電子測(cè)量第8章.ppt

1、第8章,示波測(cè)試技術(shù),8.1 概述,示波測(cè)試技術(shù)可將電信號(hào)作為時(shí)間的函數(shù)顯示在屏幕上，能把兩個(gè)有關(guān)系的變量轉(zhuǎn)化為電參數(shù)，在熒光屏上顯示這兩個(gè)變量之間的關(guān)系。示波器還可以直接觀測(cè)一個(gè)脈沖信號(hào)的前后沿、脈寬、上沖、下沖等參數(shù)，同時(shí)，示波測(cè)試還是多種電量和非電量測(cè)試中的基本技術(shù)。 示波器是時(shí)域分析的最典型儀器，也是當(dāng)前電子測(cè)量領(lǐng)域中，品種最多、數(shù)量最大、最常用的一種儀器；示波測(cè)試技術(shù)成為一種最靈活、多用的綜合性技術(shù)。,811示波器的分類,1通用示波器 2多束示波器 3取樣示波器 4記憶、存儲(chǔ)示波器 5特種示波器,812示波器的主要技術(shù)指標(biāo),1頻帶寬度 2垂直靈敏度 一般用V/cm、V/div、mV/

2、cm、mV/div表示。 3輸入阻抗 4掃描速度 一般用cm/s、div/s表示。 5同步（或觸發(fā)）電壓,8.2 示波測(cè)試的基本原理,821示波器的測(cè)試過程,822陰極射線示波管,當(dāng)示波管制成后，L、b、S均為常數(shù)，第二陽極的電壓Va也基本不變，所以Y方向的偏轉(zhuǎn)距離y正比于偏轉(zhuǎn)板上的電壓 Vy。 在一定范圍內(nèi)，熒光屏上光點(diǎn)偏移的距離與偏轉(zhuǎn)板上所加電壓成正比，這是用示波管觀測(cè)波形的理論根據(jù)。,823圖象顯示的基本原理,在電子槍中，電子運(yùn)動(dòng)經(jīng)過聚焦形成電子束，電子束通過垂直或水平偏轉(zhuǎn)板打到熒光屏上產(chǎn)生亮點(diǎn)，亮點(diǎn)在熒光屏上垂直或水平方向偏轉(zhuǎn)的距離，正比于加在垂直或水平偏轉(zhuǎn)板上的電壓，即亮點(diǎn)在屏幕上移

3、動(dòng)的軌跡，是加到偏轉(zhuǎn)板上的電壓信號(hào)的波形。示波器顯示圖形或波形的原理就是基于電子與電場(chǎng)之間的相互作用原理進(jìn)行的。,1顯示隨時(shí)間變化的圖形,可變電壓與光點(diǎn)偏移的關(guān)系圖,2顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系,XY圖示儀顯示圖形前，先把兩個(gè)變量轉(zhuǎn)換成與之成比例的兩個(gè)電壓，分別加到X，Y轉(zhuǎn)板上，屏幕上任一瞬間光點(diǎn)的位置都是由偏轉(zhuǎn)板上兩個(gè)電壓的瞬時(shí)值決定。由于熒光屏有余輝時(shí)間和人眼有殘留效應(yīng)，從屏上可以看到全部光點(diǎn)構(gòu)成的曲線，它反映了兩個(gè)變量之間的關(guān)系。,3掃描的概念,在X偏轉(zhuǎn)板上加的隨時(shí)間而線性變化的電壓，為鋸齒波電壓。當(dāng)鋸齒波電壓達(dá)到最大值時(shí)，屏上的光點(diǎn)亦達(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

4、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)掃描的鋸齒波電壓叫掃描電壓，光點(diǎn)自左向右的連續(xù)掃動(dòng)稱為“掃描正程”，光點(diǎn)自屏的右端迅速返回起掃點(diǎn)的過程稱為“掃描逆程”。,4同步的概念,一般的，如果掃描電壓周期與被測(cè)電壓保持 則稱掃描電壓與被測(cè)電壓“同步”。 如果沒有同步關(guān)系，即 (n為正整數(shù))，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。,5連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描,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，這種掃描方式稱為連續(xù)掃描。 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)。這種

5、由被測(cè)信號(hào)激發(fā)掃描發(fā)生器的間斷的工作方式，稱為“觸發(fā)掃描方式”。,6掃描過程的增輝,在被測(cè)脈沖出現(xiàn)的掃描期間，由于增輝脈沖的作用，顯示波形較亮，便于觀測(cè)；而在等待掃描期間，即波形為一個(gè)光點(diǎn)的情況下，由于沒有增輝脈沖，光點(diǎn)很暗，避免了較亮的光點(diǎn)長(zhǎng)久集中于熒光屏上一點(diǎn)。,8.3 通用示波器,通用示波器是示波器中應(yīng)用最廣泛的一種。它通常泛指采用單束示波管組成的示波器。通用示波器的工作原理是其它大多數(shù)類型示波器工作原理的基礎(chǔ)，只要掌握通用示波器的結(jié)構(gòu)、特性及使用方法，就可以較容易地掌握其它類型示波器的原理與應(yīng)用。,831通用示波器的組成,832通用示波器的垂直通道,垂直通道（Y軸通道）是對(duì)被測(cè)信號(hào)處理

6、的主要通道，它將輸入的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行衰減或線性放大，并在一定范圍內(nèi)保持增益穩(wěn)定，最后，輸出符合示波管偏轉(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。 垂直通道包括輸入電路、Y前置放大器、延遲線和Y后置放大器等部分。,1輸入電路,主要是由衰減器和輸入選擇開關(guān)構(gòu)成。 衰減器 衰減器由RC組成，用來衰減輸入信號(hào)，以保證顯示在熒光屏上的信號(hào)不致因過大而失真。 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)。,2前置放大器,前置放大器將信號(hào)適當(dāng)放大，并從中取出內(nèi)觸發(fā)信號(hào)，并具有靈敏度調(diào)節(jié)、校正、Y軸移位等控制作用。 Y前置放大器大都采用差分放大電路，它輸出一對(duì)平衡的交流電壓，當(dāng)

7、被測(cè)信號(hào)的幅度改變時(shí)，偏轉(zhuǎn)的基線電位保持不變。若在差分電路的輸入端饋入不同的直流電位，差分輸出電路的兩個(gè)輸出端直流電位會(huì)改變，對(duì)應(yīng)的Y偏轉(zhuǎn)板上的相對(duì)直流電位和波形在Y方向的位置也改變。即調(diào)節(jié)“Y軸位移”旋鈕，可以改變被測(cè)波形在屏幕上的位置。,3延遲線,延遲線是一種傳輸線，起延遲時(shí)間的作用。 延遲線的作用就是把加到垂直偏轉(zhuǎn)板的脈沖信號(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，這樣就能夠保證在屏幕上可以掃出包括上升時(shí)間在內(nèi)的脈沖全過程。 對(duì)延遲線的要求是，它只對(duì)信號(hào)起延遲時(shí)間的作用，不應(yīng)產(chǎn)生失真。 目前延遲線主要有兩種，一種是采用雙股螺旋平衡式延遲電纜；另一種是利用LC非線性電路的后滯作用

8、構(gòu)成的多節(jié)LC網(wǎng)絡(luò)。,4Y輸出放大器,將延遲線傳輸來的被測(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輸出放大器大都采用推挽式放大器，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，例如很多示波器中一般設(shè)有垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)“5”或“10”擴(kuò)展功能，它把放大器的放大量提高5倍或10倍，這對(duì)于觀測(cè)微弱信號(hào)或看清波形某個(gè)局部的細(xì)節(jié)是很方便的。,833通用示波器的水平通道,示波器水平通道（X軸通道）的主要任務(wù)是產(chǎn)生隨時(shí)間線性變化的掃描電壓，再放大到足夠幅度，然后輸出推挽信號(hào)加到水平偏轉(zhuǎn)板，使光點(diǎn)

9、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。,水平系統(tǒng)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)源選擇,觸發(fā)源的選擇應(yīng)根據(jù)被測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)來確定，以保證熒光屏上顯示的被測(cè)波形的穩(wěn)定性。一般有3種類型的觸發(fā)源。 a.內(nèi)觸發(fā)（INT） b.外觸發(fā)（LINE） c.電源觸發(fā),觸發(fā)耦合方式,為了適應(yīng)不同的觸發(fā)信號(hào)頻率，示波器一般設(shè)有4種觸發(fā)耦合方式。 a.“DC”直流耦合 b.“AC”交流耦合 c.“LF REJ”低頻抑制耦

10、合 d.“HF REJ”高頻抑制耦合,掃描觸發(fā)方式選擇（TRIG MODE）,a. 常態(tài)（NORM）觸發(fā)方式 只有在有觸發(fā)源信號(hào)，并且產(chǎn)生了有效的觸發(fā)脈沖時(shí)，掃描電路才能被觸發(fā)，才能產(chǎn)生掃描鋸齒波電壓，熒光屏上才有掃描線。 b. 自動(dòng)（AUTO）觸發(fā)方式 掃描電路處于自激狀態(tài)，有連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出，熒光屏上顯示出掃描線。,觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平,在電路中設(shè)置這兩種控制方式，可任意選擇被顯示信號(hào)的起始點(diǎn)，便于對(duì)波形的觀測(cè)和比較。 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)。 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)放大整形電路,由于輸入到觸發(fā)電路的波形復(fù)雜，

11、頻率、幅度、極性都可能不同，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掃描信號(hào)發(fā)生電路,掃描方式選擇,示波器應(yīng)該既能連續(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)脈沖作用下才產(chǎn)生門控信號(hào)。,掃描門,a. 輸出時(shí)間準(zhǔn)確的矩形開關(guān)信號(hào)，又稱閘門信號(hào)，控制積分器掃描。 b. 由于閘門信號(hào)和掃描正程同時(shí)開始，同時(shí)結(jié)束，

12、可利用閘門信號(hào)作為增輝脈沖控制示波管，起正程加亮作用。 c. 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)。,積分器,比較和釋抑電路,比較電路利用比較、識(shí)別電平的功能來控制鋸齒波的幅度，它決定掃描的終止時(shí)刻，從而確定鋸齒波的幅度，使電路產(chǎn)生等幅掃描。由于它控制了掃描基線的長(zhǎng)度，也稱為掃描長(zhǎng)度電路。 釋抑電路則在掃描逆程開始后，關(guān)閉或稱抑制掃描閘門，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)，以便掃描電路恢復(fù)到掃描的起始電平上。,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

13、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)。 水平放大器的工作原理與垂直放大器類似，也是線性、寬帶多級(jí)直接耦合放大器，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)的直流電位也可使光跡產(chǎn)生水平位移。,834通用示波器的其它電路,1高、低壓電源 2Z軸增輝與調(diào)輝 3校準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器,835示波器的多波形顯示,在電子測(cè)量技術(shù)中，常常需要同時(shí)觀測(cè)幾個(gè)信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行測(cè)試和比較，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，常用的方法是多蹤示波和多線示波。 1多線示波 多線示波是利用多槍電子管來實(shí)現(xiàn)的。,2多蹤示波,雙蹤

14、示波器5種顯示方式,“Y1”通道（CH1） “Y2”通道（CH2） 疊加方式（CH1+CH2） 實(shí)現(xiàn)兩信號(hào)的“和”或“差”的功能。 交替方式（ALT） 斷續(xù)方式（CHOP）,8.4 取樣示波器,841概述 1 取樣的基本概念 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)的方法成為非實(shí)時(shí)取樣，或者稱為等效取樣。,2 取樣原理,欲觀察一個(gè)波形，可以把這個(gè)波形在示波器上連續(xù)顯示，也可以在這個(gè)波形上取很多的點(diǎn)，把連續(xù)波形變換成離散波形，只要取樣點(diǎn)數(shù)足夠多，顯示這些離散點(diǎn)也能夠反

15、映原波形的形狀。也就是說，既可以實(shí)時(shí)顯示被測(cè)波形，也可以非實(shí)時(shí)顯示被測(cè)波形。,842取樣示波器的工作原理,1取樣示波器的基本框圖,2取樣示波器的垂直通道,3取樣示波器的水平通道,4取樣示波器的主要參數(shù),取樣示波器的帶寬 取樣密度 等效掃速 掃描延遲時(shí)間,8.5 記憶示波器和存儲(chǔ)示波器,記憶示波器是利用記憶示波管組成的示波器，也稱CRT存貯。它的核心是記憶示波管。采用這種示波管，即使在斷電的情況下，亦可將波形記憶一周左右。示波管內(nèi)有兩種電子槍，一種是寫入槍，它與通用示波器的電子槍類似，另一種是讀出槍，又稱為泛射槍。 CRT存貯示波器的Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和時(shí)基掃描電路與通用示波器相同，它只是在通用示波器

16、的基礎(chǔ)上增加了記憶示波管及控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。,8.6 數(shù)字存儲(chǔ)示波器,861數(shù)字存儲(chǔ)示波器的性能特點(diǎn) 1可長(zhǎng)期存儲(chǔ)波形 2可進(jìn)行負(fù)延時(shí)觸發(fā) 3便于觀測(cè)單次過程和突發(fā)事件 4具有多種顯示方式 5便于數(shù)據(jù)分析和處理 6可用數(shù)字顯示測(cè)量結(jié)果 7具有多種方式輸出 8便于進(jìn)行功能擴(kuò)展,862數(shù)字存儲(chǔ)示波器的工作原理,863數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示方式,數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示方式靈活多樣，可適應(yīng)不同情況下波形觀測(cè)的需要。 1基本顯示方式 2抹跡顯示方式 3卷動(dòng)顯示方式 4顯示技術(shù)的改進(jìn),864數(shù)字存儲(chǔ)示波器的技術(shù)指標(biāo),1取樣速 2存儲(chǔ)帶寬 3測(cè)量分辨率 4存儲(chǔ)容量 5斷電存儲(chǔ)時(shí)間 6測(cè)量計(jì)算功能 7測(cè)量準(zhǔn)確度 8

17、觸發(fā)延遲范圍 9讀寫速度 10輸出信號(hào),8.7 示波器的基本測(cè)試技術(shù),871示波器的選擇 1根據(jù)要顯示信號(hào)數(shù)量，選擇單蹤或雙蹤示波器。 2根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率特點(diǎn)選擇示波器。 3根據(jù)被測(cè)信號(hào)的重現(xiàn)方式選擇示波器。 4根據(jù)被測(cè)信號(hào)是否含有交直流成分選擇示波器。 5根據(jù)被測(cè)信號(hào)測(cè)試重點(diǎn)選擇示波器。 6根據(jù)是否需存儲(chǔ)被測(cè)信號(hào)選擇示波器。,872示波器的正確使用,1使用注意事項(xiàng) 使用前必須檢查電網(wǎng)電壓是否與示波器要求的電源電壓一致。 通電后需預(yù)熱幾分鐘再調(diào)整各旋鈕。注意各旋鈕不要馬上旋在極限位置，應(yīng)先大致旋在中間位置，以便找到被測(cè)信號(hào)波形。 注意示波器的亮度不宜開得過亮，且亮點(diǎn)不宜長(zhǎng)期停留在固定位置，特

18、別是暫時(shí)不觀測(cè)波形時(shí)，更應(yīng)該將輝度調(diào)暗，以免縮短示波管的使用壽命。 輸入信號(hào)電壓的幅度應(yīng)控制在示波器的最大允許輸入電壓范圍。 示波器的探頭有的帶有衰減器，讀數(shù)時(shí)需注意。 示波器進(jìn)行定量測(cè)量時(shí)，一定要注意校準(zhǔn)。,2通用示波器面板和主要控鍵示意圖,3探頭的正確使用,由于示波器放大器的輸入阻抗不夠高，用它去測(cè)試電路時(shí)，會(huì)對(duì)被測(cè)電路造成影響，所以示波器一般使用探頭輸入。常見探頭為低電容高電阻探頭，它帶有金屬屏蔽層的塑料外殼，內(nèi)裝一個(gè)RC并聯(lián)電路，其一端接探針，另一端通過屏蔽電纜接到示波器的輸入端。,不同補(bǔ)償時(shí)的波形,873示波器測(cè)量電壓,1直流電壓的測(cè)量,2交流電壓的測(cè)量,874示波器測(cè)量時(shí)間和頻率,當(dāng)線性掃描時(shí)，若掃描電壓線性變化的速率和X放大器的電壓增益一定，那么掃描速度也為定值,示波管熒光屏的水平軸就是時(shí)間軸，這樣，可用示波器直接測(cè)量整個(gè)波形（或波形任何部分）的時(shí)間。,875示波器測(cè)量相位,相位的測(cè)量實(shí)際是指兩個(gè)同頻率的正弦信號(hào)之間的相位差的測(cè)量。 相位測(cè)量的原理是把一個(gè)完整的信號(hào)周期定為360，然后將兩個(gè)信號(hào)在X軸上時(shí)間差換成角度值。,李沙育圖形法測(cè)頻率或相位,李沙育圖形法測(cè)相位是利用示波器X和Y通道分別輸入被測(cè)信號(hào)和一個(gè)已知信號(hào)，調(diào)節(jié)已知信號(hào)的頻率使屏幕上出現(xiàn)穩(wěn)定的圖形，根