示波测试和测量技术精.ppt

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1、示波测试和测量技术第1页，本讲稿共64页目目 录录l第1章 绪论 l第2章 误差分析和测量数据处理 l第3章 常用电子测量仪器 l第4章 示波测试和测量技术 l第5章 电路元器件参数的测量 l第6章 电子电路参数的测量 l第7章 频域测量 l第8章 数据域测量 l第9章 自动测试系统 第2页，本讲稿共64页第第4章章 示波测试和测量技术示波测试和测量技术l本章要点l4.1 示波测试的基本原理l4.1.1 阴极射线示波管l4.1.2 波形显示的基本原理l4.2 模拟示波技术l4.2.1 模拟示波器的技术性能指标和组成l4.2.2 模拟示波器的垂直系统l4.2.3 模拟示波器的水平系统l4.2.4

2、 示波器的多波形显示 第3页，本讲稿共64页l4.3 数字存储示波技术l4.3.1 数字存储示波器的组成和基本功能l4.3.2 信号采样原理l4.3.3 波形显示技术l4.3.4 技术性能指标l4.4 示波器的基本测量技术l4.4.1 电压的测量l4.4.2 时间的测量 第4页，本讲稿共64页l4.4.3 周期和频率的测量l4.4.4 相位差的测量l4.4.5 调幅度的测量l4.5 示波器的选择和使用l4.5.1 示波器选择l4.5.2 模拟示波器的使用l4.5.3 数字存储示波器的使用l4.6 实训l4.7 习题 第5页，本讲稿共64页本章要点本章要点 l示波器的概念、测量功能l示波测试的基

3、本原理l模拟示波器的组成及工作原理l数字存储示波器的组成原理l示波器的基本测量技术l示波器的选择和使用第6页，本讲稿共64页 根据目前示波器的性能和结构，一般可将示波器分为：1模拟示波器l 通用示波器l 多束示波器l 取样示波器2数字示波器l 数字存储示波器l 数字荧光示波器3混合示波器第第4章章 示波测试和测量技术示波测试和测量技术第7页，本讲稿共64页4.1 示波测试的基本原理示波测试的基本原理4.1.1阴极射线示波管阴极射线示波管示波管包括电子枪、偏转系统和荧光屏三大部分。如图4-1所示。1.电子枪 l电子束的聚焦l第三阳极A3的作用 2.偏转系统3.荧光屏 第8页，本讲稿共64页 4.

4、2 模拟示波技术模拟示波技术 模拟示波器中最常用的是通用示波器，以下均以通用示波器介绍模拟示波技术。4.1.2 波形显示的基本原理波形显示的基本原理示波器显示波形，基本上有两种类型：1.时域波形显示原理2.XY显示原理第9页，本讲稿共64页4.2.1 模拟示波器的技术性能指标和组成模拟示波器的技术性能指标和组成1.主要技术性能l扫描时间因数l触发性能 l垂直偏转因数 l频带宽度（频域响应）l瞬态响应（时域响应）2通用示波器的组成通用示波器一般包括如图4-10（a）所示几个部分：l垂直系统（Y通道）l水平系统（X通道）l主机系统（Z通道）工作过程如图4-10（b）所示第10页，本讲稿共64页4.

5、2.2 模拟示波器的垂直系统模拟示波器的垂直系统垂直系统又称垂直通路或Y通道，它是被测信号的通道。垂直系统的基本组成：如图4-11所示 l 输入电路l 前置放大器l 延迟线l 后置放大器l 内触发放大器4.2.3 模拟示波器的水平系统模拟示波器的水平系统组成包括三个部分：如图4-14所示 l 触发电路l 时基发生器电路（扫描发生器电路）l 水平放大器第11页，本讲稿共64页触发电路触发电路l触发源选择 内触发（INT）外触发（LINE）电源触发 l触发耦合方式 图4-15“DC”直流耦合“AC”交流耦合“AC”（H）l触发方式（TRIG MODE）选择常态触发方式（NORM）图4-16 自动触

6、发方式（AUTO）电视触发方式（TV）l触发整形电路 第12页，本讲稿共64页时基发生器电路时基发生器电路（扫描发生器电路）（扫描发生器电路）在触发脉冲的作用下产生周期性锯齿波电压，经水平放大器放大后，送至水平偏转板，控制电子束在屏幕上由左向右的水平扫描，这种扫描称为线性时基扫描。l由扫描闸门、扫描电压产生电路、比较和释抑电路组成，如图4-17（a）所示。时基发生器电路的一般工作过程 4-17（b）。扫描闸门 图4-18扫描锯齿波产生电路 图4-19 比较电路和释抑电路 图4-20 l扫描方式分类 连续扫描 图4-21 触发扫描 图4-22 第13页，本讲稿共64页4.2.4 示波器的多波形显

7、示示波器的多波形显示荧光屏上同时显示几个波形的显示称为多波形显示。常见的方法有：l多线显示（双线）如图4-23 所示 l多踪显示 双踪示波器显示方式：如图4-24所示 交替显示断续显示 图4-25l双扫描显示 如图4-26所示 第14页，本讲稿共64页4.3 数字存储示波技术数字存储示波技术4.3.1 数字存储示波器的组成和基本功能数字存储示波器的组成和基本功能1数字存贮示波器的组成 如图4-27所示 2数字存贮示波器的功能l可长期存贮波形l既能观测触发后的信息，也能捕捉触发前的信号。l可观测单次过程和突发事件 l具有多种显示方式l能进行数据分析和处理 l具有多种方式输出 l可进行功能扩展第1

8、5页，本讲稿共64页4.3.2 信号采样原理信号采样原理1采样方式 如图4-28所示l 实时采样 l 等效时间采样l序列式采样l随机采样 2采样速率 4.3.3 波形显示技术波形显示技术1点显示技术2点插入技术l向量式显示（线性插入）l正弦插入 l改进型正弦插入lSin X/X插入 所记录波形的长度采样速率r 时基单位扫描长度第16页，本讲稿共64页4.3.4 技术性能指标技术性能指标l 有用存贮带宽:表示数字存贮示波器捕捉 信号的能力l 有用上升时间l 垂直精度和有效位 量化误差Er为 预期量化误差Erc 损失的位数LB LB=log2(Er/Erc)有效位数EB EB=DB-LB式中：DB

9、数字化器件的位数。第17页，本讲稿共64页4.4 示波器的基本测量技术示波器的基本测量技术 4.4.1 电压的测量电压的测量1直流电压测量2正弦电压测量图4-29l不含直流分量的正弦电压测量l含有直流分量的正弦电压测量3参考电平的设定4.4.2时间的测量时间的测量1时间测量的原理被测时间间隔：=LDx/水平扩展倍数 式中 时间间隔（s）L两点之间水平距离div）Dx扫描时间因数（sdiv）。2两个脉冲信号之间的时间间隔的测量图4-30第18页，本讲稿共64页4.4.3 周期和频率的测量周期和频率的测量l 直接测量法l 李沙育图形法 如图4-31所示 4.4.4 相位差的测量相位差的测量l 测量

10、原理l 双踪示波法 图4-32l 椭圆法 图4-33 图4-344.4.5 调幅度的测量调幅度的测量 如如图4-35所示 第19页，本讲稿共64页4.5 示波器的选择和使用示波器的选择和使用4.5.1 示波器选择示波器选择1.模拟示波器l 频带宽度和上升时间l 垂直灵敏度（垂直偏转因数）l 扫描速度2.数字示波器l 带宽l 采样速率l 采样速率与t/div的关系 fsN（t/div）l 数字示波器的上升时间l 存储器深度 第20页，本讲稿共64页4.5.2 模拟示波器的使用模拟示波器的使用1.使用时注意事项2.YB4320双踪四迹示波器l 主要技术性能l YB4320示波器的外观和前面板示意图

11、图4-38l YB4320示波器的基本操作说明l 测量前的准备工作l 信号测量的步骤l 输出信号 第21页，本讲稿共64页4.5.3 数字存储示波器的使用数字存储示波器的使用以DS3012B数字存贮示波器为例1DS3012B技术指标 表4-32DS3012B的使用l DS3012B的面板结构 图4-39l DS3012B的显示界面 图4-40l DS3012B数字存贮示波器的设置l3DS3012B的应用实例第22页，本讲稿共64页4.6 实训实训4.6.1 示波器的一般应用示波器的一般应用一、实验目的二、实验仪器三、预习要求四、实验内容和步骤l 示波器的校准l 直流电压的测量l 正弦波电压幅度

12、、周期的测量五.实验报告要求六.思考题第23页，本讲稿共64页4.6.2 示波器的特殊应用示波器的特殊应用一、实验目的二、实验仪器三、预习要求四、实验内容和步骤l 李沙育图形测量频率l 直接测量调幅波的调幅系数l 梯形法测量调幅波的调幅系数五.实验报告要求六.思考题第24页，本讲稿共64页4.6.3 各种交流电压的测量各种交流电压的测量一、实验目的二、实验仪器三、预习要求四、交流电压表征概要五、实验内容和步骤l 交流信号频率的测量l 交流信号电压的测量六、实验报告要求七、思考题第25页，本讲稿共64页4.7 习题习题l1 叙述示波器显示时域波形的原理。l2 示波器的基本结构由哪三部分组成？各部

13、分的主要作用是什么？l3 延迟线的作用是什么？内触发信号可否在延迟线以后的电路引出？l4 时基发生器由几部分组成？试简述其工作过程。l5 什么是“交替”显示和“断续”显示？各用在何场合？第26页，本讲稿共64页l6 当示波器X、Y偏转板上加以下电压时，用作图法绘出荧光屏显示的图形。(1)ux=Asint uy=k(t-nT)N Z，(2)ux=Asint uy=Asint(3)ux=Asint uy=Acost(4)ux=Asint uy=Asin2t l7 在X、Y两对偏转板上加上图4-54所示电压，用作图法绘出屏幕上显示的波形。l8 使用带宽为100MHz的示波器测量脉冲的上升边，读得其值

14、为15.6ns，已知测量误差为+30%，问脉冲的实际上升时间为多少？第27页，本讲稿共64页l9 有一个正弦信号，使用垂直偏转因数为10mV/div的示波器进行测量，测量时信号经10:1衰减探头加到示波器。测得在荧光屏上的高度为7.070 7div（峰峰值），问该信号的有效值为多少？l10 已知示波器的Y偏转因数为0.5V/div，荧光屏有效宽度为10div，扫描时间因数为0.1ms/div。显示的波形如题图4-55。求被测信号的频率和周期为多少？振幅Um=？有效值U=？第28页，本讲稿共64页l11 若示波器的垂直偏转因数为10mV/div，扫描时间因数为1ms/div，绘出下述的波形。（1

15、）有效值为10mV、频率为500Hz的正弦信号。（2）峰峰值为40mV、频率为200Hz的方波信号。l12 被测信号uy和扫描锯齿波ux的波形如题图4-56，若示波器的消隐电路失常，将显示何波形？第29页，本讲稿共64页l13 用示波器观测波形时，要达到如下要求，应调节哪些旋钮？波形清晰；亮度适中；波形稳定；移动波形位置；改变波形个数；改变波形的高度。l14 一台示波器的垂直偏转因数在2mV/div挡，对它扩展“5”后，该挡的实际偏转因数为多少？第30页，本讲稿共64页l15 现有三种示波器，测量上升时间tr为80ns的脉冲波形，选用哪一种好？为什么？（1）SBT5同步示波器fH=10MHz，

16、tr40ns。（2）SR8双踪示波器fH=15MHz，tr24 ns。l16 采用通用示波器测量矩形脉冲的上升沿。已知示波器的上升时间为15ns，测量该脉冲时读数为50ns，问矩形脉冲的实际上升沿为多宽？观察这种矩形脉冲时，示波器性能可否满足要求？第31页，本讲稿共64页l17 根据椭圆法测量相位差的原理，试用作图法画出相位差为和时的图形。说明该图形为什么是一条直线？l18 用双踪示波法测量相位差，显示图形如图4-57所示，求相位差=？l19 已知调幅波的瞬时波形如图4-58，求调幅系数m=？第32页，本讲稿共64页图4.1 示波管的内部结构示意图 第33页，本讲稿共64页图4-2 电子枪内部

17、的等电位线分布图 图4-3 电子聚焦过程 第34页，本讲稿共64页图4-4 电子在偏转板内的运动 电子偏转的距离 D示波管的偏转因数S（单位：V/cm或V/div）第35页，本讲稿共64页图4-5 波形显示原理 图4-6扫描电压与被测电压不同步 电子束在屏幕上运动的轨迹则由下列方程组决定：（k,T为常数，n=0,1,）第36页，本讲稿共64页图4-7 两个同频率信号构成的李沙育图形第37页，本讲稿共64页图4-9 瞬态响应的表示方法图4-8 带宽的表示方法图第38页，本讲稿共64页图4-10 通用示波器总方框图及其工作过程第39页，本讲稿共64页图4-11 垂直系统的基本组成 图4-14 水平

18、系统总方框图 第40页，本讲稿共64页输入电路输入电路 l探头l输入耦合方式DCAC（GND）l步进衰减器 l阻抗转换器图4-12 图4-13 耦合电路和衰减器 第41页，本讲稿共64页图4-15触发耦合方式 图4-16 触发极性和触发电平不同对波形显示的影响 第42页，本讲稿共64页图4-17 时基发生器的组成及工作波形 第43页，本讲稿共64页图4-18 用施密特电路构成的时基闸门电路 第44页，本讲稿共64页图4-19 密勒扫描电路原理 图4-20 比较电路和释抑电路 第45页，本讲稿共64页图4-21 连续扫描的波形显示 图4-22 脉冲信号的连续扫描和触发扫描显示 第46页，本讲稿共

19、64页图4-23 双线示波器的基本组成原理框图 第47页，本讲稿共64页 图4-24 双踪示波器的基本组成 图4-25 双踪显示方式 第48页，本讲稿共64页图4-26 AB交替扫描方式第49页，本讲稿共64页图4-27数字存贮示波器的组成第50页，本讲稿共64页图4-28采样方式第51页，本讲稿共64页图4-29正弦电压测量 图4-30 时间的测量 第52页，本讲稿共64页图4-31 李沙育图形第53页，本讲稿共64页图4-32 双踪示波法测量相位差图4-33椭圆法测量相位差 第54页，本讲稿共64页图4-34不同的相位差的李沙育图形 第55页，本讲稿共64页图4-35调幅波测量第56页，本

20、讲稿共64页图4-38 YB4320示波器第57页，本讲稿共64页采样采样方式实时采样等效采样采样率100 MS/s10GSa/s平均值所有通道同时达到N次采样后，N次数可在2、4、8、16、32、64和128之间选择输入输入耦合直流、交流或接地（AC、DC、GND）输入阻抗1M士2%，与15pF士3pF并联探头衰减系数设定1，l0，100，1000最大输入电压400V（DCAC Peak）垂直系统灵敏度（伏格）范围（V/div）2mV/div5V/div（在输入BNC处）模拟带宽100MHz垂直分辨率8bit通道数2水平系统扫描时间因数范围5ns/div 5s/div按1-2-5进制触发系统

21、触发类型边沿、视频、Set to（设定电平至）50%触发方式Auto（自动）、Normal（常态）、Single（单次）触发源DC（直流）CH 1和CH2：1 div（DC10 MHz）EXT（外触发）：100mV（DC10 MHz），200mV（10 MHz满带宽）EXT/5：500mV（DC100 MHz）AC（交流）50Hz及以上时和直流相同测量光标测量手动模式、跟踪模式自动测量峰峰值（Vpp）、最大值（Vmax）、最小值（Vmin）、顶端值（Vtop）、底端值（Vbase）、平均值（Varg）、有效值（Vrms）频率（f）周期（T）、上升时间（tr）、下降时间（tf）、脉宽等。数学操作加、减、乘、除、FFT配件RP3165（1:1、10:1）100MHz无源探头电源100225V/40W表4-3 DS3012B的主要技术指标第58页，本讲稿共64页图4-39 DS3012B数字存贮示波器的面板结构第59页，本讲稿共64页图4-40 DS3012B数字存贮示波器的显示界面第60页，本讲稿共64页图4-54第61页，本讲稿共64页图4-55第62页，本讲稿共64页图4-56第63页，本讲稿共64页图4-58图4-57第64页，本讲稿共64页