专题十八 示波器测量信号波形（课件）-山东省对口升学《电气测量技术》（第2版）(高教社）专题复习讲练测

专题十八 示波器测量信号波形 《电气测量技术》（第2版） 高教社 专题复习讲练测 1 一.考纲解读 二.知识点梳理和重点概念复习 三.真题或常考题讲解 四.课内练习及讲评 五.内容归纳小结 CONTENTS 01 一.考纲解读 02 二.知识点梳理和重点概念复习 03 三.真题或常考题讲解 04 四.课内练习及讲评 05 五.内容归纳小结 目录 一、考纲解读 常见考点 1.示波器分为模拟与数字两类。模拟示波器通过电子枪发射电子束，经偏转系统控制在荧光屏扫描显示波形；数字示波器则将模拟信号采样、量化、编码后存储处理，再重建波形。 3.面板功能：垂直灵敏度（VOLTS/DIV）调节电压刻度，水平扫描速度（TIME/DIV）控制时间刻度，触发电平旋钮确保波形稳定显示。 4.电压测量：交流电压测峰峰值需读取波形最高点与最低点垂直格数 × 垂直灵敏度；直流电压用 DC 耦合，以零电平为基准读取刻度。 2.模拟结构解析：核心由示波管（含电子枪、偏转系统、荧光屏）、垂直通道（处理信号幅度）、水平通道（控制扫描）、触发电路（稳定波形）构成。 一、考纲解读 1.能够准确阐述示波器的分类（模拟示波器、数字示波器），并说明二者在工作原理、核心结构和功能特性上的本质区别。 1 2.熟练掌握模拟示波器的基本结构（示波管、垂直通道、水平通道等），理解电子枪、偏转系统、触发电路等关键部件的工作原理及其在波形显示中的作用。 2 3.精准识别模拟示波器前面板各旋钮（如垂直灵敏度旋钮、水平扫描速度旋钮、触发电平旋钮等）的功能，能根据测量需求正确调节参数。 3 考试要求： 易考题型： 选择题：能够清晰区分模拟示波器与数字示波器，准确说出两者在工作原理、核心组件及功能特性上的差异，如模拟示波器基于电子束扫描，数字示波器依赖数字化处理。 简答题：熟练掌握交流电压峰峰值、直流电压值的测量原理与方法，明确测量时耦合方式的选择，能够正确读取波形刻度并运用公式计算电压数值。 论述题：熟练掌握模拟示波器前面板各旋钮和按钮的功能，包括垂直灵敏度旋钮、水平扫描速度旋钮、触发电平旋钮等，能准确描述其对波形显示的调节作用。 一、考纲解读 知识点思维导图 二、知识点梳理和重点概念复习 二、知识点梳理和重点概念复习 一、识--认识示波器 要求 常见示波器如图 4-1-1 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 一、识--认识指针式万用表 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 4-1-1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。 (1)模拟示波器 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東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。 二、知识点梳理和重点概念复习 一、识--认识指针式万用表 (2)数字示波器 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。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 4-1-2 所示。数字示波器要改善带宽只需要提高前端的 AD 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 一、识--认识指针式万用表 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 4-1-3 所示,模拟示波器的组成及各部分的作用见表 4-1-1。 二、知识点梳理和重点概念复习 一、识--认识指针式万用表 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 4-1-4 所示。模拟示波器的工作原理如图 4-1-5 所示。 二、知识点梳理和重点概念复习 一、识--认识指针式万用表 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“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。 二、知识点梳理和重点概念复习 一、识--认识指针式万用表 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 4-1-6 所示。 二、知识点梳理和重点概念复习 一、识--认识指针式万用表 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 4-1-7 所示。 (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。 二、知识点梳理和重点概念复习 二、探--探究示波器测量信号波形参数的方法 利用示波器主要可以进行电压信号的测量。直接测量法就是直接从屏幕上测。量出被测电压波形的高度,然后换算成电压值。 特别注意:定量测量电压时,一般把灵敏度微调旋钮转至“校准”位置上,这样,就可以从垂直衰减选择旋钮的指示值和被测信号占取的Y轴坐标值直接计算出被测电压值,因此直接测量法又称为标尺法。 二、知识点梳理和重点概念复习 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 将输人耦合开关置于“AC”位置,显示出输人波形的交流成分。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(U。) 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 二、探--探究示波器测量信号波形参数的方法 假设测得信号波形如图 4-1-9 所示,且示波器的垂直衰减选择旋钮置于“1 V/Div挡,被测波形在 Y轴方向的格数为 6 Div,则该信号各项参数如下 电压峰-峰值为 电压最大值为 电压有效值为 如果测量时采用了 10:1 衰减的探头,则 二、知识点梳理和重点概念复习 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。 将输人耦合开关置于“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 ,被测电压即为垂直衰减选择旋钮挡位值与格数的乘积。 二、知识点梳理和重点概念复习 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,如图 4-1-10(a)所示。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 4-1-10(b)所示。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 4-1-10(c)所示。 二、知识点梳理和重点概念复习 二、探--探究示波器测量信号波形参数的方法 若测量图 4-1-10 所示波形参数,已知垂直衰减选择旋钮挡位值为1VDDiv,扫描时间选择旋钮挡位值为2 us/Div,则可得测量结果为 脉冲上升时间 0.5 Div2 s/Div=1.0 s 脉冲宽度 5.7 Div2s/Div=11.4 s 脉冲幅度 4.5 Div1 V/Div=4.5 V 二、知识点梳理和重点概念复习 二、探--探究示波器测量信号波形参数的方法 (2)周期的测量 若扫描时间选择旋钮挡位值为1 μs/Div,则图 4-1-11 所示正弦波的周期为 由此可计算出该波形的频率为 HZ 要点提示：测量时，要先将示波器的扫描时间可变控制旋钮转到“校准”位置，显示波形在水平方向分度所代表的时间才能按扫描时间选择旋钮的挡位值直接计算，从而准确地求出被测信号的时间参数。 二、知识点梳理和重点概念复习 二、探--探究示波器测量信号波形参数的方法 4.相位的测量 在通道1、通道2分别输人正弦波电压,设置为“交替”显示模式,使两个电压波形对称于水平中心轴,如图 4-1-12 所示,设相位差为 φ。 则 即 A 电压超前 B电压 90°。 二、知识点梳理和重点概念复习 三、做--使用示波器测量信号波形 使用模拟示波器测量信号波形的方法 校准信号输出 校准信号输入端输入峰-峰值为2V,频率 为1000 Hz的方波信号,用以检查信号的灵敏度。 探头校正 方波校准信号输人到通道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。 二、知识点梳理和重点概念复习 三、做--使用示波器测量信号波形 零刻度线校正 垂直通道选择通道1,通道1输人耦合开关置 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 三、做--使用示波器测量信号波形 测量交流信号 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 三、做--使用示波器测量信号波形 读正弦波幅值 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x垂直衰减挡位值4x0.5 V=2V,即正弦波峰-峰值为2V,正弦波峰值为1V。 二、知识点梳理和重点概念复习 三、做--使用示波器测量信号波形 读正弦波频率 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 x 扫描时间挡位值 =3.2x0.2 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 三、做--使用示波器测量信号波形 使用示波器的注意事项 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 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。 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。 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。 要点提示 题目 1： 若示波器显示的波形左右滚动，应调节（ ）使波形稳定 A. 垂直灵敏度旋钮 B. 水平扫描速度旋钮 C. 触发电平旋钮 D. 聚焦旋钮 答案：C 解析：波形左右滚动通常是触发设置不当，调节触发电平旋钮，可使信号在合适电平触发，从而稳定显示波形。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 2： 测量两同频信号相位差时，错误的操作是（ ） A. 将触发源设置为其中一个通道信号 B. 读取两波形过零点间的水平格数 C. 根据公式：相位差 =（过零点格数 / 周期总格数）×360° 计算 D. 调节垂直灵敏度改变相位差读数 答案：D 解析：垂直灵敏度调节只影响波形幅度，不改变相位差；测量相位差需设置合适触发源，读取过零点水平格数差并按公式计算。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 3： 测量高频信号时，应选择（ ）的探头 A. 带宽低于信号频率 B. 带宽等于信号频率 C. 带宽大于信号频率 D. 任意带宽 答案：C 解析：探头带宽必须大于信号频率，否则会导致信号高频成分衰减，造成波形失真，影响测量准确性。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 4： 示波器显示波形严重失真，不可能的原因是（ ） A. 输入信号幅度过大 B. 探头未接地 C. 垂直灵敏度设置过小 D. 触发方式选择正确 答案：D 解析：输入信号过大可能超量程失真，探头不接地会引入干扰，垂直灵敏度过小会压缩波形；触发方式正确有助于稳定显示，不会造成失真。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 5： 使用 10× 探头测量时，若垂直灵敏度为 5V/DIV，实际电压值应（ ） A. 测量值 ×10 B. 测量值 ÷10 C. 保持不变 D. 测量值 ×5 答案：A 解析：10× 探头的衰减比为 1:10，测量得到的电压值需乘以 10，才是实际电压值。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 6： 测量时间间隔时，若信号频率高，应（ ）水平扫描速度（TIME/DIV） A. 增大 B. 减小 C. 保持不变 D. 先增大后减小 答案：B 解析：高频信号周期短，减小 TIME/DIV 值，可使波形在水平方向展宽，便于准确测量时间间隔。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 7： 双通道示波器同时测量两个信号，触发源应（ ） A. 必须选通道 1 B. 必须选通道 2 C. 任选一个通道或外部触发，确保波形稳定 D. 两个通道都选为触发源 答案：C 解析：触发源可选择其中一个通道信号或外部触发，关键是保证两个通道的信号能同步触发，稳定显示。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 8： 模拟示波器的水平通道不包含（ ） A. 扫描发生器 B. 触发电路 C. 垂直放大器 D. 时基电路 答案：C 解析：垂直放大器属于垂直通道，用于处理信号幅度；水平通道包含扫描发生器、触发电路和时基电路，控制波形的水平扫描。 选择题 三、常考习题练习与讲解 1.若示波器波形左右滚动，需调节______旋钮使波形稳定，该旋钮用于设置触发信号的电平。 答案：触发电平 解析：触发电平设置不当会导致波形无法同步，调节该旋钮可使信号在合适电平触发显示。 2.当示波器显示的波形严重失真，可能原因包括探头衰减比设置错误、______不良导致干扰或触发设置异常等。 答案：接地 解析：接地不良会引入电磁干扰，导致波形畸变，需检查探头接地夹连接情况。 填空题 三、常考习题练习与讲解 3.数字示波器的优势在于具备______功能，可保存波形用于后续分析。 答案：存储 解析：存储功能是数字示波器区别于模拟示波器的重要特性，支持波形回放和数据处理。 4.测量时间间隔时，若信号频率高、时间间隔小，应______（填“增大”或“减小”）水平扫描速度（TIME/DIV值）。 答案：减小 解析：减小TIME/DIV值可展宽波形，使高频信号的时间间隔测量更精确。 填空题 三、常考习题练习与讲解 1.若示波器波形左右滚动，调节垂直灵敏度旋钮可使波形稳定。（ ） 答案：错误 解析：波形滚动通常是触发设置不当导致，需调节触发电平或触发方式，而非垂直灵敏度旋钮。 2. 数字示波器相比模拟示波器，优势在于能够自动测量信号参数并存储波形。（ ） 答案：正确 解析：数字示波器具备自动测量功能（如频率、幅值）和存储功能，可对波形进行分析和回放，而模拟示波器不具备此类数字化特性。 判断题 三、常考习题练习与讲解 3.测量时间间隔时，信号频率越高，水平扫描速度（TIME/DIV值）应设置得越大。（ ） 答案：错误 解析：高频信号周期短，需减小TIME/DIV值（如从1ms/DIV调整为1μs/DIV），以展宽波形便于精确测量时间间隔。 4.示波器接地不良不会影响测量结果，仅可能产生轻微干扰。（ ） 答案：错误 解析：接地不良会引入严重电磁干扰，导致波形畸变甚至无法测量，必须确保探头接地夹可靠连接。 判断题 三、常考习题练习与讲解 三、常考习题练习与讲解 1.简述使用示波器测量直流电压的步骤。 答案：①将耦合方式设置为直流（DC）耦合；②调节垂直灵敏度旋钮使波形稳定显示；③将波形底部对齐某一水平刻度线作为参考零电平；④读取波形顶部到参考零电平的垂直格数，乘以垂直灵敏度得到直流电压值。 简答题 三、常考习题练习与讲解 2.在示波器上如何测量信号的周期？ 答案：①调节水平扫描速度旋钮，使波形在屏幕上完整显示1 - 2个周期；②读取一个完整周期在水平方向所占的格数；③用格数乘以水平扫描速度（TIME/DIV值），所得结果即为信号周期。 简答题 三、常考习题练习与讲解 3.若要测量两个同频信号的相位差，示波器应如何操作？ 答案：①将两个信号分别接入示波器的两个通道；②设置触发源为其中一个通道信号；③调节水平扫描速度使波形完整显示；④读取两波形过零点间的水平格数和一个周期的水平总格数；⑤相位差=（两波形过零点水平格数/一个周期水平总格数）×360°。 简答题 三、常考习题练习与讲解 4.测量时间间隔时，示波器的水平扫描速度旋钮应如何调节？ 答案：应根据信号的频率和需测量的时间间隔大小调节。频率高、时间间隔小，应减小水平扫描速度（TIME/DIV值调小），使波形在水平方向展宽；频率低、时间间隔大，则增大水平扫描速度（TIME/DIV值调大），保证波形在屏幕内完整显示。 简答题 重点复习知识点： 1.时间参数测量：周期 = 水平格数 × 水平扫描速度，频率为周期倒数；时间间隔测量同理，依水平刻度换算。 2.相位测量：双踪显示两同频信号，读取过零点水平格数差，按（差值 / 周期总格数）×360° 计算相位差，需设置合适触发源。 3.测量流程：连接信号源与探头→设置垂直 / 水平参数→调节触发条件→稳定波形后读取参数，注意探头衰减比。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 五、课堂小结 感谢观看 $$