电子测量原理
第 1页
第 7章 信号波形测量
7.1 概述
7.2 CRT显示原理
7.3 通用示波器
7.4 取样示波器
7.5 波形存储及显示技术
7.6 示波器的基本测试技术
电子测量原理
第 2页
7.1 概述
7.1.1 示波器的分类
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：
? 1 模拟示波器
—— 采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。
? 2 数字示波器
—— 对信号进行数字化处理后再显示。
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第 3页
1 模拟示波器
? 模拟示波器可分为通用示波器、多束示波器、取样示波
器、记忆示波器和专用示波器等。
? 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。
? 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。
电子测量原理
第 4页
2 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。
? 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。
? 根据取样方式不同，数字示波器又可分为实时取
样、随机取样和顺序取样三大类。
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第 5页
7.1.2 主要技术指标
1．频带宽度 BW和上升时间 tr
示波器的频带宽度 BW一般指 Y通道的频带宽度。
上升时间 tr是一个与频带宽度 BW相关的参数，
表示由于示波器 Y通道的频带宽度的限制，反映了示
波器 Y通道跟随输入信号快速变化的能力。
频带宽度 BW与上升时间 tr的关系可近似表示为
30, 3 5 0, 3 5[ ],[ ] 1 0
[ ] [ ]rrt s t n sB W M H z B W M H z? ? ? ?或
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第 6页
7.1.2 主要技术指标
?2．扫描速度
扫描速度是指荧光屏上单位时间内光点水平移
动的距离，单位为, cm/s”。
荧光屏上通常用间隔 1cm的坐标线作为刻度线，
因此扫描速度的单位也可表示为, cm/div”。
扫描速度的倒数称为, 时基因素,,它表示单
位距离代表的时间，单位为, t/cm”或, t/div”，时
间 t可为 μs, ms或 s，在示波器的面板上，通常按
,1,2,5”的顺序分成很多档。
电子测量原理
第 7页
7.1.2 主要技术指标
?3．偏转因素
偏转因素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”）。
偏转因素表示了示波器 Y通道的放大 /衰减能力。
偏转因素的倒数称为, （偏转）灵敏度, 。
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第 8页
7.1.2 主要技术指标
?4．输入阻抗
当被测信号接入示波器时，输入阻抗 Zi形成被
测信号的等效负载。
?5．输入方式
即输入耦合方式，一般有直流（ DC）、交流
（ AC）和接地（ GND）三种，可通过示波器面板选择。
?6．触发源选择方式
触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号
来源，一般有内触发（ INT）、外触发（ EXT）、电
源触发（ LINE）三种。
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第 9页
7.2 CRT显示原理
7.2.1 CRT
CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分
组成，基本结构如下图所示。
F
K
G1
G2 A1 A2
Y 偏转板
X 偏转板
辉度
聚焦
辅助聚焦
+E
-E
荧
光
屏
电子枪
偏转系统
荧光
屏
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第 10页
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, 。
电子测量原理
第 11页
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。
K
G
1
G
2
A
1
A
2
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第 12页
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 。
? 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臵。
? 为了示波器有较高的测量灵敏度,Y偏转板臵于
靠近电子枪的部位，而 X偏转板在 Y的右边。
电子测量原理
第 13页
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：
?示波管的 Y轴偏转灵敏度（单位为 cm/V）：
其倒数为示波管的 Y轴偏转因数。偏转灵敏度越大，
示波管越灵敏。
?为提高 Y轴偏转灵敏度，可在偏转板至荧光屏之间
加一个后加速阳极 A3。
2 ya
lSyV
bV
?
l为偏转板的长度； S为偏转板中心
到屏幕中心的距离； b为偏转板间
距； Va为阳极 A2上的电压。
2y a
lSS
bV
?
电子测量原理
第 14页
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 。
? 在使用示波器时，应避免电子束长时间的停留在
荧光屏的一个位臵，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。
? 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, 。
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第 15页
7.2.2 波形显示的基本原理
1．显示随时间变化的图形
（ 1） Ux,Uy为固定电压时，有下面四种情况：
(a) U
x
= 0,U
y
=0
光点出现在荧光屏的中心位臵。
(b) U
x
= 0,U
y
= 常量
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。
电子测量原理
第 16页
7.2.2 波形显示的基本原理
1．显示随时间变化的图形（续）
(c) U
x
= 常量、U
y
=0
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。
(d) U
x
= 常量、U
y
= 常量
当两对偏转板上同时加固定
的正电压时，光点位臵应为
两电压的矢量合成。
电子测量原理
第 17页
7.2.2 波形显示的基本原理
1．显示随时间变化的图形（续）
（ 2） X,Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情
况：
U
y
0
1
2
3
4
0
1
3
2 4
U
y
-U
y
t
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。
电子测量原理
第 18页
7.2.2 波形显示的基本原理
1．显示随时间变化的图形（续）
U
x
0
1
2
3
4
0 1
3
2
4
U
x
-U
x
t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。
电子测量原理
第 19页
7.2.2 波形显示的基本原理
1．显示随时间变化的图形（续）
（ 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。
U
y
0
1
2
3
4 0
1
3
2
4
U
y
-U
y
t
0
U
x
t
U
x
-U
x
电子测量原理
第 20页
7.2.2 波形显示的基本原理
2．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。
t0
1
2
3
4 0
1
2
3
4
u
y
t
u
x
0
1
2
3
4
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 。
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第 21页
7.2.2 波形显示的基本原理
2．显示任意两个变量之间的关系（续）
t
0
1
2
3
4
0 12
3
4
u
y
t
u
x
0
1
2
3
4
0
2
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 。
电子测量原理
第 22页
7.2.2 波形显示的基本原理
3．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,比例系数 Sx称为示
波管的 X轴偏转灵敏度。
? 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为, 扫描,,
能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压，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, 。
[ / ]xxx S k t h t c m s? ? ?
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第 23页
7.2.2 波形显示的基本原理
4．同步的概念
（ 1） Tx=nTy(n为正整数 )：荧光屏上将稳定显示 n个
周期的被测信号波形。
u
y
T
y
T
x
u
x
t
t
n=2
如果扫描电压
周期 Tx与被测
电压周期 Ty保
持 Tx=nTy的关
系，则称扫描
电压与被测电
压, 同步, 。
电子测量原理
第 24页
7.2.2 波形显示的基本原理
4．同步的概念（续）
（ 2） Tx≠nT y(n为正
整数 )，即不满足同
步关系时，显示的
波形不稳定。
t0
1 5(6)
2
3
4 7
8
9 0
1
2
3
4
56
7
8
u
y
t
u
x
T
y
5
4
xy
TT ?
10
11
10
9 11
电子测量原理
第 25页
7.2.2 波形显示的基本原理
5．连续扫描和触发扫描
? 扫描电压是连续的方式称为连续扫描。
? 当欲观测脉冲信号，尤其是占空比很小的脉冲时，
采用连续扫描存在一些问题：选择扫描周期等于脉
冲重复周期时，难以看清脉冲波形的细节。
Ts
T=Ts
t
t
( a ) 被测脉冲
( b ) 连续扫描，且T = T s
?
不能观测到脉冲细节
电子测量原理
第 26页
7.2.2 波形显示的基本原理
5．连续扫描和触发扫描（续）
? 选择扫描周期等于脉冲底宽 时,观测者不易观察
波形，而且扫描的同步很难实现。
Ts
t
t
( a ) 被测脉冲
( c ) 连续扫描，
且T =
?
?
T= ?
脉冲得到展宽，但
波形显示暗，而时基线太亮
电子测量原理
第 27页
7.2.2 波形显示的基本原理
5．连续扫描和触发扫描（续）
? 触发扫描时，使扫描脉冲只在被测脉冲到来时才
扫描一次；没有被测脉冲时，扫描发生器处于等待
工作状态。
Ts
t
t
( a ) 被测脉冲
?
( d ) 触发扫描
扫描 等待能较好地观测脉冲
电子测量原理
第 28页
7.2.2 波形显示的基本原理
6．扫描过程的增辉
为了使回扫产生的
波形不在荧光屏上显示，
可以设法在扫描正程
期间，给示波器增辉。
若不增辉将产生如图的回扫线
t
0
1 5
2
3
4 6
7
8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
u
y
t
u
xT
y
T
x
=2T
y
电子测量原理
第 29页
7.3 通用示波器
7.3.1 通用示波器的组成
Y 输入
电路
Y 前置
放大器
触发电路
延迟线
Y 后置
放大器
水平
放大器
扫描
发生器
Y 输入
外触发
内
外
至X
偏转板
至Y
偏转板
校准信号
发生器
低压电源 高压电源
电源
至各电路
正高压
负高压
X 输入
校准信号
输出
电子测量原理
第 30页
7.3 通用示波器
7.3.2 通用示波器的垂直通道
1．输入电路：包括衰减器和输入选择开关。
（ 1）衰减器
v
i
v
o
R
1
R
2
C
1
C
2
最佳补偿
过补偿
欠补偿
Z
1
Z
2
最佳补偿条件, 2211 CRCR ?
过补偿,
1 1 2 2R C R C?
欠补偿：
1 1 2 2R C R C?
改变分压比的开关为示波器的垂直灵敏度粗调开关，在面
板上用, V/cm”标记。
电子测量原理
第 31页
7.3 通用示波器
（ 2）输入耦合方式
? 输入耦合方式设有 AC,GND,DC三档选择开关。
? 观察交流信号时，臵, AC”档。
? 确定零电压时，臵, GND”档。
? 观测频率很低的信号或带有直流分量的交流信号
时，臵, DC”档。
电子测量原理
第 32页
7.3.2 通用示波器的垂直通道
2．前臵放大器
? 前臵放大器将信号适当放大，从中取出内触发信
号，并具有灵敏度微调、校正,Y轴移位、极性反转
等控制作用。
? Y前臵放大器大都采用差分放大电路，输出一对平
衡的交流电压。若在差分电路的输入端输入不同的
直流电位，相应的 Y偏转板上的直流电位和波形在 Y
方向的位臵也会改变。
? 可通过调节, Y轴位移, 旋钮，调节直流电位以改
变被测波形在屏幕上的位臵。
电子测量原理
第 33页
7.3.2 通用示波器的垂直通道
3．延迟线
触发扫描时，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。
左图为没有延迟线时屏
幕上显示的脉冲。
触发点
输入信号
扫描电压
显示波形
扫描
起点
t
T
电子测量原理
第 34页
7.3.2 通用示波器的垂直通道
3．延迟线（续）
? 延迟线的作用就是把加到
垂直偏转板上的脉冲信号延迟
一段时间，以保证在屏幕上扫
描出包括上升时间在内的脉冲
全过程。
? 延迟线的输入级需采用
低输出阻抗电路驱动，而
输出级则采用低输入阻抗的
缓冲器。
触发点
输入信号
扫描电压
显示波形
输入信号
延迟后
t
d
扫描
起点
t
T
电子测量原理
第 35页
7.3.2 通用示波器的垂直通道
4,Y输出放大器
? Y输出放大器是将延迟线传来的被测信号放大到足
够的幅度，用以驱动示波管的垂直偏转系统，使电
子束获得 Y方向的满偏转。
? Y输出放大器应具有稳定的增益、较高的输入阻抗、
足够宽的频带、较小的谐波失真 。
? Y输出放大器大都采用推挽式放大器，有利于提高
共模抑制比。可采用改变负反馈的方法改变放大器
的增益 （面板上的, × 5”或, × 10”开关 ）。
电子测量原理
第 36页
7.3.3 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。
触发源
选择
触发耦合
方式选择
放大整形
电路
扫描
闸门
扫描电压
发生器
水平
放大器
比较和
释抑电路
触发信号
触发电路
扫描
发生器环
至X
偏转板
电子测量原理
第 37页
7.3.3 通用示波器的水平通道
1．触发电路
触发电路的作用是为扫描信号发生器提供符合
要求的触发脉冲。包括触发源选择、触发耦合方式
选择、触发方式选择、触发极性选择、触发电平选
择和触发放大整形等电路。
放大、整形
电路
内
外
电源
C
1
C
2
C
3
AC
A C 低频
抑制
HF REJ
DC
常态 自动 TV
触发电平
调节
至扫描
发生器环触发脉
冲输出
S
1
S
2
S
4
+
-
S
3
极性反
转电路
触发源选择
触发耦合方式选择
触发极性
选择
触发方式选择
电子测量原理
第 38页
7.3.3 通用示波器的水平通道
1．触发电路（续）
（ 1）触发源选择
? 内触发（ INT）：将 Y前臵放大器输出（延迟线前
的被测信号）作为触发信号，适用于观测被测信
号。
? 外触发（ EXT）：用外接的、与被测信号有严格
同步关系的信号作为触发源，用于比较两个信号
的同步关系。
? 电源触发（ LINE）：用 50Hz的工频正弦信号作为
触发源，适用于观测与 50Hz交流有同步关系的信
号。
电子测量原理
第 39页
7.3.3 通用示波器的水平通道
1．触发电路（续）
（ 2）触发耦合方式
?, DC”直流耦合：用于接入直流或缓慢变化的触发
信号。
?, AC”交流耦合：用于观察从低频到较高频率的信
号。
?, AC低频抑制, 耦合：用于观察含有低频干扰的
信号。
?, HF REJ”高频抑制耦合：用于抑制高频成分的耦
合。
电子测量原理
第 40页
7.3.3 通用示波器的水平通道
1．触发电路（续）
（ 3）扫描触发方式选择（ TRIG MODE）
? 常态（ NORM）触发方式：指有触发源信号并产生
了有效的触发脉冲时，荧光屏上才有扫描线。
? 自动（ AUTO）触发方式：有连续扫描锯齿波电压
输出，荧光屏上总能显示扫描线。
? 电视（ TV）触发方式：是在原有放大、整形电路
基础上插入电视同步分离电路实现的，以便对电视
信号（如行、场同步信号）进行监测与电视设备维
修。
电子测量原理
第 41页
7.3.3 通用示波器的水平通道
1．触发电路（续）
（ 4）触发极性选择和触发电平调节
? 触发极性和触发电平决定触发脉冲产生的时刻，
并决定被显示信号的起始点。
? 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。
电子测量原理
第 42页
7.3.3 通用示波器的水平通道
（ 4）触发极性选择和触发电平调节
( a ) 正电平、正极性 ( b ) 正电平、负极性
( c ) 负电平、负极性 ( d ) 负电平、正极性
电子测量原理
第 43页
7.3.3 通用示波器的水平通道
1．触发电路（续）
（ 5）放大整形电路
? 放大整形电路的作用是 对触发信号进行放大、整
形，以满足触发信号的要求。
? 整形电路的基本形式是电压比较器，当输入的触
发源信号与通过, 触发极性, 和, 触发电平, 选择
的信号之差达到某一设定值时，比较电路翻转，输
出矩形波，然后经过微分整形，变成触发脉冲。
电子测量原理
第 44页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环
? 扫描发生器环又叫时基电路，常由积分器、扫描
闸门及比较释抑电路组成 。 扫描闸门
扫描锯齿波
发生器
比较和释抑
电路
+ E
至X 放大器
+ E
“稳定度”
调节
比较电平
触发脉冲
输入
“增辉”
脉冲
电子测量原理
第 45页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
? 闸门电路产生快速上升或下降的闸门信号，闸门
信号启动扫描发生器工作，产生锯齿波电压，同
时把闸门信号送到增辉电路，以便在扫描正程加
亮扫描的光迹。
? 释抑电路起到了稳定扫描锯齿波的形成、防止
干扰和误触发的作用，确保每次扫描都在触发源
信号的同样的起始电平上开始以获得稳定的图象。
电子测量原理
第 46页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 1）扫描方式选择：包括连续扫描和触发扫描。
（ 2）扫描门
1）控制积分器扫描。
2）起正程加亮作用。
3）使双踪示波器工作于交替状态。
电子测量原理
第 47页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 2）扫描门
常用的闸门电路有
双稳态、施密特触
发器和隧道二极
管整形电路。右图
为施密特触发器构
成的闸门电路。
u
i
C
R
b1
R
e
R
c1
R
c2
R
b2
V
1
V
2
u
o
+E
电子测量原理
第 48页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 3）积分器
密勒（ Miller）积分器是通用示波器中应用最广的
一种积分电路。
0
1,0 ~
o
EEV d t t t
C R R C
? ?? ? ??
来自
扫描闸门
-
+
R
C
+E
扫描锯齿波
输出
V
o
? ?
电子测量原理
第 49页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 3）积分器
? 积分器产生的锯齿波电压被送入 X放大器中放大，
再加至水平偏转板。
? 荧光屏上单位长度所代表的时间为示波器的扫描
速度 （ t/cm）,x,光迹在水平方向偏转的
距离； t：偏转 x距离所对应的时间。
? 在示波器中通常改变 R或 C值作为, 扫描速度, 粗
调，用改变 E值作为, 扫描速度, 微调。
/s t x?
电子测量原理
第 50页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 4）比较和释抑电路
? 在比较电路中，输入电压与预臵的参考电平进行
比较，当输入电压等于预臵的参考电平时，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。
? 释抑电路在扫描逆程开始后，关闭或抑制扫描闸
门，使, 抑制, 期间扫描电路不再受到同极性触发
脉冲的触发。
电子测量原理
第 51页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 4）比较和释抑电路
? 比较和释抑电路与扫描门、积分器构成一个闭合
的扫描发生器环。
? 扫描门的输入接受三个方面的信号：, 稳定度,
电位器提供的直流电位；来自释抑电路的释抑信号；
来自触发电路的触发脉冲。
1）触发扫描过程：
电子测量原理
第 52页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 4）比较和释抑电路
E
1
E
0
E
2
E
r
来自比较电路
的参考电平
（比较电平）
扫描发生
器输出V
o
上触发电平
下触发电平
通过“稳定度
”调节的静态
工作电平E
0
触发脉冲
1
2 3
4
5
抑制期
回扫期
开始下一
次扫描
跟随V
o
6
释放
闸门输出
叠加后的
闸门输入
电子测量原理
第 53页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 4）比较和释抑电路
2）连续扫描。
? 在此扫描方式下，通过, 稳定度, 调节，使闸门
电路的静态工作电平高于上触发电平 E1，则不论是否
有触发脉冲，扫描闸门都将输出闸门信号。
? 扫描闸门仍然受比较和释抑电路的控制，以控制
扫描正程的结束，从而实现扫描电压和被测电压的
同步。
电子测量原理
第 54页
7.3.3 通用示波器的水平通道
3．水平放大器
? 其基本作用是选择 X轴信号，并将其放大到足以使
光点在水平方向达到满偏的程度。
? X放大器的输入端臵于, 内, 时,X放大器放大扫
描信号；臵于, 外, 时，水平放大器放大由面板上 X
输入端直接输入的信号。
电子测量原理
第 55页
7.3.4 通用示波器的其他电路
1．高、低压电源
— 分别用于示波器的高、中压和直流供电。
2,Z轴的增辉与调辉
— 增辉：将闸门信号放大，使显示的波形正程加亮。
— 调辉：加外调制信号或时标信号，使屏幕显示的
波形发生相应地变化。
3．校准信号发生器
— 可产生幅度和频率准确的基准方波信号，为仪器
本身提供校准信号源。
电子测量原理
第 56页
7.3.5 示波器的多波形显示
1．多线示波
? 利用多枪电子管来实现的。
? 测试时各通道、各波形之间产生的交叉干扰可以
减少或消除，可获得较高的测量准确度。
2．多踪示波
在单线示波的基础上增加了电子开关，利用分时
复用的原理，分别把多个垂直通道的信号轮流接到 Y
偏转板上，最终实现多个波形的同时显示。
电子测量原理
第 57页
7.3.5 示波器的多波形显示
2．多踪示波
,Y1”通道（ CH1）,,Y2”通道（ CH2）和叠加方式
（ CH1+CH2）都只显示一个波形。
Y
1
输入
电路
Y
1
前置
放大器
Y
1
门电路
电子
开关
延迟
线
Y 后置
放大器
Y
2
输入
电路
Y
2
前置
放大器
Y
2
门电路
至Y
偏转板
Y
1
输入
Y
2
输入
控制信号
电子测量原理
第 58页
7.3.5 示波器的多波形显示
2．多踪示波（续 )
交替方式（ ALT）：适合于观察高频信号。
u
y1
u
y2
u
x
电子测量原理
第 59页
7.3.5 示波器的多波形显示
2．多踪示波（续 )
断续方式（ CHOP）：适用于被测信号频率较低
的情况。
u
y1
u
y2
u
x
电子测量原理
第 60页
7.3.6 双时基扫描显示
双时基示波器有两个独立的触发和扫描电路，
特别适用于在观察一个脉冲序列的同时，仔细观察
其中一个或部分脉冲的细节。
前置放大 延长线
Y 后置放大
A 触发 A 扫描
电子开关
X 放大
电压比较
B 触发
选择门
Y 线光迹
分离电路
+
-
B 扫描
R
P
Y 输入
A 增辉
B 增辉
1
2
3
4
电子测量原理
第 61页
7.3.6 双时基扫描显示
? 为了能同时观测脉冲列的全貌及其中某一部分的
细节，设立电子开关，把两套扫描电路的输出交
替地接人 X放大器。这称为 A延迟 B。
? 把 A,B扫描门产生的增辉脉冲叠加起来，形成合
成增辉信号，用它来给 A通道增辉，则 A通道所显
示的脉冲列中，对应 B扫描期间的那个脉冲 3被加
亮，这称为 B加亮 A。
? 包括上两种方式的，被称为自动双扫描。
电子测量原理
第 62页
7.3.6 双时基扫描显示
1
2
3
4
输入信号
A 触发
A 扫描
延迟触发电平
B 触发
B 扫描
A 增辉
B 增辉
合成增辉
电子测量原理
第 63页
7.4 取样示波器
7.4.1 概述
1．取样的基本概念
? 取样就是从被测波形上取得样点的过程。
? 取样分为实时取样和非实时取样两种。
? 从一个信号波形中取得所有取样点，来表示一个
信号波形的方法称为实时取样。
? 从被测信号的许多相邻波形上取得样点的方法称
为非实时取样，或称为等效取样。
电子测量原理
第 64页
7.4.1 概述
1．取样的基本概念
实时取样示意图
取样脉冲
p(t)
输入信号
V
i
(t)
取样信号
V
o
(t)
t
t
电子测量原理
第 65页
7.4.1 概述
1．取样的基本概念
非实时取样示意图
t
t
输入信号
取样脉冲
取样信号
经放大和延长
电路后的信号
（显示波形）
mT
t?
2 t? 3 t? 4 t?
s
T m T t? ? ?
1
2
3
4
5
电子测量原理
第 66页
7.4.1 概述
2．取样原理
? 核心电路取样保持器示意图
? 两个取样脉冲的时间间隔为,由于波形
包络所经历的时间变长了，故可用低频示波器显示
较高频率的信号。
输入信号 输出信号
V
i
(t) V
o
(t)
取样脉冲
p(t)
取样门
R
C
S
sT m T t? ? ?
电子测量原理
第 67页
7.4.1 概述
2．取样原理（续）
? 步进间隔 Δt 与信号最高频率 fh应满足取样定理
? 非实时采样只适用于周期性信号。
? 顺序进行的取样称为顺序取样；否则称为随机取
样。
1
2 ht f??
电子测量原理
第 68页
7.4.1 概述
3 显示原理
? 顺序取样示波器中的水平扫描信号为阶梯波电压，
阶梯持续时间，阶梯数对应屏幕上显示的不连续
的光点数。
输入信号
Y 放大器输出
t
mT
t?
2 t? 3 t? 4 t?
s
T mT t? ? ?
1
2
3
4
5
t
X 放大器输出
（扫描阶梯波电压）
电子测量原理
第 69页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
1.取样示波器的基本框图
延迟线
取样
电路
触发
电路
Y
延长门
垂直
放大器
水平
放大器
步进脉冲
发生器
Y 输入
外触发
内
外
扫描信号
发生器
至X
偏转板
至Y
偏转板
电子测量原理
第 70页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
2.取样示波器的垂直通道
垂直通道由延迟线、延长门和 Y放大器等电路
组成，最关键的电路是取样电路，它产生正比于取
样值的阶梯电压。下图为常用的闭环取样电路组成
框图。
A
反馈电路
C
s
C
m
u
i
(t) S
1
取样门
取样脉冲
延长门脉冲
S
2延长门
+
-
至Y 放大器
u
o
(t)
?
跟随器
交流
放大器
电子测量原理
第 71页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
2.取样示波器的垂直通道（续）
? 第一个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被
测信号对取样电容 Cs充电；
? 然后该电压被送到交流放大器 A放大，在延长门闭
合期间对保持电容 Cm充电；
? 最后保持电压经过反馈电路送回取样电容 Cs，故
取样电容 Cs上最终得到的电压为 （ K为
取样门的传输函数）。
? 若 kAβ=1,则取样电路的输出电压值正比于输入
电压的取样值。
1c s iu K A u??
电子测量原理
第 72页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
2.取样示波器的垂直通道（续）
? 第二个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被
测信号与 cs上的电压 ui1之差给取样电容 Cs充电，
充电的电压值经过传递系数 K和增益 A后，将在保
持电容上与前一次的输出信号叠加，得到 uo2为
? 取样电路的输出是由离散的、与被测信号成正比
的阶梯波构成的。
? ?2 1 2 1 2o i i i iu K A u K A u u K A u? ? ? ?
电子测量原理
第 73页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
3.取样示波器的水平通道
? X通道主要包括触发、放大、分频单元、快斜波
发生器、比较器、阶梯波发生器和 X放大器。
? 下图为阶梯波发生器框图：
快斜波
发生器
水平
放大器
电压
比较器
触发脉冲
阶梯波
发生器
取样脉冲
发生器
泵
发生器
至取样门
至X
偏转板
电子测量原理
第 74页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
3.取样示波器的水平通道（续）
图示波形说明了步进脉冲发生器的工作过程
触发脉冲
t? 2 t? 3 t?
s
T m T t? ? ?
步进延迟
脉冲
快斜波、
阶梯波
mT
1 2 3 4
电子测量原理
第 75页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
4.取样示波器的主要参数
（ 1）取样示波器的带宽
? 要提高取样示波器的带宽，取样门用元件的高频
特性要足够好；其次取样脉冲本身要足够窄。
? 取样脉冲通常有两种形式：规则脉冲和尖三角脉
冲。
? 取样门的最高工作频率为 （ τ 为取样
脉冲底宽），即与取样脉冲底边的宽度成反比。
3
0,4 4 ~ 0,6 4
dBf ??
电子测量原理
第 76页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
4.取样示波器的主要参数（续）
（ 2）取样密度
? 指电路扫描时，在示波器屏幕 X轴上显示的被测
信号每格所对应的取样点数，常用每厘米的光点
数来表示。
? 屏幕上的光点总数为 （ Us为 X方向最大偏
转电压； Δu s为阶梯波每级上升的电压）。
? 使 ΔU s变小，可使总点数增加，即取样密度变大；
但取样点过多可能导致波形闪烁。
s
s
Un
U? ?
电子测量原理
第 77页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
4.取样示波器的主要参数（续）
（ 3）等效扫速
? 等效扫速定义为被测信号经历时间与水平方向展
宽的距离比。
? 在取样示波器中，虽然在屏幕上显示 n个亮点需
要 n（ mT+Δt ）的时间，但它等效于被测信号经
过了 nΔt 的时间。
1 s
F
F
UtT
NU? ? ?
Us为 X方向最大偏转电压； N为 X轴
偏转格数；为快斜波的斜率。
电子测量原理
第 78页
7.5 波形存储及显示技术
7.5.1 波形模拟存储技术和记忆示波器
模拟记忆示波器是利用记忆示波管的波形记忆
（存储）特性实现波形较长时间的存储,其核心是
记忆示波管：
K
G A
1
A
2
G
11
G
12
G
21
G
22
K
1
K
2
收集极 存储介质
存储栅网
荧
光
屏
Y X
写入电子枪
偏转系统
读出电子枪 记忆与显示
记录系统 泛射系统
电子测量原理
第 79页
7.5.1 波形模拟存储技术和记忆示波器
? 示波管内有两种电子枪，一种称为写入枪，另一
种称为读出枪。
? 在记录波形之前，首先对存储栅网进行清除，清
除网上的电子。
? 写入枪发射电子束，实现了存储功能。
? 读出时，在那些被记录枪电子束扫描过的区域，
读出枪发出的泛射电子可以通过栅网而到达荧光
屏，从而显示波形。
电子测量原理
第 80页
7.5.2 数字存储示波器
1．数字存储示波器的组成原理
衰减器 放大器
触发
电路
A/D
转换器
延迟线
存储器
（R A M ）
D/A
转换器
地址
计数器
D/A
转换器
垂直
放大器
水平
放大器
扫描
发生器
逻辑控制电路
（微处理器）
输入
外触发
内
外
实时
存储
实时
实时
存储
存储
至X
偏转板
至Y
偏转板
电子测量原理
第 81页
7.5.2 数字存储示波器
1．数字存储示波器的组成原理（续）
? 当处于存储工作模式时，其工作过程一般分为存
储和显示两个阶段。
? 在存储工作阶段，将模拟信号转换成数字化信号，
在逻辑控制电路的控制下依次写入到 RAM中。
? 在显示工作阶段，将数字信号从存储器中读出转
换成模拟信号，经垂直放大器放大加到 CRT的 Y偏
转板。同时,CPU的读地址计数脉冲加至 D/A转换
器，得到一个阶梯波扫描电压，驱动 CRT的 X偏转
板，
电子测量原理
第 82页
7.5.2 数字存储示波器
2．数字存储式波器的工作方式
（ 1）数字存储器的功能
— 随机存储器 RAM包括信号数据存储器、参考波形存
储器、测量数据存储器和显示缓冲存储器四种。
（ 2）触发工作方式
1）常态触发 — 同模拟示波器基本一样。
2）预臵触发 — 可观测触发点前后不同段落上的
波形。
电子测量原理
第 83页
7.5.2 数字存储示波器
2．数字存储式波器的工作方式（续）
（ 3）测量与计算工作方式
数字存储示波器对波形参数的测量分为自动测
量和手动测量两种。一般参数的测量为自动测量，
特殊值的测量使用手动光标进行测量。
（ 4）面板按键操作方式
数字存储示波器的面板按键分为立即执行键和
菜单键两种。
电子测量原理
第 84页
7.5.2 数字存储示波器
3．数字存储示波器的显示方式
（ 1）存储显示
—— 适于一般信号的观测。
（ 2）抹迹显示
—— 适于观测一长串波形中在一定条件下才会发生
的瞬态信号。
（ 3）卷动显示
—— 适于观测缓变信号中随机出现的突发信号。
电子测量原理
第 85页
7.5.2 数字存储示波器
3．数字存储示波器的显示方式
（ 4）放大显示
—— 适于观测信号波形细节。
（ 5） X— Y显示
新波形到来 移出，消逝 输入波形 放大显示波形
( a ) 卷动显示 ( b ) 放大显示
电子测量原理
第 86页
7.5.2 数字存储示波器
3．数字存储示波器的显示方式
（ 6）显示的内插
? 插入技术可以解决点显示中视觉错误的问题。
? 主要有线性插入和曲线插入两种方式。
电子测量原理
第 87页
7.5.2 数字存储示波器
4．数字存储示波器的特点
（ 1）波形的采样 /存储与波形的显示是独立的 因而
可以无闪烁地观测极慢变化信号 ；对于观测极
快信号来说，数字存储示波器可采用低速显示。
（ 2）能长时间地保存信号 便于观察单次出现的瞬
变信号。
（ 3）先进的触发功能 不仅能显示触发后的信号，
而且能显示触发前的信号。
电子测量原理
第 88页
7.5.2 数字存储示波器
4．数字存储示波器的特点（续）
（ 4）测量准确度高 采用了晶振和高分辨率 A/D转换
器。
（ 5）很强的数据处理能力 内含微处理器，能自动
实现多种波形参数的测量与显示；还具有自检与
自校等多种自动操作功能。
（ 6）外部数据通信接口 可以很方便地将存储的数
据送到计算机或其他的外部设备，进行更复杂的
数据运算和分析处理。
电子测量原理
第 89页
7.5.2 数字存储示波器
5．数字存储示波器的主要技术指标
（ 1）最高取样速率
? 指单位时间内取样的次数，用每秒钟完成的 A/D
转换的最高次数来衡量。
? 实时取样速率 （ N为每格的取样数；
t/div为扫描一格所用的时间即扫描时间因数）。
（ 2）存储带宽 (B)
? 与取样速率密切相关。
/ d iv
Nf
t
?
电子测量原理
第 90页
7.5.2 数字存储示波器
5．数字存储示波器的主要技术指标（续）
（ 3）分辨率
? 包括垂直分辨率（电压分辨率）和水平分辨率
（时间分辨率）。
? 垂直分辨率与 A/D转换器的分辨率相对应，常以
屏幕每格的分级数 (级／ div)或百分数来表示。
? 水平分辨率由存储器的容量决定，常以屏幕每格
含多少个取样点或用百分数来表示。
电子测量原理
第 91页
7.5.2 数字存储示波器
5．数字存储示波器的主要技术指标（续）
（ 4）存储容量
? 由采集存储器（主存储器）的最大存储容量来表
示。
（ 5）读出速度
? 读出速度是指将数据从存储器中读出的速度，常
用 (时间 )/div来表示。
电子测量原理
第 92页
7.5.2 数字存储示波器
6．数字存储示波器的主要部件及要求
（ 1）高速 A/D转换器
1）并行比较式 ADC
采用直接比较原理，
转换速度快，
有闪烁式 A/D
（ Flash A/D）之称。
+
-
+
-
+
-
编
码
逻
辑
电
路
输
出
寄
存
器
V
i
R
R
R
+V
r
-
V
r
采样时钟
比较器
n
n-1
1
n
n-1
1
MSB
LSB
电子测量原理
第 93页
7.5.2 数字存储示波器
6．数字存储示波器的主要部件及要求（续）
（ 1）高速 A/D转换器
2）并串式 ADC
S/H
4位
并行A / D
4位
并行A / D
4位
D/A
-
+
减法
放大器
b
7
b
6
b
5
b
4
b
3
b
2
b
1
b
0
(MSB)
(LSB)
V
i
V
1
电子测量原理
第 94页
7.5.2 数字存储示波器
6．数字存储示波器的主要部件及要求（续）
（ 2）存储器
可将高速采集的数据分路变为低速数据进行存
储以降低对存储速度的要求。
A/D
转换器
寄存器
RAM
1
RAM
2
V
i
/2
f
s
电子测量原理
第 95页
7.5.2 数字存储示波器
6．数字存储示波器的主要部件及要求（续）
（ 3）控制系统
? 单处理器系统：仅有一个 CPU，加上在 CPLD或
FPGA等数字逻辑的管理下进行工作的高速时钟电
路。
? 多处理器系统：由多个 CPU完成数据采集、数据
处理、显示、人机控制等功能。
电子测量原理
第 96页
7.5.2 数字存储示波器
７．高速信号采集技术
（ 1） CCD器件和 A/D相结合
对被测信号进行非实时取样后借助 CCD进行信
号的模拟存储。然后将 CCD中存储的信号读出并进行
A/D转换，其结果存入 RAM。
Y
A
顺序
取样
Y
B
顺序
取样
通道
转换器
A
B
通道
转换器
A/D RAM
V
iA
V
iB
电子测量原理
第 97页
7.5.2 数字存储示波器
７．高速信号采集技术（续）
（ 2）扫描交换管和 A/D相结合
将高速信号存储在扫描变换管的靶面上，然后
通过电子扫描靶面以图像信号输出的形式取出存储
信号，并经 A/D转换将数字化结果存入存储器。
（ 3）等效取样和 A/D相结合
采用等效取样的方法将高速信号变为低速信号，
对此低速信号进行采集、存储就可能完成测量任务。
电子测量原理
第 98页
7.5.2 数字存储示波器
７．高速信号采集技术（续）
（ 4）多通道组合
将多个通道的采集能力均用于一个通道对被测
信号进行采集。
ADC
1
ADC
2
RAM
1
RAM
2
V
i
f
s
数据输出
V
i
f
s
反相f s
( a ) 原理框图 ( b ) 采样与存储波形图
电子测量原理
第 99页
7.6 示波器的基本测试技术
7.6.1 示波器的选用
（ 1）根据要显示的信号数量，选择单踪或双踪示波
器。
（ 2）根据被测信号的频率特点选择。
（ 3）根据被测信号的重现方式选择。
（ 4）根据被测信号是否含有交直流成分选择。
（ 5）根据被测信号的测试重点选择。
电子测量原理
第 100页
7.6.2 示波器的正确使用
１．使用注意事项
（ 1）检查电源电压。
（ 2）通电预热后再调整各旋钮，同时注意各旋钮应
先大致旋在中间位臵。
（ 3）亮度不宜开得过高，且亮点不宜长期停留在固
定位臵，不观测波形时，应该将辉度调暗。
（ 4）输入信号电压的幅度应控制在示波器的最大允
许输入电压范围内。
电子测量原理
第 101页
7.6.2 示波器的正确使用
2．通用示波器的主要技术性能
（ 1） Y轴通道
—— 包括偏转灵敏度、频带宽度、输入阻抗、最大
输入电压、工作方式及 Y通道延迟时间等。
（ 2） X轴通道
—— 包括时基因数、工作方式、触发方式、耦合方
式及外触发最大输入电压等。
（ 3）主机
—— 包括 显示尺寸, 后加速阳极电压, 校准信号 等。
电子测量原理
第 102页
7.6.2 示波器的正确使用
3．通用示波器的面板示意图
（ 1） CH1（ X）通道 1：垂直输入端。
（ 2） CH2（ Y）通道 2：垂直输入端。
（ 3） VOLTS/DIV输入衰减器。
（ 4） VERT MODE：垂直方式选择开关。
（ 5） SOURCE触发源选择开关。
（ 6） COUPLING触发信号耦合方式开关。
（ 7） TIME/DIV扫描时间选择开关。
电子测量原理
第 103页
7.6.2 示波器的正确使用
3．通用示波器的面板示意图（续）
（ 8） SWEEP MODE扫描方式选择开关。
（ 9） EXT TRIG和 EXT HOR外触发和外水平共用输入
端。
（ 10） LEVEL HOLD OFF触发电平和释抑时间双重控
制旋钮。
（ 11） X-Y方式。
电子测量原理
第 104页
7.6.2 示波器的正确使用
3．通用示波器的面板示意图（续）
电子测量原理
第 105页
7.6.2 示波器的正确使用
4．探头的正确使用
常见探头为低电容高电阻探头：
v
i
v
o
R R
i
C
C
i
Z
1
Z
2
C
0
输入探头
示波器
最佳补偿
过补偿
欠补偿
显示波形
电子测量原理
第 106页
7.6.2 示波器的正确使用
4．探头的正确使用（续）
? 低电容探头的应用使输入阻抗大大提高，特别是
输入电容大大减小。但是，将使示波器的灵敏度有
所下降。
? 探头和示波器是配套使用的，不能互换，否则将
会导致分压比误差增加或高频补偿不当。
? 低电容高电阻探头的校正方法是以良好的方波电
压通过探头加到示波器，微调电容 C以达到出现良好
的方波。
电子测量原理
第 107页
7.6.3 用示波器测量电压
1．直流电压的测量
（ 1）测量原理
利用被测电压在屏幕上呈现的直线偏离时间基
线（零电平线）的高度与被测电压的大小成正比的
关系进行的。
为被测直流电压值,h为被测直流信号线的电压
偏离零电平线的高度； 为示波器的垂直灵敏度，
k为探头衰减系数。
D C yV h D k? ? ?
DCV
yD
电子测量原理
第 108页
7.6.3 用示波器测量电压
1．直流电压的测量（续）
（ 2）测量方法
1） 将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮臵于校准位
臵 （ CAL） 。
2） 将待测信号送至示波器的垂直输入端 。
3） 确定零电平线 。
4） 将示波器的输入耦合开关拨向, DC”档, 确定直
流电压的极性 。
5） 读出被测直流电压偏离零电平线的距离 h。
6）计算被测直流电压值。
电子测量原理
第 109页
7.6.3 用示波器测量电压
1．直流电压的测量（续）
例 7-1 示波器测直流电压及垂直灵敏度开关示意图
如图所示,h=4cm,V/cm、若 k=10,1，求被测直
流电压值。
4 0, 5 1 0 2 0D C yV h D k? ? ? ? ? ? ?(V)
0.5
1
2
5
10
250
100
50
25
5
V mV
V/div
零电平线
显示波形
（直流电压）
电子测量原理
第 110页
7.6.3 用示波器测量电压
2．交流电压的测量
（ 1）测量原理
为被测交流电压值（峰 -峰值）； h为被测交
流电压波峰和波谷的高度或任意两点间的高度；
为示波器的垂直灵敏度； 为探头衰减系数。
（ 2）测量方法
垂直偏转灵敏度微调旋钮臵于校准位臵；接入
待测信号；输入耦合开关臵于, AC” ；调节扫描速
度使波形稳定显示；调节垂直灵敏度开关； 读出被
测交流电压波峰和波谷的高度； 计算被测交流电压
的峰 -峰值。
P P y yV h D k? ? ? ?
PPV?
yD
yk
电子测量原理
第 111页
7.6.3 用示波器测量电压
2．交流电压的测量（续）
例 7-2 示波器正弦电压如图所示,h=8cm,V/cm、
若 K=1,1，求被测正弦信号的峰 -峰值和有效值。
正弦信号的峰 -峰值为
正弦信号的有效值为
0.5
1
2
5
10
250
100
50
25
5
V mV
V/div
零电平线
显示波形
（交流电压）
8 1 1 8 VP P yV h D k? ? ? ? ? ? ? ?
8 2, 3
2 2 2 2 2
P P PVVV ?? ? ? ?
V
电子测量原理
第 112页
7.6.4 用示波器测量时间和频率
1．测量周期和频率
（ 1）测量原理
? 被测交流信号的周期 （ x为被测交流信
号的一个周期在荧光屏水平方向所占距离； 为
示波器的扫描速度； 为 X轴扩展倍率。
? 周期的倒数即为频率。
/xxT x D k?
xD
xk
电子测量原理
第 113页
7.6.4 用示波器测量时间和频率
1．测量周期和频率（续）
（ 2）测量方法
1）将示波器的扫描速度微调旋钮臵于, 校准,
位臵。
2）将待测信号送至示波器的垂直输入端。
3）将示波器的输入耦合开关臵于, AC”位臵。
4）调节扫描速度开关，记录 值。
5）读出被测交流信号的一个周期在荧光屏水平
方向所占的距离 x。
6）计算被测交流信号的周期。
xD
电子测量原理
第 114页
7.6.4 用示波器测量时间和频率
1．测量周期和频率（续）
例 7-3 荧光屏上的波形如图所示，信号一周期 7cm，
扫描速度开关臵于, 10ms/cm”位臵，扫描扩展臵
于, 拉出 × 10”位臵，求被测信号的周期。
0.2
0.5
1
2
10
100
10
1
100
50
S
ms
t/div
5
5
ns
x
7 1 0/7
10xxT x D k
?? ? ?ms
电子测量原理
第 115页
7.6.4 用示波器测量时间和频率
2．测量时间间隔
（ 1）测量同一信号中任意两点 A与 B的时间间隔的测
量方法如下图。
A与 B的时间间隔 （ 为 A与 B的时
间间隔在荧光屏水平方向所占距离,为示波器的
扫描速度）
A B A B xT x D???? ABx ?
xD
x
A-B
电子测量原理
第 116页
7.6.4 用示波器测量时间和频率
2．测量时间间隔（续）
（ 2）若 A,B两点分别为脉冲波前后沿的中点，则所
测时间间隔为脉冲宽度，如下图示。
x
A-B
电子测量原理
第 117页
7.6.4 用示波器测量时间和频率
2．测量时间间隔（续）
（ 3）采用双踪示波器可测量两个信号的时间差。将
B脉冲的起点左移 1格，读出两被测信号起始点时
间的水平距离。
x
A-B
电子测量原理
第 118页
7.6.5 用示波器测量相位
1．用双踪示波法测量相位
? 将欲测量的两个信号 A和 B分别接到示波器的两个
输入通道。
? 利用荧光屏上的坐标测出信号的一个周期在水平
方向上所占的长度 。
? 再测量两波形上对应点之间的水平距离 x，则两
信号的相位差为
Tx
o360
T
x
x
?? ? ?
电子测量原理
第 119页
7.6.5 用示波器测量相位
1．用双踪示波法测量相位（续）
用这种方法测相位差时应该注意，只能用其中
一个波形去触发另一路信号。
x
1
x
2
x
T
电子测量原理
第 120页
7.6.5 用示波器测量相位
2．用李沙育图形法测量频率或相位
（ 1）测量频率
? 示波器工作于 X-Y方式下, 将频率已知的信号与
频率未知的信号加到示波器的两个输入端, 调节
已知信号的频率, 使荧光屏上得到李沙育图形,
由此可测出被测信号的频率 。
? 和 分别为水平线, 垂直线与李沙育图形的
交点数；, 分别为示波器 Y和 X信号的频率 。 李
沙育图形存在关系：
HN VN
yf xf
y H
xV
f N
fN?
电子测量原理
第 121页
7.6.5 用示波器测量相位
2．用李沙育图形法测量频率或相位（续）
例 7-4 如图所示的李沙育图形，已知 X信号频
率为 6MHz，问 Y信号的频率是多少？
26 M H z 2
6
H
yx
V
Nff
N? ? ? ?
16 M H z 2
3
H
yx
V
Nff
N? ? ? ?
或
MHz
MHz
N
H
N
V
电子测量原理
第 122页
7.6.5 用示波器测量相位
2．用李沙育图形法测量频率或相位（续）
（ 2）测量相位差
? 把比较相位差的两个频率、同幅度的正弦信号分
别送入示波器的 Y通道和 X通道，使示波器工作在
X-Y方式，这时示波器的屏幕上会显示出椭圆波
形，
? 由椭圆上的坐标可求得两信号的相位差为
00a r c s i n,a r c s i n
mm
yx??? ? ? ?或
电子测量原理
第 123页
7.6.5 用示波器测量相位
2．用李沙育图形法测量频率或相位（续）
（ 2）测量相位差
2x
0
2x
m
2y
0
2y
m
电子测量原理
第 124页
7.6.6 数字存储示波器的应用
1,t和 V的测量
? 数字存储示波器对屏幕上要测量的信号部位加上
游标，记录这两个采样点的位臵和相应的数据，
并通过计算，最后以字符自动表示测量结果。
2．捕捉尖峰干扰
? 适合在较大时基设定范围内捕捉重复的尖峰干扰
或单脉冲干扰。
3．非电信号测试
? 只要配有适当的传感器就能测量振动、加速度、
角度、位移、功率以及压力等机电参数。
? ?
电子测量原理
第 125页
7.7 时域测量技术
? 电子测量的对象可分为 信号特性 和 系统特性 两类
? 同一物理信号和系统特性可以在时间和频率两个域内描
述, 因此有 时域 和 频域 两种测试方法 。
? 频率测量研究的是被测对象的复数频率特性, 即信号的
频谱和系统的传递函数 。
? 时域测量研究的是被测对象的幅度－时间特性, 即信号
波形和系统的脉冲响应或阶跃响应 。 T
t f
V ( f )
τ
1/ τ 2/ τ
时域中的重复脉冲 频域中的脉冲串频谱
V ( t )
电子测量原理
第 126页
使用时域测量技术及 FFT算法求信号的频谱
方法：
? 在一个时间段中对被测信号 x(t)进行采样 （ 采样次数为
m）, 对采样值进行 A/D转换, 得到时间和幅值均离散的
序列 x(n)；
? 对 x(n)作快速傅立叶变换 （ FFT）, X(k)为 x(n)的复频谱,
有 m个复数值；
? 由 X(k)可计算得到幅度谱和相位谱。
优点（ 1）能够进行实时分析；（ 2）既可以测量周期信号的
频谱，也可以测量非周期信号和瞬态信号的频谱
21
0
( ) ( ),0,1,1
m j n k
m
n
X k x n e n k m
?? ?
?
? ? ??
电子测量原理
第 127页
7.7.1 信号的时域测量
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 。
1,脉冲信号参数的时域测试
A
f
9
0%
1
0%
5
0%
b
c
T
t
r
t
f
τ
理想脉冲 实际脉冲
Aw
e
顶
底
d
电子测量原理
第 128页
(1) 脉冲参数的定义
电子测量原理
第 129页
与时间有关的脉冲参数的定义
电子测量原理
第 130页
(2) 脉冲参数的测量方法
使用示波器对脉冲波形进行测量, 从荧光屏直接读波形
刻度, 然后再根据公式计算得到各参数值 。
1） 测量方法
将被测脉冲直接加到示波器垂直通道 Y的输入端, 波形的垂直
方向表示与幅度有关的参数, 水平方向表示与时间有关
参数 。
? ① 确定出脉冲的顶值和底值 （ 即幅值的 100％ 和 0％ 的基
线位臵 ） 。
? ② 测量幅度：
? ③ 其它与幅度有关参数测量：从波形上读出响应的刻度
值, 再比上幅度的刻度值即可 。
? ④ 上升时间测量：确定波形幅度为 10％ 和 90％ 的位臵,
然后读刻度, 再乘以水平扫描时基因素 。
yA S K H? ? ?
电子测量原理
第 131页
2）测量误差及对示波器的要求
? 与幅度有关的测量误差来源主要有探头衰减比误差, 示
波器的输入阻抗, 通道非线性失真, 读数误差, 顶值和
底值不准等 。
? 与时间有关的测量误差来源主要有：示波器的建立时间
（ 带宽 ）, 时基不准确, 上下基线的判别不准, 读数误
差等 。 测量误差一般为百分之几 。
? 测量上升时间可下式修正由示波器有限带宽带来的误差：
当示波器的频带宽度大于被测信号中最高频率的 5倍以上时,
一般可以忽略示波器带宽对脉冲上升时间测量的影响 。
22
0r r x rt t t??
电子测量原理
第 132页
? 普通模拟示波器不能测量单脉冲的参数，只能测
量周期脉冲信号的参数。
? 数字存储示波器对单脉冲和周期脉冲信号参数都
能测量。
? 数字存储示波器内部有计算功能，有些参数可直
接得到测量数值，如幅度、上升时间、下降时间、
脉宽等。
? 数字存储示波器使用可调的水平游标或垂直游标，
可直接得到两游标间的电压差值或时间差值，比
模拟示波器减少了读数误差。
电子测量原理
第 133页
2,调幅信号的时域测试
? 调幅系数：
m
c
Em
E?
调制信号振幅 ＝
载波信号振幅
t
U ( t )
0
E m
E
c
E m
b
a
1）直线扫描法：
加到示波器 Y轴输
入端，测出 a,b长
度，则：
100%abm ab????
电子测量原理
第 134页
? 2） 梯形图法
示波器工作于 X-Y方式, 将调幅波, 调制信号分别加至示波器
X和 Y轴输入端, 测出 a,b长度计算 。
? 3） 椭圆法
将被测调幅信号用 RC移相电路移相后, 加至示波器的 X和 Y输
入端, 示波器工作在 X-Y方式下, 测量 a,b长度计算 。
u (t)
+ +
+
-
-
X
Y b
a
ab
电子测量原理
第 135页
7.7.2 线性系统的时域测量
? 1.线性系统的描述
① n阶线性微分方程；
② 对微分方程进行拉普拉斯变换, 可得到系统的传递函数；
③ 给系统输入扫频正弦信号, 测量对应输出信号的幅值和相
位, 可得系统的频率特性；
④ 给系统输入单位脉冲信号, 得到时域中的脉冲响应函数 。
()xt ()yt
激励 响应
系 统
（微分方程）
（传递函数）
（频率响应函数）
（脉冲响应函数）
电子测量原理
第 136页
2.脉冲响应函数
? 单位脉冲信号：
? 单位阶跃信号：
? 两者间关系：
t0
)( t?
t0
u(t)
( a ) 单位脉冲信号 ( b ) 单位阶跃信号
1
? 0() 00 tt t? ??? ? ( ) 1t d t????? ??且
? 10() 00 tut t ??? ?
( ) ( ) ( ) ( )td u t t t d t u tdt ?? ???? ?
电子测量原理
第 137页
?卷积定理
? 对于线性时不变系统, 系统的输出 y(t)等于输入
信号 x(t)与系统脉冲响应 h(t)的卷积, 即
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )y t x t h t x t h d x h t d? ? ? ? ? ?? ? ? ?
? ? ? ?
? ? ? ? ? ???
脉冲响应 —— 输入单位脉冲信号时对应的系统输出 。
阶跃响应 —— 输入单位阶跃信号时对应的系统的输出
脉冲响应的积分为阶跃响应
阶跃响应的微分就是脉冲响应
电子测量原理
第 138页
系统脉冲响应的直接测量方法
微分器 示波器被测系统
单位阶跃
信号发生器
示波器被测系统
单位脉冲
信号发生器
被测系统 示波器微分器
单位阶跃
信号发生器
h(t)
h(t)
h(t)u(t)
u(t)
阶跃
响应
)( t?
)( t?
电子测量原理
第 139页
3,反卷积
（ 1） 反卷积定义
已知 y(t)和 x(t)求解 h(t),或已知 y(t)和 h(t)求解 x(t)
离散系统的离散卷积或卷积和：已知激励 x(n)和系统特性用
单位样值响应 h(n),求解输出响应 y(n)
离散系统的离散反卷积
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
mm
y n x m h n m h m x n m x n h n h n x n
??
? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ? ? ???
( ) ( ) ( 1 / ) ( ) ( ) ( ) ( 1 / ) ( )h t y t x t x t y t h t? ? ? ?或
( ) ( ) ( 1 / ) ( ) ( ) ( ) ( 1 / ) ( )h n y n x n x n y n h n? ? ? ?或
电子测量原理
第 140页
（ 2）频域反卷积法
? 时域卷积 —— 频域相乘
时域：
频域：
有：
频域反卷积法：
( ) ( ) ( ) ( ) ( )y t x t h t x t h d? ? ?????? ? ? ??
( ) ( ) ( )Y j X j H j? ? ??
( ) ( )( ) ( )
( ) ( )
Y j Y jH j X j
X j H j
?????? 或
1 1 1( ) [ ( ) ]( ) [ ( ) ]
( ) [ ( ) ]
Y j F y th t F H j F F
X j F x t
??
?
? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?
? ? ? ?
1 1 1( ) [ ( ) ]( ) [ ( ) ]
( ) [ ( ) ]
Y j F y tx t F X j F F
H j F h t
??
?
? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?
? ? ? ?
电子测量原理
第 141页
离散系统的频域离散反卷积计算公式为,
式中：
? X(k)为 x(n)的离散频谱,
? Y(k)为 y(n)的离散频谱,
? H(k)为 h(n)的离散频谱；
? IFFT为快速离散傅立叶变换的反变换 。
( ) [ ( ) ]( ) [ ( ) ]
( ) [ ( ) ]
Y k F F T y nh n I F F T H k I F F T I F F T
X k F F T x n
? ? ? ?? ? ?
? ? ? ?? ? ? ?
( ) [ ( ) ]( ) [ ( ) ]
( ) [ ( ) ]
Y k F F T y nx n I F F T X k I F F T I F F T
H k F F T h n
? ? ? ?? ? ?
? ? ? ?? ? ? ?
电子测量原理
第 142页
4.时域自动测试系统简介
? 1） 脉冲信号源,是一个广谱信号源, 可分为两类：
以脉冲与阶跃信号为主的基带脉冲；对连续波开关调制
形成的射频脉冲 。
? 2） 示波器,采用数字存储示波器 。 要求是：频带宽,
建立时间短, 动态范围大, 信噪比大, 可程控和带通信
接口 。
? 3） 计算机：其作用是：控制采集, 存贮数据, 计算处理,
输出结果
取样头 计算机数字存储 示波器脉冲信号源
连接被测系统
电子测量原理
第 143页
1．传输线的测量
? l为电缆长度,K是与损耗有关的常数
? 已知 l,R,L,C,G,K和 m，则可得到电缆频域
传递函数。
7.7.3 时域测试系统的应用举例
KS m
R SL
G SC
单位长度
()
002
2 2 2 ( )
1 0 0
4 ( )()()
( ) [ ( ) ] 1 ( )
ls
ls
R Z sEs eHs
E s R Z s s e
?
??
?
?? ? ???
电子测量原理
第 144页
测量步骤：
? ① l,R,L,C,G可分别测量得到, 或由厂家提供 。
? ② 测出未接传输线的脉冲波形 e1(t)
? ③ 测量接了传输线后的波形 e2(t)
? ④ 计算 H（ jw)和 H（ S)
? ⑤ 需重复步骤 ②③④ 多次, 再进行统计拟合, 得到 K和 m。
⑥ 对 H(jw)反傅里叶变换, 可得电缆模型的时域脉冲响应 h(t)
E
1
(s)
( a ) 参考电压模型
E
2
(s)
l
E
g
(s)
Z
0
(s)
r(s)
( b ) 响应电压模型
信号源内阻 R
0
信号源内阻 R
0
匹配
负载
R
L
匹配
负载
R
L
E
g
(s)
22
11
( ) [ ( ) ]()
( ) [ ( ) ]
E j F F T e tHj
E j F F T e t
??
???
电子测量原理
第 145页
2．时域反射测量
? 时域反射计技术（ TDR）是测量在传输线的一定距离上引
起的反射信号，其原理与雷达、声纳类似。
? 阻抗不匹配时，将产生反射波。
? 改变传输线的尺寸比例、线径、线间间隔等，都会使传
输线特性阻抗改变，产生阻抗不连续点，从而造成反射。
Z
0
R
L
R
g
= Z
0
至示波器
信号源
通过式
取样头
标准传输线
被测
负载
l
电子测量原理
第 146页
3,光时域反射计（ OTDR）
? OTDR是测试光纤长度, 测量光纤损耗分布和查找故障位
臵的重要测试设备 。 它的基本原理和 TDR相似, 不同的是
用激光脉冲作为激励源, 然后用示波器来观察光纤中的
各种反射 。
驱动
Y
G E - A P D
光纤定向
耦合器
被测光纤
匹配液
激光源
时基
扫描
取样积分
示波器
放大器
X
第 1页
第 7章 信号波形测量
7.1 概述
7.2 CRT显示原理
7.3 通用示波器
7.4 取样示波器
7.5 波形存储及显示技术
7.6 示波器的基本测试技术
电子测量原理
第 2页
7.1 概述
7.1.1 示波器的分类
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：
? 1 模拟示波器
—— 采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。
? 2 数字示波器
—— 对信号进行数字化处理后再显示。
电子测量原理
第 3页
1 模拟示波器
? 模拟示波器可分为通用示波器、多束示波器、取样示波
器、记忆示波器和专用示波器等。
? 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。
? 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。
电子测量原理
第 4页
2 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。
? 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。
? 根据取样方式不同，数字示波器又可分为实时取
样、随机取样和顺序取样三大类。
电子测量原理
第 5页
7.1.2 主要技术指标
1．频带宽度 BW和上升时间 tr
示波器的频带宽度 BW一般指 Y通道的频带宽度。
上升时间 tr是一个与频带宽度 BW相关的参数，
表示由于示波器 Y通道的频带宽度的限制，反映了示
波器 Y通道跟随输入信号快速变化的能力。
频带宽度 BW与上升时间 tr的关系可近似表示为
30, 3 5 0, 3 5[ ],[ ] 1 0
[ ] [ ]rrt s t n sB W M H z B W M H z? ? ? ?或
电子测量原理
第 6页
7.1.2 主要技术指标
?2．扫描速度
扫描速度是指荧光屏上单位时间内光点水平移
动的距离，单位为, cm/s”。
荧光屏上通常用间隔 1cm的坐标线作为刻度线，
因此扫描速度的单位也可表示为, cm/div”。
扫描速度的倒数称为, 时基因素,,它表示单
位距离代表的时间，单位为, t/cm”或, t/div”，时
间 t可为 μs, ms或 s，在示波器的面板上，通常按
,1,2,5”的顺序分成很多档。
电子测量原理
第 7页
7.1.2 主要技术指标
?3．偏转因素
偏转因素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”）。
偏转因素表示了示波器 Y通道的放大 /衰减能力。
偏转因素的倒数称为, （偏转）灵敏度, 。
电子测量原理
第 8页
7.1.2 主要技术指标
?4．输入阻抗
当被测信号接入示波器时，输入阻抗 Zi形成被
测信号的等效负载。
?5．输入方式
即输入耦合方式，一般有直流（ DC）、交流
（ AC）和接地（ GND）三种，可通过示波器面板选择。
?6．触发源选择方式
触发源是指用于提供产生扫描电压的同步信号
来源，一般有内触发（ INT）、外触发（ EXT）、电
源触发（ LINE）三种。
电子测量原理
第 9页
7.2 CRT显示原理
7.2.1 CRT
CRT主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分
组成，基本结构如下图所示。
F
K
G1
G2 A1 A2
Y 偏转板
X 偏转板
辉度
聚焦
辅助聚焦
+E
-E
荧
光
屏
电子枪
偏转系统
荧光
屏
电子测量原理
第 10页
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, 。
电子测量原理
第 11页
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。
K
G
1
G
2
A
1
A
2
电子测量原理
第 12页
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 。
? 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臵。
? 为了示波器有较高的测量灵敏度,Y偏转板臵于
靠近电子枪的部位，而 X偏转板在 Y的右边。
电子测量原理
第 13页
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：
?示波管的 Y轴偏转灵敏度（单位为 cm/V）：
其倒数为示波管的 Y轴偏转因数。偏转灵敏度越大，
示波管越灵敏。
?为提高 Y轴偏转灵敏度，可在偏转板至荧光屏之间
加一个后加速阳极 A3。
2 ya
lSyV
bV
?
l为偏转板的长度； S为偏转板中心
到屏幕中心的距离； b为偏转板间
距； Va为阳极 A2上的电压。
2y a
lSS
bV
?
电子测量原理
第 14页
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 。
? 在使用示波器时，应避免电子束长时间的停留在
荧光屏的一个位臵，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。
? 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, 。
电子测量原理
第 15页
7.2.2 波形显示的基本原理
1．显示随时间变化的图形
（ 1） Ux,Uy为固定电压时，有下面四种情况：
(a) U
x
= 0,U
y
=0
光点出现在荧光屏的中心位臵。
(b) U
x
= 0,U
y
= 常量
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。
电子测量原理
第 16页
7.2.2 波形显示的基本原理
1．显示随时间变化的图形（续）
(c) U
x
= 常量、U
y
=0
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。
(d) U
x
= 常量、U
y
= 常量
当两对偏转板上同时加固定
的正电压时，光点位臵应为
两电压的矢量合成。
电子测量原理
第 17页
7.2.2 波形显示的基本原理
1．显示随时间变化的图形（续）
（ 2） X,Y偏转板上分别加变化电压，有下面两种情
况：
U
y
0
1
2
3
4
0
1
3
2 4
U
y
-U
y
t
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。
电子测量原理
第 18页
7.2.2 波形显示的基本原理
1．显示随时间变化的图形（续）
U
x
0
1
2
3
4
0 1
3
2
4
U
x
-U
x
t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。
电子测量原理
第 19页
7.2.2 波形显示的基本原理
1．显示随时间变化的图形（续）
（ 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。
U
y
0
1
2
3
4 0
1
3
2
4
U
y
-U
y
t
0
U
x
t
U
x
-U
x
电子测量原理
第 20页
7.2.2 波形显示的基本原理
2．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。
t0
1
2
3
4 0
1
2
3
4
u
y
t
u
x
0
1
2
3
4
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 。
电子测量原理
第 21页
7.2.2 波形显示的基本原理
2．显示任意两个变量之间的关系（续）
t
0
1
2
3
4
0 12
3
4
u
y
t
u
x
0
1
2
3
4
0
2
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 。
电子测量原理
第 22页
7.2.2 波形显示的基本原理
3．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,比例系数 Sx称为示
波管的 X轴偏转灵敏度。
? 光点在锯齿波作用下扫动的过程称为, 扫描,,
能实现扫描的锯齿波电压称为扫描电压，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, 。
[ / ]xxx S k t h t c m s? ? ?
电子测量原理
第 23页
7.2.2 波形显示的基本原理
4．同步的概念
（ 1） Tx=nTy(n为正整数 )：荧光屏上将稳定显示 n个
周期的被测信号波形。
u
y
T
y
T
x
u
x
t
t
n=2
如果扫描电压
周期 Tx与被测
电压周期 Ty保
持 Tx=nTy的关
系，则称扫描
电压与被测电
压, 同步, 。
电子测量原理
第 24页
7.2.2 波形显示的基本原理
4．同步的概念（续）
（ 2） Tx≠nT y(n为正
整数 )，即不满足同
步关系时，显示的
波形不稳定。
t0
1 5(6)
2
3
4 7
8
9 0
1
2
3
4
56
7
8
u
y
t
u
x
T
y
5
4
xy
TT ?
10
11
10
9 11
电子测量原理
第 25页
7.2.2 波形显示的基本原理
5．连续扫描和触发扫描
? 扫描电压是连续的方式称为连续扫描。
? 当欲观测脉冲信号，尤其是占空比很小的脉冲时，
采用连续扫描存在一些问题：选择扫描周期等于脉
冲重复周期时，难以看清脉冲波形的细节。
Ts
T=Ts
t
t
( a ) 被测脉冲
( b ) 连续扫描，且T = T s
?
不能观测到脉冲细节
电子测量原理
第 26页
7.2.2 波形显示的基本原理
5．连续扫描和触发扫描（续）
? 选择扫描周期等于脉冲底宽 时,观测者不易观察
波形，而且扫描的同步很难实现。
Ts
t
t
( a ) 被测脉冲
( c ) 连续扫描，
且T =
?
?
T= ?
脉冲得到展宽，但
波形显示暗，而时基线太亮
电子测量原理
第 27页
7.2.2 波形显示的基本原理
5．连续扫描和触发扫描（续）
? 触发扫描时，使扫描脉冲只在被测脉冲到来时才
扫描一次；没有被测脉冲时，扫描发生器处于等待
工作状态。
Ts
t
t
( a ) 被测脉冲
?
( d ) 触发扫描
扫描 等待能较好地观测脉冲
电子测量原理
第 28页
7.2.2 波形显示的基本原理
6．扫描过程的增辉
为了使回扫产生的
波形不在荧光屏上显示，
可以设法在扫描正程
期间，给示波器增辉。
若不增辉将产生如图的回扫线
t
0
1 5
2
3
4 6
7
8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
u
y
t
u
xT
y
T
x
=2T
y
电子测量原理
第 29页
7.3 通用示波器
7.3.1 通用示波器的组成
Y 输入
电路
Y 前置
放大器
触发电路
延迟线
Y 后置
放大器
水平
放大器
扫描
发生器
Y 输入
外触发
内
外
至X
偏转板
至Y
偏转板
校准信号
发生器
低压电源 高压电源
电源
至各电路
正高压
负高压
X 输入
校准信号
输出
电子测量原理
第 30页
7.3 通用示波器
7.3.2 通用示波器的垂直通道
1．输入电路：包括衰减器和输入选择开关。
（ 1）衰减器
v
i
v
o
R
1
R
2
C
1
C
2
最佳补偿
过补偿
欠补偿
Z
1
Z
2
最佳补偿条件, 2211 CRCR ?
过补偿,
1 1 2 2R C R C?
欠补偿：
1 1 2 2R C R C?
改变分压比的开关为示波器的垂直灵敏度粗调开关，在面
板上用, V/cm”标记。
电子测量原理
第 31页
7.3 通用示波器
（ 2）输入耦合方式
? 输入耦合方式设有 AC,GND,DC三档选择开关。
? 观察交流信号时，臵, AC”档。
? 确定零电压时，臵, GND”档。
? 观测频率很低的信号或带有直流分量的交流信号
时，臵, DC”档。
电子测量原理
第 32页
7.3.2 通用示波器的垂直通道
2．前臵放大器
? 前臵放大器将信号适当放大，从中取出内触发信
号，并具有灵敏度微调、校正,Y轴移位、极性反转
等控制作用。
? Y前臵放大器大都采用差分放大电路，输出一对平
衡的交流电压。若在差分电路的输入端输入不同的
直流电位，相应的 Y偏转板上的直流电位和波形在 Y
方向的位臵也会改变。
? 可通过调节, Y轴位移, 旋钮，调节直流电位以改
变被测波形在屏幕上的位臵。
电子测量原理
第 33页
7.3.2 通用示波器的垂直通道
3．延迟线
触发扫描时，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。
左图为没有延迟线时屏
幕上显示的脉冲。
触发点
输入信号
扫描电压
显示波形
扫描
起点
t
T
电子测量原理
第 34页
7.3.2 通用示波器的垂直通道
3．延迟线（续）
? 延迟线的作用就是把加到
垂直偏转板上的脉冲信号延迟
一段时间，以保证在屏幕上扫
描出包括上升时间在内的脉冲
全过程。
? 延迟线的输入级需采用
低输出阻抗电路驱动，而
输出级则采用低输入阻抗的
缓冲器。
触发点
输入信号
扫描电压
显示波形
输入信号
延迟后
t
d
扫描
起点
t
T
电子测量原理
第 35页
7.3.2 通用示波器的垂直通道
4,Y输出放大器
? Y输出放大器是将延迟线传来的被测信号放大到足
够的幅度，用以驱动示波管的垂直偏转系统，使电
子束获得 Y方向的满偏转。
? Y输出放大器应具有稳定的增益、较高的输入阻抗、
足够宽的频带、较小的谐波失真 。
? Y输出放大器大都采用推挽式放大器，有利于提高
共模抑制比。可采用改变负反馈的方法改变放大器
的增益 （面板上的, × 5”或, × 10”开关 ）。
电子测量原理
第 36页
7.3.3 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。
触发源
选择
触发耦合
方式选择
放大整形
电路
扫描
闸门
扫描电压
发生器
水平
放大器
比较和
释抑电路
触发信号
触发电路
扫描
发生器环
至X
偏转板
电子测量原理
第 37页
7.3.3 通用示波器的水平通道
1．触发电路
触发电路的作用是为扫描信号发生器提供符合
要求的触发脉冲。包括触发源选择、触发耦合方式
选择、触发方式选择、触发极性选择、触发电平选
择和触发放大整形等电路。
放大、整形
电路
内
外
电源
C
1
C
2
C
3
AC
A C 低频
抑制
HF REJ
DC
常态 自动 TV
触发电平
调节
至扫描
发生器环触发脉
冲输出
S
1
S
2
S
4
+
-
S
3
极性反
转电路
触发源选择
触发耦合方式选择
触发极性
选择
触发方式选择
电子测量原理
第 38页
7.3.3 通用示波器的水平通道
1．触发电路（续）
（ 1）触发源选择
? 内触发（ INT）：将 Y前臵放大器输出（延迟线前
的被测信号）作为触发信号，适用于观测被测信
号。
? 外触发（ EXT）：用外接的、与被测信号有严格
同步关系的信号作为触发源，用于比较两个信号
的同步关系。
? 电源触发（ LINE）：用 50Hz的工频正弦信号作为
触发源，适用于观测与 50Hz交流有同步关系的信
号。
电子测量原理
第 39页
7.3.3 通用示波器的水平通道
1．触发电路（续）
（ 2）触发耦合方式
?, DC”直流耦合：用于接入直流或缓慢变化的触发
信号。
?, AC”交流耦合：用于观察从低频到较高频率的信
号。
?, AC低频抑制, 耦合：用于观察含有低频干扰的
信号。
?, HF REJ”高频抑制耦合：用于抑制高频成分的耦
合。
电子测量原理
第 40页
7.3.3 通用示波器的水平通道
1．触发电路（续）
（ 3）扫描触发方式选择（ TRIG MODE）
? 常态（ NORM）触发方式：指有触发源信号并产生
了有效的触发脉冲时，荧光屏上才有扫描线。
? 自动（ AUTO）触发方式：有连续扫描锯齿波电压
输出，荧光屏上总能显示扫描线。
? 电视（ TV）触发方式：是在原有放大、整形电路
基础上插入电视同步分离电路实现的，以便对电视
信号（如行、场同步信号）进行监测与电视设备维
修。
电子测量原理
第 41页
7.3.3 通用示波器的水平通道
1．触发电路（续）
（ 4）触发极性选择和触发电平调节
? 触发极性和触发电平决定触发脉冲产生的时刻，
并决定被显示信号的起始点。
? 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。
电子测量原理
第 42页
7.3.3 通用示波器的水平通道
（ 4）触发极性选择和触发电平调节
( a ) 正电平、正极性 ( b ) 正电平、负极性
( c ) 负电平、负极性 ( d ) 负电平、正极性
电子测量原理
第 43页
7.3.3 通用示波器的水平通道
1．触发电路（续）
（ 5）放大整形电路
? 放大整形电路的作用是 对触发信号进行放大、整
形，以满足触发信号的要求。
? 整形电路的基本形式是电压比较器，当输入的触
发源信号与通过, 触发极性, 和, 触发电平, 选择
的信号之差达到某一设定值时，比较电路翻转，输
出矩形波，然后经过微分整形，变成触发脉冲。
电子测量原理
第 44页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环
? 扫描发生器环又叫时基电路，常由积分器、扫描
闸门及比较释抑电路组成 。 扫描闸门
扫描锯齿波
发生器
比较和释抑
电路
+ E
至X 放大器
+ E
“稳定度”
调节
比较电平
触发脉冲
输入
“增辉”
脉冲
电子测量原理
第 45页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
? 闸门电路产生快速上升或下降的闸门信号，闸门
信号启动扫描发生器工作，产生锯齿波电压，同
时把闸门信号送到增辉电路，以便在扫描正程加
亮扫描的光迹。
? 释抑电路起到了稳定扫描锯齿波的形成、防止
干扰和误触发的作用，确保每次扫描都在触发源
信号的同样的起始电平上开始以获得稳定的图象。
电子测量原理
第 46页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 1）扫描方式选择：包括连续扫描和触发扫描。
（ 2）扫描门
1）控制积分器扫描。
2）起正程加亮作用。
3）使双踪示波器工作于交替状态。
电子测量原理
第 47页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 2）扫描门
常用的闸门电路有
双稳态、施密特触
发器和隧道二极
管整形电路。右图
为施密特触发器构
成的闸门电路。
u
i
C
R
b1
R
e
R
c1
R
c2
R
b2
V
1
V
2
u
o
+E
电子测量原理
第 48页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 3）积分器
密勒（ Miller）积分器是通用示波器中应用最广的
一种积分电路。
0
1,0 ~
o
EEV d t t t
C R R C
? ?? ? ??
来自
扫描闸门
-
+
R
C
+E
扫描锯齿波
输出
V
o
? ?
电子测量原理
第 49页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 3）积分器
? 积分器产生的锯齿波电压被送入 X放大器中放大，
再加至水平偏转板。
? 荧光屏上单位长度所代表的时间为示波器的扫描
速度 （ t/cm）,x,光迹在水平方向偏转的
距离； t：偏转 x距离所对应的时间。
? 在示波器中通常改变 R或 C值作为, 扫描速度, 粗
调，用改变 E值作为, 扫描速度, 微调。
/s t x?
电子测量原理
第 50页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 4）比较和释抑电路
? 在比较电路中，输入电压与预臵的参考电平进行
比较，当输入电压等于预臵的参考电平时，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。
? 释抑电路在扫描逆程开始后，关闭或抑制扫描闸
门，使, 抑制, 期间扫描电路不再受到同极性触发
脉冲的触发。
电子测量原理
第 51页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 4）比较和释抑电路
? 比较和释抑电路与扫描门、积分器构成一个闭合
的扫描发生器环。
? 扫描门的输入接受三个方面的信号：, 稳定度,
电位器提供的直流电位；来自释抑电路的释抑信号；
来自触发电路的触发脉冲。
1）触发扫描过程：
电子测量原理
第 52页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 4）比较和释抑电路
E
1
E
0
E
2
E
r
来自比较电路
的参考电平
（比较电平）
扫描发生
器输出V
o
上触发电平
下触发电平
通过“稳定度
”调节的静态
工作电平E
0
触发脉冲
1
2 3
4
5
抑制期
回扫期
开始下一
次扫描
跟随V
o
6
释放
闸门输出
叠加后的
闸门输入
电子测量原理
第 53页
7.3.3 通用示波器的水平通道
2．扫描发生器环（续）
（ 4）比较和释抑电路
2）连续扫描。
? 在此扫描方式下，通过, 稳定度, 调节，使闸门
电路的静态工作电平高于上触发电平 E1，则不论是否
有触发脉冲，扫描闸门都将输出闸门信号。
? 扫描闸门仍然受比较和释抑电路的控制，以控制
扫描正程的结束，从而实现扫描电压和被测电压的
同步。
电子测量原理
第 54页
7.3.3 通用示波器的水平通道
3．水平放大器
? 其基本作用是选择 X轴信号，并将其放大到足以使
光点在水平方向达到满偏的程度。
? X放大器的输入端臵于, 内, 时,X放大器放大扫
描信号；臵于, 外, 时，水平放大器放大由面板上 X
输入端直接输入的信号。
电子测量原理
第 55页
7.3.4 通用示波器的其他电路
1．高、低压电源
— 分别用于示波器的高、中压和直流供电。
2,Z轴的增辉与调辉
— 增辉：将闸门信号放大，使显示的波形正程加亮。
— 调辉：加外调制信号或时标信号，使屏幕显示的
波形发生相应地变化。
3．校准信号发生器
— 可产生幅度和频率准确的基准方波信号，为仪器
本身提供校准信号源。
电子测量原理
第 56页
7.3.5 示波器的多波形显示
1．多线示波
? 利用多枪电子管来实现的。
? 测试时各通道、各波形之间产生的交叉干扰可以
减少或消除，可获得较高的测量准确度。
2．多踪示波
在单线示波的基础上增加了电子开关，利用分时
复用的原理，分别把多个垂直通道的信号轮流接到 Y
偏转板上，最终实现多个波形的同时显示。
电子测量原理
第 57页
7.3.5 示波器的多波形显示
2．多踪示波
,Y1”通道（ CH1）,,Y2”通道（ CH2）和叠加方式
（ CH1+CH2）都只显示一个波形。
Y
1
输入
电路
Y
1
前置
放大器
Y
1
门电路
电子
开关
延迟
线
Y 后置
放大器
Y
2
输入
电路
Y
2
前置
放大器
Y
2
门电路
至Y
偏转板
Y
1
输入
Y
2
输入
控制信号
电子测量原理
第 58页
7.3.5 示波器的多波形显示
2．多踪示波（续 )
交替方式（ ALT）：适合于观察高频信号。
u
y1
u
y2
u
x
电子测量原理
第 59页
7.3.5 示波器的多波形显示
2．多踪示波（续 )
断续方式（ CHOP）：适用于被测信号频率较低
的情况。
u
y1
u
y2
u
x
电子测量原理
第 60页
7.3.6 双时基扫描显示
双时基示波器有两个独立的触发和扫描电路，
特别适用于在观察一个脉冲序列的同时，仔细观察
其中一个或部分脉冲的细节。
前置放大 延长线
Y 后置放大
A 触发 A 扫描
电子开关
X 放大
电压比较
B 触发
选择门
Y 线光迹
分离电路
+
-
B 扫描
R
P
Y 输入
A 增辉
B 增辉
1
2
3
4
电子测量原理
第 61页
7.3.6 双时基扫描显示
? 为了能同时观测脉冲列的全貌及其中某一部分的
细节，设立电子开关，把两套扫描电路的输出交
替地接人 X放大器。这称为 A延迟 B。
? 把 A,B扫描门产生的增辉脉冲叠加起来，形成合
成增辉信号，用它来给 A通道增辉，则 A通道所显
示的脉冲列中，对应 B扫描期间的那个脉冲 3被加
亮，这称为 B加亮 A。
? 包括上两种方式的，被称为自动双扫描。
电子测量原理
第 62页
7.3.6 双时基扫描显示
1
2
3
4
输入信号
A 触发
A 扫描
延迟触发电平
B 触发
B 扫描
A 增辉
B 增辉
合成增辉
电子测量原理
第 63页
7.4 取样示波器
7.4.1 概述
1．取样的基本概念
? 取样就是从被测波形上取得样点的过程。
? 取样分为实时取样和非实时取样两种。
? 从一个信号波形中取得所有取样点，来表示一个
信号波形的方法称为实时取样。
? 从被测信号的许多相邻波形上取得样点的方法称
为非实时取样，或称为等效取样。
电子测量原理
第 64页
7.4.1 概述
1．取样的基本概念
实时取样示意图
取样脉冲
p(t)
输入信号
V
i
(t)
取样信号
V
o
(t)
t
t
电子测量原理
第 65页
7.4.1 概述
1．取样的基本概念
非实时取样示意图
t
t
输入信号
取样脉冲
取样信号
经放大和延长
电路后的信号
（显示波形）
mT
t?
2 t? 3 t? 4 t?
s
T m T t? ? ?
1
2
3
4
5
电子测量原理
第 66页
7.4.1 概述
2．取样原理
? 核心电路取样保持器示意图
? 两个取样脉冲的时间间隔为,由于波形
包络所经历的时间变长了，故可用低频示波器显示
较高频率的信号。
输入信号 输出信号
V
i
(t) V
o
(t)
取样脉冲
p(t)
取样门
R
C
S
sT m T t? ? ?
电子测量原理
第 67页
7.4.1 概述
2．取样原理（续）
? 步进间隔 Δt 与信号最高频率 fh应满足取样定理
? 非实时采样只适用于周期性信号。
? 顺序进行的取样称为顺序取样；否则称为随机取
样。
1
2 ht f??
电子测量原理
第 68页
7.4.1 概述
3 显示原理
? 顺序取样示波器中的水平扫描信号为阶梯波电压，
阶梯持续时间，阶梯数对应屏幕上显示的不连续
的光点数。
输入信号
Y 放大器输出
t
mT
t?
2 t? 3 t? 4 t?
s
T mT t? ? ?
1
2
3
4
5
t
X 放大器输出
（扫描阶梯波电压）
电子测量原理
第 69页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
1.取样示波器的基本框图
延迟线
取样
电路
触发
电路
Y
延长门
垂直
放大器
水平
放大器
步进脉冲
发生器
Y 输入
外触发
内
外
扫描信号
发生器
至X
偏转板
至Y
偏转板
电子测量原理
第 70页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
2.取样示波器的垂直通道
垂直通道由延迟线、延长门和 Y放大器等电路
组成，最关键的电路是取样电路，它产生正比于取
样值的阶梯电压。下图为常用的闭环取样电路组成
框图。
A
反馈电路
C
s
C
m
u
i
(t) S
1
取样门
取样脉冲
延长门脉冲
S
2延长门
+
-
至Y 放大器
u
o
(t)
?
跟随器
交流
放大器
电子测量原理
第 71页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
2.取样示波器的垂直通道（续）
? 第一个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被
测信号对取样电容 Cs充电；
? 然后该电压被送到交流放大器 A放大，在延长门闭
合期间对保持电容 Cm充电；
? 最后保持电压经过反馈电路送回取样电容 Cs，故
取样电容 Cs上最终得到的电压为 （ K为
取样门的传输函数）。
? 若 kAβ=1,则取样电路的输出电压值正比于输入
电压的取样值。
1c s iu K A u??
电子测量原理
第 72页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
2.取样示波器的垂直通道（续）
? 第二个取样脉冲到来时，取样门闭合，输入的被
测信号与 cs上的电压 ui1之差给取样电容 Cs充电，
充电的电压值经过传递系数 K和增益 A后，将在保
持电容上与前一次的输出信号叠加，得到 uo2为
? 取样电路的输出是由离散的、与被测信号成正比
的阶梯波构成的。
? ?2 1 2 1 2o i i i iu K A u K A u u K A u? ? ? ?
电子测量原理
第 73页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
3.取样示波器的水平通道
? X通道主要包括触发、放大、分频单元、快斜波
发生器、比较器、阶梯波发生器和 X放大器。
? 下图为阶梯波发生器框图：
快斜波
发生器
水平
放大器
电压
比较器
触发脉冲
阶梯波
发生器
取样脉冲
发生器
泵
发生器
至取样门
至X
偏转板
电子测量原理
第 74页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
3.取样示波器的水平通道（续）
图示波形说明了步进脉冲发生器的工作过程
触发脉冲
t? 2 t? 3 t?
s
T m T t? ? ?
步进延迟
脉冲
快斜波、
阶梯波
mT
1 2 3 4
电子测量原理
第 75页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
4.取样示波器的主要参数
（ 1）取样示波器的带宽
? 要提高取样示波器的带宽，取样门用元件的高频
特性要足够好；其次取样脉冲本身要足够窄。
? 取样脉冲通常有两种形式：规则脉冲和尖三角脉
冲。
? 取样门的最高工作频率为 （ τ 为取样
脉冲底宽），即与取样脉冲底边的宽度成反比。
3
0,4 4 ~ 0,6 4
dBf ??
电子测量原理
第 76页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
4.取样示波器的主要参数（续）
（ 2）取样密度
? 指电路扫描时，在示波器屏幕 X轴上显示的被测
信号每格所对应的取样点数，常用每厘米的光点
数来表示。
? 屏幕上的光点总数为 （ Us为 X方向最大偏
转电压； Δu s为阶梯波每级上升的电压）。
? 使 ΔU s变小，可使总点数增加，即取样密度变大；
但取样点过多可能导致波形闪烁。
s
s
Un
U? ?
电子测量原理
第 77页
7.4.2 取样示波器的组成及工作原理
4.取样示波器的主要参数（续）
（ 3）等效扫速
? 等效扫速定义为被测信号经历时间与水平方向展
宽的距离比。
? 在取样示波器中，虽然在屏幕上显示 n个亮点需
要 n（ mT+Δt ）的时间，但它等效于被测信号经
过了 nΔt 的时间。
1 s
F
F
UtT
NU? ? ?
Us为 X方向最大偏转电压； N为 X轴
偏转格数；为快斜波的斜率。
电子测量原理
第 78页
7.5 波形存储及显示技术
7.5.1 波形模拟存储技术和记忆示波器
模拟记忆示波器是利用记忆示波管的波形记忆
（存储）特性实现波形较长时间的存储,其核心是
记忆示波管：
K
G A
1
A
2
G
11
G
12
G
21
G
22
K
1
K
2
收集极 存储介质
存储栅网
荧
光
屏
Y X
写入电子枪
偏转系统
读出电子枪 记忆与显示
记录系统 泛射系统
电子测量原理
第 79页
7.5.1 波形模拟存储技术和记忆示波器
? 示波管内有两种电子枪，一种称为写入枪，另一
种称为读出枪。
? 在记录波形之前，首先对存储栅网进行清除，清
除网上的电子。
? 写入枪发射电子束，实现了存储功能。
? 读出时，在那些被记录枪电子束扫描过的区域，
读出枪发出的泛射电子可以通过栅网而到达荧光
屏，从而显示波形。
电子测量原理
第 80页
7.5.2 数字存储示波器
1．数字存储示波器的组成原理
衰减器 放大器
触发
电路
A/D
转换器
延迟线
存储器
（R A M ）
D/A
转换器
地址
计数器
D/A
转换器
垂直
放大器
水平
放大器
扫描
发生器
逻辑控制电路
（微处理器）
输入
外触发
内
外
实时
存储
实时
实时
存储
存储
至X
偏转板
至Y
偏转板
电子测量原理
第 81页
7.5.2 数字存储示波器
1．数字存储示波器的组成原理（续）
? 当处于存储工作模式时，其工作过程一般分为存
储和显示两个阶段。
? 在存储工作阶段，将模拟信号转换成数字化信号，
在逻辑控制电路的控制下依次写入到 RAM中。
? 在显示工作阶段，将数字信号从存储器中读出转
换成模拟信号，经垂直放大器放大加到 CRT的 Y偏
转板。同时,CPU的读地址计数脉冲加至 D/A转换
器，得到一个阶梯波扫描电压，驱动 CRT的 X偏转
板，
电子测量原理
第 82页
7.5.2 数字存储示波器
2．数字存储式波器的工作方式
（ 1）数字存储器的功能
— 随机存储器 RAM包括信号数据存储器、参考波形存
储器、测量数据存储器和显示缓冲存储器四种。
（ 2）触发工作方式
1）常态触发 — 同模拟示波器基本一样。
2）预臵触发 — 可观测触发点前后不同段落上的
波形。
电子测量原理
第 83页
7.5.2 数字存储示波器
2．数字存储式波器的工作方式（续）
（ 3）测量与计算工作方式
数字存储示波器对波形参数的测量分为自动测
量和手动测量两种。一般参数的测量为自动测量，
特殊值的测量使用手动光标进行测量。
（ 4）面板按键操作方式
数字存储示波器的面板按键分为立即执行键和
菜单键两种。
电子测量原理
第 84页
7.5.2 数字存储示波器
3．数字存储示波器的显示方式
（ 1）存储显示
—— 适于一般信号的观测。
（ 2）抹迹显示
—— 适于观测一长串波形中在一定条件下才会发生
的瞬态信号。
（ 3）卷动显示
—— 适于观测缓变信号中随机出现的突发信号。
电子测量原理
第 85页
7.5.2 数字存储示波器
3．数字存储示波器的显示方式
（ 4）放大显示
—— 适于观测信号波形细节。
（ 5） X— Y显示
新波形到来 移出，消逝 输入波形 放大显示波形
( a ) 卷动显示 ( b ) 放大显示
电子测量原理
第 86页
7.5.2 数字存储示波器
3．数字存储示波器的显示方式
（ 6）显示的内插
? 插入技术可以解决点显示中视觉错误的问题。
? 主要有线性插入和曲线插入两种方式。
电子测量原理
第 87页
7.5.2 数字存储示波器
4．数字存储示波器的特点
（ 1）波形的采样 /存储与波形的显示是独立的 因而
可以无闪烁地观测极慢变化信号 ；对于观测极
快信号来说，数字存储示波器可采用低速显示。
（ 2）能长时间地保存信号 便于观察单次出现的瞬
变信号。
（ 3）先进的触发功能 不仅能显示触发后的信号，
而且能显示触发前的信号。
电子测量原理
第 88页
7.5.2 数字存储示波器
4．数字存储示波器的特点（续）
（ 4）测量准确度高 采用了晶振和高分辨率 A/D转换
器。
（ 5）很强的数据处理能力 内含微处理器，能自动
实现多种波形参数的测量与显示；还具有自检与
自校等多种自动操作功能。
（ 6）外部数据通信接口 可以很方便地将存储的数
据送到计算机或其他的外部设备，进行更复杂的
数据运算和分析处理。
电子测量原理
第 89页
7.5.2 数字存储示波器
5．数字存储示波器的主要技术指标
（ 1）最高取样速率
? 指单位时间内取样的次数，用每秒钟完成的 A/D
转换的最高次数来衡量。
? 实时取样速率 （ N为每格的取样数；
t/div为扫描一格所用的时间即扫描时间因数）。
（ 2）存储带宽 (B)
? 与取样速率密切相关。
/ d iv
Nf
t
?
电子测量原理
第 90页
7.5.2 数字存储示波器
5．数字存储示波器的主要技术指标（续）
（ 3）分辨率
? 包括垂直分辨率（电压分辨率）和水平分辨率
（时间分辨率）。
? 垂直分辨率与 A/D转换器的分辨率相对应，常以
屏幕每格的分级数 (级／ div)或百分数来表示。
? 水平分辨率由存储器的容量决定，常以屏幕每格
含多少个取样点或用百分数来表示。
电子测量原理
第 91页
7.5.2 数字存储示波器
5．数字存储示波器的主要技术指标（续）
（ 4）存储容量
? 由采集存储器（主存储器）的最大存储容量来表
示。
（ 5）读出速度
? 读出速度是指将数据从存储器中读出的速度，常
用 (时间 )/div来表示。
电子测量原理
第 92页
7.5.2 数字存储示波器
6．数字存储示波器的主要部件及要求
（ 1）高速 A/D转换器
1）并行比较式 ADC
采用直接比较原理，
转换速度快，
有闪烁式 A/D
（ Flash A/D）之称。
+
-
+
-
+
-
编
码
逻
辑
电
路
输
出
寄
存
器
V
i
R
R
R
+V
r
-
V
r
采样时钟
比较器
n
n-1
1
n
n-1
1
MSB
LSB
电子测量原理
第 93页
7.5.2 数字存储示波器
6．数字存储示波器的主要部件及要求（续）
（ 1）高速 A/D转换器
2）并串式 ADC
S/H
4位
并行A / D
4位
并行A / D
4位
D/A
-
+
减法
放大器
b
7
b
6
b
5
b
4
b
3
b
2
b
1
b
0
(MSB)
(LSB)
V
i
V
1
电子测量原理
第 94页
7.5.2 数字存储示波器
6．数字存储示波器的主要部件及要求（续）
（ 2）存储器
可将高速采集的数据分路变为低速数据进行存
储以降低对存储速度的要求。
A/D
转换器
寄存器
RAM
1
RAM
2
V
i
/2
f
s
电子测量原理
第 95页
7.5.2 数字存储示波器
6．数字存储示波器的主要部件及要求（续）
（ 3）控制系统
? 单处理器系统：仅有一个 CPU，加上在 CPLD或
FPGA等数字逻辑的管理下进行工作的高速时钟电
路。
? 多处理器系统：由多个 CPU完成数据采集、数据
处理、显示、人机控制等功能。
电子测量原理
第 96页
7.5.2 数字存储示波器
７．高速信号采集技术
（ 1） CCD器件和 A/D相结合
对被测信号进行非实时取样后借助 CCD进行信
号的模拟存储。然后将 CCD中存储的信号读出并进行
A/D转换，其结果存入 RAM。
Y
A
顺序
取样
Y
B
顺序
取样
通道
转换器
A
B
通道
转换器
A/D RAM
V
iA
V
iB
电子测量原理
第 97页
7.5.2 数字存储示波器
７．高速信号采集技术（续）
（ 2）扫描交换管和 A/D相结合
将高速信号存储在扫描变换管的靶面上，然后
通过电子扫描靶面以图像信号输出的形式取出存储
信号，并经 A/D转换将数字化结果存入存储器。
（ 3）等效取样和 A/D相结合
采用等效取样的方法将高速信号变为低速信号，
对此低速信号进行采集、存储就可能完成测量任务。
电子测量原理
第 98页
7.5.2 数字存储示波器
７．高速信号采集技术（续）
（ 4）多通道组合
将多个通道的采集能力均用于一个通道对被测
信号进行采集。
ADC
1
ADC
2
RAM
1
RAM
2
V
i
f
s
数据输出
V
i
f
s
反相f s
( a ) 原理框图 ( b ) 采样与存储波形图
电子测量原理
第 99页
7.6 示波器的基本测试技术
7.6.1 示波器的选用
（ 1）根据要显示的信号数量，选择单踪或双踪示波
器。
（ 2）根据被测信号的频率特点选择。
（ 3）根据被测信号的重现方式选择。
（ 4）根据被测信号是否含有交直流成分选择。
（ 5）根据被测信号的测试重点选择。
电子测量原理
第 100页
7.6.2 示波器的正确使用
１．使用注意事项
（ 1）检查电源电压。
（ 2）通电预热后再调整各旋钮，同时注意各旋钮应
先大致旋在中间位臵。
（ 3）亮度不宜开得过高，且亮点不宜长期停留在固
定位臵，不观测波形时，应该将辉度调暗。
（ 4）输入信号电压的幅度应控制在示波器的最大允
许输入电压范围内。
电子测量原理
第 101页
7.6.2 示波器的正确使用
2．通用示波器的主要技术性能
（ 1） Y轴通道
—— 包括偏转灵敏度、频带宽度、输入阻抗、最大
输入电压、工作方式及 Y通道延迟时间等。
（ 2） X轴通道
—— 包括时基因数、工作方式、触发方式、耦合方
式及外触发最大输入电压等。
（ 3）主机
—— 包括 显示尺寸, 后加速阳极电压, 校准信号 等。
电子测量原理
第 102页
7.6.2 示波器的正确使用
3．通用示波器的面板示意图
（ 1） CH1（ X）通道 1：垂直输入端。
（ 2） CH2（ Y）通道 2：垂直输入端。
（ 3） VOLTS/DIV输入衰减器。
（ 4） VERT MODE：垂直方式选择开关。
（ 5） SOURCE触发源选择开关。
（ 6） COUPLING触发信号耦合方式开关。
（ 7） TIME/DIV扫描时间选择开关。
电子测量原理
第 103页
7.6.2 示波器的正确使用
3．通用示波器的面板示意图（续）
（ 8） SWEEP MODE扫描方式选择开关。
（ 9） EXT TRIG和 EXT HOR外触发和外水平共用输入
端。
（ 10） LEVEL HOLD OFF触发电平和释抑时间双重控
制旋钮。
（ 11） X-Y方式。
电子测量原理
第 104页
7.6.2 示波器的正确使用
3．通用示波器的面板示意图（续）
电子测量原理
第 105页
7.6.2 示波器的正确使用
4．探头的正确使用
常见探头为低电容高电阻探头：
v
i
v
o
R R
i
C
C
i
Z
1
Z
2
C
0
输入探头
示波器
最佳补偿
过补偿
欠补偿
显示波形
电子测量原理
第 106页
7.6.2 示波器的正确使用
4．探头的正确使用（续）
? 低电容探头的应用使输入阻抗大大提高，特别是
输入电容大大减小。但是，将使示波器的灵敏度有
所下降。
? 探头和示波器是配套使用的，不能互换，否则将
会导致分压比误差增加或高频补偿不当。
? 低电容高电阻探头的校正方法是以良好的方波电
压通过探头加到示波器，微调电容 C以达到出现良好
的方波。
电子测量原理
第 107页
7.6.3 用示波器测量电压
1．直流电压的测量
（ 1）测量原理
利用被测电压在屏幕上呈现的直线偏离时间基
线（零电平线）的高度与被测电压的大小成正比的
关系进行的。
为被测直流电压值,h为被测直流信号线的电压
偏离零电平线的高度； 为示波器的垂直灵敏度，
k为探头衰减系数。
D C yV h D k? ? ?
DCV
yD
电子测量原理
第 108页
7.6.3 用示波器测量电压
1．直流电压的测量（续）
（ 2）测量方法
1） 将示波器的垂直偏转灵敏度微调旋钮臵于校准位
臵 （ CAL） 。
2） 将待测信号送至示波器的垂直输入端 。
3） 确定零电平线 。
4） 将示波器的输入耦合开关拨向, DC”档, 确定直
流电压的极性 。
5） 读出被测直流电压偏离零电平线的距离 h。
6）计算被测直流电压值。
电子测量原理
第 109页
7.6.3 用示波器测量电压
1．直流电压的测量（续）
例 7-1 示波器测直流电压及垂直灵敏度开关示意图
如图所示,h=4cm,V/cm、若 k=10,1，求被测直
流电压值。
4 0, 5 1 0 2 0D C yV h D k? ? ? ? ? ? ?(V)
0.5
1
2
5
10
250
100
50
25
5
V mV
V/div
零电平线
显示波形
（直流电压）
电子测量原理
第 110页
7.6.3 用示波器测量电压
2．交流电压的测量
（ 1）测量原理
为被测交流电压值（峰 -峰值）； h为被测交
流电压波峰和波谷的高度或任意两点间的高度；
为示波器的垂直灵敏度； 为探头衰减系数。
（ 2）测量方法
垂直偏转灵敏度微调旋钮臵于校准位臵；接入
待测信号；输入耦合开关臵于, AC” ；调节扫描速
度使波形稳定显示；调节垂直灵敏度开关； 读出被
测交流电压波峰和波谷的高度； 计算被测交流电压
的峰 -峰值。
P P y yV h D k? ? ? ?
PPV?
yD
yk
电子测量原理
第 111页
7.6.3 用示波器测量电压
2．交流电压的测量（续）
例 7-2 示波器正弦电压如图所示,h=8cm,V/cm、
若 K=1,1，求被测正弦信号的峰 -峰值和有效值。
正弦信号的峰 -峰值为
正弦信号的有效值为
0.5
1
2
5
10
250
100
50
25
5
V mV
V/div
零电平线
显示波形
（交流电压）
8 1 1 8 VP P yV h D k? ? ? ? ? ? ? ?
8 2, 3
2 2 2 2 2
P P PVVV ?? ? ? ?
V
电子测量原理
第 112页
7.6.4 用示波器测量时间和频率
1．测量周期和频率
（ 1）测量原理
? 被测交流信号的周期 （ x为被测交流信
号的一个周期在荧光屏水平方向所占距离； 为
示波器的扫描速度； 为 X轴扩展倍率。
? 周期的倒数即为频率。
/xxT x D k?
xD
xk
电子测量原理
第 113页
7.6.4 用示波器测量时间和频率
1．测量周期和频率（续）
（ 2）测量方法
1）将示波器的扫描速度微调旋钮臵于, 校准,
位臵。
2）将待测信号送至示波器的垂直输入端。
3）将示波器的输入耦合开关臵于, AC”位臵。
4）调节扫描速度开关，记录 值。
5）读出被测交流信号的一个周期在荧光屏水平
方向所占的距离 x。
6）计算被测交流信号的周期。
xD
电子测量原理
第 114页
7.6.4 用示波器测量时间和频率
1．测量周期和频率（续）
例 7-3 荧光屏上的波形如图所示，信号一周期 7cm，
扫描速度开关臵于, 10ms/cm”位臵，扫描扩展臵
于, 拉出 × 10”位臵，求被测信号的周期。
0.2
0.5
1
2
10
100
10
1
100
50
S
ms
t/div
5
5
ns
x
7 1 0/7
10xxT x D k
?? ? ?ms
电子测量原理
第 115页
7.6.4 用示波器测量时间和频率
2．测量时间间隔
（ 1）测量同一信号中任意两点 A与 B的时间间隔的测
量方法如下图。
A与 B的时间间隔 （ 为 A与 B的时
间间隔在荧光屏水平方向所占距离,为示波器的
扫描速度）
A B A B xT x D???? ABx ?
xD
x
A-B
电子测量原理
第 116页
7.6.4 用示波器测量时间和频率
2．测量时间间隔（续）
（ 2）若 A,B两点分别为脉冲波前后沿的中点，则所
测时间间隔为脉冲宽度，如下图示。
x
A-B
电子测量原理
第 117页
7.6.4 用示波器测量时间和频率
2．测量时间间隔（续）
（ 3）采用双踪示波器可测量两个信号的时间差。将
B脉冲的起点左移 1格，读出两被测信号起始点时
间的水平距离。
x
A-B
电子测量原理
第 118页
7.6.5 用示波器测量相位
1．用双踪示波法测量相位
? 将欲测量的两个信号 A和 B分别接到示波器的两个
输入通道。
? 利用荧光屏上的坐标测出信号的一个周期在水平
方向上所占的长度 。
? 再测量两波形上对应点之间的水平距离 x，则两
信号的相位差为
Tx
o360
T
x
x
?? ? ?
电子测量原理
第 119页
7.6.5 用示波器测量相位
1．用双踪示波法测量相位（续）
用这种方法测相位差时应该注意，只能用其中
一个波形去触发另一路信号。
x
1
x
2
x
T
电子测量原理
第 120页
7.6.5 用示波器测量相位
2．用李沙育图形法测量频率或相位
（ 1）测量频率
? 示波器工作于 X-Y方式下, 将频率已知的信号与
频率未知的信号加到示波器的两个输入端, 调节
已知信号的频率, 使荧光屏上得到李沙育图形,
由此可测出被测信号的频率 。
? 和 分别为水平线, 垂直线与李沙育图形的
交点数；, 分别为示波器 Y和 X信号的频率 。 李
沙育图形存在关系：
HN VN
yf xf
y H
xV
f N
fN?
电子测量原理
第 121页
7.6.5 用示波器测量相位
2．用李沙育图形法测量频率或相位（续）
例 7-4 如图所示的李沙育图形，已知 X信号频
率为 6MHz，问 Y信号的频率是多少？
26 M H z 2
6
H
yx
V
Nff
N? ? ? ?
16 M H z 2
3
H
yx
V
Nff
N? ? ? ?
或
MHz
MHz
N
H
N
V
电子测量原理
第 122页
7.6.5 用示波器测量相位
2．用李沙育图形法测量频率或相位（续）
（ 2）测量相位差
? 把比较相位差的两个频率、同幅度的正弦信号分
别送入示波器的 Y通道和 X通道，使示波器工作在
X-Y方式，这时示波器的屏幕上会显示出椭圆波
形，
? 由椭圆上的坐标可求得两信号的相位差为
00a r c s i n,a r c s i n
mm
yx??? ? ? ?或
电子测量原理
第 123页
7.6.5 用示波器测量相位
2．用李沙育图形法测量频率或相位（续）
（ 2）测量相位差
2x
0
2x
m
2y
0
2y
m
电子测量原理
第 124页
7.6.6 数字存储示波器的应用
1,t和 V的测量
? 数字存储示波器对屏幕上要测量的信号部位加上
游标，记录这两个采样点的位臵和相应的数据，
并通过计算，最后以字符自动表示测量结果。
2．捕捉尖峰干扰
? 适合在较大时基设定范围内捕捉重复的尖峰干扰
或单脉冲干扰。
3．非电信号测试
? 只要配有适当的传感器就能测量振动、加速度、
角度、位移、功率以及压力等机电参数。
? ?
电子测量原理
第 125页
7.7 时域测量技术
? 电子测量的对象可分为 信号特性 和 系统特性 两类
? 同一物理信号和系统特性可以在时间和频率两个域内描
述, 因此有 时域 和 频域 两种测试方法 。
? 频率测量研究的是被测对象的复数频率特性, 即信号的
频谱和系统的传递函数 。
? 时域测量研究的是被测对象的幅度－时间特性, 即信号
波形和系统的脉冲响应或阶跃响应 。 T
t f
V ( f )
τ
1/ τ 2/ τ
时域中的重复脉冲 频域中的脉冲串频谱
V ( t )
电子测量原理
第 126页
使用时域测量技术及 FFT算法求信号的频谱
方法：
? 在一个时间段中对被测信号 x(t)进行采样 （ 采样次数为
m）, 对采样值进行 A/D转换, 得到时间和幅值均离散的
序列 x(n)；
? 对 x(n)作快速傅立叶变换 （ FFT）, X(k)为 x(n)的复频谱,
有 m个复数值；
? 由 X(k)可计算得到幅度谱和相位谱。
优点（ 1）能够进行实时分析；（ 2）既可以测量周期信号的
频谱，也可以测量非周期信号和瞬态信号的频谱
21
0
( ) ( ),0,1,1
m j n k
m
n
X k x n e n k m
?? ?
?
? ? ??
电子测量原理
第 127页
7.7.1 信号的时域测量
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 。
1,脉冲信号参数的时域测试
A
f
9
0%
1
0%
5
0%
b
c
T
t
r
t
f
τ
理想脉冲 实际脉冲
Aw
e
顶
底
d
电子测量原理
第 128页
(1) 脉冲参数的定义
电子测量原理
第 129页
与时间有关的脉冲参数的定义
电子测量原理
第 130页
(2) 脉冲参数的测量方法
使用示波器对脉冲波形进行测量, 从荧光屏直接读波形
刻度, 然后再根据公式计算得到各参数值 。
1） 测量方法
将被测脉冲直接加到示波器垂直通道 Y的输入端, 波形的垂直
方向表示与幅度有关的参数, 水平方向表示与时间有关
参数 。
? ① 确定出脉冲的顶值和底值 （ 即幅值的 100％ 和 0％ 的基
线位臵 ） 。
? ② 测量幅度：
? ③ 其它与幅度有关参数测量：从波形上读出响应的刻度
值, 再比上幅度的刻度值即可 。
? ④ 上升时间测量：确定波形幅度为 10％ 和 90％ 的位臵,
然后读刻度, 再乘以水平扫描时基因素 。
yA S K H? ? ?
电子测量原理
第 131页
2）测量误差及对示波器的要求
? 与幅度有关的测量误差来源主要有探头衰减比误差, 示
波器的输入阻抗, 通道非线性失真, 读数误差, 顶值和
底值不准等 。
? 与时间有关的测量误差来源主要有：示波器的建立时间
（ 带宽 ）, 时基不准确, 上下基线的判别不准, 读数误
差等 。 测量误差一般为百分之几 。
? 测量上升时间可下式修正由示波器有限带宽带来的误差：
当示波器的频带宽度大于被测信号中最高频率的 5倍以上时,
一般可以忽略示波器带宽对脉冲上升时间测量的影响 。
22
0r r x rt t t??
电子测量原理
第 132页
? 普通模拟示波器不能测量单脉冲的参数，只能测
量周期脉冲信号的参数。
? 数字存储示波器对单脉冲和周期脉冲信号参数都
能测量。
? 数字存储示波器内部有计算功能，有些参数可直
接得到测量数值，如幅度、上升时间、下降时间、
脉宽等。
? 数字存储示波器使用可调的水平游标或垂直游标，
可直接得到两游标间的电压差值或时间差值，比
模拟示波器减少了读数误差。
电子测量原理
第 133页
2,调幅信号的时域测试
? 调幅系数：
m
c
Em
E?
调制信号振幅 ＝
载波信号振幅
t
U ( t )
0
E m
E
c
E m
b
a
1）直线扫描法：
加到示波器 Y轴输
入端，测出 a,b长
度，则：
100%abm ab????
电子测量原理
第 134页
? 2） 梯形图法
示波器工作于 X-Y方式, 将调幅波, 调制信号分别加至示波器
X和 Y轴输入端, 测出 a,b长度计算 。
? 3） 椭圆法
将被测调幅信号用 RC移相电路移相后, 加至示波器的 X和 Y输
入端, 示波器工作在 X-Y方式下, 测量 a,b长度计算 。
u (t)
+ +
+
-
-
X
Y b
a
ab
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第 135页
7.7.2 线性系统的时域测量
? 1.线性系统的描述
① n阶线性微分方程；
② 对微分方程进行拉普拉斯变换, 可得到系统的传递函数；
③ 给系统输入扫频正弦信号, 测量对应输出信号的幅值和相
位, 可得系统的频率特性；
④ 给系统输入单位脉冲信号, 得到时域中的脉冲响应函数 。
()xt ()yt
激励 响应
系 统
（微分方程）
（传递函数）
（频率响应函数）
（脉冲响应函数）
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第 136页
2.脉冲响应函数
? 单位脉冲信号：
? 单位阶跃信号：
? 两者间关系：
t0
)( t?
t0
u(t)
( a ) 单位脉冲信号 ( b ) 单位阶跃信号
1
? 0() 00 tt t? ??? ? ( ) 1t d t????? ??且
? 10() 00 tut t ??? ?
( ) ( ) ( ) ( )td u t t t d t u tdt ?? ???? ?
电子测量原理
第 137页
?卷积定理
? 对于线性时不变系统, 系统的输出 y(t)等于输入
信号 x(t)与系统脉冲响应 h(t)的卷积, 即
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )y t x t h t x t h d x h t d? ? ? ? ? ?? ? ? ?
? ? ? ?
? ? ? ? ? ???
脉冲响应 —— 输入单位脉冲信号时对应的系统输出 。
阶跃响应 —— 输入单位阶跃信号时对应的系统的输出
脉冲响应的积分为阶跃响应
阶跃响应的微分就是脉冲响应
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第 138页
系统脉冲响应的直接测量方法
微分器 示波器被测系统
单位阶跃
信号发生器
示波器被测系统
单位脉冲
信号发生器
被测系统 示波器微分器
单位阶跃
信号发生器
h(t)
h(t)
h(t)u(t)
u(t)
阶跃
响应
)( t?
)( t?
电子测量原理
第 139页
3,反卷积
（ 1） 反卷积定义
已知 y(t)和 x(t)求解 h(t),或已知 y(t)和 h(t)求解 x(t)
离散系统的离散卷积或卷积和：已知激励 x(n)和系统特性用
单位样值响应 h(n),求解输出响应 y(n)
离散系统的离散反卷积
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
mm
y n x m h n m h m x n m x n h n h n x n
??
? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ? ? ???
( ) ( ) ( 1 / ) ( ) ( ) ( ) ( 1 / ) ( )h t y t x t x t y t h t? ? ? ?或
( ) ( ) ( 1 / ) ( ) ( ) ( ) ( 1 / ) ( )h n y n x n x n y n h n? ? ? ?或
电子测量原理
第 140页
（ 2）频域反卷积法
? 时域卷积 —— 频域相乘
时域：
频域：
有：
频域反卷积法：
( ) ( ) ( ) ( ) ( )y t x t h t x t h d? ? ?????? ? ? ??
( ) ( ) ( )Y j X j H j? ? ??
( ) ( )( ) ( )
( ) ( )
Y j Y jH j X j
X j H j
?????? 或
1 1 1( ) [ ( ) ]( ) [ ( ) ]
( ) [ ( ) ]
Y j F y th t F H j F F
X j F x t
??
?
? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?
? ? ? ?
1 1 1( ) [ ( ) ]( ) [ ( ) ]
( ) [ ( ) ]
Y j F y tx t F X j F F
H j F h t
??
?
? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?
? ? ? ?
电子测量原理
第 141页
离散系统的频域离散反卷积计算公式为,
式中：
? X(k)为 x(n)的离散频谱,
? Y(k)为 y(n)的离散频谱,
? H(k)为 h(n)的离散频谱；
? IFFT为快速离散傅立叶变换的反变换 。
( ) [ ( ) ]( ) [ ( ) ]
( ) [ ( ) ]
Y k F F T y nh n I F F T H k I F F T I F F T
X k F F T x n
? ? ? ?? ? ?
? ? ? ?? ? ? ?
( ) [ ( ) ]( ) [ ( ) ]
( ) [ ( ) ]
Y k F F T y nx n I F F T X k I F F T I F F T
H k F F T h n
? ? ? ?? ? ?
? ? ? ?? ? ? ?
电子测量原理
第 142页
4.时域自动测试系统简介
? 1） 脉冲信号源,是一个广谱信号源, 可分为两类：
以脉冲与阶跃信号为主的基带脉冲；对连续波开关调制
形成的射频脉冲 。
? 2） 示波器,采用数字存储示波器 。 要求是：频带宽,
建立时间短, 动态范围大, 信噪比大, 可程控和带通信
接口 。
? 3） 计算机：其作用是：控制采集, 存贮数据, 计算处理,
输出结果
取样头 计算机数字存储 示波器脉冲信号源
连接被测系统
电子测量原理
第 143页
1．传输线的测量
? l为电缆长度,K是与损耗有关的常数
? 已知 l,R,L,C,G,K和 m，则可得到电缆频域
传递函数。
7.7.3 时域测试系统的应用举例
KS m
R SL
G SC
单位长度
()
002
2 2 2 ( )
1 0 0
4 ( )()()
( ) [ ( ) ] 1 ( )
ls
ls
R Z sEs eHs
E s R Z s s e
?
??
?
?? ? ???
电子测量原理
第 144页
测量步骤：
? ① l,R,L,C,G可分别测量得到, 或由厂家提供 。
? ② 测出未接传输线的脉冲波形 e1(t)
? ③ 测量接了传输线后的波形 e2(t)
? ④ 计算 H（ jw)和 H（ S)
? ⑤ 需重复步骤 ②③④ 多次, 再进行统计拟合, 得到 K和 m。
⑥ 对 H(jw)反傅里叶变换, 可得电缆模型的时域脉冲响应 h(t)
E
1
(s)
( a ) 参考电压模型
E
2
(s)
l
E
g
(s)
Z
0
(s)
r(s)
( b ) 响应电压模型
信号源内阻 R
0
信号源内阻 R
0
匹配
负载
R
L
匹配
负载
R
L
E
g
(s)
22
11
( ) [ ( ) ]()
( ) [ ( ) ]
E j F F T e tHj
E j F F T e t
??
???
电子测量原理
第 145页
2．时域反射测量
? 时域反射计技术（ TDR）是测量在传输线的一定距离上引
起的反射信号，其原理与雷达、声纳类似。
? 阻抗不匹配时，将产生反射波。
? 改变传输线的尺寸比例、线径、线间间隔等，都会使传
输线特性阻抗改变，产生阻抗不连续点，从而造成反射。
Z
0
R
L
R
g
= Z
0
至示波器
信号源
通过式
取样头
标准传输线
被测
负载
l
电子测量原理
第 146页
3,光时域反射计（ OTDR）
? OTDR是测试光纤长度, 测量光纤损耗分布和查找故障位
臵的重要测试设备 。 它的基本原理和 TDR相似, 不同的是
用激光脉冲作为激励源, 然后用示波器来观察光纤中的
各种反射 。
驱动
Y
G E - A P D
光纤定向
耦合器
被测光纤
匹配液
激光源
时基
扫描
取样积分
示波器
放大器
X
