電子測(cè)量技術(shù)第5章

1、第5章 示波器及其應(yīng)用 示波器是一種用途極為廣泛的電子儀器。它的基本功能是能將各種時(shí)域信號(hào)波形描繪在熒光屏上，以便觀察、測(cè)量和分析。它的主要特點(diǎn)是：測(cè)量響應(yīng)快、頻率范圍寬、靈敏度高、輸入阻抗高和過(guò)載能力強(qiáng)。根據(jù)用途、結(jié)構(gòu)和性能，示波器的種類大致可分為：通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶與存儲(chǔ)示波器和特殊(專用)示波器等五類。 5.1 示波管顯示原理 5.1.1 示波管的結(jié)構(gòu) 示波管又稱為陰極射線管(Cathode Ray Tube CRT)，它是示波器的重要器件。它主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成。圖5.1.1 示波管的結(jié)構(gòu)和供電電路的示意圖 5.1.2 偏轉(zhuǎn)板原理 示波管的聚焦

2、和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)都是電場(chǎng)型的。X偏轉(zhuǎn)板使電子束水平偏轉(zhuǎn)，Y偏轉(zhuǎn)板使電子束垂直偏轉(zhuǎn)。圖5.1.2 偏轉(zhuǎn)板的作用圖5.1.3 后加速電場(chǎng)的作用 5.1.3 波形顯示的基本方法 X偏轉(zhuǎn)板上加鋸齒波電壓，Y偏轉(zhuǎn)板上加被觀測(cè)的信號(hào)電壓，這就是信號(hào)波形的基本顯示方法。信號(hào)電壓必須是時(shí)間的單值函數(shù)。圖5.1.4 波形顯示的基本方法 5.2 示波器的結(jié)構(gòu)和原理 5.2.1 示波器的結(jié)構(gòu)框圖圖5.2.1 普通示波器的簡(jiǎn)要框圖 5.2.2 Y輸入電路圖5.2.2 Y通道的輸入電路圖5.2.3 補(bǔ)償分壓器圖5.2.4 微調(diào)C1時(shí)的波形 5.2.3 多波形顯示法圖5.2.5 雙蹤顯示方式 5.2.4 X通道掃描發(fā)生器圖5.

3、2.6 簡(jiǎn)單的掃描發(fā)生器圖5.2.7 同步觸發(fā)的波形圖 5.2.5 AB雙掃描原理圖5.2.8 AB雙掃描原理框圖圖5.2.9 雙掃描的顯示舉例 利用X電子開(kāi)關(guān)，一般可有如下四種屏幕顯示方式： A方式 只用A掃描發(fā)生器工作，與無(wú)雙掃描的普通示波器相同。 A掃描/B加亮 用A掃描送X偏轉(zhuǎn)板作水平掃描，但要在波形的B掃描部分加亮，如圖5.2.9(a)所示。調(diào)節(jié)Vr電位器可使加亮部分左右移動(dòng)，選定想察看的部分。 A延遲/B掃描 用B掃描器送X偏轉(zhuǎn)板做水平掃描，把A掃描中的加亮部分在X方向擴(kuò)展顯示，如圖5.2.9(b)所示。 雙掃/雙顯 此方式在屏幕上可同時(shí)看到圖5.2.9的上下兩個(gè)波形。這時(shí)圖5.2

4、.8的電子開(kāi)關(guān)必須送出Y位移同步控制信號(hào)。即在交替顯示圖5.2.9上下波形的時(shí)候，也要交替變換Y位移，讓兩波形分離，一上一下。 5.3 示波器的一般應(yīng)用 5.3.1 電壓測(cè)量 (1)直流電壓測(cè)量 (2)交流電壓測(cè)量 5.3.2 時(shí)間測(cè)量 設(shè)tr0、tr1、tr2分別是被測(cè)脈沖的、示波器的屏幕讀得的上升時(shí)間。下面的近似公式可用來(lái)計(jì)算脈沖的上升時(shí)間，修正屏幕讀數(shù)，公式誤差小于5%。圖5.3.1 定義上升時(shí)間 5.3.3 相位差測(cè)量 （1）直接測(cè)讀法 利用雙蹤示波器在屏幕上顯示出有相位差的兩同頻正弦波，然后讀出正弦波周期的水平距離D和兩波形同相點(diǎn)之間的水平距離d。相位差為： （2）橢圓法 現(xiàn)在證明如下：設(shè)X、Y輸入口的同頻正弦信號(hào)分別為： 用偏轉(zhuǎn)靈敏度(cm/V)乘以電壓，將上式電壓變成屏幕上的距離。于是有： 從上式中消去時(shí)間t，即得屏幕顯示的函數(shù)曲線的表達(dá)式： 在橢圓方程式(5.3.5)中分別令x和y等于0，求出橢圓和軸線的交點(diǎn)x0和y0 (截距)： 在屏幕上測(cè)出切點(diǎn)對(duì)x軸的高度yA，也可求得相角： (3)圓掃描法圖5.3.2 橢圓法測(cè)相位差 5.3.4 頻率測(cè)量 示波器測(cè)量頻率的基本方法是：先用時(shí)間測(cè)量法測(cè)出波形的周期T，而后用周期和頻率的倒數(shù)關(guān)系