第5章 时域测量
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第5章-过程控制对象的动态特性
y1(t)=y(t)+y1(t-t)
脉冲方波响应特性曲线
5.3.2 测定动态特性的时域方法
一、阶跃及方波响应的测定 在0到t这一时间段内，阶跃响应特性曲线和方 波响应曲线是已知的，以后各段的阶跃响应特性曲 线是该段的方波响应加上t之前的阶跃响应曲线值 。绘图时，先把时间轴分成间隔为t的若干等分， 在第一段中y1(t-t)=0，所以，y1(t)=y(t)；其后每一 段的y1(t)是该段中的y(t)与其相邻前一段的y1(t)之和 。这样即可由方波响应求出阶跃响应，从而得到阶 跃响应特性曲线。
5.2.1 双容对象的调节特性 双容对象是由两个周期惯性环节串联而成，被 调量是第二个水槽的水位h2。当输入量有一个阶跃 增加 Q1时，被调量的反应曲线是如图5-6中变化的
h2曲线。
5.2 多容对象的动态特性
5.2.1 双容对象的调节特性 相比于单容对象，由于双容对象的容器数由1变 为2，因而其阶跃输出特性响应曲线出现了一个容量 滞后 c，而这个 c对调节过程的影响是很大的，在 调节器参数整定过程中，它是一个很重要的参数。
5.1.1 水槽水位的动态特性分析
对于式（5-4），变量Q1、Q2、Q3用额定值和增量的 形式可表示为
Q2 Q20 Q2 ， Q1 Q10 Q1， h h2 h
利用式（5-1），可将式（5-4）化成以增量形式表 示的微分方程 将式（5-5）和式（5-6）代入上式
5.3.2 测定动态特性的时域方法
一、阶跃及方波响应的测定 当输入为阶跃函数时，可用下面的实验方法测 定其输出量变化曲线。 实验时，先让对象稳定地工作于某一稳态一段 时间，然后快速地改变它的输入量，使对象达到另 一稳态。
5.3.2 测定动态特性的时域方法
脉冲方波响应特性曲线
5.3.2 测定动态特性的时域方法
一、阶跃及方波响应的测定 在0到t这一时间段内，阶跃响应特性曲线和方 波响应曲线是已知的，以后各段的阶跃响应特性曲 线是该段的方波响应加上t之前的阶跃响应曲线值 。绘图时，先把时间轴分成间隔为t的若干等分， 在第一段中y1(t-t)=0，所以，y1(t)=y(t)；其后每一 段的y1(t)是该段中的y(t)与其相邻前一段的y1(t)之和 。这样即可由方波响应求出阶跃响应，从而得到阶 跃响应特性曲线。
5.2.1 双容对象的调节特性 双容对象是由两个周期惯性环节串联而成，被 调量是第二个水槽的水位h2。当输入量有一个阶跃 增加 Q1时，被调量的反应曲线是如图5-6中变化的
h2曲线。
5.2 多容对象的动态特性
5.2.1 双容对象的调节特性 相比于单容对象，由于双容对象的容器数由1变 为2，因而其阶跃输出特性响应曲线出现了一个容量 滞后 c，而这个 c对调节过程的影响是很大的，在 调节器参数整定过程中，它是一个很重要的参数。
5.1.1 水槽水位的动态特性分析
对于式（5-4），变量Q1、Q2、Q3用额定值和增量的 形式可表示为
Q2 Q20 Q2 ， Q1 Q10 Q1， h h2 h
利用式（5-1），可将式（5-4）化成以增量形式表 示的微分方程 将式（5-5）和式（5-6）代入上式
5.3.2 测定动态特性的时域方法
一、阶跃及方波响应的测定 当输入为阶跃函数时，可用下面的实验方法测 定其输出量变化曲线。 实验时，先让对象稳定地工作于某一稳态一段 时间，然后快速地改变它的输入量，使对象达到另 一稳态。
5.3.2 测定动态特性的时域方法
仪器仪表时域测量
添加项标题
电子测量应用案例：介绍电子测量在各个领域的应用案例， 如通信、电力、汽车、航空航天等。
信号强度测量： 用于测量信号 的幅度、频率
等参数
信号质量评估： 评估信号的清 晰度、失真度
等
干扰分析：分 析信号干扰的 类型、来源和
影响
故障诊断与排 查：通过测量 信号参数的变 化，判断通信 设备的故障位
《仪器仪表时域测量》 PPT课件
汇报人：PPT
目录
课件介绍
仪器仪表概述
时域测量原理
仪器仪表时域 测量技术
仪器仪表时域 测量应用
总结与展望
课件介绍
课件的背景和目的 课件的内容和结构 课件的特点和优势 课件的应用和价值
帮助学生掌握 仪器仪表时域 测量的基本原 理和操作方法
提高学生解决 实际问题的能 力，增强实践
时域测量原理
时域测量原理：通 过测量信号随时间 变化的特征来描述 信号的性质
时域测量方法：采 用示波器、信号发 生器、数字万用表 等仪器进行测量
时域测量特点：直 观、实时、操作简 便
时域测量应用：在 电子、通信、控制 等领域得到广泛应 用
实时性：能够实时反映信号的变化情况 直观性：通过图形或曲线直接展示信号特征 灵活性：适用于各种不同类型的信号测量 高精度：能够实现高精度的信号测量和分析
汽车电子测量技术发展趋势：探讨汽车电子测量技术的发 展趋势，如智能化、网络化、集成化等。
汽车电子测量应用前景：分析汽车电子测量应用的前景， 如提高汽车性能、降低油耗、减少排放等。
飞机飞行状态监测：利用仪器仪表对飞机飞行过程中的各种状态参数进 行实时测量，如速度、高度、加速度等。
航空发动机性能测试：通过仪器仪表对航空发动机的各项性能指标进行 测量，如推力、耗油量、排气温度等，以评估发动机的工作状态和性能。
电子测量应用案例：介绍电子测量在各个领域的应用案例， 如通信、电力、汽车、航空航天等。
信号强度测量： 用于测量信号 的幅度、频率
等参数
信号质量评估： 评估信号的清 晰度、失真度
等
干扰分析：分 析信号干扰的 类型、来源和
影响
故障诊断与排 查：通过测量 信号参数的变 化，判断通信 设备的故障位
《仪器仪表时域测量》 PPT课件
汇报人：PPT
目录
课件介绍
仪器仪表概述
时域测量原理
仪器仪表时域 测量技术
仪器仪表时域 测量应用
总结与展望
课件介绍
课件的背景和目的 课件的内容和结构 课件的特点和优势 课件的应用和价值
帮助学生掌握 仪器仪表时域 测量的基本原 理和操作方法
提高学生解决 实际问题的能 力，增强实践
时域测量原理
时域测量原理：通 过测量信号随时间 变化的特征来描述 信号的性质
时域测量方法：采 用示波器、信号发 生器、数字万用表 等仪器进行测量
时域测量特点：直 观、实时、操作简 便
时域测量应用：在 电子、通信、控制 等领域得到广泛应 用
实时性：能够实时反映信号的变化情况 直观性：通过图形或曲线直接展示信号特征 灵活性：适用于各种不同类型的信号测量 高精度：能够实现高精度的信号测量和分析
汽车电子测量技术发展趋势：探讨汽车电子测量技术的发 展趋势，如智能化、网络化、集成化等。
汽车电子测量应用前景：分析汽车电子测量应用的前景， 如提高汽车性能、降低油耗、减少排放等。
飞机飞行状态监测：利用仪器仪表对飞机飞行过程中的各种状态参数进 行实时测量，如速度、高度、加速度等。
航空发动机性能测试：通过仪器仪表对航空发动机的各项性能指标进行 测量，如推力、耗油量、排气温度等，以评估发动机的工作状态和性能。
电子测量技术课后习题答案林占江版
第11章 智能仪器
11.1 P310 11.2 P311 11.3 P314 11.4 P316
12.1 P319 12.2 P321 12.3 P325 12.4 P333 12.5 P336 12.6 P338
第12章 虚拟仪器
13.1 P339 13.2 P341 13.3 P342 13.4 P346 13.5 P347 13.6 P349
习题解答
第1章绪论
1.1 答：电子测量是以电子技术理论为依据，以电子测量仪 器和设备为手段，以电量和非电量为测量对象的测量过程。 属于电子测量的是（2）、（3）。
1.2 答：见1.2节与1.3节。 1.3 答：主基准、副基准和工作基准。
第2章 测量误差分析与数据处理
2.1 绝对误差：0.05V 修正值：-0.05V 实际相对误差：1.01% 示值相对误差：1.00% 电压表应定为0.5级
第6章 频域测量
7.1 P236 7.2 P237 7.3 P238 7.4 P241 7.5 P243 7.6 P246 7.7 P249 7.8 P265
第7章 逻辑分析仪
8.1 P270 8.2 P272 8.3 P272 8.4 P274 8.5 P275 8.6 P276 8.7 P277
2.2 15V,2.5级 2.3 ±10% 2.4 绝对误差：-0.2mA；修正值：0.2mA
实际相对误差：0.25% 0.5级
2:.5 14.8V,40.8%
2.6 1.15V,0.99V;23%,19.8% 2.7 5%,0.42dB 2.8 200k,266.7k,25% 2.9 200k,199.973k,0.014% 2.10 微差法、替代法、零示法
第13章 自动测试系统
网络分析仪时域测量使用介绍
图5
信息产业部信息传输线质量监督检验中心
第5页
共7页
图6
4
计算机与网络分析仪结合，更进一步达到类似TDR 的测试能力。 4.1其实现阶段，在一般的应用场合，无论是测量距离以及位置进度来讲，网络分析仪 已经能够替代实现大部分的TDR 的功能，但是对于那些早期的网络分析仪并没有时 域测量功能, 我们如何用早期的网络分析仪来实现时域测量呢。 4.2我们通过计算机对网络分析仪进行数据采集转换来实现时域功能。如图7。
信息产业部信息传输线质量监督检验中心
第4页
共7页
图3
图4
3.3
脉冲回波损耗（pulse return loss ）测量。 3.3.1 脉冲回波损耗 p 的定义为：
p 20 lg x win
式中：
（11 ）
x ——见公式（3）；
win ——常数，由仪器设置决定；
3.3.2 测试步骤： 3.3.2.1 将网络分析在进行校准（S11或S22）； 3.3.2.2 接上负载进行回波测试，见图5； 3.3.2.3 切换到时域状态， 在被测件的测试范围内就为被测件的脉冲回波损耗， 见图6；
n——频域测量时的测试点数； 2.2.3.3 时域分辨率 xmin
xmin tmin C0 Vc
3 网络分析仪时域测量的具体应用
（10）
3.1利用时域功能来消除不需要测量部分的影响 在线缆测试过程中， 特别是电缆组件测试过程中， 经常会遇到需要剔除端部连接器 影响的测试情况，这时就需要用到时域门。 3.1.1 第一步，校准仪器获取电缆的原始测试数据，见图2① 3.1.2 第二步，利用网络分析仪的时域功能进行反傅里叶变换获得时域数据，图2 ②； 3.1.3 第三步，选定时域范围，将不需要测试的部分去除，图2③； 3.1.4 第四步，对选定的时域范围进行傅里叶变换得到频域数据，见图2④。 注：后3步也可以通过计算机程控在PC上完成。
电子测量技术课后习题答案林占江版-17页文档资料
4.14 P144
4.15 0.05%, 20%
4.16 0.056% 4.17 100kHz, 40μs, 10
4.18 9.4ns 4.19 用外触发方式 4.20 滞后电源电压 45°
超前 45°
第5章 时域测量
5.1,5.2 参阅本间相关内容 5.3 李沙育图形，是圆形。 5.4 李沙育图形（1）椭圆形（2）“8”字形 5.5 被测信号频率与扫描信号频率不成整数倍，图形向左“跑动”。 5.6 被测信号频率与扫描信号频率不成整数倍，波形紊乱。 5.7 前沿有上冲，前沿弯曲。 5.8 最小周期T=0.2μs×10×10=20μs, 频率50k 5.9 最高工作频率是20MHz 5.10 最低工作频率是0.4Hz
2.14 正态分布,1215.01±6.11,
2.15 86.4, 3.18, 0.00312, 5.84E4
2.16 3.3, 38 2.17 mγA+n γB, ±9.5% 2.18 ±4% 2.19 160±0.16%, 9.4±1.0%, 2.20 ±5%, ±5% 2.21 2级
第3章模拟测量方法
第6章 频域测量
7.1 P236 7.2 P237 7.3 P238 7.4 P241 7.5 P243 7.6 P246 7.7 P249 7.8 P265
第7章 逻辑分析仪
8.1 P270 8.2 P272 8.3 P272 8.4 P274 8.5 P275 8.6 P276 8.7 P277
第2章 测量误差分析与数据处理
2.1 绝对误差：0.05V 修正值：-0.05V 实际相对误差：1.01% 示值相对误差：1.00% 电压表应定为0.5级
2.2 15V,2.5级 2.3 ±10% 2.4 绝对误差：-0.2mA；修正值：0.2mA
第五章 时域信号波形测量
(1) 数字存储示波器（DSO，Digital Storage Oscilloscope）：
它能将电信号经过数字化及后置处理后再重建波形，具有记忆、 存储被观测信号的功能，可以用来观测和比较单次过程和非周 期现象、低频和慢速信号以及在不同时间或不同地点观测到的 信号。它往往还具有丰富的波形运算能力，如加、减、乘、除、 峰值、平均、内插、FFT、滤波等，并可方便地与计算机及其 它数字化仪器交换数据。 (2)
ux
t
第23页
电子测量技术
5.2.2 波形显示的基本原理p158-p161 2．显示任意两个变量之间的关系（续）
uy 0 4 04 1 2 3 t 3 0 2 4 2 1
若两信号的初相相差90度， 且在X、Y方向的偏转距离 相同，在荧光屏上画出的 图形为圆。相差不是90度 时，可能显示的是椭圆。
ux
（3）取样示波器：它根据取样原理将高频传号转 换为低频传号，然后再用通用示波器显示其波 形。这样，被测信号的周期被大大展宽，便于 观察信号的细节部分，常用于观测300 MHz以上 的高频信号及脉冲宽度为纳秒级的窄脉冲信号。 目前已被数字存储示波器或数字取样示波器所 取代。
第4页
电子测量技术
5.1.1 示波器的功能及分类 2． 数字示波器
3．偏转灵敏度 偏转灵敏度指在输入信号作用下，光点在荧光 屏上的垂直（Y）方向移动1cm（即1格）所需的电 压值，单位为“V/cm”、“mV/cm”（或“V/div”、 “mV/div”）。 偏转灵敏度表示了示波器Y通道的放大/衰减能 力。所需电压越小，偏转灵敏度越高。
反应了示波器观测小信号 的能力
数字荧光示波器（DPO，Digital Phosphor Oscilloscope）： 采用先进的数字荧光技术，能够通过多层次辉度或彩色显示长 时间信号，具有传统模拟示波器和现代数字存储示波器的双重 特点。
第5章时域测量
图5-1 示波管及电子束控制电路
1.电子枪
电子枪的作用是发射电子并形成很细的 高速电子束，它由灯丝F、阴极K、栅极G1 和前加速极G2和第一阳极A1、第二阳极A2 组成。
2.偏转系统
示波管的偏转系统由两对相互垂直的平 行金属板组成，分别称为垂直偏转板Y1、 Y2和水平偏转板X1、X2。当有外加电压作 用时，偏转板之间形成电场；在偏转电场 作用下，电子束打向由X、Y偏转板共同决 定的荧光屏上的某个坐标位置。
在时域测量中，连续扫描最主要的问题是如 何保证在屏幕上显示出稳定的信号波形。当扫描 电压的周期是被观察信号周期的整数倍时，扫描 的后一个周期描绘的波形与前一周期完全一样， 荧光屏上得到清晰而稳定的波形，这叫做信号与 扫描电压同步
图5-4为扫描电压与被测信号同步时的情况。 图中，扫描从1开始，在时刻8时扫描电压由最 大值回到零，这时被测电压恰好经历了两个周期， 荧光点沿8-9-10移动时，重复上一扫描周期光点 沿0-1-2移动的轨迹，得到稳定的波形。
第5章 时域测量
5.1 概述 5.2 CRT显示原理 5.3 通用示波器 5.4 取样示波器 5.5 数字存储示波器
5.1 概述
信号的时域测量是对以时间作为自变量 的电参量的测量，即信号幅度随时间变化 的规律，时域测量技术已普遍地应用于国 防、科研、工业等各个领域。时域测量的 典型仪器是电子示波器，简称示波器。
图5-6 连续扫描和触发扫描的比较
（4)扫描过程的增辉
在以上的讨论中假设了扫描回程时间为零， 但实际上扫描回程是需要一定时间的，如图5-7 所示，扫描电压的回扫时间为图中7-8段，荧光 屏上将显示如虚线所示的回扫线。为使回扫产 生的波形不在荧光屏上显示，可以设法在扫描 正程期间使电子枪发射更多的电子，即给示波 器增辉。这种增辉可以通过在扫描期间给示波 管第一栅极加正脉冲或给阴极加负脉冲来实现。 这样就可以做到只有在扫描正程即有增辉脉冲 时才有显示，其他时间荧光屏上没有显示。而 且在等待扫描期间，即波形为一个光点的情况 下，由于没有增辉脉冲，光点很暗。
5时域信号的检测
五、取样积分器的信噪比改善
假设被测信号：f (t ) = f s (t ) + n(t )
fs(t)为有用的周期信号；n(t)为噪声信号。 为有用的周期信号； 为噪声信号。 为有用的周期信号 为噪声信号 如果以t 为起点每隔T秒对某一特定点取样一次 则第i 秒对某一特定点取样一次， 如果以 k为起点每隔 秒对某一特定点取样一次，则第 次的样品应为
m
n(t k + iT ) = m[n(t )]2 = m ⋅ n(t ) ∑
i =1
m
输出信噪比：SNR |m = (
mf s (iT ) S )m = N m ⋅ n(t ) f s (iT ) S = m = m ⋅ ( ) in n(t ) N
SNRm out 信噪改善比：SNIR |m = SNRm out
三、扫描取样积分器工作方式
四、门积分器的工作方式 门积分器具有两个功能； 门积分器具有两个功能；一是在取样时间内对被测信号 波形的某点作积累平均，也就是积分， 波形的某点作积累平均，也就是积分，二是在取样门断开期 积累平均 间，将其平均结果保持到下一次取样，并输出此时的信号。 将其平均结果保持到下一次取样，并输出此时的信号。 保持到下一次取样
第二节 取样定理
时域取样定理：一个频谱受限的信号f(t)，如果其频谱只 占据-ωm~+ωm范围，则信号f(t)可以用等间隔的取样值来唯一 地表示。但取样间隔必须小于1/（2fm）（其中ωm=2πfm ）， 或者说，最低取样频率为2fm。 取样定理的物理意义：一个频带受限信号波形决不可能 在极短的时间内产生突变，这是由于它的变化速度受最高频 率分量ωm的限制。为了保留最高频率分量的全部信息，在最 高频率的一周内至少取样两次，因此必须满足：ωsm>=2ωm
时域测量(part2)
4.Y放大器 4.Y放大器 放大器使示波器具有观测微弱信号的能力。 Y放大器使示波器具有观测微弱信号的能力。Y放大器应该有 稳定的增益、较高的输入阻抗、足够宽的频带和对称输出的 稳定的增益、较高的输入阻抗、 输出级。 输出级。
Y输出放大器大都采用推挽式放大器，有利于提高 输出放大器大都采用推挽式放大器， 共模抑制比。 共模抑制比。可采用改变负反馈的方法改变放大 面板上的“ 10”开关 器的增益 （面板上的“×5”或“×10 开关 ）。 或
（1）衰减器
u1 Z2 = u 2 Z1 + Z 2
Z1 = R1 R2 , Z2 = 1 + jωC1R1 1 + jωC 2 R2
当
R1C1 = R 2C 2
+ u1 −
R1
Z1C1R2Fra bibliotekZ2+
C2
u2 −
u1 Z2 R2 C1 = = = u2 Z1 + Z 2 R1 + R 2 C1 + C 2
6.4.3 通用示波器的水平通道
水平通道包括触发电路、扫描电路和水 平放大器等部分，其主要任务是产生随时间 线性变化的扫描电压，再放大到足够的幅度， 然后输出到水平偏转板，使光点在荧光屏的 水平方向达到满偏转。
触 信 发 号 触 源 发 选 择
触 耦 发 合 方 选 式 择 放 整 大 形 电 路
通常把Y放大器分成前置放大器和输出放大器两部分。 通常把Y放大器分成前置放大器和输出放大器两部分。
U f
宽频带、 宽频带、高增益差分放大 示波器售价主要决定带宽
主要按钮：垂直（ 主要按钮：垂直（Y）位移-----调Y放大器直流电位，使水平基 位移-----调 放大器直流电位， ----线上下移动。 线上下移动。 寻迹-----有时Y增益过大,基线跑出屏幕, -----有时 寻迹” 寻迹-----有时Y增益过大,基线跑出屏幕,按“寻迹” 使增益大大降低拉回基线 倍率-----若把“倍率”置于“ 5”,则负反馈减小 -----若把 则负反馈减小， 倍率-----若把“倍率”置于“×5”,则负反馈减小， 增益增加5 这便于观测微弱信号。 增益增加5倍，这便于观测微弱信号。
《时域测量》课件
时域测量通常采用示波器、信号发生 器和相关软件等工具进行。
时域测量的应用领域
通信领域
用于信号传输、调制解 调等方面的测试和调试
。
电子测量
用于测量电子设备的性 能参数，如放大器、滤
波器等。
自动控制
用于控制系统的信号处 理和调试。
音频工程
用于音频信号的处理、 录制和播放等方面的测
试和调试。
时域测量的重要性
时域测量能够提供信号在时间域 内的完整信息，帮助工程师更好
地理解信号的特性和行为。
时域测量具有实时性，能够快速 捕捉和记录信号的变化，对于故
障排查和调试非常有帮助。
时域测量方法简单直观，易于掌 握，是电子工程领域的基本技能
之一。
02
CATALOGUE
时域测量的方法和技术
示波器法
总结词
通过示波器观察信号波形，测量信号的幅度、频率和相位等 参数。
利用数字信号处理算法，对信号进行滤波、去噪、特征提取等处理，以实现时域测量。
详细描述
数字信号处理技术是一种较为通用的时域测量方法，通过利用数字信号处理算法，可以对信号进行滤波、去噪、 特征提取等处理，以实现时域测量。数字信号处理技术具有较高的灵活性和可编程性，可以根据不同的测量需求 进行定制和优化。
详细描述
示波器法是一种常用的时域测量方法，通过观察信号波形， 可以测量信号的幅度、频率和相位等参数。示波器通常具有 高速采样和实时显示功能，能够捕捉信号的瞬态变化。
频谱分析法
总结词
通过分析信号的频谱，测量信号的频率成分和功率分布。
详细描述
频谱分析法是一种常用的时域测量方法，通过将信号转换为频域进行分析，可 以测量信号的频率成分和功率分布。频谱分析仪通常具有高分辨率和宽动态范 围，能够准确测量信号的频谱特性。
时域测量的应用领域
通信领域
用于信号传输、调制解 调等方面的测试和调试
。
电子测量
用于测量电子设备的性 能参数，如放大器、滤
波器等。
自动控制
用于控制系统的信号处 理和调试。
音频工程
用于音频信号的处理、 录制和播放等方面的测
试和调试。
时域测量的重要性
时域测量能够提供信号在时间域 内的完整信息，帮助工程师更好
地理解信号的特性和行为。
时域测量具有实时性，能够快速 捕捉和记录信号的变化，对于故
障排查和调试非常有帮助。
时域测量方法简单直观，易于掌 握，是电子工程领域的基本技能
之一。
02
CATALOGUE
时域测量的方法和技术
示波器法
总结词
通过示波器观察信号波形，测量信号的幅度、频率和相位等 参数。
利用数字信号处理算法，对信号进行滤波、去噪、特征提取等处理，以实现时域测量。
详细描述
数字信号处理技术是一种较为通用的时域测量方法，通过利用数字信号处理算法，可以对信号进行滤波、去噪、 特征提取等处理，以实现时域测量。数字信号处理技术具有较高的灵活性和可编程性，可以根据不同的测量需求 进行定制和优化。
详细描述
示波器法是一种常用的时域测量方法，通过观察信号波形， 可以测量信号的幅度、频率和相位等参数。示波器通常具有 高速采样和实时显示功能，能够捕捉信号的瞬态变化。
频谱分析法
总结词
通过分析信号的频谱，测量信号的频率成分和功率分布。
详细描述
频谱分析法是一种常用的时域测量方法，通过将信号转换为频域进行分析，可 以测量信号的频率成分和功率分布。频谱分析仪通常具有高分辨率和宽动态范 围，能够准确测量信号的频谱特性。
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x u x/S x k 1 t/S x k t
能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描” 光点自左向右的连续扫动称为“扫描正程” 自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程称 为“扫描逆程”
5.2.2 示波管显示波形的原理
5 同步的概念
第5章 时域测量
5.1 示波器分类
根据示波器对信号的处理方式的不同可分 为模拟、数字两大类： 模拟示波器 ——采用模拟方式对时间信号进行处理和显 示。 数字示波器 ——对信号进行数字化处理后再显示。
5.1 示波器分类
模拟示波器
➢ 通用示波器采用单束示波管，又可分为单踪、双 踪、多踪示波器。
➢ 多束示波器采用多束示波管，荧光屏上显示的每 个波形都由单独的电子束扫描产生。
输X 输输输
输输输 输输输
主要由Y垂直系统、X水平系统、主机（高低压电源和显
示电路）三部分组成
5.2.2 示波管显示波形的原理
1 高灵敏度示波管的结构
CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成
偏偏偏偏
偏偏偏
偏偏偏
G1 K
G2 A1 A2
Y偏 偏 偏 X偏 偏 偏
偏
F
偏
偏
-E 偏偏
+E
偏偏
偏偏偏偏
( b ) U x = 0 、 U y = 常 量
5.2.2 示波管显示波形的原理
光点仅在水平方向偏移：Ux为正电 压时，光点从荧光屏的中心往水平 方向右移；Ux为负电压时，光点从 荧光屏的中心往水平方向左移。
( c ) U x = 常 量 、 U y = 0
当两对偏转板上同时加固定的正电 压时，光点位置应为两电压的矢量 合成。
( d ) U x = 常 量 、 U y = 常 量
5.2.2 示波管显示波形的原理
（2）X、Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情 况：
Uy Uy
1
0 2 4t
3 -Uy
1 204
3
仅在垂直偏转板的 两板间加正弦变化 的电压，则光点只 在荧光屏的垂直方 向来回移动，出现 一条垂直线段。
5.2.2 示波管显示波形的原理
0 2 4t 0
3
3
-Uy 0
Ux
Ux -Ux
t
5.2.2 示波管显示波形的原理
3 显示任意两个变量之间的关系
示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称 为李沙育（Lissajous）图形，这种图形在相位和频 率测量中常会用到。
uy
1 1
0 2 4t 3
2 04
3
若两信号的初相相同，且在 X、Y方向的偏转距离相同， 在荧光屏上画出一条与水平 轴呈45度角的直线。
➢ 示波管的Y轴偏转灵敏度（单位为cm/V）：
Sy
2dU A2 Ll
偏转灵敏度越大，示波管越灵敏。
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 3 ) 荧光屏
➢荧光屏将电信号变为光信号，是示波管的 波形显示部分 。
➢当电子束停止轰击荧光屏时，光点仍能保 持一定的时间，这种现象称为“余辉效 应”。
➢在使用示波器时，应避免电子束长时间的 停留在荧光屏的一个位置，否则将使荧光 屏受损。因此在示波器开启后不使用的时 间内，可将“辉度”调暗。
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 1 ) 电子枪
➢ 电子束聚焦的原理是：电子从阴极K发射，经G1、 G2、A1、A2聚焦和加速后进入偏转系统。
➢ 电子在电子枪中的运动轨迹如下图所示。
G1
G2
A1
A2
K
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 2 ) 偏转系统
➢ 示波管的偏转系统由两 对相互垂直的平行金属 板组成，分别称为垂直 偏转板和水平偏转板 。
➢ 取样示波器可以用较低频率的示波器测量高频信 号。
➢ 记忆示波器采用有记忆功能的示波管，实现模拟 信号的存储、记忆和反复显示。
➢ 专用示波器是能够满足特殊用途的示波器，又称 特种示波器。
5.1 示波器分类
数字示波器
➢ 数字示波器将输入信号数字化（时域取样 和幅度量化）后，经由D/A转换器再重建 波形。
5.2.2 示波管显示波形的原理
2 显示随时间变化的波形 （1）Ux、Uy为固定电压时，有下面四种情况：
光点出现在荧光屏的中心位置。
( a ) U x = 0 、 U y = 0 光点仅在垂直方向偏移：Uy为正电 压时，光点从荧光屏的中心往垂直方 向上移；Uy为负电压时，光点从荧 光屏的中心往垂直方向下移。
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 1 ) 电子枪
➢ 电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子 束，它由灯丝F、阴极K、栅极G1和G2和阳极A1、 A2组成。
➢ 通过调节G1对K的负电位可控制电子束的强弱， 从而调节光点的亮度，即进行“辉度”控制。
➢ 调节A1的电位器称为“聚焦”旋钮，通过对它进 行调节可调节G2与A1和A1与A2之间的电位；调 节A2电位的旋钮称为“辅助聚焦”。
ux t
0 1
3
2
4
5.2.2 示波管显示波形的原理
y
0
4
04
3 1 3t
0
2 4
1
2 2
0 1
2 3
4
若两信号的初相相差90 度，且在X、Y方向的偏 转距离相同，在荧光屏 上画出的图形为圆。
ux t
5.2.2 示波管显示波形的原理
4 扫描的概念
如果在X偏转板上加一个随时间线形变化的电压， 垂直偏转板不加电压，那么光点在水平方向的偏 移距离为
➢ 当有外加电压作用时， 偏转板之间形成电场； 在偏转电场作用下，电 子束打向由X、Y偏转板 共同决定的荧光屏上的 某个坐标位置。
Y输 输 输 X输 输 输
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 2 ) 偏转系统
➢ 电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外加偏转电
压成正比：
Ll y 2dU A2 U y
➢ 数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功 能，又称为数字存贮示波器。
5.2 模拟示波器
5.2.1 模拟示波器的基本构成
Y输输 Y 输输 输输
Y输 输 输输输
输输输
Y 输输 输输输
输Y 输输输
输
输输输 输 输输
X输输
输输输输
输输输输
输输 输输输输 输输输
输输 输输输
输输输输 输输输输
输输 输输输
输输输输
Ux Ux
2
1 3t
0
4
-Ux
43 0 12
仅在水平偏转板的两 板间加锯齿电压，则 光点只在荧光屏的水 平方向来回移动，出 现一条水平线段。5.2.2 示波管显 Nhomakorabea波形的原理
（3）Y偏转板加正弦波信号电压，X偏转板加锯齿
波电压，荧光屏上将显示出被测信号随时间变化
的一个周期的波形曲线。
Uy
Uy
1
1
2
4
能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为“扫描” 光点自左向右的连续扫动称为“扫描正程” 自荧光屏的右端迅速返回左端起扫点的过程称 为“扫描逆程”
5.2.2 示波管显示波形的原理
5 同步的概念
第5章 时域测量
5.1 示波器分类
根据示波器对信号的处理方式的不同可分 为模拟、数字两大类： 模拟示波器 ——采用模拟方式对时间信号进行处理和显 示。 数字示波器 ——对信号进行数字化处理后再显示。
5.1 示波器分类
模拟示波器
➢ 通用示波器采用单束示波管，又可分为单踪、双 踪、多踪示波器。
➢ 多束示波器采用多束示波管，荧光屏上显示的每 个波形都由单独的电子束扫描产生。
输X 输输输
输输输 输输输
主要由Y垂直系统、X水平系统、主机（高低压电源和显
示电路）三部分组成
5.2.2 示波管显示波形的原理
1 高灵敏度示波管的结构
CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成
偏偏偏偏
偏偏偏
偏偏偏
G1 K
G2 A1 A2
Y偏 偏 偏 X偏 偏 偏
偏
F
偏
偏
-E 偏偏
+E
偏偏
偏偏偏偏
( b ) U x = 0 、 U y = 常 量
5.2.2 示波管显示波形的原理
光点仅在水平方向偏移：Ux为正电 压时，光点从荧光屏的中心往水平 方向右移；Ux为负电压时，光点从 荧光屏的中心往水平方向左移。
( c ) U x = 常 量 、 U y = 0
当两对偏转板上同时加固定的正电 压时，光点位置应为两电压的矢量 合成。
( d ) U x = 常 量 、 U y = 常 量
5.2.2 示波管显示波形的原理
（2）X、Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情 况：
Uy Uy
1
0 2 4t
3 -Uy
1 204
3
仅在垂直偏转板的 两板间加正弦变化 的电压，则光点只 在荧光屏的垂直方 向来回移动，出现 一条垂直线段。
5.2.2 示波管显示波形的原理
0 2 4t 0
3
3
-Uy 0
Ux
Ux -Ux
t
5.2.2 示波管显示波形的原理
3 显示任意两个变量之间的关系
示波器两个偏转板上都加正弦电压时显示的图形称 为李沙育（Lissajous）图形，这种图形在相位和频 率测量中常会用到。
uy
1 1
0 2 4t 3
2 04
3
若两信号的初相相同，且在 X、Y方向的偏转距离相同， 在荧光屏上画出一条与水平 轴呈45度角的直线。
➢ 示波管的Y轴偏转灵敏度（单位为cm/V）：
Sy
2dU A2 Ll
偏转灵敏度越大，示波管越灵敏。
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 3 ) 荧光屏
➢荧光屏将电信号变为光信号，是示波管的 波形显示部分 。
➢当电子束停止轰击荧光屏时，光点仍能保 持一定的时间，这种现象称为“余辉效 应”。
➢在使用示波器时，应避免电子束长时间的 停留在荧光屏的一个位置，否则将使荧光 屏受损。因此在示波器开启后不使用的时 间内，可将“辉度”调暗。
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 1 ) 电子枪
➢ 电子束聚焦的原理是：电子从阴极K发射，经G1、 G2、A1、A2聚焦和加速后进入偏转系统。
➢ 电子在电子枪中的运动轨迹如下图所示。
G1
G2
A1
A2
K
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 2 ) 偏转系统
➢ 示波管的偏转系统由两 对相互垂直的平行金属 板组成，分别称为垂直 偏转板和水平偏转板 。
➢ 取样示波器可以用较低频率的示波器测量高频信 号。
➢ 记忆示波器采用有记忆功能的示波管，实现模拟 信号的存储、记忆和反复显示。
➢ 专用示波器是能够满足特殊用途的示波器，又称 特种示波器。
5.1 示波器分类
数字示波器
➢ 数字示波器将输入信号数字化（时域取样 和幅度量化）后，经由D/A转换器再重建 波形。
5.2.2 示波管显示波形的原理
2 显示随时间变化的波形 （1）Ux、Uy为固定电压时，有下面四种情况：
光点出现在荧光屏的中心位置。
( a ) U x = 0 、 U y = 0 光点仅在垂直方向偏移：Uy为正电 压时，光点从荧光屏的中心往垂直方 向上移；Uy为负电压时，光点从荧 光屏的中心往垂直方向下移。
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 1 ) 电子枪
➢ 电子枪的作用是发射电子并形成很细的高速电子 束，它由灯丝F、阴极K、栅极G1和G2和阳极A1、 A2组成。
➢ 通过调节G1对K的负电位可控制电子束的强弱， 从而调节光点的亮度，即进行“辉度”控制。
➢ 调节A1的电位器称为“聚焦”旋钮，通过对它进 行调节可调节G2与A1和A1与A2之间的电位；调 节A2电位的旋钮称为“辅助聚焦”。
ux t
0 1
3
2
4
5.2.2 示波管显示波形的原理
y
0
4
04
3 1 3t
0
2 4
1
2 2
0 1
2 3
4
若两信号的初相相差90 度，且在X、Y方向的偏 转距离相同，在荧光屏 上画出的图形为圆。
ux t
5.2.2 示波管显示波形的原理
4 扫描的概念
如果在X偏转板上加一个随时间线形变化的电压， 垂直偏转板不加电压，那么光点在水平方向的偏 移距离为
➢ 当有外加电压作用时， 偏转板之间形成电场； 在偏转电场作用下，电 子束打向由X、Y偏转板 共同决定的荧光屏上的 某个坐标位置。
Y输 输 输 X输 输 输
5.2.2 示波管显示波形的原理
( 2 ) 偏转系统
➢ 电子束在偏转电场作用下的偏转距离与外加偏转电
压成正比：
Ll y 2dU A2 U y
➢ 数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功 能，又称为数字存贮示波器。
5.2 模拟示波器
5.2.1 模拟示波器的基本构成
Y输输 Y 输输 输输
Y输 输 输输输
输输输
Y 输输 输输输
输Y 输输输
输
输输输 输 输输
X输输
输输输输
输输输输
输输 输输输输 输输输
输输 输输输
输输输输 输输输输
输输 输输输
输输输输
Ux Ux
2
1 3t
0
4
-Ux
43 0 12
仅在水平偏转板的两 板间加锯齿电压，则 光点只在荧光屏的水 平方向来回移动，出 现一条水平线段。5.2.2 示波管显 Nhomakorabea波形的原理
（3）Y偏转板加正弦波信号电压，X偏转板加锯齿
波电压，荧光屏上将显示出被测信号随时间变化
的一个周期的波形曲线。
Uy
Uy
1
1
2
4