電子示波器的認(rèn)識(shí)及使用課程設(shè)計(jì)論文

1、此處為學(xué)校名字+校徽 電 子 測(cè) 量 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 論 文電 子 示 波 器 的 認(rèn) 識(shí) 及 使 用課程名稱(chēng)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 提交日期： 目 錄引言41電子示波器的認(rèn)識(shí)41.1 電子示波器的產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn)狀41.2 電子示波器的用途42電子示波器的基本機(jī)構(gòu)組成42.1 示波管52.2 電子槍52.3 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)52.4 熒光屏62.5 X、Y軸電壓放大器和衰減器62.6 鋸齒波信號(hào)（掃描信號(hào)）發(fā)生器63 電子示波器的使用63.1 電子示波器的工作原理63.2 電子示波器的面板介紹73.3 電子示波器的測(cè)量方法10結(jié)束語(yǔ)：12參考文獻(xiàn)：12引言電子示波器簡(jiǎn)稱(chēng)示波器。它

2、是一種用熒光屏顯示電量隨時(shí)間變化過(guò)程的電子測(cè)量?jī)x器。它能把人的肉眼無(wú)法觀察到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成人眼能夠看到的波形，具體顯示在熒光屏上，以便對(duì)電信號(hào)進(jìn)行定性和定量觀察，其他非電物理量亦可經(jīng)轉(zhuǎn)換成為電量，使用示波器進(jìn)行觀察，因此示波器是一種廣泛應(yīng)用的電子測(cè)量?jī)x器，是測(cè)量電子電路工作情況的不可或缺的重要工具，它是普遍地應(yīng)用于國(guó)防、科研、學(xué)校以及工、農(nóng)、商業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。1電子示波器的認(rèn)識(shí)1.1 電子示波器的產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn)狀電子示波器的發(fā)展可溯源到19世紀(jì)末研制成的第一支冷陰極靜電偏轉(zhuǎn)電子射線(xiàn)示波器。20世紀(jì)40年代末，逐漸建立起專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)示波器的廠(chǎng)家。幾十年來(lái)，示波器由電子管示波器發(fā)展到晶體管、集成電路的示波

3、器，由模擬電路發(fā)展到數(shù)字電路，由通用寬帶示波器發(fā)展到高速取樣示波器、記憶示波器、數(shù)字存儲(chǔ)示波器、邏輯示波器等多種類(lèi)型示波器，它可還可與微型計(jì)算機(jī)連接組成智能測(cè)量系統(tǒng)。1.2 電子示波器的用途電子示波器是一種顯示波形的儀器。它不僅可以顯示電信號(hào)的波形（如交流電、心電、腦電、肌電等），通過(guò)適當(dāng)?shù)膿Q能裝置，也可以顯示非電信號(hào)的波形，如聲波、心率、體溫、血壓等隨時(shí)間變化的過(guò)程。信號(hào)的波形顯示出來(lái)之后，我們就可以很直觀地觀察分析它們的變化規(guī)律，并測(cè)量它們的相關(guān)參數(shù)。例如，從交流信號(hào)的波形圖上，可以很容易觀察到交流信號(hào)隨時(shí)間變化的規(guī)律，并且很容易從波形圖上測(cè)出它的電壓峰峰值（Vp-p）、周期（）、相位差（

4、）等參數(shù)。 2電子示波器的基本機(jī)構(gòu)組成電子示波器的規(guī)格和型號(hào)較多，但所有的示波器所具有的基本結(jié)構(gòu)都相同，大致可分為：示波管（又稱(chēng)陰極射線(xiàn)管）、X軸放大器和Y軸放大器（含各自的衰減器）、鋸齒波發(fā)生器等，見(jiàn)圖1所示。圖1 電子示波器的基本結(jié)構(gòu)圖2.1 示波管示波管是電子示波器的核心部件，它在很大程度上決定了整機(jī)的性能。示波管是一種整個(gè)被密封在玻璃殼內(nèi)的大型真空電子器件，也叫陰極射線(xiàn)管。它主要包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分，這三部分全部被密封在高真空的玻璃外殼內(nèi)，如圖2所示。圖2 示波管結(jié)構(gòu)圖示波管的用途的將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào)并在熒光屏上顯示。電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束，偏轉(zhuǎn)系

5、統(tǒng)由X方向和Y方向兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板組成，它的作用是決定電子束怎樣偏轉(zhuǎn)，熒光屏的作用則是顯示偏轉(zhuǎn)電信號(hào)的波形。2.2 電子槍電子槍有燈絲、陰極、控制柵極、第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極共五部分組成。燈絲通電后加熱表面涂有氧化物的金屬圓筒（即陰極），使之發(fā)射電子?？刂茤艠O是一個(gè)套在陰極外面的金屬圓筒，其頂端有一小孔，它的電位比陰極低，對(duì)陰極發(fā)射出來(lái)的電子起減速作用，只有初速度較大的電子才可能穿過(guò)柵極頂端的小孔，進(jìn)入加速區(qū)的陽(yáng)極。因此控制柵極實(shí)際上起控制電子流密度的作用。調(diào)整示波器面板上的“亮度”旋紐，其實(shí)就是調(diào)節(jié)柵極電位改變飛出柵極的電子數(shù)目，飛出的電子數(shù)目越多，熒光屏上亮斑就越亮。從柵極飛出來(lái)的電子再經(jīng)過(guò)第一陽(yáng)極

6、和第二陽(yáng)極的加速與聚焦后打到熒光屏上形成一個(gè)明亮清晰的小圓點(diǎn)。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是由兩對(duì)相互垂直的電極板組成。電子束通過(guò)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)時(shí)，同時(shí)受到兩個(gè)相互垂直方向的電場(chǎng)的作用，熒光屏上小亮點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡就是電子束在這兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的疊加。2.3 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由水平偏轉(zhuǎn)板X(qián)和垂直偏轉(zhuǎn)板Y這兩對(duì)相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成。垂直偏轉(zhuǎn)板Y在前，水平偏轉(zhuǎn)板X(qián)在后，如果僅在Y偏轉(zhuǎn)板間加電壓，則電子束將根據(jù)所形成的電場(chǎng)強(qiáng)弱與極性在垂直方向上運(yùn)動(dòng)。為了顯示電信號(hào)的波形，通常在水平偏轉(zhuǎn)板上加一線(xiàn)性鋸齒波掃描電壓Ux，改掃描電壓將Y方向所加信號(hào)電壓Uy作用的電子束在屏幕上按時(shí)間沿水平方向展開(kāi)，形成一條“信號(hào)電壓時(shí)間”曲線(xiàn)，即信號(hào)波形。

7、水平偏轉(zhuǎn)板X(qián)板上所加鋸齒形電壓稱(chēng)為“時(shí)基信號(hào)”或“掃描信號(hào)”。2.4 熒光屏在熒光屏的玻殼內(nèi)測(cè)涂上熒光粉，就形成了熒光屏，它不是導(dǎo)電體。當(dāng)電子束轟擊熒光屏光粉時(shí)，激發(fā)產(chǎn)生熒光形成亮點(diǎn)。不同成分的熒光粉，發(fā)光的顏色不盡相同，一般示波器選用人眼最為敏感的黃綠色。熒光粉從電子激發(fā)停止時(shí)的瞬間亮度下降到該亮度的10%所經(jīng)過(guò)的時(shí)間稱(chēng)為余輝時(shí)間。熒光粉的成分不同，余輝時(shí)間也不同，為適應(yīng)不同的需要，將余輝時(shí)間分為長(zhǎng)余輝（100ms1s）、中余輝（1100ms）和短余輝（10us10ms）等不同規(guī)格。普通示波器需采用中余輝示波管，而慢掃描示波器則采用長(zhǎng)余輝示波管。2.5 X、Y軸電壓放大器和衰減器由于示波管本

8、身的X及Y偏轉(zhuǎn)板的靈敏度不高（約0.11mm/V），當(dāng)加在偏轉(zhuǎn)板上的信號(hào)電壓較小時(shí)，電子束不能發(fā)生足夠的偏轉(zhuǎn)，屏上的光點(diǎn)位移較小，不便觀測(cè)。這就需要預(yù)先將該小電壓通過(guò)電壓放大器進(jìn)行放大。衰減器的作用是使過(guò)大的電壓信號(hào)衰減變小，以適應(yīng)軸放大器的要求，否則放大器不能正常工作，甚至受損。2.6 鋸齒波信號(hào)（掃描信號(hào)）發(fā)生器 鋸齒波信號(hào)發(fā)生器的作用就是產(chǎn)生周期性鋸齒波信號(hào)，如圖3。將鋸齒波信號(hào)加在X偏轉(zhuǎn)板上，可以證明，此時(shí)電子束打在熒光屏上的亮點(diǎn)將向一個(gè)方向作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)一個(gè)周期后，熒光屏上的亮點(diǎn)又回到左側(cè)，重復(fù)運(yùn)動(dòng)。如果鋸齒波的頻率較大，由于熒光材料具有一定的余輝時(shí)間，在熒光屏上能看到一條水平

9、亮線(xiàn)。圖3 鋸齒波信號(hào)3 電子示波器的使用3.1 電子示波器的工作原理     電子示波器顯示信號(hào)波形的過(guò)程與繪圖的過(guò)程類(lèi)似：白紙對(duì)應(yīng)熒光屏、畫(huà)筆對(duì)應(yīng)光點(diǎn)、控制畫(huà)筆作上下左右運(yùn)動(dòng)的手對(duì)應(yīng)控制光點(diǎn)上下左右運(yùn)動(dòng)的待測(cè)信號(hào)與掃描信號(hào)。所不同的是示波器顯示出來(lái)的波形僅僅是光點(diǎn)在待測(cè)信號(hào)與掃描信號(hào)的控制之下的運(yùn)動(dòng)軌跡，只要光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度足夠快，由于人眼的視覺(jué)暫留和熒光屏的余輝效應(yīng)，我們就可以看到光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈現(xiàn)為一完整的待測(cè)信號(hào)波形。      光點(diǎn)在豎直方向的運(yùn)動(dòng)。光點(diǎn)在豎直方向的運(yùn)動(dòng)受到待測(cè)信號(hào)的控制，待測(cè)信號(hào)的電壓瞬

10、時(shí)值越大，光點(diǎn)在豎直方向上的位移就越大。光點(diǎn)在豎直方向的位移的大小反映了待測(cè)信號(hào)電壓瞬時(shí)值的大小。      光點(diǎn)在水平方向的運(yùn)動(dòng)。光點(diǎn)在水平方向的運(yùn)動(dòng)受到由機(jī)器內(nèi)部產(chǎn)生的掃描信號(hào)的控制，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：光點(diǎn)從熒光屏的最左端，接著開(kāi)始第二次掃描，當(dāng)掃描速度足夠快時(shí)，我們看到的就是一條水平掃描線(xiàn)。因?yàn)閽呙枋莿蛩龠M(jìn)行的，所以光點(diǎn)在水平方向上的位移可以反映時(shí)間的長(zhǎng)短。      光點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)。在待測(cè)信號(hào)和掃描信號(hào)的共同控制之下，光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)將是前述兩種運(yùn)動(dòng)的合成。只要保證光點(diǎn)在水平方向上的掃描運(yùn)動(dòng)與豎直方向上的運(yùn)動(dòng)同步，那

11、么光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡就穩(wěn)定地呈現(xiàn)出待測(cè)信號(hào)的波形。 3.2 電子示波器的面板介紹 電子示波器可以用來(lái)定性觀察信號(hào)的波形，也可以定量測(cè)量信號(hào)的周期（頻率），幅度，相位等參數(shù)。測(cè)量時(shí)應(yīng)是被測(cè)波形穩(wěn)定地顯示在熒光屏中央，現(xiàn)實(shí)的幅度一般不宜過(guò)大，以避免非線(xiàn)性失真造成的測(cè)量誤差，也不能過(guò)小，造成讀數(shù)的誤差，甚至影響同步。下面就以數(shù)字示波器為例來(lái)介紹。圖4 數(shù)字示波器面板表1 數(shù)字示波器面板功能說(shuō)明編號(hào)名稱(chēng)功能說(shuō)明1LCD 顯示器TFT 彩色LCD顯示器具有320×234 的分辨率。2主菜單顯示鍵在顯示器上顯示或隱藏功能選單3開(kāi)關(guān)/待機(jī)鍵按一次為開(kāi)機(jī)(亮綠燈)，再按一次為待機(jī)狀態(tài)(亮紅燈)。4主要功

12、能鍵Acquire鍵為波形擷取模式。Display鍵為顯示模式的設(shè)定。Utility鍵為系統(tǒng)設(shè)定。用于Go-No Go測(cè)試， 打印，與Hardcopy鍵并用可作數(shù)據(jù)傳輸和校正。Program鍵與Auto test/Stop 鍵并用可用于程序設(shè)定，和播放。Cursor 鍵為水平與垂直設(shè)定的光標(biāo)。Measure 鍵用于自動(dòng)測(cè)試。Help 鍵為操作輔助的說(shuō)明。Save/Recall 鍵為儲(chǔ)存/讀取USB和內(nèi)部存儲(chǔ)器之間的圖像，波形和設(shè)定儲(chǔ)存。Auto Set 鍵為自動(dòng)搜尋信號(hào)和設(shè)定。Run/Stop 鍵進(jìn)行或停止瀏覽的信號(hào)。5垂直位置旋鈕調(diào)節(jié)波形在垂直方向的位置6CH1CH2菜單鍵開(kāi)啟或關(guān)閉通道波形

13、顯示和垂直功能選單7波形Y軸靈敏度旋鈕調(diào)節(jié)波形在Y軸的電壓標(biāo)度8參數(shù)旋鈕調(diào)節(jié)參數(shù)和變換參數(shù)9水平位置旋鈕將波形往右(順時(shí)針旋轉(zhuǎn))移動(dòng)或往左(反時(shí)針旋轉(zhuǎn))移動(dòng)。10觸發(fā)水平設(shè)定觸發(fā)位置:順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為增加刻度反時(shí)針旋轉(zhuǎn)為減少刻度。11觸發(fā)菜單鍵觸發(fā)信號(hào)的設(shè)定12水平菜單鍵水平瀏覽信號(hào)13時(shí)間刻度旋鈕設(shè)置水平方向時(shí)間刻度14外觸發(fā)輸入外觸發(fā)信號(hào)輸入端口15接地端16數(shù)學(xué)鍵根據(jù)信道的輸入信號(hào)執(zhí)行數(shù)學(xué)處理17信號(hào)輸入端口通道1：CH1，和通道2：CH218USB接口1.1/2.0兼容的USB接口，用于打印與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取19主菜單顯示鍵在顯示器上顯示或隱藏功能選單20測(cè)試信號(hào)輸出輸出2Vpp的測(cè)試棒補(bǔ)償

14、信號(hào)。圖5 數(shù)字示波器顯示屏表2 數(shù)字示波器顯示說(shuō)明編號(hào)名稱(chēng)說(shuō)明1波形圖中所括1、2、3、4為四個(gè)信道的信號(hào)波形Channel1: 琥珀色 Channel2: 藍(lán)色2電池狀態(tài)3遠(yuǎn)程控制的連接狀態(tài)4顯示日期如圖：28-Apr06 00：24 5觸發(fā)狀態(tài)Auto（自動(dòng)） Trig?（找不到觸發(fā)） Stop（停止觸發(fā)）6擷取狀態(tài)有三種：Normal(正常模式) Peak Detect(峰值偵測(cè)模式) Average(平均模式)7功能鍵屏幕上顯示的這些是通過(guò)F1-F5調(diào)節(jié)的8觸發(fā)水平指示9觸發(fā)頻率計(jì)數(shù)器如圖：所選擇信道輸入信號(hào)的頻率 CH1 <20Hz10觸發(fā)狀態(tài)如圖：EDGE11時(shí)間刻度如圖：

15、M250us12信道狀態(tài)如圖：CH1 ， 直流 ， 500mV ； CH2 , 表3簡(jiǎn)要的按鍵使用方法說(shuō)明擷取和光標(biāo)設(shè)置量測(cè)信號(hào)擷取模式AcquireF1F4 自動(dòng)設(shè)定刻度 Auto Set 記憶長(zhǎng)度AcquireF5 自動(dòng)量測(cè)時(shí)間 MeasureF1F3（重復(fù)）水平光標(biāo)CursorF1F2 自動(dòng)量測(cè)電壓 MeasureF1F3（重復(fù)） 垂直光標(biāo)CursorF1, F3 檢視量測(cè)結(jié)果 MeasureMeasure 顯示器系統(tǒng)設(shè)置固定波形Run/Stop遠(yuǎn)程控制接口UtilityF2F1（重復(fù)）更新顯示畫(huà)面DisplayF3 顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù) UtilityF5F2 顯示網(wǎng)格線(xiàn)DisplayF5 選

16、擇語(yǔ)言 UtilityF4 F1F5 功能選單開(kāi)關(guān) Menu ON/OFF 設(shè)定日期/時(shí)間UtilityF5F5F2F1 選擇vectors/dots 波形 DisplayF1 快速存到USB UtilityF1F1 Hardcopy 縮放水平畫(huà)面 HORIMENUF2F3 儲(chǔ)存圖像 Save/RecallF5F1F1F4 轉(zhuǎn)動(dòng)水平畫(huà)面 HORIMENUF4 儲(chǔ)存設(shè)定 Save/RecallF3F1F4 檢視XY 模式 HORIMENUF5 儲(chǔ)存波形 Save/RecallF4F1F4 反轉(zhuǎn)波形 CH1/2/3/4F2 使用邊緣(Edge)觸發(fā)TriggerF1 （重復(fù)）F2F3F5F1F4

17、限制頻寬 CH1/2/3/4F3 加/減 MATHF1（重復(fù)）F2F4選擇耦合模式 CH1/2/3/4F1 選擇測(cè)棒衰減 CH1/2/3/4F4 3.3 電子示波器的測(cè)量方法 1、幅度和頻率的測(cè)量方法（以測(cè)試示波器的校準(zhǔn)信號(hào)為例）：（1）將示波器探頭插入通道1插孔，并將探頭上的衰減置于"1"檔； （2）將通道選擇置于CH1，耦合方式置于DC檔； （3）將探頭探針插入校準(zhǔn)信號(hào)源小孔內(nèi)，此時(shí)示波器屏幕出現(xiàn)光跡； （4）調(diào)節(jié)垂直旋鈕和水平旋鈕，使屏幕顯示的波形圖穩(wěn)定，并將垂直微調(diào)和水平微調(diào)置于校準(zhǔn)位置； （5）讀出波形圖在垂直方向所占格數(shù)，乘以垂直衰減旋鈕的指示數(shù)值，得到校準(zhǔn)信號(hào)

18、的幅度； （6）讀出波形每個(gè)周期在水平方向所占格數(shù)，乘以水平掃描旋鈕的指示數(shù)值，得到校準(zhǔn)信號(hào)的周期（周期的倒數(shù)為頻率）； （7）一般校準(zhǔn)信號(hào)的頻率為1kHz，幅度為0.5V，用以校準(zhǔn)示波器內(nèi)部掃描振蕩器頻率，如果不正常，應(yīng)調(diào)節(jié)示波器（內(nèi)部）相應(yīng)電位器，直至相符為止。 2、用示波器觀察電信號(hào)波形的使用步驟：（1）獲得基線(xiàn)：當(dāng)操作者在使用無(wú)使用說(shuō)明書(shū)的示波器時(shí)，首先要獲得一條最細(xì)的水平基線(xiàn)，其具體方法如下：（1）預(yù)置面板各開(kāi)關(guān)、旋鈕。亮度置適中，聚焦和輔助聚焦置適中，垂直輸入耦合置“AC'',垂直電壓量程選擇置”5mv/div“,垂直工作方式選擇置”CHl“,垂直靈敏度微調(diào)校準(zhǔn)位置

19、置”CAL“,垂直通道同步源選擇置中間位置，垂直位置置中間位置，A和B掃描時(shí)間因數(shù)一起預(yù)置在”0.5ms/div“,A掃描時(shí)間微調(diào)置校準(zhǔn)位置”CAL'',水平位移置中間位置，掃描工作方式置“A”,觸發(fā)同步方式置“AUTO”,斜率開(kāi)關(guān)置“+”,觸發(fā)耦合開(kāi)關(guān)置“AC'',觸發(fā)源選擇置”INT“.（2）按下電源開(kāi)關(guān)，電源指示燈點(diǎn)亮。（3）調(diào)節(jié)A亮度聚焦等有關(guān)控制旋鈕，可出現(xiàn)纖細(xì)明亮的掃描基線(xiàn)，調(diào)節(jié)基線(xiàn)使其位置于屏幕中間與水平坐標(biāo)刻度基本重合。（4）調(diào)節(jié)軌跡平行度控制使基線(xiàn)與水平坐標(biāo)平行。（2）顯示信號(hào)：一般情況下，示波器本身均有一個(gè)0.5Vp-p標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)輸出口，當(dāng)獲得基線(xiàn)后，即可將探頭接到此處，此時(shí)屏幕應(yīng)有一串方波信號(hào)，調(diào)節(jié)電壓量程和掃描時(shí)間因數(shù)旋鈕，方波的幅度和寬窄應(yīng)變化，至此說(shuō)明示波器基本調(diào)整完畢可以投入使用。（3）測(cè)量信號(hào)：將測(cè)試線(xiàn)接在CHl或CH2輸入插座，測(cè)試探頭觸及測(cè)試點(diǎn)，即可在示波器上觀察到波形。如果波形幅度太大或太小，可調(diào)整電壓量程旋鈕；如果波形周期顯示不適合，可調(diào)整掃描速度旋鈕。（4）選擇Y軸耦合方式：根據(jù)被測(cè)信號(hào)頻率的高低，將Y軸輸入耦合方式選擇”AC-地-DC“開(kāi)