通用示波器设计.docx

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通用示波器设计

电子仪器仪表设计报告

——通用示波器设计论文

学生姓名:

学　　号:

系　　别:

　物理与信息工程系　　　

专　　业:

　电子信息科学与技术　　

指导教师:

起止日期:

　2012.5.1--2012.5.25　

2012年5月25日

目录

摘要………………………………………………………………………………3

关键词……………………………………………………………………………3

1.设计任务…………………………………………………………………3

2.通用示波器基本组成…………………………………………………………3

3.通用示波器工作原理…………………………………………………………4

3.1示波器X通道………………………………………………………………4

3.1.1触发电路………………………………………………………………5

3.1.2扫描发生器环…………………………………………………………5

3.1.3X放大器………………………………………………………………6

3.2示波器Y通道……………………………………………………………6

3.2.1探头……………………………………………………………………6

3.2.2输入衰减器……………………………………………………………7

3.2.3延迟线…………………………………………………………………7

3.3示波器的多波形显示………………………………………………………7

4.通用示波器的主要性能指……………………………………………………8

5.示波器测试………………………………………………………………………8

6.设计总结…………………………………………………………………………11

参考文献……………………………………………………………………………12

摘要

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。

关键词

电子测量仪器、电信号、图象、波形、调幅、电压、电流、频率、相位差

1.设计任务

设计并制作一台通用示波器。

要求：

1、可以测量直流信号、交流信号的电压幅度

2、可以测量交流信号的周期，并以此换算出交流信号的频率。

3、可显示交流信号的波形。

4、可以用两个通道分别进行信号测量。

5、可以在屏幕上同时显示两个信号的波形，即双踪测量功能。

此功能能够测量两个信号之间的相位差，和波形之间形状的差别。

2.通用示波器基本组成

通用示波器是示波器中应用最广泛的一种，它通常泛指采用单束示波管，除取样示波器及专用或特殊示波器以外的各种示波器。

它主要由示波管、垂直通道和水平通道三部分组成。

此外还包括电源电路，以及由它产生示波管和仪器电路中需要的多种电源。

示波器的基本组成框图如下图所示：

图1：

通用示波器的基本组成框图

3.通用示波器工作原理

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。

图2：

示波器的原理结构图

3.1示波器X通道

示波器的X通道主要由扫描发生器环、触发电路和X放大器组成。

其中扫描发生器环和触发电路用来产生所需的扫描信号。

X放大器可能用来放大扫描信号，也可能用来放大直接输入的任意外界信号，因此X放大器的输入端有嫩、外两个位置。

3.1.1触发电路

触发电路用来产生周期与被测信号有关的触发脉冲。

下图为触发电路及其在面板上的对应开关。

图3：

触发电路及其在面板上的对应开关

3.1.2扫描发生器环

扫描发生器环由扫描门、积分器及比较和释抑电路组成。

如下图：

图4：

扫描发生器环

图5：

密勒积分器

图6：

比较和释抑电路

3.1.3X放大器

当开关扳至内时，X放大器放大扫描信号，扳至外时，放大由面板上X输入端直接输入的信号。

X放大器的输出信号接到X偏转版。

如图1。

3.2示波器Y通道

Y通道的任务是将被观测的信号尽量不是真地加到世博馆Y偏转板上，通常包括探头、输入衰减器、Y前置放大器、延迟线和Y输出放大器等部分。

3.2.1探头

探头是连接在示波器外部的一个输入电路部件。

作用是便于直接在被测源上探测信号和提高示波器的输入阻抗，从而展宽示波器的实际使用频带。

其分类有多种，这里我使用有源电压探头。

如下图。

图7：

源极跟随器式有缘探头的基本电路

3.2.2输入衰减器

输入衰减器用来衰减输入信号，以保证显示在显示屏上的信号不致因过大而是真。

它常由RC电路组成，原理图如下：

图8：

输入衰减器

3.2.3延迟线

延迟线的作用就是把加到垂直偏转板的脉冲信号也延迟一段时间t

，是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描出包括时间在内的脉冲全过程。

3.3示波器的多波形显示

3.3.1多线显示和多踪显示

多线示波器有多个相互独立的电子束，常见的有双线示波器。

多踪示波器与多线示波器不同，它的组成与普通示波器类似，只不过在电路中多了一个电子开关，并具有两个垂直通道。

3.3.2双时基扫描

双时基扫描示波器有两个独立的触发和扫描电路，两个扫描电路的扫描速度可以相差很多倍。

图9：

自动双扫描示波器的电路组成

4.通用示波器的主要性能指标

（1）带宽、上升时间：

t

=

（2）扫描速度：

是光点的水平移动速度，单位是cm/s或div/s,dic（格），一般为1cm。

示波器的扫描速度要适应Y通道的频带宽度，时间因数从最低速到最高速（扫描范围），一般按1—2—5的顺序步挡（约20挡左右）每挡内能连续调节，以便把显示的图像调到适当宽度。

（3）偏转灵敏度：

分10挡，10mV/cm—20V/cm.

（4）输入阻抗30MHz的示波器输入电阻为1M

，输入电容小雨30

：

100MHz示波器输入电阻为1M

，输入电容小于22pF。

5.示波器测试

按照原理图安装完各个部件后，进行测试时，要把每一个部件的功能都测试一遍，不可有遗漏，以免投入使用后会影响示波器的性能指标。

（1）下图为加入延迟线和没加延迟线的情况，测试时要满足要求。

图10：

延迟线的作用

（2）在连续扫描情况下，比较和释抑电路的工作情况要满足下图。

图11：

在扫描情况下，比较和释抑电路的工作情况

（3）下图为自动双扫描示波器的有关波形

图12

（4）示波器在交替方式工作时，若第一个扫描周期电子开关使A通道输入信号波形u

，则第二个扫描周期电子开关使门接通，从而显示u

波形，如此反复，并在屏幕上轮流显示出两个信号波形。

当开关信号频率远大于被测信号频率时，双棕显示将工作在断续方式。

这时开关信号分别对两个被测信号波形轮流地进行实时取样，所以在屏幕上看到的是由若干取样光点构成的断续波形。

如下图。

图13：

双踪显示

在双踪显示时，不管工作在交替方式，还是断续方式，为了显示出两个信号之间的相位（或时间）需要用其中（A通道或B通道）一个信号去触发扫描发生器。

在波形转换过程中产生的光迹应消隐处理。

6.设计总结

我们要设计这个通用示波器，首先要弄清楚设计要求及性能指标，然后按设计要求进行题目分析，把所要实现的功能都列出来，以便设计整体框图。

设计完整体框图后，我们在逐一的按性能指标为各个功能模块设计电路图，然后按原理图把各个部分焊接组装好。

需要进行软件设计的再按照要求进行软件设计，再把程序下载到芯片里。

最后再进行测试调整。

参考文献：

高吉祥主编.模拟电子技术（第二版）.北京：

电子工业出版社，2006

高吉祥主编.高频电子线路（第二版）.北京：

电子工业出版社，2007.1

高吉祥主编.数字电子技术.北京：

电子工业出版社，2006

高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计（第二版）.北京：

电子工业出版社，2006.12