波形測試與儀器

1、 波 形 測 試 與 儀 器 1 波形測試與儀器波形測試與儀器 4.1 概述概述 4.2 波形測試的基本原理波形測試的基本原理 4.3 通用示波器的基本組成及技術(shù)指標(biāo)通用示波器的基本組成及技術(shù)指標(biāo)4.4 通用示波器通用示波器Y通道（垂直系統(tǒng)）通道（垂直系統(tǒng)）4.5 通用示波器通用示波器X通道（水平系統(tǒng)）通道（水平系統(tǒng)） 4.6 示波器的多波形顯示示波器的多波形顯示4.7 示波器的選擇使用示波器的選擇使用4.8 示波器的應(yīng)用示波器的應(yīng)用 4.9 取樣示波器取樣示波器4.10 數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器 波 形 測 試 與 儀 器 2第第4章章 波形測試與儀器波形測試與儀器學(xué)習(xí)參考：學(xué)習(xí)參考：示

2、波器主要用來觀測信號波形、測量電壓、頻率、時(shí)間等參數(shù)，是電子測量三大儀器之一。本章主要介紹波形測試原理及示波器的組成原理與應(yīng)用。要求通過學(xué)習(xí)了解示波器的組成、理解它的工作原理、掌握它的應(yīng)用。本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)：示波管組成及波形顯示原理，示波器掃描過程、組成、技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用。 波 形 測 試 與 儀 器 34.1 概述概述電子示波器簡稱為示波器，它借助陰極射線示波管（CRT，Cathode Ray Tube）電子射線的偏轉(zhuǎn)將電信號變換成可見圖像，實(shí)現(xiàn)波形的顯示，實(shí)現(xiàn)電壓、周期、頻率、時(shí)間、相位、調(diào)制系數(shù)等參數(shù)的測量。示波器也是構(gòu)成特性曲線測試儀器等的重要組成部分，例如晶體管特性圖示儀、掃頻儀等。

3、示波器按其性能、結(jié)構(gòu)分為：（1）通用示波器通用示波器采用單束示波管，它分為單蹤、雙蹤、多蹤示波器。單蹤示波器在熒光屏上只能顯示一個(gè)信號的波形，雙蹤示波器在熒光屏上可顯示兩個(gè)信號的波形，多蹤示波器在熒光屏上可同時(shí)顯示兩個(gè)以上信號的波形。 波 形 測 試 與 儀 器 4（2）多束示波器多束示波器又稱為多線示波器，它采用多束示波管，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，能同時(shí)觀測、比較兩個(gè)以上的波形。（3）取樣示波器取樣示波器將高頻、超高頻信號經(jīng)取樣變換為較低頻率信號后再顯示，適用于測量高頻、超高頻信號。（4）存儲(chǔ)示波器存儲(chǔ)示波器具有存儲(chǔ)被測信號的功能，適用于異地觀測、異地分析測量。（5）

4、專用示波器專用示波器能夠滿足特殊的用途，如監(jiān)測調(diào)試電視系統(tǒng)的 波 形 測 試 與 儀 器 5電視示波器，用于調(diào)試彩色電視中有關(guān)色度信號幅度和相位的矢量示波器和用于觀測調(diào)試計(jì)算機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)的邏輯示波器等。 本章著重討論通用示波器的工作原理及其應(yīng)用。 4.2.1 陰極射線示波管陰極射線示波管 陰極射線示波管是示波器重要組成部分，用來將電信號變換為光信號而加以顯示。CRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三大部分組成，它們都封裝在密閉呈真空的玻璃殼內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。4.2 波形測試的基本原理波形測試的基本原理 波 形 測 試 與 儀 器 6電子槍控制柵極G陰極K燈絲F偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)第一陽極A1第二陽極

5、A2Y1Y2X1X2后加速陽極A3熒光屏偏轉(zhuǎn)板輔助聚焦聚焦輝度+RP1RP2RP3圖4.1 陰極射線示波管結(jié)構(gòu)示意圖 1. 電子槍電子槍 電子槍用來發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。它主要由燈絲F、陰極K、控制柵極G、第一陽極A1、第二陽極A2和后加速陽極A3組成。 波 形 測 試 與 儀 器 7陰極是一個(gè)表面涂有氧化物的金屬圓筒，在燈絲的加熱下，陰極散射出大量游離電子?？刂茤艠O是頂端有孔的圓筒，套裝在陰極外面，其電位比陰極電位低，用于控制射向熒光屏的電子數(shù)量，改變電子束打在熒光屏上亮點(diǎn)的亮度。調(diào)節(jié)電位器RP1可以調(diào)節(jié)亮度，稱之為“輝度（INTENSITY）”調(diào)節(jié)旋鈕。與控制柵極極性相反的電壓加

6、到陰極上時(shí)，也可起到與控制柵極相同的作用。第一、二陽極是中間開孔、內(nèi)有許多柵格的金屬圓筒，它們與控制柵極配合完成對電子束的加速和聚焦，聚焦就是使電子束在熒光屏上的亮點(diǎn)直徑變小，調(diào)節(jié)電位器RP2、RP3可使熒光屏亮點(diǎn)鮮明，得到最佳的聚焦效果，RP2、RP3 波 形 測 試 與 儀 器 8分別稱為“聚焦（FOCUS）”調(diào)節(jié)和“輔助聚焦（AUX FOCUS）”調(diào)節(jié)旋鈕。 后加速陽極用來加速電子束，提高示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度。 2. 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用是：掃描電壓、被測信號加到X、Y偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，各自在X、Y偏轉(zhuǎn)板間形成偏轉(zhuǎn)電場，分別使電子束產(chǎn)生在X、Y方向上的位移，由此確定出亮點(diǎn)在熒光屏上的

7、位置。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)位于第二陽極之后，由兩對相互垂直的X（水平）、Y（垂直）偏轉(zhuǎn)板組成，分別控制電子束水平方向、垂直方向的偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的距離分別與加在偏轉(zhuǎn)板上的電壓大小成正比，該特性稱為陰極射線示波管的線性偏轉(zhuǎn)特性。 波 形 測 試 與 儀 器 9為了顯示出被測信號的波形，掃描電壓和被測信號電壓分別加在示波管X、Y偏轉(zhuǎn)板上。掃描電壓是與時(shí)間成正比的鋸齒波，因此，電子束在水平方向上的偏轉(zhuǎn)距離與時(shí)間成正比，這是示波器測量時(shí)間、周期等參數(shù)的原理依據(jù)。改變掃描電壓的大小，可以調(diào)整顯示波形的寬度。鋸齒波和被測信號都變換成極性相反的對稱信號后加到偏轉(zhuǎn)板上，如圖4.1所示。被測信號變換后加在Y偏轉(zhuǎn)板上，使電子束產(chǎn)生

8、與信號電壓成正比的偏移，這是示波器測量電壓等參數(shù)的原理依據(jù)。改變Y偏轉(zhuǎn)板上的信號電壓大小，可以調(diào)整顯示波形的幅度。 當(dāng)在Y1、Y2偏轉(zhuǎn)板上再疊加上對稱的正、負(fù)直流電壓時(shí)，顯示波形會(huì)整體向上移位，反之，向下移位，調(diào)節(jié)該直流電壓的旋鈕稱為“垂直移位(VERTICAL)”旋鈕。當(dāng)在X1、X2偏轉(zhuǎn)板上再疊加上對稱的正、負(fù)直流電壓時(shí)，顯示波形會(huì)整體向左移 波 形 測 試 與 儀 器 10位，反之，向右移位，調(diào)節(jié)該直流電壓的旋鈕稱為“水平移位（HORIZONTAL）”旋鈕。 3. 熒光屏 熒光屏內(nèi)壁涂有熒光物質(zhì)（磷光質(zhì)），外壁則是玻璃管殼。當(dāng)熒光物質(zhì)受到電子槍發(fā)射的高速電子束轟擊時(shí)能發(fā)出熒光，并維持一定的

9、時(shí)間，該現(xiàn)象稱為熒光物質(zhì)的余輝現(xiàn)象。按照余輝現(xiàn)象維持時(shí)間（即余輝時(shí)間）的長短，熒光物質(zhì)分為短余輝（小于1ms）、中余輝（1ms2ms）和長余輝（大于2s，甚至可達(dá)幾分鐘或更長）等幾種。被測信號頻率越低，越宜選用余輝長的熒光物質(zhì)，反之，宜選用余輝短的熒光物質(zhì)。熒光物質(zhì)發(fā)出的顏色有黃色、綠色、藍(lán)色等幾種，普通示波管常選用黃色或綠色的熒光物質(zhì)。 波 形 測 試 與 儀 器 11為了進(jìn)行定量測試，一般在熒光屏內(nèi)壁預(yù)先沉積一個(gè)透明刻度，稱為內(nèi)刻度；或在屏外安置標(biāo)有刻度的透明塑料板，稱為外刻度?？潭葏^(qū)域通常為一矩形，稱為測量窗或顯示窗，其尺寸是示波器可視尺寸，一般為10div8div（寬高）。4.2.2

10、波形顯示原理波形顯示原理1. 波形顯示波形顯示當(dāng)示波管未加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏中心位置上而產(chǎn)生亮點(diǎn)。當(dāng)在示波管X、Y偏轉(zhuǎn)板上都只加直流電壓時(shí)，也可以在熒光屏上得到一個(gè)位置產(chǎn)生變化的亮點(diǎn)。每個(gè)亮點(diǎn)所在的位置都可以設(shè)為起始點(diǎn)。被測信號的波形可以看作是由很多亮點(diǎn)構(gòu)成的，由示波管的線性偏轉(zhuǎn)特性可知，每個(gè)亮點(diǎn)在X、Y方向上的坐標(biāo)（即相對 波 形 測 試 與 儀 器 12于起始點(diǎn)的距離）分別與被測信號波形中該點(diǎn)的時(shí)間及瞬時(shí)電壓成正比。當(dāng)被測電壓、掃描電壓分別加至垂直、水平偏轉(zhuǎn)板上時(shí)，電子束受到垂直、水平偏轉(zhuǎn)板的共同作用，使電子束每一時(shí)刻產(chǎn)生的亮點(diǎn)的垂直位移與被測電壓的瞬時(shí)電壓成正比，而在時(shí)間上則一

11、一對應(yīng)，這樣就在熒光屏上得到一個(gè)留存時(shí)間很短的亮點(diǎn)軌跡，即波形。只要被測信號是周期性信號，每次得到的波形又能完全重復(fù)，并且每次重復(fù)的間隔時(shí)間又很短，就可以得到穩(wěn)定的被測信號波形，重復(fù)間隔時(shí)間應(yīng)少于人眼視覺暫留時(shí)間，否則，波形會(huì)閃爍，不便于觀測。 2. 掃描及同步掃描及同步 圖4.2為掃描電壓實(shí)際波形。 波 形 測 試 與 儀 器 13 Ts為掃描正程時(shí)間，在此期間電子束產(chǎn)生自左至右的移動(dòng)，稱為“掃描正程”；Tb為掃描逆程時(shí)間，在此期間電子束產(chǎn)生自右至左的移動(dòng)，稱為“掃描逆程”或“掃描回程”，以保證下次掃描從起始點(diǎn)開始向右掃描；Tw為掃描休止時(shí)間，以保證下次掃描在熒光屏上的起始點(diǎn)能夠與本次掃描的

12、起始點(diǎn)重合，為便于分析通常不予考慮。當(dāng)掃描逆程時(shí)間和掃描休止時(shí)間均為零時(shí)，掃描電壓為理想掃描電壓。 掃描正程時(shí)顯示被測信號的波形，要求在此期間增強(qiáng)波TbTSTwTx=TS+Tb+Twtux(t)0圖4.2 掃描電壓實(shí)際波形 波 形 測 試 與 儀 器 14形的亮度，即增輝，可以在控制柵極上疊加正極性脈沖或在陰極上疊加負(fù)極性脈沖來實(shí)現(xiàn)增輝。在掃描逆程時(shí)，電子束在向左移動(dòng)的過程中會(huì)出現(xiàn)亮線，該亮線稱為回掃線。假如在Y偏轉(zhuǎn)板上加正弦電壓，在掃描休止時(shí)，電子束會(huì)在起始點(diǎn)位置出現(xiàn)一條垂直的亮線，該亮線稱為休止線。應(yīng)對回掃線和休止線進(jìn)行消隱，否則，將影響波形的觀測，如圖4.3所示，可以在控制柵極上疊加負(fù)極

13、性脈沖或在陰極上疊加正極性脈沖來實(shí)現(xiàn)消隱。 正程波形（與被測信號波形相同）回掃線休止線圖4.3 不消隱時(shí)顯示的波形 波 形 測 試 與 儀 器 15如果要得到穩(wěn)定的周期性被測信號波形必須滿足同步條件：Tx=Ts+Tb+Tw=nTy（n為正整數(shù)） （4-1）式中，Tx為掃描信號周期；Ty為被測信號周期。由此可見，被測信號和掃描電壓對電子束的作用時(shí)間總是相等的。所以，掃描電壓正程、逆程時(shí)間等于被測信號的幾個(gè)周期，就相應(yīng)地掃描得出被測信號幾個(gè)周期的波形，其中掃描逆程得到的波形（即回掃線）是緊隨掃描正程波形之后的被測信號波形的回折，即以掃描正程結(jié)束點(diǎn)所在縱軸為軸線將正程之后的波形向起始方向?qū)φ?，并且?/p>

14、掃描逆程的結(jié)束點(diǎn)與掃描起始點(diǎn)重合，如圖4.4所示。圖4.4中，掃描電壓周期為被測信號周期的三倍，滿足式（4-1）的關(guān)系，可以得到穩(wěn)定的波形，這種現(xiàn)象稱為同步。否則， 波 形 測 試 與 儀 器 16會(huì)產(chǎn)生左移或右移的不穩(wěn)定波形或亮帶。 示波管除供電部分外，再加上掃描電壓產(chǎn)生部分（即X通道）和輸入電壓變換部分（即Y通道）則構(gòu)成示波器。示波器一般采用電平觸發(fā)的方法獲取被測信號的周期信息，從而實(shí)現(xiàn)掃描電壓與被測信號的同步，這個(gè)過程稱為觸發(fā)同步，在這Tx=Ts+Tb=3TyTs=2TyTb=Tyttux(t)uy(t)00正程終點(diǎn)（逆程起點(diǎn)）正程起點(diǎn)（逆程終點(diǎn)）正程波形回掃線對折方向?qū)?折 軸 線圖4

15、.4 顯示波形的取得 波 形 測 試 與 儀 器 17種狀態(tài)下的掃描稱為觸發(fā)掃描，是示波器優(yōu)先采用的掃描方式。有時(shí)，掃描電壓是在自激狀態(tài)下產(chǎn)生的，這種掃描方式稱為連續(xù)掃描。有時(shí)掃描電壓是在手動(dòng)控制下產(chǎn)生的，稱之為單次掃描，單次掃描適于觀測非周期性信號。有時(shí)在自動(dòng)電路控制下，連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變換，這種掃描方式稱為自動(dòng)掃描，是操作示波器時(shí)通常選用的掃描方式。 上述掃描電壓均為鋸齒波電壓，如果只在水平偏轉(zhuǎn)板上加掃描電壓，在熒光屏上會(huì)產(chǎn)生一條可反映時(shí)間長短的水平亮線，稱之為時(shí)間基線，簡稱為時(shí)基線，這種掃描方式稱為直線掃描。如果偏轉(zhuǎn)板上加的不是鋸齒波，會(huì)出現(xiàn)圓形或螺旋形波形，稱之為圓掃描或

16、螺旋掃描。如無特別說明，本書不涉及圓掃描和螺旋掃描。 波 形 測 試 與 儀 器 184.3 通用示波器的基本組成及技術(shù)指標(biāo)通用示波器的基本組成及技術(shù)指標(biāo)4.3.1 基本組成基本組成由上述分析得知，通用示波器主要由X通道（HORIZONTAL）、Y通道（VERTICAL）、主機(jī)三大部分組成。單蹤示波器的基本組成如圖4.5所示。（1）X通道（水平系統(tǒng)） X通道由觸發(fā)電路、掃描電路和X放大器組成。它的主要作用是：在觸發(fā)信號的作用下，輸出大小合適、極性相反的對稱掃描電壓，以驅(qū)動(dòng)電子束水平偏轉(zhuǎn)。（2）Y通道（垂直系統(tǒng)）Y通道由衰減器、前置放大器、延遲級、輸出放大器等組成。它的主要作用是：對單端輸入的被

17、測信號進(jìn)行變換、處理 波 形 測 試 與 儀 器 19探極Y衰減器Y前置放大器延遲級Y輸出放大器Y偏轉(zhuǎn)板觸發(fā)電路掃描電路X放大器標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器電源增輝電路控制柵極(或陰極)主機(jī)Y通道X偏轉(zhuǎn)板“X”輸入外同步觸發(fā)輸入標(biāo)準(zhǔn)信號輸出“X-Y”X通道“掃描”S2S1內(nèi)外電源示波管被測信號輸入圖4.5 通用示波器基本組成 波 形 測 試 與 儀 器 20成為大小合適極性相反的對稱信號加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，使電子束產(chǎn)生垂直偏轉(zhuǎn)。 （3）主機(jī)部分 主機(jī)部分主要包括標(biāo)準(zhǔn)信號源、增輝電路、電源、示波管等部分。增輝電路的作用是在掃描正程時(shí)使波形增輝，掃描逆程或掃描休止期時(shí)使回掃線和休止線消隱；或在外加高頻信號的作用下，

18、對顯示波形進(jìn)行亮度調(diào)制，即使波形亮暗變化情況受外加信號的控制，波形由實(shí)線變?yōu)樘摼€，由此可測量信號周期或頻率。 標(biāo)準(zhǔn)信號源用于提供幅度、周期等都很準(zhǔn)確的方波信號，例如1kHz、10mVP-P的方波，以便對示波器有關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)整。 波 形 測 試 與 儀 器 21由于增輝信號是加在示波管的控制柵極或陰極上，而控制柵極或陰極均與偏轉(zhuǎn)板垂直，符合三維坐標(biāo)關(guān)系，故增輝電路等又稱為Z軸系統(tǒng)，有時(shí)也將主機(jī)部分稱為Z軸系統(tǒng)。有關(guān)主機(jī)部分的內(nèi)容不再進(jìn)行詳細(xì)介紹。4.3.2 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)1. 頻帶寬度頻帶寬度BW和上升時(shí)間和上升時(shí)間tr如不加說明,示波器頻帶寬度BW均為Y通道的頻帶寬度，它是Y

19、通道輸入信號上、下限頻率fH、fL之差，即BW=fHfL?，F(xiàn)代示波器的fL一般延伸至0Hz，因此頻帶寬度可用上限頻率fH來表示。上升時(shí)間tr用于表示在輸入脈沖等瞬變信號時(shí)示波器Y通道的過渡特性（瞬態(tài)響應(yīng)特性），即在Y通道輸入端加一個(gè)理想 波 形 測 試 與 儀 器 22的脈沖信號，顯示波形從穩(wěn)定幅度的10%上升到90%所需的時(shí)間，它反映出示波器Y通道能否跟得上輸入信號變化的性能，上升時(shí)間越短，性能越好，可測信號的頻率越高。 頻帶寬度BW與上升時(shí)間tr之間存在的關(guān)系如下：BWtr0.35式中，BW（或fH）、tr的單位分別為MHz、s。 為了在測量時(shí)不產(chǎn)生明顯的測量誤差，通常要求trtry/3（

20、try為被測信號上升時(shí)間），否則，應(yīng)按下式修正（4-2）式中，tr1為被測脈沖實(shí)際上升時(shí)間；tr2為根據(jù)波形直接測出的被測脈沖上升時(shí)間；tr為示波器上升時(shí)間。2r22r1rttt 波 形 測 試 與 儀 器 23 2. 掃描速度掃描速度掃描速度是單位時(shí)間內(nèi)亮點(diǎn)水平移動(dòng)距離，單位為“cm/s”或“div/s”（1div讀作1格，1格一般等于1cm）。掃描速度越快，顯示的波形越寬，反之，越窄。掃描速度的倒數(shù)稱為“時(shí)基因數(shù)”，單位為“t/cm”或“t/div”，t可取s、ms或s。示波器常用時(shí)基因數(shù)進(jìn)行水平方向標(biāo)度，時(shí)基因數(shù)一般按“1、2、5”的順序分成很多擋。另外，示波器還設(shè)有時(shí)基因數(shù)“微調(diào)”旋鈕

21、或“擴(kuò)展”旋鈕，兩旋鈕分別是用來連續(xù)調(diào)節(jié)和成倍擴(kuò)展波形寬度的，它們放在“校準(zhǔn)”、“1”位置時(shí)，時(shí)基因數(shù)的實(shí)際大小等于“時(shí)基因數(shù)”旋鈕所指示的數(shù)值。3. 偏轉(zhuǎn)因數(shù)偏轉(zhuǎn)因數(shù)偏轉(zhuǎn)因數(shù)是指在輸入信號作用下，亮點(diǎn)在熒光屏上移動(dòng)1cm 波 形 測 試 與 儀 器 24或1div所需的電壓值，單位為“mV/cm”或“mV/div”或“V/cm”、“V/div”，數(shù)值越小，波形幅度越大。偏轉(zhuǎn)因數(shù)是通過變換Y通道衰減器的衰減比，從而改變加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上的信號電壓大小來實(shí)現(xiàn)的。偏轉(zhuǎn)因數(shù)的倒數(shù)稱為“偏轉(zhuǎn)靈敏度”，單位為“cm/V”或“div/V”。 示波器常用偏轉(zhuǎn)因數(shù)進(jìn)行垂直方向標(biāo)度，按“1、2、5”的順序分成很多擋

22、。另外，示波器還設(shè)有偏轉(zhuǎn)因數(shù)“微調(diào)”旋鈕，“微調(diào)”旋鈕通過改變Y輸出放大器的電壓增益來連續(xù)調(diào)節(jié)波形的顯示幅度。當(dāng)“微調(diào)”旋鈕置于“校準(zhǔn)”位置時(shí)，偏轉(zhuǎn)因數(shù)的實(shí)際大小等于“偏轉(zhuǎn)因數(shù)”旋鈕所指示的數(shù)值。 4.輸入阻抗輸入阻抗Zi 示波器輸入阻抗Zi，即被測電路的等效負(fù)載，可等效為輸入 波 形 測 試 與 儀 器 25電阻Ri和輸入電容Ci的并聯(lián)。通常規(guī)定Ri=（15%）M，要求Ci隨頻帶寬度的增加而減小，Ci一般在35pF左右。測量高頻信號時(shí)應(yīng)考慮輸入電容的影響。 5. 輸入方式輸入方式 輸入方式即輸入耦合方式，一般有直流（DC）、交流（AC）和接地（GND）三種耦合方式。 接地耦合將示波器Y通道輸

23、入端短路，一般在測量直流電壓時(shí)，為確定零電平位置而選用。 交流耦合可隔離被測信號中的直流及慢變化分量，抑制工頻干擾，便于測量高頻及交流瞬變信號。 直流耦合即直接耦合，將輸入信號所有成分都加到示波器上。 波 形 測 試 與 儀 器 26變換交流耦合和直流耦合，可以測出交流信號中直流成分的大小。6. 觸發(fā)源選擇方式觸發(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來源，一般有內(nèi)觸發(fā)(INT，雙蹤示波器又有CH1、CH2之分)、外觸發(fā)(EXT)和線觸發(fā)（LINE）三種方式。內(nèi)觸發(fā)是指由被測信號來產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。外觸發(fā)是指由外部電路提供的信號來產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。線觸發(fā)又稱為電源觸發(fā)，是指利用示波

24、器內(nèi)部工頻電源來產(chǎn)生同步觸發(fā)信號。 波 形 測 試 與 儀 器 274.4 通用示波器通用示波器Y通道（垂直系統(tǒng)）通道（垂直系統(tǒng)）示波器Y通道主要由輸入電路、前置放大器、延遲級和輸出放大器等組成，如圖4.5所示。它的主要作用是把被測信號變換成為大小合適的雙極性對稱信號后加到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板上，使顯示的波形適于觀測；向X通道提供內(nèi)觸發(fā)信號源；補(bǔ)償X通道的時(shí)間延遲，以觀測到諸如脈沖等信號的完整波形。4.4.1 輸入電路輸入電路如圖4.6所示，輸入電路主要包括探極、耦合方式變換開關(guān)、衰減器、阻抗變換及倒相放大器等部分。1. 探極探極被測信號與示波器的連接可以選用引線或附帶的探極，通 波 形 測 試 與 儀

25、器 28常選用高頻特性良好、抗干擾能力強(qiáng)的高輸入阻抗探極。探極分為有源探極和無源探極兩種，探極中通常設(shè)置有衰減器。有源探極具有良好的高頻特性，衰減比為1：1，適于測試高頻小信號，但需要示波器提供專用電源，應(yīng)用較少。應(yīng)用較多的是無源探極，衰減比（輸入/輸出）有1：1、10：1和100：1三種，前兩種的應(yīng)用比較普遍，后一種通常用于高頻測量。當(dāng)探極衰減比為10：1或100：1時(shí)，被測電壓值是示波器測得電壓的10倍或100倍。 探極衰減器阻抗變換及倒相放大器偏轉(zhuǎn)因數(shù)Y前置放大器DCACGNDS耦合方式被測信號uy(t)圖4.6 Y通道輸入電路 波 形 測 試 與 儀 器 29 無源探極的結(jié)構(gòu)如圖4.7

26、所示。如果要正確地測量高頻波和方波，需要調(diào)節(jié)探極補(bǔ)償電容器C。補(bǔ)償電容的位置有的在探針處（圖4.7(a)），有的在探極末端（圖4.7(b)）或在校準(zhǔn)盒內(nèi)。調(diào)整補(bǔ)償電容時(shí)，將示波器標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器產(chǎn)生的方波加到探極上，用螺刀左右旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償電容C，直到調(diào)出圖4.8(a)所示的方波（即正確補(bǔ)償）為止。否則，會(huì)出現(xiàn)圖4.8(b)、圖4.8(c)所示的電容過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償情況。(b)輸入示波器探 極CiRi 1M (a)C9M高阻同軸電纜探針地線輸入示波器探 極CiRi 1MC9M高阻同軸電纜探針地線圖4.7 兩種無源探極的結(jié)構(gòu) 波 形 測 試 與 儀 器 30原則上，示波器的探極應(yīng)專用。 正確使用探極，可以

27、提高示波器的輸入阻抗，增強(qiáng)示波器的抗干擾能力，擴(kuò)展示波器的電壓量程。接入探極后，一般可以使示波器輸入電阻提高到10M、輸入電容減小到十幾pF。 2. 耦合方式選擇開關(guān)耦合方式選擇開關(guān) 耦合方式選擇開關(guān)一般有DC、AC和GND三個(gè)擋位。在不斷開被測信號的情況下，GND耦合為示波器提供測量直流電壓的參考零電平。其它擋位的作用已在示波器技術(shù)指標(biāo)中做過介紹。 (a)(b)(c)圖4.8 探極補(bǔ)償情況 波 形 測 試 與 儀 器 31 3.衰減器衰減器 衰減器一般為阻容步進(jìn)衰減器，其電路原理如圖4.9所示。改變衰減器衰減比，也就改變了示波器偏轉(zhuǎn)因數(shù)，從而使顯示波形的幅度得以調(diào)整。偏轉(zhuǎn)因數(shù)旋鈕每擋所對應(yīng)的

28、阻容衰減器是唯一的。 對于圖4.9所示的阻容衰減器，只有當(dāng)滿足R1C1=R2C2時(shí)，衰減器才具有平坦的幅頻特性，即示波器偏轉(zhuǎn)因數(shù)與輸入信號頻率無關(guān)，其衰減比為R2/(R1+R2)。 4. 阻抗變換及倒相放大器阻抗變換及倒相放大器 阻抗變換及倒相放大器的作用是將來自衰減器的單端輸入uiR1R2C1C2uo+圖4.9 阻容步進(jìn)衰減器原理圖 波 形 測 試 與 儀 器 32信號變換為后級差分放大器所需的雙端輸出信號，以克服放大器零點(diǎn)漂移的影響；提高放大器輸入阻抗；隔離前后級的影響；提供Y偏轉(zhuǎn)板所需的對稱信號。 與該電路有關(guān)的旋鈕有直流“平衡” 及偏轉(zhuǎn)因數(shù)“微調(diào)”等旋鈕?！拔⒄{(diào)”可以連續(xù)調(diào)節(jié)顯示波形的

29、幅度；適當(dāng)調(diào)節(jié)“平衡”可以避免因?yàn)槠D(zhuǎn)因數(shù)的改變而使波形產(chǎn)生位移，示波器面板上一般不予設(shè)置。 4.4.2 前置放大器前置放大器 前置放大器的作用是對前級輸出信號進(jìn)行初步放大，補(bǔ)償延遲級對信號的損耗；為X通道的觸發(fā)電路提供大小合適的內(nèi)觸發(fā)信號，以得到穩(wěn)定可靠的內(nèi)觸發(fā)脈沖。 波 形 測 試 與 儀 器 33與前置放大器有關(guān)的開關(guān)旋鈕有“倒相”開關(guān)、垂直“移位”旋鈕。“倒相”開關(guān)通過改變加在前置放大器的雙端輸入信號的極性使顯示波形倒置；“移位”旋鈕通過調(diào)節(jié)同軸雙聯(lián)電位器反向?qū)ΨQ地改變前置放大器雙端輸出信號中的直流成分而使波形垂直移位。 4.4.3 延遲級延遲級 為了顯示穩(wěn)定的脈沖波形，示波器通常采用

30、內(nèi)觸發(fā)方式來產(chǎn)生掃描電壓。只有當(dāng)被測信號達(dá)到一定的觸發(fā)電平時(shí)，才能產(chǎn)生觸發(fā)脈沖并形成掃描電壓，但被測信號從零電平開始上升到一定的觸發(fā)電平需要經(jīng)歷一定的時(shí)間，這表明掃描電壓要比被測信號出現(xiàn)的時(shí)間晚，從而使被測信號的前沿?zé)o法完整顯示。為了完整顯示被測信號波形，在Y通道中設(shè)置延遲級對被 波 形 測 試 與 儀 器 34測信號進(jìn)行延遲,延遲時(shí)間一般為60200ns，常取100ns左右。 圖4.10為延遲級原理示意圖，圖4.10 (a)、圖4.10 (b)、圖4.10( c)、圖4.10 (d)分別為被測信號uy(t)、觸發(fā)脈沖p(t)、掃描電壓ux(t)的波形和被測信號的顯示波形，Ut為觸發(fā)電平。由此

31、可見，經(jīng)過延遲級適當(dāng)延遲后即可看到完整的被測信號波形。但觀測正弦等緩慢變化的信號時(shí)，延遲級的作用卻不顯著，故簡易示無延遲級顯示的波形延遲時(shí)間有延遲級顯示的波形t00ux(t)p(t)tuy(t)Ut0t圖4.10 延遲級原理示意圖(a)(b)(c)(d) 波 形 測 試 與 儀 器 35波器中一般不設(shè)置延遲級。 4.4.4 輸出放大器輸出放大器 為了克服零點(diǎn)漂移等的影響，輸出放大器一般采用差分放大器。其作用是對來自前級的信號進(jìn)行放大，使電子束在垂直方向上產(chǎn)生足夠大的偏轉(zhuǎn)，便于觀測微弱信號。 與該電路有關(guān)的開關(guān)旋鈕主要有“倍率”、偏轉(zhuǎn)因數(shù)“微調(diào)”、“尋跡”等開關(guān)旋鈕。如果“微調(diào)”旋鈕已設(shè)置在阻抗

32、變換及倒相放大器中，則不再出現(xiàn)在輸出放大器中，反之，則不再出現(xiàn)在阻抗變換及倒相放大器中。前兩個(gè)旋鈕都是通過調(diào)節(jié)放大器增益來實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)因數(shù)調(diào)節(jié)的?！皩ほE”則是將Y放大器輸入端接地來實(shí)現(xiàn)垂直方向?qū)ほE的。 波 形 測 試 與 儀 器 364.5 通用示波器通用示波器X通道（水平系統(tǒng)）通道（水平系統(tǒng)）示波器X通道主要由觸發(fā)電路、掃描電路及X放大器等三大部分組成，如圖4.11所示。它的主要作用是產(chǎn)生掃描電壓，使波形在水平方向上展開；給示波管提供增輝、消隱脈沖；提供雙蹤示波器交替顯示時(shí)的控制信號。4.5.1 觸發(fā)電路觸發(fā)電路觸發(fā)電路用來選擇觸發(fā)源并產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的觸發(fā)信號，以觸發(fā)產(chǎn)生穩(wěn)定的掃描電壓。如圖4.1

33、2所示，觸發(fā)電路主要由觸發(fā)源選擇開關(guān)S1、耦合方式選擇開關(guān)S2、觸發(fā)電平與斜率選擇器、放大整形電路等組成。圖中S1為“觸發(fā)源（TRIG SOURCE）”選擇開關(guān)；S2為“觸發(fā)耦合（TRIG COUPLING）”方式選擇開關(guān)； S3為“觸發(fā)極性 波 形 測 試 與 儀 器 37射極跟隨器觸發(fā)放大器觸發(fā)形成器時(shí)基閘門積分器電壓比較器外觸發(fā)輸入X放大器X偏轉(zhuǎn)板“X”輸入從電源來從Y通道來射極跟隨器觸發(fā)類型耦合方式觸發(fā)電平去Z通道去Y通道+穩(wěn)定度自動(dòng)電路觸發(fā)電路掃描電路內(nèi)外電源S1S2掃速釋抑電路擴(kuò)展移位尋跡“掃描”“X-Y”圖4.11 X通道組成框圖（SLOPE）”選擇開關(guān)；電位器RP為“觸發(fā)電平(

34、LEVEL)”調(diào)節(jié)器。 波 形 測 試 與 儀 器 38C1C2C3DCACAC(H)HFS2S1內(nèi)外電源放大整形電路S3+觸發(fā)電平觸發(fā)電平及斜率選擇器+圖4.12 觸發(fā)電路組成框圖掃描電路RP（1）觸發(fā)源用于產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的信號源，有內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)、電源觸發(fā)三種。雙蹤示波器內(nèi)觸發(fā)源又分為CH1、CH2。（2）耦合方式觸發(fā)信號的耦合方式是指選擇觸發(fā)源中某種成分來產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，有DC、AC、AC（H）和HF四種方式。 波 形 測 試 與 儀 器 39DC耦合，即直接耦合，常用于外觸發(fā)或連續(xù)掃描方式；AC耦合是一種常用的方式，因C1的接入，適于低頻到高頻信號的觸發(fā)。AC(H)為低頻抑制耦合，C1和C

35、2串聯(lián)，阻抗增大，有利于抑制工頻干擾等的低頻干擾。HF為高頻耦合，耦合電容較小，適于5MHz以上信號的觀測。（3）觸發(fā)方式示波器直線掃描方式分為常態(tài)、連續(xù)、高頻、單次等方式。常態(tài)掃描即觸發(fā)掃描，是示波器優(yōu)先采用的掃描方式。 波 形 測 試 與 儀 器 40只有在有觸發(fā)信號時(shí)，掃描電路才產(chǎn)生掃描信號，無觸發(fā)信號時(shí)，不產(chǎn)生掃描信號，示波器黑屏。該方式適于觀測脈沖等的信號。連續(xù)掃描時(shí)，不管是否有觸發(fā)信號，掃描電路始終在自激狀態(tài)下產(chǎn)生掃描信號，較少使用。 自動(dòng)掃描是連續(xù)掃描與常態(tài)觸發(fā)掃描的結(jié)合，二者自動(dòng)變換。當(dāng)無觸發(fā)信號（或無被測信號）時(shí)，掃描電路工作在連續(xù)掃描狀態(tài)，熒光屏上出現(xiàn)一條時(shí)基線；當(dāng)有觸發(fā)信

36、號時(shí)，采用觸發(fā)掃描。該方式適于觀測低頻信號。 高頻觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)電路變?yōu)樽约ざ嘀C振蕩器，產(chǎn)生高頻自激信號（約2MHz）。該方式適于觀測高頻信號。 單次觸發(fā)時(shí)，掃描電路只在觸發(fā)信號激勵(lì)下產(chǎn)生一次掃描以后，不再受觸發(fā)信號作用。如果需要第二次掃描，必須人工 波 形 測 試 與 儀 器 41恢復(fù)掃描電路到等待狀態(tài)。該方式適于觀測單次瞬變或非周期性信號。另外，有的示波器帶有“TV”觸發(fā)，將分離出的電視行、場同步信號變換為“TV”觸發(fā)脈沖，可以顯示電視行信號和場信號。 （4）觸發(fā)電平及斜率選擇器 觸發(fā)電平及斜率選擇器用于選擇合適穩(wěn)定的觸發(fā)點(diǎn)，以控制掃描起始時(shí)刻，為了使波形顯示穩(wěn)定，應(yīng)選擇同相位點(diǎn)作為每次掃描

37、的起始點(diǎn)。 觸發(fā)電平可以由“觸發(fā)電平”旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，它有正電平、負(fù)電平和零電平之分，觸發(fā)點(diǎn)分別位于觸發(fā)信號的上部、下部和中部。 波 形 測 試 與 儀 器 42觸發(fā)斜率即觸發(fā)極性，是指觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)信號的上升沿還是下降沿，位于上升沿的稱為正極性觸發(fā)，位于下降沿的稱為負(fù)極性觸發(fā)。 觸發(fā)電平及觸發(fā)極性可以直接從顯示波形上進(jìn)行判斷。圖4.13(a)圖4.13(f)的觸發(fā)電平及觸發(fā)極性分別為零電平、正極性，負(fù)電平、正極性，正電平、正極性，零電平、負(fù)極性，負(fù)電平、負(fù)極性，正電平、負(fù)極性。(a)(b)(d)(c)(e)(f)圖4.13 觸發(fā)電平、觸發(fā)極性與波形顯示的關(guān)系 波 形 測 試 與 儀 器 43（

38、5）觸發(fā)放大及觸發(fā)形成電路觸發(fā)放大及觸發(fā)形成電路的作用是對前級輸出信號進(jìn)行放大整形，產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的觸發(fā)脈沖。4.5.2 掃描電路掃描電路掃描電路又稱為時(shí)基電路，其作用是產(chǎn)生符合要求的掃描電壓；為Z通道提供增輝、消隱脈沖；為雙蹤示波器電子開關(guān)提供交替顯示的控制信號。掃描電路主要由時(shí)基閘門電路、積分器、電壓比較器和釋抑電路等四個(gè)呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)的電路組成，故又稱為掃描環(huán)，如圖4.11所示。觸發(fā)掃描時(shí)的工作波形如圖4.14所示，圖中時(shí)基閘門輸入低電平時(shí)，負(fù)極性觸發(fā)脈沖有效，產(chǎn)生掃描正程。 波 形 測 試 與 儀 器 44掃描正程掃描休止掃描逆程時(shí)基閘門上觸發(fā)電平時(shí)基閘門輸出穩(wěn)定度確定的直流電平時(shí)基閘門下觸

39、發(fā)電平掃描電壓參考電壓Vr觸發(fā)脈沖抑制釋放圖4.14 掃描電路工作波形圖（觸發(fā)掃描）時(shí)基閘門輸入（1）時(shí)基閘門時(shí)基閘門電路又稱為掃描門，是施密特觸發(fā)器。它的作用是在觸發(fā)脈沖作用下或在自激狀態(tài)下產(chǎn)生閘門脈沖，閘門脈沖 波 形 測 試 與 儀 器 45是積分器的控制信號。另外，閘門脈沖還通過射隨器加到Z通道去實(shí)現(xiàn)增輝消隱，以及加到雙蹤示波器Y通道電子開關(guān)作為交替顯示的控制信號。 圖4.11中，當(dāng)無信號或觸發(fā)脈沖超過自動(dòng)電路（暫穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）的暫穩(wěn)維持時(shí)間時(shí)，自動(dòng)電路由暫穩(wěn)態(tài)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)輸出低電平，二極管導(dǎo)通，時(shí)基閘門電路輸入信號電平降低，時(shí)基閘門電路工作在自激狀態(tài)下，即連續(xù)掃描方式，其工作波形如圖4.1

40、5所示；當(dāng)有觸發(fā)脈沖時(shí)，自動(dòng)電路由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)輸出高電平，二極管截止，自動(dòng)電路斷開與其它電路的連接，時(shí)基閘門電路輸入信號電平抬升，時(shí)基閘門電路工作在觸發(fā)狀態(tài)下，即觸發(fā)掃描方式。 波 形 測 試 與 儀 器 46 （2）積分器 積分器又稱為掃描電壓發(fā)生器，是密勒積分器，它具有輸入阻抗高、線性好的特點(diǎn)，電路結(jié)構(gòu)框圖如圖4.16所示。 時(shí)基閘門電路輸出的閘門脈沖控制開關(guān)S的斷開閉合。當(dāng)S斷開時(shí)，積分器開始積分，產(chǎn)生掃描正程電壓，掃描正程電壓為 改變RC的值，即改變了掃描電壓正程斜率，也就改變了掃描速度。改變積分電阻、積分電容的旋鈕稱為“時(shí)基因數(shù)（s/div）”旋鈕。tRCEdtERCut0s)(1

41、 + + 運(yùn)放ERCS時(shí)基閘門電路電壓比較器X放大器圖4.16 掃描電壓發(fā)生器電路結(jié)構(gòu)框圖 波 形 測 試 與 儀 器 47當(dāng)S閉合時(shí)，積分電容放電，產(chǎn)生掃描逆程電壓。（3）電壓比較器如圖4.17所示，二極管與有關(guān)電路一起構(gòu)成電壓比較器，當(dāng)掃描電壓高于參考電壓Vr時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸出信號經(jīng)釋抑電路送至?xí)r基閘門電路，以結(jié)束閘門脈沖，從而閉合掃描電壓發(fā)生器開關(guān)S，進(jìn)入掃描逆程。調(diào)節(jié)參考電壓Vr的大小可以改變二極管導(dǎo)通時(shí)間，從而調(diào)節(jié)掃描電壓的幅度。（4）釋抑電路釋抑電路一般是RC電路，如圖4.17所示。釋抑電路的作用是使每次掃描水平方向上起始點(diǎn)在熒光屏上的位置都相同，以保證每次掃描得到的波形能夠重合

42、，這是得到穩(wěn)定波形的重要條件之一。 波 形 測 試 與 儀 器 48當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，掃描電壓還對釋抑電容Ch充電。當(dāng)二極管截止時(shí)，釋抑電容放電，釋抑電容的放電速度很慢，這樣可以使時(shí)基閘門電路輸入信號的電平被長時(shí)間抬升，使得時(shí)基閘門脈沖為低電平，積分器控制開關(guān)S長時(shí)間處于閉合狀態(tài)，從而保證積分電容有足夠的時(shí)間進(jìn)行放電。只有在積分射隨器RhCh射隨器參考電壓Vr積分器電壓比較器釋抑電路+穩(wěn)定度時(shí)基閘門圖4.17 電壓比較器和釋抑電路原理圖 波 形 測 試 與 儀 器 49電容放完電的基礎(chǔ)上，積分器才能在觸發(fā)脈沖的作用下產(chǎn)生掃描正程電壓，這樣就保證了每次掃描水平方向起始點(diǎn)的位置都相同。釋抑電容放完電

43、之前，無論有無觸發(fā)脈沖，始終不能產(chǎn)生下次掃描，掃描電路處于被抑制狀態(tài)；釋抑電容放完電到下次產(chǎn)生掃描信號之前，釋抑電路失效，即掃描電路被釋放，釋抑電路名稱由此而來。 “穩(wěn)定度”電位器可以調(diào)節(jié)時(shí)基閘門電路輸入信號的直流電平，改變觸發(fā)靈敏度，從而影響掃描電路的工作穩(wěn)定性，同時(shí)也可由該電位器改變掃描方式，如連續(xù)掃描或觸發(fā)掃描。穩(wěn)定度旋鈕一般調(diào)整至使時(shí)基閘門電路輸入信號的直流電平位于時(shí)基閘門電路上下觸發(fā)電平之間接近下觸發(fā)電平處，調(diào)整好后，一般不再對其進(jìn)行調(diào)整。 波 形 測 試 與 儀 器 50綜合上述分析，圖4.14的工作過程如下：當(dāng)時(shí)基閘門接收到觸發(fā)電路輸出的負(fù)極性觸發(fā)尖脈沖時(shí)，閘門脈沖由高電平變?yōu)榈?/p>

44、電平，控制積分器開關(guān)S斷開，積分器開始輸出正向電壓。積分器輸出電壓除送至X放大器外，還要送給電壓比較器。當(dāng)積分器輸出電壓超過電壓比較器參考電壓Vr時(shí)，電壓比較器導(dǎo)通，積分器輸出電壓經(jīng)釋抑電路反饋至?xí)r基閘門輸入端，使時(shí)基閘門輸入電平線性增大。當(dāng)時(shí)基閘門輸入電平增大到上觸發(fā)電平時(shí)，閘門脈沖狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，積分器開關(guān)S閉合，積分器輸出電壓迅速減小，電壓比較器斷開，釋抑電容開始慢慢放去在電壓比較器導(dǎo)通時(shí)充上的電荷，并反饋至?xí)r基閘門輸入端，使時(shí)基閘門輸入電平開始減小，直至釋抑電容放完電，從而保證積分電容放完電之前，時(shí)基閘門不被觸發(fā)脈 波 形 測 試 與 儀 器 51沖觸發(fā)，即第二次掃描必須是在前次掃描進(jìn)行完畢

45、的情況下才開始。 圖4.15與圖4.14的工作過程相似，不同之處在于，當(dāng)無觸發(fā)脈沖時(shí)，自動(dòng)電路單穩(wěn)態(tài)輸出低電平，將時(shí)基閘門輸入電平拉低而產(chǎn)生掃描。 由此可見，積分電容僅在掃描正程時(shí)，才接入到積分器中。掃描實(shí)際過程分為掃描正程、掃描逆程和掃描等待三個(gè)過程，如果不消隱，實(shí)際顯示圖形如圖4.3所示。因?yàn)閽呙枘娉涕_始時(shí)掃速極快，且越靠后速度越慢，所以圖4.3中回掃線開始的一段很弱很直，甚至看不出。如果在示波器掃描一次后就通過手動(dòng)“單次掃描（SGL）”開關(guān)切斷釋抑電容Ch的放電回路，則可以實(shí)現(xiàn)單次掃描，如果要進(jìn)行下次掃描，只需通過開關(guān)接通 波 形 測 試 與 儀 器 52釋抑電容放電回路即可。通過控制開

46、關(guān)改變時(shí)基閘門輸入信號直流電平可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)掃描，如下拉至?xí)r基閘門下觸發(fā)電平之下。 4.5.3 X放大器放大器 X放大器的作用是：將單端輸入的信號進(jìn)行放大變換成為大小合適的雙端信號加在X偏轉(zhuǎn)板上，使電子束在水平方向上產(chǎn)生足夠的偏轉(zhuǎn)，得到合適的波形。當(dāng)示波器用于顯示被測信號波形時(shí)，X放大器的輸入信號是掃描電壓；當(dāng)示波器工作在“X-Y”方式時(shí)，輸入信號是外加的X信號。 “X-Y”方式時(shí)，示波器X偏轉(zhuǎn)板上所加的信號不再是掃描電壓而是外加的X信號，該信號與Y信號是各自獨(dú)立的，它們各自在X、Y偏轉(zhuǎn)板間建立偏轉(zhuǎn)電場對電子束共同作用而產(chǎn)生一個(gè)新 波 形 測 試 與 儀 器 534.6 示波器的多波形顯示示波器

47、的多波形顯示的圖形，例如，將兩個(gè)同頻正弦波加到示波器上時(shí)，得到的波形為橢圓、圓或直線，兩個(gè)正弦波加到示波器得到的圖形稱為李沙育圖形。 與X放大器有關(guān)的開關(guān)旋鈕有：“水平移位”、“掃描擴(kuò)展”、“尋跡”等開關(guān)旋鈕?！八揭莆弧笔峭ㄟ^改變水平偏轉(zhuǎn)板上疊加的對稱直流電壓的大小來實(shí)現(xiàn)波形水平移位的?！皰呙钄U(kuò)展”是通過成倍增大X放大器增益來實(shí)現(xiàn)波形擴(kuò)展的。“尋跡”是通過將X放大器輸入端接地來實(shí)現(xiàn)水平方向?qū)ほE。 實(shí)際工作中常常需要同時(shí)觀測兩個(gè)或兩個(gè)以上的波形，即多波形顯示，實(shí)現(xiàn)多波形顯示的方法有兩種： 波 形 測 試 與 儀 器 54一種是采用多束示波管（又稱為多線示波管）制成的多束示波器。多束示波管內(nèi)裝有

48、兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子槍，每個(gè)電子槍能同時(shí)發(fā)出一束電子束，每一電子束都有各自獨(dú)立的Y偏轉(zhuǎn)板，有的還有獨(dú)立的多個(gè)掃描系統(tǒng)。多束示波器制造困難，成本高，性能有待提高，較少使用。另一種方法是采用單束示波管制成的多蹤示波器。單束示波管內(nèi)只有一個(gè)電子槍，示波管內(nèi)只有一套Y偏轉(zhuǎn)板。多蹤示波器是利用Y通道上增設(shè)的電子開關(guān)控制被測信號輪流快速地接入Y偏轉(zhuǎn)板而顯示出多個(gè)波形的，即采用了時(shí)分復(fù)用技術(shù)，這一技術(shù)充分利用了電子開關(guān)的高速變換特性和人眼的視覺惰性。比較常用的是雙蹤示波器，即能夠顯示兩個(gè)波形的多蹤示波器。本節(jié)只討論雙蹤示波器的多波形顯示原理，即雙蹤顯示原理。 波 形 測 試 與 儀 器 554.6.1 雙蹤

49、顯示原理雙蹤顯示原理電子開關(guān)又稱為通道變換器，基本工作原理如圖4.18(a)所示，其輸入端接前置放大器，S1S8為模擬電子開關(guān)。電子開關(guān)有“信道1”、“信道2”、“疊加”、“交替”和“斷續(xù)”五種工作狀態(tài)。 CH1S1S2S4S3CH2S5S6S8S7+延 遲 級(a)(b)(c)圖4.18 雙蹤波形顯示原理示意圖 波 形 測 試 與 儀 器 56（1）信道1（CH1）開關(guān)S1、S2、S7、S8斷開，開關(guān)S3、S4、S5、S6閉合，CH1輸入的信號送到輸出端，而信道2（CH2）輸入的信號不能到達(dá)輸出端，只能顯示CH1輸入的信號。（2）信道2開關(guān)S3、S4、S5、S6斷開，開關(guān)S1、S2、S7、S

50、8閉合，CH2輸入的信號送到輸出端，而CH1輸入的信號不能到達(dá)輸出端，只能顯示CH2輸入的信號。（3）疊加開關(guān)S1、S2、S5、S6斷開，開關(guān)S3、S4、S7、S8閉合，CH1和CH2輸入的兩路信號均送到輸出端，并在負(fù)載中互相疊加，顯示疊加（ADD）后的波形。當(dāng)CH2輸入的信號未倒相時(shí)，實(shí) 波 形 測 試 與 儀 器 57現(xiàn)求和（CH1+CH2），當(dāng)CH2輸入的信號被倒相后，實(shí)現(xiàn)求差（CH1CH2）。 （4）交替 交替（ALT）狀態(tài)時(shí)，開關(guān)S3、S4、S5、S6和S1、S2、S7、S8斷開或閉合的狀態(tài)受時(shí)基閘門脈沖的控制，并且每間隔一個(gè)掃描周期變換一次狀態(tài)，使得CH1和CH2輸入的信號輪流接通

51、、輪流顯示，只要輪流顯示的間隔時(shí)間較短，就可交替顯示出兩個(gè)信號的波形。設(shè)CH1、CH2的輸入分別為梯形波、三角波信號，示波器顯示的波形如圖4.18(b)所示。 交替方式適于觀測高頻信號。這是因?yàn)楸粶y信號頻率較低時(shí)，所需掃描電壓的周期長，即交替顯示同一信號的間隔時(shí)間長，當(dāng)間隔時(shí)間接近或超過人眼視覺暫留時(shí)間時(shí)，顯示波形會(huì)產(chǎn)生閃爍，不便于觀測。 波 形 測 試 與 儀 器 58（5）斷續(xù) 斷續(xù)（CHOP）狀態(tài)時(shí)，在每一次掃描過程中，開關(guān)S3、S4、S5、S6和S1、S2、S7、S8的斷開或閉合受電子開關(guān)內(nèi)斷續(xù)器（自激多諧振蕩器）產(chǎn)生的高頻振蕩信號（如200kHz的方波）的控制，快速輪流接通兩個(gè)輸入信

52、號，從而顯示出每個(gè)被測信號的某一段，以后各次掃描重復(fù)以上過程。這樣顯示出的波形是由許多線段組成的，只要開關(guān)變換頻率很快、水平掃速又較慢，這些線段就很短，看起來顯示的波形好象是連續(xù)的，如圖4.18(c)所示。斷續(xù)方式時(shí)，斷續(xù)器還產(chǎn)生“斷續(xù)”消隱信號，以對信號變換過程中產(chǎn)生的掃描線進(jìn)行消隱。斷續(xù)方式適于觀測頻率較低的信號，這是因?yàn)?，被測信號頻率較高時(shí)，所需掃描電壓的周期短，亦即電子束水平移動(dòng)速 波 形 測 試 與 儀 器 59度快，但顯示每一線段的時(shí)間是相等（斷續(xù)器頻率不變）的，這樣顯示出的波形的斷續(xù)感比較明顯，不便于觀測；另外，當(dāng)被測信號頻率很高時(shí)，要求斷續(xù)器的振蕩頻率也很高，但斷續(xù)器的頻率一般

53、是不可調(diào)的，因此，斷續(xù)方式不適于觀測高頻信號。 4.6.2 雙蹤示波器的基本組成雙蹤示波器的基本組成 雙蹤示波器基本組成框圖如圖4.19所示，主要有兩個(gè)Y輸入通道、一個(gè)X通道和主機(jī)等部分組成。雙蹤示波器一般可以工作于掃描方式和X-Y方式，分別用于顯示被測信號波形和作為X-Y圖示儀使用。內(nèi)觸發(fā)信號源在延遲前引入到X通道，兩個(gè)Y通道后半部分是共用的。當(dāng)工作于X-Y方式時(shí)，X輸入信號通常由外觸發(fā)輸入端加到示波器經(jīng)射隨器隔離后，再經(jīng)變換開關(guān)接 波 形 測 試 與 儀 器 60入到X放大器的，或經(jīng)CH1衰減器引到X放大器。 4.7.1 示波器的選用示波器的選用 雖然示波器種類繁多，但使用方法相似。示波器

54、的選用方法如下： 1. 根據(jù)被測信號特性選擇合適的示波器根據(jù)被測信號特性選擇合適的示波器 定性觀察頻率不高的一般的周期性信號，可選用普通示波器（BW=560MHz）或簡易示波器（BW=100kHz500kHz）。 觀察非周期性信號、寬度很小的脈沖信號，應(yīng)選用具4.7 示波器的選擇使用示波器的選擇使用 波 形 測 試 與 儀 器 61有觸發(fā)掃描或單次掃描的寬帶示波器（BW60MHz）。 觀察快速變化的非周期性信號，應(yīng)選用高速示波器。 觀察頻率很高的周期性信號，應(yīng)選用取樣示波器。 觀察低頻緩慢變化的信號，可選用低頻示波器或長余輝慢掃描示波器。 需要對兩個(gè)信號進(jìn)行比較時(shí)，應(yīng)選用雙蹤示波器。 需要對兩

55、個(gè)以上信號比較時(shí)，則選用多蹤示波器或多束示波器。 若要將波形存儲(chǔ)起來，應(yīng)選用存儲(chǔ)示波器。 波 形 測 試 與 儀 器 62輸入耦合方式選擇1衰減器1阻抗變換及倒相放大器1前置放大器1門電路延遲級Y輸出放大器輸入耦合方式選擇2衰減器2阻抗變換及倒相放大器2前置放大器2Y偏轉(zhuǎn)板CH1CH2射極跟隨器觸發(fā)電路掃描電路電子開關(guān)增輝消隱電路圖4.19 雙蹤示波器基本組成框圖X放大器X偏轉(zhuǎn)板控制柵極外觸發(fā)或“X”輸入CH2外CH1S1掃描X-YS2 波 形 測 試 與 儀 器 632. 根據(jù)示波器性能選擇合適的示波器根據(jù)示波器性能選擇合適的示波器（1）頻帶寬度和上升時(shí)間一般要求頻帶寬度BW3fmax(fm

56、ax為被測信號最高頻率)；示波器上升時(shí)間trtr2/3，否則，按式（4-2）加以修正。（2）垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度 若要觀測微弱信號，應(yīng)選擇較高偏轉(zhuǎn)靈敏度的示波器，即V/div值較小，反之，應(yīng)選擇較大V/div值的示波器。（3）輸入阻抗 盡量選用高輸入阻抗的示波器。（4）掃描速度 被測信號頻率越高，所需示波器掃描速度越快，反之，掃描速度越慢。3. 使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng) 波 形 測 試 與 儀 器 64選擇好示波器類型以后，使用過程中要注意以下事項(xiàng)：選擇合適的電源，并注意機(jī)殼接地，用前預(yù)熱。經(jīng)探極衰減后的輸入信號不能超過示波器輸入電壓的允許范圍，并注意防止觸電。根據(jù)需要，選擇合適的輸入耦合方式。輝度

57、要適中，不宜過亮，亮點(diǎn)不能長時(shí)間停留在同一點(diǎn)上。盡量避免在陽光直射或明亮環(huán)境下使用示波器。聚焦要合適，不宜太散或過細(xì)。測量前要注意調(diào)節(jié)“軸線校正”，使熒光屏刻度軸線與顯示波形的軸線平行。盡量在熒光屏有效尺寸內(nèi)測量。 波 形 測 試 與 儀 器 65探極要專用，用前要校正。注意正確使用探極衰減器。連接示波器與被測電路時(shí)，如果被測信號為幾百kHz以下的連續(xù)信號，可用一般導(dǎo)線連接；若信號幅度較小，可以使用屏蔽線連接；測量脈沖信號或高頻信號時(shí)，必須用高頻同軸電纜連接。盡管如此，應(yīng)盡量使用探極連接。波形不穩(wěn)定時(shí)，通常按“觸發(fā)源”、“觸發(fā)耦合方式”、“觸發(fā)方式”、“掃描速度”、“觸發(fā)電平”的順序進(jìn)行調(diào)節(jié)。

58、如果仍不穩(wěn)定，可反復(fù)調(diào)節(jié)上述旋鈕或試驗(yàn)調(diào)節(jié)“偏轉(zhuǎn)因數(shù)”旋鈕等。 直接測量電壓（或時(shí)間量）時(shí)，偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V/div) “細(xì)調(diào)”或時(shí)基因數(shù)(t/div) “細(xì)調(diào)”旋鈕務(wù)必置于“校準(zhǔn)”位置，否則，將產(chǎn)生大的測量誤差。11 波 形 測 試 與 儀 器 664.7.2 示波器的正確使用示波器的正確使用Y-TEKTRONIX2261型雙蹤示波器是20MHz帶寬的精密便攜式通用示波器，它選用高清晰示波管，具有圖形顯示明亮、清晰、操作方便、構(gòu)造新穎等特點(diǎn)。1. 主要技術(shù)性能主要技術(shù)性能（1）Y軸信道1）偏轉(zhuǎn)靈敏度5mV/div5V/div，按1-2-5順序分9擋，誤差為5；擴(kuò)展5時(shí)誤差為10。2）頻帶寬度DC

59、耦合為020MHz，AC耦合為10Hz20MHz。 波 形 測 試 與 儀 器 673）輸入阻抗直接輸入時(shí)：（12）M30pF5pF；經(jīng)10：1探極輸入時(shí)：（105）M16.2pF2pF。4）最大輸入電壓400VPK，即輸入電壓的峰值不能超過400V。5）工作方式CH1（信道1）、CH2（信道2）、ALT（交替）、CHOP（斷續(xù)）、ADD（疊加）。6）Y通道延遲時(shí)間Y通道延遲時(shí)間在100ns以上。 波 形 測 試 與 儀 器 68（2）X軸信道1）時(shí)基因數(shù)0.1sdiv0.2sdiv，按1-2-5順序分20擋，誤差為5；擴(kuò)展5時(shí)，誤差為8，最小時(shí)基因數(shù)為20ns/div。2）工作方式直線掃描方

60、式：AUTO（自動(dòng)）、NORM（觸發(fā)）、SGL（單次），X-Y方式。3）觸發(fā)方式CH1，CH2，LINE（電源），EXT（外）。4）耦合方式AC，DC，TV（電視場同步信號），NORM。 波 形 測 試 與 儀 器 695）外觸發(fā)最大輸入電壓400VPK（DC+AC peak，直流與交流峰值之和）。（3）主機(jī)1）顯示尺寸8Div10Div(1Div=1cm)2）后加速陽極電壓2kV3）顯示顏色綠色4）Z調(diào)制（亮度調(diào)制）頻率范圍：DC1MHz；最大輸入電壓：50VPK；輸入 波 形 測 試 與 儀 器 70電阻：10k。 5）X-Y方式頻率范圍 01MHz。 6）校準(zhǔn)信號 方波，（0.52）Vp