤示波器Y通道方框圖：通道方

12、框圖：“交替”方式“斷續”方式3、雙掃描示波顯示、雙掃描示波顯示前置前置放大放大延遲線延遲線A觸發觸發A掃描掃描A門門電壓電壓比較比較B觸發觸發B掃描掃描電子開關電子開關Y線分離線分離B門門X放大放大Y放大放大Rp功能：在觀察一個脈沖功能：在觀察一個脈沖序列的同時，可以仔細序列的同時，可以仔細觀察其中一個或部分脈觀察其中一個或部分脈沖的細節沖的細節有兩個獨立的有兩個獨立的觸發和掃描電觸發和掃描電路，掃速可相路，掃速可相差很多倍差很多倍延遲觸延遲觸發電平發電平被測信號被測信號 A 觸發觸發A掃描掃描 B觸發觸發B掃描掃描A增輝增輝B增輝增輝合成增輝合成增輝雙掃描示波器的有關波形雙掃描示波器的有關

13、波形四、取樣技術在示波測量中的應用四、取樣技術在示波測量中的應用取樣分為取樣分為實時取樣實時取樣非實時取樣非實時取樣實時取樣：指在信號經歷的實際時間內對一個信號實時取樣：指在信號經歷的實際時間內對一個信號波形進行取樣。波形進行取樣。缺點：不能解決示波器在觀測高頻信號時所遇到缺點：不能解決示波器在觀測高頻信號時所遇到的頻帶限制的困難。的頻帶限制的困難。非實時取樣：取樣點分別取自若干個信號波形的非實時取樣：取樣點分別取自若干個信號波形的不同位置。不同位置。優點：解決了實時取樣的缺點。優點：解決了實時取樣的缺點。T t2 t3 t4 t 5 tt1t2t3t4t5t6123456五、波形的存儲和記憶

14、五、波形的存儲和記憶記憶示波器記憶示波器利用記憶示波管組成的電路，可記憶利用記憶示波管組成的電路，可記憶 一周左右。一周左右。數字存儲示波器數字存儲示波器六、示波器的使用六、示波器的使用（一）、工作特性和選用（一）、工作特性和選用1、工作特性：、工作特性：（1）、偏轉靈敏度）、偏轉靈敏度:10V-10nV，體現測量強弱信號，體現測量強弱信號的能力。的能力。（2）、掃描速度）、掃描速度Ss：10S/cm-1nS/cm（3）、帶寬：儀器響應降低）、帶寬：儀器響應降低3dB時的上限頻率。時的上限頻率。信號上升時間信號上升時間/示波器對信號的上升時間示波器對信號的上升時間 測量誤差測量誤差 1/1 4

15、1% 3/1 5.2% 5/1 2% 10/1 0.5% 結論結論:示波器帶寬越寬，上升時間越短，測量誤差越小。示波器帶寬越寬，上升時間越短，測量誤差越小。2、示波器的選用、示波器的選用依據：依據：1、根據工作特性、根據工作特性2、性能價格比、性能價格比3、測量的準確度、測量的準確度4、通道數、通道數5、數據處理方式、數據處理方式6、采樣速率、采樣速率7、評價存檔能力、評價存檔能力8、易使用、易使用（二）、基本測量技術（二）、基本測量技術1、電壓測量、電壓測量直接法直接法比較法比較法位移法位移法2、時間測量、時間測量直接法直接法時標法時標法位移法位移法 掌握各種方法的掌握各種方法的原理、使用，

16、及其優原理、使用，及其優缺點。缺點。3、相位測量、相位測量線形掃描法線形掃描法3601 xx 1xx1x李沙育圖形法測相位李沙育圖形法測相位 mx2my202x02ymmxxxx22sin00 mxx22sin01 4、調幅系數測量、調幅系數測量梯形法梯形法yvtxvtY通道通道X通道通道包絡法包絡法yvt示波器BA%BABAM（三）、正確使用（三）、正確使用1、探頭配套使用、探頭配套使用2、注意電壓高低、注意電壓高低3、注意保護屏幕、注意保護屏幕4、注意通電、注意通電 階梯波電壓發生器 集電極掃描電壓YXCEB返回定定值值 BICECVfI)(50Hz全波全波整流波形整流波形取樣電取樣電壓壓

17、保證階梯波掃描電壓的周期為保證階梯波掃描電壓的周期為集電極掃描電壓周期的整數倍集電極掃描電壓周期的整數倍晶體三極管輸出特性晶體三極管輸出特性本章內容及要求本章內容及要求1、掌握示波測試的基本原理及示波器顯示穩定波形的基本、掌握示波測試的基本原理及示波器顯示穩定波形的基本原理原理觸發和掃描；觸發和掃描；2、掌握通用示波器的基本組成及其工作特性；、掌握通用示波器的基本組成及其工作特性；3、掌握雙掃描系統基本原理及雙蹤雙掃描示波器的顯示方、掌握雙掃描系統基本原理及雙蹤雙掃描示波器的顯示方式；式； 觸發分為：觸發分為：內觸發內觸發外觸發外觸發電源電源極性極性電平電平掃描：掃描：同步問題同步問題框圖框圖

18、4、了解、了解CRT偏轉特性及其電子槍中兩個電位關系；偏轉特性及其電子槍中兩個電位關系；5、了解波形的存儲，及取樣技術在示波測量中的應用。、了解波形的存儲，及取樣技術在示波測量中的應用。示波器中增輝和消隱示波器中增輝和消隱在模擬示波器中，存儲和取樣技術的實現。在模擬示波器中，存儲和取樣技術的實現。功能：在觀察一個脈沖序列的同時，可以仔細功能：在觀察一個脈沖序列的同時，可以仔細觀察其中一個或部分脈沖的細節觀察其中一個或部分脈沖的細節雙掃描示波器：雙掃描示波器：雙蹤示波器顯示方式：雙蹤示波器顯示方式：交替和斷續交替和斷續6、了解數字示波器和邏輯分析儀原理及應用、了解數字示波器和邏輯分析儀原理及應用

19、本章重點：本章重點：示波測試的基本原理、基本測量技術、基本測量方法、示波測試的基本原理、基本測量技術、基本測量方法、工作特性及數字示波器、邏輯分析儀的原理組成和特點。工作特性及數字示波器、邏輯分析儀的原理組成和特點。本章作業：本章作業： 示波測試的應用、有關觸發和掃描的基本概念、示波測試的應用、有關觸發和掃描的基本概念、雙掃描系統的基本原理、示波器的正確選擇及故障分雙掃描系統的基本原理、示波器的正確選擇及故障分析。析。K G A1 A2YXK1K2G11G12G21G22收集極收集極存儲介質存儲介質存儲存儲柵網柵網寫入電子槍寫入電子槍偏轉系統偏轉系統讀出電子槍讀出電子槍記憶和顯示部分記憶和顯示

20、部分柵網式存儲示波管柵網式存儲示波管水平水平放大器放大器輸入輸入衰減器衰減器輸入輸入放大器放大器觸發觸發電路電路A/D轉換器轉換器D/A轉換器轉換器邏輯控制電路邏輯控制電路(微處理器微處理器)地址地址計數器計數器D/A轉換器轉換器GPIB控制器控制器記錄輸出記錄輸出控制器控制器掃描掃描發生器發生器延遲線延遲線垂直垂直放大器放大器存儲存儲實時實時實時實時存儲存儲存儲存儲輸入輸入外觸發外觸發CRT存儲器存儲器(RAM)數字示波器可以方便的實現對模擬信號進行長期存儲數字示波器可以方便的實現對模擬信號進行長期存儲;可以利用機內微處理器對存儲的信號進行進一步的處理可以利用機內微處理器對存儲的信號進行進一

21、步的處理;例如例如:自動測量自動測量被測波形的頻率、幅度、前后沿時間、平均值等被測波形的頻率、幅度、前后沿時間、平均值等數字示波器分為實時和存儲兩種工作模式；數字示波器分為實時和存儲兩種工作模式；當為存儲模式時，工作過程分為存儲和顯示兩個階段當為存儲模式時，工作過程分為存儲和顯示兩個階段當為實時工作模式時，原理與傳統模擬示波器基本一樣。當為實時工作模式時，原理與傳統模擬示波器基本一樣。取樣器取樣器模模-數變換數變換存儲器存儲器取樣器取樣器模模-數變換數變換存儲器存儲器時基電路時基電路處理器處理器顯顯示示晶體振蕩器晶體振蕩器時鐘時鐘前置放大器前置放大器輸入輸入1輸入輸入2外觸發外觸發數字示波器的

22、輸入電路與模擬示波器的輸入電路相似；數字示波器的輸入電路與模擬示波器的輸入電路相似；數字示波器的時基電路的功能與模擬示波器不同，它是數字示波器的時基電路的功能與模擬示波器不同，它是一個晶體振蕩器，測量觸發信號和取樣時鐘之間的時間一個晶體振蕩器，測量觸發信號和取樣時鐘之間的時間差，處理器根據此時間差確定將波形取樣放在顯示器上差，處理器根據此時間差確定將波形取樣放在顯示器上什么位置。什么位置。被測信號被測信號取樣脈沖取樣脈沖取樣值取樣值RAM地地址址數據數據A0A1A2A3A4A5A7A8A9A10A11A6D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11取樣和存儲過程取樣和存儲過程地地址址數

23、據數據A0A1A2A3A4A5A7A8A9A10A11A6D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11讀出和顯示過程讀出和顯示過程讀出讀出數字量數字量X通道通道掃描掃描信號信號熒光屏熒光屏顯示顯示數字示波器的技術指標、特點及應用數字示波器的技術指標、特點及應用技術指標技術指標1、最大取樣速率、最大取樣速率單位時間內完成的完整單位時間內完成的完整A/D轉換的最高次數轉換的最高次數2、存儲帶寬、存儲帶寬3、分辨率、分辨率包括水平和垂直分辨率包括水平和垂直分辨率4、存儲容量、存儲容量5、讀出速度、讀出速度數字存儲示波器的數字存儲示波器的特點特點：1、可觀測甚低頻信號波形；、可觀測甚低頻信號波

24、形；2、可長期存儲波形、可長期存儲波形3、可進行負延遲；、可進行負延遲；可同時觀察到觸發點前、后的波形，有利于觀察振蕩器可同時觀察到觸發點前、后的波形，有利于觀察振蕩器起振的過程。起振的過程。觸發點觸發點4、便于觀測單次過程和緩慢變化的過程、便于觀測單次過程和緩慢變化的過程可用于觀察地震、金屬斷裂、武器發射、材料變形等可用于觀察地震、金屬斷裂、武器發射、材料變形等單次過程和緩慢變化過程。單次過程和緩慢變化過程。5、多種顯示方式、多種顯示方式卷動卷動例如：例如： 適合于連續波形中尋找所需信號的兩種顯示方式適合于連續波形中尋找所需信號的兩種顯示方式適用于在緩慢變化中的信號尋找所需的信號。適用于在緩

25、慢變化中的信號尋找所需的信號。新波形新波形老波形老波形改寫點改寫點自動抹跡自動抹跡每滿足一次觸發條件，新存儲的波形就覆蓋每滿足一次觸發條件，新存儲的波形就覆蓋原波形。原波形。6、便于數據處理、便于數據處理7、可用字符顯示測量結果、可用字符顯示測量結果8、便于程控和用多種方式輸出、便于程控和用多種方式輸出9、便于進行功能擴展、便于進行功能擴展例如：例如：可擴展為同時顯示時、頻域波形的儀器。可擴展為同時顯示時、頻域波形的儀器。HP54645D示波器示波器應用應用1、模擬信號觀測、模擬信號觀測2個輸入通道；個輸入通道；2、數字信號觀測：、數字信號觀測：16個數字輸入通過對數字邏輯信號測量個數字輸入通

26、過對數字邏輯信號測量的設置操作，對通道數字輸入狀態進行測量的設置操作，對通道數字輸入狀態進行測量3、觸發方式設置、觸發方式設置邊沿觸發邊沿觸發觸發電平觸發電平4、觸發類型、觸發類型AUTO:自動觸發自動觸發Autio Lvl:自動電平觸發自動電平觸發Normal:常態觸發常態觸發模式觸發模式觸發:對信號通道設置觸發類型對信號通道設置觸發類型,可以是數字編碼可以是數字編碼或者是模擬通道的信號。或者是模擬通道的信號。先進觸發包括毛刺觸發、模式觸發和先進觸發包括毛刺觸發、模式觸發和TV觸發。觸發。1、毛刺觸發可通過對毛刺的極性和寬度進行定義產生觸發。、毛刺觸發可通過對毛刺的極性和寬度進行定義產生觸發

27、。2、模式觸發設置信號的碼型模式作為觸發信號。、模式觸發設置信號的碼型模式作為觸發信號。3、TV觸發對電視信號進行觀測時使用。觸發對電視信號進行觀測時使用。 邏輯分析儀原理、組成邏輯分析儀原理、組成4、基本組成、基本組成觸發識別觸發識別數據獲取數據獲取數據存儲數據存儲數據顯示數據顯示3、數據域測試典型代表、數據域測試典型代表;1、數據域分析：以離散時間或事件為自變量的數據流。、數據域分析：以離散時間或事件為自變量的數據流。2、數字系統的特點、數字系統的特點通常是按時續傳遞通常是按時續傳遞多位傳輸多位傳輸傳遞方式多樣傳遞方式多樣速度變化范圍寬速度變化范圍寬單次或非周期信號單次或非周期信號故障判別

28、故障判別數據數據采集采集探頭探頭輸入輸入寄存器寄存器FIFO存儲器存儲器觸發觸發識別器識別器內時鐘內時鐘發生器發生器顯示顯示發生器發生器+CRT門限電平設定門限電平設定外時鐘輸入外時鐘輸入0通道通道1通道通道N通道通道觸發字置入觸發字置入外觸發輸入外觸發輸入觸發觸發信號信號觸發識別觸發識別:為了捕獲和顯示感興趣的內容，觸發識別電路為了捕獲和顯示感興趣的內容，觸發識別電路用于尋找觸發字或觸發事件。用于尋找觸發字或觸發事件。數據獲取：數據獲取：在時鐘作用下，通過多路數據采集探頭，與在時鐘作用下，通過多路數據采集探頭，與設定的門限電平進行比較，判為設定的門限電平進行比較，判為0、1兩種狀兩種狀態后存

29、入輸入存儲器。態后存入輸入存儲器。數據存儲：數據存儲： 存儲采集到的數據。存儲采集到的數據。通常采用先進先出（通常采用先進先出（FIFO）寄存器）寄存器數據顯示：數據顯示： 顯示存儲于存儲器中的數據。顯示存儲于存儲器中的數據。2、邏輯分析儀的觸發、邏輯分析儀的觸發（1）始端觸發）始端觸發邏輯分析儀邏輯分析儀在被觸發時的數據為存儲、顯示在被觸發時的數據為存儲、顯示的第一個有效數據。的第一個有效數據。（2）終端觸發）終端觸發存儲器存滿后開始搜索觸發字，一旦搜索到，存儲器存滿后開始搜索觸發字，一旦搜索到，立即停止存儲。立即停止存儲。觸發字為存儲和顯示的最后一位有效數據。觸發字為存儲和顯示的最后一位有效數據。（3）延遲觸發）延遲觸發分為