第7章 信号波形测量(new)

电子测量原理

第7章 信号波形测量7.1 概述 7.2 CRT显示原理

7.3 通用示波器7.4 取样示波器

7.5 波形存储及显示技术7.6 示波器的基本测试技术

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7.1 概述7.1.1 主要技术指标1.频带宽度BW和上升时间tr

示波器的频带宽度BW一般指Y通道的频带宽度。上升时间tr是一个与频带宽度BW相关的参数，表 示由于示波器Y通道的频带宽度的限制，示波器Y通 道跟随输入信号快速变化的能力。 频带宽度BW与上升时间tr的关系可近似表示为tr [ s ] 0.35 0.35 , 或 tr [ns] 103 BW [ MHz ] BW [ MHz ]第2页

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7.1.1 主要技术指标 2.扫描速度 扫描速度是指荧光屏上单位时间内光点 水平移动的距离，单位为“cm/s”。 扫描速度的倒数称为“时基因素”,它 表示单位距离代表的时间，单位为“t/cm”或 “t/p”,时间t可为μs、ms或s,在示波器 的面板上，通常按“1、2、5”的顺序分成很多 档。第3页

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7.1.1 主要技术指标 3.偏转因素 偏转因素指在输入信号作用下，光点在荧 光屏上的垂直(Y)方向移动1cm(即1格)所 需的电压值，单位为“V/cm”、“mV/cm”(或 “V/p”、“mV/p”)。

偏转因素表示了示波器Y通道的放大/衰减 能力。 偏转因素的倒数称为“(偏转)灵敏度”。第4页

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7.1.1 主要技术指标 4.输入阻抗 当被测信号接入示波器时，输入阻抗Zi形成被 测信号的等效负载。 5.输入方式 即输入耦合方式，一般有直流(DC)、交流 (AC)和接地(GND)三种，可通过示波器面板选择。 6.触发源选择方式 触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号 来源，一般有内触发(INT)、外触发(EXT)、电 源触发(LINE)三种。第5页

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7.2 CRT显示原理7.2.1 CRTCRT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。偏转系统 电子枪 G1 K F G2 Y偏转板 A1 A2 X偏转板 荧 光 屏 荧光 屏

-E

辉度

聚焦

辅助聚焦

+E

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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：lS Sy 示波管的Y轴偏转灵敏度(单位为cm/V): 2bValS y Vy 2bVal为偏转板的长度；S为偏转板中心 到屏幕中心的距离；b为偏转板间 距；Va为阳极A2上的电压。

其倒数为示波管的Y轴偏转因数。偏转灵敏度越大， 示波管越灵敏。 为提高Y轴偏转灵敏度，可在偏转板至荧光屏之间 加一个后加速阳极A3。第7页

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7.2.2 波形显示的基本原理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臵。

(a) Ux=0、Uy=0

光点

仅在垂直方向偏移 ：Uy为正电 压时，光点从荧光屏的中心往垂直方 向上移；Uy为负电压时，光点从荧光 屏的中心往垂直方向下移。(b) Ux=0、Uy=常量第8页

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7.2.2 波形显示的基本原理1.显示随时间变化的图形(续)光点仅在水平方向偏移 ：Ux为正电 压时，光点从荧光屏的中心往水平 方向右移；Ux为负电压时，光点从 荧光屏的中心往水平方向左移。

(c) Ux=常量、Uy=0

当两对偏转板上同时加固定 的正电压时，光点位臵应为 两电压的矢量合成。(d) Ux=常量、Uy=常量第9页

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7.2.2 波形显示的基本原理1.显示随时间变化的图形(续) (2)X、Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情 况：Uy Uy 1 2 3 -Uy第10页

1 4 t 2 04 3

0

仅在垂直偏转板的 两板间加正弦变化 的电压，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。

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7.2.2 波形显示的基本原理1.显示随时间变化的图形(续)Ux 2 1 0 -Ux第11页

Ux

3 t 4

4 0

3 1

2

仅在水平偏转板的 两板间加锯齿电压， 则光点只在荧光屏 的水平方向来回移 动，出现一条水平 线段。

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7.2.2 波形显示的基本原理1.显示随时间变化的图形(续) (3)Y偏转板加 X偏转板加锯齿波 正弦波信号电压，Uy Uy 1 2 3 -Uy 0 Ux t第12页

1 4 t 0 2 3 4

0

电压，荧光屏上将显示出被测信 号随时间变化的 一个周期的波 形曲线。

Ux -U x

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7.2.2 波形显示的基本原理2.显示任意两个变量之间的关系 示波器两个偏转板上都加同频率正弦电压时显示的图 形称为李沙育(Lissajous)图形，这种图形在相位 和频率测量中常会用到。uy 1 2 0 4 3 1 2 3 4t 0

0 1 3 2 4

若两信号的初相相同，且在 X、Y方向的偏转距离相同， 在荧光屏上画出一条与水平 轴呈45度角的直线。

ux

t

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7.2.2 波形显示的基本原理2.显示任意两个变量之间的关系(续)uy 0 4 04 1 2 3 t 3 0 2 4 2 1

若两信号的初相相差90 度，且在X、Y方向的偏 转距离相同，在荧光屏 上画出的图形为圆。ux

0 1 3 2 4t

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7.2.2 波形显示的基本原理3.扫描的概念 如果在X偏转板上加一个随时间线形变化的电压， 垂直偏转板不加电压，那么光点在水平方向的偏移 距离为 x Sx kt hxt [cm / s] ,比例系数Sx称为示 波管的X轴偏转灵敏度。 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描”, 能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压，光点自左 向右的连续扫动称为“扫描正程”,自荧光屏的右 端迅速返回左端起扫点的过程称为“扫描逆程”。

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7.2.2 波形显示的基

本原理4.同步的概念 (1)Tx=nTy(n为正整数):荧光屏上将稳定显示n个 周期的被测信号波形。uy

t T uxy

n=2t Tx

如果扫描电压 周期Tx与被测 电压周期Ty保 持Tx=nTy的关 系，则称扫描 电压与被测电 压“同步”。第16页

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7.2.2 波形显示的基本原理4.同步的概念(续) (2)Tx≠nTy(n为正 整数),即不满足同 步关系时，显示的0 2 3 Ty5 Tx Ty 4

uy

1

5(6)

10

6

1

10

5

4

7

9

11

t

0 7 8

2 9 3

4 11

波形不稳定。

8

ux

t

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7.2.2 波形显示的基本原理5.连续扫描和触发扫描 扫描电压是连续的方式称为连续扫描。

当欲观测脉冲信号，尤其是占空比很小的脉冲时， 采用连续扫描存在一些问题：选择扫描周期等于脉 冲重复周期时，难以看清脉冲波形的细节。 Ts (a)被测脉冲 t

不能观测到脉冲细节

T=Ts

(b)连续扫描，且T=Ts t

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7.2.2 波形显示的基本原理5.连续扫描和触发扫描(续) 选择扫描周期等于脉冲底宽时，观测者不易观察 波形，而且扫描的同步很难实现。 Ts (a)被测脉冲 t

(c)连续扫描， 且T= 脉冲得到展宽，但 波形显示暗，而时基线太亮 T= t

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