《电子测量技术基础》PPT幻灯片
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垂直偏转板Y在前， 水平偏转板X在后。 电子束最终的运动情况取决于水平方向和垂直方向电压的 合成作用， 当X、 Y偏转板加不同电压时， 荧光屏上的亮点 可以移动到屏面上的任一位置。
为了显示电信号的波形， 通常在水平偏转板上加一线性 锯齿波扫描电压ux （ “时基信号”或“扫描信号” ） ， 该 扫描电压将Y方向所加信号电压uy作用的电子束在屏幕上按时 间沿水平方向展开， 形成一条“信号电压-时间”曲线， 即 信号波形， 参见图4.2-2。
如果电压调节得适当， 则电子束恰好聚焦在荧光屏S的 中心点F2处。
RW2和RW3分别是“聚焦”和“辅助聚焦”旋钮所对应 的电位器， 调节这两个旋钮使得电子束具有较细的截面， 射到荧光屏上， 以便在荧光屏上显示出清晰的、 聚焦很好 的波形曲线。
4.2.2
偏转系统由水平偏转板X1、 X2和垂直偏转板Y1、 Y2这两 对相互垂直的偏转板组成。
4.3 电子示波器的结构框图与性能
4.3.1
电子示波器由Y通道、 X通道、 Z通道、 示波管、 幅度校 正器、 扫描时间校正器、 电源几部分组成。
被观察的波形通过Y通道探头， 经过衰减加到垂直前置放 大器的输入端①， 垂直前置放大器的推挽输出信号②和③经过 延迟线、 垂直末级放大器， 输出足够大的推挽信号⑨、⑩ 到 示波管的垂直偏转板Y1、Y2上。 由时基发生器产生线性扫描电 压， 经水平末级放大器放大后， 输出推挽的锯齿波信号⑦、 ⑧加到水平偏转板X1、 X2上。
图4.3-1 示波器组成框图及波形关系图
为了在示波管上得到稳定的显示波形， 要求每次扫描 的锯齿波信号起点应对应于周期性被显示信号的同一相应 点， 因此， 将被显示信号③的一部分送到触发同步电路， 当该电路得到的信号相应于输入信号的某个电平和极性时， 触发同步电路即产生触发信号④去启动时基发生器， 产生 一个由触发信号控制的扫描电压⑤。 Z轴电路应在时基发生 器输出的正程时间内产生加亮(增辉)信号⑥加到示波管控制 栅极上， 使得示波管在扫描正程加亮光迹， 在扫描回程使 光迹消隐。
电子示波器
4.1 概述 4.2 示波管 4.3 电子示波器的结构框图与性能 4.4 电子示波器的Y、 X通道及校正器 4.5 双踪和双线示波器 4.6 高速和取样示波器 4.7 记忆示波器与存储示波器 *4.8 数字化波形处理系统简介 小结 习题4
4.1 概
电子示波器是一种用荧光屏显示电量随时间变化过程 的电子测量仪器。
图4.2-1 示波管及电子束控制电路 电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子束， 偏转系统由X方向和Y方向两对偏转板组成， 它的作用是 决定电子束怎样偏转， 荧光屏的作用则是显示偏转电信 号的波形。
4.2.1
电子枪由灯丝(h)、 阴极(K)、 栅极(G1)、 前加速极(G2)、 第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成
灯丝h用于对阴极K加热， 加热后的阴极发射电子。 栅极G1电位比阴极K低， 对电子形成排斥力， 使电子朝 轴向运动， 形成交叉点F1, 并且只有初速度较高的电子能够 穿过栅极奔向荧光屏， 初速度较低的电子则返回阴极， 被
阴极吸收。
如果栅极G1电位足够低， 则可使发射出的电子全部返回 阴极， 因此， 调节栅极G1的电位可控制射向荧光屏的电子 流密度， 从而改变荧光屏亮点的辉度。
它能把人的肉眼无法直接观察到的电信号转换成人眼 能够看到的波形， 具体显示在荧光屏上， 以便对电信号 进行定性和定量观测， 其他非电物理量亦可经转换成为电 量， 使用示波器进行观测。
电子示波器的基本特点
(1) 能显示信号波形， 可测量瞬时值， 具有直观性。 (2) 输入阻抗高， 对被测信号影响小； 测量灵敏度高， 并 有较强的过载能力， 目前示波器的最高灵敏度可达到10 μV/div(微伏/格)
(3) (4) 显示电子器件的伏安特性。
4.2 示 波
示波器的核心部件是示波管。 示波管是一种整个被密封在玻璃壳内的大型真空电子器 件， 也叫阴极射线管。 电视机的彩色显像管和计算机的监视器都是在电子示波 管的基础上发展起来的， 它们的组成结构与原理基本相同。
示波管由电子枪、 偏转系统和荧光屏三部分组成， 如图4.2-1所示。 其用途是将电信号转变成光信号并在荧 光屏上显示。
(3) 工作频带， 速度快， 便于观察高速变化的波形的 细节。 目前示波器的工作频带最宽可达1000 MHz， 预计不 久将研制出带宽为2 GHz以上的示波器。
(4) 在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流 量的函数关系， 可作为比较信号用的高速X-Y
(1) (2) 测量电压和电流的幅度、 频率、 时间、 相位等电
图4.2-2 偏转系统工作原理图
当uy信号为正弦 波时， 只有在扫描电
压成整倍数n时， 才能稳定地显示一个
或n个正弦波形， 如图 4.2-2(b)、 (c)所示。
4.2.3
荧光屏不是导电体。 当电子束轰击荧光粉时， 激发产生荧光形成亮点。 不 同成分的荧光粉， 发光的颜色不尽相同， 一般示波器选用 人眼最为敏感的黄绿色。 荧光粉从电子激发停止时的瞬间亮度下降到该亮度的 10%所经过的时间称为余辉时间。 荧光粉的成分不同， 余辉时间也不同， 为适应不同需要， 将余辉时间分为长余辉(100 ms~1 s)、 中余辉(1~100 ms)和短 余辉(10 μs~10 ms)等不同规格。 普通示波器需采用中余辉示 波管， 而慢扫描示波器则采用长余辉示波管。
辉度调节旋钮控制电位器RW1进行分压调节， 即调节 栅极G1的电位。
控制辉度的另一种方法是以外加电信号控制栅阴极间电 压， 使亮点辉度随电信号强弱而变化(像电视显像管那样)， 这种工作方式称为“辉度调制”。
这个外加电信号的控制形成了除X方向和Y方向之外的 三维图形显示， 称为Z轴控制。
G2、 A1、 A2构成一个对电子束的控制系统。 这三个极板上都加有较高的正电位， 并且G2与A2相连。 穿过栅极交叉点F1的电子束由于电子间的相互排斥作用而散开。 进入G2、 A1、 A2构成的静电场后， 一方面受到阳极正电压的 作用加速向荧光屏运动， 另一方面由于A1与G2、 A1与A2形成 的电子透镜的作用向轴线聚拢， 形成很细的电子束。
为了显示电信号的波形， 通常在水平偏转板上加一线性 锯齿波扫描电压ux （ “时基信号”或“扫描信号” ） ， 该 扫描电压将Y方向所加信号电压uy作用的电子束在屏幕上按时 间沿水平方向展开， 形成一条“信号电压-时间”曲线， 即 信号波形， 参见图4.2-2。
如果电压调节得适当， 则电子束恰好聚焦在荧光屏S的 中心点F2处。
RW2和RW3分别是“聚焦”和“辅助聚焦”旋钮所对应 的电位器， 调节这两个旋钮使得电子束具有较细的截面， 射到荧光屏上， 以便在荧光屏上显示出清晰的、 聚焦很好 的波形曲线。
4.2.2
偏转系统由水平偏转板X1、 X2和垂直偏转板Y1、 Y2这两 对相互垂直的偏转板组成。
4.3 电子示波器的结构框图与性能
4.3.1
电子示波器由Y通道、 X通道、 Z通道、 示波管、 幅度校 正器、 扫描时间校正器、 电源几部分组成。
被观察的波形通过Y通道探头， 经过衰减加到垂直前置放 大器的输入端①， 垂直前置放大器的推挽输出信号②和③经过 延迟线、 垂直末级放大器， 输出足够大的推挽信号⑨、⑩ 到 示波管的垂直偏转板Y1、Y2上。 由时基发生器产生线性扫描电 压， 经水平末级放大器放大后， 输出推挽的锯齿波信号⑦、 ⑧加到水平偏转板X1、 X2上。
图4.3-1 示波器组成框图及波形关系图
为了在示波管上得到稳定的显示波形， 要求每次扫描 的锯齿波信号起点应对应于周期性被显示信号的同一相应 点， 因此， 将被显示信号③的一部分送到触发同步电路， 当该电路得到的信号相应于输入信号的某个电平和极性时， 触发同步电路即产生触发信号④去启动时基发生器， 产生 一个由触发信号控制的扫描电压⑤。 Z轴电路应在时基发生 器输出的正程时间内产生加亮(增辉)信号⑥加到示波管控制 栅极上， 使得示波管在扫描正程加亮光迹， 在扫描回程使 光迹消隐。
电子示波器
4.1 概述 4.2 示波管 4.3 电子示波器的结构框图与性能 4.4 电子示波器的Y、 X通道及校正器 4.5 双踪和双线示波器 4.6 高速和取样示波器 4.7 记忆示波器与存储示波器 *4.8 数字化波形处理系统简介 小结 习题4
4.1 概
电子示波器是一种用荧光屏显示电量随时间变化过程 的电子测量仪器。
图4.2-1 示波管及电子束控制电路 电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子束， 偏转系统由X方向和Y方向两对偏转板组成， 它的作用是 决定电子束怎样偏转， 荧光屏的作用则是显示偏转电信 号的波形。
4.2.1
电子枪由灯丝(h)、 阴极(K)、 栅极(G1)、 前加速极(G2)、 第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成
灯丝h用于对阴极K加热， 加热后的阴极发射电子。 栅极G1电位比阴极K低， 对电子形成排斥力， 使电子朝 轴向运动， 形成交叉点F1, 并且只有初速度较高的电子能够 穿过栅极奔向荧光屏， 初速度较低的电子则返回阴极， 被
阴极吸收。
如果栅极G1电位足够低， 则可使发射出的电子全部返回 阴极， 因此， 调节栅极G1的电位可控制射向荧光屏的电子 流密度， 从而改变荧光屏亮点的辉度。
它能把人的肉眼无法直接观察到的电信号转换成人眼 能够看到的波形， 具体显示在荧光屏上， 以便对电信号 进行定性和定量观测， 其他非电物理量亦可经转换成为电 量， 使用示波器进行观测。
电子示波器的基本特点
(1) 能显示信号波形， 可测量瞬时值， 具有直观性。 (2) 输入阻抗高， 对被测信号影响小； 测量灵敏度高， 并 有较强的过载能力， 目前示波器的最高灵敏度可达到10 μV/div(微伏/格)
(3) (4) 显示电子器件的伏安特性。
4.2 示 波
示波器的核心部件是示波管。 示波管是一种整个被密封在玻璃壳内的大型真空电子器 件， 也叫阴极射线管。 电视机的彩色显像管和计算机的监视器都是在电子示波 管的基础上发展起来的， 它们的组成结构与原理基本相同。
示波管由电子枪、 偏转系统和荧光屏三部分组成， 如图4.2-1所示。 其用途是将电信号转变成光信号并在荧 光屏上显示。
(3) 工作频带， 速度快， 便于观察高速变化的波形的 细节。 目前示波器的工作频带最宽可达1000 MHz， 预计不 久将研制出带宽为2 GHz以上的示波器。
(4) 在示波器的荧光屏上可描绘出任意两个电压或电流 量的函数关系， 可作为比较信号用的高速X-Y
(1) (2) 测量电压和电流的幅度、 频率、 时间、 相位等电
图4.2-2 偏转系统工作原理图
当uy信号为正弦 波时， 只有在扫描电
压成整倍数n时， 才能稳定地显示一个
或n个正弦波形， 如图 4.2-2(b)、 (c)所示。
4.2.3
荧光屏不是导电体。 当电子束轰击荧光粉时， 激发产生荧光形成亮点。 不 同成分的荧光粉， 发光的颜色不尽相同， 一般示波器选用 人眼最为敏感的黄绿色。 荧光粉从电子激发停止时的瞬间亮度下降到该亮度的 10%所经过的时间称为余辉时间。 荧光粉的成分不同， 余辉时间也不同， 为适应不同需要， 将余辉时间分为长余辉(100 ms~1 s)、 中余辉(1~100 ms)和短 余辉(10 μs~10 ms)等不同规格。 普通示波器需采用中余辉示 波管， 而慢扫描示波器则采用长余辉示波管。
辉度调节旋钮控制电位器RW1进行分压调节， 即调节 栅极G1的电位。
控制辉度的另一种方法是以外加电信号控制栅阴极间电 压， 使亮点辉度随电信号强弱而变化(像电视显像管那样)， 这种工作方式称为“辉度调制”。
这个外加电信号的控制形成了除X方向和Y方向之外的 三维图形显示， 称为Z轴控制。
G2、 A1、 A2构成一个对电子束的控制系统。 这三个极板上都加有较高的正电位， 并且G2与A2相连。 穿过栅极交叉点F1的电子束由于电子间的相互排斥作用而散开。 进入G2、 A1、 A2构成的静电场后， 一方面受到阳极正电压的 作用加速向荧光屏运动， 另一方面由于A1与G2、 A1与A2形成 的电子透镜的作用向轴线聚拢， 形成很细的电子束。