第三章 电子示波器-【单招零距离】电子电工专业综合（下）

总复习方案·第五部分 电子测量 第三章 电子示波器 知识体系 特点、用途、分类、结构 [作用 电子枪 (波形显示 示波管 结构 偏转系统波形显示原理 X-Y显示 荧光屏 各部分作用 [垂直系统(Y通道) 通用示波器 水平系统(X通道) 组成及各部分作用 电子示波器 主机系统(乙通道) 用途 双踪示波器 结构 显示方式及原理 示波器的选用原则 示波器基本操作步骤 测量直流电压 测量交直流合成电压 测量正弦电压 示波器基本测量方法 测量周期和频率 测量时间 测量正弦波的相位差(仅适用干同频) 考纲要求 1.电子示波器的特点和分类。 了解 2.示波管的结构及基本工作原理 理解 1.电子示波器Y和X通道的工作原理。 2.通用电子示波器的选用原则。 掌握 电子示波器的使用要点。 熟练掌握 |电子示波器测量信号电压、周期、频率、脉冲前沿、脉冲宽度、时间差、正弦波相位差的方法。 ·217. 单招零距离·电子电工专业综合 知识梳理 1.电子示波器用途 利用阴极射线示波管把电信号转换成具体的可见图像,用于观测被测信号的波形的电子仪器 2.电子示波管结构(如图4一3一1所示)和工作原理 电子示波器的核心器件:阴极射线示波管(CRT),主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三大部分 组成,整个密封在玻璃真空壳内 t 偏转系统 飞去耳 {趁行 过 重转板 ” 水平偏转板 1 不层 A. 后加速级 A. R_ 辉度 焦 上R 辅焦 图4-3-1 电子示波管 (1)电子枪 ①作用:发射电子并形成很细的高速电子束,轰击荧光屏而发光。 ②组成:由灯丝(F)、阴极(K)、控制栅极(G)、第一阳极(A)、第二阳极(A。)、和后加速极(A。) 所组成。 ③各组成部件的作用 a.灯丝(F):加热阴极,促进阴极发射电子。 b.阴极(K):表面涂有氧化物,在灯丝加热下,易发射电子。 c.控制栅极(G):用来控制射向荧光屏的电子数量。调节栅极电位(调节R。,即辉度调整),改 变屏幕辉度。 d.阳极(A.~A。):对电子束加速和聚焦,形成电子透镜。调节A 的电位(调节R),实现聚焦 粗调,调节A。的电位(调节R。。),进行辅助聚焦。 e.后加速极(A。):位于荧光屏与偏转板之间,对电子束进一步加速,增加光迹辉度。 ④工作原理:发射、调节、聚焦、加速。 (2)偏转系统 ①作用:控制电子束在垂直方向和水平方向的偏转。 ②组成:由垂直偏转板Y和水平偏转板X组成,它们相互垂直,Y在前,X在后。 ③工作原理:两对偏转板各自形成静电场,分别控制电子束在垂直方向和水平方向的偏转。 (3)荧光屏 .218. 总复习方案·第五部分 电子测量 ①作用:显示反映两对偏转板对电子束作用后的光点轨迹。 ②结构特点:为圆形或矩形,内壁涂有磷光物质,形成荧光膜,在电子轰击下,形成光点,并出 现余辉,属电 一一光转换器件。 ③类型:按余辉时间分有短余辉、中余辉、长余辉。 ④注意:避免让光束长时间停留于一个位置,这样会削弱荧光物质的发光效率,甚至烧成黑斑 3.波形显示原理 (1)波形显示 单独把扫描锯齿波电压加到水平偏转板上,光点的水平偏转距离与加在水平偏转板上的电压 的瞬时值成正比,在荧光屏上显示一条水平线段。 单独把被测信号电压加到垂直偏转板上,光点的垂直偏转距离与加在垂直偏转板上的电压的 瞬时值成正比,在荧光屏上显示一条垂直线段 若把两信号同时加相应的两偏转板上,则荧光屏上显示被测信号。 (2)正程增辉和逆程消隐只显示扫描正程被测信号波形。使显示的波形更加清晰。 (3)同步:T。三nT。,(n为整数)时,重复显示的波形在同一位置重叠,显示的波形稳定。当T 去T,时,波形向右或向左跑动。 4.通用示波器 (1)组成 通用示波器由垂直系统、水平系统和主机系统三部分组成,这三部分通常又称为Y通道、X通 道和乙通道。 (2)作用 ①Y通道(垂直系统) a.放大被测信号电压的幅度,并延时处理加到示波管垂直偏转板。 b.为水平系统的扫描电路提供同步信号。 ②X通道(水平系统):产生随时间作线性变化的扫描锯齿波电压加到示波管水平偏转板。 ③乙通道(主机系统):包括增辉电路、电源和校准信号发生器 a.增辉电路:在扫描正程使光迹加亮,在扫描回程使光迹消隐 b.电源:将交流电变换成多种高、低压直流电源,以满足示波管各处工作需要。 c.校准信号发生器:提供幅度、周期都很准确的方波信号。 (3)通用示波器的组成框图(如图4一3一2所示) _探概 ,) X人& 1 外r步触发 同 临 发 斗大器 l电 ,i 1机. △1 校准 发牛 图4一3-2 通用示波器组成 .219. 单招零距离·电子电工专业综合 5.示波器的垂直系统 (1)组成框图(如图4-3-3所示) / ■1人 ,老 2 输入电路 的π放大 延线 触发放 图4-3-3 示波器垂直系统 (2)各组成部分的作用 ①输入电路(如图4一3一4所示):耦合输入信号,变换阻抗和电压。 A 而程 抗按 DC 倒相器 大 图4-3-4 输入电路组成框图 a.探头:耦合输入信号,提高示波器输人阻抗,减小失真,展宽频带。无源探头由R、C组成,一 般衰减10倍。 b.耦合方式选择开关有三个挡位:DC、AC、。 c.步进衰减器:即面板上的Y通道灵敏度旋纽,对幅度较大的信号进行衰减,它是一个阻容分 压器。 d.阻抗变换器:保证Y通道为高输入阻抗。一般采用射极输出器来实现 ②前置、后置放大器;不失真地放大输入信号,使电子束获得足够偏转。一般采用宽带放大器 在Y放大器中还设有极性倒换、移位、寻迹等功能。 ③延迟线:补偿X通道的时间延迟,以保证被测信号起始部分的显示。 ④触发放大器:对垂直信号加以放大,用于启动水平扫描电路。 6.示波器的水平系统 (1)组成;水平系统由触发整形电路、扫描发生器电路和X放大器组成(如图4一3一5所示)。 去Y信道。 。去乙信道 从Y_道来 射掇 移 {} 跟器 外触发 小平 罐 发□ 偏转板 描电用扫描 水 发 H廿 {# __ 1跟随器 “形成器T 放大器 阐门 产生路 x- :器 7_进 释 电 __1 从来1 ____ ______ 出路 x 比较 图4一3-5 示波器水平系统 (2)各组成部分的作用 ①触发整形电路:作用是将Y通道触发放大器输出的信号进行整形,触发时基间门,实现同步 扫描,其中: .220. 总复习方案·第五部分 电子测量 a.触发源:内触发,外触发,电源触发。 b.耦合方式:直流耦合(DC)、交流耦合(AC)、高频耦合。 c.触发极性:十、一。 d.触发电平:用电位器调节触发电平高低。 ②扫描发生器电路(又叫时基电路):产生线性良好频率稳定的锯齿波扫描电压。它包括时基 间门、扫描电压产生电路和比较释抑电路 一次扫描包括扫描正程期和释抑期,在释抑期内完成扫描回程,即释抑期大于扫描回程,否则 会引起扫描晃动。 ③X放大器:放大扫描电压,使电子束在水平方向获得足够偏转。同时还兼设扩展扫描、水平 移位、寻迹等功能。 ④连续扫描和触发扫描 a.连续扫描:扫描电路工作于自激状态,连续产生与Y信号同步的锯齿波电压。 b.触发扫描:扫描发生器环路工作于他激状态,由触发脉冲控制扫描开始 必须注意:不一定每一个触发脉冲都能启动扫描,还要视“稳定度”旋扭的状态,是否处于不扫 描状态位置。 7.双踪示波器 (1)组成;与单踪示波器相比,在Y通道中多设了一个前置放大器,两个门电路和一个电子开 关(如图4-3一6所示)。 子开为 □■□ 图4一3一6 双踪示波器简化图 (2)作用:用单束示波管同时显示两个被测信号的波形。 (3)显示方式:共有5种,Y、Y、Y。士Y。,交替和断续。前三种为单踪显示,后两种为双踪显 示。 ①交替:在此方式,电子开关的转换频率受扫描电路控制,以一个扫描周期为间隔,电子开关 轮流接通Y。和Y.,如图4一3一7(a)所示。这种显示方式只适用于被测信号频率较高的场合。 ②断续:在此方式,电子开关工作在自激振荡状态,将两个被测信号分成很多小段轮流显示, 如图4一3一7(b)所示。这种显示方式只适用于被测信号频率较低的场合。 · 221· 单招零距离·电子电工专业综合 联 行# r信号 y.寸 扫描信号- 扫描信号- 图4一3-7(a) 交替显示 图4-3一7(b) 断续显示 8.通用示波器的选用原则 (1)根据被测信号的特性选择 ①一般的正弦波选用普通示波器。 ②非周期、窄脉冲的选用触发扫描的宽带示波器。 ③快速非周期的选用高速的示波器。 ④缓慢变化的选用低频的或长余辉慢扫描示波器。 )比较两被测信号的选用双踪示波器。 观测多个被测信号的选用多Y通道的示波器。 (2)根据示波器性能选择 ①频带宽度和上升沿时间 要想得到在幅度上基本不衰减的显示,通频带B.与被测信号最高频率f.。应满足下式 B.二3fm 且./ 7. 为示波器的上升沿,。为被测信号的上升沿,只要遵循该式,就能较好地观测脉冲信号的上 升沿。 例如,若被测信号的上升时间为60ns时,要求选用4.<20ns示波器,或B.三350/20=17.5MHz的 示波器。 ②垂直灵敏度(偏转因数) ③输入阻抗越高越好。 ④扫描速度的调节范围 9.通用示波器的基本操作步骤 (1)开机预热 (2)辉度、聚焦调节. (3)示波器自校及探头补偿。 (4)连接电路。 (5)调节X轴扫描时间和Y轴灵敏度:保证被测信号波形稳定、清晰。 (6)测量读数。 10.测量直流电压 (1)Y轴偏转因数“微调”旋钗置“校准”位置。 (2)电压输入耦合方式打到DC位置 (3)Y轴偏转因数旋到较大位置,然后逐渐调小。 .222. 总复习方案·第五部分 电子测量 (4)屏幕尽可能多的覆盖垂直分度,提高测量精度。 被测电压值表达式; U-HD.K 式中,H为扫描线垂直偏转距离cm、div;D. 为Y轴偏转因数V/div;K为探头衰减系数。 11.测量正弦电压 示波器能测出被测电压的峰值、峰一峰值、电压瞬时值、两点间电位差值。有效值、平均值必须 经过换算。 (1)确定零电平位置。 (2)耦合开关置“AC”位置。 (3)选择合适的Y轴偏转因数(V/div)。 (4)调节扫描时间显示稳定的几个波形。 (5)读数与测直流电压相同。 12.测量交直流合成电压 (1)确定扫描线零电平位置。 (2)耦合开关置于DC位置。 (3)选择合适的Y轴偏转因数和扫描时间。 (4)读数与直流电压相同。 13. 测量周期和频率 (1)连接信号,并调整有关旋纽,使波形高度和宽度均合适 (2)将X扫描微调置于校准位置。 (3)把表示一个周期的两个点调到刻度线上,便于读数。 (4)读数和计算 周期T-XD./K 式中,X表示一个周期的信号在水平轴上所占的距离;D.为水平扫描因数;K为X轴扩展倍 数。 频率/-1/T 14.测量时间 (1)测量同一信号内的时间间隔(与周期测量方法相同) 例如,测量矩形脉冲的宽度/.、上升沿时间t、下降沿时间。 注意:示波器固有上升沿时间对1.、,的测量存在影响 (2)测量两个信号(主要指脉冲信号)的时间差 采用双踪示波器测量比较方便,被测两信号分别输人CH1、CH2,采用内触发方式,脉冲源应 选时间领先的,脉冲很窄时,不得采用“断续”显示。 15.测量正弦波的相位差(仅适用于同频 (1)测出两正弦波的时间间隔△。 (2)测出正弦波周期T (3)计算△-△/T×360*。 . 223· 单招零距离·电子电工专业综合 (4)注意:测△和T时,X偏转因数微调不一定要置于校准位置,但其位置一经固定,在整过测 量过程中不能变动 题型讲解 【例1】 在模拟示波器的使用中,若要在双踪示波器的屏幕上同时显示两个频率较低信号 (Y.和Y。)的波形时,其示波器应采用的显示方式是( )。 A.Y士. B.交替 C.断续 D.都可以 【分析】此题考察的是示波器的显示方式:Y、Y。、Y.士Y。、交替和断续。前三种为单踪显示, 后两种为双踪显示。交替:在此方式,电子开关的转换频率受扫描电路控制,以一个扫描周期为间 隔,电子开关轮流接通Y,和Y.,这种显示方式只适用于被测信号频率较高的场合。断续:在此方 式,电子开关工作在自激振荡状态,将两个被测信号分成很多小段轮流显示,这种显示方式只适用 于被测信号频率较低的场合。 【解】 A、D答案显然不对;B答案适用测量频率较高的场合,所以此题答案选C 【点拨】 双踪示波器的显示方式是断续和交替两种,弄清楚两种显示方式的显示原理,就能 区分。 【变式训练】 1.双踪示波器的交替显示方式适用于被测信号频率较 的场合,断续 显示方式适用干被测信号频率较 的场合。 【变式训练】2.如果需要对两个低频信号进行比较,需选用 示波器,且采用 显示方式。 【例2】 示波器的使用,主要有以下环节:①调节光迹的亮度和清晰度;②接入被测信号,进 行测量;③接上电源线,开机预热一段时间;④将垂直微调旋扭和水平微调旋钗顺时针旋至校准 位置,接入校正信号,校正示波器。使用时正确的次序应为( )。 A.①②③④ B.③①④② C.③②④① D.③④①② 【分析】 此题考察的是示波器的使用注意事项,先开机预热调节亮度,辉度,再校准,然后测量。 【解】A、C、D答案顺序不对。所以此题答案选B。 【点拨】 对于示波器的使用要点必须熟记于心,这在实践操作中也是非常重要的。 【变式训练】3.示波器在测量过程中,如果波形发生左右“跑动”,可以通过调节探头的可变 电容,让波形稳定下来。 -. 【例3】 如图4一3一8为示波器显示某信号的波形,已知示波器的垂直偏转因数为2mV/div, 扫描时间因数为5us/div,信号经10:1探头输入,则该信号的峰峰值U。为 .V,频率f 为 .kHz。 .224. 总复习方案·第五部分 电子测量 -0V 图4-3-8 图4-3-9 【分析】 此题考察的是示波器的测量方法。示波器中垂直偏转因数和扫描时间因数的概念清 楚,分根据它们测量幅度和周期。 【解】 该正弦波峰峰值U。是6div,还要考虑垂直衰减度,所以U。-6divx2mVdiv×10 =120(mV);该正弦波一个周期为8div,所以周期T-8div×5us/div-40us,故频率/为25kHz。 【点拨】用示波器测信号的幅度和周期是示波器中最基本、最重要内容。最基本的方法就是 格数*偏转因数,同时考虑衰减系数和扩展系数。 【变式训练】4.使用探头10:1衰减引入被测信号后,示波器荧光屏显示图形如图4一3一9所 示,已知垂直偏转因数为0.2Vdiv,扫描速度为1ms/div,则下列关于A、B点的电位及信号周期的 说法中,正确的是( )。 A.6V,0.2V、6ms B.8V、-0.2V、6ms C.6V、-2V,6ms D.8V,-2V0.6ms 【例4】通用示波器的组成总框图如图4一3一10(a)所示。 (1)请直接在图中的空框内填上适当的电路名称。 (2)已知电路框图中①点的波形如图4一3-10(b)所示,且电路采用“内”触发。请在图4-3-10(b) 中画出②、③、④点的波形。 (3)延迟线作用是什么?若没有延迟线会有什么后果? →探叔 1-轴信道.--- 一死 X输人二 ;2 内 X轴信道内 {扫 。 外同步触发 X 输人 ③发器签 I电 机 校准信!_ 校准信号 辅出: 发生器 电游 图4-3一10(a) .225. 单招零距离·电子电工专业综合 ① 0 图4-3-10(b) 【分析】 此题考察的是通用示波器的组成、各部分作用及工作原理。 【解】(1)在空框中填的名称如图从上到下为:Y前置放大器、触发整形电路、增辉电路; (2)波形如图4一3一10(b)所示;(3)延迟线的作用:补偿X通道的固有时间延迟;会使波形的起 始部分不能可靠显示。 【点拨】 通用示波器各部分组成及作用、工作原理必须全部牢记于心,以不变应万变。 【变式训练】5.如图4一3一11(a)所示为通用示波器的组成框图。 m XA 外1发型 [扫描 =行 外同步 电生 发输人 山浮! {六器 -□+ 校准信_ 校准信号 1发生器 图4-3-11(a) 图4-3-11(b) (1)图4-3一11(a)中的空框A的名称为 ,空框B的名称为 (2)图4一3一11(a)中若Y后置放大器的输出波形是三角波而X放大器无输出时,则荧光屏 上显示. ;若Y后置放大器无输出而X放大器输出高频正尖峰波时,则在荧光屏上显示 .226.单招零距离·电子电工专业综合 2.3- 主振器作用:形成自激振荡器产生低频正弦波信号, 是低频信号发生器的核心部件。 3.模拟式万用表 数字式万用表 电压放大器:兼有缓冲和电压放大作用。缓冲是为了 4.电压表所能测量的最小和最大电压范围 隔离后级电路对主振器的影响,电压放大是满足输出信 5.8 10% 甲 号幅度的要求。 6.16.33 输出衰减器:用于改变信号发生器的输出电压或功率。 7.12.73V 功率放大器:用来提高足够的输出功率。 四、问答题 第三章 电子示波器 1.用示波器和电压表配合来分析。先用示波器测出某 三角波的振幅值,再由K。、K。算出其平均值,再由振幅 【变式训练】 值和平均值算出在均值电压表、峰值电压表测量下的数 1.高 低 值,最后将电压表测量三角波的值与前对照即可判定检 2.双踪 断续 波分式。 3.X 4.C 2.用峰值电压表测量: 5.(1)A为探头 (2)垂直线段 B为增辉电路 水 -21.21(V) 平方向两个亮点 (3)增辉 阴极 (4)方波 a--a= 时基 V2 2 因数 用平均值电压表测量;a~-1.11U-1.11×19.11-21. 6.(1)触发整形电路 扫描发生器 水平放大器 21(V) (2)触发整形电路作用:将Y通道触发放大器输出的 a=1.11U=1.11t15.06-16.72(V) 信号进行整形,触发时基间门,实现同步扫描。 $=1.11U-1.11tx30-33.3(V) 扫描发生器作用:产生线性良好频率稳定的锯齿波电 用有效值电压表测量:a。-U-21.21(V) 压。 -U-17.32V,a-U。-30(V) 水平放大器作用:放大扫描电压,使电子束在水平方向 3.(1)AC/DC转换器、I/V转换器、Q/V转换器、A/D 获得足够的偏转;同时还兼设扩展扫描、水平移位、寻迹 转换器 (2)产生CP脉冲,并送出整机协调工作和各种 等功能。 控制信号 (3)正,硅 (3)是触发源选择开关,通过拨波动开关S.选择不同 第二章 信号发生器 的触发源。 【实战演练】 【变式训练】 一、选择题 1.D 2.A 3.A 4.D 1.D 2.C 3.B 4.D 5.C 6.B 7.B 8.A 【实战演练】 9.B 10.C 一、选择题 二、判断题 1.D 2.A 3.C 4.B 5.B 6.C 7.C 8.D 1. 2.× 3. 4.5.6.× 7.× 9.B 10.A 8. 9.10.11.× 12.13. 二、判断题 三、填空题 1.x 2.× 3.× 4. 5.× 6.× 7.x 1.右 2.一条水平亮线 8.X 3.交替 4.校准 5.锯齿波 方波 三、填空题 6.DC 7.他激 8.15 输出特性 1.频率特性 调制特性 四、分析计算题 2.1Hz1MHz RC文氏电桥 100kHz~300MHz (2)延迟线 (3)触发 1.(1)电子开关 (4)扫描 LC 延迟线作用:补偿X通道中固有的时间延迟,是被测 3.电阻 电容 信号和扫描信号同时到达偏转板 4.电感 电容 扫描电路作用:在触发脉冲启动下,产生周期性线性 四、问答题 变化的锯齿波扫描电压信号 1.平衡式输出是为40mV 不平衡式输出是为20mV 时基阐门 2.(1)触发形成器 电压比较器 B:电压放大器 2.A:主振级 C:输出衰减器 (2)产生并输出锯齿波扫描电压至X放大器,同时也 D:功率放大器 将此电压送至电压比较器。 .257. 总复习方案·参考答案 (3)增辉 6mV 25ms (3)采用“交替”显示会产生相位误差。避免方法:采 3.(1)延迟级、触发电路、扫描电路、X放大器 用相位超前的信号作为固定的内触发源,或在频率较低 (2)①聚焦;②亮度;③电平(稳定度);④水平位移,垂直 的情况下采用“断续”显示。 位移:扫描时基因数;垂直衰减器开关或垂直微调 4.(1)见下图 四 放大器 Y后置 1-------------- -----------.-. x输入。 水平系统 外同步 触发整戒 扫描 触发输入 发生器 电路 放大器 ,电源 将进行 校准信号 电游 。_ -增辉电路 发生器 主机系统 延迟线 (2)Y衰减器 2.周期倍乘法(或多周期法) 400Hz 12.5ms 3.间门时间 (3)增辉电路 累加计数 4.8.00 士0.125% 第四章 电子计数器 5.1000Hz 6.自校 【变式训练】 四、分析计算题 计数值 1.结果 1.(1)“1”为显示电路“2”为门控电路 2.D 3.136.25.s 4.D (2)T=N.T.=20(ms) 【实战演练】 (3)被测信号先分频,这种方法称为多周期测量法。 其目的是提高分辨率,减小测量量化误差。 一、选择题 (4)士0.01% 士0.01% 1.B 2.B 3.D 4.C 5.C 6.B 7.B 8.A 9.C 10.A 2.(1)在空框中填的名称如图从上到下为:计数器 门控双稳 控制电路 晶体振荡器 二、判断题 (2)小于10000Hz时 1.x 2. 3.× 4.× 5.× 6.× 7. 8.× 三、填空题 1.晶振 3.(1) 显示电路 人追 被测信号的周期为:T。-NT。 (2) 逻辑控制 被测信号的频率为:f。一N/T. , 258.