8.2 用逐点描迹法来说明电信号的显示过程。
答:Y偏转板加正弦波信号电压Vy?Vymsin?t,X偏转板加锯齿波电压Vx?kt,即X、Y偏转板同时加电压,假设Tx?Ty,则电子束在两个电压的同时作用下,在水平方向和垂直方向同时产生位移,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。如图8.2所示。
①当时间t?t0时,Vy?0,Vx??Vxm (锯齿波电压的最大负值)。光点出现在荧光屏上的最左侧的“0”点,偏离屏幕中心的距离正比于Vxm。
②当时间t?t1时,Vy?Vy1,Vx??Vx1,光点同时受到水平和垂直偏转板的作用,将会出现在屏幕的第Ⅱ象限的“1”点。
③当时间t?t2时,Vy?Vy2,Vx??Vx2,光点同时受到水平和垂直偏转板的作用,但此时正弦波电压为正的最大值,即Vy2?Vym;光点将会出现在屏幕第Ⅱ象限的最高点“2”点。 ④当时间t?t3时,Vy?Vy3,Vx??Vx3,光点同时受到水平和垂直偏转板的作用,与“1”点情况类似,光点将会出现在屏幕第Ⅱ象限的“3”点。
⑤当时间t?t4时,Vy?Vy4,Vx??Vx4,但此时锯齿波电压和正弦波电压均为为0,即
Vy4?Vx4?0;光点将会出现在屏幕中央的“4”点。
⑥正弦波的负半周与正半周类似,光点将依次出现在第Ⅳ象限的“5”、“6”、“7”、“8”点。以后,在被测信号的第二个周期、第三个周期等都将重复第一个周期的情形,光点在荧光屏上描出的轨迹也都将重叠在第一次描出的轨迹上,因此,荧光屏显示的是被测信号随时间变化的稳定波形。
Uyy 2 2 1 1 3 3 4 4 0 8 0 8 t 5 5 7 7 6 6 0 1 2 3 ux 4 5 6 7 26 t 8 图8.2 X、Y偏转板同时加信号时光点的轨迹图
8.3 如果被测正弦信号的周期为T,扫描锯齿波的正程时间为T/4,回程时间可忽略,其中被测信号加在Y输入端,扫描信号加在X输入端,试用作图法说明信号的显示过程。 答:信号的分析方法与上题类似,其波形如图8.3所示。
8.4 怎样控制扫描电压的幅度?
答:在示波器电路中比较和释抑电路可用于控制扫描电压的幅度。比较电路利用比较、识别电平的功能来控制锯齿波的幅度,在比较电路中,输入电压与预置的参考电平进行比较,当输入电压等于预置的参考电平时,输出端电位产生跳变,并把它作为控制信号输出。它决定扫描的终止时刻,从而确定锯齿波的幅度,使电路产生等幅扫描。
8.5 对电子示波器的扫描电压有什么要求?
答:由于扫描电压与被测信号同步是信号稳定显示的基础,首先扫描电压的时基应准确;其次扫描发生器产生的锯齿波,是信号在X轴展开的条件,要使波形完美再现,扫描电压的线性应良好。
图8.3 Tx?Tx =1/4Ty t ux Ty 3 3 0 2 4 t 0 2 4 uy 1 1 1Ty时荧光屏显示的波形情况 48.6 比较触发扫描和连续扫描的特点。
答:连续扫描和触发扫描示波器扫描的两种方式。为了更好地观测各种信号,示波器应该既能连续扫描又能触发扫描,扫描方式的选择可通过开关进行。在连续扫描时,没有触发脉冲信号,扫描闸门也不受触发脉冲的控制,仍会产生门控信号,并启动扫描发生器工作;在触发扫描时,只有在触发脉冲作用下才产生门控信号。对于单次脉冲或者脉冲周期长的信号采用触发扫描方式更能清晰观测。
8.7 试说明触发电平、触发极性调节的意义。
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答:在电路中设置触发电平和触发极性调节两种控制方式,通过这两种方式可任意选择被显示信号的起始点,便于对波形的观测和比较。触发极性是指触发点位于触发源信号的上升沿还是下降沿。触发点位于触发源信号的上升沿为“+”极性;触发点位于触发源信号的下降沿则为“-”极性;触发电平是指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出电压的瞬时值,触发极性和触发电平决定触发脉冲产生的时刻,并决定扫描的起点。
8.8 一示波器的荧光屏的水平长度为10cm,要求显示10MHz的正弦信号两个周期,问示波器的扫描速度应为多少?
解:被测交流信号的周期为 T?x?Dx Dx?11T 其中 T???0.1?10?6s?0.1us 6f10?10x所以 Dx?
T0.1??0.02us/cm x10/28.9 有一正弦信号,使用垂直偏转因数为10mV/div的示波器进行测量,测量时信号经过10:1的衰减探头加到示波器,测得荧光屏上波形的高度为7.07div,问该信号的峰值、有效值各为多少?
答:示波器测量的是峰-峰值。
Vp?p?h?Dy?ky
Vp?p?7.07?10?10mV?707mV
正弦信号的峰值 Vp?正弦信号的有效值 V?
Vp?p2?707mV?353.5mV 2Vp2?Vp?p22?70722?250mV
8.10 延迟线的作用是什么?延迟线为什么要放置在内触发信号之后引出? 答:延迟线是一种传输线,起延迟时间的作用。
在前面讨论触发扫描时已经介绍,触发扫描发生器只有当被观察的信号到来时才工作,也就扫描的开始时间总是滞后于被观测脉冲一段时间,这样,脉冲的上升过程就无法被完整地显示出来,因为有一段时间扫描尚未开始。延迟线的作用就是把加到垂直偏转板的脉冲信号延迟一段时间,使信号出现的时间滞后于扫描开始时间,这样就能够保证在屏幕上可以扫出包括上升时间在内的脉冲全过程。
8.11 某示波器的带宽为120MHz,探头的衰减系数为10:1,上升时间为t0=3.5ns。用该示波器测量一方波发生器输出波形的上升时间tx,从示波器荧光屏上测出的上升时间为t0=11ns。问方波的实际上升时间为多少?
答:由于测量包含了示波器本身的固有上升时间,必须修正,同时考虑探头衰减倍数,方波
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的实际上升时间为
2tr?trx?tr20?10?(11)2?(3.5)2?10?104.3ns
8.12 什么是“交替”显示?什么是“断续”显示?对频率有何要求?
答:交替和断续显示都是示波器采用单电子枪显示多波形的方法。交替显示采取的方法是第一次扫描时接通Y1通道,第二次扫描时接通Y2通道,交替地显示Y1、Y2通道输入的信号,。显然,电子开关的切换频率是扫描频率的一半。由于扫描频率分档可调,就要求开关切换频率跟随扫描频率变化。而一旦扫描频率低于50Hz时,开关切换频就会低于25Hz而产生闪烁,所以交替方式适于观测高频。
断续方式是在一个扫描周期内,高速地轮流接通两个输入信号,被测波形是由许多线段时断时续地显示出来,电子开关工作于自激状态,开关频率一般为几百KHz ,它不受扫描频率的控制,处于非同步工作方式。只有当转换频率远远高于被测信号频率时,人眼看到的波形好象是连续的,否则波形断续现象明显。因此,断续方式适用于被测信号频率较低的情况。 8.13 根据李沙育图形法测量相位的原理,试用作图法画出相位差为0和180时的图形。说明图形为什么是一条直线?
解:(1)同幅度、相位差为0、频率比为1:1、周期为T的正弦信号分别送入示波器的Y通道和X通道。 Uyy
0 t0 t1 t2 t3 t4 t
图8.4 X、Y偏转板加同频、同相信号时
光点的轨迹图
???1 0 2 t0 t1 t2 t3 t4 ux t ①当时间t?t0时,Vy?0,Vx?0 光点出现在荧光屏上的中点“0”点。
②当时间t?t1时,Vy?Vx?Vm,光点同时受到水平和垂直偏转板的作用,在x、y方向位移最大且相同,光点将会出现在屏幕的第1象限的“1”点。
③当时间t?t2时,Vy?0,Vx?0,光点从“1”点回到荧光屏上的中点“0”点。
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④当时间t?t3时,Vy?Vx??Vm,光点同时受到水平和垂直偏转板的作用,与“1”点情况类似,光点将会出现在屏幕第3象限的“2”点。
⑤当时间t?t4时,光点从“2”点回到荧光屏上的中点“0”点。 因此,荧光屏显示的是一条过原点的,斜率为45的直线。
(2)同幅度、相位差为180、频率比为1:1、周期为T的正弦信号分别送入示波器的Y通道和X通道,图形是一样的。
8.14 示波器测量电压和频率时产生误差的主要原因是什么?
答:由于测量时是通过示波器屏幕上的刻度来读数的,目前的多数示波器的最小刻度是1毫米,毫米以下是估测读数,同时,示波器显示的光迹不可能做得很细,因此产生误差的主要原因是读数误差。
??8.15在通用示波器中调节下列开关、旋钮的作用是什么?在哪个电路单元中调节? 答:下列开关、旋钮是示波器中常用的。
(1)辉度
即示波器光迹的亮度调节,在示波器高压电源部分。
(2)聚焦和辅助聚焦
即示波器显示光迹的聚焦程度调节,聚焦越好,光迹线越细,显示越清晰,在示波器高压控制部分。
(3)X轴移位
即示波器显示光迹在X轴方向移动,该部分控制在X偏转板后置放大部分。
(4)触发方式
即示波器扫描信号发生器的工作控制方式,该部分控制在X偏转板扫描电路部分。
(5)Y轴移位
即示波器显示光迹在Y轴方向移动,该部分控制在Y偏转板后置放大部分。
(6)触发电平
触发电平是指触发脉冲到来时所对应的触发放大器输出电压的瞬时值,该部分控制在X偏转板扫描电路部分。
(7)触发极性
触发极性是指触发点位于触发源信号的上升沿还是下降沿,该部分控制在X偏转板扫描电路部分。
(8)偏转灵敏度粗调(V/div) 示波器Y通道的增益粗调。 (9)偏转灵敏度细调
示波器Y通道的增益细调。
(10)扫描速度粗调(T/div)
示波器X通道的扫描速率粗调。
(11)扫描速度微调
示波X通道的扫描速细粗调。
(12)稳定度
调节示波器扫描锯齿波的周期,以保证与被测波形同步。
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