电子示波器优秀PPT.ppt
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1、电子示波器电子示波器你现在浏览的是第一页,共83页能显示信号波形,可测量瞬时值,具有直观性。能显示信号波形,可测量瞬时值,具有直观性。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载能力。目前示波器的最高灵敏度可达到 (微伏格微伏格).工作频带宽,速度快,便于观察高速变化的波形的细节。目前工作频带宽,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率最宽可达示波器的工作频率最宽可达1000MHz,预计不久将研制出带宽,预计不久将研制出带宽2GHz以以上的示波器。上的示波器。在示波器的荧
2、光屏上可描绘出任意两个电压或电流量的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,故可作为比较信号用的高速函数关系,故可作为比较信号用的高速XY记录仪。记录仪。电子示波器的基本特点是:电子示波器的基本特点是:4.1 概概 述述你现在浏览的是第二页,共83页电子示波器的主要用途是:电子示波器的主要用途是:测量电压电流的幅度、频率、时间、测量电压电流的幅度、频率、时间、相位等电量参数。相位等电量参数。显示电子网络的频率特性。显示电子网络的频率特性。显示电子器件的伏安特性。显示电子器件的伏安特性。观测电信号波形。观测电信号波形。由于示波器的上述特点,电子示波器除直接用于由于示波器的上述特
3、点,电子示波器除直接用于电量测试外,也可配以其他设备组成综合测量仪器。电量测试外,也可配以其他设备组成综合测量仪器。4.1 概概 述述你现在浏览的是第三页,共83页4.1 概概 述述示波器分类示波器分类 从示波器对信号的处理方式出发,可将示波从示波器对信号的处理方式出发,可将示波器分为器分为模拟、数字模拟、数字两大类。两大类。模拟示波器模拟示波器 模拟示波器的模拟示波器的X、Y通道对时间信号的处理均由通道对时间信号的处理均由模拟电路完成,即模拟电路完成,即X通道提供连续的锯齿波电压,通道提供连续的锯齿波电压,Y通道提供连续的被测信号,而通道提供连续的被测信号,而CRT屏上的图形显屏上的图形显示
4、也是光点连续运动的结果,即显示方式是模拟示也是光点连续运动的结果,即显示方式是模拟的。的。你现在浏览的是第四页,共83页 数字示波器数字示波器 数字示波器则对数字示波器则对X、Y方向的信号进行数字化方向的信号进行数字化处理,即把处理,即把X轴方向的时间离散化,轴方向的时间离散化,Y轴方向的幅轴方向的幅值量化,获得被测信号波形上的一个一个的离散点值量化,获得被测信号波形上的一个一个的离散点的数据。的数据。你现在浏览的是第五页,共83页 1 1模拟示波器模拟示波器 模模拟拟示示波波器器可可分分为为通通用用示示波波器器、多多束束示示波波器器、取取样样示示波波器器、记记忆忆示示波波器器和和专专用用示示
5、波波器器等等。通通用用示示波波器器采采用用单单束束示示波波管管,它它又又可可分分为为单单踪踪、双双踪踪、多多踪踪示示波波器器。多多束束示示波波器器采采用用多多束束示示波波管,荧光屏上显示的每个波形都由单独的电子束扫描产生。管,荧光屏上显示的每个波形都由单独的电子束扫描产生。取样示波器取样示波器是采用时域采样技术将高频周期信号转换为是采用时域采样技术将高频周期信号转换为低频离散时间信号显示的,从而可以用较低频率的示波器低频离散时间信号显示的,从而可以用较低频率的示波器测量高频信号。测量高频信号。将要观测的信号经衰减、放大后送入示波器的垂直通道,将要观测的信号经衰减、放大后送入示波器的垂直通道,同
6、时用该信号驱动触发电路,产生触发信号送入水平通道,最同时用该信号驱动触发电路,产生触发信号送入水平通道,最后在示波管上显示出信号波形。这是最为经典而传统的一类示后在示波管上显示出信号波形。这是最为经典而传统的一类示波器,因此,也常称为波器,因此,也常称为通用示波器通用示波器。你现在浏览的是第六页,共83页 记忆示波器记忆示波器采用有记忆功能的示波管,实现模拟信号的存采用有记忆功能的示波管,实现模拟信号的存储、记忆和反复显示。储、记忆和反复显示。专用示波器专用示波器是能够满足特殊用途的示波器,又称特种示波器。是能够满足特殊用途的示波器,又称特种示波器。2 2数字示波器数字示波器 数字示波器将输入
7、信号数字化(时域取样和幅度量化)数字示波器将输入信号数字化(时域取样和幅度量化)后,经由后,经由D/A转换器再重建波形。它具有记忆、存贮被观察信号功转换器再重建波形。它具有记忆、存贮被观察信号功能,可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速信号。能,可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速信号。由于其具有存储信号的功能,又称为由于其具有存储信号的功能,又称为数字存贮示波器数字存贮示波器(DSO,Digital Storage Oscilloscope)。根据取样方式不)。根据取样方式不同,又可分为实时取样、随机取样和顺序取样三大类。同,又可分为实时取样、随机取样和顺序取样三大
8、类。你现在浏览的是第七页,共83页 4.2 通用通用电子示波器电子示波器一、示波器的基本组成:一、示波器的基本组成:Y通道通道X通道通道示波管示波管你现在浏览的是第八页,共83页 1、示波管、示波管(CRT):仪:仪器的核心,显示波形。器的核心,显示波形。2、X通道通道:产生随产生随时间线形变化的扫描电压。时间线形变化的扫描电压。4、触发同步等附属电路、触发同步等附属电路:稳定波形。稳定波形。3、Y通道:通道:将被测将被测信号进行衰减或线性放大后,输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。出符合示波器偏转要求的信号。示波器各个部份的作用:示波器各个部份的作用:4.2.1、示波器
9、的基本构成、示波器的基本构成图3-1-1通用示波器组成框图5、电源:、电源:给各部分电路提供能源。给各部分电路提供能源。你现在浏览的是第九页,共83页通用通用电子示波器电子示波器SR8面板布置图面板布置图扫描速度扫描速度选择旋钮选择旋钮X轴扩展拉轴扩展拉 键键Y轴灵敏度轴灵敏度选选 择择 旋旋 钮钮显示模式显示模式选择旋钮选择旋钮输入信号输入信号耦合方式耦合方式你现在浏览的是第十页,共83页 示波管主要作用是把被测的电压变换成发光的图形,它由示波管主要作用是把被测的电压变换成发光的图形,它由电子电子枪枪、偏转系统偏转系统和和荧光屏荧光屏三个部分组成,如图所示。三个部分组成,如图所示。4.2.2
10、、示波管、示波管图图4.2l 示波管及电子束控制电路示波管及电子束控制电路(阴极射线管(阴极射线管CRT)你现在浏览的是第十一页,共83页1 1、电子枪电子枪(好比画图的笔好比画图的笔)电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。它电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。它由灯丝由灯丝h h、阴极、阴极K K、栅极、栅极G1和和G2和阳极和阳极A1、A2组成。当电流流过组成。当电流流过灯丝后对阴极加热,阴极产生大量电子,并在后续电场作用下轰灯丝后对阴极加热,阴极产生大量电子,并在后续电场作用下轰击荧光屏发光。击荧光屏发光。1、电子枪、电子枪你现在浏览的是第十二页,共83页 控制栅极控制
11、栅极G1呈圆筒状,包围着阴极,只在面向荧光屏的方向呈圆筒状,包围着阴极,只在面向荧光屏的方向开一个小孔,使电子束从小孔中穿过。开一个小孔,使电子束从小孔中穿过。如果栅极如果栅极G1电位足够低,电位足够低,就可使发射出的电子全部返回阴极,因此,调节栅极就可使发射出的电子全部返回阴极,因此,调节栅极G1的电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,即进行即进行“辉度辉度”控制。调节控制。调节G1的旋钮叫的旋钮叫“辉度辉度”旋钮。旋钮。1 1、电子枪、电子枪你现在浏览的是第十三页,共83页1、电子枪、电子枪 第一阳极第一阳极
12、A1使电子汇聚;第二阳极使电子汇聚;第二阳极A2使电子加速。使电子加速。A1和和A2与与G1对电子束进行聚焦并加速,使到达荧光屏的电子形成很细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。调节的一束并具有很高速度。调节A1的电位,即可调节的电位,即可调节G2与与A1和和A1与与A2之间的电位,调节之间的电位,调节A1的电位器称为的电位器称为“聚焦聚焦”旋钮;调节旋钮;调节A2电位的旋钮称为电位的旋钮称为“辅助聚焦辅助聚焦”旋钮。旋钮。你现在浏览的是第十四页,共83页 示示波波管管的的偏偏转转系系统统由由两两对对相相互互垂垂直直的的平平行行金金属属板板组组成成,分分别别
13、称称为为垂直(垂直(Y)偏转板)偏转板和和水平(水平(X)偏转板。)偏转板。2、偏转系统、偏转系统 偏转板在外加电压信号的作用下使电子枪发出的电子束偏转板在外加电压信号的作用下使电子枪发出的电子束产生偏转。通常,为了示波器有较高的测量灵敏度,产生偏转。通常,为了示波器有较高的测量灵敏度,Y偏转板偏转板置于靠近电置于靠近电子枪的部位,而子枪的部位,而X板在板在Y的右边。的右边。(控制电子束移动方向控制电子束移动方向)你现在浏览的是第十五页,共83页 偏转系统偏转系统 工作原理图工作原理图 当偏转板上没有外加电压时,电子束打向荧光屏当偏转板上没有外加电压时,电子束打向荧光屏的中心点;如果有外加电压
14、,则在偏转电场作用下,的中心点;如果有外加电压,则在偏转电场作用下,电子束打向由电子束打向由X、Y偏转板共同决定的荧光屏上的某偏转板共同决定的荧光屏上的某个坐标位置。个坐标位置。电子束在偏转电场电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外作用下的偏转距离与外加偏转电压成正比。加偏转电压成正比。Y=SyVyY-偏转距离偏转距离,Sy-偏转灵偏转灵敏度敏度,Vy-偏转板电压偏转板电压你现在浏览的是第十六页,共83页(1)垂直偏转板)垂直偏转板 如果仅在如果仅在Y1Y2偏转板间加电压,则电子束将根据所形成的电场偏转板间加电压,则电子束将根据所形成的电场的强弱与极性在垂直方向上运动,产生一条竖线。的强弱与极性
15、在垂直方向上运动,产生一条竖线。若若Y1为正,为正,Y2为负,电子束向上运动;而为负,电子束向上运动;而Y1为负,为负,Y2为正,为正,电子束向下运动;电场强则运动距离大,电场弱则运动距离电子束向下运动;电场强则运动距离大,电场弱则运动距离小小。你现在浏览的是第十七页,共83页(2)水平)水平偏转板偏转板 同理,在同理,在X1、X2偏转板间偏转板间加加锯齿波锯齿波电压,电子束将根电压,电子束将根据电场的极性与强弱在水平据电场的极性与强弱在水平方向上运动。方向上运动。当当UX 0,则电子束向则电子束向左偏移左偏移,光点出现在屏幕光点出现在屏幕左边;当左边;当UX 0,则电子束则电子束向右偏移向右
16、偏移,光点出现在屏幕光点出现在屏幕右边。右边。锯齿波锯齿波电压由电压由扫描电扫描电路路产生。产生。你现在浏览的是第十八页,共83页 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合成作用,当,当X、Y 偏转板加不同电压时,荧光屏偏转板加不同电压时,荧光屏 上亮点可以上亮点可以移移动到屏面上的任一位置。动到屏面上的任一位置。(3)波形显示原理)波形显示原理 电子束在荧光屏上电子束在荧光屏上产生的亮点在屏幕上移产生的亮点在屏幕上移动的轨迹,是加到偏转动的轨迹,是加到偏转板上的电压信号的波形。板上的电压信号的波形。根据这个原理,示波器根据
17、这个原理,示波器可显示随时间变化的信可显示随时间变化的信号波形和显示任意两个号波形和显示任意两个变量变量X与与Y的关系图形。的关系图形。你现在浏览的是第十九页,共83页 以后,在被测以后,在被测信号的第二个周期、信号的第二个周期、第三个周期等都将第三个周期等都将重复重复第一个周期的第一个周期的情形,光点在荧光情形,光点在荧光屏上描出的轨迹也屏上描出的轨迹也将将重叠重叠在第一次描在第一次描出的轨迹上,因此,出的轨迹上,因此,荧光屏显示的是被荧光屏显示的是被测信号随时间变化测信号随时间变化的稳定波形。的稳定波形。当当Y偏转板加偏转板加正弦波正弦波信号电压信号电压 uy=Umsint,X偏转板加偏转
18、板加锯齿波锯齿波电压电压ux=kt 的情况:的情况:你现在浏览的是第二十页,共83页 如上所述,如果在如上所述,如果在X X偏转板上加上一个锯齿波电压偏转板上加上一个锯齿波电压u ux x=kt=kt(k k为常数),垂直偏转板不加电压,那么光点在为常数),垂直偏转板不加电压,那么光点在X X方向做匀速方向做匀速运动,光点在水平方向的偏移距离与扫描电压成线性关系运动,光点在水平方向的偏移距离与扫描电压成线性关系。(4 4)扫描的概念)扫描的概念 这样,这样,X X方向偏转距离的变化就反映了时间的变化。此时方向偏转距离的变化就反映了时间的变化。此时光点水平移动形成的水平亮线称为光点水平移动形成的
19、水平亮线称为“时间基线时间基线”。X uxX ux t你现在浏览的是第二十一页,共83页 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描扫描”,能实现扫,能实现扫描的锯齿波电压称为描的锯齿波电压称为扫描电压扫描电压,光点自左向右的连续扫动称,光点自左向右的连续扫动称为为“扫描正程扫描正程”,光点自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程光点自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程称为称为“扫描逆程扫描逆程”。理想锯齿波的逆程时间为理想锯齿波的逆程时间为0 0。当锯齿波电压达到最大值时,荧光屏上的光点也达到最大偏转,当锯齿波电压达到最大值时,荧光屏上的光点也达到最大偏转,然后锯
20、齿波电压迅速返回起始点,光点也迅速返回屏幕最左端,再重然后锯齿波电压迅速返回起始点,光点也迅速返回屏幕最左端,再重复前面的变化。复前面的变化。扫描正程扫描正程扫描扫描逆程逆程(4 4)扫描的概念)扫描的概念你现在浏览的是第二十二页,共83页 同同步步时时,则则每每次次扫扫描描的的起起点点都都对对应应在在被被测测信信号号的的同同一一相相位位点点上上,这这就就使使得得扫扫描描的的后后一一个个周周期期描描绘绘的的波波形形与与前前一一周周期期完完全全一一样样,每每次次扫扫描描显显示示的的波波形形重重叠叠在在一一起起,在在荧荧光光屏屏上上可可得得到到清清晰晰而而稳稳定定的的波波形。形。(5 5)同步的概
21、念)同步的概念 当扫描电压的周期是被观测信号周期的整当扫描电压的周期是被观测信号周期的整数倍时,即数倍时,即Tx=nTy(n为正整数为正整数),称扫描电压与,称扫描电压与被测电压被测电压“同步同步”。你现在浏览的是第二十三页,共83页 当当uy信号为正弦波时,只有在扫描电压信号为正弦波时,只有在扫描电压ux的频率的频率fx与被观与被观察的信号电压察的信号电压uy的频率的频率fy 相等或成整倍数时,才能稳定地显示相等或成整倍数时,才能稳定地显示一个或一个或n个正弦波形,如图个正弦波形,如图422(b)、(c)所示。所示。(5 5)同步的概念)同步的概念你现在浏览的是第二十四页,共83页 不不满满
22、足足同同步步关关系系时时,即即T Tx xnTnTy y时时,则则后后一一扫扫描描周周期期描描绘绘的的图图形形与与前前一一扫扫描描周周期期的的图图形形不不重重合合,显显示示的的波波形形是是不不稳定的,稳定的,屏幕上的波形会有屏幕上的波形会有“移动移动”现象现象。不同步的情况不同步的情况你现在浏览的是第二十五页,共83页 在图在图3-1-4所示的例子中所示的例子中,Tx=(5/4)Ty,在第一个扫描周期在第一个扫描周期开始开始,光点沿光点沿0123 45轨迹移动轨迹移动,扫描结束时扫描结束时,光光点迅速从点迅速从5回到回到0;接着第二个扫描周接着第二个扫描周期开始期开始,这时光点从这时光点从06
23、78910轨迹移轨迹移动动,可见与第一次扫描轨可见与第一次扫描轨迹不重合迹不重合,第一次显示的第一次显示的波形为图中实线示。波形为图中实线示。第二次显示的波形则为第二次显示的波形则为图中虚线所示图中虚线所示,这样我这样我们看到的是波形从右向左移动们看到的是波形从右向左移动,即显示的波形不是稳定的。即显示的波形不是稳定的。不同步的情况不同步的情况你现在浏览的是第二十六页,共83页 示波器可通过调节扫描锯齿波电压信号的示波器可通过调节扫描锯齿波电压信号的周期周期(或频率或频率),使,使 Tx=nTy(n为正整数为正整数),来实现,来实现“同同步步”当被测信号的频率当被测信号的频率fy发生微小变化时
24、发生微小变化时,示波器内还示波器内还有频率自动跟踪电路有频率自动跟踪电路,调整其参数可以使扫描信号的频调整其参数可以使扫描信号的频率自动跟踪被测信号的频率变化率自动跟踪被测信号的频率变化,这称为这称为整步整步或或同步同步,示示波器上的波器上的“整步整步(或同步或同步)调节调节”旋纽即为此而设。旋纽即为此而设。调同步方法调同步方法你现在浏览的是第二十七页,共83页(6)扫描方式)扫描方式、连续扫描连续扫描扫描电压是连续的,即扫描正程紧跟着逆程,扫描电压是连续的,即扫描正程紧跟着逆程,逆程结束又开始新的正程,扫描是不间断的。逆程结束又开始新的正程,扫描是不间断的。采用连续扫描观测采用连续扫描观测占
25、空比占空比小的脉冲信号将存在以下的问题:小的脉冲信号将存在以下的问题:(1)扫描周期等于脉冲周期时,即)扫描周期等于脉冲周期时,即Tx=Ty。此时,屏幕上。此时,屏幕上出现的脉冲波形集中在时间基线的起始部分,难以看清脉冲波出现的脉冲波形集中在时间基线的起始部分,难以看清脉冲波形的细节,如图所示。形的细节,如图所示。你现在浏览的是第二十八页,共83页 (2 2)扫描周期等于脉冲底宽)扫描周期等于脉冲底宽时,即时,即T Tx=。为了将脉冲。为了将脉冲波形的一个周期显示在屏幕上,必须扫描一个周期,而此波形的一个周期显示在屏幕上,必须扫描一个周期,而此时时T Tx比比T Ty小得多。因此,在一个脉冲周
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