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第3章电子示波器.ppt

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第 3 章电子示波器第第3 3章章电电子子示示波波器器 3.1 概述概述 3.2 示波管及波形显示原理示波管及波形显示原理 3.3 电子示波器电路的基本组成及电子示波器电路的基本组成及原理原理3.3.2 通用示波器通用示波器Y通道（垂直系统）通道（垂直系统）3.3.3 通用示波器通用示波器X通道（水平系统）通道（水平系统） 3.4 SS5702双踪示波器双踪示波器3.5 双扫描示波器双扫描示波器3.6 取样示波器取样示波器3.7 数字存储示波器数字存储示波器本章小结本章小结1第 3 章电子示波器第第3章章电子示波器电子示波器学习参考：学习参考：示波器主要用来观测信号波形、测量电压、频率、时间等参数，是电子测量三大仪器之一本章主要介绍波形测试原理及示波器的组成原理与应用要求通过学习了解示波器的组成、理解它的工作原理、掌握它的应用本章要点：本章要点：示波管组成及波形显示原理，示波器扫描过程、组成、技术指标及应用2第 3 章电子示波器 3.1 概述概述电子示波器简称为示波器，它借助阴极射线示波管（CRT，Cathode Ray Tube）电子射线的偏转将电信号变换成可见图像，实现波形的显示，实现电压、周期、频率、时间、相位、调制系数等参数的测量。

示波器也是构成特性曲线测试仪器等的重要组成部分，例如晶体管特性图示仪、扫频仪等示波器按其性能、结构分为：（1）通用示波器通用示波器采用单束示波管，它分为单踪、双踪、多踪示波器单踪示波器在荧光屏上只能显示一个信号的波形，双踪示波器在荧光屏上可显示两个信号的波形，多踪示波器在荧光屏上可同时显示两个以上信号的波形3第 3 章电子示波器（2）多束示波器多束示波器又称为多线示波器，它采用多束示波管，荧光屏上显示的每个波形都由单独的电子束扫描产生，能同时观测、比较两个以上的波形3）取样示波器取样示波器将高频、超高频信号经取样变换为较低频率信号后再显示，适用于测量高频、超高频信号4）存储示波器存储示波器具有存储被测信号的功能，适用于异地观测、异地分析测量5）专用示波器专用示波器能够满足特殊的用途，如监测调试电视系统的4第 3 章电子示波器电视示波器，用于调试彩色电视中有关色度信号幅度和相位的矢量示波器和用于观测调试计算机和数字系统的逻辑示波器等本章着重讨论通用示波器的工作原理及其应用 3.2.1 阴极射线示波管的构造阴极射线示波管的构造阴极射线示波管是示波器重要组成部分，用来将电信号变换为光信号而加以显示。

CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三大部分组成，它们都封装在密闭呈真空的玻璃壳内，其结构如图3.1所示3.2 示波管及波形显示的基本原理示波管及波形显示的基本原理5第 3 章电子示波器示波管属于电真空器件，又称为示波管属于电真空器件，又称为阴极射线管（阴极射线管（CRTCRT））KG1G2A1A2Y2X2F~6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦聚焦UA1辅助聚焦后加速极后加速极A3＋＋15KV电子枪电子枪偏转系统偏转系统荧光屏荧光屏Y1真空玻璃管真空玻璃管图3.1 阴极射线示波管Z Z轴轴兰色：电力线兰色：电力线红色：等位面红色：等位面6第 3 章电子示波器电子枪的作用是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：它由以下几部分组成： 1.1.灯丝灯丝F F————在交流低压在交流低压( (如如6.3V)6.3V)下使钨丝烧热下使钨丝烧热, ,用于加热阴极用于加热阴极2.2.阴极阴极K 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）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）的金属的金属 3.3.第一栅极第一栅极G1G1————调节调节G1G1的电位可以调节示波器的亮度，常置于示波器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。

面板上供使用当控制信号加于当控制信号加于G1G1，其，其亮度亮度可随之改变，则可以传递信息，称为示波器的可随之改变，则可以传递信息，称为示波器的Z Z轴轴电路4.4.第二栅极第二栅极G2G2————隔离开隔离开G1G1和和A1A1，以减小亮度调节与聚焦调节的相互影响以减小亮度调节与聚焦调节的相互影响5.5.第一阳极第一阳极A1A1————与第二阳极与第二阳极A2A2构成一个电子透镜，对电子束起构成一个电子透镜，对电子束起聚焦聚焦作用 6.6.第二阳极第二阳极A2A2————是个更大的同轴圆筒，其上电压较高，它主要与是个更大的同轴圆筒，其上电压较高，它主要与A1A1构成构成电子透镜电子透镜 7.7.第三阳极第三阳极A3A3————具有上万伏的高压，用于对电子束加速，故也称具有上万伏的高压，用于对电子束加速，故也称后加速后加速阳极阳极 7第 3 章电子示波器 1. 电子枪电子枪电子枪用来发射电子并形成很细的高速电子束它主要由灯丝F、阴极K、控制栅极G、第一阳极A1、第二阳极A2和后加速阳极A3组成阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒，在灯丝的加热下，阴极散射出大量游离电子。

控制栅极是顶端有孔的圆筒，套装在阴极外面，其电位比阴极电位低，用于控制射向荧光屏的电子数量，改变电子束打在荧光屏上亮点的亮度调节电位器RP1可以调节亮度，称之为“辉度（INTENSITY）”调节旋钮与控制栅极极性相反的电压加到阴极上时，也可起到与控制栅极相同的作用第一、二阳极是中间开孔、内有许多栅格的金属圆筒，它们与控制栅极配合完成对电子束的加速和聚焦，聚焦就是使电子束在荧光屏上的亮点直径变小，调节电位器RP2、RP3可使荧8第 3 章电子示波器光屏亮点鲜明，得到最佳的聚焦效果，RP2、RP3分别称为“聚焦（FOCUS）”调节和“辅助聚焦（AUX FOCUS）”调节旋钮后加速阳极用来加速电子束，提高示波管的偏转灵敏度2. 偏转系统偏转系统偏转系统的作用是：扫描电压、被测信号加到X、Y偏转板上时，各自在X、Y偏转板间形成偏转电场，分别使电子束产生在X、Y方向上的位移，由此确定出亮点在荧光屏上的位置偏转系统位于第二阳极之后，由两对相互垂直的X（水平）、Y（垂直）偏转板组成，分别控制电子束水平方向、垂直方向的偏转，偏转的距离分别与加在偏转板上的电压大小成正比，该特性称为阴极射线示波管的线性偏转特性。

9第 3 章电子示波器为了显示出被测信号的波形，扫描电压和被测信号电压分别加在示波管X、Y偏转板上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的偏转距离与时间成正比，这是示波器测量时间、周期等参数的原理依据改变扫描电压的大小，可以调整显示波形的宽度锯齿波和被测信号都变换成极性相反的对称信号后加到偏转板上，如图3.1所示被测信号变换后加在Y偏转板上，使电子束产生与信号电压成正比的偏移，这是示波器测量电压等参数的原理依据改变Y偏转板上的信号电压大小，可以调整显示波形的幅度当在Y1、Y2偏转板上再叠加上对称的正、负直流电压时，显示波形会整体向上移位，反之，向下移位，调节该直流电压的旋钮称为“垂直移位(VERTICAL)”旋钮当在X1、X2偏转板上再叠加上对称的正、负直流电压时，显示波形会整体向左移10第 3 章电子示波器位，反之，向右移位，调节该直流电压的旋钮称为“水平移位（HORIZONTAL）”旋钮 3. 荧光屏荧光屏内壁涂有荧光物质（磷光质），外壁则是玻璃管壳当荧光物质受到电子枪发射的高速电子束轰击时能发出荧光，并维持一定的时间，该现象称为荧光物质的余辉现象。

按照余辉现象维持时间（即余辉时间）的长短，荧光物质分为短余辉（小于1ms）、中余辉（1ms～2ms）和长余辉（大于2s，甚至可达几分钟或更长）等几种被测信号频率越低，越宜选用余辉长的荧光物质，反之，宜选用余辉短的荧光物质荧光物质发出的颜色有黄色、绿色、蓝色等几种，普通示波管常选用黄色或绿色的荧光物质11第 3 章电子示波器 3.2.3 3.2.3 电子束偏转原理电子束偏转原理1 1．静电偏转．静电偏转------光点法光点法--------用干示波器用干示波器2..2..磁偏转磁偏转----------光栅法光栅法--------用于电视机、计算机显示器及示波器用于电视机、计算机显示器及示波器图图6.4 6.4 电子束的偏转电子束的偏转L LS SY YU Uy yU Ua a屏幕屏幕电子束电子束A A2 2比比例例系系数数称称为为示示波波管管的的偏偏转转因因数数，，单单位位为为cm/Vcm/V，，它它的的倒倒数数DDy y＝＝1 1／／h hy y称称为为示示波波管管的的偏偏转转灵灵敏敏度度，，单单位位为为V/cmV/cm偏偏转转灵灵敏敏度度是是示示波波管管的的重重要要参参数数。

12第 3 章电子示波器为了进行定量测试，一般在荧光屏内壁预先沉积一个透明刻度，称为内刻度；或在屏外安置标有刻度的透明塑料板，称为外刻度刻度区域通常为一矩形，称为测量窗或显示窗，其尺寸是示波器可视尺寸，一般为10div×8div（宽×高）3.2.5 波形显示原理波形显示原理1. 波形显示波形显示(扫描）扫描）当示波管未加偏转电压时，电子束打在荧光屏中心位置上而产生亮点当在示波管X、Y偏转板上都只加直流电压时，也可以在荧光屏上得到一个位置产生变化的亮点每个亮点所在的位置都可以设为起始点被测信号的波形可以看作是由很多亮点构成的，由示波管的线性偏转特性可知，每个亮点在X、Y方向上的坐标（即相对13第 3 章电子示波器于起始点的距离）分别与被测信号波形中该点的时间及瞬时电压成正比当被测电压、扫描电压分别加至垂直、水平偏转板上时，电子束受到垂直、水平偏转板的共同作用，使电子束每一时刻产生的亮点的垂直位移与被测电压的瞬时电压成正比，而在时间上则一一对应，这样就在荧光屏上得到一个留存时间很短的亮点轨迹，即波形如图3-4所示只要被测信号是周期性信号，每次得到的波形又能完全重复，并且每次重复的间隔时间又很短，就可以得到稳定的被测信号波形，重复间隔时间应少于人眼视觉暂留时间，否则，波形会闪烁，不便于观测。

2. 扫描及同步扫描及同步图3.2为扫描电压实际波形14第 3 章电子示波器 •图3-4 扫描电压与信号电压共同作用15第 3 章电子示波器波形显示的基本原理 1．显示随时间变化的图形（1）Ux、Uy为固定电压时，有下面四种情况：光点出现在荧光屏的中心位置光点出现在荧光屏的中心位置光点出现在荧光屏的中心位置光点出现在荧光屏的中心位置光点仅在垂直方向偏移光点仅在垂直方向偏移光点仅在垂直方向偏移光点仅在垂直方向偏移：：：：UyUyUyUy为正电为正电为正电为正电压压压压时，时，时，时，光点从荧光屏的中心往垂直方光点从荧光屏的中心往垂直方光点从荧光屏的中心往垂直方光点从荧光屏的中心往垂直方向上移向上移向上移向上移；；；；UyUyUyUy为负电压时，光点从荧光为负电压时，光点从荧光为负电压时，光点从荧光为负电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向下移屏的中心往垂直方向下移屏的中心往垂直方向下移屏的中心往垂直方向下移 16第 3 章电子示波器波形显示的基本原理1．显示随时间变化的图形（续）光点仅在水平方向偏移光点仅在水平方向偏移光点仅在水平方向偏移光点仅在水平方向偏移：：：：UxUxUxUx为正电为正电为正电为正电压时，光点从荧光屏的中心往水平压时，光点从荧光屏的中心往水平压时，光点从荧光屏的中心往水平压时，光点从荧光屏的中心往水平方向右移；方向右移；方向右移；方向右移；UxUxUxUx为负电压时，光点从为负电压时，光点从为负电压时，光点从为负电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向左移。

荧光屏的中心往水平方向左移荧光屏的中心往水平方向左移荧光屏的中心往水平方向左移当两对偏转板上同时加固定当两对偏转板上同时加固定当两对偏转板上同时加固定当两对偏转板上同时加固定的正电压时，光点位置应为的正电压时，光点位置应为的正电压时，光点位置应为的正电压时，光点位置应为两电压的矢量合成两电压的矢量合成两电压的矢量合成两电压的矢量合成 17第 3 章电子示波器波形显示的基本原理1．显示随时间变化的图形（续）（2）X、Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情况：仅在垂直偏转板的仅在垂直偏转板的仅在垂直偏转板的仅在垂直偏转板的两板间加正弦变化两板间加正弦变化两板间加正弦变化两板间加正弦变化的电压，则光点只的电压，则光点只的电压，则光点只的电压，则光点只在荧光屏的垂直方在荧光屏的垂直方在荧光屏的垂直方在荧光屏的垂直方向来回移动，出现向来回移动，出现向来回移动，出现向来回移动，出现一条垂直线段一条垂直线段一条垂直线段一条垂直线段 18第 3 章电子示波器波形显示的基本原理1．显示随时间变化的图形（续）仅在水平偏转板的仅在水平偏转板的仅在水平偏转板的仅在水平偏转板的两板间加锯齿电压，两板间加锯齿电压，两板间加锯齿电压，两板间加锯齿电压，则光点只在荧光屏则光点只在荧光屏则光点只在荧光屏则光点只在荧光屏的水平方向来回移的水平方向来回移的水平方向来回移的水平方向来回移动，出现一条水平动，出现一条水平动，出现一条水平动，出现一条水平线段。

线段19第 3 章电子示波器波形显示的基本原理1．显示随时间变化的图形（续）（3）Y偏转板加正弦波信号电压，X偏转板加锯齿波电压，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 20第 3 章电子示波器波形显示的基本原理2．显示任意两个变量之间的关系示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称为李沙育（Lissajous）图形，这种图形在相位和频率测量中常会用到若两信号的初相相同，且在若两信号的初相相同，且在若两信号的初相相同，且在若两信号的初相相同，且在X X X X、、、、Y Y Y Y方向的偏转距离相同，方向的偏转距离相同，方向的偏转距离相同，方向的偏转距离相同，在荧光屏上画出一条与水平在荧光屏上画出一条与水平在荧光屏上画出一条与水平在荧光屏上画出一条与水平轴呈轴呈轴呈轴呈45454545度角的直线度角的直线度角的直线度角的直线 21第 3 章电子示波器波形显示的基本原理2．显示任意两个变量之间的关系（续）若两信号的初相相差若两信号的初相相差若两信号的初相相差若两信号的初相相差90909090度，且在度，且在度，且在度，且在X X X X、、、、Y Y Y Y方向的偏方向的偏方向的偏方向的偏转距离相同，在荧光屏转距离相同，在荧光屏转距离相同，在荧光屏转距离相同，在荧光屏上画出的图形为圆上画出的图形为圆上画出的图形为圆上画出的图形为圆。

22第 3 章电子示波器波形显示的基本原理3．扫描的概念 ò 如果在X偏转板上加一个随时间线形变化的电压，垂直偏转板不加电压，那么光点在水平方向的偏移距离为，比例系数Sx称为示波管的X轴偏转灵敏度ò 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描”，能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压，光点自左向右的连续扫动称为“扫描正程”，自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程称为“扫描逆程” 23第 3 章电子示波器 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”，以保证下次扫描从起始点开始向右扫描；Tw为扫描休止时间，以保证下次扫描在荧光屏上的起始点能够与本次扫描的起始点重合，为便于分析通常不予考虑当扫描逆程时间和扫描休止时间均为零时，扫描电压为理想扫描电压3. 3. 扫描过程的增辉与隐熄扫描过程的增辉与隐熄扫描正程时显示被测信号的波形，要求在此期间增强波TbTSTwTx=TS+Tb+Twtux(t)0图3.2 扫描电压实际波形24第 3 章电子示波器形的亮度，即增辉，可以在控制栅极上叠加正极性脉冲或在阴极上叠加负极性脉冲来实现增辉。

在扫描逆程时，电子束在向左移动的过程中会出现亮线，该亮线称为回扫线假如在Y偏转板上加正弦电压，在扫描休止时，电子束会在起始点位置出现一条垂直的亮线，该亮线称为休止线应对回扫线和休止线进行消隐，否则，将影响波形的观测，如图3.3所示，可以在控制栅极上叠加负极性脉冲或在阴极上叠加正极性脉冲来实现消隐正程波形（与被测信号波形相同）回扫线休止线图3.3 不消隐时显示的波形25第 3 章电子示波器如果要得到稳定的周期性被测信号波形必须满足同步条件：Tx=Ts+Tb+Tw=nTy（n为正整数）（3-1）式中，Tx为扫描信号周期；Ty为被测信号周期由此可见，被测信号和扫描电压对电子束的作用时间总是相等的所以，扫描电压正程、逆程时间等于被测信号的几个周期，就相应地扫描得出被测信号几个周期的波形，其中扫描逆程得到的波形（即回扫线）是紧随扫描正程波形之后的被测信号波形的回折，即以扫描正程结束点所在纵轴为轴线将正程之后的波形向起始方向对折，并且使扫描逆程的结束点与扫描起始点重合，如图3.4所示图3.4中，扫描电压周期为被测信号周期的三倍，满足式（3-1）的关系，可以得到稳定的波形，这种现象称为同步。

否则，会产生左移或右移的不稳定波形或亮带26第 3 章电子示波器波形显示的基本原理4．同步的概念（1）Tx=nTy(n为正整数)：荧光屏上将稳定显示n个周期的被测信号波形 n=2n=2如果扫描电压如果扫描电压如果扫描电压如果扫描电压周期周期周期周期TxTxTxTx与被测与被测与被测与被测电压周期电压周期电压周期电压周期TyTyTyTy保保保保持持持持TxTxTxTx= = = =nTynTynTynTy的关的关的关的关系，则称扫描系，则称扫描系，则称扫描系，则称扫描电压与被测电电压与被测电电压与被测电电压与被测电压压压压““““同步同步同步同步”””” 27第 3 章电子示波器波形显示的基本原理4．同步的概念（续）（2）Tx≠nTy(n为正整数)，即不满足同步关系时，显示的波形不稳定 28第 3 章电子示波器 4.4.连续扫描和触发扫描连续扫描和触发扫描示波器一般采用电平触发的方法获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Tx=Ts+Tb=3TyTs=2TyTb=Tyttux(t)uy(t)00正程终点（逆程起点）正程起点（逆程终点）正程波形回扫线对折方向对折轴线图3.4 显示波形的取得29第 3 章电子示波器扫描电压是连续的方式称为连续扫描扫描电压是连续的方式称为连续扫描, ,扫描电压是在自激状态下产生的。

有时扫描电压是在手动控制下产生的，称之为单次扫描，单次扫描适于观测非周期性信号有时在自动电路控制下，连续扫描和触发扫描可以实现自动变换，这种扫描方式称为自动扫描，是操作示波器时通常选用的扫描方式上述扫描电压均为锯齿波电压，如果只在水平偏转板上加扫描电压，在荧光屏上会产生一条可反映时间长短的水平亮线，称之为时间基线，简称为时基线，这种扫描方式称为直线扫描ò触发扫描时，使扫描脉冲只在被测脉冲到来时才扫描一次；没有被测脉冲时，扫描发生器处于等待工作状态30第 3 章电子示波器 •a图为被测的窄脉冲信号，•b图为采用低速的连续扫描信号，扫描周期为T=Ty b图中波形水平方向被压缩，在示波器屏幕上很难看清波形的细节，无法分析脉冲信号的各个参数•c图为采用高速的连续扫描信号，扫描周期为T=τ，提高了扫描频率，将脉冲信号展宽了，但图形阴暗，时基线太明显31第 3 章电子示波器 32第 3 章电子示波器在示波管中，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) 所示为不同初相不同频率时的李沙育波形5. X—Y显示方式33第 3 章电子示波器 (c)(b)(a)34第 3 章电子示波器 3.3 电子示波器电路的基本组成及原理电子示波器电路的基本组成及原理3.3.1 电子示波器的基本组成电子示波器的基本组成图图3-10 3-10 通用示波器的主要组成框图通用示波器的主要组成框图35第 3 章电子示波器 •通用示波器主要由 X通道（HORIZONTAL）、Y通道（VERTICAL）、主机三大部分组成•⑴X通道（水平系统）X通道由触发电路、扫描电路和X放大器组成它的主要作用是：在触发信号的作用下，输出大小合适、极性相反的对称扫描电压，以驱动电子束水平偏转•⑵Y通道（垂直系统）Y通道由衰减器、前置放大器、延迟级、输出放大器等组成。

它的主要作用是：对单端输入的被测信号进行变换、处理成为大小合适极性相反的对称信号加到Y偏转板上，使电子束产生垂直偏转36第 3 章电子示波器探极Y衰减器Y前置放大器延迟级Y输出放大器Y偏转板触发电路扫描电路X放大器标准信号发生器电源增辉电路控制栅极(或阴极)主机Y通道X偏转板“X”输入外同步触发输入标准信号输出“X-Y”X通道“扫描”S2S1内外电源示波管被测信号输入图3.5 通用示波器基本组成37第 3 章电子示波器（3）主机部分主机部分主要包括标准信号源、增辉电路、电源、示波管等部分增辉电路的作用增辉电路的作用是在扫描正程时使波形增辉，扫描逆程或扫描休止期时使回扫线和休止线消隐；或在外加高频信号的作用下，对显示波形进行亮度调制，即使波形亮暗变化情况受外加信号的控制，波形由实线变为虚线，由此可测量信号周期或频率标准信号源用于提供幅度、周期等都很准确的方波信号，例如1kHz、10mVP-P的方波，以便对示波器有关技术指标进行校准调整由于增辉信号是加在示波管的控制栅极或阴极上，而控制栅极或阴极均与偏转板垂直，符合三维坐标关系，故增辉电路等又称为Z轴系统，有时也将主机部分称为Z轴系统。

有关主机部分的内容不再进行详细介绍 38第 3 章电子示波器 3.3.2 通用示波器通用示波器Y通道（垂直系统）通道（垂直系统）示波器Y通道主要由输入电路、前置放大器、延迟级和输出放大器等组成，如图3.5所示它的主要作用是把被测信号变换成为大小合适的双极性对称信号后加到Y偏转板上，使显示的波形适于观测；向X通道提供内触发信号源；补偿X通道的时间延迟，以观测到诸如脉冲等信号的完整波形1 输入电路输入电路如图3.6所示，输入电路主要包括探极、耦合方式变换开关、衰减器、阻抗变换及倒相放大器等部分⑴⑴探极探极被测信号与示波器的连接可以选用引线或附带的探极，通39第 3 章电子示波器常选用高频特性良好、抗干扰能力强的高输入阻抗探极探极分为有源探极和无源探极两种，探极中通常设置有衰减器有源探极具有良好的高频特性，衰减比为1：1，适于测试高频小信号，但需要示波器提供专用电源，应用较少应用较多的是无源探极，衰减比（输入/输出）有1：1、10：1和100：1三种，前两种的应用比较普遍，后一种通常用于高频测量当探极衰减比为10：1或100：1时，被测电压值是示波器测得电压的10倍或100倍。

探极衰减器阻抗变换及倒相放大器偏转因数Y前置放大器DCACGNDS耦合方式被测信号uy(t)图3.6 Y通道输入电路40第 3 章电子示波器无源探极的结构如图3.7所示如果要正确地测量高频波和方波，需要调节探极补偿电容器C补偿电容的位置有的在探针处（图3.7(a)），有的在探极末端（图3.7(b)）或在校准盒内调整补偿电容时，将示波器标准信号发生器产生的方波加到探极上，用螺刀左右旋转补偿电容C，直到调出图3.8(a)所示的方波（即正确补偿）为止否则，会出现图3.8(b)、图3.8(c)所示的电容过补偿或欠补偿情况b)输入示波器探极CiRi 1MΩ (a)C9MΩ高阻同轴电缆探针地线输入示波器探极CiRi 1MΩC9MΩ高阻同轴电缆探针地线图3.7 两种无源探极的结构41第 3 章电子示波器原则上，示波器的探极应专用正确使用探极，可以提高示波器的输入阻抗，增强示波器的抗干扰能力，扩展示波器的电压量程接入探极后，一般可以使示波器输入电阻提高到10MΩ、输入电容减小到十几pF ⑵⑵衰减器衰减器衰减器一般为阻容步进衰减器，其电路原理如图3.9所示。

改变衰减器衰减比，也就改变了示波器偏转因数，从而使显示波形的幅度得以调整偏转因数旋钮每挡所对应的阻容衰减器是唯一的 (a)(b)(c)图3.8 探极补偿情况42第 3 章电子示波器对于图3.9所示的阻容衰减器，只有当满足R1C1=R2C2时，衰减器才具有平坦的幅频特性，即示波器偏转因数与输入信号频率无关，其衰减比为R2/(R1+R2)直流或低频时高频时 uiR1R2C1C2uo++－－图3.9 阻容步进衰减器原理图20pF20pF示波器示波器180pF180pF探头探头43第 3 章电子示波器 3 3 延迟级延迟级为了显示稳定的脉冲波形，示波器通常采用内触发方式来产生扫描电压只有当被测信号达到一定的触发电平时，才能产生触发脉冲并形成扫描电压，但被测信号从零电平开始上升到一定的触发电平需要经历一定的时间，这表明扫描电压要比被测信号出现的时间晚，从而使被测信号的前沿无法完整显示为了完整显示被测信号波形，在Y通道中设置延迟级对被测信号进行延迟,延迟时间一般为60～200ns，常取100ns左右。

图3.10为延迟级原理示意图，图3.10 (a)、图3.10 (b)、图3.10( c)、图3.10 (d)分别为被测信号uy(t)、触发脉冲p(t)、扫描电压ux(t)的波形和被测信号的显示波形，Ut为触发电平由此可见，经过延迟级适当延迟后即可看到完整的被测信号波44第 3 章电子示波器形但观测正弦等缓慢变化的信号时，延迟级的作用却不显著，故简易示波器中一般不设置延迟级无延迟级显示的波形延迟时间τ有延迟级显示的波形t00ux(t)p(t)tuy(t)Ut0t图3.10 延迟级原理示意图(a)(b)(c)(d)45第 3 章电子示波器 4. 4. 显示方式控制电路显示方式控制电路双踪示波器使用单枪示波管，以交替或断续的方式将两路信号显示在荧光屏上显示方式控制电路由门电路、电子开关、及混合放大电路组成，其电路及波形如图3-18所示电子开关又称为通道变换器，其输入端接前置放大器，S1～S8为模拟电子开关电子开关有“信道1”、“信道2”、“叠加”、“交替”和“断续”五种工作状态（1）信道1（CH1 =Y1 ）开关S1、S2、S7、S8断开，开关S3、S4、S5、S6闭合，CH1输入的信号送到输出端，而信道2（CH2）输入的信号不能到达输出端，只能显示CH1输入的信号。

46第 3 章电子示波器（2）信道2 （CH2 =Y2）开关S3、S4、S5、S6断开，开关S1、S2、S7、S8闭合，CH2输入的信号送到输出端，而CH1输入的信号不能到达输出端，只能显示CH2输入的信号CH1S1S2S4S3CH2S5S6S8S7－－++延迟级(a)(b)(c)图3.18 双踪波形显示原理示意图47第 3 章电子示波器（3）叠加(Y1±Y2)开关S1、S2、S5、S6断开，开关S3、S4、S7、S8闭合，CH1和CH2输入的两路信号均送到输出端，并在负载中互相叠加，显示叠加（ADD）后的波形当CH2输入的信号未倒相时，实现求和（CH1+CH2），当CH2输入的信号被倒相后，实现求差（CH1－CH2）4）交替交替（ALT）状态时，开关S3、S4、S5、S6和S1、S2、S7、S8断开或闭合的状态受时基闸门脉冲的控制，并且每间隔一个扫描周期变换一次状态，使得CH1和CH2输入的信号轮流接通、轮流显示，只要轮流显示的间隔时间较短，就可交替显示出两个信号的波形设CH1、CH2的输入分别为梯形波、三角波信号，示波器显示的波形如图3.18(b)所示。

48第 3 章电子示波器交替方式适于观测高频信号这是因为被测信号频率较低时，所需扫描电压的周期长，即交替显示同一信号的间隔时间长，当间隔时间接近或超过人眼视觉暂留时间时，显示波形会产生闪烁，不便于观测（5）断续: 断续（CHOP）状态时，在每一次扫描过程中，开关S3、S4、S5、S6和S1、S2、S7、S8的断开或闭合受电子开关内断续器（自激多谐振荡器）产生的高频振荡信号（如200kHz的方波）的控制，快速轮流接通两个输入信号，从而显示出每个被测信号的某一段，以后各次扫描重复以上过程这样显示出的波形是由许多线段组成的，只要开关变换频率很快、水平扫速又较慢，这些线段就很短，看起来显示的波形好象是连续的，如图3.18(c)所示49第 3 章电子示波器 5. Y轴放大器 Y轴放大器分前置放大器和后置放大器两种前置放大器的作用是：放大、补偿对前级输出信号进行放大，补偿延迟级对信号的衰减损耗；为X通道的触发电路提供大小合适的内触发信号，以得到稳定可靠的内触发脉冲与前置放大器有关的开关旋钮有：“倒相”开关、垂直“移位”旋钮倒相”开关通过对称地改变加在前置放大器的双端输入信号的极性使显示波形倒置；“移位”旋钮通过调节同轴双联电位器对称地反向调节前置放大器双端输出信号中的直流成分而使波形垂直移位。

50第 3 章电子示波器后置放大器是y通道中的主放大器，也称Y输出放大器，一般采用推挽式放大器电路电路中采用一定的补偿电路和较强的负反馈，其作用是对延迟线输出的信号放大到足够的幅度，从而使电子束在垂直方向上产生足够大的偏转，便于观测微弱信号后置放大器应在带宽满足要求的前提下，有足够的增益和动态范围、小的谐波失真，以使荧光屏能不失真地重现被测信号在后置放大器中一般设有垂直偏转因数“×5”或“×10”扩展功能，把放大器的放大量提高5或10倍，这对于观测微弱的信号或仔细观察波形某个局部的细节是很方便的51第 3 章电子示波器 Y放大器具有以下特点：⑴ C具有稳定的放大倍数，K=SV/S,K为幅度倍数，SV为示波管灵敏度，S为示波器灵敏度⑵ Y放大器应具有足够的带宽⑶具有较大的输入电阻（1M欧）和较小的输入电容（几十PF)⑷ Y放大器的输出级采用差分电路，以使加在偏转板上的电压能够对称⑸ Y放大器通常设置“倍率”开关，通过改变负反馈，使放大倍数扩大5—10倍⑹设置增益调整旋钮，可使放大器增益连续改变52第 3 章电子示波器 3.3.3 通用示波器通用示波器X通道（水平系统）通道（水平系统）示波器X通道主要由触发电路、时基扫描电路及X放大器等三大部分组成，如图3.11所示。

其中时基发生器和触发电路的主要作用是产生时基扫描信号；X放大器用来放大扫描信号1.1.时基发生器时基发生器时基发生器由扫描门、积分器、比较和释抑电路组成，如图3.12所示⑴ 积分器积分器由运算放大器、积分电容C和积分电阻R组成它在扫描门的控制下产生线性锯齿电压53第 3 章电子示波器射极跟随器触发放大器触发形成器时基闸门积分器电压比较器外触发输入X放大器X偏转板“X”输入从电源来从Y通道来射极跟随器触发类型耦合方式触发电平去Z通道去Y通道+－稳定度自动电路触发电路扫描电路内外电源S1S2扫速释抑电路扩展移位寻迹“扫描”“X-Y”图3.11 X通道组成框图54第 3 章电子示波器时基发生器电路图图3.12 3.12 比较和释抑电路示意图比较和释抑电路示意图-E-E充电充电放电放电55第 3 章电子示波器积分器又称为扫描电压发生器，是密勒积分器，它具有输入阻抗高、线性好的特点，电路结构框图如图3.16所示时基闸门电路输出的闸门脉冲控制开关S的断开闭合当S断开时，积分器开始积分，产生扫描正程电压，扫描正程电压为改变RC的值，即改变了扫描电压正程斜率，也就改变了扫描速度。

改变积分电阻、积分电容的旋钮称为“时基因数（s/div）”旋钮当S闭合时，积分电容放电，产生扫描逆程电压－ ∞ + + 运放－ERCS时基闸门电路电压比较器X放大器图3.16 扫描电压发生器电路结构框图56第 3 章电子示波器 ⑵ 扫描门时基闸门电路又称为扫描门，是施密特触发器它的作用是在触发脉冲作用下或在自激状态下产生闸门脉冲，闸门脉冲是积分器的控制方波信号另外，闸门脉冲还通过射随器加到Z通道去实现增辉消隐，以及加到双踪示波器Y通道电子开关作为交替显示的控制信号示波器有连续扫描和脉冲扫描两种工作状态在连续扫描状态，即使没有触发信号，扫描门也有扫描控制方波输出在触发扫描状态，只有在触发脉冲作用下才产生控制方波不论连续扫描还是触发扫描，扫描锯齿波都应与被测信号同步扫描门是由射极耦合双稳态触发电路的两个三极管VT1和VT2组成扫描门的输入端有三个输入信号：“稳定度”旋钮的直流电位、触发脉冲、释抑信号 57第 3 章电子示波器图3.17中，当无信号或触发脉冲超过自动电路（暂稳态触发器）的暂稳维持时间时，自动电路由暂稳态变为稳态输出低电平，二极管导通，时基闸门电路输入信号电平降低，时基闸门电路工作在自激状态下，即连续扫描方式；当有触发脉冲时，自动电路由稳态变为暂稳态输出高电平，二极管截止，自动电路断开与其它电路的连接，时基闸门电路输入信号电平抬升，时基闸门电路工作在触发状态下，即触发扫描方式。

扫描门电路的射极耦合双稳触发电路（触发扫描）波形图如图3.14所示其中VT1的输入UB1介于E1和E2之间，幅度为直流电平UD，时基闸门输出U0为方波，扫描电压为锯齿波 58第 3 章电子示波器 •扫描门电路的射极耦合双稳触发电路波形图扫描正程扫描休止扫描逆程时基闸门上触发电平E1时基闸门输出U0稳定度确定的直流电平UD时基闸门下触发电平E2扫描电压参考电压Vr触发脉冲UB1抑制释放图3.14 扫描电路工作波形图（触发扫描）时基闸门输入59第 3 章电子示波器（3）电压比较器和释抑电路如图3.17所示，二极管与有关电路一起构成电压比较器，当扫描电压高于参考电压Vr时，二极管导通，输出信号经释抑电路送至时基闸门电路，以结束闸门脉冲，从而闭合扫描电压发生器开关S，进入扫描逆程调节参考电压Vr的大小可以改变二极管导通时间，从而调节扫描电压的幅度释抑电路一般是RC电路，如图3.17所示释抑电路的作用是使每次扫描水平方向上起始点在荧光屏上的位置都相同，以保证每次扫描得到的波形能够重合，这是得到稳定波形的重要条件之一60第 3 章电子示波器当二极管导通时，扫描电压还对释抑电容Ch充电。

当二极管截止时，释抑电容放电，释抑电容的放电速度很慢，这样可以使时基闸门电路输入信号的电平被长时间抬升，使得时基闸门脉冲为低电平，积分器控制开关S长时间处于闭合状态，从而保证积分电容有足够的时间进行放电只有在积分射随器RhCh射随器参考电压Vr积分器电压比较器释抑电路+－稳定度时基闸门图3.17 电压比较器和释抑电路原理图61第 3 章电子示波器电容放完电的基础上，积分器才能在触发脉冲的作用下产生扫描正程电压，这样就保证了每次扫描水平方向起始点的位置都相同释抑电容放完电之前，无论有无触发脉冲，始终不能产生下次扫描，扫描电路处于被抑制状态；释抑电容放完电到下次产生扫描信号之前，释抑电路失效，即扫描电路被释放，释抑电路名称由此而来 “稳定度”电位器可以调节时基闸门电路输入信号的直流电平，改变触发灵敏度，从而影响扫描电路的工作稳定性，同时也可由该电位器改变扫描方式，如连续扫描或触发扫描稳定度旋钮一般调整至使时基闸门电路输入信号的直流电平位于时基闸门电路上下触发电平之间接近下触发电平处，调整好后，一般不再对其进行调整62第 3 章电子示波器综合上述分析，图3.18的工作过程如下：当时基闸门接收到触发电路输出的负极性触发尖脉冲时，闸门脉冲由高电平变为低电平，控制积分器开关S断开，积分器开始输出正向电压。

积分器输出电压除送至X放大器外，还要送给电压比较器当积分器输出电压超过电压比较器参考电压Vr时，电压比较器导通，积分器输出电压经释抑电路反馈至时基闸门输入端，使时基闸门输入电平线性增大当时基闸门输入电平增大到上触发电平时，闸门脉冲状态翻转，积分器开关S闭合，积分器输出电压迅速减小，电压比较器断开，释抑电容开始慢慢放去在电压比较器导通时充上的电荷，并反馈至时基闸门输入端，使时基闸门输入电平开始减小，直至释抑电容放完电，从而保证积分电容放完电之前，时基闸门不被触发脉63第 3 章电子示波器冲触发，即第二次扫描必须是在前次扫描进行完毕的情况下才开始图3.19与图3.18的工作过程相似，不同之处在于，当无触发脉冲时，自动电路单稳态输出低电平，将时基闸门输入电平拉低而产生扫描 ⑷触发扫描状态下的工作波形触发扫描状态下的工作波形如图3.18所示 ①电路由第一个脉冲触发扫描，由释抑电压达到E1结束 ②第一个脉冲触发后，VT1截止，2、3脉冲失去作用，释抑电容放电，第四个脉冲与释抑电压叠加不到触发电平E2，第五个脉冲到来，释抑电容放电结束，触发电路翻转，形成第二个扫描。

③为稳定，释抑电路时间常数要大于积分时间常数，确保第五个脉冲触发时积分电容释放干净64第 3 章电子示波器（（4)4)触发扫描状态触发扫描状态欲看欲看3 3个脉冲个脉冲：：1 1、、5 5号脉冲触发有效号脉冲触发有效2 2、、3 3号脉冲无用号脉冲无用4 4号脉冲要抑制号脉冲要抑制注意注意：：三个时刻：三个时刻：t t1 1、、t tp p、、t t2 2三个时间：三个时间：t tb b、、t th h、、t tw w要求要求：： t th h> >t tb b（（释释抑抑放放电电时时间间大大于回扫时间于回扫时间））图图3.18 3.18 比较和释抑电路的工作比较和释抑电路的工作U UP Pu uo ou ui it tp pt tw w实用中只要选定实用中只要选定s/cms/cm，扫描环则会自动扫出，扫描环则会自动扫出合适的时基线不必调合适的时基线不必调T Tn n/T/TS S=n=n同步了）同步了）65第 3 章电子示波器 ˊˊ图图3.19 3.19 在连续扫描情况下，比较和释抑电路的工作在连续扫描情况下，比较和释抑电路的工作t t1 1t t2 2t t4 4t t5 5t t1 1ˊˊt t3 3C Ch h充充U Ur r（（5)5)连续扫描状态连续扫描状态予置：予置：E E0 0>E>E1 1环环路路自自激激C Ch h放放电电至至E E1 1打打开开闸闸门门，，扫扫描描开开始始，，到到U Up p ，，C Ch h充充电电，，到到E E2 2扫描结束，扫描结束，C Ch h又放电。

又放电当当有有信信号号（（2 2号号触触发发脉脉冲冲））则则环环路路被被信信号号所所同步66第 3 章电子示波器触发电路用来产生扫描门需要的触发脉冲触发电路及其面板上的开关如图3.20所示2.2.触发电路触发电路图图3.20 3.20 触发电路及其在面板上的对应开关触发电路及其在面板上的对应开关67第 3 章电子示波器（（1)1)触发源选择触发源选择““内内””触发触发：利用从：利用从Y Y通道来的被测信号作触发信号，这是最通道来的被测信号作触发信号，这是最常用的情况；常用的情况；““外外””触发触发：是用外接信号作触发信号，但触发信号的周期应：是用外接信号作触发信号，但触发信号的周期应与被测信号有一定的关系，外触发常用在被测信号不适宜作触与被测信号有一定的关系，外触发常用在被测信号不适宜作触发信号或比较两个信号时间关系的情况发信号或比较两个信号时间关系的情况电源触发电源触发””：在观测与电源有关的信号时，可选：在观测与电源有关的信号时，可选““电源电源””触触发，以便于与电源同步发，以便于与电源同步 2)2)触发耦合方式触发耦合方式 ““DCDC””直接耦合直接耦合：用于直流或缓慢变化的信号进行触发时；：用于直流或缓慢变化的信号进行触发时； ““ACAC””交流耦合交流耦合：若用交流信号触发，置：若用交流信号触发，置ACAC方式，这时电容方式，这时电容 C C1 1（约（约0.47μF0.47μF）起隔直作用；）起隔直作用； ““低频抑制低频抑制””：利用：利用C C1 1、、C C2 2（约（约0.01μF0.01μF）串联后的电容，抑）串联后的电容，抑制信号中大约制信号中大约2kHz2kHz以下的低频成分，主要目的是滤除信号中以下的低频成分，主要目的是滤除信号中的低频干扰；的低频干扰； ““HFHF””高频耦合高频耦合：利用：利用C C1 1和更小的和更小的C C3 3（约（约1000pF1000pF）串联后）串联后只允许通过频率很高的波只允许通过频率很高的波 68第 3 章电子示波器 3)3)触发电平与触发极性选择触发电平与触发极性选择其作用是让使用者可以选定在被测信号波形的某一点上产生触其作用是让使用者可以选定在被测信号波形的某一点上产生触发脉冲，也就是可以发脉冲，也就是可以自由选定从信号的某一点开始观测。

自由选定从信号的某一点开始观测示波器窗口示波器窗口现现代代示示波波器器中中设设计计了了“自自动动触触发发电电路路”，，使使触触发发点点能能自自动动地地保保持持在在最最佳佳的的触触发发电电平平的位置图图3.21 3.21 不同触发不同触发““极性极性””和和““电平电平””时显示的波形时显示的波形(a)(a)正极性、正电平正极性、正电平 (b)(b)负极性、正电平负极性、正电平(c)(c)正极性、负电平正极性、负电平 (d) (d) 负极性、负电平负极性、负电平A AA AB BC CDD69第 3 章电子示波器 3. X3. X放大器放大器 X放大器的作用是：将单端输入的信号进行放大变换成为大小合适的双端信号加在X偏转板上，使电子束在水平方向上产生足够的偏转，得到合适的波形当示波器用于显示被测信号波形时，X放大器的输入信号是扫描电压；当示波器工作在“X-Y”方式时，输入信号是外加的X信号 “X-Y”方式时，示波器X偏转板上所加的信号不再是扫描电压而是外加的X信号，该信号与Y信号是各自独立的，它们各自在X、Y偏转板间建立偏转电场对电子束共同作用而产生一个新的图形，70第 3 章电子示波器例如，将两个同频正弦波加到示波器上时，得到的波形为椭圆、圆或直线，两个正弦波加到示波器得到的图形称为李沙育图形。

与X放大器有关的开关旋钮有：“水平移位”、“扫描扩展”、“寻迹”等开关旋钮水平移位”是通过改变水平偏转板上叠加的对称直流电压的大小来实现波形水平移位的扫描扩展”是通过成倍增大X放大器增益来实现波形扩展的寻迹”是通过将X放大器输入端接地来实现水平方向寻迹71第 3 章电子示波器 3.4 SS5702双踪示波器双踪示波器3.4.1 3.4.1 主要性能指标主要性能指标1.垂直系统⑴频率相应：0—20MHZ(-3DB)⑵上升时间：小于17.5ns⑶偏转因数：5MV/DIV—10V/DIV,分11档，误差＜±4 ﹪⑷输入阻抗：电阻，1M欧±3﹪；电容，（30±3）PF⑸最大允许输入电压：250V（探头*1），600V（探头*10）⑹工作方式：CH1、CH2、DUAL（双踪）、ADD（相加）2.水平系统⑴扫描方式：自动扫描，触发扫描⑵扫描速度：0.5微秒/DIV—0.2S/DIV，按1、2、5步进分18档，误差小于±3﹪；可扩展*572第 3 章电子示波器 3.3.触发系统触发系统⑴触发源：CH1，CH2，外触发⑵触发极性：正极性，负极性⑶耦合方式：AC、DC、TV-V4. X-Y4. X-Y工作方式工作方式CH1驱动Y轴，CH2驱动X轴。

5.5.校准信号源校准信号源输出方波：1KHZ，0.3V3.4.2 3.4.2 整机组成框图及工作原理整机组成框图及工作原理SS5702双踪示波器组成框图如图3-22所示1.垂直系统垂直系统垂直偏转系统由两套独立的衰减器和前置放大器、主放大器和延迟线组成73第 3 章电子示波器输入耦合方式选择1衰减器1阻抗变换及倒相放大器1前置放大器1门电路延迟级Y输出放大器输入耦合方式选择2衰减器2阻抗变换及倒相放大器2前置放大器2Y偏转板CH1CH2射极跟随器触发电路扫描电路电子开关增辉消隐电路图3.22 双踪示波器基本组成框图X放大器X偏转板控制栅极外触发或“X”输入CH2外CH1S1扫描X-YS274第 3 章电子示波器 ⑴垂直通道工作方式：有CH1、CH2、DUAL（双踪）、ADD（相加）四种方式通过Y方式MODE开关选择CH1、CH2两通道单独显示；DUAL两通道双踪显示；ADD显示两通道信号的代数和；⑵垂直位移控制：Y位移POSITION旋钮可控制波形垂直移动⑶偏转灵敏度控制：V/格开关按11档选择⑷耦合方式选择：AC：隔离直流分量；GND：输入接地； DC：包括直流分量。

2. 2. 水平系统水平系统⑴扫描速度控制：由T/格控制⑵水平位移控制：由X位移旋钮POSITION控制⑶扫描方式控制：由SWEEP MODE开关实现自动和常规扫描①自动扫描：由重复频率50HZ以上和耦合方式规定的频率范围内的信号触发②常规扫描：由耦合方式规定的频率范围内的信号触发75第 3 章电子示波器 ⑷触发源转换：由SOURCE开关选择触发信号①置于CH1/CH2时为内触发；垂直方式选择置于双踪时：触发源开关处于CH1时，连接到CH1 INPUT信号用于触发；触发源开关处于CH2时，连接到CH2 INPUT信号用于触发②SOURCE开关置于EXT时：触发信号来自外触发插座⑸耦合方式：AC(EXT DC)：选择内触发时为交流耦合；选择外触发时为直流耦合TV-V：全电视信号的场同步脉冲⑹触发极性和触发电平：确定扫描波形的起始点旋钮处于推入状态时，为正极性触发，在信号的上升段启动扫描；处于拉出状态时为负极性触发，在信号的下降段启动扫描3.4.33.4.3 22612261型双踪示波器面板结构型双踪示波器面板结构 2261型双踪示波器前面板结构如图4-20所示，各开关旋钮的作用如下： 1. 22611. 2261示波器的工作原理及操作方法示波器的工作原理及操作方法（1）主机部分 ①INTENSITY（辉度）76第 3 章电子示波器 VOLTS/DIVVOLTS/DIVSEC/DIVVARIABLEPULL×5ONOFFVARIABLE3214567891011121314151617181920212223242526272829VERTICALHORIZONTAL图4.20 Y-TEKTRONIX 2261型示波器前面板图NORMINVERT 77第 3 章电子示波器控制显示波形的亮暗，测量前一般置于中间位置，见图4.20中①。

②FOCUS（聚焦）调节聚焦可使波形清晰可辨，测量前一般置于中间位置，见图4.20中②③TRACE ROTATION（轴线校正或光迹旋转）使扫描时基线同内刻度水平线平行，见图4.20中③一般情况下无需调整，除非发现波形有倾斜④POWER INDICATOR（电源指示）电源开关（POWER）按下时，电源接通，指示灯亮，见图4.20中④⑤POWER（电源开关）电源总开关，按下时，接通电源，见图4.20中⑤⑥PROBE ADJUST（探极调整信号或标准信号输出端）提供0.5VP-P、1kHz标准方波信号，用于调整探极补偿电容、偏转因数或时基因数，见图4.20中⑥78第 3 章电子示波器（2）垂直通道（VERTICAL）1）VERTICAL POSITION（垂直移位）改变CH1、CH2端输入波形在荧光屏垂直方向上所处的位置顺时针方向旋转时，波形向上移动，反之，向下移动，见图4.20中⑦和⑧2）VERTICAL MODE（垂直工作方式）改变电子开关的工作状态，按下自左至右的按键可分别显示CH1、CH2、ALT（交替）、CHOP（断续）、ADD（叠加）波形交替方式适于观测需要中、高速扫描的高频信号。

断续方式适于观测需要低速扫描的低频信号，选用的时基因数不小于1ms/DIV，但不能使显示波形产生闪烁测量前一般按下CH1键，见图4.20中⑨79第 3 章电子示波器 3）INVERT（CH2倒相开关）按下INVERT按键时（见图4.20中⑩），显示被倒相的CH2信号按下INVERT键和ADD键实现CH1－CH2的叠加；只按下ADD键实现CH1+CH2的叠加测量前一般不按下该键4）VOLTS/DIV（偏转因数）改变CH1、CH2的垂直偏转因数，调节显示波形幅度测量前一般置于“×1”处的“.1V”挡，见图4.20中和 5）VARIABLE（偏转因数细调）连续调节CH1、CH2输入偏转因数，用于连续调节显示波形的幅度顺时针旋转到底为“校准（CAL，Calibrate）”位置测量前或直接测量电压时，应置于“校准”位置，见图4.20111280第 3 章电子示波器中和 6）AC-GND-DC（输入耦合方式：交流、接地、直接）分别选择CH1、CH2的输入耦合方式选定输入信号中的某种成分进行显示测量前一般选择“DC”，见图4.20中和。

7）CH1 OR X（CH1或者X）、CH2 OR Y（CH2或者Y）被测信号输入端，见图4.20中和当SEC/DIV处于“X-Y”（示波器工作于“X-Y”方式）时，CH1输入的信号加到X通道，CH2输入的信号加到Y通道（3）水平通道（HORIZONTAL） 1）HORIZONTAL POSITION（水平移位）改变波形在荧光屏水平方向的位置顺时针方向旋转13141516171881第 3 章电子示波器波形向右，反之，向左测量前一般置于中间位置，见图4.20中 2）LEVEL（触发电平）选择触发扫描的起始点，即确定波形起始点在垂直方向上的位置发现波形不稳定时，一般要先调节LEVEL旋钮测量前一般置于中间位置，见图4.20中 3）SLOP（触发极性）选择触发极性弹出时正极性触发，即波形起始点位于上升沿；按下时，选择负极性触发，波形起始点位于下降沿测量前一般选择正极性触发，见图4.20中 4）SWEEP MODE（扫描方式）选择扫描方式（见图4.20中）。

按下自左至右的按键1920212282第 3 章电子示波器时分别选择AUTO（自动扫描）、NORM（常态扫描或触发扫描）、SGL（单次扫描）自动扫描适于观测20Hz以上的信号，无信号输入时，显示水平时基线；触发扫描适于观测低频信号或脉冲信号，无信号输入时，示波器黑屏单次扫描适于观测不稳定信号或非周期性信号，只有在按下一次时，才显示一次波形，要继续显示需要再按下一次测量前一般选择自动扫描 5）TRG′D READY（触发状态指示）用于指示触发状态（见图4.20中）自动扫描或触发扫描时，指示灯亮表明正处于触发扫描状态单次扫描方式时，指示灯亮表明处于下次触发扫描准备状态 2383第 3 章电子示波器 6）SEC/DIV（时基因数调节）改变电子束水平扫描速度，调整波形宽度（见图4.20中）顺时针调节时，扫速加快，波形变宽，反之，变窄开关逆时针旋到底时，示波器工作于X-Y方式，用作X-Y图示仪测量前一般置于.5ms挡7）VARIABLE PULL×5（时基因数细调；拔出时，扫速扩展5倍）连续改变电子束扫描速度，逐渐调整波形宽度（见图4.20中）。

测量前或直接测量周期等时间量时，应置于“校准”位置拔出时，扫速扩展5倍，即时基因数变为以前的1/5，波形展宽5倍242584第 3 章电子示波器 8）TRIGGER SOURCE（触发源）选择产生触发脉冲的信号，有CH1，CH2（CH1，CH2属于内触发），LINE（电源触发）和EXT（外触发）测量前一般选择CH1，见图4.20中 9）COUPLING（触发耦合方式选择）选择触发源中某种成分的信号来产生触发脉冲，有AC、DC、TV（电视场信号）等耦合方式测量前一般选择“AC、NORM”，即两个触发耦合方式选择按钮处于弹出位置，见图4.20中 10）GROUND（接地）测量接地装置，见图4.20中 26272885第 3 章电子示波器 11）EXT INPUT（外触发源输入）外触发信号源输入端，见图4.20中除前面板上的上述开关旋钮之外，示波器后面板上还有下列属于主机部分的开关与插座：1）Z-INPUT（Z轴输入）：亮度调制信号输入端2）POWER OUTLET（电源输入插座）示波器交流电源输入插座3）LINE VOLT SELECTOR（电源电压选择开关）用于选择115V或230V交流电源。

4）FUSE HOLDER（保险丝座）放置或更换保险丝的插座2986第 3 章电子示波器 2. 测量电压测量电压示波器可以测量直流电压、交流电压及交流电压瞬时值其方法包括直接测量法和比较测量法测量交流电压测量交流电压（1）直接测量法直接测量法又称为灵敏度变换法测量时，将偏转因数“微调”置于“校准（CAL）”位置后，选用合适的输入耦合方式，调节有关旋钮，使波形幅度合适、宽度适宜，设示波器偏转灵敏度、波形峰-峰点间距离分别为S（单位为“V/div”）、Hp-p（单位为“cm”或“div”），则有Up-p=SHp-pU=Up-p/2KP (4-3)87第 3 章电子示波器式中，Up-p为被测电压峰-峰值，单位为“V”；U为被测电压有效值，单位为“V”；KP为被测信号波峰因数如果探极衰减比（输入/输出）不为1：1或选用了“倍率”，式（4-3）的计算结果乘以探极衰减比或除以倍率值后等于被测电压的最终结果在直接测量直流电压时，也应注意上述事项 [例例4-1] 示波器测量正弦波电压，已知波形垂直幅度（即峰-峰点距离）为8div，偏转因数为1V/div，探极衰减比为10：1，试求正弦波电压是多少？如果正弦波改为三角波，三角波电压又是多少？解：解：由题意得，S=1V/div，Hp-p=8div，探极衰减比K=10：1，所以88第 3 章电子示波器 Up-p=8div×1V/div=8V输入正弦波时：探极输出电压：U′=Up-p/2Kp= ≈2.82V正弦波电压：U=10×2.82V=28.2V输入三角波时：探极输出电压：U△′=Up-p/2Kp= ≈2.30V三角波电压：U△=10×2.30V=23.0V答：正弦波、三角波电压分别为28.2V、23.0V。

2）比较测量法（属于间接测量法）比较法测量电压时，首先调出合适的被测信号波形，记录下波形峰-峰点距离Hp-p，Hp-p的单位为“cm”或“div”，然后保89第 3 章电子示波器持偏转因数及其微调旋钮不变，加入大小（设峰-峰值为，单位为“V”）已知的标准信号，记录下标准信号波形的峰-峰点距离H′p-p，则有：计算出Up-p后，利用式（4-3）计算出被测电压大小测量直流电压测量直流电压直流电压与交流电压的测量方法相似，区别是：选用GND耦合方式确定出时基线（自动扫描或连续扫描）在垂直方向上的位置后，选用DC耦合方式将直流电压加到示波器上，确定出时基线产生垂直跳变的距离H，直流电压的大小等于H与S的乘积，注意将偏转因数微调旋钮置于校准位置 90第 3 章电子示波器根据时基线跳变的方向还可以确定出直流电压的极性，如果被测电压未被倒相，则向上跳变时为正，反之，为负测量含有直流成分的交流信号的大小测量含有直流成分的交流信号的大小图4.21为含有直流成分的正弦交流电压波形，在测量时，既要测出直流成分的大小，又要测出交流电压的大小（振幅值）。

测量步骤如下： 1）测量交流电压振幅值按照交流电压的上述测量方法进行测量，振幅值Um=Up-p/2 2）测量直流成分的大小首先选用AC耦合方式，调整有关旋钮得到正弦电压的稳定波形，选正弦波形的正峰点（或负峰点）作为零电平的假定位置；然后保持偏转因数S及其微u(t)AB0t图4.21含有直流成分的正弦交流信号波形91第 3 章电子示波器调旋钮不变，选用DC耦合方式得到发生跳变的波形，由此确定出正峰点（或负峰点）的跳变距离（设为H），直流成分的大小等于H与S的乘积上述方法测量电压时，示波器工作于扫描方式如果被测电压波形种类已知，也可在X-Y方式下测量电压大小，它的测量方法和步骤与上述方法相似，仅是现象上稍有区别，即交流电压加在X（或Y）端时，显示的是水平（或垂直）线段，线段长度等于Hp-p；被测电压为直流电压时，显示的是亮点的跳变，跳变距离等于H用测量电压的方法测出已知电阻上的电压，按欧姆定律I=U/R公式可换算出被测电流值92第 3 章电子示波器 3. 测量时间间隔测量时间间隔示波器测量时间的方法有多种，如直接测量法、比较测量法、时标法等，在此仅讨论直接测量法、时标法。

⑴⑴ 直接测量法直接测量法直接测量法又称为标尺法，测量时，将扫速微调旋钮置于“校准”位置，选用合适的输入耦合方式，调节有关旋钮，使显示波形的幅度、宽度合适，记录下“时基因数（t/div）”的大小（设为Dx，单位为“s/cm”或“s/div”）和波形某两点（根据被测量的定义来确定）之间的水平距离（设为L，单位为“cm”或“div”），则有t=DxL (4-4)式中，t为被测时间量，单位为“s”93第 3 章电子示波器如果扫速扩展为K′时，被测时间量等于式（4-4）计算值的1/K′一般情况下，在测量脉冲上升时间时，若不满足示波器上升时间tr≤tr2/3，应按式（4-2）加以修正图4.22 例4-2波形图[例例4-2] 已知示波器时基因数、偏转因数分别为5ms/div、2V/div，扫速扩展为10，探极衰减系数为10：1，计算图4-22所示信号的周期是多少？电压是多少？解：解：据题意得，Dx=5ms/ div，S=2V/ div，H=8div，正弦波一个周期的宽度L=10div，扫速扩展K′=10，探极衰减比K=10﹕1。

正弦波周期：T=DxL/K′=5ms/div×10div /10=5ms94第 3 章电子示波器正弦波峰-峰值：Up-p=SH=2V/div×8div =16V 正弦波电压：U=KUp-p/2Kp= ≈56.6V 答：（略） ⑵⑵ 时标法时标法时标法测量时间时，将高频信号加至Z轴输入端，高频信号对输入端输入的低频信号进行亮度调制，两信号的相位差应保持恒定不变，否则，低频信号波形将产生移动荧光屏上得到由虚线段构成的低频信号波形是，每一对亮、暗线段的对应时间等于高频信号的周期TH根据被测时间量的定义，确定出被测低频信号时间段内的线段对数n，被图4.22 例4-2波形图95第 3 章电子示波器测时间量等于n与TH的乘积，反之，可以测出高频信号的周期或频率图4.23为时标法测量原理例图，可见，一个周期内n=4，则正弦信号周期TL=4TH 比较法测量时间与比较法测量电压的方法相似，改为标准信号的周期或频率为已知，示波器旋钮由偏转因数改为时基因数。

4. 测量相位差测量相位差测量相位差是指测量两个同频信号的相位之差测量方法有低频信号高频信号图4.23 时标法测量原理例图TH显示波形TL96第 3 章电子示波器线性扫描法、椭圆法和圆扫描法等，在此仅讨论线性扫描法和椭圆法 ⑴⑴线性扫描法线性扫描法线性扫描法即双踪法，测量时，将两个信号分别接入双踪示波器的两个输入端，选择触发信号源，采用交替显示（选用相位超前的信号作内触发信号源，否则，产生误差）或断续显示方式，适当调整Y轴移位旋钮，使两个信号的水平中心轴重合，如图4.24所示，测出AB、AC长度，计算相位差： (4-5) 式中，AB、AC的单位为“cm”或“div”；△φ为两个信号的相位差，单位为度“°”ABCu1(t)u2(t)图4.24 直线扫描法测量相位差97第 3 章电子示波器当示波器为单踪示波器时，选其中的一个被测信号作为外触发源，然后保持扫速不变分两次将两个信号加到示波器上各得到一个图4.24中的其中一个波形，依据式（4-5）计算即可。

注意本测试方法误差较大 (2) 椭圆法椭圆法两个正弦信号分别加到示波器“X”、“Y”输入端时，两个信号在示波器X、Y偏转板间产生的电场对电子束共同作用而在荧光屏上得到图4.25所示的椭圆，图中O点为椭圆中心椭圆形状与两信号的幅度和相位差有关相位差的计算如下：Δφ=arcsin=arcsin （4-6）式（4-6）中，Ax（或Ay）是横轴（或纵轴）与椭圆两交点的水平（或垂直）间距；Bx（或By）是两垂直（或水平）线与椭98第 3 章电子示波器圆切点的水平（或垂直）间距 4. 测量频率测量频率测量频率的方法有周期法、李沙育图形法和椭圆扫描法等，在此仅讨论周期法、李沙育图形法 (1) 周期法周期法周期法测量时，根据周期、频率之间的关系，首先测量出周期，然后再换算出被测信号的频率为了减小测量误差，可采用多个周期测量求平均的方法测量周期 [例例4-3] 已知示波器时基因数为2ms/div，扫速扩展为10，求图4-26所示的被测信号的频率是多少？AyByAxBx图4.25 椭圆法测量相位差O99第 3 章电子示波器解：解：利用多周期测量法，据题意得，四个周期宽度L=16div，时基因数Dx=2ms/div，扫速扩展K′=10。

被测信号周期为：被测信号频率为：f=1/T=1/0.8ms=1.25kHz 答：（略） (2) 李沙育图形法李沙育图形法李沙育图形法测量频率时，示波器工作于X-Y方式下，频率已知的信号与频率未知的信号加到示波器的两个输入端，调节已知信号的频率，使荧光屏上得到李沙育图形，由此可测出被测信号的频率图4.26 例4-3的波形图AB100第 3 章电子示波器示波器工作于X-Y方式时，X、Y两信号对电子束的作用时间总是相等的，而且X、Y信号分别确定的是电子束水平、垂直方向的位移，所以信号频率越高，波形经过垂直线、水平线的次数越多（如正弦波每个周期经过两次），即垂直线、水平线与李沙育图形的交点数分别与X、Y信号频率成正比因此，李沙育图形存在关系：式中，NH、NV分别为水平线、垂直线与李沙育图形的交点数；fy、fx分别为示波器Y、X信号的频率事实上，垂直线（或水平线）与李沙育图形的切点数（或）也与X（或Y）信号频率成正比，即 101第 3 章电子示波器（4-7）[例例4-4] 如图4.27所示的李沙育图形，已知X信号频率为6MHz，问Y信号的频率是多少？解：解：分别在李沙育图形上画出垂直线和水平线，则NH=2、NV=6，或NH′=1、NV′=3。

注意必须在交点数最多的位置画线由式（4-7）得：或答：（略）李沙育图形法适合测量频率比在1：10和10：1之间的信号频率，否则，波形显示复杂，难以确定交点数或切点数，给调整和测量带来困难 102第 3 章电子示波器 5. 测量调幅系数测量调幅系数示波器还可以用来测量调频系数和调幅系数，在此仅讨论调幅系数的测量调幅系数的测量方法有直线扫描法、梯形图法和椭圆法等三种： (1) 直线扫描法直线扫描法直线扫描法测量调幅系数时，将被测信号加到示波器Y轴输入端，调整示波器有关开关旋钮，得到如图4.28所示的调幅波波形，测出A、B长度，代入式（4-8）计算得出调幅系数图4.27 例4-4李沙育图形BA图4.28 直线扫描法测量调幅系数103第 3 章电子示波器（4-8） ( 2) 梯形图法梯形图法梯形图法测量调幅系数时，示波器工作于X-Y方式，将调幅波、调制信号分别加至示波器X、Y轴输入端，在荧光屏上显示出如图4.29所示的梯形图，测出A、B长度，利用式（4-8）计算即可。

(3) 椭圆法椭圆法椭圆法是将被测已调波电压用RC移相电路移相后加至示AB图4.29 梯形图法测量调幅系数uAM(t)“X”“Y”++－+－(a)BA(b)图4.30 椭圆法测量调幅系数RC104第 3 章电子示波器波器X-Y方式下的X、Y输入端，得到如图4.25所示的图形，测出A、B长度，利用式（4-8）计算即可5.5.使用注意事项使用注意事项 ⑴根据被测波形选择合适的示波器 ⑵正确合理地使用探头 ①低电容探头 ②电阻分压探头使用示波器探头时应注意事项： ①必须根据测试的具体要求选用探头类型 ②探头和示波器应配套使用，不能互换 ③低电容探头的电容器应定期校正 ⑶测试操作中的几个问题 ①要充分利用示波器的“灵敏度”、“扫描速度”、“衰减探头”、“增益微调”、“倍乘”、“扩展”等开关和按钮，使波形105第 3 章电子示波器大小适中②在使用示波器的“灵敏度”、“扫描速度”做定量测量时，先用标准信号对量程开关进行校正。

③要善于调整出一个清晰而稳定的所需波形由于受到垂直放大器通频带、扫描速度、图像亮度等各种因素的影响，通用示波器一般不能观测100MHz以上的高频或超高频信号为了观测高频信号，在普通示波器的前面加一个专门的取样装置，运用取样技术把高频信号变成波形与之相似的低频或中频信号，然后在荧光屏上以断续的亮点显示出被测信号的波形来，这样就构成了取样示波器取样示波器可以观测吉赫兹以上的超高频信号3.6 取样示波器取样示波器106第 3 章电子示波器 3.6.1 工作原理工作原理取样示波器与普通示波器的主要区别在于前者运用了取样技术取样技术的实质是频率变换，基本的取样方式（又称为顺序取样）有实时取样与非实时取样两种方式测量高频信号应采用非实时取样技术1. 实时取样与非实时取样实时取样与非实时取样对一个连续时间的输入信号ui(t)的取样过程如图4.31所示在取样脉冲p(t)到来时，取样门（电子开关S）接通，对输入信号ui(t)进行一次取样，即取得输入信号ui(t)一个样点的值；取样脉冲过后取样门断开取样门输出的离散信号称为样品信号（或取样信号）us(t)如果取样脉冲p(t)的宽度τ足够窄，样品信号的幅度就是该次取样时刻输入信号的瞬时107第 3 章电子示波器值。

而且，取样脉冲p(t)的周期T′越短，单位时间内的样点数就越多当取样点的数目足够多时，样品信号的包络就是输入信号ui(t)的波形如果输入信号ui(t)的周期为T，取样脉冲的周期为T′＜T，并且取样持续的时间等于输入信号的一个周期或输入信号实际经历的时间，这种取样方式称为实时取样显然，由于实时取样信号的频率比输入信号的频率还要高所以实时取样不能用于高频信号的观测而常用于非周期现象和单次过程的观测 tp(t)τT′0++－－Sui(t)us(t)图4.31 取样原理108第 3 章电子示波器取样点分别来自输入信号若干周期的取样方式称为非实时取样，即跨周期取样，如图4.32所示如果输入信号ui(t)的周期为T，取样脉冲的周期为T′=mT+△t,(m=1、2、3…)图中取 ui(t)t5T△t2△t3△t4△t5△t61234p(t)t6tt1t2 t3t4 t5ttus(t)uy(t)612345图4.32 非实时取样过程109第 3 章电子示波器 m=1，非实时取样的工作过程如下：在t1时刻，进行第一次取样，对应于波形上的点1；经过T+△t后的t2时刻，进行第二次取样，取样点为波形上的点2，但取样脉冲相对于信号周期延迟△t；第三次则延迟2△t……，依此类推，每间隔mT+△t在波形上取一个样点。

样品信号us(t)的幅度等于输入信号ui(t)的瞬时值，宽度等于τ，us(t)虽然是一串脉冲序列，但us(t)的包络同样能够重现ui(t)的波形；us(t)经延长电路展宽后送到示波器显示的阶梯波uy(t)当取m＞＞1时，就可以将超高频信号变成低频信号，然后用通用示波器进行显示 2. 取样示波器的波形合成取样示波器的波形合成取样示波器两对偏转板上均加阶梯波，如图4.33所示经展宽、放大的阶梯波uy(t)加至Y偏转板上，每取样一次阶梯上110第 3 章电子示波器升一级、每一级持续时间为mT+△t的阶梯扫描电压ux(t)信号加到X偏转板上，荧光屏上得到许多单个的亮点，每个亮点的高度反映出样品信号us(t)的幅度，众多亮点就构成了被测信号ui(t)的波形 3.6.2 组成组成取样示波器主要由主机、Y通道和X通道三大部分组成，如图4.34所示主机部分与通用示波器的相同tuy(t)tux(t) 00图4.33 取样示波器的波形合成111第 3 章电子示波器 Y通道的作用是在取样脉冲的作用下，把超高频信号变为低频信号。

它由取样电路、放大电路及延长电路组成取样电路由取样门和取样脉冲发生器组成延长电路由延长门、延长门脉冲信号源组成取样门平时关闭，只有取样脉冲到来时才打开取出样品信号；延长电路把每个样品信号幅度记录下来并展宽，供最后信号合成之用延长电路的输出接至通用示波器的Y偏转板X通道的主要作用是产生时基扫描信号，同时产生△t步进延迟脉冲送Y通道，控制取样门脉冲信号源和延长门脉冲信号源的工作利用同步分频方法改变m的大小来扩展测量频率上限112第 3 章电子示波器取样门放大电路延长门取样门脉冲信号源延长门脉冲信号源时基单元取样脉冲△t步进延迟脉冲mT+△tmT同步信号输入信号图4.34 取样示波器组成框图取样电路延长电路Y通道X通道113第 3 章电子示波器取样示波器与通用示波器的区别主要有：①取样示波器延迟级放在取样门前面，以便在内触发时提前提取一部分被测信号作为触发信号②取样示波器X通道产生时基扫描信号，是利用每一个△t步进延迟脉冲去触发阶梯波形成电路，使之输出增长一级，扫描信号是线性阶梯波由于△t步进延迟脉冲的作用，扫描信号与取样脉冲是同步的③通用示波器中，每触发一次能产生一个完整扫描信号，而取样示波器中，每触发一次，只能获得一个样点。

这是因为取样示波器中的扫描信号是阶梯波④取样示波器显示的波形由许多点组成，它能反映被测信号形状，但它是经过变换得到的，波形经历的时间远大于114第 3 章电子示波器被测信号的实际经历时间故取样示波器只能测量频率较高的重复信号，而不能对单次脉冲，极低频信号进行观测 3.6.3 技术指标技术指标取样示波器除具有通用示波器的性能指标外，还具有以下指标：（1）取样密度表示荧光屏在水平方向上单位长度内的亮点个数，取样密度太低，显示波形产生闪烁（2）等效扫描速度通用示波器扫描速度指单位时间内电子束在水平方向的位移而对取样示波器，假设信号波形由n个取样点组成，则信号实际经历的时间为n△t等效扫描速度为n△t/L，L表示扫115第 3 章电子示波器描线长度，由于电子束扫描完整个荧光屏的时间与显示波形代表的时间不同，所以用“等效”来表示区别（3）取样频率即取样脉冲的重复频率，取样频率越高，越能反映被测信号特性具有记忆存储功能的示波器包括模拟存储示波器（TSO，Tube Storage Osilloscope）和数字存储示波器（DSO，Digital Storage Osilloscope）两种。

前者利用记忆示波管进行存储，已很少使用后者利用数字存储技术进行存储，使用比较普遍本节重点介绍数字存储示波器的工作原理及工作方式3.7 数字存储示波器数字存储示波器116第 3 章电子示波器 3.7.1 工作原理工作原理图4.35为数字存储示波器的组成框图它利用A/D变换器将输入的模拟信号变换成数字信号，然后存储于数字存储器中，需要时再将存储器中存储的内容调出（读出），通过相应的D/A变换器，再将数字信号恢复为模拟信号，显示在示波管荧光屏上在该类示波器中，信号处理功能和信号显示功能是分开的其性能指标完全取决于进行信号处理的A/D、D/A变换器和数字存储器当开关S1、S2打在位置1时，接通模拟信号显示方式，示波器与普通示波器工作原理相同当开关S1、S2打在位置2时，接通数字存储工作方式，输入的被测信号通过A/D变换器变成数字信号，由地址计数脉冲选通存储器的存储地址并将117第 3 章电子示波器输入前置放大器触发扫描电路Y放大器X放大器A/DD/A地址计数脉冲与逻辑控制D/A存储器模拟输出接口数字输出接口电源地址IEEE—488RS—232C111222示波管图4.35 数字存储示波器基本框图S1S2S3uy该数字信号存入存储器。

存储器中的信息每256个单元组成一页，即一个地址页面当显示信息时，给出页面地址，地址计数器则从该页面的0号单元开始，读出数字信息送到D/A变换器变换成模拟信号送往垂直放大器进行显示，同时，地址信号亦118第 3 章电子示波器经过X方向D/A变换器送入水平放大器，以控制Y方向信号显示的水平位置数字存储示波器的工作过程如图4.36所示当被测信号输入时，首先对模拟量进行实时取样，实时取样是对一个周期内信号的不同点的取样，它与取样示波器的跨周期取样是不同的，图4.36(a)中的a0～a7点即对应于被测信号uy的8个取样点8个取样点得到的数字量（即二进制数字0、1数列）D0～D7分别存储于地址号为00H～07H的8个存储单元中在显示时，取出D0～D7数据，进行D/A变换，同时存储单元地址号从00H～07H也经过D/A变换形成图4.36(d)所示的阶梯波，阶梯波加到X水平系统控制扫描电压，最终将被测波形uy重现于荧光屏上，如图4.36(e)所示，只要X方向和Y方向的量化程度足够精细，图119第 3 章电子示波器 4.36(e)的波形即能够准确代表图4.36(a)所示的被测波形。

将数字存储技术和CPU微处理器用于取样示波器，可以构成存储取样示波器 3.7.2 工作方式工作方式 1.数字存储器的功能数字存储器的功能数字存储示波器的随机存储器RAM包括信号数据存储器、参考波形存储器、测量数据存储器和显示缓冲存储器四种信号数uyU1U2U3t1t0t2t3t4t5t6t7ta1a2a3a4a5a6a7a000H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07HD0D1D2D3D4D5D6D7(a)(b)(c)(d)图4.36 存储器工作过程(e)120第 3 章电子示波器据存储器存放模拟信号取样数据参考波形存储器存放参考波形的数据，所存储的内容一般是由信号数据存储器调出来的，大多采用电池供电，故可以长期保存数据测量数据存储器存放测量与计算的中间数据和计算结果，和一般微机化仪器的随机存储器作用基本相同显示缓冲存储器存放欲显示的数据，荧光屏上显示的全部信息均由显示缓冲存储器直接提供 2. 触发工作方式触发工作方式数字存储示波器的触发包括常态触发和预置触发两种方式（1）常态触发常态触发是在存储工作方式下自动形成的，同模拟示波121第 3 章电子示波器器基本一样，可通过面板设置触发电平的幅度和极性，触发点可处于复现波形的任何位置及存储波形的末端。

触发点位置通常用加亮的亮点来表示（2）预置触发预置触发即延时触发，是人为设置触发点在复现波形上的位置，它是在进行预置之后通过微处理器的控制和计算功能来实现的由于触发点位置不同，可以观测到触发点前后不同段落上的波形，这是因为数字存储示波器的触发点只是一个存储的参考点，而不一定是取样、存储的第一点预置触发对显示数据的选择带来了很大的灵活性 3.测量与计算工作方式测量与计算工作方式数字存储示波器对波形参数的测量分为自动测量和手动122第 3 章电子示波器测量两种一般参数的测量为自动测量，即示波器自动完成测量工作，并将测量结果以数字形式显示在荧光屏上特殊值的测量使用手动光标进行测量，即光标测量光标测量是指在荧光屏上设置两条水平光标线和两条垂直光标线，这四条光标线可在面板按键的控制下移动，光标与波形的交点对应于信号存储器中的相应数据测量时，示波器在测量程序控制下，根据光标位置来完成测量，并将测量结果以数字形式显示在荧光屏上 4.面板键操作方式数字存储示波器的面板按键分为立即执行键和菜单键两种。

按下立即执行键后，示波器立即执行该项操作当按下菜单键时，在屏幕下方显示一排菜单，然后按菜单下所对应123第 3 章电子示波器的软键执行菜单中该项的操作 3.7.3 显示方式显示方式数字存储示波器的显示方式通常有以下几种： 1.存储显示存储显示存储显示方式是数字存储示波器的基本显示方式，适于一般信号的观测在一次触发形成并完成信号数据的存储后，经过显示前的缓冲存储，并控制缓冲存储器的地址顺序，依次将欲显示的数据读出并进行D/A变换，然后将信号稳定地显示在荧光屏上 2.抹迹显示抹迹显示抹迹显示方式适于观测一长串波形中在一定条件下才会124第 3 章电子示波器发生的瞬态信号抹迹显示时，应先根据预期的瞬态信号设置触发电平和极性观测开始后仪器工作在末端触发和预置触发相结合的方式下，当信号数据存储器被装满但瞬态信号未出现时，实现末端触发，在荧光屏上显示一个画面，保持一段时间后，被新存入的数据更新若瞬态信号仍未出现，再利用末端触发显示一个画面这样一个个画面显示下去，如同为了查找某个内容一页页地翻书一样，一旦出现预期的瞬态信号则立即实现预置触发，将捕捉到的瞬态信号波形稳定地显示在荧光屏上，并存入参考波形存储器中。

3.卷动显示卷动显示卷动显示方式适于观测缓变信号中随机出现的突发信号，它包括两种方式125第 3 章电子示波器一种是用新波形逐渐代替旧波形，变化点自左向右移动，如图4.37(a)所示另一种是波形从右端推出向左移动，在左端消失，如图4.37(b)所示当异常波形出现时，可按下存储键，将此波形存储在荧光屏上或存入参考波形存储器中，以便作更细致的观测与分析4.放大显示放大显示方式适于观测信号波形细节，此方式是利用延(a)(b)(c)图4.37卷动显示方式和延迟扫描放大显示方式126第 3 章电子示波器迟扫描方法实现的，如图4.37(c)所示此时荧光屏一分为二，上半部分显示原波形，下半部分显示放大了的部分，其放大位置可用光标控制，放大比例也可调节，还可以用光标测量放大部分的参数 5. X-Y显示显示 X-Y显示方式与通用示波器的显示方法基本相同，一般用于显示李沙育图形，此处不作详述127第 3 章电子示波器 3.5 双扫描示波器双扫描示波器实际工作中常常需要同时观测两个或两个以上的波形，即多波形显示，实现多波形显示的方法有两种：一种是采用多束示波管（又称为多线示波管）制成的多束示波器。

多束示波管内装有两个或两个以上的电子枪，每个电子枪能同时发出一束电子束，每一电子束都有各自独立的Y偏转板，有的还有独立的多个扫描系统多束示波器制造困难，成本高，性能有待提高，较少使用128第 3 章电子示波器另一种方法是采用单束示波管制成的多踪示波器单束示波管内只有一个电子枪，示波管内只有一套Y偏转板多踪示波器是利用Y通道上增设的电子开关控制被测信号轮流快速地接入Y偏转板而显示出多个波形的，即采用了时分复用技术，这一技术充分利用了电子开关的高速变换特性和人眼的视觉惰性比较常用的是双踪示波器，即能够显示两个波形的多踪示波器本节只讨论双踪示波器的多波形显示原理，即双踪显示原理129第 3 章电子示波器 3.5.1 双踪显示原理双踪显示原理电子开关又称为通道变换器，基本工作原理如图4.18(a)所示，其输入端接前置放大器，S1～S8为模拟电子开关电子开关有“信道1”、“信道2”、“叠加”、“交替”和“断续”五种工作状态 CH1S1S2S4S3CH2S5S6S8S7－－++延迟级(a)(b)(c)图4.18 双踪波形显示原理示意图130第 3 章电子示波器（1）信道1（CH1）开关S1、S2、S7、S8断开，开关S3、S4、S5、S6闭合，CH1输入的信号送到输出端，而信道2（CH2）输入的信号不能到达输出端，只能显示CH1输入的信号。

2）信道2开关S3、S4、S5、S6断开，开关S1、S2、S7、S8闭合，CH2输入的信号送到输出端，而CH1输入的信号不能到达输出端，只能显示CH2输入的信号3）叠加开关S1、S2、S5、S6断开，开关S3、S4、S7、S8闭合，CH1和CH2输入的两路信号均送到输出端，并在负载中互相叠加，显示叠加（ADD）后的波形当CH2输入的信号未倒相时，实131第 3 章电子示波器现求和（CH1+CH2），当CH2输入的信号被倒相后，实现求差（CH1－CH2）（4）交替交替（ALT）状态时，开关S3、S4、S5、S6和S1、S2、S7、S8断开或闭合的状态受时基闸门脉冲的控制，并且每间隔一个扫描周期变换一次状态，使得CH1和CH2输入的信号轮流接通、轮流显示，只要轮流显示的间隔时间较短，就可交替显示出两个信号的波形设CH1、CH2的输入分别为梯形波、三角波信号，示波器显示的波形如图4.18(b)所示交替方式适于观测高频信号这是因为被测信号频率较低时，所需扫描电压的周期长，即交替显示同一信号的间隔时间长，当间隔时间接近或超过人眼视觉暂留时间时，显示波形会产生闪烁，不便于观测。

132第 3 章电子示波器（5）断续断续（CHOP）状态时，在每一次扫描过程中，开关S3、S4、S5、S6和S1、S2、S7、S8的断开或闭合受电子开关内断续器（自激多谐振荡器）产生的高频振荡信号（如200kHz的方波）的控制，快速轮流接通两个输入信号，从而显示出每个被测信号的某一段，以后各次扫描重复以上过程这样显示出的波形是由许多线段组成的，只要开关变换频率很快、水平扫速又较慢，这些线段就很短，看起来显示的波形好象是连续的，如图4.18(c)所示断续方式时，断续器还产生“断续”消隐信号，以对信号变换过程中产生的扫描线进行消隐断续方式适于观测频率较低的信号，这是因为，被测信号频率较高时，所需扫描电压的周期短，亦即电子束水平移动速133第 3 章电子示波器度快，但显示每一线段的时间是相等（断续器频率不变）的，这样显示出的波形的断续感比较明显，不便于观测；另外，当被测信号频率很高时，要求断续器的振荡频率也很高，但断续器的频率一般是不可调的，因此，断续方式不适于观测高频信号 3.5.2 3.5.2 双踪示波器的基本组成双踪示波器的基本组成双踪示波器基本组成框图如图4.19所示，主要有两个Y输入通道、一个X通道和主机等部分组成。

双踪示波器一般可以工作于扫描方式和X-Y方式，分别用于显示被测信号波形和作为X-Y图示仪使用内触发信号源在延迟前引入到X通道，两个Y通道后半部分是共用的当工作于X-Y方式时，X输入信号通常由外触发输入端加到示波器经射随器隔离后，再经变换开关接入到X放大器的，或经CH1衰减器引到X放大器134第 3 章电子示波器本章小结本章小结本章主要介绍了通用电子示波器的基本组成、工作原理及其应用1）阴极射线示波管由电子枪、偏转板和荧光屏三部分组成电子示波器测量各种物理量的原理依据是示波管的线性偏转特性示波器扫描过程分为扫描正程、扫描逆程、扫描等待三个过程扫描正程时显示波形；扫描逆程和扫描等待时，电子束回到起始点，要对回扫线和休止线消隐示波器得到稳定波形的条件是扫描电压的周期等于被测信号周期的整数倍2）示波器的扫描方式分为圆扫描、螺旋扫描和直线扫描三大类而直线扫描又分为：连续扫描、触发扫描和单次扫描示波器一般采用触发扫描方式自动扫描时连续扫描和触发扫描可以自动变换3）示波器主要由X、Y、Z通道及主机部分组成选用示波器要对其频带宽度BW、上升时间tr等技术指标进行综合考虑示波器可以用来观测信号波形，测量电压、频率、相位差、时间、调制系数等物理量。

135第 3 章电子示波器（4）运用取样技术把高频信号变成波形与之相似的低频或中频信号后进行波形显示的示波器为取样示波器，它可以观测吉赫兹以上的超高频信号5）取样示波器取样技术的实质是频率变换，它的取样方式有实时取样与非实时取样两种方式测量高频信号应采用非实时取样技术6）取样示波器主要由主机、Y通道和X通道三部分组成7）数字存储示波器采用数字电路，将输入的模拟信号先经A/D变换器变换成数字信息，存储于数字存储器中，需要显示时，再从存储器中读出，通过D/A变换器将数字信息变换成模拟信号显示在荧光屏上8）将数字存储技术和CPU微处理器用于取样示波器，可以构成存储取样示波器9）数字存储示波器的触发包括常态触发和预置触发两种方式10）数字存储示波器的显示方式包括存储显示方式、抹迹显示、卷动显示、放大显示及X-Y显示等五种方式136。

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