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示波器及其函数信号发生器


仪器分类
通用示波器
通用示波器通常采用80毫米×100毫米矩形荧光屏带内刻度和后加速电极的示
波管。时基发生器产生一电压随时间作线性变化的锯齿波,其重复频率在很 大范围内可变,起始扫描时间受来自触发电路的触发脉冲控制。图中为双通 道双踪示波器,利用电子开关将A、B通道的图像分别显示在荧光屏上。电子 开关有两种工作模式:交替模式和断续模式。在交替工作模式时,电子开关 受时基产生器控制,每次扫描开始时,电子开关立即转换,这种方式适合于 观察变化较快的信号。在断续工作模式时,电子开关受方波振荡器(频率50 千赫~1兆赫)控制,轮流接通 A和B通道,适用于观察慢变化信号。触发电 路和时基发生器的动作都比触发信号有一定滞后。为了显示信号的前沿,在 信号回路中加入一段延迟回路。早期示波器的时基发生器与图中的不同,没 有触发回路,由输入信号直接与锯齿波发生器同步,时基发生器没有精确时间 刻度。后来加入触发电路,使波形稳定,且扫描速度不受输入信号影响。这 种示波器对观察脉冲信号特别方便,称为同步示波器。
4.通用示波器的外壳,信号输入端BNC 插座金属外圈,探头接地线,AC220V 电源 插座接地线端都是相通的。如仪器使用时不接大地线,直接用探头对浮地信号测量, 则仪器相对大地会产生电位差;电压值等于探头接地线接触被测设备点与大地之间 的电位差。这将对仪器操作人员、示波器、被测电子设备带来严重安全危险。 5.用户如须要测量开关电源(开关电源初级,控制电路) 、UPS(不间断电源)、电 子整流器、节能灯、变频器等类型产品或其它与市电AC220V 不能隔离的电子设备 进行浮地信号测试时,必使用DP100高压隔离差分探头。
(4)利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器:能产生任意波形并达 到很高的频率。但成本较高。 产生所需参数的电测试信号仪器。按其信号波形分为四大类:①正弦信号发 生器。主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。 按其不同性能和用途还可细分为低频(20赫至10兆赫)信号发生器、高频 (100千赫至300兆赫)信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发 生器、频率合成式信号发生器等。②函数(波形)信号发生器。能产生某些 特定的周期性时间函数波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等) 信号,频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统 测试用外,还广泛用于其他非电测量领域。③脉冲信号发生器。能产生宽度、 幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器,可用以测试线性系统的瞬态响应, 或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。④随机 信号发生器。通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。噪声信 号发生器主要用途为:在待测系统中引入一个随机信号,以模拟实际工作条 件中的噪声而测定系统性能;外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以 测定噪声系数;用随机信号代替正弦或脉冲信号,以测定系统动态特性等。 当用噪声信号进行相关函数测量时,若平均测量时间不够长,会出现统计性 误差,可用伪随机信号来解决。
(二)使用前的检查、调整和校准 示波器初次使用前或久藏复用时,有必要进行一次能否工作的简单检查和进 行扫描电路稳定度、垂直放大电路直流平衡的调整。示波器在进行电压和时 间的定量测试时,还必须进行垂直放大电路增益和水平扫描速度的校准。示 波器能否正常工作的检查方法、垂直放大电路增益和水平扫描速度的校准方 法,由于各种型号示波器的校准信号的幅度、频率等参数不一样,因而检查、 校准方法略有差异。 (三)使用步骤 1.选择Y轴耦合方式 根据被测信号频率的高低,将Y轴输入耦合方式选择“AC-地-DC”开关置 于AC或DC。 2.选择Y轴灵敏度 根据被测信号的大约峰-峰值(如果采用衰减探头,应除以衰减倍数;在 耦合方式取DC档时,还要考虑叠加的直流电压值),将Y轴灵敏度选择 V/div开关(或Y轴衰减开关)置于适当档级。实际使用中如不需读测电压 值,则可适当调节Y轴灵敏度微调(或Y轴增益)旋钮,使屏幕上显现所需 要高度的波形。
仪器特点
显著优点


①非常直观,能将波形直接显示在荧光屏上,还可用照相 方法取得永久性记录; ②量程大,可测量从高灵敏示波器的数微伏至高压示波器 的数万伏的信号; ③输入阻抗高,对被测系统影响极小; ④反应迅速,电子束惰性极小,能显示纳秒级的快速过程; ⑤多信道,能在同一荧光屏上同时显示几个过程,便于观 作。

示波器的定义
示波器是利用电子示波管的特性,将人眼无法直接观
测的交变电信号转换成图像,显示在荧光屏上以便测 量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分 析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。 示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、 Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成
示波器的作用和分类
用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器,由电子管放大器、
扫描振荡器、阴极射线管等组成。除观测电流的波形外,还可 以测定频率、电压强度等。凡可以变为电效应的周期性物理过 程都可以用示波器进行观测
示波器分为数字示波器和模拟示波器
模拟示波器采用的是模拟电路(示波管,其基础是电子枪)电 子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏 幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发 出光来。 数字示波器则是数据采集,A/D转换,软件编程等一系列的技术 制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单,能 提供给用户多种选择,多种分析功能。还有一些示波器可以提 供存储,实现对波形的保存和处理。
电气四班 白国仓 1600302136
示波器
示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼
看不见的电信号变换成看得见的图象,便于人们研究各种 电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成 的电子束,打在涂有荧光物质的屏面上,就可产生细小的 光点。在被测信号的作用下,电子束就好像一支笔的笔尖, 可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用 示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线, 还可以用它测试各种不同的电量,如电压、电流、频率、 相位差、调幅度等等以图像形式在阴极射线管荧光屏上显 示两个或两个以上参数间的函数关系的电子测量仪器。示 波器根据对不同时域测量的要求有通用示波器、存储示波 器和取样示波器三类。
实现方法
(1)用分立元件组成的函数发生器:通常是单函数发生器且频率不高,其工作 不很稳定,不易调试 (2)可以由晶体管、运放IC等通用器件制作,更多的则是用专门的函数信号发 生器IC产生。早期的函数信号发生器IC,如L8038、BA205、XR2207/2209等, 它们的功能较少,精度不高,频率上限只有300kHz,无法产生更高频率的信号, 调节方式也不够灵活,频率和占空比不能独立调节,二者互相影响。 (3)利用单片集成芯片的函数发生器:能产生多种波形,达到较高的频率,且 易于调试。鉴于此,美国美信公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038,它 克服了(2)中芯片的缺点,可以达到更高的技术指标,是上述芯片望尘莫及的。 MAX038频率高、精度好,因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、 压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上,MAX038都是优选的器 件。
性能指标 示波器的主要性能指标是频率范围、灵敏度、信道数和存储 功能。 ①频率范围:指-3分贝时的上限、下限频率。一般示波器下 限频率可达直流或很低频率,上限频率具有重要意义,它决定 可显示的最快速过程。 ②灵敏度:指偏转一格刻度(8~10毫米)所需的输入电压,目 前常用示波器灵敏度可达每格1~10毫伏。 ③信道数目:指同时在荧光屏显示的输入信道的数目,最常 见的为1~4个信道。 ④存储功能:所有示波器都可用来观察重复性(即周期性) 波形,但是,如果周期很长或是单次快速过程,普通示波器在 显示时会出现闪烁、过暗或捕捉不住等现象,存储示波器具 有存储功能,能观察上述特殊波形。
使用方法
(一)面板装置 (1)电源开关。 (2)电源指示灯。 (3)辉度 调整光点亮度。 (4)聚焦 调整光点或波形清晰度。 (5)辅助聚焦 配合“聚焦”旋钮调节清晰度。 (6)标尺亮度 调节坐标片上刻度线亮度。 (7)寻迹 当按键向下按时,使偏离荧光屏的光点回到显 示区域,而寻到光点位置。 (8)标准信号输出 1kHz、1V方波校准信号由此引出。加 到Y轴输入端,用以校准Y轴输入灵敏度和X轴扫描速度。
3.选择触发(或同步)信号来源与极性 通常将触发(或同步)信号极性开关置于“+”或“-”档。 4.选择扫描速度 根据被测信号周期(或频率)的大约值,将X轴扫描速度t/div(或扫描范围)开关 置于适当档级。实际使用中如不需读测时间值,则可适当调节扫速t/div微调(或 扫描微调)旋钮,使屏幕上显示测试所需周期数的波形。如果需要观察的是信号的 边沿部分,则扫速t/div开关应置于最快扫速档。 5.输入被测信号 被测信号由探头衰减后(或由同轴电缆不衰减直接输入,但此时的输入阻抗降低、 输入电容增大),通过Y轴输入端输入示波器
储存示波器
用通用示波器观察重复频率为几赫的波形时,荧光屏会严重地
闪烁。补救的办法是采用长余辉示波管(余辉时间可长达1~3u 秒),这种办法虽很简单,但余辉时间不能随意调节,不适于 观察高重复频率信号,而且普通示波器还不能观察单次过程。 存储示波器又称记忆示波器,能将波形记忆下来,显示在荧光屏 上。存储示波器采用特殊的阴极射线管,有栅网型和双稳态型 荧光膜两类。存储示波管和普通示波管不同,它有写入电子枪 和读出电子枪(见示波器)。栅网型示波管的优点是辉度连续 可调,存储时间可从1小时到7天,可多次写入、一次读出。双稳 态型存储示波管结构简单,存储时间可达1小时,价格低廉,缺 点是双稳态缺乏中间色调,不能快速写入,荧光膜易烧毁。存 储示波管比普通示波管昂贵、寿命短,将会被数字型存储示波 器所取代。数字型存储示波器是集数字记录装置和普通示波器 于一体,将集成组件的记忆存储器内容由示波器显示,其优点 是可进行数据处理,示波管寿命长,不易烧毁
函数信号发生器
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