项目电子示波器课件.ppt

1、项目五 电子示波器本项目主要内容任务一任务一 示波测试的基本原理示波测试的基本原理动动手动动手 动动脑动动脑 实训项目实训项目做一做做一做 议一议议一议 想一想想一想 项目小结项目小结 思考与练习思考与练习 示波测试技术 v前言 能把信号波形显示出来并能进行测量的技术称为示波测试技术。图3-1是示波器显示的一个正弦信号波形图。利用示波器荧光屏上的刻度及面板上的旋钮位置，可以方便地测量出该波形的幅度和周期。示波测试技术就是利用示波管的波形显示功能，将待测信号加到决定荧光屏垂直方向（Y轴）偏转特性的Y偏转板上，而将其荧光屏上的水平方向（X轴）变换为时间轴，从而得到信号波形的函数波形。通过X轴和Y轴

2、上的刻度经变换得到信号波形的参数。能完成这种功能的仪器就叫做示波器。图3-1 示波器显示的正弦信号波形示波测试技术v 研究信号随时间变化的特性称为时域分析，这时被测信号是一个时间函数，如图3-2所示。相应地研究信号随频率变化的分析称之为频域分析。示波器是信号时域分析最典型的仪器，利用示波器，可以对信号波形的特性进行分析，对信号的各项参数：幅值、周期、频率及相位等进行测量。本项目围绕利用示波器对信号波形进行显示测量这一主题，向大家介绍示波测试技术的基本方法和原理，并学习示波器的典型应用。tux图3-2 正弦信号的时域波形示波测试技术v 知识目标1.掌握示波测试基本方法和原理2.掌握通用示波器的组

3、成和原理3.了解数字存储示波器4.熟练掌握示波测试的基本应用v 技能目标1.熟练掌握示波器面板功能及基本操作2.熟练掌握示波器测量信号的幅度、周期、频率和相位的方法3.熟练掌握调幅波调幅系数测量方法任务一 示波测试基本方法和原理v任务目标 1.掌握示波显示控制部分及操作要领 2.理解阴极射线示波管（CRT）3.理解如何得到清晰稳定的信号波形v任务教学模式任务一 示波测试基本方法和原理v 示波器的最大特征就是将波形显示出来。那么波形是如何被显示出来的呢？我们首先来了解一下通用示波器的面板组成。示波器种类、型号很多，功能也不完全相同。不同型号的通用示波器面板布置略有不同（如图3-3所示），但一般均

4、包括三大部分：示波器显示控制部分，Y轴系统控制部分和X轴系统控制部分。其中，示波器显示控制部分完成对波形的显示、聚集、辉度调节等功能，它是示波器的重要组成部分，通过对其结构和功能的学习能帮助我们明白波形显示的原理。图3-3 几种示波器面板布置任务一 示波测试基本方法和原理（1）荧光屏。荧光屏是示波管的显示部分，屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的电压和时间之间的关系。水平方向指示时间，垂直方向指示电压。水平方向分为10格，垂直方向分为8格，每格又分为5份。根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(Vdiv，TIMEdiv)能得出电压值与时间值。（2）电源开关及指示灯。打

5、开电源,稍等片刻。（3）光迹亮度调节，逆时针旋转暗，顺时针亮。观察低频信号时可小些，高频信号时大些。一般不应太亮，以保护荧光屏。（4）聚焦使光迹和读数变得清晰。（5）寻迹，用于判断光点偏离的方位，按下该键，光点回到显示区域。（6）光迹旋转使光迹处于水平位置。（7）输出校准方波信号（如1KHz、0.5V），用于校准示波器的时基和垂直偏转因数。任务一 示波测试基本方法和原理v知识二 阴极射线示波管（CRT）示波器的核心部件是示波管，其外形如图3-5所示。示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，其内部结构示意图如图3-6。图3-5 示波管外形33FKA1A2G荧光屏X2X1Y2Y1图3-6 示波

6、管的结构示意图电子枪偏转系统A3任务一 示波测试基本方法和原理1电子枪（1）作用：电子枪的作用是产生电子束，对电子束加速和聚焦。（2）组成：电子枪包括灯丝F、阴极K、控制栅级G、第一阳极A1、第二阳极A2及后加速阳极A3。灯丝的作用是加热阴极，使其发射电子。控制栅极的作用是控制电子束的电流密度，即电子射线的强度。第一阳极和第二阳极的作用是加速电子同时对电子束聚焦。后加速阳极A3位于荧光屏与偏转板之间，作用是对电子束进一步加速。（3）原理：电子聚焦原理。如图3-7（a）当电子以一定速度穿越加速场时，v12,，电子向中心轴线方向聚拢，总体上呈会聚趋势。反之，总体上呈发散趋势，如图（b）。v11v2

7、2+（a）电子穿越加速场时12v22（b）电子穿越减速场时12v11+图3-7 电子穿越不同电场时偏转角度的变化任务一 示波测试基本方法和原理 根据电子穿越加速场聚拢，穿越减速场发散的原理不难得到在聚焦系统作用下的电子束形状。如图3-8所示。改变控制栅极的电位可进行辉度调节，改变A1、A2的电位高低则可进行聚焦调节。A1A2KG辅助聚焦+图3-8 在聚焦系统作用下的电子束形状辉度聚焦任务一 示波测试基本方法和原理2偏转系统（1）结构：由两对互相垂直的平行板构成，分别称为垂直（Y）偏转板和水平（X）偏转板，偏转板在外加电压信号的作用下使电子枪发出的电子束产生偏转。（2）原理：光点在荧光屏上偏转的

8、距离与偏转板上所加的电压成正比，以Y偏转系统为例，即Y=SyVy，这是用示波管观测波形的理论依据。（如图3-9所示）+VyY+图3-9偏转板原理示意图Fv0任务一 示波测试基本方法和原理 垂直偏转板Y1、Y2上所加的电压使电子束在垂直方向发生偏转，水平偏转X1、X2的电压则使电子束在水平方向偏转。比例系数Sy称为示波管的偏转灵敏度，单位是cm/V，它表示在单位输入信号的作用下，光点在垂直方向的偏移距离，它的倒数Dy=1/Sy称为示波管的偏转因数，单位是V/cm、mV/cm或V/div，V/div，这个值越小，示波管越灵敏，观察微弱信号的能力越强。任务一 示波测试基本方法和原理3荧光屏 荧光屏的

9、作用是在高速电子轰击下激发可见光，显现波形。示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。当电子停止轰击后，亮点不会立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10所经过的时间叫做“余辉时间”。余辉时间小于10s为极短余辉，10s1ms为短余辉，1ms01s为中余辉，01s1s为长余辉，大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波

10、器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛。任务一 示波测试基本方法和原理v知识三 如何得到清晰稳定的信号波形1扫描（1）定义：光点在扫描电压作用下扫动的过程。（2）扫描电压波形：锯齿波，表达式：Vx=kt。如图3-10所示，（a）图是理想锯齿波波形；（b）图是实际锯齿波波形，其中，Ts：扫描正程时间；Tb：扫描逆程时间或扫描回程时间 tVxtVxTsTb（a）（b）图3-10 锯齿波波形任务一 示波测试基本方法和原理2波形显示原理 由上可知，电子束在荧光屏上产生的亮点在屏幕上移动的轨迹，是加到偏转板上的电压信号的波形。分析下面几种情况：（1）两偏转板均不加信号，即Vx=Vy=0，则光点在垂直和水

11、平方向都不偏转，出现在荧光屏的中心位置，如图3-11（a）。（2）Y偏转板：不加电压；X偏转板：加理想扫描电压信号Vx=kt。由于Y偏转板不加电压，光点在垂直方向是不移动的，则光点在荧光屏的水平方向上来回移动，出现的是一条水平线段，如图3-11（b）。这条水平亮线称为扫描线。（a）（b）（c）图3-11 X、Y偏转板加或不加信号时显示情况任务一 示波测试基本方法和原理（3）Y偏转板：加被测信号，如正弦波Vy=Umsint；X偏转板：不加电压。由于X偏转板不加电压，光点在水平方向是不偏移的，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，如图3-11（c）。tVyTy图3-12 Tx=Ty

12、时显示波形VxtTx（4）Y偏转板：加被测信号，如正弦波Vy=Umsint；X偏转板：加理想扫描电压信号Vx=kt，且Tx=Ty，则荧光屏显示的是被测信号随时间变化的稳定波形。如图3-12。tVyTy图3-12 Tx=Ty时显示波形VxtTx任务一 示波测试基本方法和原理 （5）Y偏转板：加被测信号，如正弦波Vy=Umsint；X偏转板：加理想扫描电压信号Vx=kt，且Tx=2Ty，则荧光屏显示的是被测信号随时间变化的稳定波形。如图3-13。tVyTx y图3-13 Tx=2Ty时显示波形VxtTx=2Ty任务一 示波测试基本方法和原理（6）Y偏转板：加被测信号，如正弦波Vy=Umsint；X

13、偏转板：加理想扫描电压信号Vx=kt，且 ，第一个扫描周期得到波形，第二个扫描周期得到波形，第三个扫描周期得到波形则荧光屏显示的是不稳定的被测信号波形。如图3-14。任务一 示波测试基本方法和原理v 结论：当扫描电压的周期是被观测信号周期的整数倍时，即Tx=nTy(n为正整数)，每次扫描的起点都对应在被测信号的同一相位点上，这就使得扫描的后一个周期描绘的波形与前一周期完全一样，每次扫描显示的波形重叠在一起，在荧光屏上可得到清晰而稳定的波形。v 当理想扫描电压的周期Tx=NTy（N为正整数）时，波形稳定，且显示n个被测信号波形，称为“同步”；当此关系不成立时,波形显示不稳定。实际中，常利用被测信

14、号产生一个同步触发信号，去控制示波器时基电路中的扫描发生器，迫使它们同步，或用与被测信号有一定关系的外加信号去产生同步触发信号。任务一 示波测试基本方法和原理3扫描回程的增辉 实际的扫描电压中，回程时间与休止时间并不为零，则电子从右端回到左端时，也会有扫描轨迹。回程轨迹的存在影响被测波形的观测，实际示波器中要将其消隐，即使得正程轨迹亮度增加，回程轨迹黯淡，凸显正程，如图3-15所示。任务一 示波测试基本方法和原理4图示原理 由波形显示原理可知，在示波管里，电子束的偏转方向决定于和偏转板的偏转电压x和Vy，而x和Vy是相互独立的，二者共同决定光点在荧光屏上的位置。利用此特点，可以将将示波器看作一

15、个图示仪，当将两个信号分别加在和偏转板上时，荧光屏上即显示出两个信号波形之间的关系。任务一 示波测试基本方法和原理 图3-16表示两个同频率的正弦信号分别作用在、偏转板上时的情况。如果两信号初相相同，则可在荧光屏上得到一条直线；若、方向的偏转距离相同，则可得到一条与水平轴呈的直线；如两信号初相位相差，则可得一正椭圆；若、方向的偏转距离相同，则得一正圆通常把两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形叫李沙育图形，它常用在相位和频率测量中。xxy图3-16 频率相同时的李沙育图形(a)=0或360(b)=30或330(c)=90或270(d)=150或210(e)=180yyyyxxxx任务一 示波测试

16、基本方法和原理v议一议 1总结一下示波器显示及控制部分有哪些旋钮和按键，功能分别是什么？以应内部哪个具体电路？2CRT在生活中的应用有哪些？举例说明。3什么叫余辉时间，一般的示波器是什么类型的余辉？4示波器增辉电路如果出现故障，荧光屏上会显现什么样的波形？5一个清晰稳定的波形是如何得到的 实训项目一 示波原理测试基本操作训练（一）v一、实训目的 通过一些简单的操作，帮助大家更好地理解示波测试原理和掌握示波器基本操作。v二、实训仪器和器材 双踪示波器 函数信号源实训项目一 示波原理测试基本操作训练（一）v三、实训内容和步骤训练点一 掌握示波器的预调 1将示波器的电源接通预热后，使示波器的各个控制

17、旋钮或开关置于表3-3所示位置。2适当调节辉度旋钮，使荧光屏上出现一条适当宽度的水平扫描线。3反复调节聚焦和辅助聚焦旋钮，使水平扫描基线又细又清晰。4调节水平位移和垂直位移使水平基线位于屏幕的中央。5使扫描速率微调和Y轴灵敏度微调处于“校准”位置。实训项目一 示波原理测试基本操作训练（一）v 三、实训内容和步骤 思考题：1.“辉度旋钮”所使用的电子器件是什么？它是如何如水平扫描线的辉度进行调节的？在使用中要注意什么？2.“聚焦和辅助聚焦旋钮”所使用的电子器件是什么？它们是如何对扫描线进行调节的？训练点二 理解示波器的余辉 1.用信号发生器产生100Hz、10mV的正弦信号，用示波器观察。2.将

18、TIME/div挡由最右端顺时针逐档转，并观测波形变化。3.当示波器正好显示一个完整的波形时，记录横轴扫描时间。4.用同样方法观察10KHz信号。思考题：为什么要完整显示一个波形，在频率较低时会产生闪烁？实训项目一 示波原理测试基本操作训练（一）v 三、实训内容和步骤 训练点三 了解同步扫描与触发 1.用信号发生器产生2KHz、100mV正弦波信号。2.调整示波器得到稳定的波形。3.旋转“电平”、“触发”等旋钮和开关，观察波形变化。思考题：1.为什么波形会“跑”？说明了什么？2.怎样才能得到一个稳定的完整的信号波形？实训项目一 示波原理测试基本操作训练（一）v 四、实训报告 总结实训结论，回答

19、思考题。项目小结项目小结v本项目介绍了示波测试技术及应用。主要内容有：示波测试原理、通用示波器的基本组成、工作原理及其应用。v电子示波器能够在荧光屏上显示电信号的波形，其核心部件是示波管。示波管由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成。电子枪的作用是发射电子束、对电子束聚焦及加速。偏转系统的作用是决定光点在屏幕上的位置。示波测试的理论基础是光点在荧光屏上偏转的距离与偏转板上所加的电压成正比。荧光屏的作用是将电信号变为光信号显示。v示波器得到稳定波形的条件是，Y偏转板上接入被测信号，X偏转板上接入锯齿波扫描电压，并且，扫描电压的周期等于被测信号周期的整数倍，即满足同步关系。v通用示波器主要由示波管、

20、垂直通道和水平通道三部分组成，此外还包括电源电路和校准信号发生器。垂直通道包括衰减器、放大器、延迟线及必要的附件如探极等；示波器的水平通道主要由扫描发生器环、触发电路和X放大器组成。v示波器可以用来观测信号波形，测量电信号电压、周期、频率、时间、相位、调制系数等物理量。思考与练习1.通用示波器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？2.示波器通道的由哪些电路组成？各有什么作用？3.示波器通道内为什么既有衰减器又有放大器？4.示波器的通道由哪几部分组成，各部分的作用是什么？5.试说明触发电平、触发极性调节的意义。6示波器测试时，为什么要求输入信号用专用探头接入？7用示波器测一正弦信号，测量时信号经衰减10倍的探极加到示波器Y通道，测得其在荧光屏上的总高度为4.4div，Y轴灵敏度粗调开关在50mV/div，问该信号的有效值是多少？8用示波器观察一方波信号，灵敏度旋钮v/div置于0.02mv档。扫描旋钮t/div置于20us档时，测得其高度H=3div，方波宽度W=2div，计算该方波信号的频率和幅度。9有两个周期相同的正弦波信号，在示波器屏幕上显示其周期为4div，两信号波形间相位间隔为1div，试计算两波形的相位差。10数字存储示波器与模拟示波器相比有何特点？