《电气测量（第5版）》陈立周8章

第八章 电子示波器,第一节 电子示波器的类型和基本工作原理 第二节 示波管 第三节 液晶显示器 第四节 示波管电源 第五节 示波器的Y通道 第六节 示波器的X通道 第七节 通用示波器实例 第八节 示波器的应用 第九节 数字示波器 第十节 逻辑分析仪 第十一节 描绘特性曲线的专用示波器,Electrical Measure,本章要点,本章介绍电子示波器的电路与器件，包括示波管、液晶显示器、高低压电源、Y通道、X通道、电子开关，以及附属电路的结构、原理与技术性能。并通过第七节的典型实例，进一步了解常用的示波器电路形式，电子示波器的使用方法以及面板上旋钮的功能。 本章还对数字示波器和描绘特性曲线的专用示波器作一般的介绍。,第一节 电子示波器的类型和基本工作原理,一、电子示波器分类,电子示波器,模拟示波器,数字示波器,通用示波器,取样示波器,多束示波器,特殊示波器,实时显示数字读出示波器,数字存储示波器,实时显示与存储示波器,逻辑分析仪,二、电子示波器工作原理 电子示波器是利用被测信号控制电子束在Y轴的位置，同时利用内部的锯齿信号，使电子束重复地沿水平方向匀速扫描，然后在示波管荧光屏或液晶显示器上观察被测信号波形的一种仪器，因此一台电子示波器至少要包括X、Y通道和显示器三个部分。,返回本章首页,第二节 示波管,一、示波管结构 示波管又称阴极射线管，由电子枪、偏转系统和荧光屏等部分组成，所有部件都密封在一个喇叭状的玻璃管中，内部抽至高真空，其结构如下图。,二、示波管电路 通常的情况下，被观察的波形信号加在 Y 偏转板，时间扫描信号加在 X 偏转板，为了控制荧光屏上显示图象的亮度和聚焦，在示波管的栅极和各阳极加上不同的直流电压，如下图所示。,返回本章首页,第三节 液晶显示器,一、液晶显示器结构 液晶显示器由两片玻璃基板黏合而成，板间留有微米级空隙，将液晶封存在间隙中。液晶材料是由脂类、联苯类、笨基环已烷类、毗啶类、乙烷类等多种液晶混合而成。当基板上的电极施加反相电压时，经偏振片的室内光线，无法通过液晶返回,即可形成图像。,二、液晶显示器的电极 液晶显示器的电极有两种结构，一种是分段式结构，另一种是矩阵式结构。,分段式结构中的上基板 电极分七段可组成 0 9 十 个数码，下基板电极各段 连接在一起，作为公共电 极。这种结构多用于仪表 的数字显示。,矩阵式结构中的上基板 作为行电极，下基板作为 列电极，行列交叉组成的 点阵，可用于显示图像或 文字。,三、液晶显示器驱动方式 1.分段式的驱动方式 分段式液晶显示器要显示图像时，可向液晶显示器的两电极分别施加幅度相等相位相反的方波电压（不能加直流电压），使得液晶显示器的基板显出相应的数码图像。如果两电极加上同相电压，液晶显示器则呈熄灭状态。,2.矩阵式驱动方式 矩阵式液晶显示器的两基板电极分别为行、列电极。行列交点形成像素。如要某像素发亮，行列电极间须加选择点波形的电压，如要某像素呈暗态,电极间须加非选择点波形的电压,如果一个电极为选择点,另一电极为非选择点,该像素为半选择点仍保持暗态。,加于行电极,加于列电极,行列电极间,返回本章首页,第四节 示波器电源,示波器必须为内部各种元、器件及电路提供不同电压的电源，包括 一、示波管灯丝电源 示波管灯丝电压由工频电源经变压器降压后提供，虽然灯丝电压本身只有几伏或十几伏，属于低压。但是因为灯丝与阴极极为靠近，为减小两者电位差，通常也置以高电位，如图加-1kV电位。,二、直流低压电源 示波器内部所需的低压电源，可用工频经降压、整流、滤波获得。也可以利用直流-交流-直流转换器，后一种方法因工作频率较高，所需的变压器体积小，并可用较小的滤波电容，使得性能与价格都比工频优越。,有工频变压器的 直流-交流-直流转 换器,无工频变压器 直流-交流-直流 转换器,工频变压器,三、直流高压电源 示波管需要1000V以上的直流高压电源，通常使用直流-高频交流-直流变换器，这种变换器因工作频率高，可以用体积较小高压变压器和电容量较小的高压滤波电容，以节省费用和空间。,振荡管,稳压 电路,降压整流,返回本章首页,第五节 示波器的Y通道,一、Y 通道的技术性能 由于被测信号要从示波器的Y通道输入，因此它的性能直接影响示波器的测量准确度，所以要求Y通道 1.频率宽度：必须满足测量对象的需要，例如测量视频信号至少要有6MHz带宽。 2.输入阻抗：例如5MHz带宽的示波器，其输入电阻至少必须大于1M，输入电容小于40F 。 3.灵敏度：一般示波器Y灵敏度约为毫伏级，特殊的场合要求Y通道灵敏度能达到微伏级。 4.非线性失真：一般要求小于3% 10%。 5.抗干扰与抗漂移能力： Y通道应具备抗干扰与抗漂移能力。,二、Y 通道的结构 Y 通道包括探头、衰减、放大、电子开关与延迟线。,1.探头：提高输入阻抗，补偿输入引线对频率特性的影响。 2.衰减器：调节Y 通道的灵敏度。 3.前置放大与输出级：增加Y 通道放大倍数，提高灵敏度。 4.电子开关：双踪显示时，用于选择A 通道或B 通道。 5.延迟线：延迟Y 通道信号到达偏转板的时间，防止Y 通道信号比扫描信号到达偏转板的时间早，使被测信号开始部分无法显示。,三、Y 通道的调节 1衰减器调节:通常利用RC分压衰减器，改变RC值，达到改变Y 通道的输出幅度的目的，调节时应注意正确补偿。,2.信号幅度微调:衰减器调节通常作为输出幅度的粗调，还要通过调节放大器的放大倍数对输出幅度进行微调。两者结合以后可使荧光屏所显示的波形大小适中，以便于观察。例如输入信号幅度为1mV，若示波管 的Y 轴偏转灵敏度为20V/cm，要使显示波形的幅度达到5cm，就要求Y 通道输出幅度达 100V，这就要求粗调与微调能使Y 通道的放大倍数在0至100000之间进行调节。,四、双踪显示 如示波器有两个Y 通道，可以通过电子开关，打开其中一个通道，显示该通道的波形，也可以同时打开两个通道，实现双踪显示，双踪显示有交替和断续两种方式，如果交换周期等于扫描周期，则每次扫描都可以有一个完整的扫描波形，称为交替。如果交换周期小于扫描周期，显示波形会呈现为断续状，称为断续。,返回本章首页,第六节 示波器的X通道,一、X 通道的技术性能 1.扫描电压幅度：为便于观察，一般示波管要求扫描线长度有10cm，液晶显示器要求占满显示板。 因此要求X通道的输出电压达到100V以上。 2.扫描电压线性：一般示波器要求X通道的非线性失真小于3%-10%。 3 .扫描速度调节范围:扫描速度要与被测信号的频率相适应，至少能观察到一个完整的波形，若 Y 通道最高频率为0 100MHz，扫描速度调节范围要求为1s 0.01s，调节扫速实际上就是调节扫描波的正程时间。,二、X 通道的结构 X通道结构有连续和触发两种方式，现在示波器都采用由密勒电路组成的触发扫描结构，这种结构由触发放大与整形、闸门与密勒积分、释抑电路以及X 放大等几部分组成。其中X 放大与一般放大器没有什么区别，频宽约为Y 通道频宽的十分之一，其输出要保证扫描线的宽度占满全屏。,三、触发信号放大与整形 触发信号可以是被测信号本身(内)，也可从外部引入(外)。触发信号经放大后还需整形，整形利用施密特电路在它翻转时输出的方波脉冲作为触发输出，调节参考电平可改变触发输出方波前沿与后沿的位置。,整形后的触发放大输出的方波又称为闸门触发脉冲，闸门触发脉冲的下降沿将打开时基闸门，相当于闸门开启，闸门开启时闸门输出将启动密勒电路开始扫描，所以闸门触发脉冲的下降沿也代表扫描正程的开始位置。,四、密勒电路 密勒电路实际是一个他激锯齿波发生器，由高增益放大器A和反馈电容（也称密勒电容）C 组成。反馈电容可等效为在输入端接上一个大电容C（A+1）。以便充电时利用其充电曲线的直线部分。经施密特电路整形后闸门触发脉冲，启动时基闸门，时基闸门的输出方波加在密勒电路输入端，密勒电容开始充电，相当于扫描正程的开始，直至闸门输出的方波翻转，密勒电容开始放电，对应于正程结束与逆程开始。,五、释抑电路 释抑电路用来控制扫描波的终点与起点。扫描电压升到一定高度后，通过释抑电路，使时基闸门翻转，关闭闸门，结束正程转为逆程。 考虑到逆程开始之后，闸门随时都可能被触发信号重新打开，造成扫描波未回到起点，又开始新的正程。为此，扫描发生器通过释抑电容将逆程电压下降速度变慢，用它抑制闸门不使过早打开。保证扫描波形回到起点之后，才会产生新的一轮扫描。,返回本章首页,第七节 通用示波器实例,一、SR-8双踪示波器 1.内部结构框图 SR-8为频宽015MHz，灵敏度为0.1mV/cm，输入阻抗为 1M的双踪示波器，内部结构如图：,2.衰减电路 衰减电路由两级 RC 分压器组成，共11档，可从1:1调至1:2000。,3 .Y 通道前置放大 Y 通道输入级采用场效应管提高输入阻抗，其中平衡、极性、移位和幅度微调旋钮都放在面板上，可以由使用者进行调节。平衡旋钮的作用，是使调节移位时不影响波形幅度，同样在调节幅度时不要影响移位。,4.混合级 Y 通道前置放大有YA、YB 两个通道，两通道的信号，通过电子开关A、B 控制，可以使用一个通道,实现单踪显示,也可以轮流（交替、断续）或叠加（YA+YB）后送混合级，实现双踪显示。,5.电子开关与触发放大 通过工作方式开关，可以使电子开关工作于双稳、无稳或断开四种状态。分别选择单踪(YA或YB)、交替、断续和叠加（YA+YB）五种工作方式。内触发源选择开关可以选择改变内触发源，或来自YA或来自YB。,6.末级放大 末级包括延迟线和两级的共射、共基组合放大。当屏幕上找不到被测信号波形时，可按下寻迹开关，将输入接地，正常情况下扫描线会出现在中央位置。当找不到扫描线时，可用它检查 Y通道是否故障。,7. X 通道放大 X 通道放大电路主要用于放大 X 向信号，控制 X 向的移位（RP25-1）和扫描线长度（按拉式开关S25-1作×10扩展，RP25-1作长度调试），寻迹开关按下时，除将 Y 向输入接地外，还在 X电路中置时基为自激状态，自行连续扫描。正常情况下，按下寻迹开关应能见到扫描线。,8. 触发放大 触发放大电路用于调节与选择触发信号，内设置触发方式、触发极性、触发耦合方式和内、外触发源选择四个开关。用于控制显示波形的触发和波形的起点位置。,9.扫描发生器 扫描发生器包括时基闸门、密勒电路和释抑电路等部分。扫速开关通过改变时基电阻、时基电容，来调节扫速。稳定性旋钮可使扫描发生器处于自激或触发状态。RP23-2可以调节扫描线长度。,二、BS-601双踪示波器 1.结构框图,2.衰减电路 BS-601双踪示波器的衰减电路有两级，第一级为 RC 分压衰减器，衰减比分别为1:1、1:10、1:100、1:1000，第二级为集成电路 IC10组成的衰减器，衰减比分别为1:1、1:2、1:4，级连后组成11级的衰减电路。可以由1:1调至1:4000，测量范围从5mV/cm至20 V/cm 。,3. 前置放大级 前置放大级的任务是将Y 输入信号送Y 放大和触发放大，其中RP1-6作移位、S1-2作极性调节（限YB）、RP1-2作增益微调，RP1-1、RP1-4作为直流平衡调节。,4.混合级与末级 混合级与末级任务是将前置放大级送来信号放大后送示波管的Y 偏转板。,5. X 放大与 XY 选择 XY 选择可以控制工作于扫描方式或 XY 方式，前者用于观察随时间变化的波形，后者用于观察李沙育图形或描绘特性曲线，RP2-12用于调节X向放大量，MAG5可使放大量得到5倍扩展。,6.扫描电路,扫描电路的组成 扫描电路由触发放大、同步分离、触发整形、时基闸门、密勒积分电路和释抑电路等部分组成。所设置的控制开关和旋钮，可调整扫描状态。 触发部分调节旋钮 1)触发源信号选择：S2-3可选内（INT）、YB、外（EXT）、电网（LINE）。 2)同步方式选择：S2