电子测量基础课件第7章

首先将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋
钮置于校准挡，否则电压读数不准确。
把被测信号送入示波器垂直输入端。
将示波器输入耦合开关置于“AC”输入 位置。
调节扫描速度，使显示的波形稳定。
调节垂直灵敏度开关，使荧光屏上的波 形位置适当，记下Dy值。
读出被测交流电压波峰和波谷的高度或 任意两点之间的高度h。
根据式（7.3）或（7.4）计算出交流电 压的峰-峰值。
例7.2 如图7.3所示，h =6cm、Dy =1V/cm、k =10:1，求交流信号的峰-峰值和
有效值。
(a)波形图
0.5 250
1
100
h
2V
mV 50
5
25
10
5
V/div
（b）垂直灵敏度开关位置
图 7.3测量交流电压示意图
解： 又式（7.4）可得交流信号的峰-峰 为
同时对电子束产生作用，使电子束在荧 光屏上扫描得到如图7.7所示的椭圆形的波形。
O
Ay
By
Ax
Bx
图7.7 椭圆法测相位差
相位差大小可按下式进行计算
arcsA iynarcsA ixn
By
Bx
（7.10）
式中 Ax：椭圆横轴与椭圆两个交点的
水平间距。
Ay：椭圆纵轴与椭圆两个交点的垂直间距。
这对观察和比较两个以上的信号时非常 方便。
3. 取样示波器
取样示波器采用取样技术，先将高频信 号转换为低频信号，再进行测量和观察。
4. 记忆示波器
这种示波器采用记忆示波管实现信息的 存储，它除了具有通用示波器的功能外，还 具有记忆功能。
5. 特种示波器
这种示波器具有特殊地用途，如矢量示 波器、高压示波器、心电示波器等。
Y输入 衰减器
②
射极 ① 跟随器
前置 放大器
③
延迟线
⑨ 末级 放大器 ⑩
X同步 内 ④ 触发
外
电路
X输入
X输 入电路
时基 ⑤ 扫描 发生器
⑥
⑦ 末级 放大器
⑧
Z轴 电路
图7.1 电子示波器的基本组成框图
YX G1
校正器 电源
7.2.2 示波器的主要技术性能
在正确选择和使用示波器之前，应了解以 下几种重要的性能指标。
1. 通用示波器
通用示波器采用单束示波管，是频带较 宽的示波器，常用的是双踪示波器。
通用示波器的使用较为广泛，可对一般 的电信号进行定性、定量地分析与测量。
2. 多束示波器
多束示波器采用多束示波管或单束示波 管通过电子开关进行切换。
前者称为多线示波器，后者成为多踪示 波器，均能同时在屏幕上观察两个以上的信 号波形。
幕上读到的上升时间。
3. 测量相位差
相位差是指两个同频信号的相位之差， 测量方法有线性扫描法、椭圆法等。
（1）线性扫描法
进行测量时，将两个信号分别接入双踪 示波器的两个输入端，
选用相位超前的信号作为内触发源，采 用交替显示或断续显示方式。
适当调节“Y”轴位移旋钮，使两个信号 的水平中心轴重合，如图7.6所示。
图 7.10 椭圆法测量调幅系数
7.3.2 示波器的选择和使用
1．根据被测信号选用合适的示波器 （1）根据要同时显示的信号数量，选择单踪
或双踪示波器。
（2）根据被测信号频率大小选择示波器。
如果被测信号变化较慢，频率较低，可 选用长余辉慢扫示波器。
当被测信号为高频信号或脉冲信号时，应 选用宽频带示波器或取样示波器。
逻辑示波器主要采用计算机软、硬件的 结合。
与通用示波器相比，具有多通道输入、 信号波形的存储，还可根据要求选择不同地 显示方式。
能够对信号进行时域分析，以及采用表 示状态的二进制、十六进制等方式显示。
7.2 电子示波器的基本原理
7.2.1 电子示波器的组成
电子示波器的基本组成框图如图7.1所示， 它由示波管、Y通道、X通道、幅度校正器、 扫描时间校正器以及电源等几部分组成。
而非电量可以转换为电量通过示波器进 行观察。
电子示波器是一种应用极为广泛的电子 测量仪器。
它可以用来观察信号波形、测量信号的 幅度、频率、时间、相位等。
还可以测量电路网络的频率特性和伏安特 性。
7.1.1 电子示波器的基本特点
电子示波器有一下基本特点： （1）输入阻抗高，对被测信号影响小，有较
（3）根据被测信号是否含有交流或直流成分 来选择示波器。
如被测信号中含有直流成分，应选用带 有多种输入耦合方式的示波器。
以后不再调制垂直位置旋钮。
调节垂直灵敏度开关至适当位置，将示 波器输入耦合开关拨至“DC”挡，观察此时 水平线的位置。
若位于零水平线上面，则被测直流电压为 正极性；若位于零水平线的下面，则被测直 流电压为负极性。
即确定出电压的极性。
读出被测电压水平线偏离零电平线的距
离h。
根据式（7.1）或（7.2）计算出直流电 压值。
（1）直线扫描法
该方法是将被测信号加到示波器Y轴输入 端，选择合适地垂直衰减和扫描速度，在荧 光屏上得到稳定地波形，如图7.8所示。
A
B
图 7.8 调幅波示意图
测出A、B的长度，代入下式得调幅系数
AB
ma
*10% 0
AB
(7.13)
（2）梯形法
采用梯形法测量调幅系数，示波器应工 作于X-Y方式，将调幅波和调制信号分别加至 示波器的X和Y轴输入端，在荧光屏上显示如 图7.9所示。
tAB xDx （7.5）
式中：tA-B表示同一信号中任意两点间 的时间间隔；x表示A与B的时间间隔在荧光屏 上水平方向所占的距离；Dx表示示波器的扫
描速度。
若A、B两点分别为脉冲信号的前后沿中 心，如图7.4（b）图所示。
则所测时间为脉冲宽度。
若采用双踪示波器，如图7.4（c）所示， 可测量两个信号的时间差。
强的过载能力，测量灵敏度高。
（2）可显示信号波形、测量信号瞬时值。
（3）工作速度快、频带宽，便于观察高速变 化的信号。
（4）可显示任意两个信号的电压或电流的函 数关系，故可作为信号的X-Y记录仪。
7.1.2 电子示波器的分类
电子示波器种类繁多、门类齐全，按性 能和结构特点进行分类，可分为以下几类。
求出频率 f=1/T=1/ x*Dx 。
（2）李沙育图形法
李沙育图形法测量频率时，应使示波器工作 于X-Y方式。
将一个频率已知的信号与被测的信号同 时输入到示波器的两个输入端，调节已知信 号的频率，使荧光屏上得到李沙育图形，利 用该图形可测出被测信号的频率。
李沙育图形存在以下关系：
fy NH
Bx：两个垂直线与椭圆切点的水平间的
距离。
By：两个水平线与椭圆切点的垂直间的
距离。
4．测量频率 频率的测量有周期法、李沙育图形法等。
（1）周期法
根据周期与频率的关系，可先测出周期 然后再换算出频率。
根据式（7.5），取A和B的间距恰好为一
个信号的周期，求出周期T=tA-B =x・Dx,而
UP-P ＝ h*Dy*k ＝6*1*10＝60V
交流信号的有效值为
VUPP 6V 042 .4V 3
2
2
2．测量时间
示波器对被测信号进行线性扫描时，一 般情况下扫描电压线性变化和X放大器的电压 增益一定，则扫描速度也为定值。
那么，用示波器可直接测量整个信号波 形持续的时间。
（1）测量信号波形任意两点间的时间间隔
t1=x1*Dx
(7.6)
下降时间为：
t2=x2*Dx
(7.7)
一般情况下，应注意示波器的垂直通道 本身存在固有的上升时间，这将对测量结果 有影响，故应该对测量结果进行修正。
因为屏幕上测得上升时间包含了示 波器本身存在的上升时间，可按下式进 行修正
tr trx2 tr02
(7.8)
式中：tr表示被测脉冲的实际上升时间； tr0为示波器本身固有的上升时间；trx为屏
6. 数字存储示波器
数字存储示波器是最近10多年来发展而 来的新型示波器。
它借助于现代计算机技术和大规模集成电 路实现对信号的存储。
它能将捕捉到的信号经A/D转换后进行数 字化，然后写入存储器。
如需要读出，再经D/A转换还原成模拟信 号，在示波管上显示出来。
7. 逻辑示波器（逻辑分析仪）
用上升时间和下降时间来表示。
瞬态响应指标在相当大的程度上反映了 示波器所能观测的脉冲信号的最小宽度。
7.3 通用电子示波器的 基本测量方法
7.3.1 示波器的运用
示波器可以直接在屏幕上观察到被测信 号的波形，可以测量的信号参数比较多。
通常可以用来测量信号的幅度、周期、 相位、频率和调幅系数等。
在测量时，输入阻抗越大，示波器对测 量电路的影响就越小。
4．扫描速率
扫描速率指光点水平移动地速度，一般
用cm/s或div/s（格/秒）来表示。
扫描速度越快，表明示波器能够展开高 频信号或窄脉冲信号波形的能力越强。
5．示波器的瞬态响应
瞬态响应指示波器的垂直系统电路在方
波脉冲输入信号作用下的过渡特性，一般可
例7.1 如图7.2所示，h =5cm、Dy
=1V/cm、k =10:1，求被测直流电压的值。
(a)波形图
0.5 250
1
100
2V
mV 50
5
25
10
5
V/div
（b）垂直灵敏度开关位置
图 7.2 测量直流电压示意图
解： 又式（7.2）可得
UDC＝h*Dy*k＝5*1*10＝50V
（2）交流电压的测量方法
fx
NV
(7.11)
式中：fx、fy分别为两个输入信号的频 率；NH、NV分别为水平线、垂直线与李沙育
图形的交点数。
实际上，垂直线或水平线与李沙育图形
的切点数N′V或N′H也与输入信号的频率成
正比，即
fy NH NH fx NV NV
（7.12）
5．测量调幅系数
调幅系数的测量，常见的测量方法有直 线扫描法、梯形图法和椭圆法等。
第7章 电子示波器
7.1 7.2 7.3
7.4 7.5
概述 电子示波器的基本原理 通用电子示波器的基本
测量方法 取样示波器 数字存储示波器
7.1 概述
电子示波器是一种用显示屏（即荧光屏） 显示信号波形随时间变化过程的电子测量仪 器。
能将人眼无法直接观察到的电信号以波 形的形式显示在示波器显示屏上。
1．频率响应
示波器的频率响应也称频带宽度，指示 波器 垂直偏转通道（Y方向）对正弦波的幅 频响应下降到中心频率的时的频率响应。
2．偏转灵敏度
偏转灵敏度是指示波器能够分辨的最小 信号幅度和输入信号的动态范围。
其单位一般用cm/V、cm/mV或div/V（格/
伏）。
3．输入阻抗
输入阻抗指示波器输入端对地的电阻和 电容并联阻抗。
（2）测量脉冲上升时间
因为示波器的Y轴放大器内安装了延迟线， 如采用内触发方式,则可测量脉冲波形的上升 时间或下降时间。
测量方法是读出波形幅度在10％-90％范 围内的前沿或后沿。
如图7.5所示。
100% 90%
10% 0
x1
x2
图 7.5 测量脉冲上升或下降时间
由式（7.5）可得上升时间为：
AB
U1(t) C
u2(t)
图7.6 直线扫描法测量相位差
测出AB和AC的长度，代入下式得相位差 为
AB*3600
AC
(7.9)
式中AB和AC的单位为cm或div；为两个信
号的相位差。
（2）椭圆法
当两个正弦信号分别加到示波器的X和Y 输入端时，两个信号同时在示波器的X和Y偏 转板间产生电场。
1．测量电压
用示波器测量电压主要包括直流电压的 测量和交流电压的测量。
（1）直流电压的测量方法
首先将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋 钮置于校准挡，否则电压读数不准确。
把被测信号送入示波器垂直输入端。
将示波器输入耦合开关置于“GND”地输 入位置，调节垂直位移旋钮，使屏幕上的扫 描线（零电平线）移到荧光屏的中间位置， 即确定零电平线。
用示波器测量同一信号中任意两点A与B的时 间间隔，如图7.4（a）所示。
x
A
B
x
A
B
x A
B
（a）测量信号的时间差 （b）脉冲信号宽度的测量 （c）两个信号的时间差
图 7.4 测量时间间隔示意图
其测量方法与测量电压的方法类似，它 们的区别在于测量时间要着眼于时间轴。
被测交流信号的A、B两点间的时间间隔 为:
测出A、B的长度，利用式（7.13）计算 即可。
B
A
图7.9梯形法测量调幅系数
（3）椭圆法
该方法是将被测信号用RC电路移相后加
到示波器X-Y方式下的X和Y输入端，得到如图 7.10所示的图形，测出A、B的长度，利用式 （7.13）计算即可。
+
+
R
X
uAM(t)
-
C
Y
-
+
（a）
A B
（b）