第6章示波器-电子测量
电子测量与仪器课后习题解答
参考答案第一章习题解答1.1 解：测量是人类认识和改造世界的一种重要手段。
测量是通过实验方法对客观事物取得定量数据的过程。
其实测量和我们每个人都有着密切的联系，人们或多或少都对它有一定的了解。
关于测量的科学定义，可以从狭义和广义两个方面进行阐述。
狭义而言，测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。
在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。
广义而言，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。
例如，故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。
电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。
它是测量学和电子学互相结合的产物；也是在科学研究、生产和控制中，人们为了对被测对象所包含的信息进行定性分析、定量掌握所采取的一系列电子技术措施；是分析事物，做出有关判断和决策的依据。
在电子测量过程中，以电子技术理论为依据，以电子测量仪器为手段，对各种电量、电信号、电路特性和元器件参数进行测量，还可以通过传感器对各种非电量进行测量。
严格地讲，电子测量是指利用电子技术对电子学中有关物理量所进行的测量。
1.2 解：电子测量的范围十分广泛，从狭义上来看，对电子学中电的量值的测量是最基本、最直接的电子测量，其内容有以下几个方面：(1)电能量的测量，如测量电流、电压、功率等。
(2)电子元件和电路参数的测量，如测量电阻、电容、电感、品质因数及电子器件的其他参数等。
(3)电信号的特性和质量的测量，如测量信号的波形、频谱、调制度、失真度、信噪比等。
(4)基本电子电路特性的测量，如测量滤波器的截止频率和衰减特性等。
(5)特性曲线的测量，如测量放大器幅频特性曲线与相频特性曲线等。
1.3 解：精密度(δ)说明仪表指示值的分散性，表示在同一测量条件下对同一被测量进行多次测量时，得到的测量结果的分散程度。
电子信号的观察与测量
电子信号的观察与测量在电子学中，电子信号是指电子设备中传输和处理信息的电流、电压或电场强度的变化。
电子信号可以分为模拟信号和数字信号两种类型。
模拟信号是连续变化的信号，可以表示为连续的波形，例如声音、光线的强度等。
数字信号是离散的信号，只能取有限个特定的离散值，例如计算机中的二进制信号。
观察和测量电子信号的主要工具包括示波器、频谱分析仪、信号发生器等。
下面将详细介绍这些工具和观察测量电子信号的方法。
示波器是用来观察和测量电子信号波形的仪器。
它将电子信号转换成可见的波形图像，以便人们观察和分析。
示波器的工作原理是通过控制电子束在屏幕上绘制出信号的波形。
示波器可以显示信号的振幅、频率、相位、周期、上升时间、下降时间等参数。
示波器的使用可以帮助我们观察到电子信号的不稳定性、干扰、噪声等问题。
频谱分析仪是用来测量电子信号频谱特性的仪器。
它可以将一个复杂的信号分解成不同频率的成分，并显示在频谱图上。
频谱分析仪可以帮助我们观察到信号的频谱分布、频率分量、谐波、杂散等特性。
频谱分析仪在研究和设计通信系统、音频系统、无线电等领域中广泛应用。
信号发生器是用来产生特定频率、振幅、波形和模式的电子信号的仪器。
它可以模拟不同类型的信号，例如正弦信号、方波信号、脉冲信号等。
信号发生器可以帮助我们生成标准的测试信号，用于测试和校准其他电子设备和电路。
在观察和测量电子信号时首先，选择合适的测量设备和工具。
根据所要测量的信号类型和参数，选择适合的示波器、频谱分析仪、信号发生器等设备。
同时，需要根据测量范围、精度、带宽和采样率等要求进行选择。
其次，进行准确的测量配置。
在测量过程中，需要正确连接电路和设备，并设置合适的测量参数。
例如，选择合适的电压和时间刻度、触发方式和触发电平等。
最后，对测量结果进行分析和评估。
观察和测量到的信号波形、频谱图等结果需要进行分析和评估，以便了解信号的特性、性能和问题。
总之，电子信号的观察与测量在电子学领域中起着关键作用。
示波器测量原理
示波器测量原理
示波器是一种用于测量电压信号波形的仪器。
它的工作原理基于振动的物理原理。
示波器的基本构成包括垂直放大器、水平放大器、扫描系统、触发器和显示系统。
垂直放大器负责对输入的电压信号进行放大，使其能够在显示系统上显示出来。
水平放大器负责对时间轴进行放大，以便观察波形的快慢变化。
扫描系统负责水平方向上的扫描，使波形能够在显示屏上连续显示出来。
触发器用于控制波形的稳定显示，确保波形具有连续性和稳定性。
当电压信号输入示波器后，垂直放大器对其进行放大，然后通过水平放大器进行时间轴的放大，得到一个具有一定幅度的电压波形。
扫描系统以一定的速率扫描时间轴，将得到的电压波形转化为屏幕上的图形。
同时，触发器通过检测电压信号的特定条件，如上升沿或下降沿，来控制波形的显示方式，以保证波形的稳定显示。
在示波器的显示系统上，通过操作旋钮和按钮，用户可以调整垂直放大倍数、水平放大倍数、扫描速率等参数，以获得所需的波形显示效果。
此外，示波器还具有一些附加功能，如触发电平调节、电压测量等。
总体来说，示波器测量原理就是通过放大、扫描和触发等操作，将输入的电压信号转化为屏幕上的波形图形，以便用户观察和
分析电压信号的特性。
它在电子工程、通信技术等领域中具有广泛的应用。
电子学中重要的测量仪器-电子示波器的简介
在屏幕上 出现一个不动 的亮点， 避免该点因荧光粉 过热而逐渐 了高增益 放大器 ， 灵敏度一般可达 毫伏甚至微伏 量级 ， 且过 载
失去发光性能 ， 影响示波管的使用寿命。 以必要 的辅助电路组成 。 成正比的水平位 移， 即形成所谓 时间基线 ， 以便把 随时间变化 能力也强 。 （ ５ ） 多功能。 配以一定 的辅助电路或变 换器 ， 可以测量 示波器 的应用极为广泛 ， 它不但能观察 电压和 电流波形 ， （ 或相位差 ） 、 功率 、 阻抗以及 已调波的参数等等 。 此 外， 配 以 （ ２ ） 扫描系统 ： 通常是 由一个锯齿波 电压发生器为主体再辅 各 种 电量 或 非 电量 。
发 生偏转 ， 当电子束 到达 荧光 屏时将形 成一个 偏离 中心的亮 示波器等 五类 。 示波器在测 量中应 用极为广泛 ，由于 电子 的惯 点， 其偏离大小和方向受二块偏转板间的电位 差控制 。 性很小， 光斑在荧光屏上的运 动能准确地反映极板 上电压 的微 ３ ）荧光 屏： 它 是在玻壳 圆平面 的内层涂 有荧光 粉而制成 小的或迅 速的变化 ， 这对于研 究各种电信号电压 的变化情况是 的。 由于采 用荧光粉材料 不同， 产生 的荧光颜 色和余辉 时间也 很方便的。 它几乎可 以测 量所有 的电参 量， 而且可 以通 过适 当 就不 同， 一般示 波管 都选用人眼最敏感 的黄、 绿、 蓝三色 。 所谓 的变 换 器 测 量 各 种 非 电量 。 余辉 时 问， 就是指 电子束停止轰击后 ， 光点在荧光屏上 的残 留 正因为电子示波器具有下述 的几大优点 ， 因而使得它获得 时间。 根据 残留时间的长短 ， 可分为长余辉 （ ｉ ０ ０ 毫秒～１ 秒） 、 中 了极 为广泛的应用。 （ １ ） 能直 观地显示被测量 的信号波形 ， 现代 余辉 （ １ ０ 毫秒～１ ０ ０ 毫秒） 和短余辉 （ ｉ ０ 微 秒～１ ０ 毫秒） 三种。 通常 的示波器 甚至 可以用数字显示出被测信号波形的各种参 数。 （ ２ ） 绿色 大都为中余 辉管， 宜于肉眼观察。 蓝色大都为短余辉 管， 宜 工作频带宽。由于电子的荷质 比很大， 所 以电子束的惯性小， 速
第六章信号显示与测量
TEK DPO4104
开发的DPO样机
示波器最新产品
泰克—混合域示波器（MDO4000系列）
MDO4000系列混合域示波器是由美国泰克公司2011年9月推 出的世界首创也是唯一的集数字荧光示波器、频谱分析仪 、逻辑分析仪、总线协议分析仪、调制域分析仪五种仪器 功能于一身的跨域分析示波器。
数字示波器测出的上升时间与取样点的位臵 有关（见图6-22）
数字示波器测出的上升时间与扫速也有关（见表6-5）。 因数字示波器的实际取样率随扫速下降而下降，因此 测上升沿的误差也随扫速下降而增加。表6-5为TDS520B数 字示波器在改变时基因数时测量某波形的上升时间值。
由表可见，不同时基因数时测得的上升时间值相差甚 远，因此，使用数字示波器时不能根据测出的波形上升时间 的值来反推信号的上升时间。
垂直输入电路包括输入衰减器、前臵放大器，对各种幅度 的被测信号进行衰减或放大。 垂直末级放大器对信号进一步放大，以满足Y偏转板的要求。 触发电路产生触发脉冲启动时基发生器工作。
时基发生器是扫描电路的核心，由它产生扫描电压。
水平末级放大器对扫描电压进行放大，以满足X偏转板的要 求。
Z电路控制荧光屏显示的亮暗程度
延迟级是为了能在屏幕上观测到被测信号的起始部分，因 为水平通道的延迟时间比垂直通道的延迟时间要长，所以要 在Y通道加一延迟级以推迟被测信号到达Y偏转板的时间。 图6-3(b)为电路各点的波形。
模拟示波器的主要技术指标:
(1)Y通道的带宽和上升时间 高端 Y通道的 频率 带宽
BW f h f l
1998年，TEK公司推出了数字荧光示波器（DPO）
3.示波器的分类
(1)通用示波器
模拟示波器 数字示波器 数字存储示波器-DSO, 数字荧光示波器-DPO 取样示波器 采用取样技术将高频周期信号转化为低频信号. (2)特种示波器
实验电子示波器的原理和使用实验
实验电子示波器的原理和使用实验实验电子示波器的原理和使用实验示波器是一种综合性的电信号测试仪器，它能把眼睛看不见的电信号转换成能直接观察的波形，展现于显示屏上。
示波器实际上是一种时域测量仪器，用来观察信号随时间的变化关系，可用来测量电信号波形的形状、幅度、频率和相位等。
凡是能转化为电信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观察。
示波器种类很多，有通用示波器、多踪示波器、数字示波器等。
用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差，数字示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。
因此学习使用示波器在物理实验中具有非常重要的地位。
本实验以电子示波器为例介绍示波器的原理和使用。
【实验目的】1.了解示波器的工作原理，熟悉示波器和信号发生器的基本使用方法。
2.学会用示波器观察电信号的波形。
3.通过观察利萨如图形，学会一种测量正弦波信号频率的方法，并加深对互相垂直振动合成理论的理解。
4.研究用辉度调制法测定频率的方法。
【实验原理】不论何种型号和规格的示波器都包括了如图1所示的几个基本组成部分:示波管(又YX称阴极射线管)、垂直放大电路(放大)、水平放大电路(放大)、扫描信号发生电路(锯齿波发生器)、自检标准信号发生电路(自检信号)、触发同步电路、电源等。
图1 示波器的基本结构简图1.示波管的工作原理X一、电子示波管:如图2所示，它是个喇叭状的大电子管，管内包含有电子枪、和Y轴偏转板、荧光屏等三部分。
电子枪发射电子束射到荧光屏上，使荧光屏上的荧光物质膜受激发光，显示一个光点，光点的亮度依电子流的速度和密度而变化，受电子枪控制器控制。
在电子束的通道旁装有两对相互垂直的平行板，当它们加有电压时，每对平行板之间就有相应的电场，使电子流受电场力作用而偏转，其中一对能使电子束沿水平方向偏转，称为轴偏转板;另一对平行板能使电子束沿竖直方向偏转，称为轴偏转板。
电子束XY偏转大小(荧光屏上光点移动大小)和偏转板电压大小成正比;当两对偏转板上所加的是随时间变化的电压时，电子束将同时按两种电压变化规律偏转，荧光屏上的光点相应地形成两种运动迭加的图像，这就是示波管的原理。
第6章时域测量
第6章 时域测量
2．通用示波器旳选用原则
上升时间tx=0
BW=100MHz
tr
0.35 BW
tr=0.35/100=3.5ns tx=10ns
屏幕上看到旳上升时间trx为 trx tx2 tr2
则被测信号旳上升时间
tx tr2x tr2
第6章 时域测量
trx trx tr
第6章 时域测量
6．3．2 显示两个变量之间旳关系
第6章 时域测量
图6．11 用示波器显示射极输出器旳跟随特征
第6章 时域测量
6. 6.4
4.
1 通 用 示 波 器 旳 构 成
通用电子示波器
第6章 时域测量
❖ 6．4．2 示波器旳Y(垂直)通道 ❖ 垂直通道旳任务是检测被观察旳信号，并将
它无失真或失真很小地传播到示波管旳垂直 偏转极板Y上。同步，为了与水平偏转系统配 合工作，要将被测信号进行一定旳延迟。为 了完毕上述任务，垂直偏转系统由探头、输 入衰减器、Y前置放大器、延迟线和Y输出放 大器构成。
第6章 时域测量
第6章 时域测量
❖ 6.1 时域测量引论 ❖ 6.2 示 波 管 ❖ 6.3 波形显示原理 ❖ 6.4 通用电子示波器 ❖ 6.5 取样技术在示波器中旳应用 ❖ 6.6 数字示波器
第6章 时域测量
6.1 时域测量引论
6.1.1电子示波器旳功用 ❖ 电子示波器简称示波器。它是
一种用荧光屏显示电量随时间变化 过程旳电子测量仪器。它能把人旳肉眼无法直接观察 旳电信号，转换成人眼能够看到旳波形，详细显示在 示波屏幕上，以便对电信号进行定性和定量观察，其 他非电物理量亦可经转换成为电量使用示波器进行观 察，示波器是一种广泛应用旳电子测量仪器，它普遍 地应用于国防、科研、学校以及工、农、商业等各个 领域。
电子测量复习提纲
《电子测量技术》复习提纲试卷类型：一、填空题：30%;二、单项选择题：10％；三、判断题：10％；四、问答题：25%;五、计算题：25％。
复习要求：第一章：1、掌握电子测量的特点和一般方法（偏差、零位、微差）。
特点：（1）测量频率范围宽（2）测量量程宽（3）测量准确度高低相差悬殊(4）测量速度快（5）可以进行遥测（6）易于实现测试智能化和测试自动化（7）影响因素众多,误差处理复杂一般方法：直接、间接、组合.时域、频域、数据域、随机。
2、掌握测量仪表的主要性能指标和计量的基本概念.性能指标：（1）精度：精密度、正确度、准确度(2）稳定性：稳定度、影响量（3）输入阻抗（4）灵敏度（5）线性度（6）动态特性计量的基本概念：计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量.单位制:任何测量都要有一个统一的体现计量单位的量作为标准，这样的量称为计量标准。
计量基准:1、主基准2、副基准3、工作基准例题：1。
7 设某待测量的真值为土10．00，用不同的方法和仪器得到下列三组测量数据。
试用精密度、正确度和准确度说明三组测量结果的特点：①10.10，l0。
07,10.l2，l0。
06,l0。
07，l0.12,10.11，10。
08，l0。
09，10。
11；②9。
59，9.7l，1 0。
68，l0.42,10。
33，9.60,9.80，l0.21，9.98，l0.38; ③10.05，l0.04，9。
98，9。
99,l0.00，10.02，10.0l，999，9。
97,9。
99。
答:①精密欠正确；②准确度低；③准确度高。
1.15 解释名词:①计量基准；②主基准；③副基准;④工作基准. 答：①用当代最先进的科学技术和工艺水平，以最高的准确度和稳定性建立起来的专门用以规定、保持和复现物理量计量单位的特殊量具或仪器装置等。
②主基准也称作原始基准，是用来复现和保存计量单位,具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具，经国家鉴定批准，作为统一全国计量单位量值的最高依据。
《电子测量技术》课程标准(电子信息技术专业)
《电子测量技术》课程标准课程名称：电子测量技术 Electronic Measurement Technology课程性质：专业选修学分：2.5总学时：45，理论学时：36，实验(上机)学时：9适用专业：电子信息技术先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、微机原理一、教学目的与要求《电子测量技术》是电子信息、自动控制、测量仪器等专业的通用技术基础课程。
包括电子测量的基本原理、测量误差分析和实际应用，主要电子仪器的工作原理，性能指标，电参数的测试方法，该领域的最新发展等。
电子测量技术综合应用了电子、计算机、通信、控制等技术。
通过本课程的学习，培养学生具有电子测量技术和仪器方面的基础知识和应用能力；通过本课程的学习，可开拓学生思路，培养综合应用知识能力和实践能力；培养学生严肃认真，求实求真的科学作风，为后续课程的学习和从事研发工作打下基础。
二、教学内容与学时分配三、各章节主要知识点与教学要求第1章序论第一节测量的基本概念一、测量的定义二、测量的意义三、测量技术第二节计量的基本概念一、计量二、单位和单位制三、计量标准四、测量标准的传递第三节电子测量技术的内容，特点和方法一、电子测量二、电子测量的内容和特点三、电子测量的一般方法第四节电子测量的基本技术一、电子测量的变换技术二、电子测量的放大技术三、电子测量的比较技术四、电子测量的处理技术五、电子测量的显示技术第五节本课程的任务重点：测量的基本概念、基本要素；单位和单位制，基准和标准，量值的传递准则。
难点：量值的传递准则教学要求：理解测量的基本概念、基本要素，测量误差的基本概念和计算方法。
理解计量的基本概念，单位和单位制，基准和标准，量值的传递准则。
理解测量的基本原理，信息获取原理和量值比较原理。
理解电子测量的实现原理：变换、比较、处理、显示技术。
第2章测量误差理论与数据处理第一节测量误差的基本概念一、有关误差的基本概念二、测量误差的基本表示方法第二节测量误差的来源与分类一、测量误差的来源二、测量误差的分类第三节测量误差的分析与处理一、随机误差的分析与处理二、系统误差的判断及消除方法三、粗大误差的分析与处理第四节测量误差的合成与分配一、测量误差的合成二、测量测量不确定度及其合成三、误差分配及最佳测量方案第五节测量数据处理一、有效数字处理二、测量结果的处理三、最小二乘法与回归分析重点：测量误差的分类估计和处理，系统误差和粗大误差的判断及处理，不确定度的评定方法。
示波器的使用
示波器的使用一、概述电子电子示波器又称阴极射线示波器，是一种利用阴极射线管作为显示器的电子图示测量仪表。
电子示波器能把原来非常抽象的看不见的电压变化过程，变换成在屏幕上能看见的真实图像，因此电子示波器被广泛用来捕获、显示和分析各种电信号的波形和瞬变过程。
电子示波器是调试、检验、修理和制作各种电子仪表设备时所不可缺少的工具，随着各种换能技术的应用与发展，己使得温度、压力、振动、速度、声、光、磁等非电量的物理量可以转换为便以观察、记录和测量，并以电子信号形式显示在电子示波器的屏幕上。
电子示波器可根据技术指标、示波管类型和测量用途进行分类和设计。
常用的有普通型示波器【如SB-10型】、多用示波器【如SBM-10型、SBM-14型】、双踪示波器【如SR8型、SBE-7型】和取样示波器【如SQ-6型、SQ-12 型】等。
为了能正确地地使用与维修电子示波器，必须了解它的基本结构，图1 为示波器的典型结构方框图，其各组成部分大体如下。
图1【这张图我是用Word2003画的】1．示波管用来显示表示X 轴和Y 轴的输入信号之间的函数关系的图形。
2．X 轴和Y 轴放大器用来放大输入的被检测信号电压，使加到示波管偏转系统上的电压得到足够的增益。
3．X 轴和Y 轴衰减器通过分压比固定的衰减器，使输入的被检测信号电压，转换为振幅适当的电压加到X 轴或Y 轴放大器，以扩展信号电压的测量范围。
4．扫描信号发生器扫描信号发生器产生的锯齿波是一种线性的时间函数信号，当观测各种信号的波形时，锯齿波信号输入到X 轴放大器，使示波管的电子束在屏幕水平轴向产生均匀的时间基线【简称“时基” 】，以使研究周期性变化电信号的幅度A 随时间t 而变化的特性。
5．同步触发放大器用来放大和控制取自示波器Y 轴及放大器的“内”部信号电压，或者50Hz 的交流电压，或者“外”接信号电压，并注入扫描信号发生器，使锯齿波信号和同步触发信号之间不但有整倍数的频率比，并且保持不变的相对关系，以便示波器显示出稳定的波形。
示波器的原理和使用方法
示波器的原理和使用方法在数字电路实验中，需要使用若干仪器、仪表观察实验现象和结果。
常用的电子测量仪器有万用表、逻辑笔、普通示波器、存储示波器、逻辑分析仪等。
万用表和逻辑笔使用方法比较简单，而逻辑分析仪和存储示波器目前在数字电路教学实验中应用还不十分普遍。
示波器是一种使用非常广泛，且使用相对复杂的仪器。
本章从使用的角度介绍一下示波器的原理和使用方法。
1 示波器工作原理示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。
它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。
示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。
1．1 示波管阴极射线管(CRT)简称示波管，是示波器的核心。
它将电信号转换为光信号。
正如图1所示，电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内，构成了一个完整的示波管。
图1 示波管的内部结构和供电图示1．荧光屏现在的示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。
在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。
高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点。
铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度。
铝膜还有散热等其他作用。
当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。
亮点辉度下降到原始值的10％所经过的时间叫做“余辉时间”。
余辉时间短于10μs为极短余辉，10μs—1ms为短余辉，1ms—0．1s为中余辉，0．1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉。
一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。
由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光。
一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛。
2．电子枪及聚焦电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。
示波器的测量方法
3.5.2 示波器的正确使用
首先要认真阅读示波器的技术说明书，掌握其使用 方法，熟悉各旋钮、按键的功能。 使用示波器之前，要仔细检查旋钮、开关、电源线 有无损坏，发现问题即时修理或换新。 使用示波器时，“辉度”旋钮不宜开得过亮，不能 使光点长期停留在荧光屏一处，因为高速的电子束轰 击荧光屏时，只有少部分能量转化为光能，大部分则 变成热能。所以不应当使亮点长时间停留在一点上， 以免烧坏荧光粉而形成斑点。
3.6.2 示波器的正确使用（续）
（2）X轴通道：包括时基因数、工作方式、触发方式、 耦合方式及外触发最大输入电压等。 （3）主机：包括显示尺寸、后加速阳极电压、校准信 号等。 通用示波器的面板示意图
3.6.2 示波器的正确使用（续）
3.几点操作注意事项
（1）用光点聚焦，不用扫描线聚焦。光点细小，显示 图形分辨力高，测量准确。辉度调暗些，使亮点尽量小， 利于提高分辨力，对荧光屏也有保护作用。 （2）充分利用“灵敏度”、“扫描速度”、衰减探头、 “倍乘”、“扩展”等旋纽，使波形大小适中。 （3）“灵敏度”、“扫描速度”应校准，以便定量测 量。 （4）注意扫描稳定度、触发电平、触发极性等旋纽的 配合调节。扫描稳定度调节扫描电路的触发灵敏度，通 常应调节在约低于连续扫描临界状态，可获得最大触发 灵敏度，利于扫描同步；调触发电平选择合适的起扫时 刻；而触发极性对应于被测信号的前后沿问题。在测脉
3.6.1 示波器的选用
根据被测信号的特点来选择示波器。
（1）根据要显示的信号数量，选择单踪或双踪示波器。 （2）根据被测信号的频率特点，选择示波器频带、余辉 时间，以及是否选用取样示波器。 （3）根据被测信号的重现方式，选择是否用记忆存储示 波器。 （4）根据被测信号是否含有交直流成分选择。 （5）根据被测信号的测试重点选择。
第六章相位差测量(修改版)
它是测量长时间内相位差的平均值，不能测出“瞬时”相位 差，且由于电流本身误差及读数误差都较大，所以这种相位 差计测量误差也比较大，约为±（1~3）%。这些又都是模 拟直读相位计的缺点。
模拟式直读相位计各点波形图
1 .1
△T
s in( x)
A s in( x 0 .5)
B
C
D
T
1 .1
0 x
△T
二、椭圆法
椭圆法定义：
若频率相同的两个正弦量信号分别接入示波器的X通道 和Y通达，一般情况下示波器荧光屏上显示的李沙育图 形为椭圆，而椭圆的形状和两个信号的相位差有关，基 于此点用来测量相位差的方法称为椭圆法。 一般情况下u1加于Y通道，u2加于X通道。则光点沿垂 直和水平的瞬时位移量y和x分别为
第六 章 相 位 差 测 量
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 小结 习题 概述 用示波器测量相位差 相位差转换为时间间隔进行测量 相位差转换为电压进行测量 零示法测量相位差 测量范围的扩展
6.1 概述
• 振幅、频率和相位是描述正弦交流电的三个“要素”。 以电压为例，其函数关系为：
u U m sint 0 0 为初相位。 为角频率； 式中 U m 为电压振幅；
设定为A 组
§6.4
示波器的使用实验报告
实验一通用模拟与数字双踪示波器的使用及测量一、实验目的和要求1．根据已学的示波器理论知识学习正确使用通用双踪示波器，并利用示波器进行各种电信号的测量，熟练掌握模拟示波器的使用。
2．学习数字式通用示波器的使用，了解其在测量上的强大功能，并与模拟示波器进行比较，体会各自在测量上的特点。
3．认真按实验内容的要求进行实验，记录有关的数据和波形，回答实验内容中提出的有关问题，并按时提交实验报告。
二、实验原理在时域信号测量中，电子示波器无疑是最具代表性的典型测量仪器。
它可以精确复现作为时间函数的电压波形（横轴为时间轴，纵轴为幅度轴），不仅可以观察相对于时间的连续信号，也可以观察某一时刻的瞬间信号，这是电压表所做不到的。
我们不仅可以从示波器上观察电压的波形，也可以读出电压信号的幅度、频率及相位等参数。
电子示波器是利用随电信号的变化而偏转的电子束不断轰击荧光屏而显示波形的，如果在示波管的X偏转板（水平偏转板）上加一随时间作线性变化的时基信号，在Y偏转板（垂直偏转板）加上要观测的电信号，示波器的荧光屏上便能显示出所要观测的电信号的时间波形。
若水平偏转板上无扫描信号，则从荧光屏上什么也看不见或只能看到一条垂直的直线。
因此，只有当X偏转板加上锯齿电压后才有可能将波形展开，看到信号的时间波形。
一般说来，Y偏转板上所加的待观测信号的周期与X偏转板上所加的扫描锯齿电压的周期是不相同的，也不一定是整数倍，因而每次扫描的起点对待观测信号来说将不固定，则显示波形便会不断向左或向右移动，波形将一片模糊。
这就有一个同步问题，即怎样使每次扫描都在待观测信号不同周期的相同相位点开始。
近代电子示波器通常是采用等待触发扫描的工作方式来实现同步的。
只要选择不同的触发电平和极性，扫描便可稳定在待观测信号的某一相应相位点开始，从而使显示波形稳定、清晰。
在现代电子示波器中，为了便于同时观测两个信号（如比较两个信号的相位关系），采用了双踪显示的办法，即在荧光屏上可以同时有两条光迹出现，这样，两个待测的信号便可同时显示在荧光屏上，双踪显示时，有交替、断续两种工作方式。
用示波器测量信号的电压及频率
用示波器测量信号的电压及频率长江大学马天宝应物1203班1、示波器和使用示波器是一种应用十分广泛的电子测量仪器。
用它不仅能直接观察电信号随时间变化的图形（波形），测量电信号的幅度、周期、频率、相位等，而且配合相应的传感器，还可以观测各种可以转化为电学量的非电量。
【实验目的】1．了解示波器的大致结构和工作原理。
2．学习低频信号发生器和双踪示波器的使用方法。
3．使用示波器观察电信号的波形，测量电信号的电压和频率。
【实验原理】一、示波器原理1．示波器的基本结构示波器的种类很多，但其基本原理和基本结构大致相同，主要由示波管、电子放大系统、扫描触发系统、电源等几部分组成，如图4.9-1所示。
（1）示波管示波管又称阴极射线管，简称CRT，其基本结构如图4.9-2所示，主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分。
电子枪：由灯丝、阳极、控制栅极、第一阳极、第二阳极五部分组成。
灯丝通电后，加热阴极。
阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，被加热后发射电子。
控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒，套在阴极外面，它的电位相对阴极为负，只有初速达到一定的电子才能穿过栅极顶端的小孔。
因此，改变栅极的电位，可以控制通过栅极的电子数，从而控制到达荧光屏的电子数目，改变屏上光斑的亮度。
示波器面板上的“亮度”旋钮就是起这一作用的。
阳极电位比阴极高得多，对通过栅极的电子进行加速。
被加速的电子在运动过程中会向四周发散，如果不对其进行聚焦，在荧光屏上看到的将是模糊一片。
聚焦任务是由阴极、栅极、阳极共同形成的一种特殊分布的静电场来完成的。
这一静电场是由这些电极的几何形状、相对位置及电位决定的。
示波器面板上的“聚焦”旋钮就是改变第一阳极电位用的，而“辅助聚焦”就是调节第二阳极电位用的。
偏转系统：它由两对互相垂直的平行偏转板——水平偏转板和竖直偏转板组成。
只有在偏转板上加上一定的电压，才会使电子束的运动方向发生偏转，从而使荧光屏上光斑的位置发生改变。
通常，在水平偏转板上加扫描信号，竖直偏转板上加被测信号。
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F
频域
调制域
Uቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
时域
T
图6.1 调频波频谱图
6.1.1 示波器的功用
1. 示波器是一种基本的、应用最广泛的时域测量仪器。 2. 是一种全息仪器。示波器能让人们观察到信号波形的全貌， 能测量信号的幅度、频率、周期等基本参量，能测量脉冲信 号的脉宽、占空比、上升（下降）时间、上冲、振铃等参数， 还能测量两个信号的时间和相位关系。这些功能是其它电子 仪器难以胜任的。
背光灯源
图6. 6 液晶显示器的一个像素结构原理图
LCD平板显示器是矩阵式结构 ，每一个交叉点就是一个像素
行（X）驱动信号由扫描电路产生；列（Y）驱动信号则是将要显示的 信号经过数字化以后写入数据存储器，而后再读出用于显示。
图6.7 液晶平板显示器的结构示意图
图6.8 液晶平板显示器的等效电路示意图
第六章 时域测量
本章要点： · 示波器的功用、分类、组成和波形显示原理 · 通用示波器的组成原理、特性与应用 · 取样技术在示波器中的应用 · 数字示波器的组成原理、信号采集处理技术、特性与功能
6.1 时域测量引论
本章开始将介绍几种图示式仪器，从三个方面去进行研究，即
时域(Time Domain)反映的幅度U与时间T的关系(如示波器)、 频域(Frequency Domain)反映的幅度U与频率F的关系(如频
转灵敏度，单位为V/cm。偏
转灵敏度是示波管的重要参
数。
3. 荧光屏
在示波管正面内壁涂上一层荧光物质，荧光物质将高速电子的 轰击动能转变为光能，产生亮点。 余辉时间：当电子束从荧光屏上移去后，光点仍能在屏上保持 一定的时间才消失。从电子束移去到光点：亮度下降为原始值 的10％，所延续的时间称为余辉时间． 不同荧光材料余辉时间不一样：
Y(垂直) 通道
显示屏
X(水平) 通道
电源
图6.2 示波器的基本组成
6.2 显示屏
显示屏的种类
示波管CRT 平板显示FPD
静电偏转：光点轨迹显示 磁场偏转：光栅增辉显示显示
被动发光：液晶屏LCD+背光板
液晶屏TFT
荧光屏VFD
主动发光
等离子PDP 发光二极管LED 电致发光EL板 场致发射FED
当前用于示波器的主要是：示波管、TFT液晶屏及荧光屏 VFD。本节着重介绍当前应用最广的示波管和TFT液晶屏。
X（水平）通道：由触发电路、时基发生器和水平输出放大器 组成，主要产生与被测信号相适应的扫描锯齿波。
显示屏：主要由阴极射线管组成， 常以CRT (Cathode Ray Tube) 表示，通常称为示波管。当前以 光点和光栅方式作显示屏的主要 采用示波管。另外，平板显示屏 是后起之秀，发展很快，尤其是 液晶显示屏（LCD）已经应用于 示波器了。
3. 示波器从早期的定性观测，已发展到可以进行精确测量。 4. 示波器是其它图式仪器的基础。对扫频仪、频谱仪、逻辑 分析仪以及医用B超等各种图示仪器就容易理解了。
6.1.2 示波器的分类
当前常用的示波器从技术原理上可分为：
（1）模拟式——通用示波器（采用单束示波管实现显示，当前 最通用的示波器）。
6.2.1 示波管（CRT）
示波管属于电真空器件，又称为阴极射线管（CRT）。
电子枪
偏转系统
荧光屏
G1 K ~6.3V F
亮度 Ug1
Z
轴
G2 A1 A2
Y2
X2
Y1
X1
0V 辅助聚焦
真空玻璃管 ＋15KV A3
后加速极
图6.3 阴极射线示波管
兰色：电力线
红色：等位面
1. 电子枪
电子枪的作用是发射电子并形成强度可控制的很细的电子束。 它由以下几部分组成：
小于10μs的为极短余辉；
10μs～1ms为短余辉（通常是蓝色，便于摄影感光）；
1ms～0.1s为中余辉（通常为绿色，眼睛不易疲劳）；
0.1s～1s为长余辉（通常是黄色）；
大于1s为极长余辉（通常是黄色）。
※ 6.2.2 平板显示技术（只简介TFT-LCD ）
液晶(Liquid Crystal)介于液态与固态之间，具有规则性分子
2. 偏转系统
1．静电偏转---光点法----用干示波器
2..磁偏转-----光栅法----用于电视机、计算机显示器及示波器。
S
屏幕
A2
电子束
Y
y
Ls 2bU a
Uy
hyU y
U Ua y
L
图6.4 电子束的偏转
y
Ls 2bU a
Uy
hyU y
比例系数称为示波管的偏转
因数，单位为cm/V，它的倒
数Dy＝1／hy称为示波管的偏
4.第二栅极G2——隔离开G1和A1，以减小亮度调节与聚焦调节的相互影响。
5.第一阳极A1——与第二阳极A2构成一个电子透镜，对电子束起聚焦作用。
6.第二阳极A2——是个更大的同轴圆筒，其上电压较高，它主要与A1构成 电子透镜。
7.第三阳极A3——具有上万伏的高压，用于对电子束加速，故也称后加速 阳极。
排列的有机化合物，加电或受热后会呈透明的液体状态，断电或冷却 后则会出现结晶颗粒的混浊固体状态。
最为常见的为TFT-LCD（Thin Film Transistor LCD
薄膜晶体管液晶显示器）。 绿(G)荧光粉 红(R)荧光粉 绿(G)可见光 蓝(B)荧光粉 玻璃板 透明电极(公用) 液晶体 透明电极
（2）数字式——数字存储示波器（采用A/D、DSP等技术实现 的数字化示波器）。
从性能上，按示波器的带宽可分为：
（1）中、低档示波器，带宽在60MHz以下。 （2）高档示波器，带宽在60MHz以上，大多在300MHz以下。
更高档的有1GHz～2GHz以上。
6.1.3 示波器的组成
Y（垂直）通道：由探头、衰减器、前置放大器、延迟线和 输出放大器组成，实质上是个多级宽频带、高增益放大器， 主要对被测信号进行不失真的线性放大，以保证示波器的测 量灵敏度。
1.灯丝F——在交流低压(如6.3V)下使钨丝烧热,用于加热阴极。 2.阴极K——是一个表面涂有氧化钡（其逸出功小，内部自由电子容易逸出） 的金属 3.第一栅极G1——调节G1的电位可以调节示波器的亮度，常置于示波器 面板上供使用。
当控制信号加于G1，其亮度可随之改变，则可以传递信息，称为示波器的 Z轴电路。