第6章时域测量

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
显示屏的种类
显示屏的 种类
示 波 管 静电偏转：光点轨迹显示---用于示波器、雷达距离显示器、医疗仪器
CRT
磁场偏转：光栅增辉显示---用于电视机、医疗仪器、雷达环显等
被动发光：液晶屏LCD+背光板--数字三用表等小型电子仪器
平板显示
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。
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。
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。
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。
FPD 主动 发光
液晶屏TFT---示波器、计算机显示器、电视机显示器等
荧光屏VFD---示波器、家电产品的显示屏
等离子PDP---电视机显示屏 发光二极管LED---数字仪表、大型广告显示屏 电致发光EL板---仪表数显、广告装饰 场致发射FED---成品率低，尚处商品化研发中
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。
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 示波管波形显示原理
1.光点扫描显示原理
光点位置控制： (示波管荧光屏)
++++
-
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。
Uy
hyUy
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
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：
.
+ +
-
+
-
+
----
光点在合力作用下移动
0 0
Y1
u1y
1
0 2 3 4t
24
Ts
3
Y2
(a)
ux X1
Tn
X2
0
t
(b)
2.信号与扫描电压的同步
Y1
uy
0
1 2
4
t
3
uy
Ts
Y2
图6.5 扫描过程
1 0 24
3
X1
ux
X2
ux
4
3
0
2
t
0 1 Tn
若显示两个正弦波怎么办？
uy
1,9
5
0
2 1
6.2. 示波管及波形显示原理
6.2.1 示波管
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
46 35
8 10
79 t
210 412 6 0,8
8
Ts
3
7
同步：
Tn/TS=n N=1，2，…
波形稳定
11
ux
2
Hale Waihona Puke Baidu
2
Tn
34 5
6
34 56
7
7
8
9
10
t
图6.6 扫描电压与被测信号同步
3.连续扫描和触发扫描
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
从1947年世界上第一台示波器诞生至今经历了数十年的发展 进步，已出现了多种多样的示波器。大致情况如下： 技术原理上分为：模拟示波器和数字示波器。也有厂家将模拟示波 器称第一代示波器，而数字示波器按技术进步情况已分为二、三、 四代了。 按显示屏可分为：阴极射线示波管（CRT）、液品屏（TFT）及荧 光屏（VFD）。 按显示原理分为：光点扫描、光栅扫描和矩阵像素点显示等。 按带宽分档情况：模拟示波器60MHz以下为低档，300MHz以上 算高档，最高带宽只做到1~2GHz水平。
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：
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。
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。
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 2bUa
Uy
hyUy
U Ua y
L
图6.4 电子束的偏转
y Ls 2bUa
数字示波器500MHz以下为低档，500~2GHz为中档， 2GHz以上为高档。
当今数字示波器虽已占主导地位，但模拟示波器是数字示波器的基础，许多基 本原理、术语、技术指标和应用方法都是在模拟示波器的基础上发展起来的，有些 领域还在应用模拟示波器及其相关的技术产品，因此开始还得先介绍模拟示波器， 然后重点讨论数字示波器。