第六章时域测量课件.ppt
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1、第六章第六章 时域测量时域测量本章要点:本章要点:示波器的功用、分类、组成和波形显示原理示波器的功用、分类、组成和波形显示原理 通用示波器的组成原理、特性与应用通用示波器的组成原理、特性与应用 取样技术在示波器中的应用取样技术在示波器中的应用 数字示波器的组成原理数字示波器的组成原理、信号采集处理技术、信号采集处理技术、特性与功能特性与功能本章开始将介绍几种本章开始将介绍几种图示式仪器图示式仪器,从三个方面去进行研究,即,从三个方面去进行研究,即时域时域(Time Domain)(Time Domain)反映的幅度反映的幅度U U与时间与时间T T的关系的关系(如如示波器示波器)、频域频域(F
2、requency Domain)(Frequency Domain)反映的幅度反映的幅度U U与频率与频率F F的关系的关系(如频如频谱仪谱仪)及调制域及调制域(Modulation Domain)(Modulation Domain)。本章介绍一种重要的。本章介绍一种重要的图示式仪器图示式仪器示波器示波器。T T图图6.1 6.1 调频波的调频波的3 3域图域图F FU U调制域调制域频域频域时域时域6.1 6.1 时域测量引论时域测量引论6.1.16.1.1 示波器的功用示波器的功用1.1.示波器是一种基本的、示波器是一种基本的、应用最广泛应用最广泛的时域测量仪器。的时域测量仪器。2.2.
3、是一种是一种全息仪器全息仪器。示波器能让人们观察到信号波形的全貌,。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,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。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这些功能是其它电子仪器难以胜任的。仪器难以胜任的。3.3.示波器从早期的示波器从早期的定性观测定性观测,已发展到可以进行,已发展到可以进行精确测量精确测量。4.4.示波器是其它示波器是其它图示式仪器
4、的基础图示式仪器的基础。对扫频仪、频谱仪、逻辑。对扫频仪、频谱仪、逻辑分析仪等仪器容易理解。分析仪等仪器容易理解。6.1.2 6.1.2 示波器的分类示波器的分类技术原理上分为技术原理上分为:模拟示波器和数字示波器。也有厂家将模拟示波器称第:模拟示波器和数字示波器。也有厂家将模拟示波器称第一代示波器,而数字示波器按技术进步情况已分为二、三、四代了。一代示波器,而数字示波器按技术进步情况已分为二、三、四代了。按显示屏可分为按显示屏可分为:阴极射线示波管(:阴极射线示波管(CRTCRT)、液晶屏()、液晶屏(TFTTFT)及荧光屏)及荧光屏(VFDVFD)按显示原理分为按显示原理分为:光点扫描、光
5、栅扫描和矩阵像素点显示等:光点扫描、光栅扫描和矩阵像素点显示等按带宽分档情况按带宽分档情况:模拟示波器:模拟示波器60MHz60MHz以下为低档,以下为低档,300MHz300MHz以上算高档,以上算高档,最高带宽只做到最高带宽只做到12GHz12GHz水平;数字示波器水平;数字示波器500MHz500MHz以下为低档,以下为低档,5002GHz5002GHz为中档,为中档,2GHz2GHz以上为高档。以上为高档。当今数字示波器虽已占主导地位,但模拟示波器是数字示波器的基础,许多当今数字示波器虽已占主导地位,但模拟示波器是数字示波器的基础,许多基基本原理、术语、技术指标和应用方法本原理、术语、
6、技术指标和应用方法都是在模拟示波器的基础上发展起来的,有些都是在模拟示波器的基础上发展起来的,有些领域还在应用模拟示波器及其相关的技术产品,因此开始还得先介绍模拟示波器,领域还在应用模拟示波器及其相关的技术产品,因此开始还得先介绍模拟示波器,然后重点讨论数字示波器。然后重点讨论数字示波器。6.1.36.1.3 示波器的组成示波器的组成 示波器主要由示波器主要由Y(Y(垂直)通道、垂直)通道、X X(水平)通道和显示屏三大部分组成:(水平)通道和显示屏三大部分组成:Y Y(垂直)通道(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:由探头、衰减器、前置放大器、延迟线和输出放大器组成
7、,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成,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。度。X X(水平)通道(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: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。产生与被测信号相适应的扫描锯齿波。显示屏显示屏:种类很多,有示波管(主要由:种类很多,有示波管(主要由阴极射线管组成,常以阴极射线管组成,常以CRT CRT,Cathode Ray TubeCathode Ray Tube表示)、液晶屏表示)、液晶屏TFTTFT及荧光屏及荧光屏VFDVFD等。等。Y(Y(
8、垂直垂直)通通 道道X(X(水平水平)通通 道道电源电源图图6.2 6.2 示波器的基本组成示波器的基本组成显示屏显示屏显示屏的种类显示屏的种类 当前用于示波器的主要是:示波管、当前用于示波器的主要是:示波管、TFTTFT液晶屏及荧光屏液晶屏及荧光屏VFDVFD。本节着重介绍当前应用最广的。本节着重介绍当前应用最广的示波管示波管和和TFTTFT液晶屏液晶屏。示波管示波管CRT静电偏转静电偏转:光点轨迹显示:光点轨迹显示-用于示波器用于示波器、雷达距离显示器、医疗仪器磁场偏转:光栅增辉显示磁场偏转:光栅增辉显示-用于电视机、医疗仪器、雷达环显等被动发光被动发光:液晶屏LCD+背光板-数字三用表等
9、小型电子仪器平板显示FPD主动主动发光发光液晶屏液晶屏TFT-示波器示波器、计算机显示器、电视机显示器等荧光屏荧光屏VFD-示波器示波器、家电产品的显示屏等离子等离子PDP-电视机显示屏发光二极管发光二极管LED-数字仪表、大型广告显示屏场致发射场致发射FED-成品率低,尚处商品化研发中电致发光电致发光EL板板-仪表数显、广告装饰显示屏的显示屏的 种类种类6.2.6.2.示波管及波形显示原理示波管及波形显示原理 示波管属于电真空器件,又称为示波管属于电真空器件,又称为阴极射线管(阴极射线管(CRTCRT),分三部分。分三部分。KG1G2A1A2Y2X2F6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦聚
10、焦UA1辅助聚焦后加速极后加速极A315KV电子枪电子枪偏转系统偏转系统荧光屏荧光屏Y1真空玻璃管真空玻璃管图6.3 阴极射线示波管Z Z轴轴兰色:电力线兰色:电力线红色:等位面红色:等位面6.2.1 6.2.1 示波管示波管1.1.电子枪电子枪电子枪的作用是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:它由以下几部分组成:1.1.灯丝灯丝FF在交流低压在交流低压(如如6.3V)6.3V)下使钨丝烧热下使钨丝烧热,用于加热阴极。用于加热阴极。2.2.阴极阴极KK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)是一个表面涂
11、有氧化钡(其逸出功小,内部自由电子容易逸出)的金属的金属 3.3.第一栅极第一栅极G1G1调节调节G1G1的电位可以调节示波器的亮度,常置于示波器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。面板上供使用。当控制信号加于当控制信号加于G1G1,其,其亮度亮度可随之改变,则可以传递信息,称为示波器的可随之改变,则可以传递信息,称为示波器的Z Z轴轴电路。电路。4.4.第二栅极第二栅极G2G2隔离开隔离开G1G1和和A1A1,以减小亮度调节与聚焦调节的相互影响。,以减小亮度调节与聚焦调节的相互影响。5.5.第一阳极第一阳极A1A1与第二阳极与第二阳极A2A2构成一个电子透镜,对电子束起构成
12、一个电子透镜,对电子束起聚焦聚焦作用。作用。6.6.第二阳极第二阳极A2A2是个更大的同轴圆筒,其上电压较高,它主要与是个更大的同轴圆筒,其上电压较高,它主要与A1A1构成构成电子透镜。电子透镜。7.7.第三阳极第三阳极A3A3具有上万伏的高压,用于对电子束加速,故也称具有上万伏的高压,用于对电子束加速,故也称后加速后加速阳极阳极。2.2.偏转系统偏转系统1 1静电偏转静电偏转-光点法光点法-用于示波器用于示波器2.2.磁偏转磁偏转-光栅法光栅法-用于电视机、计算机显示器。用于电视机、计算机显示器。2yyyaLsyUh UbU图图6.4 6.4 电子束的偏转电子束的偏转L Ls sy yU U
13、y yU Ua a屏幕屏幕电子束电子束A A2 2比例系数称为示波管的偏转比例系数称为示波管的偏转因数,单位为因数,单位为cm/Vcm/V,它的倒,它的倒数数DDy y1 1h hy y称为示波管的偏称为示波管的偏转灵敏度,单位为转灵敏度,单位为V/cmV/cm。偏。偏转灵敏度是示波管的重要参转灵敏度是示波管的重要参数数。3.3.荧光屏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。轰击动能转变为光能,产生亮点。余辉时间余辉时间:当电子束从荧光屏上移去后,光点仍能在屏上保持:当电子束从荧光屏上移去后
14、,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的1010,所延续的时间称为余辉时间,所延续的时间称为余辉时间 小于小于10s10s的为极短余辉;的为极短余辉;不同荧光材料余辉时间不一样:不同荧光材料余辉时间不一样:10s10s1ms1ms为短余辉(通常是为短余辉(通常是蓝色蓝色,便于摄影感光);,便于摄影感光);1ms1ms0.1s0.1s为中余辉(通常为为中余辉(通常为绿色绿色,眼睛不易疲劳);,眼睛不易疲劳);0.1s0.1s1s1s为长余辉(通常是为长余辉(通常是黄色黄色););大于大于1s1s为极长余辉(通
15、常是为极长余辉(通常是黄色黄色)。)。6.2.26.2.2示波管波形显示原理示波管波形显示原理1.1.光点扫描显示原理光点扫描显示原理 光点位置控制:光点位置控制:(示波管荧光屏示波管荧光屏)u uy yY Y1 1Y Y2 21 12 23 34 40 0t t1 13 30 02 24 4(a)(a)(b)(b)t tX X2 2X X1 10 00 0u ux xT Ts sT Tn n+-+光点在合力作用下移动光点在合力作用下移动.2 24 42.2.信号与扫描电压的同步信号与扫描电压的同步u uy y1 12 23 34 40 0t tT Ts su ux xu uy yu ux x
16、X X1 1X X2 2Y Y1 1Y Y2 21 12 23 34 40 0t t0 0T Tn n1 12 23 34 40 0图图6.5 6.5 扫描过程扫描过程u uy yT Ts st t0 01 13 35 57 79 910108 86 64 42 20,80,81,91,95 53 37 7210210 4 46 68 8图图6.6 6.6 扫描电压与被测信号同步扫描电压与被测信号同步同步同步:T Tn n/T/TS S=n=nn=1n=1,2 2,波形稳定波形稳定若显示两个正弦波怎么办?若显示两个正弦波怎么办?T Tn n1 1t tu ux x2 25 57 79 91 1
17、2 23 33 34 44 45 56 66 67 710108 88 83.3.连续扫描和触发扫描连续扫描和触发扫描连续扫描连续扫描:扫描电压是连续的;扫描电压是连续的;一开机就有扫描线,一开机就有扫描线,来信号同步后波形来信号同步后波形才稳定。才稳定。触发扫描触发扫描:扫描电压只在需要扫描电压只在需要的某段出现;一开的某段出现;一开机没有扫描线,来机没有扫描线,来信号触发后波形才信号触发后波形才稳定。稳定。T Ts st tt tt tt tu uy yu ux xu ux xu ux xT Tn nT Tn n图图6.8 6.8 连续扫描和触发扫描的比较连续扫描和触发扫描的比较1mS1m
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