示波器基本原理

目录

第一章示波器基本原理 (2)

1、1 模拟示波器 (2)

1、1、1示波管 (2)

1、1、2模拟示波器方框图 (3)

1、2 数字存储示波器（DSO） (4)

第二章示波器的使用 (5)

2、1示波器的各个系统和控制 (5)

2、2示波器的正确使用 (7)

第三章模拟示波器的校准 (9)

第四章数字存储示波器的使用和校准 (13)

4、1 TDS220的结构 (13)

4、2 TDS220的常规检查 (14)

4、3 TDS220的校准过程 (16)

第一章 示波器基本原理

示波器是一种图形显示设备，它能够直接观测和真实显示被测信号，是观察电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器，它可分为模拟和数字类型。下面就分模拟和数字部分对示波器的基本原理进行简单介绍。

1、1 模拟示波器

模拟示波器是第一代示波器产品，拥有极佳的"波形更新率"（约每秒超过二十万次），它仅仅在扫描的回扫时间及闭锁（Hold off ）时间内不显示信号，因此又称为模拟实时示波器（Analog Real Time Oscilloscope ）。由于模拟示波器是数字示波器在的基础，我们先来看模拟示波器的工作原理。

1、1、1示波管

模拟示波器的心脏是阴极射线管（CRT ），示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏组成，它们被密封在真空的玻璃壳内，如图1-1所示。

电子枪向屏幕发射电子，发射的电子经聚焦形成电子束，并打在荧光屏上，荧光屏的内表面涂有荧光物质，这样电子束打中的点就发出光来。

电子在从电子枪到屏幕的途中要经过

偏转系统，在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动。偏转系统由水平（X ）偏转板和垂直（Y ）偏转板组成。这种偏转方式称为静电偏转。

将输入信号加到Y 轴偏转板上，而示波器自己使电子束沿X 轴方向扫描。这样就使得光点在屏幕上描绘出输入信号的波形。这样扫出的信号波形称为波形轨迹

1、1、2模拟示波器方框图

从上一小节可以看出，只要控制X 轴偏转板和Y 轴偏转板上的电压，就能控制示波管显示的图形形状。因此，只要在示波管的X 轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压，在y 轴加上被测信号(经过比例放大或者缩小)，示波管屏幕上就会显示出被测信号随时间变化的图形。电信号中，在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。因此，往往给X 轴加上锯齿波。

示波器的基本组成框图如图1-2所示，它主要由示波管、Y 轴系统、X 轴系统三部分组成。此外还包括电源电路，它产生电路中需要的多种电源。示波器中还往往有一个精确稳定的方波信号发生器，供校验示波器用。

被测信号通过探头到达示波器的垂直系统，经衰减器适当衰减后送至垂直放大器，放大后产生足够大的信号，加到示波管的Y 轴偏转板上，控制亮点在屏幕中的上下移动。为了在屏幕上显示出完整的稳定波形，将Y 轴的被测信号引入X

轴系统的触发系统，启动或触

发水平扫描，产生锯齿波扫形的描电压。扫描电压经X轴放大器放大，加到示波管的X轴偏转板上，控制亮点在屏幕中的左右移动。以上就是模拟示波器的基本工作原理。

1、2 数字存储示波器（DSO）

与模拟示波器不同，数字示波器通过模数转换器（ADC）把被测电压转换为数字信息。与模拟示波器相比，DSO增加了数字环节，数字环节加强了触发能力，增加了自动测量功能，并且能够存储捕获的信号。在显示方面，采用液晶显示器，解决了带宽对CRT的限制，并在显示器的寿命方面有很大提高。因此，DSO从根本上解决了模拟示波器的缺陷，为工程师提供了新的、高效率的测量工具。其简化结构如图1-3所示。

与模拟示波器一样，DSO 第一部分（输入）是垂直放大器。紧接着，示波器将按一定的时间间隔对信号电压进行采样。然后用一个模/数变换器（ADC）对这些瞬时值或采样值进行变换从而生成代表每一个采样电压的二进制字，这个过程称为数字化。水平系统的采样时钟决定ADC采样速率，表示为样值每秒（S/s）。来自ADC的采样值存储在存储器中，贮存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形。DSO信号通道中包括微处理器，微处理器处理信号，调整显示运行，管理前面板调节装置，等等。信号通过显存，最后显示到示波器屏幕中。

第二章示波器的使用

本章讨论示波器的使用，主要包括示波器的控制及使用示波器应注意的问题。

2、1示波器的各个系统和控制

示波器包含四个不同的基本系统：垂直系统、水平系统、触发系统和显示系统。实际上，控制面板就分为垂直、水平、触发控制和其它功能控制四部分。理解每一个系统的含义，有助于您更有效地应用示波器，完成特定的测量任务。本小节将简要描述模拟和数字示波器的基本的系统和调节控制。

1、垂直系统和控制

波形垂直的位置和标度由垂直控制部分调控。垂直控制还能设置耦合方式和其他的信号条件，通用垂直控制包括：

●端接设备

用于选择输入阻抗：1M 欧或50 欧（如图2-1所示）

●耦合方式

用于选择输入耦合方式（如图2-1所示）：

DC 直流

AC 交流

GND 地线

●带宽限制

设置示波器的通道带宽：20 MHz或全带宽

●位置

控制波形的上下移动

●通道开/关

●垂直灵敏度

1-2-5

可变

2、水平系统和控制

示波器的水平系统与输入信号有更多的直接联系，水平控制用来表示波形水平方向的位置和标度。通用的水平控制包括：

●主时基

●延迟时基

●XY 模式

●水平灵敏度标度

1-2-5

可变

●采样速率

●触发位置

●缩放

3、触发系统和控制

通用触发控制包括：

●触发电平和斜率

斜率控制决定触发点是位于信号的上升沿还是下降沿

电平控制决定触发点在边缘的何处发生。

●触发源

可以触发扫描的触发源如下：任何输入通道、不同于输入通道的外部源、电源信号

●触发模式

触发模式决定示波器是否按照信号的条件描绘波形，通用触发模式包括正常和自动。

●触发耦合