仪器仪表时域测量.ppt

《仪器仪表时域测量.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仪器仪表时域测量.ppt（68页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第5章 时域测量,第5章时域测量,信号以连续时间为自变量的函数,以f为自变量，P或能量为因变量的函数,以离散时间或事件出现的次序为自变量，把状态值为因变量的函数关系。,例：脉冲发生器、函发、示波器、计数器,例：频谱仪，,布尔和冯诺依曼奠定了数学基础,例：逻辑分析仪，,麦克斯韦和傅立叶奠定了数学基础,第5章时域测量,5.1 示波器的分类5.2 通用示波器*5.3 多波形显示5.4 取样示波器5.5 示波器的应用*,第5章时域测量,重点：通用示波器通用示波器的基本构成通用示波器显示波形的原理示波器的应用测频、测相位难点：通用示波器显示波形的原理,第5章时域测量,示波器的应用：示波器的特点：,电信号

2、的时域测量非电信号（如T、压力、a等）的变化测量,速度快，工作频率宽，可测高速脉冲灵敏度高，可观察微弱信号变化过载能力强输入阻抗高,电子束惯性小,非指针指示,配有高增益放大器,对被测电路影响小,5.1 示波器的分类,A/D，D/A,测量高频周期信号,例：高灵敏度示波器,测量瞬变的单次信号,5.2 通用示波器,5.2.1 通用示波器的基本构成5.2.2 示波器显示波形的原理5.2.3 垂直系统5.2.4 水平系统,5.2.1 通用示波器的基本构成,Y轴输入,外X轴输入,外触发输入,示波管,5.2.2 示波器显示波形的原理,一、示波管的结构(CRT-Cathode Ray Tube),5.2.2

3、示波器显示波形的原理,一、示波管的结构,由电子枪、偏转系统、荧光屏组成,这个密封在玻璃壳内，形成大型的电真空器件,5.2.2 示波器显示波形的原理,一、示波管的结构,发射电子并形成很细的高速电子束,灯丝F、阴极K、栅极G、前加速极G2、第一阳极A1、第二阳极A2,A、灯丝F加热产生电子束B、负电位栅极G控制电子束的强弱辉度调节C、G2、A1、A2构成电子束的聚焦A1聚焦调节 A2辅助聚焦调节,1、电子枪,作用：,组成：,原理：,5.2.2 示波器显示波形的原理,一、示波管的结构,电子束在电子枪内的运动轨迹：,1、电子枪,为增加聚焦效果：,G2加隔板，截获偏离轴线远的电子,A2中心有一个小孔，利

4、于聚束,5.2.2 示波器显示波形的原理,一、示波管的结构,2、偏转系统,垂直偏转板水平偏转板,外加电压在偏转板之间形成电场；使电子束打向荧光屏上的某个坐标位置。,Y偏转板置于靠近A2的部位，而X偏转板在Y的右边。为了示波器有较高的灵敏度。,组成：,放置：,原理：,5.2.2 示波器显示波形的原理,一、示波管的结构(CRT-Cathode Ray Tube),5.2.2 示波器显示波形的原理,一、示波管的结构,2、偏转系统,以垂直偏转板为例,5.2.2 示波器显示波形的原理,一、示波管的结构,2、偏转系统,以垂直偏转板为例,偏转板距离y与偏转电压Uy的关系：,板长,板屏距,板间距,偏转灵敏度

5、V/cm,提高灵敏度措施：,增大L，垂直偏转置于水平偏转左边,减小UA2，,增加先偏转后加速系统（PDA）P157,加屏蔽层，消除偏转板间交叉干扰及外界电磁场作用,5.2.2 示波器显示波形的原理,一、示波管的结构,3、荧光屏,余辉时间光点亮度下降为最大值10持续的时间,大部分转化成热能，少部分转化成光能。因此：不能长时间停在一处，否则易损坏荧光粉而形成斑点。,铝膜 位于荧光屏内侧,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,1、显示随时间变化的波形,Ux、Uy为固定电压时，有下面四种情况：,A、UxUy0,B、Ux0,Uy=常量,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形

6、显示原理,1、显示随时间变化的波形,D、Ux常量,Uy=常量,C、Ux常量,Uy=0,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,2、扫描的概念,A、Ux0,Uy为正弦波电压,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,B、Uy=0,Ux为锯齿波电压,扫描：Ux为周期锯齿波电压（扫描电压），在屏幕上显示一条水平亮线（时间基线），这过程称扫描。,2、扫描的概念,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,2、扫描的概念,C、Ux为锯齿波电压，Uy为正弦波电压（设TxTy）,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,3、同步的概念,设Tx2

7、Ty,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,3、同步的概念,设Tx5Ty/4,0,1,2,3,4,6,7,8,10,9,11,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,4、扫描过程的增辉,（设Tx2Ty）,0,1,2,3,4,6,7,8,t,5,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,5、连续扫描和触发扫描,例：,难以观察脉冲细节,a.连续扫描,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,5、连续扫描和触发扫描,例：,脉冲展宽，但太暗而时间基线太亮,b.连续扫描,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,5、连

8、续扫描和触发扫描,例：,能较好观察脉冲,c.触发扫描,触发扫描信号来时触发，而平时无触发。,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,6、XY方式波形显示,（1）Ux与Uy都为正弦波，且同相,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,6、XY方式波形显示,（2）Ux与Uy都为正弦波，不同相，设相位差90o,若峰值不同，则为椭圆,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,7、主要的性能指标,（1）频带宽度BW和上升时间tr,一般指Y通道的频带宽度。反映可观测信号的最高频率，越大越好。,表示示波器Y通道随输入信号快速变化的能力。反映脉冲信号的最小宽度

9、，越小越好。,两者关系：,频带宽度BW,上升时间tr,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,7、主要的性能指标,（2）偏转灵敏度,表示了示波器Y通道的放大/衰减能力，反映示波器观察微弱信号的能力，越小越好。与BW相矛盾,定义,意义,5.2.2 示波器显示波形的原理,二、示波管波形显示原理,7、主要的性能指标,（3）扫描速度,表示了示波器测量信号的范围，窄脉冲和高频需要高的扫描速度，缓慢变化信号需要低的扫描速度，因此扫描速度范围越宽越好。,定义,意义,一般范围,0.05us/div0.5s/div,5.2.3 垂直系统,1、作用,2、组成,观测mV 几十伏电压，需要放大及衰减

10、电路,5.2.3 垂直系统,一、输入电路,包含：,耦合方式衰减器,1、耦合方式,信号直接通过,确定零电压,隔直流及低频，观察交流信号,问：如何测纹波电压的幅值和平均值,5.2.3 垂直系统,一、输入电路,2、衰减器,目的：,测量大信号,目的：,电阻电容分压器,组成：,过补偿,欠补偿,5.2.3 垂直系统,二、前置放大器,1、单端输入信号变成双端对称输出信号,2、还具有增益扩展、微调，垂直位移，极性变换的作用,电路：采用差分放大电路,5.2.3 垂直系统,三、延迟线,1、必要性,无法观察完整波形,5.2.3 垂直系统,三、延迟线,2、作用,将被测信号在偏转板上出现的时刻滞后于扫描开始的时刻（td

11、 tT），从而保证屏幕上显示处被测信号的全过程。,5.2.3 垂直系统,四、后置放大器,目的：,要求：,电路：,将经延迟线的被测信号放大到足够的幅度，以驱动垂直偏转系统，使电子束获得Y方向的满偏转。,具有稳定的增益、较高的输入阻抗、足够宽的频带、较小的谐波失真。,采用推挽式放大器，有利于提高共模抑制比,5.2.4 水平系统,1、作用,2、组成,形成、控制并放大锯齿波扫描电压，以在屏幕上显示稳定、准确的波形。,5.2.4 水平系统,一、触发电路,1、作用,2、组成,5.2.4 水平系统,一、触发电路,（1）触发源选择,内触发（INT）,外触发（EXT）,电源触发（LINE）,将Y前置放大器输出（

12、延迟线前的被测信号）作为触发信号，适用于观测被测信号。,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。,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。,5.2.4 水平系统,一、触发电路,（2）触发耦合方式,DC直流耦合,HF REJ高频抑制,电视TV,接入直流或缓慢变化的触发,AC交流耦合,观察从低频到较高频率的信号,观察抑制高频成分的交流信号,观察视频TV信号，以便对电视信号（如行、场同步信号）进行监测与电视设备维修。,5.2.4 水平系统,一、触发电路,（3）触发方式选择,自动,单次,有连续扫描锯齿波电压输出，荧光屏上总能

13、显示扫描线。,常态,指有触发源信号并产生了有效的触发脉冲时，荧光屏上才有扫描线。,自动和常态均不用，按下“复位”按钮，扫描一次。,5.2.4 水平系统,一、触发电路,（4）触发极性和触发电平,触发极性,触发电平,指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出电压的瞬时值。,二者共同决定触发脉冲产生的时刻，并决定被显示信号的起始点。,总体作用：,5.2.4 水平系统,一、触发电路,（4）触发极性和触发电平,5.2.4 水平系统,二、扫描发生器环,5.2.4 水平系统,二、扫描发生器环,1、扫描闸门,产生快速上升或下降的闸门信号,作用：,目的：,控制正程增辉,控制积分器扫描,使双踪示波器工作于交替状态,P

14、183,5.2.4 水平系统,二、扫描发生器环,2、密勒积分器,产生线性变化的锯齿波电压,作用：,组成：,扫描速度粗调,扫描速度微调,5.2.4 水平系统,二、扫描发生器环,3、比较和释抑电路,触发脉冲,Ch充电,Ch放电,作用：控制扫描信号的始终点,抑,释,释抑电路放电常数明显大于积分电容放电。,5.3 多波形显示,多个电子枪和偏转系统,单束，通过电子开关控制,X系统有两个扫描电路,特点：实时显示，准确度高；工艺复杂、成本高,特点：非实时显示；要求低、应用广泛,特点：非实时显示，显示脉冲的某一细节变化,5.3.1 多踪显示,一、组成,二、显示波形的原理,5.3.1 多踪显示,二、显示波形的原

15、理,高频测量，非实时,低频测量，准实时,1、交替显示方式,电子开关受扫描频率控制,5.3.1 多踪显示,二、显示波形的原理,2、断续显示方式,电子开关受自激振荡控制,5.3.2 双扫描显示,一、组成,二、作用,5.4 取样示波器,一、原理,二、应用周期、高频信号,5.5 示波器的应用,5.5.1 电压的测量5.5.2 时间的测量5.5.3 相位的测量5.5.4 频率的测量,5.5.1 电压的测量,一、直流电压的测量,被测电压离零电平的高度,垂直偏转灵敏度,探头衰减系数,注意：通过DC耦合确定零电平线,5.5.1 电压的测量,二、交流电压的测量,被测电压离零电平的高度,垂直偏转灵敏度,探头衰减系

16、数,注意：通过AC耦合滤除直流信号,5.5.2 时间的测量,所测时间宽度,扫描速度,X轴扩展系数,应用：可测周期、脉宽、时间间隔等,5.5.3 相位的测量,一、双迹法,设,5.5.3 相位的测量,二、李萨如图形法,设,则：,5.5.3 相位的测量,二、李萨如图形法,步骤：,信号输入后，用XY方式观察,CH1和CH2先接地，确定坐标,记下x0、xm、y0、ym,Note：坐标定后，垂直位移不可再动,5.5.4 频率的测量,一、李萨如图形法,原理：,水平线与图形的切点个数,垂直线与图形的切点个数,5.5.4 频率的测量,二、虚线法,原理：,先用已知f的信号显示在屏幕上，将被测信号fx加到Z轴，形成断续图，观察断点个数m可得fx：,5.5.4 频率的测量,三、环形法,原理：,先用已知f的信号经过相移加到X、Y通道形成圆形，将被测信号fx加到Z轴，形成断续环形图，观察断点个数m可得fx：,作业P202203,5.4，5.55.8，5.9,