第5章 时域测量

x u x/S x k 1 t/S x k t
能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描” 光点自左向右的连续扫动称为“扫描正程” 自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程称 为“扫描逆程”
5.2.2 示波管显示波形的原理
5 同步的概念
第5章 时域测量
5.1 示波器分类
根据示波器对信号的处理方式的不同可分 为模拟、数字两大类： 模拟示波器 ——采用模拟方式对时间信号进行处理和显 示。 数字示波器 ——对信号进行数字化处理后再显示。
5.1 示波器分类
模拟示波器
➢ 通用示波器采用单束示波管，又可分为单踪、双 踪、多踪示波器。
➢ 多束示波器采用多束示波管，荧光屏上显示的每 个波形都由单独的电子束扫描产生。
输X 输输输
输输输 输输输
主要由Y垂直系统、X水平系统、主机（高低压电源和显
示电路）三部分组成
5.2.2 示波管显示波形的原理
1 高灵敏度示波管的结构
CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成
偏偏偏偏
偏偏偏
偏偏偏
G1 K
G2 A1 A2
Y偏 偏 偏 X偏 偏 偏
偏
F
偏
偏
-E 偏偏
+E
偏偏
偏偏偏偏
( b ) U x = 0 、 U y = 常 量
5.2.2 示波管显示波形的原理
光点仅在水平方向偏移：Ux为正电 压时，光点从荧光屏的中心往水平 方向右移；Ux为负电压时，光点从 荧光屏的中心往水平方向左移。
( c ) U x = 常 量 、 U y = 0
当两对偏转板上同时加固定的正电 压时，光点位置应为两电压的矢量 合成。
( d ) U x = 常 量 、 U y = 常 量
5.2.2 示波管显示波形的原理
（2）X、Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情 况：
Uy Uy
1
0 2 4t
3 -Uy
1 204
3
仅在垂直偏转板的 两板间加正弦变化 的电压，则光点只 在荧光屏的垂直方 向来回移动，出现 一条垂直线段。
5.2.2 示波管显示波形的原理
0 2 4t 0
3
3
-Uy 0
Ux
Ux -Ux
t
5.2.2 示波管显示波形的原理
3 显示任意两个变量之间的关系
示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称 为李沙育（Lissajous）图形，这种图形在相位和频 率测量中常会用到。
uy
1 1
0 2 4t 3
2 04
3
若两信号的初相相同，且在 X、Y方向的偏转距离相同， 在荧光屏上画出一条与水平 轴呈45度角的直线。
➢ 示波管的Y轴偏转灵敏度（单位为cm/V）：
Sy
2dU A2 Ll
偏转灵敏度越大，示波管越灵敏。
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 3 ) 荧光屏
➢荧光屏将电信号变为光信号，是示波管的 波形显示部分 。
➢当电子束停止轰击荧光屏时，光点仍能保 持一定的时间，这种现象称为“余辉效 应”。
➢在使用示波器时，应避免电子束长时间的 停留在荧光屏的一个位置，否则将使荧光 屏受损。因此在示波器开启后不使用的时 间内，可将“辉度”调暗。
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 1 ) 电子枪
➢ 电子束聚焦的原理是：电子从阴极K发射，经G1、 G2、A1、A2聚焦和加速后进入偏转系统。
➢ 电子在电子枪中的运动轨迹如下图所示。
G1
G2
A1
A2
K
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 2 ) 偏转系统
➢ 示波管的偏转系统由两 对相互垂直的平行金属 板组成，分别称为垂直 偏转板和水平偏转板 。
➢ 取样示波器可以用较低频率的示波器测量高频信 号。
➢ 记忆示波器采用有记忆功能的示波管，实现模拟 信号的存储、记忆和反复显示。
➢ 专用示波器是能够满足特殊用途的示波器，又称 特种示波器。
5.1 示波器分类
数字示波器
➢ 数字示波器将输入信号数字化（时域取样 和幅度量化）后，经由D/A转换器再重建 波形。
5.2.2 示波管显示波形的原理
2 显示随时间变化的波形 （1）Ux、Uy为固定电压时，有下面四种情况：
光点出现在荧光屏的中心位置。
( a ) U x = 0 、 U y = 0 光点仅在垂直方向偏移：Uy为正电 压时，光点从荧光屏的中心往垂直方 向上移；Uy为负电压时，光点从荧 光屏的中心往垂直方向下移。
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 1 ) 电子枪
➢ 电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子 束，它由灯丝F、阴极K、栅极G1和G2和阳极A1、 A2组成。
➢ 通过调节G1对K的负电位可控制电子束的强弱， 从而调节光点的亮度，即进行“辉度”控制。
➢ 调节A1的电位器称为“聚焦”旋钮，通过对它进 行调节可调节G2与A1和A1与A2之间的电位；调 节A2电位的旋钮称为“辅助聚焦”。
ux t
0 1
3
2
4
5.2.2 示波管显示波形的原理
y
0
4
04
3 1 3t
0
2 4
1
2 2
0 1
2 3
4
若两信号的初相相差90 度，且在X、Y方向的偏 转距离相同，在荧光屏 上画出的图形为圆。
ux t
5.2.2 示波管显示波形的原理
4 扫描的概念
如果在X偏转板上加一个随时间线形变化的电压， 垂直偏转板不加电压，那么光点在水平方向的偏 移距离为
➢ 当有外加电压作用时， 偏转板之间形成电场； 在偏转电场作用下，电 子束打向由X、Y偏转板 共同决定的荧光屏上的 某个坐标位置。
Y输 输 输 X输 输 输
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 2 ) 偏转系统
➢ 电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外加偏转电
压成正比：
Ll y 2dU A2 U y
➢ 数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功 能，又称为数字存贮示波器。
5.2 模拟示波器
5.2.1 模拟示波器的基本构成
Y输输 Y 输输 输输
Y输 输 输输输
输输输
Y 输输 输输输
输Y 输输输
输
输输输 输 输输
X输输
输输输输
输输输输
输输 输输输输 输输输
输输 输输输
输输输输 输输输输
输输 输输输
输输输输
Ux Ux
2
1 3t
0
4
-Ux
43 0 12
仅在水平偏转板的两 板间加锯齿电压，则 光点只在荧光屏的水 平方向来回移动，出 现一条水平线段。5.2.2 示波管显 Nhomakorabea波形的原理
（3）Y偏转板加正弦波信号电压，X偏转板加锯齿
波电压，荧光屏上将显示出被测信号随时间变化
的一个周期的波形曲线。
Uy
Uy
1
1
2
4