（sima分享）示波器原理

(sima) · 发表于 2013-10-11 10:20:59

示波器

同。
具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化，即波形。

示波器

电压表可以给出祥测信号的数值，这通常是有效值即
值。但是电压表不能给出有关信号形状的
的历史情况。

2.

CRT
子枪。电子枪向屏幕发射电子。电子枪发射的电子经聚焦形成电子束，并打在屏幕中心的一点上。屏幕的

系统由水平（
）偏转板和垂直（
）偏转板组成。这种偏转方式称为静电偏转。

在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络，称为标尺。标尺通常在垂
8
水平方向有
个，
1cm
有的标尺线又进一步分成小格，
0
100
的特别线。
10
90
我们后面会讨论这个

CRT
间内还会继续发光。这个时间称为余辉时间。余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化。最常用的荧光物
P
，
(ms).
P
的余辉时间则较长，
300ms
这对于观察较慢的信
P
材料发射绿光，而
7

Y
X
绘出输入信号的波形。这样扫出的信号波形称为波形轨迹。

影响屏幕的控制机构有：
—辉度

辉度控制用来调切波形显示的亮度。本书中用作示例的示波器所采用的电路能够根据不同的扫描速度
轨迹。相反，当电子束移动缓慢时，屏幕上的光点变得很亮，因此必须减小辉度以免荧光物质被烧坏。从

例的示波器上，聚集也是由示波器自己进行最佳控制的，从而能在不同的辉度和不同的扫描下保持清晰的

X
波管显示的扫描线。扫迹旋转功能就用来对此进行补偿。扫描旋转功能是预先调好的，通常只需在示波器

Z

用
－
显示方式来寻找频率关系的应用中是十分有用的。

此信号输入端通常是示波器后面板上的一个
插座。
1
2

是所有示波器的基础。现在我们已经对它有所了解。下面我们就看一看示波管是怎样作为示波器

的强度可以用电气的办法来加以控制。

在上术基础上，再增添下面叙述的电路就可以构成一个完整的示波器

示波管的垂直偏转系统包括：

—输入衰减器（每通道一个）

—前置放大器（每通道一个）

—用来选择使用哪一个输入通道的电子开关

—偏转放大器

示波器的水平偏转系统包括：时基、触发电路和水平偏转放大器

辉度控制电路用电子学的方法在恰当的时刻点亮和熄灭扫迹。

为使所有这些电路工作，示波器需要有一个电源。此电源从交流市电或者从机内或外部的电池获取能
细地考察这一部分。
1
3

毫伏到几十伏的信号。因此必须把不同幅度的信号进行变换以适应屏幕的显示范围，这样就可以按照标尺
就是为此而设置的。

灵敏度是以每格的伏特数来衡量的看一下可以知道其灵敏度设置为
格。因此，峰峰值为
的信号
6
知道了示波器的灵敏度设置值和电子束在垂直方向扫描的格数，

灵敏度控制都是按
－
－
的序列步进变化的。
设置颠倒为
格、
格、
、
格等等。灵敏度通常是用幅度上升
下降钮来进行控制的，而在有些示波器则是用

（
）控制。在第
章我们将会看到，使用标尺刻度来进行信号上升时间的测量就是一个很好的例子。可
1
2
5
不知道的。我们只知道这时示波器的灵敏度是在
－
－
序列的两个步进值之间的某个值。这时我们称该
Y
"uncal"

此示波器的灵敏度可以在最小值和最大值之间连续变化，而始终保持处于校准状态。

在老式的示波器上，通道灵敏度的设置值是从灵敏度控制旋钮周围的刻度上读出的。而在新型的示波
3
CD

1v/
6v
6

BNC
耦合控制可以有两种设置方式，即
耦合和
耦合。

DC
因此信号提供直接的连接通路。
（
和：
）都会影响示波器的波形显示。

AC
BDC
DC
AC
示波器的低频截止频率就是示波器显示的信号幅度仅为其直实幅度为
％时
10Hz
AC
DC
50
输入阻抗功能选择的简化输入电路

和耦合控制机构有关的另一个功能是输入接地功能。这时，输入信号和衰减器断开并将衰减器输入端
当选择接地时，
0V
这时可以使用位置控制

1M
和大约
相关联。这足以满足多数应用场合的要求，因为它对多数

50
输出阻搞的源。
必须对这些信号进行正
50
特性阻抗的电缆并用
Ω
PM3094
PM3394A
50
的负载，提供一种用户可选择的功能。为避免误操作，选择此功能时需经
50
输入阻抗功能不能和某些探头配合使用。
位置

垂直位置控制或
控制机构控制扫迹在屏幕
轴的位置。在输入耦合控制中选择接地，这时就将输
户能连续地获得波形的参考电平。
动态范围

动态范围就是示波器能够不失真地显示信号的最大幅值，在此信号幅值下只要调节示波器的垂直位置
Fluke
24
3

然百，
再将二者相加，
这对于消除共模干扰
，

望的信号相减。
交替和断续

示波器
本身一次只能显示一条扫迹。
在很多示波器应用中，
例如，
/
或者一个系统对信号的延迟等。
信号。

为了达到这一目的，可以用两种办法来控制电子束：

1.
ALT

可以在两条扫迹之间迅速的进行开关或斩波切换，
这称为断续模式或
模式。其结果是在一次扫描的时间里一段接一段的画出两条扫迹。

断续模式适合于在低时基速率下显示低频率信号，因为这时斩波器开关能快速进行切换。

交替模式适合于需要使用较快时基设置的高频率信号的显示。本书中我们用作示例的示波器在不同的

ALT
CHOP
ALT
CHOP
合特殊信号的需求。
带宽

示波器最生根的技术指标就是带宽。示波器的带宽表明了该示波器垂直系统的频率响应。示波器的带
3dB

3dB
71
时的信号频率，如下式所示：设：

dB(
)
20log(
)

3Db=20log(Vdisp/Vinput)

0.15
log(Vdisp/Vinput)

-0.15

Vdisp=0.7Vinput

100MHz

100MHz

通常把带宽想象成为叔响曲线一直平坦延伸至其截止频率，
20dB/+
在其截止频率达到－
。图
中中同时给出了简化的频率响应曲线和实际的频率响应曲线。
[size=123px]带宽限制器

使用带宽限制器可以把通常带宽在
以上的宽带示波器的频带减小到
的典型值。
低了噪声电平和干扰，这对于进行高灵敏度的测量是非常有用的。
上升时间

上升时间直接和带宽有关。上升时间通常规定为信号从其稳态最大值的
％到
％所用的时间。

上升时间是一个示波器从理论上来说能够显示的最快的瞬变的时间。示波器的高频响应曲线是经过认
快，则在信号的快速上升沿上就会发生振铃现象。如果频响曲线下降太慢，即在频响曲线上下降开始得过

时间的简单关系公式。此公式为：

tr(s)=0.35/BW(Hz)

对于一个
的示波器来说，上升时间为
（
纳秒
－
秒）

在示波器的标尺上刻有标明
％和
％的专门的线，用来进行上升时间的测量。测量时我们先用
灵敏度控制机构将被测认号的顶部和底部分别和标有
％和
％的线对齐。

然后找出信号和标尺上标有
％和
％的两条线的交点。
上升时间就可以从这两个交点沿
轴

该示波器的上升时间短得多。为获得
％的测量误差，测试信号的上升时间至少应小于示波器上升时间的