第7章 信号波形测量(第二讲)

电子测量原理第1页7.2.2波形显示的基本原理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：(a)Ux=0、Uy=0光点出现在荧光屏的中心位置。(b)Ux=0、Uy=常量光点仅在垂直方向偏移：Uy为正电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向上移；Uy为负电压时，光点从荧光屏的中心往垂直方向下移。电子测量原理第2页7.2.2波形显示的基本原理1．显示随时间变化的图形（续）(c)Ux=常量、Uy=0光点仅在水平方向偏移：Ux为正电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向右移；Ux为负电压时，光点从荧光屏的中心往水平方向左移。(d)Ux=常量、Uy=常量当两对偏转板上同时加固定的正电压时，光点位置应为两电压的矢量合成。电子测量原理第3页7.2.2波形显示的基本原理1．显示随时间变化的图形（续）（2）X、Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情况：Uy0123401324Uy-Uyt仅在垂直偏转板的两板间加正弦变化的电压，则光点只在荧光屏的垂直方向来回移动，出现一条垂直线段。电子测量原理第4页7.2.2波形显示的基本原理1．显示随时间变化的图形（续）Ux0123401324Ux-Uxt仅在水平偏转板的两板间加锯齿电压，则光点只在荧光屏的水平方向来回移动，出现一条水平线段。电子测量原理第5页7.2.2波形显示的基本原理1．显示随时间变化的图形（续）（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。Uy0123401324Uy-Uyt0UxtUx-Ux电子测量原理第6页7.2.2波形显示的基本原理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。t0123401234uytux01234若两信号的初相相同，且在X、Y方向的偏转距离相同，在荧光屏上画出一条与水平轴呈45度角的直线。电子测量原理第7页7.2.2波形显示的基本原理2．显示任意两个变量之间的关系（续）t0123401234uytux01234024若两信号的初相相差90度，且在X、Y方向的偏转距离相同，在荧光屏上画出的图形为圆。电子测量原理第8页7.2.2波形显示的基本原理4．同步的概念（续）（2）Tx≠nTy(n为正整数)，即不满足同步关系时，显示的波形不稳定。t015(6)234789012345678uytuxTy54xyTT101110911电子测量原理第9页7.2.2波形显示的基本原理5．连续扫描和触发扫描扫描电压是连续的方式称为连续扫描。当欲观测脉冲信号，尤其是占空比很小的脉冲时，采用连续扫描存在一些问题：选择扫描周期等于脉冲重复周期时，难以看清脉冲波形的细节。TsT=Tstt(a)被测脉冲(b)连续扫描，且T=Ts不能观测到脉冲细节电子测量原理第10页7.2.2波形显示的基本原理5．连续扫描和触发扫描（续）选择扫描周期等于脉冲底宽时，观测者不易观察波形，而且扫描的同步很难实现。Tstt(a)被测脉冲(c)连续扫描，且T=T=脉冲得到展宽，但波形显示暗，而时基线太亮电子测量原理第11页7.2.2波形显示的基本原理5．连续扫描和触发扫描（续）触发扫描时，使扫描脉冲只在被测脉冲到来时才扫描一次；没有被测脉冲时，扫描发生器处于等待工作状态。Tstt(a)被测脉冲(d)触发扫描扫描等待能较好地观测脉冲电子测量原理第12页7.2.2波形显示的基本原理6．扫描过程的增辉为了使回扫产生的波形不在荧光屏上显示，可以设法在扫描正程期间，给示波器增辉。若不增辉将产生如图的回扫线t015234678012345678uytuxTyTx=2Ty电子测量原理第13页7.3通用示波器7.3.1通用示波器的组成Y输入电路Y前置放大器触发电路延迟线Y后置放大器水平放大器扫描发生器Y输入外触发内外至X偏转板至Y偏转板校准信号发生器低压电源高压电源电源至各电路正高压负高压X输入校准信号输出电子测量原理第14页7.3通用示波器7.3.2通用示波器的垂直通道1．输入电路：包括衰减器和输入选择开关。（1）衰减器vivoR1R2C1C2最佳补偿过补偿欠补偿Z1Z2最佳补偿条件：2211CRCR过补偿：1122RCRC欠补偿：1122RCRC改变分压比的开关为示波器的垂直灵敏度粗调开关，在面板上用“V/cm”标记。电子测量原理第15页7.3.2通用示波器的垂直通道2．前置放大器前置放大器将信号适当放大，从中取出内触发信号，并具有灵敏度微调、校正、Y轴移位、极性反转等控制作用。Y前置放大器大都采用差分放大电路，输出一对平衡的交流电压。若在差分电路的输入端输入不同的直流电位，相应的Y偏转板上的直流电位和波形在Y方向的位置也会改变。可通过调节“Y轴位移”旋钮，调节直流电位以改变被测波形在屏幕上的位置。电子测量原理第16页7.3.2通用示波器的垂直通道3．延迟线触发扫描时，扫描的开始时间总是滞后于被观测脉冲一段时间，这样，脉冲的上升过程就无法被完整地显示出来。左图为没有延迟线时屏幕上显示的脉冲。触发点输入信号扫描电压显示波形扫描起点tT电子测量原理第17页7.3.2通用示波器的垂直通道3．延迟线（续）延迟线的作用就是把加到垂直偏转板上的脉冲信号延迟一段时间，以保证在屏幕上扫描出包括上升时间在内的脉冲全过程。延迟线的输入级需采用低输出阻抗电路驱动，而输出级则采用低输入阻抗的缓冲器。触发点输入信号扫描电压显示波形输入信号延迟后td扫描起点tT电子测量原理第18页7.3.2通用示波器的垂直通道4．Y输出放大器Y输出放大器是将延迟线传来的被测信号放大到足够的幅度，用以驱动示波管的垂直偏转系统，使电子束获得Y方向的满偏转。Y输出放大器应具有稳定的增益、较高的输入阻抗、足够宽的频带、较小的谐波失真。Y输出放大器大都采用推挽式放大器，有利于提高共模抑制比。可采用改变负反馈的方法改变放大器的增益（面板上的“×5”或“×10”开关）。电子测量原理第19页7.3.3通用示波器的水平通道水平通道包括触发电路、扫描电路和水平放大器等部分，其主要任务是产生随时间线性变化的扫描电压，再放大到足够的幅度，然后输出到水平偏转板，使光点在荧光屏的水平方向达到满偏转。触发源选择触发耦合方式选择放大整形电路扫描闸门扫描电压发生器水平放大器比较和释抑电路触发信号触发电路扫描发生器环至X偏转板电子测量原理第20页7.3.3通用示波器的水平通道1．触发电路触发电路的作用是为扫描信号发生器提供符合要求的触发脉冲。包括触发源选择、触发耦合方式选择、触发方式选择、触发极性选择、触发电平选择和触发放大整形等电路。放大、整形电路内外电源C1C2C3ACAC低频抑制HFREJDC常态自动TV触发电平调节至扫描发生器环触发脉冲输出S1S2S4+-S3极性反转电路触发源选择触发耦合方式选择触发极性选择触发方式选择电子测量原理第21页7.3.3通用示波器的水平通道（4）触发极性选择和触发电平调节(a)正电平、正极性(b)正电平、负极性(c)负电平、负极性(d)负电平、正极性电子测量原理第22页7.3.3通用示波器的水平通道2．扫描发生器环扫描发生器环又叫时基电路，常由积分器、扫描闸门及比较释抑电路组成。扫描闸门扫描锯齿波发生器比较和释抑电路+E至X放大器+E“稳定度”调节比较电平触发脉冲输入“增辉”脉冲电子测量原理第23页7.3.3通用示波器的水平通道2．扫描发生器环（续）（3）积分器密勒（Miller）积分器是通用示波器中应用最广的一种积分电路。01,0~oEEVdtttCRRC来自扫描闸门-+RC+E扫描锯齿波输出Vo电子测量原理第24页7.3.3通用示波器的水平通道2．扫描发生器环（续）（4）比较和释抑电路E1E0E2Er来自比较电路的参考电平（比较电平）扫描发生器输出Vo上触发电平下触发电平通过“稳定度”调节的静态工作电平E0触发脉冲12345抑制期回扫期开始下一次扫描跟随Vo6释放闸门输出叠加后的闸门输入电子测量原理第25页7.3.5示波器的多波形显示2．多踪示波“Y1”通道（CH1）、“Y2”通道（CH2）和叠加方式（CH1+CH2）都只显示一个波形。Y1输入电路Y1前置放大器Y1门电路电子开关延迟线Y后置放大器Y2输入电路Y2前置放大器Y2门电路至Y偏转板Y1输入Y2输入控制信号电子测量原理第26页7.3.5示波器的多波形显示2．多踪示波（续)交替方式（ALT）：适合于观察高频信号。uy1uy2ux电子测量原理第27页7.3.5示波器的多波形显示2．多踪示波（续)断续方式（CHOP）：适用于被测信号频率较低的情况。uy1uy2ux电子测量原理第28页7.3.6双时基扫描显示双时基示波器有两个独立的触发和扫描电路，特别适用于在观察一个脉冲序列的同时，仔细观察其中一个或部分脉冲的细节。前置放大延长线Y后置放大A触发A扫描电子开关X放大电压比较B触发选择门Y线光迹分离电路+-B扫描RPY输入A增辉B增辉1234电子测量原理第29页7.3.6双时基扫描显示1234输入信号A触发A扫描延迟触发电平B触发B扫描A增辉B增辉合成增辉