示波器原理和应用

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：模拟式－－－通用示波器数字式－－－数字存储示波器（采用A/D、DSP技术）2、按带宽（BW)bandwidth可分为：中、低档示波器60MHz以下高档示波器60MHz~300MHz更高档示波器1～2GHz三、示波器组成垂直通道（Y)水平通道（X)显示屏电源其组成：Y通道信号输入（signalinput)X通道1、Y通道：其组成：探头、衰减器、前置放大器、延迟线、输出放大器其功能：对信号进行不失真的线性放大，使之达到一定电平，驱动电子束在示波管内作垂直偏转。2、X通道：其组成：触发电路、时基电路、水平输出放大器其功能：产生与被测信号相适应的随时间成线性变化的扫描锯齿波，这个锯齿波经放大加到水平偏转板上，使电子束产生水平扫描。3、显示屏：组成：示波管（阴极射线管）CRT功能：显示被测信号波形显示方式：以光点和光栅方式为主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：1、电子枪2、静电偏转板3、荧光屏作用：将被测信号电压变成发光的图像，显示在荧光屏上。0V-1Kv辅助聚焦调节电子枪亮度调节聚焦调节阴极K第一栅极G1第二栅极G1第一阳极A1第二阳极A2Y2偏转系统Y1X2X1荧光屏+15Kv后加速极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：静电偏转：以光点为基础显示波形磁偏转：以光栅为基础显示图形y=(s×L)/(2×b×Ua)×UyA2LbUySyUa当示波器设计好后，L、b、s均固定，Ua不变所以y=hy×Uyhy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。Ux五、显示原理1、光点显示原理UyUyUx2、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TnTs时，感觉波形从右向左移动当TnTs时，感觉波形从左向右移动UyTn=2TsTn0.75TsTn1.5Ts3、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UyUx3323.23lg(10.001)melHzff3323.23lg(10.001)melHzff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：示波器电路分析输入衰减器Y输出放大器前置放大器延迟线内触发触发电路扫描发生器X输入放大器外触发外输入内输入电源标准信号发生器五部分：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：有源探头无源探头按功能分为：电压探头电流探头分压式无源探头电路R电缆带有阻抗匹配网络的分压式无源探头电路探头R电缆探头匹配网络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。UiU0C2C1R1R24、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：水平通道释抑电路触发输入耦合电路触发输入放大器触发信号发生器闸门电路扫描电压发生器水平放大器内触发外触发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=0.71×Vinput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30PF100MHz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3～5倍即被测信号上升时间是仪器上升时间的3～5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