模拟示波器显示波形的原理

②组成： 灯丝F、阴极K、栅极G1、前加速极G2、第一阳 极A1、第二阳极A2
③原理：灯丝F 加热阴极K，K产生电子束 负电位栅极G1控制电子束的强弱—辉度调节 A1、A2构成电子束的聚焦—A1聚焦调节 —A2辅助聚焦调节
5.2.2 示波器显示波形的原理
1. 示波管（CRT）的结构
(1) 电子枪 电子束在电子枪内的运动轨迹：
Βιβλιοθήκη Baidu两者关系：
trμsBW 0 .M 35H或 ztrnsBW 3 M 50 Hz
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(7) 主要的性能指标
(b) 偏转灵敏度
定义—— 指在输入信号无衰减情况下，光点在荧光屏Y方 向上移动1cm（即1格）所需的电压值，单位为“V/cm”、 “mV/cm”（或“V/div”、“mV/div”）。
第5章 时域测量
在电子技术领域里，各种电信号多为时间的 函数。对于非周期性的、变化复杂的信号无法用 简单的几个参数去描述它们。最好的办法是使用 示波器去观察测量和研究各种时域信号。示波器 不仅能定性观察电信号的动态过程，还可以定量 地测量表征电信号特性的所有电参数。示波器除 了测量电量之外，通过各种传感器还可以测量非 电量。
5.2.2 示波器显示波形的原理
1. 示波管（CRT）的结构
(3) 荧光屏
①荧光粉—将电信号
光信号
大部分转化成热能，少部分转化成光能。因此：不能长
时间停在一处，否则易损坏荧光粉而形成斑点。
②余辉时间—光点亮度下降为最大值的10％的时间
短余辉—10μs~1ms 中余辉—1ms~0.1s 长余辉—0.1s~1s
输入信号 扫描电压
无法观察完整波形！
显示波形
扫描起点 tT
5.2.3 垂直系统
三、延迟线
2、作用
将被测信号在偏转板 上出现的时刻滞后于扫描 开始的时刻（td>tT），从 而保证屏幕上显示处被测 信号的全过程。
输入信号 触发点
输入信号 延迟后
扫描电压
扫描 起点 tT
td
显示波形
5.2.3 垂直系统
意义—— 表示了示波器Y通道的放大/衰减能力，反映示 波器观察微弱信号的能力，越小越好。与BW相矛盾
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(7) 主要的性能指标 (c) 扫描速度
定义—— 指在无扩展情况下，光点在荧光屏X方向上 单位时间移动的距离，单位为“s/cm”或“s/div” 意义—表—示了示波器测量信号的范围，窄脉冲和高频需 要高的扫描速度，缓慢变化信号需要低的扫描速度， 因此扫描速度范围越宽越好。
(3) 同步的概念
设Tx＝5Ty/4
Uy 1
5
9
0
4 26
10
37
Ty
波形一直往左跑－不同步
同步—Tx＝nTy
5 6 11 910 5 t0 24
06 7 2 89 4 110 78 3 Ux
Tx
t
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(4) 扫描过程的增辉
（设Tx＝2Ty）
Uy 1
——高频信号 ——一般示波器 ——超低频信号
③铝膜 ≤1μm—位于荧光屏内侧
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(1) 显示随时间变化的波形
Ux、Uy为固定电压时，有下面四种情况：
A、Ux=Uy=0
光点出现在荧光 屏的中心位置
CA、、UUxx==常Uy量=0，Uy=0 光点仅在水平方
R2
C2
u2
欠补偿
旋钮：示波器面板上的垂直灵敏度粗调开关（V/div）
5.2.3 垂直系统
二、前置放大器
1、单端输入信号变成双端对称输出信号
2、还具有增益扩展、微调，垂直位移，极性变换的作用
电路：采用差分放大电路
5.2.3 垂直系统
三、延迟线
触发点
1、必要性
从触发信号到 来至扫描信号产生 有时延 tT 。
第5章 时域测量
示波器复现电信号时变规律，是用途广泛 的综合性仪器。
1、示波器可代替一大堆仪表。理由是：
基本电信号V、I、P 等都表现为幅度的大小；
基本电参数T、f、 以及调制特性、失真情况等都
是时变规律。
V
2、示波器是唯一可选仪 器（对某些参数）。如：
阻尼振荡，脉冲的上冲、
下冲、上升、下降，重合
5.2.1 模拟示波器的基本构成
Z轴电路——①增辉：将闸门信号放大，使显示的波形正
程加亮，回扫光迹消隐。②调辉：加外调制信号或时标信 号，使屏幕显示波形的亮度发生相应地变化。
5.2.1 模拟示波器的基本构成
电源与校准源——①电源：为其他电路提供高、低压工
作电源，其中高压提供给示波管。②校准源：产生幅度和 频率准确的方波，作为仪器的校准信号。
5.2.2 示波器显示波形的原理
1. 示波管（CRT）的结构
(2) 偏转系统 ——以垂直偏转板为例
偏转板距离y与偏转电压Uy的关系：
板长
lS y 2dUA2Uy
U S
y y
板屏距
板间距
偏转灵敏度 V/cm
提高灵敏度措施：
①增大S，垂直偏转置于水平偏转左边（远离荧光屏）
②减小UA2，增加后加速（PDA）系统 ③加屏蔽层，消除偏转板间交叉干扰及外界电磁场作用
5.2.1 模拟示波器的基本构成
垂直系统（Y通道）——使示波管荧光屏上光点的位置
在垂直（Y）方向上线性地反映被测信号幅度。
5.2.1 模拟示波器的基本构成
水平系统（X通道）——产生与被测信号相适应的扫描锯
齿波，控制荧光屏上光点的位置在水平（X）方向上由左向右 循环移动，或在水平（X）方向上线性地反映X输入信号幅度。
Ux
若幅值不同，则为椭圆
t
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(7) 主要的性能指标 (a) 频带宽度BW和上升时间tr
频带宽度BW—— 一般指Y通道的频带宽度。反映可观测 信号的最高频率，越大越好。
上升时间tr—— 表示示波器Y通道随输入信号快速变化的 能力。反映脉冲信号的最小宽度，越小越好。
例：
能较好观察脉冲
t Ts
扫描
等待
c. 触发扫描
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(6) X－Y方式波形显示
(a) Ux与Uy都为正弦波，且同相
Uy 1
t
0
2 4
3
Ux
t
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(6) X－Y方式波形显示 (b) Ux与Uy都为正弦波，不同相，设相位差90o Uy 04 3 0 24 1 t 2
2、组成
5.2.4 水平系统
一、触发电路
1、作用
为扫描电路提供一定幅度和宽度的正触发脉冲
2. 示波管波形显示原理
(2) 扫描的概念
C、 Ux为锯齿波电压，Uy为正弦波电压（设Tx＝Ty）
Uy
Uy
1
4 02 3
Ux
0
1
Ux
2 3
4
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(3) 同步的概念 Uy
设Tx＝2Ty
Ty Ux
Tx
t n=2
t
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
GND ——确定零电压
DC
AC ——隔直流及低频，观察交流信号
问：如何测纹波电压的幅值和平均值
5.2.3 垂直系统
一、输入电路
2、衰减器 目的： 测量大信号
组成： 电阻电容分压器
u1
过补偿
R1
C1
最佳补偿： 过补偿： 欠补偿：
R1 C1＝ R2 C2 R1 C1> R2 C2 R1 C1< R2 C2
第5章 时域测量
5.1 示波器的分类 5.2 模拟示波器★ 5.3 多波形显示 5.4 取样示波器 5.5 数字存储示波器 5.6 示波器的应用★
第5章 时域测量
重点：
模拟示波器
模拟示波器的基本构成 模拟示波器显示波形的原理
示波器的应用
难点：
模拟示波器显示波形的原理
第5章 时域测量
示波器的应用：
四、后置放大器
目的： 将经延迟线的被测信号放大到足够的幅度，以驱动垂 直偏转系统，使电子束获得Y方向的满偏转。
要求： 具有稳定的增益、较高的输入阻抗、足够宽的频带、 较小的谐波失真
电路： 采用推挽式放大器，有利于提高共模抑制比
5.2.5 水平系统
1、作用 ——形成、控制并放大锯齿波扫描电压，以在
屏幕上显示稳定、准确的波形。
向偏移。 Ux>0，
右移； Ux<0，
BA、、UUxx==0U，y=U0y=常量 光点仅在垂直方 向偏移。Uy>0， 上移； Uy<0， 下移。
左移。
AD、Ux=U常y量=0，Uy=常量 光点在象限内， 为两者的矢量合 成
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(2) 扫描的概念 A、 Ux=0，Uy为正弦波电压 Uy Uy 1
模拟示波器显示波形的原理
第5章 时域测量
时域 —信号以连续时间为自变量的函数
例：脉冲发生器、函发、示波器、计数器
频域 —以f 为自变量，P或能量为因变量的函数
例：频谱仪， 麦克斯韦和傅立叶奠定了数学基础
数据域 —以离散时间或事件出现的次序为自变量，
把状态值为因变量的函数关系。
例：逻辑分析仪，布尔和冯·诺依曼奠定了数学基础
5.2.2 示波器显示波形的原理
1. 示波管 (CRT-Cathode Ray Tube，阴极射线管) 的结构
–
由电子枪、偏转系统、荧光屏组成 密封在玻璃壳内，形成大型的电真空器件 用途：电信号光信号
电子枪
5.2.2 示波器显示波形的原理
1. 示波管（CRT）的结构
(1) 电子枪
①作用： 发射电子并形成很细的高速电子束
5
11
55
0
2
4
6
8 t
080 8 2 2 4 4 6 6
37
7
Ty
33 7
Ux
Tx
t 正程增辉—使波形不出现回扫线
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(5) 连续扫描和触发扫描 连续扫描—锯齿波电压连续的扫描 触发扫描—只在信号来时才触发，而平时无触发的 扫描。应用：占空比小的脉冲信号
为增加聚焦效果：① G2加隔板，截获偏离轴线远的电子 ② A2中心有一个小孔，利于聚束
5.2.2 示波器显示波形的原理
1. 示波管（CRT）的结构
(2) 偏转系统
①组成： 垂直偏转板＋水平偏转板
②放置： Y偏转板置于靠近电子枪的部位，而X偏转板则更 靠近荧光屏。为了示波器有较高的灵敏度。
③原理： 外加电压在偏转板之间形成电场；使电子束打向 荧光屏上的某个坐标位置。
中低档B<100MHz 高档B>100MHz
实时取样 随机取样 顺序取样
5.2 模拟示波器
5.2.1 模拟示波器的基本构成 5.2.2 示波器显示波形的原理 5.2.3 垂直系统 5.2.4 水平系统
5.2.1 模拟示波器的基本构成
由五部分构成。
5.2.1 模拟示波器的基本构成
示波管——信号波形显示，将电信号转换为光信号。
一般范围—— 0.1μs/div~0.5s/div
5.2.4 垂直系统
1、作用
观测mV~几十伏电压， 需要放大及衰减电路
2、组成
输入电路 前置放大器 延迟线 后置放大器
5.2.3 垂直系统
一、输入电路
包含： 耦合方式＋衰减器
1、耦合方式 DC ——信号直接通过
Ri Ci
S AC GND
至衰 减器
等。
O
t
第5章 时域测量
示波器复现电信号时变规律，是用途广泛 的综合性仪器。
1、示波器可代替一大堆仪表。理由是： 基本电信号V、I、P 等都表现为幅度的大小；
基本电参数T、f、 以及调制特性、失真情况等都
是时变规律。 2、示波器是唯一可选仪器（对某些参数）。如： 阻尼振荡，脉冲的上冲、下冲、上升、下降，重合等。 3、配合有关电路组成测试系统。如： 晶体管特性图示仪，阻抗、频率、网络测试仪等。
电信号的时域测量 非电信号（如温度、压力等）的变化测量
示波器的特点：
速度快，工作频率宽，可测高速脉冲—电子束惯性小 灵敏度高，可观察微弱信号变化 —配有高增益放大器 过载能力强 —非指针指示 输入阻抗高
5.1 示波器的分类
模拟示波器
数字示波器 A/D，D/A
模拟示波器★ 多束示波器 取样示波器 记忆示波器 专用示波器
24
0
t
3
1 2 04
3
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(2) 扫描的概念 Ux Ux
0 t
B、 Uy=0，Ux为锯齿波电压
43 0 12
0
Ux
1 43 2
t
扫描：Ux为 周期锯齿波 电压（扫描 电压），在 屏幕上显示 一条水平亮 线（时间基 线），这过 程称扫描。
5.2.2 示波器显示波形的原理
例：
难以观察脉冲细节
t Ts
t
T＝Ts a. 连续扫描
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(5) 连续扫描和触发扫描
例：
脉冲展宽，但太暗。 而时间基线太亮
t1
Ts
Tx= t1 b. 连续扫描
5.2.2 示波器显示波形的原理
2. 示波管波形显示原理
(5) 连续扫描和触发扫描 触发扫描—信号来时触发，而平时无触发。