第五章电子尔波器 本章要点: 1.示波器的功用、分类、组成和波形显示原理 2通用示波器的组成原理、特性与应用 3.取样技术在示波器中的应用 4.数字示波器的组成原理、信号采集处理技术、特性与功能
第五章 电子示波器 本章要点： 1. 示波器的功用、分类、组成和波形显示原理 2.通用示波器的组成原理、特性与应用 3. 取样技术在示波器中的应用 4. 数字示波器的组成原理、信号采集处理技术、特性与功能
5.1.1示波器的功用 示波器是一种能表现任何两个互相关联的电参数的XY坐标图示仪。 若以横坐标作时间,纵坐标作电压幅度,对信号进行时域测量 若横坐标作频率,纵坐标作电压幅度,就组成频谱分析仪,对信号 进行频域测量; 若横坐标作为三极管的ue(或uby),纵坐标作为i(或i),就能显 示出三极管的输出(输入)特性曲线。 2.示波器能让人们观察到信号波形的全貌,能测量信号的幅度、频率、 周期等基本参量,能测量脉冲信号的脉宽、占空比、上升(下降)时 间、上冲、振铃等参数,还能测量两个信号的时间和相位关系。这些 功能是其它电子仪器难以胜任的。 3.示波器从早期的定性观测,已发展到可以进行精确测量。 4.示波器是其它图式仪器的基础。对扫频仪、频谱仪、逻辑 分析仪以及医用B超等各种图示仪器就容易理解了
5.1.1 示波器的功用 1. 示波器是一种能表现任何两个互相关联的电参数的XY坐标图示仪。 若以横坐标作时间，纵坐标作电压幅度，对信号进行时域测量； 若横坐标作频率，纵坐标作电压幅度，就组成频谱分析仪，对信号 进行频域测量； 若横坐标作为三极管的uce(或ube)，纵坐标作为ic(或ib)，就能显 示出三极管的输出(输入)特性曲线。 2. 示波器能让人们观察到信号波形的全貌，能测量信号的幅度、频率、 周期等基本参量，能测量脉冲信号的脉宽、占空比、上升（下降）时 间、上冲、振铃等参数，还能测量两个信号的时间和相位关系。这些 功能是其它电子仪器难以胜任的。 3. 示波器从早期的定性观测，已发展到可以进行精确测量。 4. 示波器是其它图式仪器的基础。对扫频仪、频谱仪、逻辑 分析仪以及医用B超等各种图示仪器就容易理解了
5.1.2示波器的分类 当前常用的示波器从技术原理上可分为: (1)模拟式——通用示波器(采用单束示波管实现显示,当前 最通用的示波器)。 (2)数字式—数字存储示波器(采用A/D、DSP等技术实现 的数字化示波器)。 从性能上,按示波器的带宽可分为 (1)中低档示波器,带宽在60MHz以下。 (2)高档示波器,带宽在60MHz以上,大多在300MHz以下。 更高档的有1GHz~2GHz以上。 从结构特点可分为:(见课本77页)
5.1.2 示波器的分类 当前常用的示波器从技术原理上可分为： （1）模拟式——通用示波器（采用单束示波管实现显示，当前 最通用的示波器）。 （2）数字式——数字存储示波器（采用A/D、DSP等技术实现 的数字化示波器）。 （1）中、低档示波器，带宽在60MHz以下。 （2）高档示波器，带宽在60MHz以上，大多在300MHz以下。 更高档的有1GHz～2GHz以上。 从性能上，按示波器的带宽可分为： 从结构特点可分为：（见课本77页）
5.1.3示波器的组成 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 显示屏 垂直 表示,通常称为示波管。当前以通道 光点和光栅方式作显示屏的主要 采用示波管。另外,平板显示屏 水平 是后起之秀,发展很快,尤其是 液晶显示屏(LCD)已经应用于 电源 示波器了。 图52示波器的基本组成
5.1.3 示波器的组成 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。当前以 光点和光栅方式作显示屏的主要 采用示波管。另外，平板显示屏 是后起之秀，发展很快，尤其是 液晶显示屏（LCD）已经应用于 示波器了。 Y 垂直) 通 道 X 水平 通 道 电源 图5.2 示波器的基本组成 显示屏
Y,输人 Y输人 Y:前置放大 路 电 延迟线 Vm)(耦合)(微调)(移位) F后置放大 方式 人 放大 (通道选择) 垂直系统 示波管控制 内触发电路 (触发源) (辉度 水平系统 聚焦) X输人电路 A4触发放大整形 4扫描发生器 放 主机 电平)1(触发方式 稳定度)(扫速微调) (扩展)「(移位) (耦合方式)(极性) (t/cm) b触发放大整形 B扫描发生器 电路 标准信号 校准信号源 低压 供电 低压电源 高频高压 图3-1通用示波器框图
5.2示波管(CRT) 示波管属于电真空器件,又称为阴极射线管(CRT)。 电子枪 一偏转系统—荧光屏 K 6.V FX1 Y 真空玻璃管 -IKV 00V 十15KV 亮度 聚焦辅助聚焦 后加速极 Z 图53阴极射线示波管 轴
5.2 示波管（CRT） 示波管属于电真空器件，又称为阴极射线管（CRT）。 K G1 G2 A1 A2 Y2 X2 F ~6.3V 0V X1 亮度 Ug1 辅助聚焦 后加速极 ＋ A3 15KV 电子枪 偏转系统 荧光屏 Y1 真空玻璃管 Z 图5.3 阴极射线示波管 轴
5.2.1电子枪 电子枪的作用是发射电子并形成强度可控制的很细的电子束。 它由以下几部分组成 1灯丝F—在交流低压(如63Ⅵ)下使钨丝烧热用于加热阴极 2阴极K—是一个表面涂有氧化钡(其逸出功小,内部自由电子容易逸出) 的金属 3第一栅极G1——调节G1的电位可以调节示波器的亮度,常置于示波器 面板上供使用。 当控制信号加于G1,其亮度可随之改变,则可以传递信息,称为示波器的 Z轴电路。 4.第二栅极G2—隔离开G1和A1,以减小亮度调节与聚焦调节的相互影响。 5第一阳极A1——与第二阳极A2构成一个电子透镜,对电子束起聚焦作用。 6第二阳极A2—是个更大的同轴圆筒,其上电压较高,它主要与A1构成 电子透镜。 7第三阳极A3—具有上万伏的高压,用于对电子束加速,故也称后加速 阳极
5.2.1 电子枪 电子枪的作用是发射电子并形成强度可控制的很细的电子束。 它由以下几部分组成： 1.灯丝F——在交流低压(如6.3V)下使钨丝烧热,用于加热阴极。 2.阴极K——是一个表面涂有氧化钡（其逸出功小，内部自由电子容易逸出） 的金属 3.第一栅极G1——调节G1的电位可以调节示波器的亮度，常置于示波器 面板上供使用。 当控制信号加于G1，其亮度可随之改变，则可以传递信息，称为示波器的 Z轴电路。 4.第二栅极G2——隔离开G1和A1，以减小亮度调节与聚焦调节的相互影响。 5.第一阳极A1——与第二阳极A2构成一个电子透镜，对电子束起聚焦作用。 6.第二阳极A2——是个更大的同轴圆筒，其上电压较高，它主要与A1构成 电子透镜。 7.第三阳极A3——具有上万伏的高压，用于对电子束加速，故也称后加速 阳极
5.2.2偏转系统 1.静电偏转-光点法--用于示波器 2.磁偏转---.光栅法--用于电视机、计算机显示器及示波器。 屏 电子枣 L y 260 y U b 比例系数称为示波管的偏转 因数,单位为cm/V,它的倒 数D=1/h称为示波管的偏 图54电子束的偏转 转灵敏度,单位为V/cm。偏 转灵敏度是示波管的重要参 Ls U=hu 数。 260
5.2.2 偏转系统 1．静电偏转---光点法----用于示波器 2..磁偏转-----光栅法----用于电视机、计算机显示器及示波器。 2 y y y a Ls y U h U bU = = 图5.4 电子束的偏转 L S Y U Ua y 屏幕 电子束 A2 2 y y y a Ls y U h U bU = = 比例系数称为示波管的偏转 因数，单位为cm/V，它的倒 数Dy ＝1／hy称为示波管的偏 转灵敏度，单位为V/cm。偏 转灵敏度是示波管的重要参 数
5.2.3荧光屏 在示波管正面内壁涂上一层荧光物质,荧光物质将高速电子的 轰击动能转变为光能,产生亮点。 余辉时间:当电子束从荧光屏上移去后,光点仍能在屏上保持 定的时间才消失。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 不同荧光材料余辉时间不一样: 小于10μs的为极短余辉; 10μs~1ms为短余辉(通常是蓝色,便于摄影感光); 1ms~0.1s为中余辉(通常为绿色,眼睛不易疲劳); 0.1s~1s为长余辉(通常是黄色); 大于1s为极长余辉(通常是黄色)
5.2.3 荧光屏 在示波管正面内壁涂上一层荧光物质，荧光物质将高速电子的 轰击动能转变为光能，产生亮点。 余辉时间：当电子束从荧光屏上移去后，光点仍能在屏上保持 一定的时间才消失。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． 小于10μs的为极短余辉； 不同荧光材料余辉时间不一样： 10μs～1ms为短余辉（通常是蓝色，便于摄影感光）； 1ms～0.1s为中余辉（通常为绿色，眼睛不易疲劳）； 0.1s～1s为长余辉（通常是黄色）； 大于1s为极长余辉（通常是黄色）
5.3波形显示原理 5.3.1显尔随时间变化的图形 1光点扫描显示原理 光点位置控制: s G∴ 0 2 光点在合力作用下移动
5.3 波形显示原理 5.3.1 显示随时间变化的图形 1.光点扫描显示原理 光点位置控制： uy Y1 Y2 1 2 3 4 0 t 1 3 0 2 4 (a) (b) t X2 X1 0 ux 0 Ts T n + + + + - - - - - - - - + + + + 光点在合力作用下移动