电子测量技术与应用第3章 示波测试技术

屏幕显示
Vy
被测信号 Vy
1 0 0 3 0 1 2 3 4 t Vx
扫描信号 Vx
2
4
t
（2）显示任意两个变量X与Y的关系
在示波管中，电子束同时受x和y两个偏转板的作用， 若y偏转板上加正弦波信号电压uy=Uymsinωt ，x偏转 板上加锯齿波电压ux=kt ，且Tx=Ty，则电子束在两 个电压的同时作用下，在水平方向上和垂直方向上同 时产生位移，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。若两偏转板的信号都为正弦 波且初相相同，可在荧光屏上显示一条与水平轴呈 45°角的直线，若两个信号的初相为90°，则在荧光 屏上显示出一个正椭圆，若x和y方向的偏转距离相 同，则显示一个正圆形。示波器两个偏转板上都加正 弦电压时显示的图形称李沙育图形，这种图形在相位 和频率测量中常常会用到。如图3-3(a) 所示为不同初 相时的李沙育波形。
X偏转板上— 加扫描电压（通常为锯齿波）， Y偏转板上— 加被测信号电压。 扫描电压是与时间成正比的锯齿波，因此电子束 在水平方向上偏转的距离与时间成正比。
两个概念：
偏转因数（V/cm 或 V/div）
表示亮点在荧光屏垂直方向上移动1cm或1div（1格， 一般为1cm或0.8cm）所需的电压。改变偏转因数的 值可以改变被测电压加到示波管Y偏转板上电压大小， 从而改变显示波形的显示幅度。 偏转因数（V/div）的倒数称为 偏转灵敏度 （div/V），数值越小，灵敏度越高。
2. 电子示波器的分类:
（1）模拟示波器：通用示波器 多束示波器 取样示波器 （2）数字示波器：数字存储示波器 数字荧光示波器 （3）混合示波器 （4）特种示波器
3.1.2 示波测试的基本原理 1．示波管 示波管（又称阴极射线管CRT）是示波器的心 脏，其作用就是把电信号转换为光信号而加以显 示。示波管主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三大 部分组成，三大部分均封装在密闭呈真空的玻璃壳 内，其结构示意图如图3-1所示。
第三章示波测试技术来自 3.1 概述示波器是最常用电子测量仪器之一，它能借助 阴极射线示波管CRT（Cathode Ray Tube）电子射线 的偏转，快速地将人们无法直接看到的电信号转换成 肉眼可直接观察的波形，并显示在示波器的屏幕上。 通常用于观测被测信号的波形，或用于测量被测信号 的幅度、周期、频率、相位、调制系数等，有时也用 于间接观测电路的有关参数及元器件的伏安特性，或 者利用传感器测量压力、温度、密度、声、光、磁效 应等各种非电量。
(b)
(c)
若给双通道示波器CH1和CH2输入成倍数 关系的频率信号，如两通道信号频率比 为CH1：CH2为1:1、1:2、1:3或2:3时， 所呈现的李沙育波形是不同的。如图(b)、 (c)所示为CH1：CH2 =1:1时，即 fy / fx=1/1， fy / fx = 2/1及3/1，3/2时的李沙 育图形。
3）扫描的概念
• 若在示波管X偏转板上加上如图3-4所示的锯齿 波扫描电压，则电子束就沿水平方向偏转，荧 光屏就显示出一条水平扫描线；此时，在Y偏 转板上加上被测电压信号，电子束就受到两个 互相垂直的电场力的作用，向合力方向偏转， 描绘出波形。 • 图中TS为扫描正程时间，在此期间电子束产生 自左至右的移动，称为“扫描正程”；Tb为扫 描逆程时间，在此期间电子束产生自右至左的 移动，称为“扫描逆程”或“扫描回程”；Tw 为扫描休止时间。当扫描逆程时间和扫描休止 时间均为0时，扫描电压为理想扫描电压。
（3）荧光屏：示波器显示部分
余辉时间:电子停止轰击后发光强度下降至初始光 强度的10% 。 短余辉（小于1ms） 中余辉（1ms～2ms） 长余辉（大于2s，甚至可达几分钟或更长）
通用示波器采用中余辉示波管； 高频示波器采用短余辉示波管； 超低频示波器采用长余辉示波管。
2. 波形显示原理
（1）显示随时间变化的波形：逐点描述
3.1.1 示波测试的特点及分类
1．电子示波器的特点 （1）具有良好的直观性，可直接显示信号 波形，也可测量信号的瞬时值。 （2）敏度高、工作频带宽、速度快、为观 测瞬变信号的细节带来了很大的便利。 （3）输入灵敏度高（兆欧级），对被测电 路影响小。 （4）是一种良好的信号比较器，可显示和 分析任意两个量之间的函数关系。
时基因数（t/div）
表示亮点在荧光屏水平方向上移动1cm或1div所需的 时间。改变时基因数可以改变加在示波管X偏转板 上扫描电压的大小，从而改变显示波形的宽度。
时基因数的单位为 “ t/cm ”或“ t/div ”， t 为 “ s ”、“ ms ” 或 “μs ” 。 时基因数的倒数称为 “ 扫描速度 ” ， 单位为“ cm/s ” “ div/s ” 。
栅极
后加速阳极
（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。
电子枪组成
1.灯丝F 2.阴极K 3.控制栅极G 4.第一阳极A1 5.第二阳极A2 6.后加速阳极A3
（2）偏转系统
偏转系统的作用是使电子束（光点）产生在垂直和水 平方向上的位移。
线性偏转特性 ：偏转的距离分别与加在偏 转板上的电压大小成正比。
TX Ts Tb Tw
Ts —— 为扫描正程时间，在此期间电子束产生左 至右的移动，称为 “ 扫描正程 ” ； Tb —— 为扫描逆程时间，在此期间电子束产生自 右至左的移动，称为 “ 扫描逆程 ” 或 “ 扫描回程 ” ； Tw —— 为扫描休止时间； Tx —— 为扫描信号周期； Ty —— 为被测信号周期。 当扫描逆程时间和扫描休止时间均为0时，扫描电压 为理想扫描电压。
关于回扫线问题：
4） 连续扫描和触发扫描：
为了使荧光屏上获得稳定的图像，水平系 统还必须能够选择适当的连续同步或触发 信号，以产生稳定的线形扫描电压。在示 波器中，扫描通常分两种形式即连续扫描 和触发扫描。
• 在示波器中，扫描通常分连续扫描和触发扫描两 种形式。示波管除供电部分外，再加上扫描电压 发生部分和输入电压变换部分则构成示波器。示 波器通常采用电平触发的方法提取被测信号的周 期信息，从而实现扫描电压与被测信号的同步， 这个过程称为触发同步，在这种状态下的扫描称 为触发扫描，是示波器优先采用的扫描方式。触 发扫描时锯齿波可以是连续状态，也可以是间歇 状态。扫描信号是在触发脉冲作用下产生的，两 者应是同步的。要注意选择扫描时基因数，使显 示的波形易于观测，通常在屏幕上以能显示1～5 个被测信号的周期为宜。 • 有时，扫描电压是在自激状态下产生的，这种状 态下的扫描称为连续扫描。连续扫描是在示波管 的水平偏转板上加上不间断的连续的锯齿波，无 论有无被测信号，扫描总是连续进行。