示波器原理和应用.ppt
示波器的原理及应用,2005.6,示波器结构培训内容相对比较多,也比较难一点.这些都是让大家对示波器有一个大概的了解.下一次培训会针对现场的仪器进行操作演示,那时候你会觉的其实它也很简单的,主要内容简介,一、示波器概述 1.示波器的概念 2.示波器的分类 3.示波器的组成 4.示波管(CRT)二、示波器电路分析 1.示波器的组成电路 2.垂直通道(Y)3.水平通道(X)4.标准信号发生器 5.多波形显示三、示波器的应用 1.通用示波器的主要技术指标 2.示波器使用注意事项 3.示波器的基本测试方法,全称“电子示波器”，是一种能够显示电信号瞬时值和信号波形(图像)的电子测量仪器。利用示波器我们能够观察到信号波形的全貌以及信号随时间的变化规律。能方便地测出信号的幅度、频率、周期、相位、脉宽等参数。利用X-Y功能可以 测量两个输入信号的时间和相位关系尽管示波器的测量是基于电压值进行的但它不同于电压表 区别：1、电压表只能对一个信号进行测量；而示波器能同时测量两个 或者多个信号。2、电压表不能给出有关信号形状的信息；而示波器则能以图形 的方式显示信号随时间变化的历史情况,一、示波器概念,示波器概述,二、示波器的分类,1、按技术原理可分为：,2、按带宽（BW)bandwidth 可分为：,三、示波器组成,其组成：,1、Y通道：,2、X通道：,3、显示屏：,给示波器各电路提供各档稳定的直流电压。,4、电源：,四、示波管,组成：,作用：将被测信号电压变成发光的图像，显示在荧光屏上。,CRT构造图,1、电子枪,灯丝F：加热阴极阴极K：发射电子第一栅极G1:调节示波器的亮度（intensity)作为Z轴。第二栅极G2:减小亮度调节和聚焦调节的影响。第一阳极A1：第二阳极A2：A1和A2构成电子透镜，起聚焦作用（focus)第三阳极A3：使电子束有较大的能量轰击荧光屏。,2、偏转系统,静电偏转与电子束偏转规律,偏转方式：,y=(sL)/(2bUa)Uy,当示波器设计好后，L、b、s均固定，Ua不变 所以 y=hy Uy hy称为示波器的偏转因数，单位cm/VDy=1/hy,称为示波器的偏转灵敏度，单位V/cmDy越小，示波器越灵敏。,磁偏转（了解）,3、荧光屏,当电子轰击时，能将动能转化为光能，形成亮点。余辉时间：从电子束移去到光点亮度下降为原始值的10所延 续的时间。,频率越高，应选用余辉时间短的荧光物质避免光束长期停留在一点。,五、显示原理,1、光点显示原理,2、扫描与信号的同步,示波器上能够显示稳定信号波形的条件：Tn=n*Ts,当Tn Ts 时，感觉波形从右向左移动当Tn Ts 时，感觉波形从左向右移动,Uy,3、扫描-时间基线,时间基线：荧光屏上代表时间的水平亮线锯齿波电压：能使亮点沿水平轴作匀速运动。触发扫描：只有当触发信号加入时，水平扫描电路才有输出连续扫描:a、接通电源后，即能输出具有一定幅度和周期的 连续扫描信号 b、适合与观察稳定的随时间连续变化的波形,光栅显示原理（了解）平板显示原理（了解）,4、X-Y图示仪,一、组成电路：,示波器电路分析,五部分：垂直通道、水平通道、示波管、电源、标准信号发生器,二：垂直通道,1、对Y通道的要求：a、高增益 b、足够高的而不失真的输出 c、输入阻抗高,2、探头 作用：便于直接在被测源上探测信号和提高示波器的输入阻抗，从而展宽示波器的实际使用频带。,按电路原理分为：,按功能分为：,分压式无源探头电路,带有阻抗匹配网络的分压式无源探头电路,探头,探头,匹配网络,3、衰减器 作用：用来衰减输入信号，以保证显示在屏上的信号不致因过 大而失真。,4、延迟线 作用：保证能够在屏幕上扫描出脉冲的全过程。,5、Y放大器“倍率”:*1,*5,改变分压比的开关即为示波器灵敏度粗调开关,三：水平通道,触发电路,扫描电路,放大电路,1、触发电路 作用：产生周期与被测信号有关的触发脉冲,触发源：内、外、电源三种触发方式触发耦合方式：a、DC耦合方式 b、AC耦合方式 c、低频抑制 d、HF高频耦合,功能控制：,触发极性选择：上升沿（正极性）、下降沿（负极性）触发电平调节：正电平、负电平,2、扫描电路 作用：产生扫描锯齿信号，也可以做到扫描信号与被测信号同步,闸门电路：产生门控信号。a、连续扫描 b、触发扫描扫描电压发生器：产生锯齿波电压释抑电路：复位功能,3、X放大器 扳至“内”，放大扫描信号 扳至“外”，放大由X输入端直接输入的信号（X-Y图示仪）,四、标准信号发生器,五、多波形显示,产生一个固定频率和幅度，并具有较高准确度的内部信号源，利用该信号来校准水平系统和垂直系统的灵敏度,多线显示:a、具有多个相互独立的电子束 b、Y通道相互独立多踪显示：含有多个垂直通道和一个电子开关 根据开关信号的转换速率分为：a、交替方式（ALT）b、短续方式（CHOP)双时基扫描:含两个独立的触发和扫描电路,用途：1、观察多个信号 2、观察一个信号的不同部分,方法：,示波器的应用,一、示波器的主要技术指标,1、带宽（BW）定义：示波器在屏幕上能以不低于真实信号3dB的幅度来 显示信号的最高频率。计算：3dB=20log(Vdisp/Vinput)即 Vdisp=0.71Vinput所以，3dB点的频率就是示波器所显示的信号幅度“Vdisp”为示波 器输入 端真实信号值“Vinput”的70的信号频率。,2、上升时间（tr）定义：在Y通道加一理想阶跃信号，显示屏上显示波形从 稳定幅度的10上升到90所需的时间。计算：tr(微秒)=0.35/BW(MHz)为产生不明显的测量误差，一般，tr1/3被测信号上升时间,3、扫描速度定义：光点的水平移动速度。cm/s、div/s 反映了示波器在水平方向展开信号的能力。应用：高速瞬变信号或高频连续信号高速水平的扫描 低频慢变化信号慢扫描 时间因数1/扫描速度，单位：s/div、s/cm,4、偏转灵敏度定义：光点在屏幕上移动1cm或1div所需的电压。mv/cm、mv/div 反映了示波器观察微弱信号的能力。还有连续微调（负反馈）装置。偏转因数1/偏转灵敏度，单位：cm/mv、div/mv,5、输入阻抗 相当于电容和电阻的并联 测量高频信号时要考虑电容影响例如:30MHz的示波器：1M欧姆左右；小于30PF 100MHz的示波器：1M欧姆左右；小于22PF,6、扫描方式：连续、触发、双时基7、触发特性：内、外、电源,选用示波器最主要是：BW是被测信号最高频率分量的35倍 即被测信号上升时间是仪器上升时间的35倍,二、示波器使用注意事项,1、检查电源电压是否符合要求2、确保所用的保险丝是制定的型号3、辉度不可以过亮4、防止直接加到示波器输入端或探头输入端上的电压超过所 规定的范围（P-P值）,三、示波器的基本测试方法,1、电压测量,直流电压测量步骤：,a、将待测信号送至（CH1或CH2)输入端b、将输入耦合开关（AC-GND-DC)扳至“GND”位置，显示方式置“AUTO”c、旋转“扫描速度”开关和辉度旋钮，使荧光屏上显示一条亮度适中的时基线d、调节示波器的垂直位移旋钮，使得时基线于一水平刻度线重合，此线的位置作为零电平参考基准线e、把输入耦合开关置于“DC”位置，垂直微调旋钮置“CAL”位置（顺时针到头），此时就可以在荧光屏上按刻度进行读数了 U=偏转刻度数 偏转灵敏度,交流电压测量步骤：,a、将待测信号送至（CH1或CH2)输入端b、把输入耦合开关置于“AC”位置c、调整垂直灵敏度开关（V/div)于适当位置，垂直微调旋钮置“CAL”位置（顺时针到头）。d、分别调整水平扫描速度开关和触发同步系统的有关开关，使荧光屏上能显示 一个周期以上的稳定波形e、计算P-P值 U=峰值偏转刻度数 偏转灵敏度,2、时间测量,时间间隔测量步骤：,a、将待测信号送至（CH1或CH2)输入端b、调整垂直灵敏度开关（V/div)于适当位置，使荧光屏上显示的波形幅度适中c、选择适当的扫描速度，并将扫描微调置“校准”位置，使被测信号的周期占有较多的格数d、调整“触发电平”或触发选择开关，显示出清晰、稳定的信号波形e、记录被测两点间的距离（格数)被测两点时间间隔t/div 格数,脉冲上升、下降沿时间测量步骤：,a、将待测信号送至（CH1或CH2)输入端b、调整垂直灵敏度开关（V/div)于适当位置，使荧光屏上显示的波形幅度适中c、将“扫描速度”置于某快一些的档级，并将扫描微调置“校准”位置，将脉冲信号的前、后沿充分展开d、仔细调节“垂直灵敏度”开关和“垂直位移”旋钮，使屏幕上所显示的波形能方便地确定波形幅度的10和90的位置。e、记录格数，算时间注意：这里的所测的上升时间并不等于脉冲本身真正的上升时间，这是因为示波器本身还有上升时间信号实际上升时间的平方显示上升时间的平方示波器本身上升时间的平方,
