普通示波器及數(shù)字示波器基礎(chǔ)知識(shí)

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1、示波器基礎(chǔ)知識(shí)1．1說明和功能我們可以把示波器簡(jiǎn)單地看成是具有圖形顯示的電壓表。普通的電壓表是在其度盤上移動(dòng)的指針或者數(shù)字顯示來給出信號(hào)電壓的測(cè)量讀數(shù)。而示波器則與共不同。示波器具有屏幕，它能在屏幕上以圖形的方式顯示信號(hào)電壓隨時(shí)間的變化，即波形。示波器和電壓表之間的主要區(qū)別是：1.電壓表可以給出祥測(cè)信號(hào)的數(shù)值，這通常是有效值即RMS值。但是電壓表不能給出有關(guān)信號(hào)形狀的信息。有的電壓表也能測(cè)量信號(hào)的峰值電壓和頻率。然而，示波器則能以圖形的方式顯示信號(hào)隨時(shí)間變化的歷史情況。2.電壓表通常只能對(duì)一個(gè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，而示波器則能同時(shí)顯示兩個(gè)

2、或多個(gè)信號(hào)。顯示系統(tǒng)示波器的顯示器件是陰極射線管，縮寫為CRT，見圖1。陰極射線管的基礎(chǔ)是一個(gè)能產(chǎn)生電子的系統(tǒng)，稱為電子槍。電子槍向屏幕發(fā)射電子。電子槍發(fā)射的電子經(jīng)聚焦形成電子束，并打在屏幕中心的一點(diǎn)上。屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物質(zhì)，這樣電子束打中的點(diǎn)就發(fā)出光來。圖1陰極射線管圖電子在從電子槍到屏幕的途中要經(jīng)過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。在偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)上施加電壓就可以使光點(diǎn)在屏幕上移動(dòng)。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由水平（X）偏轉(zhuǎn)板和垂直（Y）偏轉(zhuǎn)板組成。這種偏轉(zhuǎn)方式稱為靜電偏轉(zhuǎn)。在屏幕的內(nèi)表面用刻劃或腐蝕的方法作出許多水平和垂直的直線形成網(wǎng)絡(luò)，稱為標(biāo)尺。標(biāo)尺通常在垂直方向有

3、8個(gè)，水平方向有10個(gè)，每個(gè)格為1cm。有的標(biāo)尺線又進(jìn)一步分成小格，并且還有標(biāo)明0％和100％的特別線。這些特別的線和標(biāo)明10％和90％的標(biāo)尺配合使用以進(jìn)行上升時(shí)間的測(cè)量。我們后面會(huì)討論這個(gè)問題。如上所述，受到電子轟擊后，CRT上的熒光物質(zhì)就會(huì)發(fā)光。當(dāng)電子束移開后，熒光物質(zhì)在一個(gè)短的時(shí)間內(nèi)還會(huì)繼續(xù)發(fā)光。這個(gè)時(shí)間稱為余輝時(shí)間。余輝時(shí)間的長(zhǎng)短隨熒光物質(zhì)的不同而變化。最常用的熒光物質(zhì)是P31，其余輝時(shí)間小于一毫秒(ms).而熒光物質(zhì)P7的余輝時(shí)間則較長(zhǎng)，約為300ms，這對(duì)于觀察較慢的信號(hào)非常有用。P31材料發(fā)射綠光，而P7材料發(fā)光的顏

4、色為黃綠色。將輸入信號(hào)加到Y(jié)軸偏轉(zhuǎn)板上，而示波器自己使電子束沿X軸方向掃描。這樣就使得光點(diǎn)在屏幕上描繪出輸入信號(hào)的波形。這樣掃出的信號(hào)波形稱為波形軌跡。影響屏幕的控制機(jī)構(gòu)有：—輝度輝度控制用來調(diào)切波形顯示的亮度。本書中用作示例的示波器所采用的電路能夠根據(jù)不同的掃描速度自動(dòng)調(diào)切輝度。當(dāng)電子束移動(dòng)得比較快時(shí)，熒光物質(zhì)受到激勵(lì)的時(shí)間就變短，因此必須增加輝度才能看清軌跡。相反，當(dāng)電子束移動(dòng)緩慢時(shí)，屏幕上的光點(diǎn)變得很亮，因此必須減小輝度以免熒光物質(zhì)被燒壞。從而延長(zhǎng)示波管的壽命。對(duì)于屏幕上的文字部分，另有單獨(dú)的輝度控制機(jī)構(gòu)?！劢咕劢箍刂茩C(jī)構(gòu)

5、用來控制屏幕上光點(diǎn)的大小，以便獲得清晰的波形軌跡。有些示波器，例如本書用作示例的示波器上，聚集也是由示波器自己進(jìn)行最佳控制的，從而能在不同的輝度和不同的掃描下保持清晰的波形軌跡。另外也提供手動(dòng)調(diào)節(jié)的聚集控制?！獟呙栊D(zhuǎn)這個(gè)控制機(jī)構(gòu)使X軸掃描線和水平標(biāo)尺線對(duì)齊。由于地球的磁場(chǎng)在各個(gè)地方是不同的，這將會(huì)影響示波管顯示的掃描線。掃跡旋轉(zhuǎn)功能就用來對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償。掃描旋轉(zhuǎn)功能是預(yù)先調(diào)好的，通常只需在示波器搬動(dòng)后再行調(diào)節(jié)?！獦?biāo)尺照明標(biāo)尺亮度可以單獨(dú)控制。這對(duì)于屏幕攝影或在弱光線條件下工作時(shí)非常有用?！猌調(diào)制掃描的輝度可以用電氣的方法通過一個(gè)外

6、加的信號(hào)來改變。這對(duì)于由外部信號(hào)來產(chǎn)生水平偏轉(zhuǎn)以及使用X－Y顯示方式來尋找頻率關(guān)系的應(yīng)用中是十分有用的。此信號(hào)輸入端通常是示波器后面板上的一個(gè)BNC插座。1．2模擬示波器方框圖CRT是所有示波器的基礎(chǔ)。現(xiàn)在我們已經(jīng)對(duì)它有所了解。下面我們就看一看示波管是怎樣作為示波器的心臟來起作用的。我們已經(jīng)看到，示波器有兩個(gè)垂直偏轉(zhuǎn)板，兩個(gè)水平偏轉(zhuǎn)板和一個(gè)電子槍。從電子槍發(fā)射出的電子束的強(qiáng)度可以用電氣的辦法來加以控制。在上術(shù)基礎(chǔ)上，再增添下面敘述的電路就可以構(gòu)成一個(gè)完整的示波器（見圖2）圖2模擬示波器方框圖示波管的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括：—輸入衰減器（

7、每通道一個(gè)）—前置放大器（每通道一個(gè)）—用來選擇使用哪一個(gè)輸入通道的電子開關(guān)—偏轉(zhuǎn)放大器示波器的水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括：時(shí)基、觸發(fā)電路和水平偏轉(zhuǎn)放大器輝度控制電路用電子學(xué)的方法在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻點(diǎn)亮和熄滅掃跡。為使所有這些電路工作，示波器需要有一個(gè)電源。此電源從交流市電或者從機(jī)內(nèi)或外部的電池獲取能量，使示波器工作。任何示波器的基本性能都是由它的垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特性來決定的，所以我們首先來詳細(xì)地考察這一部分。1．3垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度垂直偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行比例變換，使之能在屏幕上表現(xiàn)出來。示波器可以顯示峰峰值電壓為幾毫伏到幾十伏的信號(hào)。因此必須把不

8、同幅度的信號(hào)進(jìn)行變換以適應(yīng)屏幕的顯示范圍，這樣就可以按照標(biāo)尺刻度對(duì)波形進(jìn)行測(cè)量。為此就要求對(duì)大信號(hào)進(jìn)行衰減、對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大。示波器的靈敏度或衰減器控制就是為此而設(shè)置的。靈敏度是以每格的伏特?cái)?shù)來衡量的看一下圖3可以知道其靈敏度設(shè)置為1V/格。因此，