电子测量仪器(第2版)[肖晓萍主编]第四章

图4.27显示电路
3.校准信号发生器
产生基准方波信号，它为仪器提供校准信号源，以便随时
校准示波器的垂直灵敏度和扫描时间因数等。
返2回2
4.5 示波器的选择和使用
4.5.1 示波器选择的一般原则
1.根据被测信号特性选择
2.根据示波器的性能选择
示波器的主要性能指标有三个：
（1）频带宽度和上升时间
例如，若被测信号上升时间为60ns时，要求示
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（2）扫描闸门 产生闸门信号。图4.20（a）用施密特触发器构成的时
基闸门电路。
V1、V2组成施密特触发器，起门控电路作用，V3为门开 关管。
图4.20 用施密特电路构成的时基闸门电路
（3）扫描锯齿波产生电路
密勒积分电路原理如图4.21（a）所示。积分器的输 出电压：
uou t C 1T 0tR E Td t RTE CTt
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2.通用示波器的主要技术性能
(1) 扫描时间因数 单位为“t/div”或“t/cm”，t可取s，ms或s 。
(2) 触发性能 触发包括内、外触发和电源触发。
(3) 垂直偏转因数 单位为Vp-p /div或Vp-p /cm。
(4) 频带宽度(频域响应)
BY = fH －fL≈fH
时fH间(单tro位（:Hs）z)关与系示：波器的上升 在交流耦合位置，Y轴系统
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图4.21 密勒扫描电路原理
图4.22 比较电路和释抑电路
（4）比较电路和释抑电路 比较电路利用它的比较、识别电平的功能来控制锯齿波的 幅度, 使电路产生等幅扫描。 释抑电路用来使扫描发生器电路在扫描逆程开始后, “抑止” 扫描闸门，使“抑止”期间不再受同极性触发脉冲的触发 ， 以便扫描锯齿波产生电路恢复到扫描的起始电平上。
3.水平放大器
水平放大器是X轴主放大器，主要用来放大扫描锯齿波
电压，将单端信号变为双端输出信号去驱动示波管的水平
偏转板。同时还具有X位移和扩展等功能。
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4.4.4 主机系统（Z通道）
1.高低压电源
为示波器的各级电路提供所需的低、高压电源。 2.显示电路和Z轴电路
包括阴极射线示波管和为示波管各个电极提供电压的电 路、光迹旋转电路及Z轴电路。
示波管的偏转因数S 3.荧光屏
S Ud 2dUa D Lld
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4.3 图形显示的基本原理
1.波形显示原理 例如，将ux、uy信号分别加到X、Y偏转板上，如ux、uy同
步则屏幕上显示如图4.5所示;如ux、uy不同步则屏幕上显 示如图4.6所示
图4.5 波形显示原理
图4.6 扫描电压与被测电压不同步
图4.18 触发极性和触发电平不同对 波形显示的影响
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不足点：在没有输入信号或触发电平调节不适当时，就没 有触发脉冲输出，因而也无扫描基线。
② 自动触发方式（AUTO） 在无被测信号输入时仍产生扫描电压，一旦有触发信号，
自激多谐振荡器由触发信号同步而形成触发扫描，一 般测量均使用自动触发方式。 ③ 电视触发方式（TV） 产生行、场同步触发脉冲来实现电视触发功能，使示波器 可用于电视信号的监测和电视设备的维修。 TV-V：用于观测电视信号中的行信号波形。 TV-H：用于观测电视信号中的场信号波形。 （4） 触发整形电路 对任意的输入到触发电路的信号（波形复杂，频率、幅度 、极性也不尽相同）进行放大、整形，变换为符合时 基发生器要求的边沿陡峭、宽度适中、极性和幅度一 定的触发脉冲，以保证时基发生器的稳定工作。
4.6 示波器的基本测量方法
4.6.1 测量脉冲信号参数 4.6.2 测量电压 4.6.3测量时间和频率 4.6.4 测量正弦信号的相位
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第4章 电子示波器
4.1 概述
示波器——把人眼看不见的电信号转换成具体的可见图像 显示在屏幕上的仪器。它是典型的时域测量仪器。 频谱分析仪——典型的频域测量仪器，也称为频域示波器。 逻辑分析仪——典型的数据域测量仪器，也称为逻辑示波 器。 示波器的基本功能： 直接测量被测信号的电压、频率、周期、时间、相位、 调幅系数等参数； 间接观测电路的有关参数及元器件的伏安特性； 利用传感器，还可测量各种非电量甚至人体的某些生理 现象，常用在科学研究、航空航天、工农业生产、医疗卫 生、地质勘探等方面。
在输入信号与前置放大器之间起阻抗变化的作用。 （1）探头
示波器在使用前必须进行探头的校准，如图4.12所示。
图4.12
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（2）输入耦合方式 有DC、AC和⊥（GND） 三种方式。 （3） 步进衰减器 （4） 阻抗转换器
图4.13 耦合电路和衰减器
2.前置放大器 对信号进行适当放大，并同时完成各种功能调节（包括增
益微调、Y轴位移、极性转换等）和取出内触发信号。 3.延迟线 对通过Y轴电路的被测信号适当延迟。 4.后置放大器 将被测信号放大到足够大的幅度，用以驱动示波管的垂直
偏转系统，使电子束获得Y方向的满偏转。并完成垂直 偏转因数“×5”或“×10”扩展功能。 5.内触发放大器 放大内触发信号用于启动水平扫描电路。
tr
1波60器ns：20ns 3
或
BY0.3/52 01.7 5MHz
（2）垂直灵敏度（垂直偏转因数） 垂直灵敏度是垂直偏转因数的倒数，它决定了被测信号在 垂直方向的展示能力。 （3）扫描速度 扫描速度指扫描时间因数的倒数，它决定了在水平方向对 信号的展示能力。
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4.5.2 示波器的正确使用
1.使用时注意事项 2. 使用方法 （1）YB4320示波器的主要技术性能 ·垂直系统： ① CH1和CH2的偏转因数: 5mV /div～5V /div，按1-2-5步进,共10
挡； ③ 扫描扩展：20ns /div～40ms /div。
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·触发系统： ① 触发方式：自动，常态、交替、TV-V、TV-H； ② 触发源：内触发（INT）、CH2触发、电源触发、外触发； ③ 触发极性：+、—。 ·X-Y工作方式： ①CH1为X轴，CH2为Y轴； ②X轴带宽：DC～500KHz； ·校准信号： 提供频率1KHz（±2%），电平0.5V（±2%）的方波信号。 ·CH1输出： ①输出电压最小20mV /div； ②输出阻抗约50Ω； ③带宽50Hz～5MHz（-3dB）。 ·电源：50Hz±5%、220V±10%
上升时间：
0.5div×1s/div = 0.5s
脉冲宽度：
5.7div×1s/div = 5.7s
脉冲幅度：
4.5div×1V/div = 4.5V
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4.6.2 测量电压
1.直流电压测量 例如，若选择CH1输入信号，时基线在零电平的正方向（ 光迹上移）移动5div，Y1轴偏转因数为1V/div，则被测直流 电压为5 div×1V/div =5V。 2.正弦电压测量 （1）不含直流分量的正弦电压测量 【例4-1】如图4.32（a）显示波形，如果Y轴偏转因数为 1V/div，则峰-峰值Up-p、振幅值Um、有效值U分别： Um= 3div×1V/div =3 V Up-p=6 div×1V/div =6V U = Um /=3/2.12V
fH tro≈0.35
对输入的低频方波会产生下
垂，如果低频方波宽度为τ，
重复频率f=1/2τ，则下截止频
率：
fLSe 2 Sef
图4.9 带宽的表示方法
9
(5) 瞬态响应（时域响应）
图4.10 瞬态响应的表示方法
① Sb：上冲量
③ Sd：预冲，又称前冲 ⑤ Sf：后过冲 ⑦ tf ：下降时间 ⑨ 脉冲周期和重复频率：
3.示波器的校验
图4.30是采用S04A示波器校准仪校准示波器的原理图。
图4.30 仪器连接
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4.6 示波器的基本测量方法
4.6.1 测量脉冲信号参数
1.矩形脉冲测量的意义 2.测量方法
图4.31 示波器测量波形参数
图4.31所示，已知Y轴偏转因数为1V/div，扫描偏转因数为
1 s/div，则可得测量结果为:
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（2）YB4320示波器的前、后面板示意图
图4.29
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（3）YB4320示波器的基本操作说明 （4）测量前的准备工作 （5）信号测量的步骤 第1步，将被测信号输入到示波器通道输入端。 第2步，按照被测信号参数的测量方法不同，选择各旋钮 的位置，使信号正常显示在荧光屏上，记下一些读数或波 形。 （6）输出信号
（5）扫描方式分类 扫描可分为连续扫描和触发扫描两种方式。
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图4.23 连续扫描的波形显示 图4.24 脉冲信号的连续扫描和触发扫描显示
① 连续扫描 当扫描环工作在自激状态时，扫描电压是周期性的锯齿波电 压。 ② 触发扫描 只有在触发脉冲作用下才产生一次扫描电压，即扫描环工作 在它激状态。触发扫描时锯齿波可以是连续状态，也可以是 间歇状态。
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2.时基发生器电路（扫描发生器电路） 时基发生器也称扫描发生器环，主要由扫描闸门、扫描 电压产生电路、比较和释抑电路组成，如图4.19（a）所 示。
图4.19
（1）时基发生器电路的一般工作过程 如图4.19（b）所示，图中，T1为锯齿波正程；T2为 锯齿波回程；th为释抑时间；T0为静止期；T为锯齿波 周期。
①内触发（INT） ②外触发（LINE） ③电源触发
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（2 ）触发耦合方式
为了适应不同的被测信号 频率，示波器一般设有 如图4.17所示几种
触发耦合方式。
①“DC”直流耦合
②“AC”交流耦合
图4-17
③“AC”（H）
（3） 触发方式（TRIG MODE）选择 触发方式通常有常态、 自动和电视三种方式： ① 常态触发方式（ NORM） 不同的触发极性和触发 电平，触发点不同，即 扫描起始点不同，则显 示的波形也不相同，如 图4.18所示。
图4.14 双踪示波器的基本 组成框图
图4.15
双踪显示方式
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4.4.3 水平系统（X通道）
示波器的水平系统包括三个部分： ①触发电路；②时基发生器；③水平放大器。
图4.16 水平系统总方框图
1.触发电路 为时基发生器提供符合要求的触发脉冲。触发电路包括触 发源选择、触发耦合方式选择、触发放大整形电路。 （1） 触发源选择
返回 3
4.2 阴极射线示波管
1.电子枪
图4.1 示波管的内部结构示意图
（1）电子束的聚焦
图4.2 电子枪内部的等电位线分布图
图4.3 电子聚焦过程
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（2）第三阳极A3的作用 2.偏转系统
图4.4 电子在偏转板内的运动
D Ll dU d 2dU a
Ud——偏转电压； Ua——第2阳极A2上的电压；L， ld，d——与示波管结构有关的 尺寸。
档； ② 上升时间：≤17.5ns；上冲：≤5%； ③ 最大输入电压：400V（DC+ACP-P）； ④ 输入阻抗： a.1MΩ±2%，25pF±3pF； b.经探极10MΩ±5，约17pF； ⑤ 垂直系统工作方式：CH1、CH2、CH1+CH2、双踪。 ·水平系统： ① 扫描方式×1、×5；×1、×5交替扫描； ② 扫描时间因数：0.1μs /div～0.2s /div±5%，按1-2-5步进，共20
4.1 概述 4.2 阴极射线示波管 4.3 图形显示的基本原理 4.4 通用示波器
4.4.1 通用示波器的组成及主要技术性能 4.4.2 垂直系统（Y通道） 4.4.3 水平系统（X通道） 4.4.4 主机系统（Z通道）
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4.5 示波器的选择பைடு நூலகம்使用
4.5.1 示波器选择的一般原则 4.5.2 示波器的正确使用
② Sc：阻尼振荡 ④ Se：下垂 ⑥ tr ：上升时 ⑧ 脉冲宽度τ
⑩ 脉冲的占空系数ε：
例如 SBM－10A型示波器fH =30MHz，则上升时间： tr0.3/5fH30 .03 15 601n 2s
（6） 输入阻抗
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4.4.2 垂直系统（Y通道）
图4.11 垂直系统的基本组成
1.输入电路 输入电路完成对输入信号的耦合和大小的粗调作用，并
Tx (5/4)Ty
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2.X－Y显示原理
图4.7 两个同频率信号构成的李沙育图形
返回7
4.4 通用示波器
4.4.1 通用示波器的组成及主要技术性能
1.通用示波器的组成 包括三个部分：垂直系统（Y通道） 、水平系统（X通道
）、主机系统（Z通道），工作过程如图4.8（b）。
图4-8 通用示波器总方框图
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6.双踪显示原理
双踪示波器有五种工作方式：
Y1、Y2、Y1±Y2、断续和交替 。
（1）交替显示
电子开关的转换受扫描控制电 路的操纵，它的转换周期和 扫描周期相等。如图4.15（ a）所示。
（2）断续显示 电子开关工作于自激状态，不
受扫描发生器的控制。两个 信号的光点轮流地显示在屏 幕上，如图4.15 (b)所示。
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（6）双扫描显示
双扫描显示——利用X轴电子开关使得能够以不同扫描速度分 别显示同一波形的不同部分。
水平通路有两个扫描通路:A扫描和B扫描(又称延迟扫描)。
以A扫描通路为主， B扫描在A扫描开始工作后的某一时刻开 始扫描，B扫描被A扫描所延迟，B扫描又称为延迟扫描。
图4.25 AB交替扫描显示方式