第6章示波器-电子测量
电子测量与仪器课后习题解答
参考答案第一章习题解答1.1 解：测量是人类认识和改造世界的一种重要手段。
测量是通过实验方法对客观事物取得定量数据的过程。
其实测量和我们每个人都有着密切的联系，人们或多或少都对它有一定的了解。
关于测量的科学定义，可以从狭义和广义两个方面进行阐述。
狭义而言，测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。
在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。
广义而言，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。
例如，故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏勘探、地震源测定、卫星定位等。
电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。
它是测量学和电子学互相结合的产物；也是在科学研究、生产和控制中，人们为了对被测对象所包含的信息进行定性分析、定量掌握所采取的一系列电子技术措施；是分析事物，做出有关判断和决策的依据。
在电子测量过程中，以电子技术理论为依据，以电子测量仪器为手段，对各种电量、电信号、电路特性和元器件参数进行测量，还可以通过传感器对各种非电量进行测量。
严格地讲，电子测量是指利用电子技术对电子学中有关物理量所进行的测量。
1.2 解：电子测量的范围十分广泛，从狭义上来看，对电子学中电的量值的测量是最基本、最直接的电子测量，其内容有以下几个方面：(1)电能量的测量，如测量电流、电压、功率等。
(2)电子元件和电路参数的测量，如测量电阻、电容、电感、品质因数及电子器件的其他参数等。
(3)电信号的特性和质量的测量，如测量信号的波形、频谱、调制度、失真度、信噪比等。
(4)基本电子电路特性的测量，如测量滤波器的截止频率和衰减特性等。
(5)特性曲线的测量，如测量放大器幅频特性曲线与相频特性曲线等。
1.3 解：精密度(δ)说明仪表指示值的分散性，表示在同一测量条件下对同一被测量进行多次测量时，得到的测量结果的分散程度。
电子信号的观察与测量
电子信号的观察与测量在电子学中，电子信号是指电子设备中传输和处理信息的电流、电压或电场强度的变化。
电子信号可以分为模拟信号和数字信号两种类型。
模拟信号是连续变化的信号，可以表示为连续的波形，例如声音、光线的强度等。
数字信号是离散的信号，只能取有限个特定的离散值，例如计算机中的二进制信号。
观察和测量电子信号的主要工具包括示波器、频谱分析仪、信号发生器等。
下面将详细介绍这些工具和观察测量电子信号的方法。
示波器是用来观察和测量电子信号波形的仪器。
它将电子信号转换成可见的波形图像，以便人们观察和分析。
示波器的工作原理是通过控制电子束在屏幕上绘制出信号的波形。
示波器可以显示信号的振幅、频率、相位、周期、上升时间、下降时间等参数。
示波器的使用可以帮助我们观察到电子信号的不稳定性、干扰、噪声等问题。
频谱分析仪是用来测量电子信号频谱特性的仪器。
它可以将一个复杂的信号分解成不同频率的成分，并显示在频谱图上。
频谱分析仪可以帮助我们观察到信号的频谱分布、频率分量、谐波、杂散等特性。
频谱分析仪在研究和设计通信系统、音频系统、无线电等领域中广泛应用。
信号发生器是用来产生特定频率、振幅、波形和模式的电子信号的仪器。
它可以模拟不同类型的信号，例如正弦信号、方波信号、脉冲信号等。
信号发生器可以帮助我们生成标准的测试信号，用于测试和校准其他电子设备和电路。
在观察和测量电子信号时首先，选择合适的测量设备和工具。
根据所要测量的信号类型和参数，选择适合的示波器、频谱分析仪、信号发生器等设备。
同时，需要根据测量范围、精度、带宽和采样率等要求进行选择。
其次，进行准确的测量配置。
在测量过程中，需要正确连接电路和设备，并设置合适的测量参数。
例如，选择合适的电压和时间刻度、触发方式和触发电平等。
最后，对测量结果进行分析和评估。
观察和测量到的信号波形、频谱图等结果需要进行分析和评估，以便了解信号的特性、性能和问题。
总之，电子信号的观察与测量在电子学领域中起着关键作用。
示波器测量原理
示波器测量原理
示波器是一种用于测量电压信号波形的仪器。
它的工作原理基于振动的物理原理。
示波器的基本构成包括垂直放大器、水平放大器、扫描系统、触发器和显示系统。
垂直放大器负责对输入的电压信号进行放大，使其能够在显示系统上显示出来。
水平放大器负责对时间轴进行放大，以便观察波形的快慢变化。
扫描系统负责水平方向上的扫描，使波形能够在显示屏上连续显示出来。
触发器用于控制波形的稳定显示，确保波形具有连续性和稳定性。
当电压信号输入示波器后，垂直放大器对其进行放大，然后通过水平放大器进行时间轴的放大，得到一个具有一定幅度的电压波形。
扫描系统以一定的速率扫描时间轴，将得到的电压波形转化为屏幕上的图形。
同时，触发器通过检测电压信号的特定条件，如上升沿或下降沿，来控制波形的显示方式，以保证波形的稳定显示。
在示波器的显示系统上，通过操作旋钮和按钮，用户可以调整垂直放大倍数、水平放大倍数、扫描速率等参数，以获得所需的波形显示效果。
此外，示波器还具有一些附加功能，如触发电平调节、电压测量等。
总体来说，示波器测量原理就是通过放大、扫描和触发等操作，将输入的电压信号转化为屏幕上的波形图形，以便用户观察和
分析电压信号的特性。
它在电子工程、通信技术等领域中具有广泛的应用。
电子学中重要的测量仪器-电子示波器的简介
在屏幕上 出现一个不动 的亮点， 避免该点因荧光粉 过热而逐渐 了高增益 放大器 ， 灵敏度一般可达 毫伏甚至微伏 量级 ， 且过 载
失去发光性能 ， 影响示波管的使用寿命。 以必要 的辅助电路组成 。 成正比的水平位 移， 即形成所谓 时间基线 ， 以便把 随时间变化 能力也强 。 （ ５ ） 多功能。 配以一定 的辅助电路或变 换器 ， 可以测量 示波器 的应用极为广泛 ， 它不但能观察 电压和 电流波形 ， （ 或相位差 ） 、 功率 、 阻抗以及 已调波的参数等等 。 此 外， 配 以 （ ２ ） 扫描系统 ： 通常是 由一个锯齿波 电压发生器为主体再辅 各 种 电量 或 非 电量 。
发 生偏转 ， 当电子束 到达 荧光 屏时将形 成一个 偏离 中心的亮 示波器等 五类 。 示波器在测 量中应 用极为广泛 ，由于 电子 的惯 点， 其偏离大小和方向受二块偏转板间的电位 差控制 。 性很小， 光斑在荧光屏上的运 动能准确地反映极板 上电压 的微 ３ ）荧光 屏： 它 是在玻壳 圆平面 的内层涂 有荧光 粉而制成 小的或迅 速的变化 ， 这对于研 究各种电信号电压 的变化情况是 的。 由于采 用荧光粉材料 不同， 产生 的荧光颜 色和余辉 时间也 很方便的。 它几乎可 以测 量所有 的电参 量， 而且可 以通 过适 当 就不 同， 一般示 波管 都选用人眼最敏感 的黄、 绿、 蓝三色 。 所谓 的变 换 器 测 量 各 种 非 电量 。 余辉 时 问， 就是指 电子束停止轰击后 ， 光点在荧光屏上 的残 留 正因为电子示波器具有下述 的几大优点 ， 因而使得它获得 时间。 根据 残留时间的长短 ， 可分为长余辉 （ ｉ ０ ０ 毫秒～１ 秒） 、 中 了极 为广泛的应用。 （ １ ） 能直 观地显示被测量 的信号波形 ， 现代 余辉 （ １ ０ 毫秒～１ ０ ０ 毫秒） 和短余辉 （ ｉ ０ 微 秒～１ ０ 毫秒） 三种。 通常 的示波器 甚至 可以用数字显示出被测信号波形的各种参 数。 （ ２ ） 绿色 大都为中余 辉管， 宜于肉眼观察。 蓝色大都为短余辉 管， 宜 工作频带宽。由于电子的荷质 比很大， 所 以电子束的惯性小， 速
第六章信号显示与测量
TEK DPO4104
开发的DPO样机
示波器最新产品
泰克—混合域示波器（MDO4000系列）
MDO4000系列混合域示波器是由美国泰克公司2011年9月推 出的世界首创也是唯一的集数字荧光示波器、频谱分析仪 、逻辑分析仪、总线协议分析仪、调制域分析仪五种仪器 功能于一身的跨域分析示波器。
数字示波器测出的上升时间与取样点的位臵 有关（见图6-22）
数字示波器测出的上升时间与扫速也有关（见表6-5）。 因数字示波器的实际取样率随扫速下降而下降，因此 测上升沿的误差也随扫速下降而增加。表6-5为TDS520B数 字示波器在改变时基因数时测量某波形的上升时间值。
由表可见，不同时基因数时测得的上升时间值相差甚 远，因此，使用数字示波器时不能根据测出的波形上升时间 的值来反推信号的上升时间。
垂直输入电路包括输入衰减器、前臵放大器，对各种幅度 的被测信号进行衰减或放大。 垂直末级放大器对信号进一步放大，以满足Y偏转板的要求。 触发电路产生触发脉冲启动时基发生器工作。
时基发生器是扫描电路的核心，由它产生扫描电压。
水平末级放大器对扫描电压进行放大，以满足X偏转板的要 求。
Z电路控制荧光屏显示的亮暗程度
延迟级是为了能在屏幕上观测到被测信号的起始部分，因 为水平通道的延迟时间比垂直通道的延迟时间要长，所以要 在Y通道加一延迟级以推迟被测信号到达Y偏转板的时间。 图6-3(b)为电路各点的波形。
模拟示波器的主要技术指标:
(1)Y通道的带宽和上升时间 高端 Y通道的 频率 带宽
BW f h f l
1998年，TEK公司推出了数字荧光示波器（DPO）
3.示波器的分类
(1)通用示波器
模拟示波器 数字示波器 数字存储示波器-DSO, 数字荧光示波器-DPO 取样示波器 采用取样技术将高频周期信号转化为低频信号. (2)特种示波器
实验电子示波器的原理和使用实验
实验电子示波器的原理和使用实验实验电子示波器的原理和使用实验示波器是一种综合性的电信号测试仪器，它能把眼睛看不见的电信号转换成能直接观察的波形，展现于显示屏上。
示波器实际上是一种时域测量仪器，用来观察信号随时间的变化关系，可用来测量电信号波形的形状、幅度、频率和相位等。
凡是能转化为电信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观察。
示波器种类很多，有通用示波器、多踪示波器、数字示波器等。
用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差，数字示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。
因此学习使用示波器在物理实验中具有非常重要的地位。
本实验以电子示波器为例介绍示波器的原理和使用。
【实验目的】1.了解示波器的工作原理，熟悉示波器和信号发生器的基本使用方法。
2.学会用示波器观察电信号的波形。
3.通过观察利萨如图形，学会一种测量正弦波信号频率的方法，并加深对互相垂直振动合成理论的理解。
4.研究用辉度调制法测定频率的方法。
【实验原理】不论何种型号和规格的示波器都包括了如图1所示的几个基本组成部分:示波管(又YX称阴极射线管)、垂直放大电路(放大)、水平放大电路(放大)、扫描信号发生电路(锯齿波发生器)、自检标准信号发生电路(自检信号)、触发同步电路、电源等。
图1 示波器的基本结构简图1.示波管的工作原理X一、电子示波管:如图2所示，它是个喇叭状的大电子管，管内包含有电子枪、和Y轴偏转板、荧光屏等三部分。
电子枪发射电子束射到荧光屏上，使荧光屏上的荧光物质膜受激发光，显示一个光点，光点的亮度依电子流的速度和密度而变化，受电子枪控制器控制。
在电子束的通道旁装有两对相互垂直的平行板，当它们加有电压时，每对平行板之间就有相应的电场，使电子流受电场力作用而偏转，其中一对能使电子束沿水平方向偏转，称为轴偏转板;另一对平行板能使电子束沿竖直方向偏转，称为轴偏转板。
电子束XY偏转大小(荧光屏上光点移动大小)和偏转板电压大小成正比;当两对偏转板上所加的是随时间变化的电压时，电子束将同时按两种电压变化规律偏转，荧光屏上的光点相应地形成两种运动迭加的图像，这就是示波管的原理。
第6章时域测量
第6章 时域测量
2．通用示波器旳选用原则
上升时间tx=0
BW=100MHz
tr
0.35 BW
tr=0.35/100=3.5ns tx=10ns
屏幕上看到旳上升时间trx为 trx tx2 tr2
则被测信号旳上升时间
tx tr2x tr2
第6章 时域测量
trx trx tr
第6章 时域测量
6．3．2 显示两个变量之间旳关系
第6章 时域测量
图6．11 用示波器显示射极输出器旳跟随特征
第6章 时域测量
6. 6.4
4.
1 通 用 示 波 器 旳 构 成
通用电子示波器
第6章 时域测量
❖ 6．4．2 示波器旳Y(垂直)通道 ❖ 垂直通道旳任务是检测被观察旳信号，并将
它无失真或失真很小地传播到示波管旳垂直 偏转极板Y上。同步，为了与水平偏转系统配 合工作，要将被测信号进行一定旳延迟。为 了完毕上述任务，垂直偏转系统由探头、输 入衰减器、Y前置放大器、延迟线和Y输出放 大器构成。
第6章 时域测量
第6章 时域测量
❖ 6.1 时域测量引论 ❖ 6.2 示 波 管 ❖ 6.3 波形显示原理 ❖ 6.4 通用电子示波器 ❖ 6.5 取样技术在示波器中旳应用 ❖ 6.6 数字示波器
第6章 时域测量
6.1 时域测量引论
6.1.1电子示波器旳功用 ❖ 电子示波器简称示波器。它是
一种用荧光屏显示电量随时间变化 过程旳电子测量仪器。它能把人旳肉眼无法直接观察 旳电信号，转换成人眼能够看到旳波形，详细显示在 示波屏幕上，以便对电信号进行定性和定量观察，其 他非电物理量亦可经转换成为电量使用示波器进行观 察，示波器是一种广泛应用旳电子测量仪器，它普遍 地应用于国防、科研、学校以及工、农、商业等各个 领域。
电子测量复习提纲
《电子测量技术》复习提纲试卷类型：一、填空题：30%;二、单项选择题：10％；三、判断题：10％；四、问答题：25%;五、计算题：25％。
复习要求：第一章：1、掌握电子测量的特点和一般方法（偏差、零位、微差）。
特点：（1）测量频率范围宽（2）测量量程宽（3）测量准确度高低相差悬殊(4）测量速度快（5）可以进行遥测（6）易于实现测试智能化和测试自动化（7）影响因素众多,误差处理复杂一般方法：直接、间接、组合.时域、频域、数据域、随机。
2、掌握测量仪表的主要性能指标和计量的基本概念.性能指标：（1）精度：精密度、正确度、准确度(2）稳定性：稳定度、影响量（3）输入阻抗（4）灵敏度（5）线性度（6）动态特性计量的基本概念：计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量.单位制:任何测量都要有一个统一的体现计量单位的量作为标准，这样的量称为计量标准。
计量基准:1、主基准2、副基准3、工作基准例题：1。
7 设某待测量的真值为土10．00，用不同的方法和仪器得到下列三组测量数据。
试用精密度、正确度和准确度说明三组测量结果的特点：①10.10，l0。
07,10.l2，l0。
06,l0。
07，l0.12,10.11，10。
08，l0。
09，10。
11；②9。
59，9.7l，1 0。
68，l0.42,10。
33，9.60,9.80，l0.21，9.98，l0.38; ③10.05，l0.04，9。
98，9。
99,l0.00，10.02，10.0l，999，9。
97,9。
99。
答:①精密欠正确；②准确度低；③准确度高。
1.15 解释名词:①计量基准；②主基准；③副基准;④工作基准. 答：①用当代最先进的科学技术和工艺水平，以最高的准确度和稳定性建立起来的专门用以规定、保持和复现物理量计量单位的特殊量具或仪器装置等。
②主基准也称作原始基准，是用来复现和保存计量单位,具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具，经国家鉴定批准，作为统一全国计量单位量值的最高依据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
F
频域
调制域
Uቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
时域
T
图6.1 调频波频谱图
6.1.1 示波器的功用
1. 示波器是一种基本的、应用最广泛的时域测量仪器。 2. 是一种全息仪器。示波器能让人们观察到信号波形的全貌， 能测量信号的幅度、频率、周期等基本参量，能测量脉冲信 号的脉宽、占空比、上升（下降）时间、上冲、振铃等参数， 还能测量两个信号的时间和相位关系。这些功能是其它电子 仪器难以胜任的。
背光灯源
图6. 6 液晶显示器的一个像素结构原理图
LCD平板显示器是矩阵式结构 ，每一个交叉点就是一个像素
行（X）驱动信号由扫描电路产生；列（Y）驱动信号则是将要显示的 信号经过数字化以后写入数据存储器，而后再读出用于显示。
图6.7 液晶平板显示器的结构示意图
图6.8 液晶平板显示器的等效电路示意图
第六章 时域测量
本章要点： · 示波器的功用、分类、组成和波形显示原理 · 通用示波器的组成原理、特性与应用 · 取样技术在示波器中的应用 · 数字示波器的组成原理、信号采集处理技术、特性与功能
6.1 时域测量引论
本章开始将介绍几种图示式仪器，从三个方面去进行研究，即
时域(Time Domain)反映的幅度U与时间T的关系(如示波器)、 频域(Frequency Domain)反映的幅度U与频率F的关系(如频
转灵敏度，单位为V/cm。偏
转灵敏度是示波管的重要参
数。
3. 荧光屏
在示波管正面内壁涂上一层荧光物质，荧光物质将高速电子的 轰击动能转变为光能，产生亮点。 余辉时间：当电子束从荧光屏上移去后，光点仍能在屏上保持 一定的时间才消失。从电子束移去到光点：亮度下降为原始值 的10％，所延续的时间称为余辉时间． 不同荧光材料余辉时间不一样：
Y(垂直) 通道
显示屏
X(水平) 通道
电源
图6.2 示波器的基本组成
6.2 显示屏
显示屏的种类
示波管CRT 平板显示FPD
静电偏转：光点轨迹显示 磁场偏转：光栅增辉显示显示
被动发光：液晶屏LCD+背光板
液晶屏TFT
荧光屏VFD
主动发光
等离子PDP 发光二极管LED 电致发光EL板 场致发射FED
当前用于示波器的主要是：示波管、TFT液晶屏及荧光屏 VFD。本节着重介绍当前应用最广的示波管和TFT液晶屏。
X（水平）通道：由触发电路、时基发生器和水平输出放大器 组成，主要产生与被测信号相适应的扫描锯齿波。
显示屏：主要由阴极射线管组成， 常以CRT (Cathode Ray Tube) 表示，通常称为示波管。当前以 光点和光栅方式作显示屏的主要 采用示波管。另外，平板显示屏 是后起之秀，发展很快，尤其是 液晶显示屏（LCD）已经应用于 示波器了。
3. 示波器从早期的定性观测，已发展到可以进行精确测量。 4. 示波器是其它图式仪器的基础。对扫频仪、频谱仪、逻辑 分析仪以及医用B超等各种图示仪器就容易理解了。
6.1.2 示波器的分类
当前常用的示波器从技术原理上可分为：
（1）模拟式——通用示波器（采用单束示波管实现显示，当前 最通用的示波器）。
6.2.1 示波管（CRT）
示波管属于电真空器件，又称为阴极射线管（CRT）。
电子枪
偏转系统
荧光屏
G1 K ~6.3V F
亮度 Ug1
Z
轴
G2 A1 A2
Y2
X2
Y1
X1
0V 辅助聚焦
真空玻璃管 ＋15KV A3
后加速极
图6.3 阴极射线示波管
兰色：电力线
红色：等位面
1. 电子枪
电子枪的作用是发射电子并形成强度可控制的很细的电子束。 它由以下几部分组成：
小于10μs的为极短余辉；
10μs～1ms为短余辉（通常是蓝色，便于摄影感光）；
1ms～0.1s为中余辉（通常为绿色，眼睛不易疲劳）；
0.1s～1s为长余辉（通常是黄色）；
大于1s为极长余辉（通常是黄色）。
※ 6.2.2 平板显示技术（只简介TFT-LCD ）
液晶(Liquid Crystal)介于液态与固态之间，具有规则性分子
2. 偏转系统
1．静电偏转---光点法----用干示波器
2..磁偏转-----光栅法----用于电视机、计算机显示器及示波器。
S
屏幕
A2
电子束
Y
y
Ls 2bU a
Uy
hyU y
U Ua y
L
图6.4 电子束的偏转
y
Ls 2bU a
Uy
hyU y
比例系数称为示波管的偏转
因数，单位为cm/V，它的倒
数Dy＝1／hy称为示波管的偏
4.第二栅极G2——隔离开G1和A1，以减小亮度调节与聚焦调节的相互影响。
5.第一阳极A1——与第二阳极A2构成一个电子透镜，对电子束起聚焦作用。
6.第二阳极A2——是个更大的同轴圆筒，其上电压较高，它主要与A1构成 电子透镜。
7.第三阳极A3——具有上万伏的高压，用于对电子束加速，故也称后加速 阳极。
排列的有机化合物，加电或受热后会呈透明的液体状态，断电或冷却 后则会出现结晶颗粒的混浊固体状态。
最为常见的为TFT-LCD（Thin Film Transistor LCD
薄膜晶体管液晶显示器）。 绿(G)荧光粉 红(R)荧光粉 绿(G)可见光 蓝(B)荧光粉 玻璃板 透明电极(公用) 液晶体 透明电极
（2）数字式——数字存储示波器（采用A/D、DSP等技术实现 的数字化示波器）。
从性能上，按示波器的带宽可分为：
（1）中、低档示波器，带宽在60MHz以下。 （2）高档示波器，带宽在60MHz以上，大多在300MHz以下。
更高档的有1GHz～2GHz以上。
6.1.3 示波器的组成
Y（垂直）通道：由探头、衰减器、前置放大器、延迟线和 输出放大器组成，实质上是个多级宽频带、高增益放大器， 主要对被测信号进行不失真的线性放大，以保证示波器的测 量灵敏度。
1.灯丝F——在交流低压(如6.3V)下使钨丝烧热,用于加热阴极。 2.阴极K——是一个表面涂有氧化钡（其逸出功小，内部自由电子容易逸出） 的金属 3.第一栅极G1——调节G1的电位可以调节示波器的亮度，常置于示波器 面板上供使用。
当控制信号加于G1，其亮度可随之改变，则可以传递信息，称为示波器的 Z轴电路。