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1、时域测试（时域分析）：研究信号随时间变化的测试，时域测试（时域分析）：研究信号随时间变化的测试，示波器示波器是最典型仪器。是最典型仪器。频域分析：分析信号包含的频率成份，频谱分析仪频域分析：分析信号包含的频率成份，频谱分析仪是最是最 典型仪器。典型仪器。数据域分析：显示多路数字信号逻辑状态和各路信号数据域分析：显示多路数字信号逻辑状态和各路信号 之间的逻辑关系，逻辑分析仪之间的逻辑关系，逻辑分析仪是最典型是最典型 仪器。仪器。1第一节第一节 示波测试的基本原理示波测试的基本原理 一、阴极射线示波管一、阴极射线示波管 示波管（示波管（CRT）：）：电子枪、偏转系统和荧光屏电子枪、偏转系统和荧光屏
2、 阴极射线示波管阴极射线示波管电子枪电子枪偏转系统偏转系统荧光屏荧光屏2（一）电子枪：（一）电子枪：电子枪由灯丝电子枪由灯丝F F，阴极阴极K，栅极栅极G1和和G2，阳极阳极A1和和A2组成。组成。F F、K：当灯丝加热阴极后，涂有氧化物的阴极发射大当灯丝加热阴极后，涂有氧化物的阴极发射大 量的电子。量的电子。G1：G1对对K的负电位的改变，起到调节电子密度进的负电位的改变，起到调节电子密度进 而调而调 节光点亮度的作用，节光点亮度的作用，G1电位越负，图形越电位越负，图形越 暗，调节暗，调节G1电度的电位器称为电度的电位器称为“辉度辉度”。3G2、A1、A2：G2、A1、A2的电位均远高于的
3、电位均远高于K，组成聚组成聚 焦系统，对电子束进行聚焦和加速，焦系统，对电子束进行聚焦和加速，G2、A2 一般相连一般相连 ，这个高电位一般，这个高电位一般 接近于地电位。接近于地电位。A1的电位通常低于的电位通常低于 A2，。阴极射线示波管阴极射线示波管电子枪电子枪偏转系统偏转系统荧光屏荧光屏4电子穿越加速场的过程：电子穿越加速场的过程：电子穿越加速场电子穿越加速场,由于电子在垂直方向没由于电子在垂直方向没有受力有受力,那么那么 5即电子的运动方向偏向轴向。即电子的运动方向偏向轴向。6电子穿越减速场的过程：电子穿越减速场的过程：即：电子的运动方向偏离了轴向。即：电子的运动方向偏离了轴向。7电
4、子枪中聚焦系统的作用电子枪中聚焦系统的作用:由于由于A1的电位比的电位比G2和和A2低，即低，即 ，且，且G2的的电位远高于电位远高于G1 ，所以所以G1至至G2和和A1至至A2电子束电子束的主要趋势是聚扰和加速，的主要趋势是聚扰和加速，G2到到A1电子来的主要趋势是电子来的主要趋势是发散。调节发散。调节A1电位的电位器称为电位的电位器称为“聚焦聚焦”旋钮，调节旋钮，调节A2电电度的旋钮称为度的旋钮称为“辅助聚焦辅助聚焦”，以免，以免A2至偏转板间可能发至偏转板间可能发生生散焦。散焦。8+-辉度辉度聚焦聚焦辅助聚焦辅助聚焦9（二）偏转系统：（二）偏转系统：示波管中至少有示波管中至少有X 偏转板
5、和偏转板和Y偏转板各一对。以偏转板各一对。以Y偏偏转板为例说明光点在荧光屏上的位移与什么因素有关。转板为例说明光点在荧光屏上的位移与什么因素有关。+-电子束屏幕10 为示波管的偏转灵敏度，单位为为示波管的偏转灵敏度，单位为V/cm 在偏转电压在偏转电压Vy的作用下，的作用下，Y方向在方向在荧光屏偏转的荧光屏偏转的距离为距离为 11(三三)荧光屏荧光屏 荧光屏在示波管一端，通常是圆形或矩形的。在荧光屏在示波管一端，通常是圆形或矩形的。在示波管内壁涂上一层荧光物质，面向电子枪的一侧还示波管内壁涂上一层荧光物质，面向电子枪的一侧还常覆盖一层极薄的透明铝膜。高速电子可以穿透这层常覆盖一层极薄的透明铝膜
6、。高速电子可以穿透这层铝膜轰击屏上的荧光物质，后者将电子的动能转变为铝膜轰击屏上的荧光物质，后者将电子的动能转变为光能，产生亮点。此外，这层铝膜还能吸收荧光物质光能，产生亮点。此外，这层铝膜还能吸收荧光物质发出的二次电子和光束中的负离子，还对荧光有反射发出的二次电子和光束中的负离子，还对荧光有反射作用，使显示的图形更加清晰。作用，使显示的图形更加清晰。当电子束从荧光屏上移去后，光点仍能在屏上保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为原始值的10，所延续的时间称为余辉时间。，所延续的时间称为
7、余辉时间。为了测量所显示波形的高度和宽度，在荧光屏上为了测量所显示波形的高度和宽度，在荧光屏上还常有一定的刻度线。还常有一定的刻度线。12二、图像显示的基本原理二、图像显示的基本原理 图像显示基本类型图像显示基本类型（1）显示随时间变化的信号。）显示随时间变化的信号。（2）显示任意两个变量显示任意两个变量x与与y的关系。的关系。（一）显示随时间变化的信号：（一）显示随时间变化的信号：1 1、扫描的概念、扫描的概念 假设假设 ，即为加到，即为加到Y偏转板上的电压，则偏转板上的电压，则电子束就会在电子束就会在Y方向按正弦规律变化，任一瞬间的偏转距方向按正弦规律变化，任一瞬间的偏转距离正比于该瞬间离
8、正比于该瞬间Y偏转板上的电压。偏转板上的电压。1312031400 假设在假设在X偏转板上加一随时间而线性变化的电压，即偏转板上加一随时间而线性变化的电压，即锯齿波电压，那么光点在锯齿波电压，那么光点在X方向偏转的距离变化反映了时方向偏转的距离变化反映了时间的变化，光点在荧光屏上构成反映时间变化的直线间的变化，光点在荧光屏上构成反映时间变化的直线。151234信号波形在时间轴上展开信号波形在时间轴上展开16扫描：光点在锯齿波作用下扫动的过程。扫描：光点在锯齿波作用下扫动的过程。扫描电压：扫描电压：能实现扫描的锯齿波电压。能实现扫描的锯齿波电压。扫描正程：光点自左向右的连续扫动。扫描正程：光点自
9、左向右的连续扫动。扫描回程：光点自右端迅速返回起点。扫描回程：光点自右端迅速返回起点。时间基线：若在时间基线：若在Y方向不加电压，光点只在方向不加电压，光点只在X方向上构成方向上构成 反映时间变化的一条直线。反映时间变化的一条直线。172 2、信号与扫描电压的同步：、信号与扫描电压的同步：同步：扫描电压的周期同步：扫描电压的周期 是被观察信号周期是被观察信号周期 的整数倍。的整数倍。即即18被测信号与扫描电压的同步被测信号与扫描电压的同步19被测信号与扫描电压的不同步被测信号与扫描电压的不同步20同步的实现：同步的实现：利用被测信号产生一个同步触发信号去控制示波器时基利用被测信号产生一个同步触
10、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。电路中的扫描发生器，迫使它们同步。用外加信号去产生同步触发信号，但外加信号的周期应用外加信号去产生同步触发信号，但外加信号的周期应 与被测信号有一定关系。与被测信号有一定关系。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。扫描电压是连续。触发扫描触发扫描:只有在被测脉冲到来时才扫描一次。只有在被测脉冲到来时才扫描一次。21（二）（二）显示任意两个变量之间的关系显示任意两个变量之间的关系 在示波管中，电子束同时受到在示波管中，电子束同时受到X X和和Y Y两个偏转的作用，两个偏转的作用，示波器可变为一个示
11、波器可变为一个X-YX-Y图示仪。图示仪。李沙育图形：示波器两个偏转板都加正弦电压时显示李沙育图形：示波器两个偏转板都加正弦电压时显示 的图形。的图形。22两个同两个同频率信号构成的李沙育图形频率信号构成的李沙育图形23 第二节第二节 通用示波器通用示波器 一、示波器的分类和通用示波器的组成一、示波器的分类和通用示波器的组成 分类：（分类：（1）通用示波器）通用示波器 （2）多束示波器）多束示波器 （3）取样示波器）取样示波器 （4）记忆、存贮示波器）记忆、存贮示波器 （5）专用或特殊示波器专用或特殊示波器 组成：组成：示波示波管管 垂直通道垂直通道 水平通道水平通道 电源电路电源电路 校准信
12、号发生器校准信号发生器 24 X输入输入衰衰减减Y前置前置放大器放大器延迟线延迟线Y输出输出放大器放大器触发触发电路电路X放大器放大器扫描扫描发生器环发生器环 Y输入输入外触发外触发输入输入内内外外内内外外X通道通道Y通道通道校准信号校准信号发生器发生器 校准输出校准输出电源电源25二、二、示波器的垂直通道示波器的垂直通道 垂直通道包括：输入衰减器垂直通道包括：输入衰减器 Y前置放大器前置放大器 延迟线延迟线 Y输出放大器输出放大器 26()输入衰减器输入衰减器 _若满足若满足 最佳补偿最佳补偿 则则 与信号频率无关与信号频率无关 改变分压比就可改变示波器的偏转灵敏度。改变分压比就可改变示波器
13、的偏转灵敏度。（分压公式）（分压公式）27（二）延迟线：（二）延迟线：作用：把加到垂直偏转板的脉冲信号延迟一段时间，使作用：把加到垂直偏转板的脉冲信号延迟一段时间，使 信号出现的时间滞后于扫描开始时间。信号出现的时间滞后于扫描开始时间。被被观测脉冲观测脉冲扫描电压扫描电压屏幕显示屏幕显示（三）（三）Y放大器：放大器：Y放大器使示波器具有放大器使示波器具有观测微弱信号的能力。观测微弱信号的能力。Y 放大器放大器前置放大器前置放大器输出放大器输出放大器28三、示波器的水平通道三、示波器的水平通道 组成组成:扫描发生器环扫描发生器环 触发电路触发电路 X放大器放大器（一）扫描发生器环（一）扫描发生器
14、环 扫描发生器环是产生扫描信号扫描发生器环是产生扫描信号(锯齿波锯齿波）的，它又）的，它又称时基电路。称时基电路。29扫描：光点在锯齿波作用下扫动的过程。扫描：光点在锯齿波作用下扫动的过程。扫描电压：扫描电压：能实现扫描的锯齿波电压。能实现扫描的锯齿波电压。扫描正程：光点自左向右的连续扫动。扫描正程：光点自左向右的连续扫动。扫描回程：光点自右端迅速返回起点。扫描回程：光点自右端迅速返回起点。时间基线：若在时间基线：若在Y方向不加电压，光点只在方向不加电压，光点只在X方向上构成方向上构成 反映时间变化的一条直线。反映时间变化的一条直线。补充补充30扫描门扫描门积分器积分器 比较和释抑比较和释抑电
15、电 路路 至至X放大器放大器增辉增辉-E扫描发生器环的组成扫描发生器环的组成D311 1、积分器：产生锯齿波、积分器：产生锯齿波 S+ERCA+_+ERCA+_T32S断开：断开：和和t t成线性关系。成线性关系。S闭合：闭合：C迅速放电，迅速放电，迅速上升，形成锯齿波扫描电压。迅速上升，形成锯齿波扫描电压。为高电平，为高电平，T截止，相当截止，相当S断开。断开。为低电平，为低电平，T导通，相当导通，相当S接通。接通。+ERCA+_T33 把积分器产生的锯齿波电压送入把积分器产生的锯齿波电压送入X放大器加以放大，放大器加以放大，再加至水平偏转板，由于偏转的水平距离与偏转电压成正再加至水平偏转板
16、，由于偏转的水平距离与偏转电压成正比，而这个电压与时间成正比，所以可以用荧光屏上的水比，而这个电压与时间成正比，所以可以用荧光屏上的水平距离代表时间。平距离代表时间。扫描速度扫描速度 x：光点在水平方向偏转的距离光点在水平方向偏转的距离 t：偏转偏转x距离所对应的时间距离所对应的时间 扫描速度的粗调：改变扫描速度的粗调：改变R或或C扫描速度的微调：改变扫描速度的微调：改变E342、扫描门扫描门 也称时基阐门：用来产生门控信号，用射极耦合双稳触也称时基阐门：用来产生门控信号，用射极耦合双稳触发电路即施密特电路来实现。发电路即施密特电路来实现。+E-E来自来自触发电路触发电路 来自来自比较释抑电路
17、比较释抑电路 -E去去积分器积分器T1T2稳稳定定度度35时时 ,截止，截止，导通，处于第一稳定状态导通，处于第一稳定状态 为低电平，积分器不积分，没有锯齿波产生。为低电平，积分器不积分，没有锯齿波产生。时时 ,导通，导通，截止，进入第二稳定状态截止，进入第二稳定状态 为高电平，积分器开始积分，有锯齿波产生。为高电平，积分器开始积分，有锯齿波产生。*去去积积分器分器-E来自来自触发电路触发电路 来自来自比较释抑电路比较释抑电路 -ET1T2稳稳定定度度tt00t1t2+E36tt00t1t2 时时,，还导通，还导通，还截止，保持第二稳还截止，保持第二稳定定状态，积分器继续积分，有锯齿波产生。状
18、态，积分器继续积分，有锯齿波产生。时时,，截止，截止，导通，导通，回到第一稳态状态，回到第一稳态状态，积分器停止积分，锯齿波消失积分器停止积分，锯齿波消失。*+E去去积积分器分器-E来自来自触发电路触发电路 来自来自比较释抑电路比较释抑电路 -ET1T2稳稳定定度度37(1)受三方面信号的共同作用：受三方面信号的共同作用：“稳定度稳定度”旋钮的电位器供给它一个直流电位；旋钮的电位器供给它一个直流电位；接受从触发电路来的触发脉冲；接受从触发电路来的触发脉冲；接受从释抑电路来的释抑信号。接受从释抑电路来的释抑信号。+E-E来自来自触发电路触发电路 来自来自比较释抑电路比较释抑电路 -E去去积分器积
19、分器T1T2稳稳定定度度38直流电位使直流电位使 高于高于 ，在没有触发信号，也能使，在没有触发信号，也能使 导通，导通，截止截止,即产生扫描电压；即产生扫描电压；(2)“稳定度稳定度”旋钮来的直流电位的作用旋钮来的直流电位的作用:直流电位使直流电位使 处于处于 与与 之间，只有在触发脉冲作之间，只有在触发脉冲作 用下才会翻转到用下才会翻转到 导通，导通，截止的状态截止的状态,即产生扫描电即产生扫描电 压；压；直流电位过负，有触发信号时直流电位过负，有触发信号时 也达不到也达不到 ，则不会产，则不会产 生扫描信号，这时示波器生扫描信号，这时示波器X通道直接输入外加信号。通道直接输入外加信号。+
20、E-E来自来自触发电触发电路路 来自来自比较释抑电比较释抑电路路 -E去去积分积分器器T1T2稳稳定定度度393 3、比较和释抑电路、比较和释抑电路 扫描门扫描门积分器积分器 至至X放大器放大器-ED比较和释抑比较和释抑+E+ERhChTBP稳稳定定度度-+放电放电回路回路充电充电回路回路40tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb释释抑抑电电路路充充电电 释释抑抑电电路路放放电电 扫描电压扫描电压第二次扫描第二次扫描Vr12345（1 1）触发信号使触发信号使 导通，导通，截止，积分器开始截止，积分器开始 积分，输出扫描电压（随时间线性积分，输出扫描电压（随时间线性 ）*触发扫描触发扫
21、描 41（2 2）如果有第二个触发信号使如果有第二个触发信号使 或没有触发信或没有触发信 号，号，导通，导通，截止保持不变（截止保持不变（）。）。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb释释抑抑电电路路充充电电 释释抑抑电电路路放放电电 扫描电压扫描电压第二次扫描第二次扫描Vr12345扫描门扫描门积分器积分器 至至X放大放大器器-ED比较和释抑比较和释抑+E+ERhChTBP稳稳定定度度-+放电放电回路回路充电充电回路回路42（2 2）如果有第二个触发信号使如果有第二个触发信号使 或没有触发信或没有触发信 号，号，导通，导通，截止保持不变（截止保持不变（）。）。tE1E0E2t1t2t
22、3t4t5tfthtb释释抑抑电电路路充充电电 释释抑抑电电路路放放电电 扫描电压扫描电压第二次扫描第二次扫描Vr12345扫描门扫描门积分器积分器 至至X放大放大器器-ED比较和释抑比较和释抑+E+ERhChTBP稳稳定定度度-+放电放电回路回路充电充电回路回路43(3)(3)扫描电压达到负值扫描电压达到负值 T导通导通 充电充电 随随 两端的电压开始两端的电压开始 。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb释释抑抑电电路路充充电电 释释抑抑电电路路放放电电 扫描电压扫描电压第二次扫描第二次扫描Vr12345扫描门扫描门积分器积分器 至至X放大放大器器-ED比较和释抑比较和释抑+E+E
23、RhChTBP稳稳定定度度-+放电放电回路回路充电充电回路回路44(4)(4)继续继续二极管二极管D D截止截止 电位只由电位只由 两两端的电压端的电压决定（与决定（与“稳定度稳定度”旋钮的直流电位无关）。旋钮的直流电位无关）。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb释释抑抑电电路路充充电电 释释抑抑电电路路放放电电 扫描电压扫描电压第二次扫描第二次扫描Vr12345扫描门扫描门积分器积分器 至至X放大放大器器-ED比较和释抑比较和释抑+E+ERhChTBP稳稳定定度度-+放电放电回路回路充电充电回路回路45（5 5），截止，截止，导通导通,扫描停止扫描停止积积分器分器C放电放电(RC为
24、时间常数为时间常数)积分器停止积分积分器停止积分 T截截止止 放电放电 随随 两端的电压两端的电压。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb释释抑抑电电路路充充电电 释释抑抑电电路路放放电电 扫描电压扫描电压第二次扫描第二次扫描Vr12345扫描门扫描门积分器积分器 至至X放放大器大器-ED比较和释抑比较和释抑+E+ERhChTBP稳稳定定度度-+放电放电回路回路充电充电回路回路46（6 6）继续放电，由于继续放电，由于 ，所以，所以C先先 放电完。放电完。扫描门扫描门积分器积分器 至至X放大放大器器-ED比较和释抑比较和释抑+E+ERhChTBP稳稳定定度度-+放电放电回路回路充电充电
25、回路回路tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb释释抑抑电电路路充充电电 释释抑抑电电路路放放电电 扫描电压扫描电压第二次扫描第二次扫描Vr1234547(7)C放电完，扫描回程进行完毕，但放电完，扫描回程进行完毕，但 还在继续还在继续 放电。放电。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb释释抑抑电电路路充充电电 释释抑抑电电路路放放电电 扫描电压扫描电压第二次扫描第二次扫描Vr12345扫描门扫描门积分器积分器 至至X放大放大器器-ED比较和释抑比较和释抑+E+ERhChTBP稳稳定定度度-+放电放电回路回路充电充电回路回路48（8 8）是是 的放电时间，触发脉冲不起作用，处的放
26、电时间，触发脉冲不起作用，处 于于“抑抑”状态。状态。扫描门扫描门积分器积分器 至至X放大放大器器-ED比较和释抑比较和释抑+E+ERhChTBP稳稳定定度度-+放电放电回路回路充电充电回路回路tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb释释抑抑电电路路充充电电 释释抑抑电电路路放放电电 扫描电压扫描电压第二次扫描第二次扫描Vr1234549(9)(9)之后，这时处于之后，这时处于“释释”状态，如果有触发信号，状态，如果有触发信号，产生扫描电压。产生扫描电压。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb释释抑抑电电路路充充电电 释释抑抑电电路路放放电电 扫描电压扫描电压第二次扫描第二次扫描
27、Vr12345扫描门扫描门积分器积分器 至至X放大放大器器-ED比较和释抑比较和释抑+E+ERhChTBP稳稳定定度度-+放电放电回路回路充电充电回路回路50条件：条件：，保证完成扫描回程前，即使有，保证完成扫描回程前，即使有 第第4个脉冲触发，也不能产生第二次扫描，保证每个脉冲触发，也不能产生第二次扫描，保证每 次回归结束后才可能开始下一次扫描。次回归结束后才可能开始下一次扫描。tE1E0E2t1t2t3t4t5tfthtb释释抑抑电电路路充充电电 释释抑抑电电路路放放电电 扫描电压扫描电压第二次扫描第二次扫描Vr1234551tE1E0E2t1t2t3t4tfthtb释释抑抑电电路路充充电
28、电 释释抑抑电电路路放放电电 扫描电压扫描电压第二次扫描第二次扫描Vr*连续扫描连续扫描 施密特电路从施密特电路从“稳定度稳定度”旋纽得到直流电压旋纽得到直流电压 ，是否有触发脉冲都可以扫描。是否有触发脉冲都可以扫描。52（二）触发电路（二）触发电路 触发电路用来产生周期与被测信号有关的触发脉触发电路用来产生周期与被测信号有关的触发脉冲，这个脉冲被加至扫描门。冲，这个脉冲被加至扫描门。电源电源电源电源内内内内外外外外外外触发触发6.3V(交流）交流）自自Y放放大器大器C1C2C3AC AC低频低频抑制抑制HFDC极性极性方式方式12电平电平比较整形比较整形去去扫描发扫描发生器环生器环12531
29、 1、比较整形电路、比较整形电路 近于近于 并略大于并略大于 时电路翻转，输出触发脉冲。时电路翻转，输出触发脉冲。电源电源电源电源内内内内外外外外外外触发触发6.3V(交流）交流）自自Y放放大器大器C1C2C3AC AC低频低频抑制抑制HFDC极性极性方式方式12电平电平比较整形比较整形去去扫描发扫描发生器环生器环12542、“电平电平”旋钮旋钮 比较整形电路的一端接一个可调时直流电压，调整这比较整形电路的一端接一个可调时直流电压，调整这个直流电压的旋钮称为个直流电压的旋钮称为“电平电平”旋钮。旋钮。比较整形电路另一端接触发信号。当触发信号的电平比较整形电路另一端接触发信号。当触发信号的电平接
30、近接近“电平电平”旋钮选择的直流电位时，产生触发脉冲。因旋钮选择的直流电位时，产生触发脉冲。因此此“电平电平”旋钮是决定信号在旋钮是决定信号在什么电平产生触发什么电平产生触发的。的。553、“极性极性”开关开关 三刀六位开关，选择触发源和触发信号的极性。三刀六位开关，选择触发源和触发信号的极性。电源电源电源电源内内内内外外外外外外触发触发6.3V(交流）交流）自自Y放放大器大器C1C2C3AC AC低频低频抑制抑制HFDC极性极性方式方式12电平电平比较整形比较整形去去扫描发扫描发生器环生器环1256正极性、正电平正极性、正电平负极性、正电平负极性、正电平正极性、负电平正极性、负电平负极性、负
31、电平负极性、负电平实线表示触发信号实线表示触发信号虚线表示直流电位虚线表示直流电位极性选正，触发信号至比较整形电路的输入端极性选正，触发信号至比较整形电路的输入端1 极性选负，触发信号至比较整形电路的输入端极性选负，触发信号至比较整形电路的输入端257电源电源电源电源内内内内外外外外外外触发触发6.3V(交流）交流）自自Y放放大器大器C1C2C3AC AC低频低频抑制抑制HFDC极性极性方式方式12电平电平比较整形比较整形去去扫描发扫描发生器环生器环12584、“方式方式”开关：开关：直流（直流（DC）方式方式 交流（交流（AC）方式方式 AC低频抑制方式低频抑制方式AF高频耦合方式高频耦合方
32、式（三）（三）X放大器：放大器：改变改变X放大器的增益可以使光迹在水平方向得到放大器的增益可以使光迹在水平方向得到 若干倍的扩展，校准扫描速度，改变若干倍的扩展，校准扫描速度，改变X放大器有关的放大器有关的 直流电位，可使光迹产生水平位移。直流电位，可使光迹产生水平位移。59第三节第三节 数字存储示波器数字存储示波器数字存储示波器数字存储示波器(DSO)(DSO)简称数字示波器。简称数字示波器。一、数字存储示波器的组成和工作原理一、数字存储示波器的组成和工作原理 数字存储示波器主要由采样存储、触发与时基和显数字存储示波器主要由采样存储、触发与时基和显示三大部分组成。示三大部分组成。60（一）采
33、样存储（一）采样存储 采样存储包括采样存储包括衰减及放大衰减及放大采样保持及采样保持及ADAD变换变换采集存储器三部分采集存储器三部分 衰减及放大电路的作用与模拟示波器类似。它们的衰减及放大电路的作用与模拟示波器类似。它们的输出信号经采样保持电路，由连续信号变为离散信号，输出信号经采样保持电路，由连续信号变为离散信号，各离散点的采样值正比于采样瞬间的幅值。经过各离散点的采样值正比于采样瞬间的幅值。经过ADAD变换，变换，离散的模拟量变为量化后的数字量，然后由采集存储器离散的模拟量变为量化后的数字量，然后由采集存储器存储。存储。61 数字存储示波器的采样方式分为实时采样和非实时数字存储示波器的采
34、样方式分为实时采样和非实时采样。非实时采样分为非实时顺序采样和随机采样两种。采样。非实时采样分为非实时顺序采样和随机采样两种。1 1采样方式采样方式（1 1）实时采样）实时采样:在信号实际经历的时间内完成了全部采样。在信号实际经历的时间内完成了全部采样。在实时采样中，只要按时间顺序在同一波形上等问在实时采样中，只要按时间顺序在同一波形上等问隔采集若干点即可。实时取样不能解决示波器在观测高隔采集若干点即可。实时取样不能解决示波器在观测高频信号时所遇到的频带限制的困难。频信号时所遇到的频带限制的困难。62（2 2）非实时顺序采样）非实时顺序采样234561123456 非实时顺序采样通常对周期为非
35、实时顺序采样通常对周期为T T的信号每经大约的信号每经大约m m个周个周期采集一点（期采集一点（m m为正整数），但每次采样都比前次在波形为正整数），但每次采样都比前次在波形的相对位置上滞后的相对位置上滞后t t，也就是说每经（，也就是说每经（mT+tmT+t）采集一）采集一点。点。63（3 3）非实时随机采样）非实时随机采样 非实时随机采样也要经过多个信号波形的采集，才能非实时随机采样也要经过多个信号波形的采集，才能”拼凑拼凑”出完整波形所需的采样点，但是在一个采集窗口出完整波形所需的采样点，但是在一个采集窗口内它可以取得若干个采样点。内它可以取得若干个采样点。64 对随机采样方式，通常用内
36、插的方法精确计算触发对随机采样方式，通常用内插的方法精确计算触发点至下一个采样时钟的相对时间间隔（图中点至下一个采样时钟的相对时间间隔（图中 )，微处理器根据这些相对位置重建全部采样点，微处理器根据这些相对位置重建全部采样点，”拼凑拼凑”成供显示的波形。成供显示的波形。652 2数字示波器的混淆失真数字示波器的混淆失真 为不失真地恢复被测波形，通常需要示波器的采样为不失真地恢复被测波形，通常需要示波器的采样率为被测信号所包含最高频率的率为被测信号所包含最高频率的4 4l0l0倍以上。如果采样倍以上。如果采样率过低则恢复、显示的波形可能发生严重失真，这称率过低则恢复、显示的波形可能发生严重失真，
37、这称为混淆失真。为混淆失真。66 数字存储示波器要用存储器把数字存储示波器要用存储器把ADAD变换后的数据存储变换后的数据存储起来以便显示。起来以便显示。3 3数字存储示波器的存储数字存储示波器的存储 存储容量存储容量 每个信号通道能存储数据的点数称为存储容量，亦每个信号通道能存储数据的点数称为存储容量，亦称为存储深度（长度、宽度）或记录长度。称为存储深度（长度、宽度）或记录长度。67（二）信息显示（二）信息显示1.CRT1.CRT光栅增辉显示光栅增辉显示 光栅增辉显示一半采用磁偏转的光栅增辉显示一半采用磁偏转的CRTCRT，即用，即用X X，Y Y两个磁两个磁偏转线圈产生磁场，来使电子束偏转
38、。磁偏转管由于偏转偏转线圈产生磁场，来使电子束偏转。磁偏转管由于偏转角度大、工作频率高和失真及功耗均小等优点，在各类显角度大、工作频率高和失真及功耗均小等优点，在各类显示器中得到广泛应用。示器中得到广泛应用。(1)(1)光栅增辉显示的偏转系统光栅增辉显示的偏转系统68（2 2）暗光栅的产生）暗光栅的产生 如果把频率较高的锯齿波电流加至如果把频率较高的锯齿波电流加至CRTCRT的的X X偏转线圈，偏转线圈，把频率比它低千、百倍的锯齿波电流加至把频率比它低千、百倍的锯齿波电流加至Y Y偏转线圈。在偏转线圈。在他们形成的合成磁场作用下，光束快速在他们形成的合成磁场作用下，光束快速在X X方向扫动（称
39、方向扫动（称为行扫描）的同时，还会在为行扫描）的同时，还会在Y Y方向缓慢扫动（称为场扫描方向缓慢扫动（称为场扫描或帧扫描）。或帧扫描）。69 尽管行扫描时，光迹在尽管行扫描时，光迹在Y Y方向也稍有异动，但由于方向也稍有异动，但由于fxfxfyfy，有几乎可以认为荧屏上的光迹由一条条紧密靠，有几乎可以认为荧屏上的光迹由一条条紧密靠拢的横线所组成，这称为光栅。如果光栅是亮的，则荧拢的横线所组成，这称为光栅。如果光栅是亮的，则荧屏一片白亮，什么图形、符号都看不到了。因此，在没屏一片白亮，什么图形、符号都看不到了。因此，在没有显示信息时，调负有显示信息时，调负CRTCRT栅阴之间的点位，使光栅变暗
40、，栅阴之间的点位，使光栅变暗，称为暗光栅。称为暗光栅。70 将荧屏分为若干个能分辨的点阵，每格作用于栅阴之将荧屏分为若干个能分辨的点阵，每格作用于栅阴之间的加亮脉冲与一个点阵点相对应。每帧图像对应一长间的加亮脉冲与一个点阵点相对应。每帧图像对应一长串加亮脉冲，它是把各显示行的加亮脉冲列串联而成，串加亮脉冲，它是把各显示行的加亮脉冲列串联而成，并在各行及各帧间加进必要的同步脉冲。并在各行及各帧间加进必要的同步脉冲。(3)(3)暗光栅增辉显示方式暗光栅增辉显示方式 713.3.波形显示的内插方法波形显示的内插方法（1 1）波形显示采用内插方法的原因波形显示采用内插方法的原因 数字示波器采集的是一系
41、列离散点，当采用不加内插数字示波器采集的是一系列离散点，当采用不加内插技术的技术的“点显示点显示”法时，荧屏上也显示离散的光点。在不法时，荧屏上也显示离散的光点。在不少情况下显示点数不够多。例如，用采样率为少情况下显示点数不够多。例如，用采样率为500MS/s500MS/s的的示波器观测频率为示波器观测频率为100MHz100MHz的正弦信号，则每个信号周期上的正弦信号，则每个信号周期上只有只有5 5哥采样点，若在荧屏上观测两周，则只有哥采样点，若在荧屏上观测两周，则只有1010个显示个显示点，观测效果就较差了。在点显示中，通常需要采样频率点，观测效果就较差了。在点显示中，通常需要采样频率比信
42、号最高频率高比信号最高频率高2525倍，才能保证较好的显示效果。倍，才能保证较好的显示效果。为解决上述问题，数字示波器中常采用内插技术，以为解决上述问题，数字示波器中常采用内插技术，以插补采样点间的部分。插补采样点间的部分。72（2 2）内插技术的种类）内插技术的种类 最常用的内插技术有两种，即正弦内插和脉冲内插，最常用的内插技术有两种，即正弦内插和脉冲内插，后者又称为线性内插。后者又称为线性内插。（3 3）正弦内插）正弦内插 根据数字信号处理理论，一个有限带宽的信号根据数字信号处理理论，一个有限带宽的信号x x（t t）的最高频率分量若为的最高频率分量若为f fM M，则该信号在时域内完全可
43、以由，则该信号在时域内完全可以由一系列时间间隔一系列时间间隔T T等于或小于等于或小于1/(2f1/(2fM M)的样点值的样点值x(nTx(nT)与其与其内插函数乘积的代数和表达，即内插函数乘积的代数和表达，即通常采样频率应为信号最高频率的通常采样频率应为信号最高频率的4 4 5 5倍或更高。倍或更高。73（4 4）脉冲内插）脉冲内插 脉冲（线性）内插是在采样点间用直线进行插补，这脉冲（线性）内插是在采样点间用直线进行插补，这种方法更适合与对脉冲信号的内插显示。这时采样频率种方法更适合与对脉冲信号的内插显示。这时采样频率应为信号最高频率的应为信号最高频率的1010倍或更高。倍或更高。（三）时
44、基与触发（三）时基与触发 (1)(1)数字示波器的时基电路数字示波器的时基电路 1.1.时基时基 数字示波器的时基电路，除了包括高稳定度、高准确数字示波器的时基电路，除了包括高稳定度、高准确度的主时钟外，还需要产生各种时序信号，例如采样时钟，度的主时钟外，还需要产生各种时序信号，例如采样时钟，A/DA/D变换启动信号，显示定时信号等。变换启动信号，显示定时信号等。74 模拟示波器的时基电路主要用来产生于时间成正比的锯模拟示波器的时基电路主要用来产生于时间成正比的锯齿波，即扫描电压。数字示波器并不需要单独产生锯齿波，齿波，即扫描电压。数字示波器并不需要单独产生锯齿波，而是根据各采样点间实际对应的
45、时间间隔，算出各显示点而是根据各采样点间实际对应的时间间隔，算出各显示点的的X X坐标加以显示。因此，对于数字示波器，从数据采集坐标加以显示。因此，对于数字示波器，从数据采集开始，几乎每个主要环节都需要严格的定时关系。开始，几乎每个主要环节都需要严格的定时关系。2.2.触发触发 模拟示波器的触发信号用来启动一次扫描，图形显示部模拟示波器的触发信号用来启动一次扫描，图形显示部分处于触发点之后。数字示波器的触发点通常只是开启存分处于触发点之后。数字示波器的触发点通常只是开启存储门的一个参考点。储门的一个参考点。（1 1）自动电平触发）自动电平触发 示波器根据实际输入信号自动选择一个触发电平，示波器
46、根据实际输入信号自动选择一个触发电平，可以使显示稳定。通常，自动选择的触发电平处于显示可以使显示稳定。通常，自动选择的触发电平处于显示波形幅度波形幅度50%50%的位置。如果没有信号输入到示波器，则显的位置。如果没有信号输入到示波器，则显示一条时基线。示一条时基线。75（2 2）逻辑模式（）逻辑模式（Logic patternLogic pattern）触发）触发 数字示波器通常有数字示波器通常有2 2或或4 4路输入，其触发可以由一路路输入，其触发可以由一路信号的某种跳变沿与另一至纪录信号的逻辑状态或逻辑信号的某种跳变沿与另一至纪录信号的逻辑状态或逻辑组合共同确定。例如，可用组合共同确定。例
47、如，可用I/OI/O请求信号为逻辑真时的写请求信号为逻辑真时的写时钟边沿来触发，这就可以观测向时钟边沿来触发，这就可以观测向I/OI/O设备写数据时有关设备写数据时有关信号的情况，而不是想内存写数据的情况。几路信号的信号的情况，而不是想内存写数据的情况。几路信号的逻辑组合，可以是逻辑组合，可以是“与与”、“或或”、“与非与非”、“或非或非”、“异或异或”、“异或非异或非”等多种关系。这种逻辑模式等多种关系。这种逻辑模式触发又称为码型触发，在观测包含多路信号的数字系统触发又称为码型触发，在观测包含多路信号的数字系统时非常有用。时非常有用。76（3 3）毛刺触发）毛刺触发 毛刺是数字系统发生故障的
48、重要原因之一，检测毛刺毛刺是数字系统发生故障的重要原因之一，检测毛刺对数字系统硬件故障分析有显著作用。很多现代数字示对数字系统硬件故障分析有显著作用。很多现代数字示波器可以规定当输入信号中含有正、负或任意方向的毛波器可以规定当输入信号中含有正、负或任意方向的毛刺时产生触发。刺时产生触发。（4 4）脉冲边沿时间或脉冲宽度不恰当触发）脉冲边沿时间或脉冲宽度不恰当触发 数字电路常因信号边沿不够陡，致使信号逻辑值不能数字电路常因信号边沿不够陡，致使信号逻辑值不能确定的时间过长。有时，脉冲持续时间过长或过短，致使确定的时间过长。有时，脉冲持续时间过长或过短，致使某段时间信号的逻辑关系不对或信号的建立时间
49、、保持时某段时间信号的逻辑关系不对或信号的建立时间、保持时间不足。以上这些容易造成故障的情况均可设置为数字示间不足。以上这些容易造成故障的情况均可设置为数字示波器的触发条件。这种触发又称为时间限定触发。波器的触发条件。这种触发又称为时间限定触发。77（5 5）数字电路电平不规范（）数字电路电平不规范（RuntRunt）触发）触发 操作者可规定两个门限电平，当信号连续两次穿越其中操作者可规定两个门限电平，当信号连续两次穿越其中一个电平，而不穿越另一个电平，则说明信号值不规范。一个电平，而不穿越另一个电平，则说明信号值不规范。例如对于正电平的例如对于正电平的TTLTTL电路，可规定电路，可规定+0
50、.8V+0.8V和和+2.0V+2.0V两个门限两个门限电平，若信号从低电压端穿过电平，若信号从低电压端穿过+0.8V+0.8V而为穿过而为穿过+2.0V+2.0V，然后，然后又向下端再次穿过又向下端再次穿过+0.8V+0.8V，则说明信号幅值处于两个门限电，则说明信号幅值处于两个门限电平之间。这种情况往往难于判断信号值是逻辑平之间。这种情况往往难于判断信号值是逻辑0 0还是逻辑还是逻辑1 1，容易造成故障。因此，可把电平不规范作为触发条件，容易造成故障。因此，可把电平不规范作为触发条件，这种触发亦称为矮脉冲触发。这种触发亦称为矮脉冲触发。78（6 6）专用信号的触发）专用信号的触发 这种触发