數(shù)字示波器原理與應(yīng)用

1、數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用大連理工大學(xué)大連理工大學(xué) 電信學(xué)院電信學(xué)院 趙泰洋趙泰洋 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1. 電子測(cè)量課程內(nèi)容概述電子測(cè)量課程內(nèi)容概述 2. 示波器的示波器的發(fā)發(fā)展展過(guò)過(guò)程程 3. 模模擬擬示波器的工作原理示波器的工作原理 5. 一一個(gè)個(gè)由由數(shù)數(shù)字示波器字示波器構(gòu)構(gòu)成的自成的自動(dòng)測(cè)試動(dòng)測(cè)試系系統(tǒng)統(tǒng) 4. 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的工作原理與使用方法數(shù)字存儲(chǔ)示波器的工作原理與使用方法電子測(cè)量課程內(nèi)容概述電子測(cè)量課程內(nèi)容概述v 測(cè)量總論及誤差理論測(cè)量總論及誤差理論v 基本電參量測(cè)量基本電參量測(cè)量n時(shí)間與頻率測(cè)量：頻率計(jì)。n電壓測(cè)量：直流、交流電壓表。n阻抗測(cè)量：阻抗分析儀

2、。v 時(shí)域測(cè)量：示波器時(shí)域測(cè)量：示波器v 頻域測(cè)量頻域測(cè)量n信號(hào)分析和頻域測(cè)量：頻譜分析儀。n頻率特性測(cè)量：掃頻儀。n線(xiàn)性系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析：網(wǎng)絡(luò)分析儀。v 數(shù)據(jù)域測(cè)量（邏輯分析儀、誤碼數(shù)據(jù)域測(cè)量（邏輯分析儀、誤碼儀）儀）v 測(cè)試系統(tǒng)集成技術(shù)測(cè)試系統(tǒng)集成技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社古天祥等編著模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)v 頻帶寬度頻帶寬度bw和上升時(shí)間和上升時(shí)間n頻帶寬度：輸入信號(hào)上、下限頻率之差。n上升時(shí)間：與頻帶寬度有關(guān)，它表示由于輸入信號(hào)頻帶寬度的限制，當(dāng)輸入一個(gè)理想階躍信號(hào)時(shí)，顯示波形的上升沿的幅度從10%上升到90%所需的時(shí)間。n頻帶寬度與上升時(shí)間的關(guān)系可近似表示為： 0.35

3、rtsbw mhz例如，對(duì)于帶寬為例如，對(duì)于帶寬為100mhz的示波器，上升時(shí)間約為的示波器，上升時(shí)間約為3.5ns。 n五倍準(zhǔn)則：示波器帶寬應(yīng)為待測(cè)信號(hào)最高頻率的五倍。模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo) 圖中所示三個(gè)信號(hào)分別圖中所示三個(gè)信號(hào)分別是是400mhz，100mhz和和10mhz帶寬下獲得的信號(hào)。帶寬下獲得的信號(hào)。 模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)一些典型信號(hào)的上升時(shí)間與信號(hào)帶寬 模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)v 時(shí)基因數(shù)時(shí)基因數(shù)n時(shí)基因數(shù)：表示單位距離代表的時(shí)間，單位為us/cm或ms/div。n當(dāng)選擇較小的時(shí)基因數(shù)時(shí)，可將高頻信號(hào)在

4、水平方向上展開(kāi)。v 偏轉(zhuǎn)因數(shù)偏轉(zhuǎn)因數(shù) n偏轉(zhuǎn)因數(shù)：在輸入信號(hào)作用下，光點(diǎn)在熒光屏上垂直方向移動(dòng)1格所需的電壓值，單位為“v/div”或“mv/div”。n偏轉(zhuǎn)因數(shù)越小，表示示波器觀(guān)測(cè)微弱信號(hào)的能力越強(qiáng)。 模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)ch1信號(hào)的峰峰值約為：2div*50mv/div=100mv。 周期約為：3.6div*0.4ms/div=1.44msch2信號(hào)的峰峰值約為：2.5div*2v/div=5v。 模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)v 輸入阻抗輸入阻抗n當(dāng)被測(cè)信號(hào)接入示波器時(shí)，輸入阻抗成為被測(cè)信號(hào)的等效負(fù)載。n當(dāng)輸入直流信號(hào)時(shí)，輸入阻抗用輸入電阻表

5、示，一般為1m 。n當(dāng)輸入交流信號(hào)時(shí)，輸入阻抗用輸入電阻和輸入電容并聯(lián)表示，一般輸入電阻為1m ，輸入電容一般為33pf。n輸入阻抗通常還與使用的探頭有關(guān)。v 輸入方式輸入方式n直流（dc）：直接耦合。n交流（ac）：通過(guò)隔直電容耦合。n接地（gnd）：將輸入接地，用于測(cè)量前確定零電平位置。 模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)模擬示波器的主要技術(shù)指標(biāo)v 觸發(fā)源選擇方式觸發(fā)源選擇方式n觸發(fā)源是指用于提供產(chǎn)生掃描同步信號(hào)的來(lái)源。n內(nèi)觸發(fā)（int）：由被測(cè)信號(hào)產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)。n外觸發(fā)（ext）：由外部輸入信號(hào)產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)。n電源觸發(fā)（line）：利用50hz工頻電源產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)。模擬示波器的工作原理

6、模擬示波器的工作原理取樣示波器的工作原理取樣示波器的工作原理數(shù)字示波器與模擬示波器數(shù)字示波器與模擬示波器數(shù)字示波器的內(nèi)部功能框圖數(shù)字示波器的內(nèi)部功能框圖數(shù)字示波器的采樣率數(shù)字示波器的采樣率v 數(shù)字示波器的一個(gè)非常重要的指標(biāo)：采樣率數(shù)字示波器的一個(gè)非常重要的指標(biāo)：采樣率n采樣率是指采樣設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)對(duì)待測(cè)信號(hào)采樣的次數(shù)。n單位為s/s（采樣點(diǎn)/秒）。n采樣率分為實(shí)時(shí)采樣率和等效采樣率。數(shù)字示波器的等效采樣數(shù)字示波器的等效采樣v 等效采樣的工作原理與模擬取樣示波器相似。等效采樣的工作原理與模擬取樣示波器相似。v 通常的數(shù)字示波器的等效采樣率可達(dá)幾通常的數(shù)字示波器的等效采樣率可達(dá)幾gs/s到幾十到幾

7、十gs/s。數(shù)字示波器的探頭數(shù)字示波器的探頭v 對(duì)示波器探頭的要求：對(duì)示波器探頭的要求：n將待測(cè)信號(hào)以較小的失真引入示波器。n對(duì)待測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生最小的影響。v 探頭的功能探頭的功能n在測(cè)試點(diǎn)或信號(hào)源與示波器之間建立一條信號(hào)的物理連接。v 理想的探頭理想的探頭n連接方便。n絕對(duì)的信號(hào)保真度。n零信號(hào)源負(fù)荷。n能夠全面抗噪聲。數(shù)字示波器的探頭數(shù)字示波器的探頭探頭的頻率特性探頭的頻率特性v 多數(shù)示波器探頭可以看作一個(gè)低通濾波器。多數(shù)示波器探頭可以看作一個(gè)低通濾波器。v 針對(duì)不同帶寬的示波器應(yīng)選用不同的探頭。針對(duì)不同帶寬的示波器應(yīng)選用不同的探頭。探頭的動(dòng)態(tài)范圍探頭的動(dòng)態(tài)范圍v 所有探頭都有其電壓安全極限，

8、我們稱(chēng)其為動(dòng)態(tài)范圍。所有探頭都有其電壓安全極限，我們稱(chēng)其為動(dòng)態(tài)范圍。v 通常無(wú)源探頭的動(dòng)態(tài)范圍可以從幾百伏到上千伏，而有源通常無(wú)源探頭的動(dòng)態(tài)范圍可以從幾百伏到上千伏，而有源探頭的探頭的 動(dòng)態(tài)范圍一般只有十幾伏。動(dòng)態(tài)范圍一般只有十幾伏。v 可利用衰減功能來(lái)提高探頭的動(dòng)態(tài)范圍?？衫盟p功能來(lái)提高探頭的動(dòng)態(tài)范圍。n如一個(gè)1：1時(shí)動(dòng)態(tài)范圍為50v的無(wú)源探頭，若將其衰減切換開(kāi)關(guān)放在10：1的位置，其動(dòng)態(tài)范圍就變?yōu)?00v。 探頭的補(bǔ)償探頭的補(bǔ)償v 大多數(shù)探頭都有補(bǔ)償功能。大多數(shù)探頭都有補(bǔ)償功能。v 調(diào)節(jié)探頭內(nèi)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，可調(diào)節(jié)探頭內(nèi)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，可使信號(hào)失真達(dá)到最小。使信號(hào)失真達(dá)到最小。v 補(bǔ)償時(shí)應(yīng)使用

9、示波器上提供補(bǔ)償時(shí)應(yīng)使用示波器上提供的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字示波器的互連特性數(shù)字示波器的互連特性 超聲部件方向圖測(cè)量系統(tǒng)超聲部件方向圖測(cè)量系統(tǒng)計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)麥克風(fēng)放大器示波器rs232usb同軸線(xiàn)超聲部件方向圖測(cè)量系統(tǒng)超聲部件方向圖測(cè)量系統(tǒng)數(shù)字示波器的基本操作數(shù)字示波器的基本操作數(shù)字示波器的操作數(shù)字示波器的操作v 基本操作基本操作n正弦、方波信號(hào)的測(cè)量。n自動(dòng)設(shè)置功能。n使用光標(biāo)。v 高級(jí)操作高級(jí)操作n使用觸發(fā)捕捉單次信號(hào)。n信號(hào)的fft運(yùn)算。數(shù)字示波器的基本操作數(shù)字示波器的基本操作數(shù)字示波器的屏幕顯示數(shù)字示波器的屏幕顯示1 波形基線(xiàn)2 運(yùn)行、停止?fàn)顟B(tài)3 觸發(fā)位置4 展開(kāi)點(diǎn)5 波形記錄圖標(biāo)6

10、觸發(fā)狀態(tài)7 觸發(fā)電平8 光標(biāo)或測(cè)量讀數(shù)9 觸發(fā)設(shè)置信息11 水平讀數(shù)顯示13 通道讀數(shù)顯示數(shù)字示波器的探頭輸入端數(shù)字示波器的探頭輸入端數(shù)字示波器的按鍵區(qū)數(shù)字示波器的按鍵區(qū)數(shù)字示波器的光標(biāo)操作數(shù)字示波器的光標(biāo)操作v 光標(biāo)光標(biāo) (cursor)n光標(biāo)是為了在屏幕上進(jìn)行波形測(cè)量而放置的標(biāo)記。實(shí)驗(yàn)：使用數(shù)字示波器觀(guān)察基本波形實(shí)驗(yàn)：使用數(shù)字示波器觀(guān)察基本波形v 觀(guān)察由信號(hào)源產(chǎn)生的正弦信號(hào)，并測(cè)量其各項(xiàng)參數(shù)：觀(guān)察由信號(hào)源產(chǎn)生的正弦信號(hào)，并測(cè)量其各項(xiàng)參數(shù)：n頻率、周期。n峰峰值（vpp）、有效值（rms）。v 觀(guān)察由信號(hào)源產(chǎn)生的方波信號(hào)，并測(cè)量其各項(xiàng)參數(shù)：觀(guān)察由信號(hào)源產(chǎn)生的方波信號(hào)，并測(cè)量其各項(xiàng)參數(shù)：n頻率

11、、周期。n峰峰值（vpp）、有效值（rms）。n占空比。n上升時(shí)間、下降時(shí)間。數(shù)字示波器的觸發(fā)功能數(shù)字示波器的觸發(fā)功能v 觸發(fā)功能觸發(fā)功能n數(shù)字化儀器區(qū)別于傳統(tǒng)儀器的功能之一。n在使用者設(shè)置一定的觸發(fā)條件后，儀器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到之前所設(shè)置的觸發(fā)條件后，將觸發(fā)點(diǎn)前后的一段信號(hào)存儲(chǔ)并顯示。n觸發(fā)方式分為：自動(dòng)觸發(fā)、正常觸發(fā)和單次觸發(fā)。n觸發(fā)條件有：邊沿、視頻等。實(shí)驗(yàn)：觀(guān)察瞬態(tài)非周期信號(hào)的波形實(shí)驗(yàn)：觀(guān)察瞬態(tài)非周期信號(hào)的波形v 利用示波器的觸發(fā)功能觀(guān)察一個(gè)瞬態(tài)非周期信號(hào)的波形，利用示波器的觸發(fā)功能觀(guān)察一個(gè)瞬態(tài)非周期信號(hào)的波形，比較各種不同觸發(fā)功能。比較各種不同觸發(fā)功能。實(shí)驗(yàn)：使用數(shù)字