第5章时域测量08152.ppt

现代电子测量技术 第5章 时域测量 5.1 概述 5.2 CRT显示原理 5.3 通用示波器 5.4 采样示波器 5.5 数字存储示波器 5.6 示波器的基本测量技术 5.1 概述 5.1.3 示波器的分类 根据示波器对信号的处理方式的不同可分为模拟、数字两大类： 1 模拟示波器 ——采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。 2 数字示波器 ——对信号进行数字化处理后再显示。 1 模拟示波器 模拟示波器可分为通用示波器、多束示波器、采样示波器、记忆示波器和专用示波器等。 通用示波器采用单束示波管，又可分为单踪、双踪、多踪示波器。 多束示波器采用多束示波管，荧光屏上显示的每个波形都由单独的电子束扫描产生。 取样示波器可以用较低频率的示波器测量高频信号。 记忆示波器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。 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。 图片1 模拟示波器 2 数字示波器 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D/A转换器再重建波形。 数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功能，又称为数字存贮示波器。 根据取样方式不同，数字示波器又可分为实时取样、随机取样和顺序取样三大类。 示波器主要由Y（垂直）通道、X（水平）通道和显示屏三大部分。 Y（垂直）通道：由探头、衰减器、前置放大器、延迟线和输出放大器组成，实质上是个多级宽频带、高增益放大器，主要对被测信号进行不失真的线性放大，以保证示波器的测量灵敏度。 X（水平）通道：由触发电路、时基发生器和水平输出放大器组成，主要产生与被测信号相适应的扫描锯齿波。 显示屏：主要由阴极射线管组成，常以CRT（Cathode Ray Tube）表示，通常称为示波管。另外，液晶显示屏（LCD）也已经应用于示波器。 5.2 CRT显示原理 5.2.1 CRT原理 CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，基本结构如下图所示。 1 电子枪 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F、阴极K、栅极G1和G2和阳极A1、A2组成。 通过调节G1对K的负电位可控制电子束的强弱，从而调节光点的亮度，即进行“辉度”控制。 调节A1的电位器称为“聚焦”旋钮，通过对它进行调节可调节G2与A1和A1与A2之间的电位；调节A2电位的旋钮称为“辅助聚焦”。 1 电子枪 电子束聚焦的原理是，电子从阴极K发射，经G1、G2、A1、A2聚焦和加速后进入偏转系统。 电子在电子枪中的运动轨迹如下图所示。 2 偏转系统 示波管的偏转系统由两对相互垂直的平行金属板组成，分别称为垂直偏转板和水平偏转板 。 当有外加电压作用时，偏转板之间形成电场；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。 为了示波器有较高的测量灵敏度，Y偏转板置于靠近电子枪的部位，而X偏转板在Y的右边。 2 偏转系统（静电偏转） 电子束在偏转电场作用下的偏转距离y与外加偏转电压Uy成正比： 示波管的Y轴偏转灵敏度（单位为cm/V）： 其倒数为示波管的Y轴偏转因数。偏转灵敏度越大，示波管越灵敏。 为提高示波管的Y轴偏转灵敏度，可在偏转板至荧光屏之间加一个后加速阳极A3。 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 。 当电子束停止轰击荧光屏时，光点仍能保持一定的时间，这种现象称为“余辉效应”。 从电子束移去到光点亮度下降为原始值的10%，所延续的时间称为“余辉时间”。不同的荧光材料，余辉时间不一样。 在使用示波器时，应避免电子束长时间的停留在荧光屏的一个位置，否则将使荧光屏受损。因此在示波器开启后不使用的时间内，可将“辉度”调暗。 5.2.2 示波管显示原理 1．显示随时间变化的图形 （1）Ux、Uy为固定电压时，有下面四种情况： （2）X、Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情况： （3）Y偏转板加 正弦波信号电压， X偏转板加锯齿波 电压，荧光屏上 将显示出被测信 号随时间变化的 一个周期的波 形曲线。 2．显示任意两个变量之间的关系 示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称为李沙育（Lissajous）图形，这种图形在相位和频率测量中常会用到。 3．扫描的概念 如果在X偏转板上加一个随时间线形变化的电压，垂直偏转板不加电压，那么光点在水平方向的偏移距离为 ，比例系数Sx称为示波管的X轴偏转灵敏度。 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描”，能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压，光点自左向右的连续扫动称为“扫描正程”，自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程称为“扫描逆程”。