電子測(cè)量 杜志勇 王鮮芳 第7章

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1、第7章電子示波器7.1概述7.2電子示波器的基本原理7.3通用電子示波器的基本測(cè)量方法7.4取樣示波器7.5數(shù)字存儲(chǔ)示波器7.1概述電子示波器是一種用顯示屏（即熒光屏）顯示信號(hào)波形隨時(shí)間變化過(guò)程的電子測(cè)量?jī)x器。能將人眼無(wú)法直接觀察到的電信號(hào)以波形的形式顯示在示波器顯示屏上。而非電量可以轉(zhuǎn)換為電量通過(guò)示波器進(jìn)行觀察。電子示波器是一種應(yīng)用極為廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它可以用來(lái)觀察信號(hào)波形、測(cè)量信號(hào)的幅度、頻率、時(shí)間、相位等。還可以測(cè)量電路網(wǎng)絡(luò)的頻率特性和伏安特性。7.1.1電子示波器的基本特點(diǎn)電子示波器有一下基本特點(diǎn)：（1）輸入阻抗高，對(duì)被測(cè)信號(hào)影響小，有較強(qiáng)的過(guò)載能力，測(cè)量靈敏度高。（2）可

2、顯示信號(hào)波形、測(cè)量信號(hào)瞬時(shí)值。（3）工作速度快、頻帶寬，便于觀察高速變化的信號(hào)。（4）可顯示任意兩個(gè)信號(hào)的電壓或電流的函數(shù)關(guān)系，故可作為信號(hào)的X-Y記錄儀。7.1.2電子示波器的分類(lèi)電子示波器種類(lèi)繁多、門(mén)類(lèi)齊全，按性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)，可分為以下幾類(lèi)。1.通用示波器通用示波器采用單束示波管，是頻帶較寬的示波器，常用的是雙蹤示波器。通用示波器的使用較為廣泛，可對(duì)一般的電信號(hào)進(jìn)行定性、定量地分析與測(cè)量。2.多束示波器多束示波器采用多束示波管或單束示波管通過(guò)電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。前者稱為多線示波器，后者成為多蹤示波器，均能同時(shí)在屏幕上觀察兩個(gè)以上的信號(hào)波形。這對(duì)觀察和比較兩個(gè)以上的信號(hào)時(shí)非常方

3、便。3.取樣示波器取樣示波器采用取樣技術(shù)，先將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為低頻信號(hào)，再進(jìn)行測(cè)量和觀察。4.記憶示波器這種示波器采用記憶示波管實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)，它除了具有通用示波器的功能外，還具有記憶功能。5.特種示波器這種示波器具有特殊地用途，如矢量示波器、高壓示波器、心電示波器等。6.數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器是最近10多年來(lái)發(fā)展而來(lái)的新型示波器。它借助于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的存儲(chǔ)。它能將捕捉到的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)字化，然后寫(xiě)入存儲(chǔ)器。如需要讀出，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換還原成模擬信號(hào)，在示波管上顯示出來(lái)。7.邏輯示波器（邏輯分析儀）邏輯示波器主要采用計(jì)算機(jī)軟、硬件的結(jié)合。與通用示

4、波器相比，具有多通道輸入、信號(hào)波形的存儲(chǔ)，還可根據(jù)要求選擇不同地顯示方式。能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行時(shí)域分析，以及采用表示狀態(tài)的二進(jìn)制、十六進(jìn)制等方式顯示。7.2電子示波器的基本原理7.2.1電子示波器的組成電子示波器的基本組成框圖如圖7.1所示，它由示波管、Y通道、X通道、幅度校正器、掃描時(shí)間校正器以及電源等幾部分組成。圖7.1電子示波器的基本組成框圖7.2.2示波器的主要技術(shù)性能在正確選擇和使用示波器之前，應(yīng)了解以下幾種重要的性能指標(biāo)。1．頻率響應(yīng)示波器的頻率響應(yīng)也稱頻帶寬度，指示波器垂直偏轉(zhuǎn)通道（Y方向）對(duì)正弦波的幅頻響應(yīng)下降到中心頻率的時(shí)的頻率響應(yīng)。2．偏轉(zhuǎn)靈敏度偏轉(zhuǎn)靈敏度是指示波器能夠分

5、辨的最小信號(hào)幅度和輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。其單位一般用cm/V、cm/mV或div/V（格/伏）。3．輸入阻抗輸入阻抗指示波器輸入端對(duì)地的電阻和電容并聯(lián)阻抗。在測(cè)量時(shí)，輸入阻抗越大，示波器對(duì)測(cè)量電路的影響就越小。4．掃描速率掃描速率指光點(diǎn)水平移動(dòng)地速度，一般用cm/s或div/s（格/秒）來(lái)表示。掃描速度越快，表明示波器能夠展開(kāi)高頻信號(hào)或窄脈沖信號(hào)波形的能力越強(qiáng)。5．示波器的瞬態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)指示波器的垂直系統(tǒng)電路在方波脈沖輸入信號(hào)作用下的過(guò)渡特性，一般可用上升時(shí)間和下降時(shí)間來(lái)表示。瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)在相當(dāng)大的程度上反映了示波器所能觀測(cè)的脈沖信號(hào)的最小寬度。7.3通用電子示波器的基本測(cè)量方法7.3

6、.1示波器的運(yùn)用示波器可以直接在屏幕上觀察到被測(cè)信號(hào)的波形，可以測(cè)量的信號(hào)參數(shù)比較多。通?？梢杂脕?lái)測(cè)量信號(hào)的幅度、周期、相位、頻率和調(diào)幅系數(shù)等。1．測(cè)量電壓用示波器測(cè)量電壓主要包括直流電壓的測(cè)量和交流電壓的測(cè)量。（1）直流電壓的測(cè)量方法首先將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)擋，否則電壓讀數(shù)不準(zhǔn)確。把被測(cè)信號(hào)送入示波器垂直輸入端。將示波器輸入耦合開(kāi)關(guān)置于“GND”地輸入位置，調(diào)節(jié)垂直位移旋鈕，使屏幕上的掃描線（零電平線）移到熒光屏的中間位置，即確定零電平線。以后不再調(diào)制垂直位置旋鈕。調(diào)節(jié)垂直靈敏度開(kāi)關(guān)至適當(dāng)位置，將示波器輸入耦合開(kāi)關(guān)撥至“DC”擋，觀察此時(shí)水平線的位置。若位于零水平

7、線上面，則被測(cè)直流電壓為正極性；若位于零水平線的下面，則被測(cè)直流電壓為負(fù)極性。即確定出電壓的極性。讀出被測(cè)電壓水平線偏離零電平線的距離h。根據(jù)式（7.1）或（7.2）計(jì)算出直流電壓值。例7.1如圖7.2所示，h=5cm、Dy=1V/cm、k=10:1，求被測(cè)直流電壓的值。(a)波形圖（b）垂直靈敏度開(kāi)關(guān)位置圖7.2測(cè)量直流電壓示意圖解：又式（7.2）可得UDC＝h*Dy*k＝5*1*10＝50V（2）交流電壓的測(cè)量方法首先將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏