电子测量第3章示波测试和测量技术

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1、第3章示波测试和测量技术*3.1示波测试的基本原理*3.2模拟示波器3.3示波器的取样3.4示波器的多波形显示（补充）3.5数字存储示波器*3.6示波器的使用·示波器的波形显示原理·模拟示波器的使用本章重点：1.示波器是一种基本的、应用最广泛的时域测量仪器。2.示波器是一种全息仪器。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

2、。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。示波器概述当前常用的示波器从技术原理上可分为：▲（1）模拟式——模拟示波器（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：3.1示波测试的基本原理3.1.1CRTCRT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。3.1.1示波管（CRT）

3、示波管属于电真空器件，又称为阴极射线管（CRT）。KG1G2A1A2Y2X2F~6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦UA1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轴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，即进行“辉度”调节，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

4、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。调节A2电位的旋钮称为“辅助聚焦”。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。1电子枪（续）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

5、。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2偏转系统电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外加偏转电压成正比：示波管的Y轴偏转因数（单位为cm/V）：其倒数为示波管的Y轴偏转灵敏度（单位是V/cm）。偏转灵敏度越小，示波管越灵敏。为提高Y轴偏转灵敏度，一般在偏转板至荧光屏之间加一个后加速阳极A3(PDA，先偏转后加速系统)。X轴偏转系统原理和Y轴偏转系统类似L为偏转板的长度；s为偏转板中心到屏幕中心的距离；b为

6、偏转板间距；Va为阳极A2上的电压。在一定范围内，荧光屏上光点的偏移距离与偏转板上所加电压成正比，这是用示波管观测波形的理论依据。3荧光屏荧光屏将电信号变为光信号，以显示波形。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，应将“辉度”调暗。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”。由于“余辉效应”和人眼“视觉残留”效应，使我们能够看到动态波形。（电子束每一瞬间都只击中荧光屏上的一个点）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

7、。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）。3.1.2图像显示的基本原理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：光点出现在荧光屏的中心位置。光点仅在垂直方向偏移：Uy