第六章第六章 波形的测量波形的测量第一节第一节 概述概述第二节第二节 示波管示波管第三节第三节 示波管电源示波管电源第四节第四节 示波器的示波器的Y Y通道通道第五节第五节 示波器的示波器的X X通道通道第六节第六节 通用示波器实例通用示波器实例第七节第七节 示波器的应用示波器的应用 Electrical easure本章要点本章要点 本章介绍电子示波器的电路与器件，包括示波管、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。 本章要求学生熟练掌握示波器的操作方法，电路结构是为了帮助了解所操作的对象，以及被操作对象所在部位。以便在发作故障时能知道处理。第一节 概述 一、电子示波器分类一、电子示波器分类电子示波器电子示波器模拟示波器模拟示波器数字示波器数字示波器通通用用示示波波器器取取样样示示波波器器多多束束示示波波器器特特殊殊示示波波器器实实时时显显示示数数字字读读出出示示波波器器数数字字存存储储示示波波器器实实时时显显示示与与存存储储示示波波器器逻逻辑辑分分析析仪仪返回本章首页 二、电子示波器工作原理二、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。返回本章首页一、示波管结构一、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。T-灯丝 K-阴极 G-控制栅极 A1-第一阳极 A2-第二阳极 A3-第三阳极Y-Y偏转板 X-X偏转板 P-屏蔽极 M-后加速阳极 Q-荧光屏返回本章首页第二节第二节 示波管示波管 二、示波管各极电压二、示波管各极电压 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第三节 示波器电源示波器电源 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。返回本章首页 二、直流低压电源二、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返回本章首页三、直流高压电源三、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四节第四节 示波器的示波器的Y通道通道 一一、Y 通道的技术性能通道的技术性能 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 1.1.频率宽度：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：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：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.非线性失真非线性失真：一般要求小于3% 10%。 5.抗干扰与抗漂移能力：抗干扰与抗漂移能力： Y通道应具备抗干扰与抗漂移能力。返回本章首页 二二、Y 通道的结构通道的结构 Y 通道包括探头、衰减、放大、电子开关与延迟线。 1.探头：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：衰减器：调节Y 通道的灵敏度。 3.前置放大与输出级：前置放大与输出级：增加Y 通道放大倍数，提高灵敏度。 4.延迟线：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。 5.5.电子开关：电子开关：双踪显示时，用于选择A 通道或B 通道。返回本章首页 三、三、Y 通道的调节通道的调节 1衰减器调节衰减器调节: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。返回本章首页 四、双踪显示四、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。返回本章首页第五节第五节 示波器的示波器的X X通道通道 一、一、X 通道的技术性能通道的技术性能 1.扫描电压幅度：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：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。返回本章首页 二、二、X 通道的结构通道的结构 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。返回本章首页 三、触发信号放大与整形三、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。返回本章首页 四、密勒电路四、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。返回本章首页 五、释抑电路五、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。返回本章首页第六节第六节 通用示波器实例通用示波器实例BS-601型双踪示波器面板外形型双踪示波器面板外形 返回本章首页 BS-601双踪示波器双踪示波器.结构框图结构框图返回本章首页 一、Y通道 1.衰减电路衰减电路 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 。返回本章首页 2. 前置放大级前置放大级 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。返回本章首页 3.混合级与输出级混合级与输出级 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。返回本章首页二、二、X X通道通道 1. 1. XY XY 选择选择 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， 当扫描速度开关S2-4置于最后一档，即扫描速度开关面板上刻有CHB的档位处，这时VT2-22输入端电位发生变化，导致XY=1，扫描电路停止工作，示波器即可工作于X-Y方式； 当工作于X-Y方式时，OA=0，OB=1，通道信号将进入Y偏转板，作为Y向控制信号。同时逻辑控制电路输出端OTA=0，OTB=1，通道信号将通过VDl-21开关管进入X通道的X Y选择电路，进入X放大器控制X方向偏转。这时显示出来的图形实际上是X、Y信号的函数图形。 。返回本章首页2.X2.X放大放大 X X放大由放大由 VT2-15、VT2-16、VT2-17、VT2-18、VT2-19、VT2-20、 VT2-25 VT2-26 组成，X放大增益可由RP2-12调节，以便通过增益调节改变扫描线长度 。MAGX5开关可使扫描线扩大5倍。 3、触发、放大、整形、触发、放大、整形 扫描电路由触发放大、同步分离、触发整形、时基闸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。触发、放大、门、密勒积分电路和释抑电路等部分组成。触发、放大、整形是扫描电路的前端，触发、放大、整形部分调节旋整形是扫描电路的前端，触发、放大、整形部分调节旋钮包括钮包括 极性选择极性选择旋钮旋钮： S2-1S2-1可调节同步极性可调节同步极性+/-+/-，选择扫描起点在被测信，选择扫描起点在被测信号的前沿或后沿号的前沿或后沿。 同步方式选择同步方式选择旋钮旋钮： S2-2S2-2可选可选ACAC、HFHF、TVTV。 触发源信号选择触发源信号选择旋钮旋钮： S2-3S2-3可选内（可选内（INTINT）、）、YBYB、外（、外（EXTEXT）、电网）、电网（LINELINE）。）。 返回本章首页 4 4、锯齿波发生器、锯齿波发生器 锯齿波发生器包括时基闸门、密勒积分和释抑电路三锯齿波发生器包括时基闸门、密勒积分和释抑电路三个部分。锯齿波发生器的工作状态可以通过以下个部分。锯齿波发生器的工作状态可以通过以下旋钮旋钮进行调节。进行调节。 扫速调节扫速调节旋钮旋钮： S2-4S2-4作扫速粗调，作扫速粗调，R2-4R2-4作扫速微调。作扫速微调。 扫描线长度调节扫描线长度调节旋钮旋钮： RP2-13RP2-13可调节荧光屏上的扫描线长度。可调节荧光屏上的扫描线长度。 稳定度调节稳定度调节旋钮旋钮： 可调节扫描发生器处于自激还是触发状态。可调节扫描发生器处于自激还是触发状态。 电平调节电平调节旋钮旋钮： 触发电平调节可用于选择扫描起点位于被测信触发电平调节可用于选择扫描起点位于被测信号的位置。号的位置。返回本章首页触发、放大、整形、扫描电路触发、放大、整形、扫描电路返回本章首页 三.工作方式逻辑控制电路工作方式逻辑控制电路 BS-601有YA、YB、DUAU（双踪）、ADD（YA+YB）等四种工作方式，选择某一种工作方式时，必须通过逻辑控制电路，选择信号的走向。包括 1）选择进入Y 通道混合级的信号是YA或YB或同时输入，OA和OB就是用来打开YA 和YB 的控制信号。例如单踪时仅打开YA或YB中的一个，双踪时轮流打开。如果是选择轮流打开YA、YB，则控制信号OA、OB也必须轮流置低电平。 2）选择进入触发放大器的信号，如果选择外触发或LINE触发可以由触发源选择开关控制，但在使用内触发时，还需要通过OTA、OTB控制信号，选择进入触发放大器的触发信号是YA还是YB。 以上工作由逻辑控制电路和工作方式转换开关联合完成。返回本章首页单踪显示的逻辑控制电路工作状态返回本章首页双踪显示的逻辑控制电路工作状态返回本章首页叠加方式的逻辑控制电路工作状态返回本章首页X-Y工作方式的逻辑控制电路工作状态返回本章首页第七节第七节 示波器的应用示波器的应用一、应用示波器观测波形电压与周期一、应用示波器观测波形电压与周期 波形电压波形电压=在在Y 轴所占格数轴所占格数 Y 轴偏转因数轴偏转因数 波形周期波形周期=在在X 轴所占格数轴所占格数 X 轴偏转因数轴偏转因数二、用于观测李沙育图形二、用于观测李沙育图形 Y 轴加电压 X 轴加电压当两电压的频率相同时，所形成的轨迹方程为当两电压的频率相同时，所形成的轨迹方程为 利用利用轨迹图形，轨迹图形，可以测量两电压的相位差，若频率不同图形与图可以测量两电压的相位差，若频率不同图形与图形方程都比较复杂。但可以根据与形方程都比较复杂。但可以根据与Y Y、X X 轴的交点数推算两频率的轴的交点数推算两频率的比值。比值。返回本章首页 频率比值为频率比值为1:2时形成的李沙育图形时形成的李沙育图形 求频率比可以在李沙育图形上引进一条水平线和一条垂直线，注意不要通过交点，也不要相切，力求交点最多。则 Y 向交点数 / X 向交点数 = X通道信号频率 / Y 通道信号频率返回本章首页 频率相同相位不同形成的李沙育图形频率相同相位不同形成的李沙育图形返回本章首页三、调辉法三、调辉法 调辉法必须使用示波器的调辉法必须使用示波器的 Z 轴通道，将标准时间轴通道，将标准时间间隔脉冲加在间隔脉冲加在 Z 轴，就会在被测波形上嵌入加亮的轴，就会在被测波形上嵌入加亮的时间标志，从而测出被测波形的周期时间标志，从而测出被测波形的周期。加亮的时间标志返回本章首页四、用方波测量网络的频率特性四、用方波测量网络的频率特性 将方波信号输入被测网络输入端，用示波器观察网络输出端的波形。可以评估网络的频率特性。返回本章首页