中职中专电子测量与仪器ppt课件.ppt

3.1 3.1 概述概述（对信号的处理方式） 3.1.1 3.1.1 示波器的分类示波器的分类 模拟示波器通用示波器取样示波器存储示波器专用示波器数字示波器示波器实时取样随机取样顺序取样 6/9/202212偏转灵敏度 指输入信号在无衰减的情况下，亮点在屏幕的Y方向上偏转单位距离（1cm即1div）所需的电压峰一峰值 表示了示波器Y通道的放大/衰减能力，其下限表征示波器观测微弱信号的能力，其上限表示示波器输入所允许加的最大电压（峰-峰值） 3.1.2 3.1.2 示波器的主要技术指标示波器的主要技术指标 1频带宽度BW和上升时间tr tr反映了示波器Y通道跟随输入信号快速变化的能力 BW一般指Y通道的频带宽度6/9/202223输入阻抗 Y通道的输入阻抗包括输入电阻和输入电容输入电阻越大越好，输入电容越小越好 4扫描速度 常用时基因数表示 时基因数是扫描速度的倒数，指在无扩展情况下，亮点在X方向偏转单位距离所需的时间 为了观测缓慢变化的信号，则要求示波器具有极慢的扫描速度 为了观测很宽频率范围的信号，就要求示波器的扫描速度能在很宽范围内调节6/9/20223组成：电子枪、偏转系统和荧光屏工作原理： 由电子枪产生的高速电子束轰击荧光屏的相应部位产生荧光，而偏转系统则能使电子束产生偏转，从而改变荧光屏上光点的位置。

3.2 3.2 示波测量的基本原理示波测量的基本原理3.2.1 3.2.1 阴极射线示波管阴极射线示波管 6/9/20224示波管结构图及供电电路示波管结构图及供电电路 6/9/202251电子枪（1）作用：发射电子并形成很细的高速电子束，轰击荧光屏使之发光2）组成：灯丝F、阴极K、栅极G和阳极A1、A2 1）灯丝F、阴极K 灯丝用于加热阴极 阴极受热后发射电子 2）控制栅极G 控制栅极用来控制射向荧光屏的电子流密度，从而改变荧光屏上波形的辉度（亮度）G的负电位绝对值越大，打到荧光屏上电子的数目越少，图形越暗，反之越亮 调节“辉度电位器”RP1改变栅、阴极之间的电位差即可达到此目的6/9/202263）第一阳极A1、第二阳极A2 A1和A2对电子束进行聚焦并加速，使到达荧光屏的电子形成很细的一束并具有很高速度 调节A1的电位，即可调节G与A1和A1与A2之间的电位，调节A1的电位器称为“聚焦”旋钮；调节A2电位的旋钮称为“辅助聚焦” 示波管的“辉度”与“聚焦”并非相互独立，而是有关连的在使用示波器时，这二者应该配合调节G1、A1、A2的电位关系为：的电位关系为：VGVK、 VG VA1，因此，因此，电子从电子从G至至A1、A1至至A2将得到会聚并加速，而从将得到会聚并加速，而从K至至G将发散。

将发散6/9/202272偏转系统（1）工作原理：线性偏转理论 电子的位移与所加电压的大小成正比2）结构： 由两对相互垂直的平行金属板组成，分别称为垂直（Y）偏转板和水平（X）偏转板 偏转板上没有外加电压时，电子束打向荧光屏的中心点；有外加电压，则在偏转电场作用下，电子束打向由X、Y偏转板共同决定的荧光屏上的某个坐标位置 3荧光屏 荧光屏将电信号变为光信号，是示波管的波形显示部分，通常制作成矩形平面6/9/20228 电子束在荧光屏上产生的亮点在屏幕上移动的轨迹，是加到偏转板上的电压信号的波形1、扫描（1）定义：光点在扫描电压作用下扫动的过程2）扫描电压波形：锯齿波3.2.2 3.2.2 波形显示原理波形显示原理 2、波形显示原理 Y偏转板：加被测信号 X偏转板：加扫描电压信号6/9/20229（1 1）设设Ux=Uy=0 0，则则光光点点在在垂垂直直和和水水平平方方向都不偏转，出现在荧光屏的中心位置向都不偏转，出现在荧光屏的中心位置6/9/202210（2 2）设设Ux=0，Uy=Umsint , ,由由于于X偏偏转转板板不不加加电电压压，光光点点在在水水平平方方向向是是不不偏偏移移的的，则则光光点点只只在在荧荧光光屏的垂直方向来回移动，出现一条垂直线段。

屏的垂直方向来回移动，出现一条垂直线段6/9/202211（3 3）设设Ux=kt，Uy=0 , ,由于由于Y偏转板不加偏转板不加电压，光点在垂直方向是不移动的，则光电压，光点在垂直方向是不移动的，则光点在荧光屏的水平方向上来回移动，出现点在荧光屏的水平方向上来回移动，出现的是一条水平线段的是一条水平线段6/9/202212由上三种情况可看出：1、X偏转板上所加电压控制电子的水平运动；2、Y偏转板上所加电压控制电子的垂直运动；3、电子位移长度取决于所加电压的大小6/9/202213（4 4）设设Y偏转板加正弦波信号电压偏转板加正弦波信号电压Uy=Umsint，X偏转板加锯齿波电压偏转板加锯齿波电压Ux=kt，且有，且有Tx= =Ty荧光屏显示被测荧光屏显示被测信号随时间变化的稳定波形信号随时间变化的稳定波形6/9/202214（5 5）设设Y偏转板加正弦波信号电压偏转板加正弦波信号电压Uy=Umsint， X偏转板加锯齿波电偏转板加锯齿波电压压Ux=kt，且有，且有Tx=2=2Ty，荧光屏显示荧光屏显示被测信号随时间变化的稳定波形被测信号随时间变化的稳定波形6/9/202215第一扫描周期第二扫描周期（6 6）设设Y偏转板加正弦波信号电压偏转板加正弦波信号电压Uy=Umsint，X偏转板加锯齿波电压偏转板加锯齿波电压Ux=kt，且有，且有Tx=3/2=3/2Ty，荧光屏显示被荧光屏显示被测信号随时间变化的不稳定波形。

测信号随时间变化的不稳定波形6/9/202216 (1)当扫描电压的周期是被测信号周期的整数倍时，即Tx=nTy（n为正整数），扫描的后一个周期描绘的波形与前一个周期完全重合，荧光屏上得到稳定的波形，此时，扫描信号与被测信号同步 3、扫描电压与信号的同步 (2)为了在屏幕上获得稳定的波形显示，应保证每次扫描的起始点都对应信号的相同相位点，即保证扫描信号与被测信号同步 (3)电子束在被测电压与同步扫描电压的共同作用下，亮点在荧光屏上所描绘的图形反映了被测信号随时间变化的过程，当多次重复就构成稳定的图像6/9/2022174、X-Y显示方式 示波器也是一个XY图示仪 若加在水平偏转板上的不是由示波器内部产生的扫描锯齿波信号，而是另一路被测信号，则示波器工作于XY显示方式，它可以反映加在两副偏转板上的电压信号之间的关系6/9/2022183.3 3.3 通用示波器通用示波器通用示波器的组成:主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分组成此外，还包括电源电路及校准信号发生器 6/9/202219作用： 将输入的被测信号进行衰减或线性放大后，输出符合示波器偏转要求的信号，驱动电子运动，使被测信号在屏幕上显示出来。

构成： 输入电路、Y前置放大器、延迟线和Y后置放大器等3.3.1 3.3.1 通用示波器的垂直系统（通道）通用示波器的垂直系统（通道） 6/9/2022201、输入电路作用：引入被测信号，并为前置放大器提供良好的工作条件输入电路必须有适当的通频带、输入阻抗、较高的灵敏度、大的过载能力、输入电路必须有适当的通频带、输入阻抗、较高的灵敏度、大的过载能力、适当的耦合方式，尽可能靠近被测信号源，一般采取平衡对称输出适当的耦合方式，尽可能靠近被测信号源，一般采取平衡对称输出6/9/202221（1）探头 作用：便于直接探测被测信号，提供示波器的高输入阻抗，减小波形失真及展宽示波器的工作频带等探头分有源探头及无源探头无源探头由R、C组成，其原理电路如图所示其中C是可变电容，调整C对频率变化的影响进行补偿6/9/202222（2）耦合方式选择开关 AC：交流耦合，适于观察交流信号DC：直流耦合，用于观测频率很低的信号或带有直流分量的交流信号 GND：接地，用于确定零电压 （3）步进衰减器 作用：衰减输入信号，进行频率补偿面板上用“V/cm”标记的开关改变分压比从而改变示波器的偏转灵敏度 电阻衰减直流分量；电容器衰减交流分量。

6/9/2022232、延迟线作用：把加到垂直偏转板上的信号延迟一段时间，使信号出现的时间滞后于扫描开始时间，保证在屏幕上扫描出信号全过程 6/9/2022243、Y通道中的放大电路 为了保证示波器的频带宽度，Y通道放大器为宽带放大器，多采用带有高频补偿网络的多级差动反馈放大电路它的基本任务是将被测信号不失真地放大到足够幅度，使电子束在Y方向获得足够的偏转另外，在Y放大器中还设有极性倒换、移位、寻迹等功能4、触发放大电路 设置此放大电路的目的，是使从延迟线之前引出的被测信号，先经过此电路加以放大，以便有足够幅度驱动触发整形电路6/9/202225作用：产生并放大一个与时间呈现线性关系的锯齿波电压，形成时间基线；能选择适当的触发或同步信号，产生稳定的扫描电压，确保显示波形的稳定；能产生增辉或消隐信号，控制示波器的Z通道构成：触发电路、扫描电路和水平放大器等 3.3.2 3.3.2 通用示波器的水平系统（通道）通用示波器的水平系统（通道）6/9/2022261、扫描发生器（时基发生器）电路 作用：扫描发生器电路在触发脉冲启动下，产生线性变化的锯齿波扫描电压 结构：由时基闸门、扫描电压产生电路、电压比较电路及释抑电路组成，上述电路组成一个闭环，故也称扫描发生器环。

6/9/202227扫描发生器环的基本工作过程： 触发脉冲到来后，打开时基闸门，扫描电压产生电路开始产生线性变化的锯齿波电压，此电压送至X放大器，控制电子束自左向右扫描，同时也送往比较器； 当锯齿波电压达到预定的幅度后，电压比较器输出经释抑电路产生停止信号，关闭时基闸门，使扫描电压产生电路进入回程期； 在回程期，释抑电路起“抑止”作用，防止后续触发脉冲去开启时基闸门，直到闸门输入端及扫描电路完全恢复到初始状态才释放闸门6/9/202228扫描正程：从时基闸扫描正程：从时基闸门打开到闸门关闭的门打开到闸门关闭的一段时期一段时期释抑期：从扫描正程释抑期：从扫描正程开始到闸门开始到闸门“释放释放”时为止的一段时间，时为止的一段时间，比逆程期长比逆程期长一次扫描至少包括扫一次扫描至少包括扫描正程和释抑期，释描正程和释抑期，释抑期内既完成扫描回抑期内既完成扫描回程，又保证电路恢复程，又保证电路恢复到初始状态，等待下到初始状态，等待下一个触发脉冲触发一个触发脉冲触发6/9/202229 2、触发整形电路 作用：为扫描信号发生器提供符合要求的触发脉冲 结构：包括触发源选择、触发耦合方式选择、触发方式选择、触发极性选择、触发电平选择和触发放大整形等电路。

6/9/202230（1）触发源选择 内触发（INT）：采用来自Y通道的被测信号作触发信号源 外触发（EXT）：用外接的、与被测信号有严格同步关系的信号作为触发源，用于比较两个信号的同步关系或者，当被测信号不适于作触发信号时使用电源触发（LINE）：用50Hz的工频正弦信号作为触发源，适用于观测与50Hz交流有同步关系的信号6/9/202231（2）触发耦合方式 DC直流耦合：用于接入直流或变化缓慢的信号，或者频率很低且含有直流成分的信号一般用于外触发或连续扫描方式AC交流耦合：用于观察由低频到较高频率的信号，“内”、“外”、“电源”触发均可使用，是常用的一种耦合方式AC（H）高频耦合：属低频抑制状态用于观察高频信号6/9/202232（3）触发极性：开关S3称为触发极性开关当S3置于“+”，则在触发源信号的上升部分某时刻开始产生锯齿波，即开始扫描；若S3置于“”，则在被测信号的下降部分某时刻开始扫描4）触发电平：电位器RP为“触发电平”电位器调节它可以选择合适的触发点，以控制锯齿波电压的起始时刻 6/9/202233（5）放大整形电路 扫描信号发生器要稳定工作，对触发信号有一定的要求，因此，需对触发信号进行放大、整形。

整形电路的基本形式是电压比较器，当输入的触发源信号与通过“触。