示波測(cè)量技術(shù)

1、第三章 示波測(cè)量技術(shù)本章介紹： 本章包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：1概述2 CRT顯示原理 3通用示波器.4取樣示波器5波形存儲(chǔ)及顯示技術(shù)6示波器的基本測(cè)試技術(shù)從示波器對(duì)信號(hào)的處理方式出發(fā)，將示波器分為模擬、數(shù)字兩大類，簡(jiǎn)單介紹了二者的區(qū)別；然后給出了示波器的主要的六種技術(shù)指標(biāo)，最后介紹了示波器的三個(gè)發(fā)展階段。接著詳細(xì)介紹了電子槍的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，闡述了顯示的基本原理，給出了掃描、同步的概念，介紹了連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的概念和運(yùn)用范圍，最后描述了掃描過程增輝的作用。接著從通用示波器的組成出發(fā)，詳細(xì)研究了通用示波器的垂直通道和水平通道的工作原理，這是本章重點(diǎn)。通過對(duì)工作原理的了解，有助于我們正確地使

2、用示波器。在本屆的最后還闡述了雙蹤顯示和雙時(shí)基顯示的工作原理。接著首先給出了取樣的概念，然后講述了取樣示波器的基本組成，重點(diǎn)研究了其與通用示波器的不同之處。最后介紹了取樣示波器的主要技術(shù)指標(biāo)。接著首先介紹了模擬存儲(chǔ)技術(shù)，然后重點(diǎn)闡述了當(dāng)今示波器發(fā)展方向的數(shù)字存儲(chǔ)示波器，包括數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理、顯示方式、主要的技術(shù)指標(biāo)以及一些關(guān)鍵技術(shù)。接著在前幾節(jié)掌握示波器工作原理的基礎(chǔ)上，介紹了示波器的選用原則和使用時(shí)的注意事項(xiàng)。最后舉出了示波器的一些使用實(shí)例，包括直流交流電壓的測(cè)量、時(shí)間頻率的測(cè)量以及相位的測(cè)量。3.1 概述本節(jié)要求：（1）了解示波器的基本分類方式。（2）了解示波器的基本技術(shù)指標(biāo)。3.

3、1.1 示波器的分類示波器的CRT屏上顯示的波形，是反映被測(cè)信號(hào)幅值的Y方向被測(cè)信號(hào)與代表時(shí)間t的X方向的鋸齒波掃描電壓共同作用的結(jié)果。被測(cè)信號(hào)的幅度經(jīng)Y通道處理（衰減/放大等）后提供給CRT的Y偏轉(zhuǎn)，鋸齒波掃描電壓通常是在被測(cè)信號(hào)的觸發(fā)下，由X通道的掃描發(fā)生器提供給CRT的X偏轉(zhuǎn)。從示波器對(duì)信號(hào)的處理方式出發(fā)，可將示波器分為模擬、數(shù)字兩大類。模擬示波器的X、Y通道對(duì)時(shí)間信號(hào)的處理均由模擬電路完成，即X通道提供連續(xù)的鋸齒波電壓，Y通道提供連續(xù)的被測(cè)信號(hào)，而CRT屏上的圖形顯示也是光點(diǎn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，即顯示方式是模擬的。數(shù)字示波器則對(duì)X、Y方向的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，即把X軸方向的時(shí)間離散化，Y軸

4、方向的幅值量化，獲得被測(cè)信號(hào)波形上的一個(gè)個(gè)的離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)。1模擬示波器模擬示波器可分為通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶示波器和專用示波器等。通用示波器采用單束示波管，它又可分為單蹤、雙蹤、多蹤示波器。多束示波器采用多束示波管，熒光屏上顯示的每個(gè)波形都由單獨(dú)的電子束掃描產(chǎn)生。將要觀測(cè)的信號(hào)經(jīng)衰減、放大后送入示波器的垂直通道，同時(shí)用該信號(hào)驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)送入水平通道，最后在示波管上顯示出信號(hào)波形。這是最為經(jīng)典而傳統(tǒng)的一類示波器，因此，也常稱為通用示波器。取樣示波器是采用時(shí)域采樣技術(shù)將高頻周期信號(hào)轉(zhuǎn)換為低頻離散時(shí)間信號(hào)顯示的，從而可以用較低頻率的示波器測(cè)量高頻信號(hào)。記憶示波器采用有

5、記憶功能的示波管，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的存儲(chǔ)、記憶和反復(fù)顯示。專用示波器是能夠滿足特殊用途的示波器，又稱特種示波器。2數(shù)字示波器數(shù)字示波器將輸入信號(hào)數(shù)字化（時(shí)域取樣和幅度量化）后，經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換器再重建波形。它具有記憶、存貯被觀察信號(hào)功能，可以用來觀測(cè)和比較單次過程和非周期現(xiàn)象、低頻和慢速信號(hào)。由于其具有存儲(chǔ)信號(hào)的功能，又稱為數(shù)字存貯示波器（DSO，Digital Storage Oscilloscope）。根據(jù)取樣方式不同，又可分為實(shí)時(shí)取樣、隨機(jī)取樣和順序取樣三大類。31.2 主要技術(shù)指標(biāo)1頻帶寬度BW和上升時(shí)間tr示波器的頻帶寬度BW指Y通道輸入信號(hào)上、下限頻率fH和fL之差：BW=fH-fL。一

6、般下限頻率fL可達(dá)直流（0Hz），因此，頻帶寬度也可用上限頻率fH來表示。上升時(shí)間tr與頻帶寬度BW有關(guān)，它表示由于示波器Y通道的頻帶寬度的限制，當(dāng)輸入一個(gè)理想階躍信號(hào)（上升時(shí)間為零）時(shí)，顯示波形的上升沿的幅度從10%上升到90%所需的時(shí)間。它反映了示波器Y通道跟隨輸入信號(hào)快速變化的能力。2掃描速度掃描速度是指熒光屏上單位時(shí)間內(nèi)光點(diǎn)水平移動(dòng)的距離，單位為“cm/s”。熒光屏上為了便于讀數(shù)，通常用間隔1cm的坐標(biāo)線作為刻度線，因此，每1cm也稱為“1格”（用div表示），掃描速度的單位就可表示為“cm/div”。掃描速度的倒數(shù)稱為“時(shí)基因素”，它表示單位距離代表的時(shí)間，單位為“t/cm”或“t/

7、div”，時(shí)間t可為s、ms或s，在示波器的面板上，通常按“1、2、5”的順序分成很多檔。面板上還有時(shí)基因素的“微調(diào)”和“擴(kuò)展”（×1或×5倍）旋鈕，當(dāng)需要進(jìn)行定量測(cè)量時(shí)，應(yīng)置于“校準(zhǔn)”、“×1”的位置。3偏轉(zhuǎn)因素偏轉(zhuǎn)因素指在輸入信號(hào)作用下，光點(diǎn)在熒光屏上的垂直（Y）方向移動(dòng)1cm（即1格）所需的電壓值，單位為“V/cm”、“mV/cm”（或“V/div”、“mV/div”），示波器面板上，通常也按“1、2、5”的順序分成很多檔，此外，還有“微調(diào)”（當(dāng)調(diào)到最盡頭時(shí)，為“校準(zhǔn)”位置）旋鈕。偏轉(zhuǎn)因素表示了示波器Y通道的放大/衰減能力。偏轉(zhuǎn)因素的倒數(shù)稱為“（偏轉(zhuǎn)）靈敏度

8、”，單位為“cm/V”、“cm/mV”（或“div/V”、“div/mV”）。4輸入阻抗當(dāng)被測(cè)信號(hào)接入示波器時(shí)，輸入阻抗Zi形成被測(cè)信號(hào)的等效負(fù)載。當(dāng)輸入直流信號(hào)時(shí)，輸入阻抗用輸入電阻Ri表示；當(dāng)輸入交流信號(hào)時(shí)，輸入阻抗用輸入電阻Ri和輸入電容Ci的并聯(lián)表示。5輸入方式即輸入耦合方式，一般有直流（DC）、交流（AC）和接地（GND）三種，可通過示波器面板選擇。直流耦合時(shí)，輸入信號(hào)的所有成分都加到示波器上；交流耦合時(shí)，通過隔直電容去掉信號(hào)中的直流和低頻分量；接地方式則斷開輸入信號(hào)，將Y通道輸入直接接地，用于信號(hào)幅度測(cè)量時(shí)確定零電平位置。6觸發(fā)源選擇方式觸發(fā)源是指用于提供產(chǎn)生掃描電壓的同步信號(hào)來源

9、，一般有內(nèi)觸發(fā)（INT）、外觸發(fā)（EXT）、電源觸發(fā)（LINE）三種。內(nèi)觸發(fā)即由被測(cè)信號(hào)產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)；外觸發(fā)由外部輸入信號(hào)產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)；電源觸發(fā)即利用50Hz工頻電源產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)。 示波器的發(fā)展示波器作為對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行直觀觀測(cè)和顯示的電子儀器，其發(fā)展歷程與整個(gè)電子技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。示波器的發(fā)展過程大致可分為三個(gè)階段：（1） 20世紀(jì)3050年代是模擬示波器的誕生和實(shí)用化階段。（2） 20世紀(jì)60年代是示波器技術(shù)水平不斷提高的階段。（3） 20世紀(jì)70年代以后是模擬示波器指標(biāo)進(jìn)一步提高和數(shù)字化示波器誕生和發(fā)展階段。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和微處理器的問世，對(duì)示波器的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響?，F(xiàn)在

10、，數(shù)字存儲(chǔ)示波器無論在產(chǎn)品的技術(shù)水平還是在其性能指標(biāo)上都優(yōu)于模擬示波器，特別是寬帶示波器，大有取代模擬示波器之勢(shì)。數(shù)字存儲(chǔ)示波器是示波器發(fā)展的一個(gè)主要方向。3.2 CRT顯示原理本節(jié)要求：（1）      了解CRT的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。（2） 掌握波形顯示的基本原理。（3）   充分理解掃描和同步的概念。（4）   掌握連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的概念及其運(yùn)用范圍。（5）   了解掃描過程增輝的作用。3.2.1 CRTCRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成。其工作原理是：由電子槍產(chǎn)生的高速電子束轟擊熒光

11、屏的相應(yīng)部位產(chǎn)生熒光，而偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)則能使電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而改變熒光屏上光點(diǎn)的位置。1電子槍電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。它由燈絲F、陰極K、柵極G1和G2和陽極A1、A2組成。當(dāng)電流流過燈絲后對(duì)陰極加熱，陰極產(chǎn)生大量電子，并在后續(xù)電場(chǎng)作用下轟擊熒光屏發(fā)光。熒光屏發(fā)光。         陰極射線管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（圖中，F(xiàn)燈絲，K陰極，G1、G2柵極，A1、A2陽極）控制柵極G1呈圓筒狀，包圍著陰極，只在面向熒光屏的方向開一個(gè)小孔，使電子束從小孔中穿過。通過調(diào)節(jié)G1對(duì)K的負(fù)電位可調(diào)節(jié)光點(diǎn)的亮度，即進(jìn)行“輝度

12、”控制。第一陽極A1使電子匯聚；第二陽極A2使電子加速。A1和A2與G1對(duì)電子束進(jìn)行聚焦并加速，使到達(dá)熒光屏的電子形成很細(xì)的一束并具有很高速度。調(diào)節(jié)A1的電位，即可調(diào)節(jié)G2與A1和A1與A2之間的電位，調(diào)節(jié)A1的電位器稱為“聚焦”旋鈕；調(diào)節(jié)A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦”。G1、G2、A1、A2的電位關(guān)系為：VG1<VK、VG2>VG1、VA1<VG2、VA2>VA1，因此，電子從G1至G2、A1至A2將得到匯聚并加速，而從G2至A1將發(fā)散。2偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對(duì)相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為垂直（Y）偏轉(zhuǎn)板和水平（X）偏轉(zhuǎn)板，偏轉(zhuǎn)板在外加電壓信號(hào)的作用下使

13、電子槍發(fā)出的電子束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)偏轉(zhuǎn)板上沒有外加電壓時(shí)，電子束打向熒光屏的中心點(diǎn)；如果有外加電壓，則在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下，電子束打向由X、Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的某個(gè)坐標(biāo)位置。通常，為了示波器有較高的測(cè)量靈敏度，Y偏轉(zhuǎn)板置于靠近電子槍的部位，而X偏轉(zhuǎn)板在Y的右邊。電子束在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn)距離與外加偏轉(zhuǎn)電壓成正比。 電子束的偏轉(zhuǎn)如圖，電子在離開第二陽極A2（設(shè)電壓為Va）時(shí)速度為Vo，設(shè)電子質(zhì)量為m，則有： （3-1）電子將以vo為初速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)板，電子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)板后偏轉(zhuǎn)距離y如下式 （3-2）式中，l為偏轉(zhuǎn)板的長(zhǎng)度；S為偏轉(zhuǎn)板中心到屏幕中心的距離；b為偏轉(zhuǎn)板間距；Va為陽極A2上的電壓。上式表

14、明，偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)板上所加電壓和偏轉(zhuǎn)板結(jié)構(gòu)的多個(gè)參數(shù)有關(guān)，其物理意義可解釋如下：若外加電壓Vy越大，則偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)越強(qiáng)，偏轉(zhuǎn)距離就越大；若偏轉(zhuǎn)板長(zhǎng)度l越長(zhǎng)，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用距離就越長(zhǎng)，因而偏轉(zhuǎn)距離越大；若偏轉(zhuǎn)板到熒光屏的距離S越長(zhǎng)，則電子在垂直方向上的速度作用下，使偏轉(zhuǎn)距離增大；若偏轉(zhuǎn)板間距b越大，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)將減弱，使偏轉(zhuǎn)距離減??；若陽極A2的電壓Va越大，電子在軸線方向的速度越大，穿過偏轉(zhuǎn)板到熒光屏的時(shí)間越小，因而偏轉(zhuǎn)距離減小。對(duì)于設(shè)計(jì)定型后的示波器偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，l、S、b、Va可視為常數(shù)，設(shè)比例系數(shù)為示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度（單位為cm/V），為示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)（單位為V/cm）。越大，示波管越靈敏

15、：cm/V（3-3）則式(3-2)可寫為（3-4）式(3-4)表示，垂直偏轉(zhuǎn)距離與外加垂直偏轉(zhuǎn)電壓成正比。同樣的，對(duì)水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，亦有。據(jù)此，當(dāng)偏轉(zhuǎn)板上施加的是被測(cè)電壓時(shí)，可用熒光屏上的偏轉(zhuǎn)距離來表示該被測(cè)電壓的大小，因此，式(3-4)是示波管用于觀測(cè)電壓波形的理論基礎(chǔ)。為提高Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度，可適當(dāng)降低第二陽極電壓，而在偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個(gè)后加速陽極A3，使穿過偏轉(zhuǎn)板的電子束在軸向（Z方向）得到較大的速度。這種系統(tǒng)稱為先偏轉(zhuǎn)后加速（PDA，Post Deflection Acceleration）系統(tǒng)，可大大改善了偏轉(zhuǎn)靈敏度。3熒光屏熒光屏將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，它是示波管的波形顯示部分，通常

16、制作成矩形平面。其內(nèi)壁有一層熒光物質(zhì)，面向電子槍的一側(cè)還常覆蓋一層極薄的透明鋁膜，高速電子可以穿透這層鋁膜轟擊屏上的熒光物質(zhì)而發(fā)光，透明鋁膜可保護(hù)熒光屏，且消除反光使顯示圖形更清晰。在使用示波器時(shí)，應(yīng)避免電子束長(zhǎng)時(shí)間的停留在熒光屏的一個(gè)位置，否則將使熒光屏受損，因此在示波器開啟后不使用的時(shí)間內(nèi)，可將“輝度”調(diào)暗。當(dāng)電子束停止轟擊熒光屏?xí)r，光點(diǎn)仍能保持一定的時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為“余輝效應(yīng)”。從電子束移去到光點(diǎn)亮度下降為原始值的10所持續(xù)的時(shí)間稱為余輝時(shí)間。余輝時(shí)間與熒光材料有關(guān)，一般將小于10s的為極短余輝；10slms為短余輝；1ms0.ls為中余輝；0.1ls為長(zhǎng)余輝；大于ls為極長(zhǎng)余輝。正是

17、由于熒光物質(zhì)的“余輝效應(yīng)”以及人眼的“視覺殘余”效應(yīng)，盡管電子束每一瞬間只能轟擊熒光屏上一個(gè)點(diǎn)發(fā)光，但電子束在外加電壓下連續(xù)改變熒光屏上的光點(diǎn)，我們就能看到光點(diǎn)在熒光屏上移動(dòng)的軌跡，該光點(diǎn)的軌跡即描繪了外加電壓的波形。為便于使用者觀測(cè)波形，需要對(duì)電子束的偏轉(zhuǎn)距離進(jìn)行定度，為此，有的示波管內(nèi)側(cè)即刻有垂直和水平的方格子（一般每格1cm，用div表示）；或者在靠近示波管的外側(cè)加一層有機(jī)玻璃，在有機(jī)玻璃上標(biāo)出刻度，但讀數(shù)時(shí)應(yīng)注意盡量保持視線與熒光屏垂直，避免視差。 波形顯示的基本原理電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點(diǎn)在屏幕上移動(dòng)的軌跡，是加到偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號(hào)的波形。根據(jù)這個(gè)原理，示波器可顯示隨時(shí)間變化的信號(hào)

18、波形和顯示任意兩個(gè)變量X與Y的關(guān)系圖形。1顯示隨時(shí)間變化的圖形電子束進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)后，要受到X、Y兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板間電場(chǎng)的控制，它們對(duì)X、Y的控制作用有如下幾種情況。（1）Ux、Uy為固定電壓的情況1）設(shè)Ux=Uy=0，則光點(diǎn)在垂直和水平方向都不偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)在熒光屏的中心位置，如圖(7-4)a。2）設(shè)Ux=0、Ux=常量，光點(diǎn)在垂直方向偏移。設(shè)Uy為正電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向上移，若Uy為負(fù)電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向下移。3）設(shè)Ux=常量、Uy=0，則光點(diǎn)在水平方向偏移。若Ux為正電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向右移，若Ux為負(fù)電壓，則光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向左移。4）設(shè)U

19、x=常量、Uy=常量，當(dāng)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上同時(shí)加固定的正電壓時(shí)，應(yīng)為兩電壓的矢量合成。水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上加固定電壓時(shí)顯示為一個(gè)光點(diǎn)（2）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓1） 1）    設(shè)ux=0，uy=Umsint。由于X偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在水平方向是不偏移的，則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來回移動(dòng)，出現(xiàn)一條垂直線段，如圖(3-5)a。2）設(shè)ux=kt，uy=0，由于Y偏轉(zhuǎn)板不加電壓，光點(diǎn)在垂直方向是不移動(dòng)的，則光點(diǎn)在熒光屏的水平方向上來回移動(dòng)，出現(xiàn)的也是一條水平線段，如圖(3-5)b。水平和垂直偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓（3）Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓uy=Umsint，X偏轉(zhuǎn)

20、板加鋸齒波電壓ux=kt1）當(dāng)時(shí)間t=t0時(shí)，ux=-Uxm，uy=0（鋸齒波電壓的最大負(fù)值）。光點(diǎn)出現(xiàn)在熒光屏上最左側(cè)的“0”點(diǎn)，偏離屏幕中心的距離正比于Uxm。2）當(dāng)時(shí)間t=t1時(shí)，Uy=Uy1、Ux=-Ux1，光點(diǎn)同時(shí)受到水平和垂直偏轉(zhuǎn)板的作用；光點(diǎn)出現(xiàn)在屏幕第象限的最高點(diǎn)“1”點(diǎn)。3）當(dāng)時(shí)間t=t2時(shí)，Uy=Uy2、Ux=-Ux2，此時(shí)鋸齒波電壓和正弦波電壓均為0，光點(diǎn)將會(huì)出現(xiàn)在屏幕中央的“2”點(diǎn)。4）當(dāng)時(shí)間t=t3時(shí)，Uy=Uy3、Ux=Ux3，正弦波的負(fù)半周與正半周類似，此時(shí)正弦波電壓為負(fù)半周到負(fù)的最大值，Uy3=-Uym、光點(diǎn)出現(xiàn)在屏幕第象限的最低點(diǎn)，如圖中“3”點(diǎn)所示。5）當(dāng)時(shí)

21、間t=t4時(shí)，Uy=Uy4、Ux=Ux4，此時(shí)鋸齒波電壓和正弦波電壓均為零，光點(diǎn)將會(huì)出現(xiàn)在屏幕的第“4”點(diǎn)。以后，在被測(cè)信號(hào)的第二個(gè)周期、第三個(gè)周期等都將重復(fù)第一個(gè)周期的情形，光點(diǎn)在熒光屏上描出的軌跡也將重疊在第一次描出的軌跡上，因此，熒光屏顯示的是被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定波形。水平和垂直偏轉(zhuǎn)板同時(shí)加信號(hào)時(shí)的顯示2顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形稱為李沙育（Lissajous）圖形，這種圖形在相位和頻率測(cè)量中常會(huì)用到。利用這種特點(diǎn)就可以把示波器變?yōu)橐粋€(gè)X-Y圖示儀。若兩信號(hào)的初相相同，則可在熒光屏上畫出一條直線，若兩信號(hào)在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，這條直線與

22、水平軸呈45º角，如圖所示；如果這兩個(gè)信號(hào)初相位相差90º，則在熒光屏上畫出一個(gè)正橢圓；若X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，則熒光屏上畫出的圖形為圓，如圖所示。這種X-Y圖示儀可以在很多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。 (a) ux、uy同頻同相(b) ux、uy同頻但相差90º水平和垂直偏轉(zhuǎn)板同時(shí)加同頻率的正弦波時(shí)顯示的李薩育圖形3掃描的概念如上所述，如果在X偏轉(zhuǎn)板上加上一個(gè)鋸齒波電壓ux=kt（k為常數(shù)），垂直偏轉(zhuǎn)板不加電壓，那么光點(diǎn)在X方向做勻速運(yùn)動(dòng)，光點(diǎn)在水平方向的偏移這樣，X方向偏轉(zhuǎn)距離的變化就反映了時(shí)間的變化。此時(shí)光點(diǎn)水平移動(dòng)形成的水平亮線稱為“時(shí)間基線”。當(dāng)鋸齒波電壓達(dá)到最

23、大值時(shí)，熒光屏上的光點(diǎn)也達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)，然后鋸齒波電壓迅速返回起始點(diǎn)，光點(diǎn)也迅速返回屏幕最左端，再重復(fù)前面的變化。光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動(dòng)的過程稱為“掃描”，能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點(diǎn)自左向右的連續(xù)掃動(dòng)稱為“掃描正程”，光點(diǎn)自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點(diǎn)的過程稱為“掃描逆程”。理想鋸齒波的逆程時(shí)間為0。4同步的概念（1）Tx=nTy(n為正整數(shù))。當(dāng)掃描電壓的周期是被觀測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍時(shí)，即Tx=nTy(n為正整數(shù))，稱掃描電壓與被測(cè)電壓“同步”，則每次掃描的起點(diǎn)都對(duì)應(yīng)在被測(cè)信號(hào)的同一相位點(diǎn)上，這就使得掃描的后一個(gè)周期描繪的波形與前一周期完全一樣，每次掃描顯示的波形重疊在一起，在

24、熒光屏上可得到清晰而穩(wěn)定的波形。Tx=2Ty時(shí)熒光屏上顯示的波形（2）TxnTy(n為正整數(shù))。即不滿足同步關(guān)系時(shí)，則后一掃描周期描繪的圖形與前一掃描周期的圖形不重合，顯示的波形是不穩(wěn)定的，如圖3-9所示。掃描電壓與被測(cè)電壓不同步時(shí)顯示波形出現(xiàn)晃動(dòng)5連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描連續(xù)掃描掃描電壓是連續(xù)的，即掃描正程緊跟著逆程，逆程結(jié)束又開始新的正程，掃描是不間斷的。采用連續(xù)掃描觀測(cè)脈沖信號(hào)存在的問題：（1）掃描周期等于脈沖重復(fù)周期時(shí)，即Tx=Ty。此時(shí)，屏幕上出現(xiàn)的脈沖波形集中在時(shí)間基線的起始部分，難以看清脈沖波形的細(xì)節(jié)，如圖所示。（2）掃描周期等于脈沖底寬時(shí)，即Tx=。為了將脈沖波形的一個(gè)周期顯示在屏幕

25、上，必須掃描一個(gè)周期，而此時(shí)Tx比Ty小得多。因此，在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，光點(diǎn)只有一次掃描到脈沖圖形，結(jié)果在屏幕上顯示的脈沖波形非常暗淡，而時(shí)間基線由于反復(fù)掃描卻很明亮，如圖(c)所示。這樣，觀測(cè)者不易觀察波形，而且掃描的同步很難實(shí)現(xiàn)。連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描方式下對(duì)脈沖波形的觀測(cè)觸發(fā)掃描由被測(cè)信號(hào)激發(fā)掃描發(fā)生器的間斷的工作方式。觀測(cè)脈沖信號(hào)可控制掃描脈沖，使掃描脈沖只在被測(cè)脈沖到來時(shí)才掃描一次；沒有被測(cè)脈沖時(shí)，掃描發(fā)生器處于等待工作狀態(tài)。只要選擇掃描電壓的持續(xù)時(shí)間等于或稍大于脈沖底寬，則脈沖波形就可展寬得幾乎布滿橫軸。同時(shí)由于在兩個(gè)脈沖間隔時(shí)間內(nèi)沒有掃描，故不會(huì)產(chǎn)生很亮的時(shí)間基線，如圖(d)所示。現(xiàn)代

26、通用示波器的掃描電路一般均可調(diào)節(jié)在連續(xù)掃描或觸發(fā)掃描等多種方式下工作。為了使回掃產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可以設(shè)法在掃描正程期間，使電子槍發(fā)射的電子遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于掃描逆程，即給示波器增輝，這樣觀測(cè)者看到的就只有掃描正程顯示的波形。另外掃描期間的增輝還可以保護(hù)熒光屏。本節(jié)習(xí)題1 比較觸發(fā)掃描和連續(xù)掃描的特點(diǎn)。2 如果被測(cè)正弦信號(hào)的周期為T，掃描鋸齒波的正程時(shí)間為T/4，回程時(shí)間可以忽略，被測(cè)信號(hào)加在Y輸入端，掃描信號(hào)加在X輸入端，試用作圖法說明信號(hào)的顯示過程。3 連續(xù)掃描電壓的掃描正程是掃描逆程的4倍（不考慮掃描等待時(shí)間），要顯示出頻率為2kHz的正弦波4個(gè)周期的波形，請(qǐng)問連續(xù)掃描電壓的頻率是多少？

27、4已知掃描電壓正程、逆程時(shí)間分別為3ms和1ms，且掃描逆程不消隱，試?yán)L出熒光屏上顯示出的頻率為1kHz正弦波的波形圖。5已知示波器最小時(shí)基因數(shù)為0.01s/div，熒光屏水平方向有效尺寸為10div，如果要觀察兩個(gè)周期的波形，問示波器最高掃描工作頻率是多少？（不考慮掃描逆程、掃描等待時(shí)間）6若由于示波器增輝電路不良或?qū)貟叩南[不好，使得掃描正程和回程在熒光屏上的亮度相差不多，畫出下圖被測(cè)信號(hào)及掃描電壓在熒光屏上合成的波形。 3.3 通用示波器本節(jié)要求：（1）      掌握通用示波器的結(jié)構(gòu)。（2）    

28、60; 掌握通用示波器垂直通道的工作原理。（3）        掌握通用示波器水平通道的工作原理。（4）        掌握通用示波器多蹤顯示和雙時(shí)基顯示的原理。3.3.1 通用示波器的組成通用示波器主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分組成。此外，還包括電源電路及校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。通用示波器的組成框圖 通用示波器的垂直通道垂直通道的作用將輸入的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行衰減或線性放大后，輸出符合示波器偏轉(zhuǎn)要求的信號(hào)，以推動(dòng)垂直偏轉(zhuǎn)板，使被測(cè)信號(hào)在屏幕上顯示出來。垂直通道的構(gòu)成輸入電路、Y前

29、置放大器、延遲線和Y后置放大器等。1輸入電路輸入電路主要是由衰減器和輸入選擇開關(guān)構(gòu)成的。（1）衰減器 衰減器作用衰減輸入信號(hào)，進(jìn)行頻率補(bǔ)償。面板上用“V/cm”標(biāo)記的開關(guān)改變分壓比從而改變示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度。衰減器的衰減量為，當(dāng)調(diào)節(jié)C1使得滿足(3-5)時(shí)，、表達(dá)式中分母相同，則衰減器的分壓比 （3-6）式(3-6)稱為最佳補(bǔ)償條件。當(dāng)時(shí)，將出現(xiàn)過補(bǔ)償；當(dāng)為欠補(bǔ)償。 面板上用“V/cm”標(biāo)記的開關(guān)改變分壓比從而改變示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度。（2）輸入耦合方式 輸入耦合方式設(shè)有AC、GND、DC三檔選擇開關(guān)。置“AC”檔時(shí)，適于觀察交流信號(hào)；置“GND”檔時(shí)，用于確定零電壓；置“DC”檔時(shí)，用于觀測(cè)頻

30、率很低的信號(hào)或帶有直流分量的交流信號(hào)。2前置放大器前置放大器可將信號(hào)適當(dāng)放大，從中取出內(nèi)觸發(fā)信號(hào)，并具有靈敏度微調(diào)、校正、Y軸移位、極性反轉(zhuǎn)等作用。Y前置放大器大都采用差分放大電路，若在差分電路的輸入端輸入不同的直流電位，相應(yīng)的Y偏轉(zhuǎn)板上的直流電位和波形在Y方向的位置就會(huì)改變。利用這一原理，可通過調(diào)節(jié)直流電位，即調(diào)節(jié)“Y軸位移”旋鈕，改變被測(cè)波形在屏幕上的位置，以便定位和測(cè)量。3延遲線延遲線的作用是把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的脈沖信號(hào)延遲一段時(shí)間，使信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間滯后于掃描開始時(shí)間，保證在屏幕上掃描出包括上升時(shí)間在內(nèi)的脈沖全過程。延遲線的作用延遲線只起時(shí)間延遲的作用，而對(duì)輸入信號(hào)的頻率成分不能丟失，因

31、此，一般說來，延遲線的輸入級(jí)需采用低輸出阻抗電路驅(qū)動(dòng)，而輸出級(jí)則采用低輸入阻抗的緩沖器。4Y輸出放大器Y輸出放大器功能是將延遲線傳來的被測(cè)信號(hào)放大到足夠的幅度，用以驅(qū)動(dòng)示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使電子束獲得Y方向的滿偏轉(zhuǎn)。Y輸出放大器應(yīng)具有穩(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、足夠?qū)挼念l帶、較小的諧波失真。Y輸出放大器大都采用推挽式放大器，以使加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓能夠?qū)ΨQ，有利于提高共模抑制比。電路中采用一定的頻率補(bǔ)償電路和較強(qiáng)的負(fù)反饋，以使得在較寬的頻率范圍內(nèi)增益穩(wěn)定。還可采用改變負(fù)反饋的方法變換放大器的增益。3.3.3 通用示波器的水平通道水平通道（X通道）的主要任務(wù)是產(chǎn)生隨時(shí)間線形變化的掃描電壓，再放大

32、到足夠的幅度，然后輸出到水平偏轉(zhuǎn)板，使光點(diǎn)在熒光屏的水平方向達(dá)到滿偏轉(zhuǎn)。水平通道包括觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等部分，如圖所示。水平通道的組成框圖1觸發(fā)電路觸發(fā)電路的作用是為掃描信號(hào)發(fā)生器提供符合要求的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)電路包括觸發(fā)源選擇、觸發(fā)耦合方式選擇、觸發(fā)方式選擇、觸發(fā)極性選擇、觸發(fā)電平選擇和觸發(fā)放大整形等電路。觸發(fā)源和觸發(fā)耦合方式（1）觸發(fā)源選擇 觸發(fā)源一般有內(nèi)出發(fā)、外觸發(fā)和電源觸發(fā)三種類型：內(nèi)觸發(fā)（INT）：將Y前置放大器輸出（延遲線前的被測(cè)信號(hào)）作為觸發(fā)信號(hào)，適用于觀測(cè)被測(cè)信號(hào)。外觸發(fā)（EXT）：用外接的、與被測(cè)信號(hào)有嚴(yán)格同步關(guān)系的信號(hào)作為觸發(fā)源，用于比較兩個(gè)信號(hào)的同步關(guān)系，或者，

33、當(dāng)被測(cè)信號(hào)不適于作觸發(fā)信號(hào)時(shí)使用。電源觸發(fā)（LINE）：用50Hz的工頻正弦信號(hào)作為觸發(fā)源，適用于觀測(cè)與50Hz交流有同步關(guān)系的信號(hào)。（2）觸發(fā)耦合方式 一般設(shè)有四種觸發(fā)耦合方式：“DC”直流耦合：用于接入直流或緩慢變化的觸發(fā)信號(hào)?！癆C”交流耦合：用于觀察從低頻到較高頻率的信號(hào)。用“內(nèi)”、“外”觸發(fā)均可?！癆C低頻抑制”（“LF REJ”）耦合：用于觀察含有低頻干擾的信號(hào)?！癆C高頻抑制耦合”（“HF REJ”）：用于抑制高頻成分的耦合。（3）掃描觸發(fā)方式選擇（TRIG MODE） 掃描觸發(fā)方式通常三種：常態(tài)（NORM）觸發(fā)：也稱觸發(fā)掃描，是指有觸發(fā)源信號(hào)并產(chǎn)生了有效的觸發(fā)脈沖時(shí)，掃描電路才

34、能被觸發(fā)，才能產(chǎn)生掃描鋸齒波電壓，熒光屏上才有掃描線。自動(dòng)（AUTO）觸發(fā)：指在一段時(shí)間內(nèi)沒有觸發(fā)脈沖時(shí)，掃描系統(tǒng)按連續(xù)掃描方式工作，此時(shí)熒光屏上將顯示掃描線。當(dāng)有觸發(fā)脈沖信號(hào)時(shí)，掃描電路能自動(dòng)返回觸發(fā)掃描方式。電視（TV）觸發(fā)：用于電視觸發(fā)功能，以便對(duì)電視信號(hào)（如行、場(chǎng)同步信號(hào)）進(jìn)行監(jiān)測(cè)與電視設(shè)備維修。它是在原有放大、整形電路基礎(chǔ)上插入電視同步分離電路實(shí)現(xiàn)的。（4）觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調(diào)節(jié) 觸發(fā)極性和觸發(fā)電平?jīng)Q定觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻，并決定掃描的起點(diǎn)，調(diào)節(jié)它們可便于對(duì)波形的觀測(cè)和比較。觸發(fā)極性是指觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)源信號(hào)的上升沿還是下降沿。觸發(fā)點(diǎn)處于觸發(fā)源信號(hào)的上升沿為“+”極性；觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)

35、源信號(hào)的下降沿為“-”極性。觸發(fā)電平是指觸發(fā)脈沖到來時(shí)所對(duì)應(yīng)的觸發(fā)放大器輸出電壓的瞬時(shí)值。 不同觸發(fā)“極性”和觸發(fā)“電平”時(shí)顯示的波形（5）放大整形電路 掃描信號(hào)發(fā)生器要穩(wěn)定工作，對(duì)觸發(fā)信號(hào)有一定的要求，因此，需對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行放大、整形。整形電路的基本形式是電壓比較器，當(dāng)輸入的觸發(fā)源信號(hào)與通過“觸發(fā)極性”和“觸發(fā)電平”選擇的信號(hào)之差達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，比較電路翻轉(zhuǎn)，輸出矩形波，然后經(jīng)過微分整形，變成觸發(fā)脈沖。2掃描發(fā)生器環(huán)掃描發(fā)生器用來產(chǎn)生線性良好的鋸齒波，通常用掃描發(fā)生器環(huán)來產(chǎn)生掃描信號(hào)。掃描發(fā)生器環(huán)又叫時(shí)基電路，常由積分器、掃描閘門及比較釋抑電路組成。掃描發(fā)生器環(huán)的組成（圖略）閘門電路產(chǎn)生的

36、閘門信號(hào)啟動(dòng)掃描發(fā)生器工作，使之產(chǎn)生鋸齒波電壓，同時(shí)把閘門信號(hào)送到增輝電路。釋抑電路起穩(wěn)定掃描鋸齒波的形成、防止干擾和誤觸發(fā)的作用，確保獲得穩(wěn)定的圖象。（1）掃描方式選擇 示波器既能連續(xù)掃描又能觸發(fā)掃描，掃描方式的選擇可通過開關(guān)進(jìn)行。在連續(xù)掃描時(shí)，沒有觸發(fā)脈沖信號(hào)，掃描閘門也不受觸發(fā)脈沖的控制，仍會(huì)產(chǎn)生門控信號(hào)，并啟動(dòng)掃描發(fā)生器工作；在觸發(fā)掃描時(shí)，只有在觸發(fā)脈沖的作用下才產(chǎn)生門控信號(hào)。（2）掃描門 掃描門是用來產(chǎn)生閘門信號(hào)的，它有三個(gè)作用。1）輸出閘門信號(hào)，控制積分器掃描。2）利用閘門信號(hào)作為增輝脈沖控制示波管，起正程加亮作用。3）在雙蹤示波器中，利用閘門信號(hào)觸發(fā)電子開關(guān)，使之工作于交替狀態(tài)。

37、常用的閘門電路有雙穩(wěn)態(tài)、施密特觸發(fā)器和隧道二極管整形電路。下圖為施密特觸發(fā)器構(gòu)成的閘門電路。施密特電路把其他的波形變成閘門脈沖。施密特觸發(fā)器構(gòu)成的閘門電路施密特電路的輸入端接有來自三個(gè)方面的信號(hào)：一個(gè)稱為“穩(wěn)定度”旋鈕的電位器給它提供一個(gè)直流電位；從觸發(fā)電路來的觸發(fā)脈沖和從釋抑電路來的釋抑信號(hào)。（3）比較和釋抑電路 利用比較電路的電平比較、識(shí)別功能來控制鋸齒波的幅度，使電路產(chǎn)生等幅掃描，比較電路也稱為掃描長(zhǎng)度電路。釋抑電路在掃描逆程開始后，關(guān)閉或抑制掃描閘門，使“抑制”期間掃描電路不再受到同極性觸發(fā)脈沖的觸發(fā)，以便使掃描電路恢復(fù)到掃描的起始電平上。比較和釋抑電路與掃描門、積分器構(gòu)成一個(gè)閉合的掃

38、描發(fā)生器環(huán)，其中掃描門的輸入接受三個(gè)方面的信號(hào)：來自觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖；“穩(wěn)定度”電位器提供的直流電位；來自釋抑電路的釋抑信號(hào)。1）觸發(fā)掃描：如圖，E1、E2分別為閘門電路的上、下觸發(fā)電平，E0為閘門電路的靜態(tài)工作點(diǎn)（來自“穩(wěn)定度”調(diào)節(jié)的直流電位）。閘門電路在觸發(fā)脈沖1作用下，達(dá)到上觸發(fā)電平E1，輸出閘門信號(hào)控制掃描發(fā)生器輸出線形斜波，開始掃描正程。當(dāng)掃描發(fā)生器輸出Vo達(dá)到由比較電路設(shè)定的比較電平Er時(shí)，比較和釋抑電路成為一跟隨器，使閘門電路的輸入跟隨鋸齒波發(fā)生器輸出的斜波電壓Vo。直到到達(dá)下觸發(fā)電平，閘門電路翻轉(zhuǎn)，控制掃描發(fā)生器結(jié)束掃描正程，回掃期開始。通過調(diào)節(jié)比較電平Er，可以改變掃描結(jié)束

39、時(shí)間和掃描電壓的幅度。在掃描正程結(jié)束后，鋸齒波發(fā)生器輸出進(jìn)入回掃期，同時(shí)比較和釋抑電路進(jìn)入抑制期，釋抑電路啟動(dòng)了對(duì)輸入觸發(fā)脈沖5的抑制作用。抑制期結(jié)束后，閘門電路重新處于“釋放”狀態(tài)，允許后續(xù)的觸發(fā)脈沖6觸發(fā)下一次掃描開始。觸發(fā)掃描方式下比較和釋抑電路的工作波形2）連續(xù)掃描。在連續(xù)掃描方式下，不論是否有觸發(fā)脈沖，掃描閘門都將輸出閘門信號(hào)，使掃描發(fā)生器可以連續(xù)工作。掃描閘門仍然受比較和釋抑電路的控制，以控制掃描正程的結(jié)束，從而實(shí)現(xiàn)掃描電壓和被測(cè)電壓的同步。3水平放大器水平放大器的基本作用是選擇X軸信號(hào)，并將其放大到足以使光點(diǎn)在水平方向達(dá)到滿偏的程度。X放大器的輸入端有“內(nèi)”、“外”信號(hào)的選擇。置

40、于“內(nèi)”時(shí)，X放大器放大掃描信號(hào)；置于“外”時(shí)，水平放大器放大由面板上X輸入端直接輸入的信號(hào)。改變X放大器的增益可以使光跡在水平方向得到擴(kuò)展，或?qū)呙杷俣冗M(jìn)行微調(diào)，以校準(zhǔn)掃描速度。改變X放大器有關(guān)的直流電位可以使光跡產(chǎn)生水平位移。 通用示波器的其他電路1高、低壓電源低壓電源為電路提供所需的直流電壓。高壓電源電路多用于示波器的高、中壓供電。2Z軸的增輝與調(diào)輝Z軸增輝電路的作用是將閘門信號(hào)放大，加到示波管上，使顯示的波形正程加亮。調(diào)輝電路的作用是將外調(diào)制信號(hào)或時(shí)標(biāo)信號(hào)加到示波管上，使屏幕顯示的波形發(fā)生相應(yīng)地變化。3校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生幅度和頻率準(zhǔn)確的基準(zhǔn)方波信號(hào)，為儀器本身提供校準(zhǔn)信

41、號(hào)源，以便隨時(shí)校準(zhǔn)示波器的垂直靈敏度和掃描時(shí)間因數(shù)。3.3.5 示波器的多波形顯示1多線示波多線示波是利用多槍電子管來實(shí)現(xiàn)的。各通道、各波形之間產(chǎn)生的交叉干擾可以減少或消除，可獲得較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。但其制造工藝要求高，成本也高，所以應(yīng)用不是十分普遍。2多蹤示波多蹤示波是在單線示波的基礎(chǔ)上增加了電子開關(guān)而形成的。電子開關(guān)按分時(shí)復(fù)用的原理，分別把多個(gè)垂直通道的信號(hào)輪流接到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，最終實(shí)現(xiàn)多個(gè)波形的同時(shí)顯示。多蹤示波器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本也較低，因而得到了廣泛使用。雙蹤示波器的Y通道工作原理如圖所示。雙蹤示波器的Y通道原理框圖雙蹤示波器的Y通道中設(shè)置了兩套相同的輸入和前置放大器，兩個(gè)通道的信號(hào)都經(jīng)過電

42、子開關(guān)控制的門電路，只要電子開關(guān)的切換頻率滿足人眼的滯留要求，就能同時(shí)觀察到兩個(gè)被測(cè)波形而無閃爍感。根據(jù)電子開關(guān)工作方式的不同，雙蹤示波器有5種顯示方式。（1）“Y1”通道（CH1）：接入Y1通道，單蹤顯示Y1的波形。（2）“Y2”通道（CH2）：接入Y2通道，單蹤顯示Y2的波形。（3）疊加方式（CH1+CH2）：兩通道同時(shí)工作，Y1、Y2通道的信號(hào)在公共通道放大器中進(jìn)行代數(shù)相加后送入垂直偏轉(zhuǎn)板，實(shí)現(xiàn)兩信號(hào)的“和”或“差”的功能。（4）交替方式（ALT）：第一次掃描時(shí)接通Y1通道，第二次掃描時(shí)接通Y2通道，交替地顯示Y1、Y2通道輸入的信號(hào)，如圖3-23所示。該方式適合于觀察高頻信號(hào)。交替顯示

43、的波形（5）斷續(xù)方式（CHOP）：斷續(xù)方式是在一個(gè)掃描周期內(nèi)，高速地輪流接通兩個(gè)輸入信號(hào)，被測(cè)波形由許多線段時(shí)續(xù)地顯示出來，如圖所示。該方式適用于被測(cè)信號(hào)頻率較低的情況。斷續(xù)顯示的波形本節(jié)思考題和習(xí)題1通用示波器應(yīng)包括哪些單元？各有什么功能？2試說明觸發(fā)電平和觸發(fā)極性調(diào)節(jié)的意義。3延遲線的作用是什么？延遲線為什么要在內(nèi)觸發(fā)信號(hào)之后引出？4什么是“交替”顯示？什么是“斷續(xù)”顯示？對(duì)頻率有何要求？5在通用示波器中調(diào)節(jié)下列開關(guān)、旋鈕的作用是什么？應(yīng)在哪個(gè)電路單元中調(diào)節(jié)？（1）輝度；（2）聚焦和輔助聚焦；（3）X軸移位；（4）觸發(fā)方式；（5）Y軸移位；（6）觸發(fā)電平；（7）觸發(fā)極性；（8）偏轉(zhuǎn)靈敏度粗

44、調(diào)（V/div）；（9）偏轉(zhuǎn)靈敏度細(xì)調(diào)；（10）掃描速度粗調(diào)（T/div）；（11）掃描速度微調(diào)；（12）穩(wěn)定度。 3.4取樣示波器本節(jié)要求：（1）        掌握取樣的基本概念。（2）        掌握取樣示波器的組成及其垂直通道水平通道的工作原理。（3）        了解取樣示波器的基本參數(shù)。3.4.1概述1取樣的基本概念取樣就是從被測(cè)波形上取得樣點(diǎn)的過程。取樣分為實(shí)時(shí)取樣和非實(shí)時(shí)取樣兩種。從一

45、個(gè)信號(hào)波形中取得所有取樣點(diǎn)，來表示一個(gè)信號(hào)波形的方法稱為實(shí)時(shí)取樣；從被測(cè)信號(hào)的許多相鄰波形上取得樣點(diǎn)的方法稱為非實(shí)時(shí)取樣，或稱為等效取樣。實(shí)時(shí)取樣示意圖 非實(shí)時(shí)取樣示意圖2取樣原理在取樣技術(shù)中，取樣保持器是核心電路，取樣保持器在原理上可等效為一個(gè)取樣開關(guān)（取樣門）和保持電容的串聯(lián)。取樣保持器的基本模型（圖略）在t=t1時(shí)，取樣脈沖p(t)到來，取樣門開關(guān)S閉合，輸入信號(hào)ui(t)被取樣，形成離散輸出信號(hào)uo(t)，uo(t)稱為“取樣信號(hào)”。若取樣脈沖寬度很窄，則可以認(rèn)為每次取樣所得離散的取樣信號(hào)幅度就等于該次取樣瞬間輸入信號(hào)的瞬時(shí)值。依次類推，可取樣點(diǎn)若干。兩個(gè)取樣脈沖的時(shí)間間隔為

46、 (3-7)式中，T為被測(cè)信號(hào)的周期；t為步進(jìn)延遲時(shí)間；m為兩個(gè)取樣脈沖之間被測(cè)信號(hào)周期的個(gè)數(shù)（圖中m=1）。則所得的取樣信號(hào)的包絡(luò)可重現(xiàn)原信號(hào)波形，因?yàn)椴ㄐ伟j(luò)所經(jīng)歷的時(shí)間變長(zhǎng)了，故可用低頻示波器顯示。在實(shí)時(shí)取樣條件下，以為取樣間隔，完成一個(gè)信號(hào)周期（T）的采樣需n次，即；在非實(shí)時(shí)取樣時(shí)，設(shè)每m個(gè)信號(hào)周期取樣一次，經(jīng)過n次取樣之后完成對(duì)信號(hào)的一次取樣循環(huán)，那么，一次取樣循環(huán)的時(shí)間t和信號(hào)周期T的關(guān)系為 (3-8)即，非實(shí)時(shí)取樣后得到的n個(gè)取樣點(diǎn)形成的包絡(luò)等效為原信號(hào)的一個(gè)周期，而這n個(gè)取樣點(diǎn)來自于原信號(hào)的（mn+1）個(gè)周期，因而，取樣后比原信號(hào)頻率降低了（mn+1）倍。非實(shí)時(shí)采樣只適用于周期

47、性信號(hào)。隨機(jī)采樣也是經(jīng)過若干個(gè)信號(hào)周期取得一組取樣值，但取樣不是順序進(jìn)行，而是隨機(jī)出現(xiàn)的，取樣時(shí)同時(shí)記錄取樣點(diǎn)出現(xiàn)的相對(duì)位置，這樣在顯示時(shí)才能根據(jù)不同的位置，確定信號(hào)的采樣點(diǎn)，從而確定信號(hào)。3 顯示原理連續(xù)周期信號(hào)經(jīng)（非實(shí)時(shí)）取樣后，得到一系列時(shí)間上離散的采樣點(diǎn)（窄脈沖串），并經(jīng)放大和延長(zhǎng)電路后保持，再通過Y放大器施加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板，熒光屏上將顯示出一系列不連續(xù)的光點(diǎn)，當(dāng)這些光點(diǎn)足夠密集時(shí)，則可觀測(cè)到近似連續(xù)的波形。取樣示波器中的水平掃描信號(hào)為階梯波電壓，階梯持續(xù)時(shí)間，階梯數(shù)對(duì)應(yīng)屏幕上顯示的不連續(xù)的光點(diǎn)數(shù)。對(duì)于隨機(jī)取樣，光點(diǎn)的顯示也是依照取樣的先后進(jìn)行的，因而，掃描電壓不是規(guī)則的階梯波，而應(yīng)該根據(jù)

48、每個(gè)樣點(diǎn)原來的位置分別掃描。順序取樣示波器的顯示過程1.取樣示波器的基本框圖取樣示波器的組成框圖取樣示波器主要由示波管、X通道和Y通道組成。與普通示波器相比，主要差別是增加了取樣電路和步進(jìn)脈沖發(fā)生器。垂直Y通道由延遲線、延長(zhǎng)門和Y放大器等電路組成，最關(guān)鍵的電路是取樣電路，它產(chǎn)生正比于取樣值的階梯電壓。被測(cè)信號(hào)經(jīng)延遲線送至取樣門，在步進(jìn)延遲的取樣控制下取樣。取樣信號(hào)經(jīng)放大和脈沖延長(zhǎng)后送到偏轉(zhuǎn)放大器。水平X系統(tǒng)由觸發(fā)電路、步進(jìn)脈沖發(fā)生器、掃描信號(hào)發(fā)生器和X放大器等電路組成。被測(cè)信號(hào)或外觸發(fā)信號(hào)經(jīng)觸發(fā)電路產(chǎn)生所需的觸發(fā)同步信號(hào)。該信號(hào)饋入步進(jìn)脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生步進(jìn)延遲脈沖。步進(jìn)延遲脈沖送到垂直系統(tǒng)，控

49、制取樣脈沖發(fā)生器和延長(zhǎng)門控制器，另外，步進(jìn)延遲還用于控制水平掃描電路。每一個(gè)步進(jìn)延遲脈沖送至階梯波發(fā)生電路，產(chǎn)生階梯電壓。階梯波每上升一階，示波管屏幕上隔一定距離就顯示一個(gè)光點(diǎn)，所以取樣示波器屏幕上的掃描線是由斷續(xù)的光點(diǎn)組成的，每?jī)牲c(diǎn)相差一個(gè)階梯電壓。2.取樣示波器的主要參數(shù)（1）取樣示波器的帶寬 對(duì)取樣門的要求是元件的高頻特性要足夠好；取樣脈沖本身要足夠窄，。當(dāng)取樣門所用元件工作頻率足夠高時(shí)，取樣門的最高工作頻率與取樣脈沖底邊的寬度成反比?？梢?，取樣示波器的頻帶寬度與取樣脈沖底邊的寬度成反比。（2）取樣密度 取樣密度是指電路掃描時(shí)，在示波器屏幕X軸上顯示的被測(cè)信號(hào)每格所對(duì)應(yīng)的取樣點(diǎn)數(shù)，常用每

50、厘米的光點(diǎn)數(shù)來表示。)（3）等效掃速 等效掃速定義為被測(cè)信號(hào)經(jīng)歷時(shí)間與水平方向展寬的距離比。在通用示波器中掃描速度為熒光屏每厘米代表的時(shí)間（t/cm）。在取樣示波器中，雖然在屏幕上顯示n個(gè)亮點(diǎn)需要n（mT+t）的時(shí)間，但它等效于被測(cè)信號(hào)經(jīng)過了nt的時(shí)間。本節(jié)思考題和習(xí)題1非實(shí)時(shí)取樣示波器能否觀察非周期性重復(fù)信號(hào)？能否觀察單次信號(hào)？為什么？2已知方波的重復(fù)頻率為20MHz，用帶寬為f3dB=30MHz的示波器觀測(cè)它，問示波器屏幕上顯示的波形是否會(huì)有明顯的失真？為什么？3試述取樣示波器的基本原理。 35 數(shù)字存儲(chǔ)示器本節(jié)要求：（1）     

51、60;  了解模擬存儲(chǔ)技術(shù)。（2）        掌握數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本原理。（3）        了解數(shù)字存儲(chǔ)示波器的關(guān)鍵技術(shù)。（4）        了解數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要技術(shù)指標(biāo)。351 數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器（Digital Storage Oscilloscope，簡(jiǎn)稱為DSO）是將捕捉到的波形通過A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字化，而后存入示波管外的數(shù)字存儲(chǔ)器中。1、 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理一個(gè)典型

52、的數(shù)字存儲(chǔ)示波器原理方框圖如圖所示，它有實(shí)時(shí)和存儲(chǔ)兩種工作模式。當(dāng)處于實(shí)時(shí)工作模式時(shí)，其電路組成原理與一般模擬示波器一樣。當(dāng)處于存儲(chǔ)工作模式時(shí)，它的工作過程一般分為存儲(chǔ)和顯示兩個(gè)階段。在存儲(chǔ)工作階段，模擬輸入信號(hào)先經(jīng)過適當(dāng)?shù)胤糯蠡蛩p，然后再經(jīng)過“取樣”和“量化”兩個(gè)過程的數(shù)字化處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號(hào)，最后，數(shù)字化信號(hào)在邏輯控制電路的控制下依次寫入到RAM中。典型數(shù)字存儲(chǔ)示波器原理框圖在顯示工作階段，將數(shù)字信號(hào)從存儲(chǔ)器中讀出，并經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)垂直放大器放大加到CRT的Y偏轉(zhuǎn)板。與此同時(shí)，CPU的讀地址計(jì)數(shù)脈沖加至D/A轉(zhuǎn)換器，得到一個(gè)階梯波掃描電壓，加到水平放大器放

53、大，驅(qū)動(dòng)CRT的X偏轉(zhuǎn)板，從而實(shí)現(xiàn)在CRT上以稠密的光點(diǎn)包絡(luò)重現(xiàn)模擬輸入信號(hào)。將數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)和CPU微處理器用于取樣示波器，可以構(gòu)成存儲(chǔ)取樣示波器。2數(shù)字存儲(chǔ)式波器的工作方式（1）數(shù)字存儲(chǔ)器的功能數(shù)字存儲(chǔ)示波器的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM按功用可分為信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、參考波形存儲(chǔ)器、測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和顯示緩沖存儲(chǔ)器四種。信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存放模擬信號(hào)取樣數(shù)據(jù)；參考波形存儲(chǔ)器存放參考波形的數(shù)據(jù)；測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存放測(cè)量與計(jì)算的中間數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果；顯示緩沖存儲(chǔ)器存放欲顯示的數(shù)據(jù)。（2）觸發(fā)工作方式數(shù)字存儲(chǔ)示波器的觸發(fā)包括常態(tài)觸發(fā)和預(yù)置觸發(fā)兩種方式。1）常態(tài)觸發(fā) 常態(tài)觸發(fā)同模擬示波器基本一樣，可通過面板設(shè)置觸發(fā)電平的幅

54、度和極性，觸發(fā)點(diǎn)可處于復(fù)現(xiàn)波形的任何位置及存儲(chǔ)波形的末端。2）預(yù)置觸發(fā) 預(yù)置觸發(fā)是人為設(shè)置觸發(fā)點(diǎn)在復(fù)現(xiàn)波形上的位置，它是在進(jìn)行預(yù)置之后通過微處理器的控制和計(jì)算功能來實(shí)現(xiàn)的。由于觸發(fā)點(diǎn)位置不同，可以觀測(cè)到觸發(fā)點(diǎn)前后不同區(qū)段上的波形。預(yù)置觸發(fā)對(duì)顯示數(shù)據(jù)的選擇帶來了很大的靈活性。（3）測(cè)量與計(jì)算工作方式數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)波形參數(shù)的測(cè)量分為自動(dòng)測(cè)量和手動(dòng)測(cè)量?jī)煞N。自動(dòng)測(cè)量是由示波器自動(dòng)完成測(cè)量工作，并將測(cè)量結(jié)果以數(shù)字形式顯示在熒光屏上。光標(biāo)測(cè)量指的是在熒光屏上設(shè)置兩條水平光標(biāo)線和兩條垂直光標(biāo)線，這四條光標(biāo)線可在面板按鍵的控制下移動(dòng)，測(cè)量時(shí)，示波器在測(cè)量程序控制下，根據(jù)光標(biāo)位置來完成測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果顯示

55、在熒光屏上。（4）面板按鍵操作方式數(shù)字存儲(chǔ)示波器的面板按鍵分為執(zhí)行鍵和菜單鍵兩種。按下執(zhí)行鍵后，示波器立即執(zhí)行該項(xiàng)操作。當(dāng)按下菜單鍵時(shí)，在屏幕下方顯示一排菜單，屏幕右方則顯示對(duì)應(yīng)菜單的子菜單，然后按子菜單下所對(duì)應(yīng)的軟鍵執(zhí)行相應(yīng)的操作。3數(shù)字存儲(chǔ)式波器的顯示方式數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示方式有基本顯示、抹跡顯示、卷動(dòng)顯示、放大顯示和XY顯示等，可適應(yīng)不同情況下波形觀測(cè)的需要。（1）存儲(chǔ)顯示存儲(chǔ)顯示方式是在一次觸發(fā)形成并完成信號(hào)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)后，依次將欲顯示的數(shù)據(jù)讀出并進(jìn)行D/A變換，然后將信號(hào)穩(wěn)定地顯示在熒光屏上。（2）抹跡顯示抹跡顯示方式適于觀測(cè)一長(zhǎng)串波形中在一定條件下才會(huì)發(fā)生的瞬態(tài)信號(hào)。抹跡顯示時(shí)，應(yīng)

56、先根據(jù)預(yù)期的瞬態(tài)信號(hào)，設(shè)置觸發(fā)電平和極性；觀測(cè)開始后儀器工作在末端觸發(fā)和預(yù)置觸發(fā)相結(jié)合的方式下，當(dāng)信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被裝滿但瞬態(tài)信號(hào)未出現(xiàn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)末端觸發(fā)，一旦出現(xiàn)預(yù)期的瞬態(tài)信號(hào)則立即實(shí)現(xiàn)預(yù)置觸發(fā)，將捕捉到的瞬態(tài)信號(hào)波形穩(wěn)定地顯示在熒光屏上，并存入?yún)⒖疾ㄐ未鎯?chǔ)器中。（3）卷動(dòng)顯示卷動(dòng)顯示方式適于觀測(cè)緩變信號(hào)中隨機(jī)出現(xiàn)的突發(fā)信號(hào)，它包括兩種方式，如圖3-38(a)所示。一種是用新波形逐漸代替舊波形，變化點(diǎn)自左向右移動(dòng)；另一種是波形從右端推入向左移動(dòng)，在左端消失。卷動(dòng)顯示方式和延遲掃描放大顯示方式（4）放大顯示放大顯示方式適于觀測(cè)信號(hào)波形細(xì)節(jié)，此方式是利用延遲掃描方法實(shí)現(xiàn)的，如圖所示。此時(shí)熒光屏一分為

57、二，上半部分顯示原波形，下半部分顯示放大了的部分。（5）XY顯示XY顯示方式與通用示波器的顯示方法基本相同，一般用于顯示李沙育圖形。（6）顯示的內(nèi)插數(shù)字存儲(chǔ)示波器是將取樣數(shù)據(jù)顯示出來，但采樣點(diǎn)較少時(shí)會(huì)造成視覺誤差，使人看不到正確的波形。數(shù)據(jù)點(diǎn)插入技術(shù)可以解決這一問題。數(shù)據(jù)點(diǎn)插入技術(shù)主要有線性插入和曲線插入兩種方式。線性插入法僅按直線方式將一些點(diǎn)插入到采樣點(diǎn)之間。曲線式插入法以曲線形式將點(diǎn)插入到采樣點(diǎn)之間，曲線式插入法可以用較少的插入點(diǎn)構(gòu)成非常圓滑的曲線。4數(shù)字存儲(chǔ)示波器的特點(diǎn)（1）波形的采樣/存儲(chǔ)與波形的顯示是獨(dú)立的 在存儲(chǔ)工作階段，對(duì)快速信號(hào)采用較高的速率進(jìn)行取樣和存儲(chǔ)，對(duì)慢速信號(hào)采用較低速率進(jìn)行取樣和存儲(chǔ)，但在顯示工作階段，其讀出速度可以采用一個(gè)固定的速率，不受取樣速率的限制，因而可以獲得清晰而穩(wěn)定的波形。（2）能長(zhǎng)時(shí)間地保存信號(hào) 由于數(shù)字存儲(chǔ)示波器是把波形用數(shù)字方式存儲(chǔ)起來，其存儲(chǔ)時(shí)間在理論上可以是無限長(zhǎng)。（3）先進(jìn)的觸發(fā)功能 它不僅能顯示觸發(fā)后的信號(hào)，而且能顯示觸發(fā)前的信號(hào)，并且可以任意選擇超前或滯后的時(shí)間。（4）測(cè)量準(zhǔn)確度高 數(shù)字存儲(chǔ)示波器由于采用晶振作高穩(wěn)定時(shí)鐘，有很高的測(cè)時(shí)準(zhǔn)確度，采用高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器也使幅度測(cè)量準(zhǔn)確度大大提高。（5）很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力 數(shù)字存儲(chǔ)示波器內(nèi)含微處理器，因而能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種波形參數(shù)