4.1 示波器测量信号波形（课件）-《电气测量技术》同步精品课堂（高等教育出版社）

4.1 示波器测量信号波形 电气测量技术 高教版 同步精品课堂 1 学习目标 认识示波器 探究示波器测量信号波形参数的方法 使用示波器测量信号波形 知识目标 能力目标 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 要求 常见示波器如图所示，以小组为单位，仔细观察示波器外形，认识示波器 的结构，掌握各功能键的作用和用法。 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 1.示波器的分类 示波器可以分为模拟示波器和数字示波器，如图所示，对于大多数的电 子应用，模拟示波器和数字示波器都是可以胜任的，由于模拟示波器和数字示波器 对于一些特定的应用环境具备一些不同特性，因此它们有一些各自非常适合的特殊 场合。 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 模拟示波器的工作方式是直接测量信号电压，并且通过从左到右穿过示波器屏 幕的电子束在垂直方向上描绘电压波形。 模拟示波器要提高带宽，需要示波管、垂直放大和水平扫描全面推进。 01 02 模拟示波器 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 数字示波器的工作方式是通过模拟转换器把被测电压转换为数字信 息。数字示波器捕获的是波形的一系列样值，并对样值进行存储，存储限 度是判断累计的样值是否能描绘出波形。 数字示波器会根据存储的样值 重构波形。 01 02 数字示波器 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 数字示波器可以分为数字存储示波器(DSO) 、 数字荧光示波器(DPO), 如图所示。 (a) 数字存储示波器 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 数字示波器可以分为数字存储示波器(DSO) 、 数字荧光示波器(DPO), 如图所示。 (b) 数字荧光示波器 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 数字示波器要改善带宽只需要提高前端的A/D转换器的性能，对示波管和扫描 电路没有特殊要求。 另外，数字示波管还具有记忆、存储、处理以及多种触发和超前 触发等功能。 01 02 数字示波器 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 2 .模拟示波器的结构 模拟示波器主要由示波管、Y 轴偏转系统、X 轴偏转系统、扫描及整步系统、 电源等组成。模拟示波器的结构框图如图所示。 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 2 .模拟示波器的结构 模拟示波器的组成及各部分的作用 组成 作用 示波管 是示波器的核心，其作用是把所需观测的电信号变换成发光的图形 Y轴偏转系统 由衰减器和Y轴放大器组成，其作用是放大被测信号 X轴偏转系统 由衰减器和X轴放大器组成，其作用是放大锯齿波扫描信号或外加电压信号 扫描及整步系统 由扫描发生器和整步放大器组成。扫描发生器的作用是产生频率可调的锯 齿波电压；整步放大器的作用是引入扫描信号，达到同步扫描 电源 由变压器、整流电路及滤波电路等组成，其作用是向整个示波器供电 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 3.模拟示波器的工作原理 各种模拟示波器的结构大同小异，下面以 GOS-620 型双踪示波器为例介绍，如图所示。 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 3.模拟示波器的工作原理 模拟示波器的工作原理如图所示。 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 3.模拟示波器的工作原理 当方波在“0”电平时，门电路只让CH2 通道的信号通 过。这种工作状态只适用于显示频率较高的信号波形。 当处于“交替”状态时，电子开关产生一个方波信号，当方波在“1”电平时，门电 路只让CH1通道的信号通过； 当处于“断续”状态时，电子开关不受扫描信号的控制，产生固定频率为250 kHz的方波信号。电子开关即以这个频率进行自动转换，轮流接通两个通道。这种工作 状态适用于显示频率较低的信号。 01 02 03 工作原理 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 4.模拟示波器前面板 GOS-620 型双踪示波器前面板按照各部分功能不同分为四个功能区，分别为： 显示区、水平控制区、垂直控制区和触发区，如图所示。 (a)功能区 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 4.模拟示波器前面板 GOS-620 型双踪示波器前面板按照各部分功能不同分为四个功能区，分别为： 显示区、水平控制区、垂直控制区和触发区，如图所示。 (b)功能部件 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 各功能区所包含的功能部件及其作用如下： (1)显示区 ① 校准信号输出端口(CAL): 此端口输出电压峰-峰值为2 V, 频率为1 kHz 的标准方波信号，用以校验Y 轴灵敏度和X 轴的扫描速度。 ⑤ 电源开关(POWER): 此开关为自锁开关，按下此开关，接通总电源，小绿灯 点亮，再次按下即关断总电源。 ③ 聚焦旋钮(FOCUS): 用于调节示波管的聚焦状态，提高显示波形、文字和游标的 清晰度。 ④ 轨迹初始位置调整按钮(TRACE ROTATION)。 ② 辉度旋钮(INTEN): 控制轨迹及光点亮度。 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 (2)垂直控制区 1 ⑥、⑦垂直衰减选择旋钮：用于调节垂直偏转灵敏度。 2 ⑧、⑨灵敏度微调旋钮：逆时针转到底时，可将灵敏度调到显示值的0.4倍；顺 时针转到底时，灵敏度即为挡位显示值；垂直拔出时，垂直灵敏度扩大5倍。初始时 应按下并顺时针转到底，否则测量不准确。 3 ⑩、⑪信号输入通道1和信号输入通道2(CH1 和CH2)。 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 (2)垂直控制区 ⑫、⑬输入耦合开关：共有三挡，交流耦合(AC) 、接零耦合(GND) 和直流耦合 (DC)。 选择直流耦合时，输入信号中的直流与交流信号一并输入放大器； 4 ⑫、⑬输入耦合开关：共有三挡，交流耦合(AC) 、接零耦合(GND) 和直流耦合 (DC)。 选择直流耦合时，输入信号中的直流与交流信号一并输入放大器； 5 ④、⑤交替/切换模式键：在双轨迹模式下此键突起，则CH1、CH2 信号轮流扫 描显示。 6 ⑥垂直操作模式开关：用于设置信号源，共有四挡，通道1工作模式、通道2工 作模式、双通道工作模式，双通道信号相加工作模式。 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 (2)垂直控制区 ⑫、⑬输入耦合开关：共有三挡，交流耦合(AC) 、接零耦合(GND) 和直流耦合 (DC)。 选择直流耦合时，输入信号中的直流与交流信号一并输入放大器； 7 ⑦信号发生器接地端口。 8 8垂直直流平衡调整按钮。 9 ⑩、20轨迹垂直调整旋钮：初始位置在中央。 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 (3)触发区 ⑫、⑬输入耦合开关：共有三挡，交流耦合(AC) 、接零耦合(GND) 和直流耦合 (DC)。 选择直流耦合时，输入信号中的直流与交流信号一并输入放大器； 1 ② 外部信号输入端口。 2触发电平调整按钮。 23触发信号开关：共有四挡，分别为通道1、通道2、电源频率信号，外加信号，初 始挡位为通道1。 2 24触发模式开关：共有四挡，分别为自动触发模式(初始)、标准触发模式、电视 垂直同步触发模式、电视水平同步触发模式。 3 25触发源交替设定按钮：按下时为交替触发方式，突起时为单触发方式。 26触发电平调整旋钮：用于调整触发电平起始点，初始位置为中央，当触发电平 超出范围不稳时，应调整此旋钮使波形稳定。 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 (4)水平控制区 29水平放大按键：按下此按键可将扫描时间放大10倍。 30轨迹及光点的水平控制调节旋钮。 27扫描时间选择旋钮：共有20个挡位，相当于频率调节。 28扫描时间可变控制旋钮。 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 5.数字示波器 (1)数字示波器前面板 数字示波器前面板包含LCD 显示屏、选项按钮、常用功能区、水平控制区、执行 控制区、触发控制区、电源开关、USB 接口、菜单按键、垂直控制区、模拟信号输入通 道、外触发输入通道、探头元件等，可以完成波形录制和回放功能，如图所示。 新知学习 一 、识 — — 认识示波器 5.数字示波器 (2)数字示波器后面板 数字示波器后面板包含提手、电源插口、USB 接口、RS-232 接口、Pass/Fail 输出口等，如图所示。 新知学习 二 、探 — — 探究示波器测量信号波形参数的方法 1.交流电压的测量 将输入耦合开关置于“AC”位置，显示出输入波形的交流成分。如果交流信号 的频率很低，应将输入耦合开关置于“DC”位置。 将被测波形移至屏幕的中心位置，用垂直衰减选择旋钮将被测波形控制在屏幕有效显示范围内，读取整个波形在Y 轴 方向的格数，则被测电压峰-峰值(Up-p) 就等于垂直衰减选择旋钮挡位值与格数 的乘积 如果使用探头测量时，应把探头 的衰减量计算在内，即把上述计算数值乘 以10。 新知学习 二 、探 — — 探究示波器测量信号波形参数的方法 2.直流电压的测量 将输入耦合开关置于“GND”位置，触发模式开关置于“自动”位置，使屏幕显 示一条水平扫描线，此扫描线便为零电平线。 将输入耦合开关置于“DC”位置，加入被测电压，此时，扫描线在Y 轴方向产生 跳变位移H, 被测电压即为垂直衰减选择旋钮挡位值与格数的乘积。 新知学习 二 、探 — — 探究示波器测量信号波形参数的方法 3.时间和周期的测量 (1)时间的测量 将示波器的扫描时间可变控制旋钮转到“校准”位置，显示的波形在水平方向占据 格数所代表的时间按扫描时间选择旋钮的挡位值才能直接计算，从而准确地求出被测信号的时间参数。 测量上升沿时可调整脉冲幅度，使其占5 Div,并使10%和90%电平处于网格 线上，图所示。 新知学习 二 、探 — — 探究示波器测量信号波形参数的方法 3.时间和周期的测量 (1)时间的测量 测量脉冲宽度时，可将脉冲幅度调整到占6 Div,这时 50%电平也恰在网格线上，如图(b)所示。 新知学习 二 、探 — — 探究示波器测量信号波形参数的方法 3.时间和周期的测量 (1)时间的测量 测量脉冲幅度时，适当调整扫描 时间选择旋钮，使显示的波形较大，如图(c)所示。 新知学习 三 、做——使用示波器测量信号波形 校准信号输入端输入峰- 峰值为2 V,频率为1000 Hz 的方波信号，用 以检查信号的 灵敏度 新知学习 三 、做——使用示波器测量信号波形 方波校准信 号输入到通道 1,探头信号置 于10倍，将通 道1垂直衰减 选择旋钮调至 50mV位置。调整探头上的补偿螺钉，使 方波信号最平 坦，测量峰-峰 值是否为2V 新知学习 三 、做——使用示波器测量信号波形 垂直通道选 择通道1,通道 1 输入耦合开关置于GND , 触发模式选择自动触发模式， 信号源选择通道1 .等待屏幕出 现直线轨迹，调整垂直旋钮，使 直线轨迹与零刻度线重合 新知学习 三 、做——使用示波器测量信号波形 输入端加交 流信号。调整垂直衰 减选择旋钮，使波形高度大约 为显示屏高度的2/3;通道1输入耦合开关置于交流耦合(AC);调整扫 描时间选择旋钮，使显示屏显示 1 ~ 2 个周期波形；触发模式选择标准触发模式；若波形不稳，调节触发电平调整旋钮使波形稳定 新知学习 三 、做——使用示波器测量信号波形 读取正弦波 峰值格数(波形 的最高位置到 中心刻度线的 垂直格数)。 读取正弦波峰-峰值格数 (波形的最高位置到最低位置 的格数)。正弦波 峰 - 峰值格数×垂 直衰减挡位值= 4×0.5V=2V,即正弦波峰-峰值为2V,正弦 波峰值为1V 新知学习 三 、做——使用示波器测量信号波形 读取正弦波 周期格数(波形两个峰值之间 的格数)。正弦波周期格 数×扫描时间 挡位值=3.2×0.2 ms=0.64 ms, 即正弦波周期为0.64 ms,频率为周期的倒数，为1.56 kHz 新知学习 三 、做——使用示波器测量信号波形 使用示波器的注意事项 ② 通电后先预热15 min 后再调整各旋钮。必须注意亮度不可开得过大，且 亮点不可长期停留在一个位置上，以免缩短示波器的使用寿命。 ④示波器使用过程中，如果短时间不用时，可将亮度调到最小，不要经常通 断示波器的电源，以免缩短示波管的使用寿命。 ① 为了保护荧光屏不被灼伤，使用示波器时，光点亮度不能太强，而且也不 能让光点长时间停在荧光屏的一个位置上。 ③示波器上所有开关与旋钮都有一定强度与调节角度，使用时应轻缓旋 转，不能用力过猛或随意乱转旋钮。 1.示波器的带宽与被测信号的频率有什么关系？ A. 没有关系 B. 带宽应高于信号频率 C. 带宽是信号频率的一半 D. 带宽是信号频率的三倍 课堂练习 答案：B 2.示波器的扫描时间因数是指什么？ A. 光点在X轴方向移动单位长度所需的时间 B. 光点在Y轴方向移动单位长度所需的时间 C. 扫描速率的倒数 D. 信号频率与扫描速率的比值 课堂练习 答案：A 3.在使用示波器测量信号时，如果信号的上升时间远小于示波器的响应时间，会发生什么？ A. 信号波形会失真 B. 信号波形会放大 C. 信号波形会缩小 D. 信号波形不受影响 课堂练习 答案：A 万用表测量直流电流时，红表笔和黑表笔的连接方式是什么？ A. 红表笔接正极，黑表笔接负极 B. 红表笔接负极，黑表笔接正极 C. 可以任意连接 D. 红表笔接地，黑表笔接负载 4.示波器的垂直偏转因数大，对输入信号有什么影响？ A. 信号会被放大 B. 信号会被衰减 C. 信号频率会改变 D. 信号相位会改变 课堂练习 答案：B 使用钳形电流表测量电流时，需要注意什么？ A. 钳口必须完全闭合 B. 只能测量塑料绝缘的电线 C. 只能测量没有负载的电路 D. 需要将电线切断 5.示波器的探头衰减比为10:1，意味着什么？ A. 探头会将信号放大10倍 B. 探头会将信号衰减10倍 C. 探头的输入阻抗为10欧姆 D. 探头的带宽为10GHz 课堂练习 答案：A 6.示波器的触发功能主要用于什么？ A. 放大信号 B. 稳定波形 C. 改变波形颜色 D. 测量信号频率 课堂练习 答案：B 7.在示波器上观察到的波形不稳定，可能的原因是什么？ A. 信号本身不稳定 B. 示波器的扫描速率不匹配 C. 示波器的垂直偏转因数设置不当 D. 所有以上 课堂练习 答案：D 8.示波器的带宽足够高，可以保证什么？ A. 信号的幅度准确 B. 信号的频率准确 C. 信号的波形不失真 D. 信号的相位准确 课堂练习 答案：C 课堂小结 1、简述时间和周期的测量。 2、简述使用示波器测量信号波形。 3、简述使用示波器的注意事项。 作业布置 感谢观看 $$