第七章信號波形測量(一)

1、電子測量原理電子測量原理第1頁電子測量原理電子測量原理第2頁電子測量原理電子測量原理第3頁電子測量原理電子測量原理第4頁由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成。成。后加速極A3FKG1G2A1A2Y偏轉(zhuǎn)板X偏轉(zhuǎn)板輝度聚焦輔助聚焦+E-E熒光屏電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏電子測量原理電子測量原理第5頁u 作用：發(fā)射電子并形成很細的高速電子束。由燈絲作用：發(fā)射電子并形成很細的高速電子束。由燈絲F F、陰、陰極極K K、柵極、柵極G G1 1和和G G2 2和陽極和陽極A A1 1、A A2 2組成。組成。 u 通過調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)G G1 1對對K K的負電位可控制電子束的強弱

2、，從而調(diào)節(jié)的負電位可控制電子束的強弱，從而調(diào)節(jié)光點的亮度，即進行光點的亮度，即進行“輝度輝度”控制控制。 u 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)A A1 1的電位器稱為的電位器稱為“聚焦聚焦”旋鈕，通過對它進行調(diào)節(jié)可旋鈕，通過對它進行調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)G G2 2與與A A1 1和和A A1 1與與A A2 2之間的電位；調(diào)節(jié)之間的電位；調(diào)節(jié)A A2 2電位的旋鈕稱為電位的旋鈕稱為“輔助聚焦輔助聚焦”。u 電子束聚焦的原理是，電子從陰極電子束聚焦的原理是，電子從陰極K K發(fā)射，經(jīng)發(fā)射，經(jīng)G G1 1、G G2 2、A A1 1、A A2 2聚焦和加速后進入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。聚焦和加速后進入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。 KG1G2A1A2電子測量原理

3、電子測量原理第6頁u 兩對相互垂直的平行金屬板，垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板兩對相互垂直的平行金屬板，垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板 。u 電壓電壓偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)距離。偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)電壓成正比。偏轉(zhuǎn)距離。偏轉(zhuǎn)距離與偏轉(zhuǎn)電壓成正比。 u 偏轉(zhuǎn)靈敏度（偏轉(zhuǎn)靈敏度（cm/Vcm/V）：）： u 為提高偏轉(zhuǎn)靈敏度，為提高偏轉(zhuǎn)靈敏度，Y Y偏轉(zhuǎn)板靠近電子槍，而偏轉(zhuǎn)板靠近電子槍，而X X偏轉(zhuǎn)板在偏轉(zhuǎn)板在Y Y的右邊。的右邊。偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個后加速陽極偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個后加速陽極A A3 3。將電信號變?yōu)楣庑盘枌㈦娦盘栕優(yōu)楣庑盘?輝度調(diào)節(jié)、余輝效應輝度調(diào)節(jié)、余輝效應 2yalSyVbVL：偏轉(zhuǎn)板長度；S：偏轉(zhuǎn)

4、板中心到屏幕中心距離；b：偏轉(zhuǎn)板間距；Va：陽極A2上的電壓。 2yalSSbV偏轉(zhuǎn)靈敏度越大，示波管越靈敏。其倒數(shù)為偏轉(zhuǎn)因數(shù)。電子測量原理電子測量原理第7頁(a) Ux=0、Uy=0(b) Ux=0、Uy=常量xyUy0123401324Uy-UytUx0123401324Ux-Uxt電子測量原理電子測量原理第8頁Y Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波，偏轉(zhuǎn)板加正弦波，X X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波，偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波，熒光屏上將顯示熒光屏上將顯示出被測信號隨時出被測信號隨時間變化的一個周間變化的一個周期的波形曲線。期的波形曲線。tUy0123401324Uy-Uyt0UxUx-Ux電子測量原理電子測量原理第9頁李沙育（李

5、沙育（LissajousLissajous）圖形顯示，常用在相位和頻率測量中）圖形顯示，常用在相位和頻率測量中兩信號的初相相同，且在兩信號的初相相同，且在X X、Y Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫出一條與水平軸呈屏上畫出一條與水平軸呈4545度度角的直線角的直線。 t0123401234uytux01234ut0123401234yux01234024兩信號的初相相差兩信號的初相相差9090度，且度，且在在X X、Y Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫出的圖形為圓在熒光屏上畫出的圖形為圓。電子測量原理電子測量原理第10頁 在在X X偏轉(zhuǎn)板上加一

6、個隨時間線形變化的電壓，光點在水平方偏轉(zhuǎn)板上加一個隨時間線形變化的電壓，光點在水平方向的偏移距離為：向的偏移距離為： 光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱“掃描掃描”，實現(xiàn)掃描的鋸，實現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱齒波電壓稱“掃描電壓掃描電壓”，光點自左向右的掃動稱為，光點自左向右的掃動稱為“掃描掃描正程正程”，自右迅速返回左端起掃點的過程稱為，自右迅速返回左端起掃點的過程稱為“掃描逆程掃描逆程”。 掃描過程的增輝（逆程消隱）：掃描過程的增輝（逆程消隱）：為使回掃產(chǎn)生的波形不在熒為使回掃產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可以設法在掃描正程期間，給示波器增輝。光屏上顯示，可以設法在掃描正

7、程期間，給示波器增輝。/xxxSkth t cmst015234678012345678uytuxTyTx=2Ty不增輝產(chǎn)生回掃線電子測量原理電子測量原理第11頁uyTyTxuxttTx=nTyTx=nTy，掃描電壓與被測電壓，掃描電壓與被測電壓“同步同步”。熒光屏上將穩(wěn)定顯。熒光屏上將穩(wěn)定顯示示n n個周期的被測信號波形。個周期的被測信號波形。 ut015(6)234789012345678uytxTy54Tx101110911TyT Tx xnTnTy y，不滿足同步，不滿足同步關(guān)系時，顯示的波形關(guān)系時，顯示的波形不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。電子測量原理電子測量原理第12頁TsT=Tstt被測脈沖連續(xù)

8、掃描t不能觀測到脈沖細節(jié)T=t波形顯示暗，不容易同步Tstt被測脈沖連續(xù)掃描，T=tt占空比很小的脈沖Tstt(a)被測脈沖t(d)觸發(fā)掃描掃描等待能較好地觀測脈沖觸發(fā)掃描觸發(fā)掃描使掃描脈沖只在被測脈沖到使掃描脈沖只在被測脈沖到來時才掃描一次；沒有被測來時才掃描一次；沒有被測脈沖時，掃描發(fā)生器處于等脈沖時，掃描發(fā)生器處于等待工作狀態(tài)。待工作狀態(tài)。電子測量原理電子測量原理第13頁電子測量原理電子測量原理第14頁電子測量原理電子測量原理第15頁電子測量原理電子測量原理第16頁電子測量原理電子測量原理第17頁+-+-+-編碼邏輯電路輸出寄存器uiRRR+Ur-Ur采樣時鐘比較器nn-11nn-11M

9、SBLSB21n個比較器個比較器電子測量原理電子測量原理第18頁電子測量原理電子測量原理第19頁電子測量原理電子測量原理第20頁電子測量原理電子測量原理第21頁電子測量原理電子測量原理第22頁電子測量原理電子測量原理第23頁電子測量原理電子測量原理第24頁電子測量原理電子測量原理第25頁電子測量原理電子測量原理第26頁電子測量原理電子測量原理第27頁電子測量原理電子測量原理第28頁觸發(fā)釋抑，波形穩(wěn)定顯示,分別表示不同的觸發(fā)點。 ,分別對應,不同觸發(fā)點所采集的波形。釋抑時間電子測量原理電子測量原理第29頁電子測量原理電子測量原理第30頁電子測量原理電子測量原理第31頁電子測量原理電子測量原理第3

10、2頁電子測量原理電子測量原理第33頁1(1)0( 10)12(2)0( 10)1.( )0( 10)1.( )0( 10)1ymmmkymmmkiy immmkky kmmmk電子測量原理電子測量原理第34頁,/()0 ,jLLH e其他sin(/)( )(/)k Lh kk L電子測量原理電子測量原理第35頁電子測量原理電子測量原理第36頁電子測量原理電子測量原理第37頁電子測量原理電子測量原理第38頁電子測量原理電子測量原理第39頁電子測量原理電子測量原理第40頁電子測量原理電子測量原理第41頁（a）未加電場 （b）加上電場 電子測量原理電子測量原理第42頁電子測量原理電子測量原理第43頁

11、電子測量原理電子測量原理第44頁電子測量原理電子測量原理第45頁電子測量原理電子測量原理第46頁電子測量原理電子測量原理第47頁電子測量原理電子測量原理第48頁電子測量原理電子測量原理第49頁電子測量原理電子測量原理第50頁電子測量原理電子測量原理第51頁電子測量原理電子測量原理第52頁電子測量原理電子測量原理第53頁電子測量原理電子測量原理第54頁 Y輸入電路Y前置放大器觸發(fā)電路延遲線Y后置放大器水平放大器掃描發(fā)生器Y輸入外觸發(fā)內(nèi)外至X偏轉(zhuǎn)板至Y偏轉(zhuǎn)板校準信號發(fā)生器低壓電源高壓電源電源至各電路正高壓負高壓X輸入校準信號輸出電子測量原理電子測量原理第55頁vivoR1R2C1C2最佳補償過補償

12、欠補償Z1Z22211CRCR1122RCR C1122RCR C 觀察交流信號時，置觀察交流信號時，置“AC”AC”檔。檔。確定零電壓時，置確定零電壓時，置“GND”GND”檔。檔。觀測頻率很低或帶有直流分量的交流信號時，置觀測頻率很低或帶有直流分量的交流信號時，置“DC”DC”檔檔電子測量原理電子測量原理第56頁前置放大器將信號適當放大，取出內(nèi)觸發(fā)信號，并具有前置放大器將信號適當放大，取出內(nèi)觸發(fā)信號，并具有靈靈敏度微調(diào)、校正、敏度微調(diào)、校正、Y Y軸移位、極性反轉(zhuǎn)軸移位、極性反轉(zhuǎn)等控制作用。等控制作用。 前置放大器采用前置放大器采用差分放大電路差分放大電路，輸出一對平衡交流電壓。，輸出一對

13、平衡交流電壓。若在差分電路的輸入端輸入不同的直流電位，相應的若在差分電路的輸入端輸入不同的直流電位，相應的Y Y偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)板上的直流電位和波形在上的直流電位和波形在Y Y方向的位置也會改變。通過調(diào)節(jié)方向的位置也會改變。通過調(diào)節(jié)“Y Y軸位移軸位移”旋鈕，調(diào)節(jié)旋鈕，調(diào)節(jié)直流偏置直流偏置。Y Y輸出放大器將被測信號放大到足夠的幅度，用以驅(qū)動示波輸出放大器將被測信號放大到足夠的幅度，用以驅(qū)動示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使電子束獲得管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使電子束獲得Y Y方向的滿偏轉(zhuǎn)。方向的滿偏轉(zhuǎn)。 Y Y輸出放大器應具有穩(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、足夠?qū)捿敵龇糯笃鲬哂蟹€(wěn)定的增益、較高的輸入阻抗、足夠?qū)挼念l帶

14、、較小的諧波失真的頻帶、較小的諧波失真 。Y Y輸出放大器大都采用輸出放大器大都采用推挽式放大器推挽式放大器，有利于提高共模抑制，有利于提高共模抑制比?？刹捎酶淖冐摲答伒姆椒ǜ淖兎糯笃鞯脑鲆?。比。可采用改變負反饋的方法改變放大器的增益。 電子測量原理電子測量原理第57頁u觸發(fā)掃描時，掃描的開始時間總是滯后于被觀測脈沖一段時觸發(fā)掃描時，掃描的開始時間總是滯后于被觀測脈沖一段時間，這樣，脈沖的上升過程就無法被完整地顯示出來。間，這樣，脈沖的上升過程就無法被完整地顯示出來。u延遲線的作用：把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的脈沖信號延遲一段時延遲線的作用：把加到垂直偏轉(zhuǎn)板上的脈沖信號延遲一段時間，以保證在屏幕上掃描

15、出包括上升時間在內(nèi)的脈沖全過程。間，以保證在屏幕上掃描出包括上升時間在內(nèi)的脈沖全過程。u 延遲線的輸入級需采用低輸出阻抗電路驅(qū)動，而輸出級則延遲線的輸入級需采用低輸出阻抗電路驅(qū)動，而輸出級則采用低輸入阻抗的緩沖器。采用低輸入阻抗的緩沖器。觸 發(fā) 點輸 入 信 號掃 描 電 壓顯 示 波 形掃 描起 點tT觸發(fā)點輸入信號掃描電壓顯示波形輸入信號延遲后td掃描起點tT電子測量原理電子測量原理第58頁水平通道包括觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等部分，其水平通道包括觸發(fā)電路、掃描電路和水平放大器等部分，其主要任務是產(chǎn)生隨時間線性變化的掃描電壓，再放大到足夠主要任務是產(chǎn)生隨時間線性變化的掃描電壓，再放大

16、到足夠的幅度，然后輸出到水平偏轉(zhuǎn)板，使光點在熒光屏的水平方的幅度，然后輸出到水平偏轉(zhuǎn)板，使光點在熒光屏的水平方向達到滿偏轉(zhuǎn)向達到滿偏轉(zhuǎn)。 觸發(fā)源選擇觸發(fā)耦合方式選擇放大整形電路掃描閘門掃描電壓發(fā)生器水平放大器比較和釋抑電路觸發(fā)信號觸發(fā)電路掃描發(fā)生器環(huán)至X偏轉(zhuǎn)板輸入端置于“內(nèi)”時，放大掃描信號；輸入端置于“外”時，輸入外接信號。電子測量原理電子測量原理第59頁為掃描信號發(fā)生器提供符合要求的觸發(fā)脈沖。為掃描信號發(fā)生器提供符合要求的觸發(fā)脈沖。放大、整形電路內(nèi)外電源C1C2C3ACLF REJHF REJDC常態(tài)自動 TV觸發(fā)電平調(diào)節(jié)至掃描發(fā)生器環(huán)觸發(fā)脈沖輸出S1S2S4+-S3極性反轉(zhuǎn)電路觸發(fā)源選擇

17、觸發(fā)耦合方式選擇觸發(fā)極性選擇觸發(fā)方式選擇“DCDC”/ “AC”/ “AC”：直流或緩變信號。：直流或緩變信號?！癓F REJ”LF REJ”：觀察低頻成分的信號。：觀察低頻成分的信號。“HF REJ”HF REJ”：觀察高頻成分的信號。：觀察高頻成分的信號。NORMNORM：有觸發(fā)脈沖時才有掃描線。：有觸發(fā)脈沖時才有掃描線。AUTOAUTO：連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出。：連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出。TVTV：電視行、場同步分離，觀測電視信號。：電視行、場同步分離，觀測電視信號。電子測量原理電子測量原理第60頁掃描閘門掃描鋸齒波發(fā)生器比較和釋抑電路+E至X放大器+E“穩(wěn)定度”調(diào)節(jié)比較電平觸發(fā)脈沖輸入“

18、增輝”脈沖閘門電路：產(chǎn)生快速上升或下降的閘門信號閘門電路：產(chǎn)生快速上升或下降的閘門信號啟動掃描發(fā)啟動掃描發(fā)生器工作生器工作產(chǎn)生鋸齒波電壓。產(chǎn)生鋸齒波電壓?？刂茠呙?、增輝。控制掃描、增輝。釋抑電路：釋抑電路：在掃描逆程關(guān)閉或抑制掃描閘門。在掃描逆程關(guān)閉或抑制掃描閘門。穩(wěn)定掃描鋸穩(wěn)定掃描鋸齒波的形成、防止干擾和誤觸發(fā)，確保每次掃描都在同樣齒波的形成、防止干擾和誤觸發(fā)，確保每次掃描都在同樣的起始電平上開始以獲得穩(wěn)定的圖象。的起始電平上開始以獲得穩(wěn)定的圖象。電子測量原理電子測量原理第61頁工作方式工作方式掃描門的輸入信號：掃描門的輸入信號：“穩(wěn)定度穩(wěn)定度”電位器提供的直流電位；電位器提供的直流電位；釋

19、抑電路的釋抑信號；觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖。釋抑電路的釋抑信號；觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖。連續(xù)、觸發(fā)掃描方式。連續(xù)、觸發(fā)掃描方式。E1E0E2Er來自比較電路的參考電平（比較電平）掃描發(fā)生器輸出Vo上觸發(fā)電平下觸發(fā)電平通過“穩(wěn)定度”調(diào)節(jié)的靜態(tài)工作電平E0觸發(fā)脈沖12345抑制期回掃期開始下一次掃描跟隨Vo6釋放閘門輸出疊加后的閘門輸入觸發(fā)掃描過程觸發(fā)掃描過程電子測量原理電子測量原理第62頁1 1高、低壓電源高、低壓電源 分別用于示波器的高、中壓和直流供電。分別用于示波器的高、中壓和直流供電。2 2Z Z軸的增輝與調(diào)輝軸的增輝與調(diào)輝 增輝：將閘門信號放大，使顯示的波形正程加亮。增輝：將閘門信號放大，使顯示的

20、波形正程加亮。 調(diào)輝：加外調(diào)制信號或時標信號，使屏幕顯示的調(diào)輝：加外調(diào)制信號或時標信號，使屏幕顯示的波形發(fā)生相應地變化。波形發(fā)生相應地變化。3 3校準信號發(fā)生器校準信號發(fā)生器 可產(chǎn)生幅度和頻率準確的基準方波信號，為儀器可產(chǎn)生幅度和頻率準確的基準方波信號，為儀器本身提供校準信號源。本身提供校準信號源。 電子測量原理電子測量原理第63頁利用多槍電子管來實現(xiàn)。利用多槍電子管來實現(xiàn)。 測試時各通道、各波形之間產(chǎn)生的交叉干擾可以減少或消測試時各通道、各波形之間產(chǎn)生的交叉干擾可以減少或消除，可獲得較高的測量準確度。除，可獲得較高的測量準確度。分時復用的原理，電子開關(guān)，分別把多個垂直通道的信號分時復用的原理，電子開關(guān)，分別把多個垂直通道的信號輪流接到輪流接到Y(jié) Y偏轉(zhuǎn)板上，最終實現(xiàn)多個波形的同