2022年2022年取樣示波器

1、精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載7.4 取樣示波器本節(jié)要求：（ 1）把握取樣的基本概念；（ 2）把握取樣示波器的組成及其垂直通道水平通道的工作原理；（ 3）明白取樣示波器的基本參數(shù)；7.4.1 概述1取樣的基本概念取樣就為從被測波形上取得樣點(diǎn)的過程；取樣分為實(shí)時取樣和非實(shí)時取樣兩種；從一個信號波形中取得全部取樣點(diǎn),來表示一個信號波形的方法稱為實(shí)時取樣；從被測信號的很多相鄰波形上取得樣點(diǎn)的方法稱為非實(shí)時取樣,或稱為等效取樣；輸入信號vi tt取樣脈沖pt取樣信號vott圖 7-27 實(shí)時取樣示意圖453輸入信號21精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載取樣脈沖取樣信號經(jīng)放大和延長電路后

2、的信號（顯示波形）2取樣原理mtt2 t3 t4 ttsmtttt圖 7-28 非實(shí)時取樣示意圖精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載在取樣技術(shù)中, 取樣保持器為核心電路,取樣保持器在原理上可等效為一個取樣開關(guān)（取樣門）和保持電容的串聯(lián)；取樣門u tu tisro輸入信號輸出信號c取樣脈沖pt圖 7-29 取樣保持器的基本模型在 t=t1 時,取樣脈沖pt 到來,取樣門開關(guān)s 閉合,輸入信號uit 被取樣,形成離散輸出信號uot , uot 稱為“取樣信號” ；如取樣脈沖寬度很窄,就可以認(rèn)為每次取樣所得離散的取樣信號幅度就等于該次取樣瞬時輸入信號的瞬時值；依次類推,可取樣點(diǎn)如干；精品學(xué)

3、習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載兩個取樣脈沖的時間間隔為tsmtt7-8式中, t 為被測信號的周期； t 為步進(jìn)推遲時間；m 為兩個取樣脈沖之間被測信號周期的個數(shù)（圖中m=1）；就所得的取樣信號的包絡(luò)可重現(xiàn)原信號波形,由于波形包絡(luò)所經(jīng)受的時間變長了,故可用低頻示波器顯示；步進(jìn)間隔 t 與信號最高頻率f h 應(yīng)滿意取樣定理精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載t12 f h7-9精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載在實(shí)時取樣條件下,以t 為取樣間隔,完成一個信號周期（t）的采樣需n 次,即tnt ；在非實(shí)時取樣時,設(shè)每 m個信號周期取樣一次,經(jīng)過 n 次取樣之后完成對

4、信號的一次取樣循環(huán),那么,一次取樣循環(huán)的時間t 和信號周期t 的關(guān)系為精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載tn mtt mn1t7-10精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載即,非實(shí)時取樣后得到的 n 個取樣點(diǎn)形成的包絡(luò)等效為原信號的一個周期, 而這 n 個取樣點(diǎn)來自于原信號的（ mn+1）個周期,因而,取樣后比原信號頻率降低了（ mn+1）倍；非實(shí)時采樣只適用于周期性信號；隨機(jī)采樣也為經(jīng)過如干個信號周期取得一組取樣值, 但取樣不為次序進(jìn)行, 而為隨機(jī)顯現(xiàn)的, 取樣時同時記錄用樣點(diǎn)顯現(xiàn)的相對位置, 這樣在顯示時才能依據(jù)不同的位置, 確定信號的采樣點(diǎn),從而確定信號；3 顯示原理

5、連續(xù)周期信號經(jīng)（非實(shí)時）取樣后,得到一系列時間上離散的采樣點(diǎn)（窄脈沖串）,并經(jīng)放大和延長電路后保持,再通過 y 放大器施加到y(tǒng) 偏轉(zhuǎn)板, 熒光屏上將顯示出一系列不連 續(xù)的光點(diǎn),當(dāng)這些光點(diǎn)足夠密集時,就可觀測到近似連續(xù)的波形；取樣示波器中的水平掃描信號為階梯波電壓,階梯連續(xù)時間mtt ,階梯數(shù)對應(yīng)屏幕上顯示的不連續(xù)的光點(diǎn)數(shù)；對于隨機(jī)取樣,光點(diǎn)的顯示也為依照取樣的先后進(jìn)行的,因而,掃描電壓不為規(guī)章的階梯波,而應(yīng)當(dāng)依據(jù)每個樣點(diǎn)原先的位置分別掃描；345精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載輸入信號y放大器輸出21mtt2 t3 t4 tt精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載精品學(xué)習(xí)

6、資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載x放大器輸出（掃描階梯波電壓）tstmtt精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載圖 7-30次序取樣示波器的顯示過程7.4.2 取樣示波器的組成及工作原理1. 取樣示波器的基本框圖精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載y輸入推遲線取樣電路y延長門垂直放大器至y偏轉(zhuǎn)板精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載內(nèi)外觸發(fā) 外觸發(fā)電路步進(jìn)脈沖發(fā)生器掃描信號發(fā)生器水平放大器至x偏轉(zhuǎn)板精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載圖 7-31 取樣示波器的組成框圖取樣示波器主要由示波管.x 通道和 y

7、通道組成；與一般示波器相比,主要差別為增加了取樣電路和步進(jìn)脈沖發(fā)生器；垂直 y 通道由推遲線.延長門和y 放大器等電路組成,最關(guān)鍵的電路為取樣電路,它 產(chǎn)生正比于取樣值的階梯電壓；被測信號經(jīng)推遲線送至取樣門,在步進(jìn)推遲的取樣掌握下取樣；取樣信號經(jīng)放大和脈沖延長后送到偏轉(zhuǎn)放大器；水平 x 系統(tǒng)由觸發(fā)電路.步進(jìn)脈沖發(fā)生器.掃描信號發(fā)生器和x 放大器等電路組成；被測信號或外觸發(fā)信號經(jīng)觸發(fā)電路產(chǎn)生所需的觸發(fā)同步信號；該信號饋入步進(jìn)脈沖發(fā)生器,產(chǎn)生步進(jìn)推遲脈沖；步進(jìn)推遲脈沖送到垂直系統(tǒng),掌握取樣脈沖發(fā)生器和延長門掌握器,另外,步進(jìn)推遲仍用于掌握水平掃描電路；每一個步進(jìn)推遲脈沖送至階梯波發(fā)生電路,產(chǎn)生階梯

8、電壓； 階梯波每上升一階,示波管屏幕上隔肯定距離就顯示一個光點(diǎn),所以取樣示波器屏幕上的掃描線為由斷續(xù)的光點(diǎn)組成的,每兩點(diǎn)相差一個階梯電壓；2. 取樣示波器的垂直通道垂直通道中的取樣電路產(chǎn)生正比于取樣值的階梯電壓；取樣門的種類很多,有單管門.平穩(wěn)門.行波門和閉環(huán)取樣電路等；閉環(huán)取樣電路的組成框圖如圖7-32 所示；反饋電路取樣門精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載ui ts1延長門s2a+uot精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載cs溝通放大器cm-至y放大器跟隨器精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載取樣脈沖延長門脈沖圖 7-32閉環(huán)取樣電路的組成框圖閉環(huán)取樣電路由

9、取樣門s1.取樣電容cs.溝通放大器a.延長門 s2.保持電容cm.電壓跟隨器和反饋電路（設(shè)反饋系數(shù)為 ）組成；其中,保持電容cm 后面的電壓跟隨器為增益 為 1 的高輸入阻抗放大器,它的作用為使cm上的電壓得以保持；第一個取樣脈沖到來時,取樣門閉合,輸入的被測信號對取樣電容cs 充電,充電的電壓值為精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載ucsku i17-11精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載式中, ui1 為被測信號在t 1 時刻的瞬時電壓值；k 為取樣門的傳輸函數(shù)；取樣電容cs 上的電壓送到溝通放大器a 放大,在延長門閉合期間對保持電容cm充電,充電的電壓值ucm,也

10、即為跟隨器輸出電壓值uo1 為精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載uo1ucmkau i17-12精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載式中, a 為溝通放大器的增益；另一方面,保持電壓經(jīng)過反饋電路送回取樣電容cs,故取樣電容cs 上最終得到的電壓精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載為ucskaui17-13精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載式中, 為反饋電路的反饋系數(shù)；其次個取樣脈沖到來時,取樣門閉合,輸入的被測信號與cs 上的電壓ui1 之差給取樣精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載電容 cs 充電,充電的電壓值經(jīng)過傳遞系數(shù)k 和增益 a

11、后,將在保持電容上與前一次的輸出信號疊加,得到uo2 為精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載uo2kaui 1ka ui 2ui1kaui 27-14精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載式中, ui2 為被測信號在t 2 時刻的瞬時電壓值；依次類推,取樣電路的輸出為由離散的.與被測信號成正比的階梯波構(gòu)成的；3. 取樣示波器的水平通道取樣示波器的x 通道主要包括觸發(fā).放大.分頻單元.快斜波發(fā)生器.比較器.階梯波發(fā)生器和x 放大器；最有特色的階梯波發(fā)生器,主要用來產(chǎn)生每隔mt+ t 上升一級的階梯波,產(chǎn)生形成取樣和延長門的t 步進(jìn)推遲脈沖,其組成如圖7-33 所示；至取樣門精品

12、學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載取樣脈沖發(fā)生器泵發(fā)生器精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載觸發(fā)脈沖快斜波發(fā)生器電壓比較器階梯波發(fā)生器水平放大器至x偏轉(zhuǎn)板精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載圖 7-33步進(jìn)脈沖發(fā)生器的原理框圖觸發(fā)脈沖由被測信號經(jīng)m倍分頻產(chǎn)生,用于啟動快斜波發(fā)生器,使之輸出快斜波；在電壓比較器中,快斜波與階梯波發(fā)生器產(chǎn)生的階梯波進(jìn)行比較,當(dāng)快斜波達(dá)到階梯波的幅度時, 電壓比較器的輸出狀態(tài)發(fā)生變化,此變化電壓經(jīng)脈沖形成電路形成脈沖；脈沖有兩個作用： 一方面使取樣脈沖發(fā)生器輸出一個取樣步進(jìn)脈沖加到y(tǒng) 通道,

13、打開 y 通道的取樣門對被測信號進(jìn)行取樣；另一方面驅(qū)動泵發(fā)生器使階梯發(fā)生器的輸出上升一個臺階；由于在取樣過程中階梯波不斷逐階提高,快斜波又具有良好的線性,以至每一次快斜波到達(dá)階梯波高度的時刻都要比上一次推遲一段時間t ；觸發(fā)脈沖mt快斜波.階梯波tsmtt精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載步進(jìn)推遲脈沖1234精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載t2t3 t圖 7-34步進(jìn)推遲脈沖產(chǎn)生的波形圖從圖 7-34 中可以看出,每個步進(jìn)推遲脈沖相對于它自己的觸發(fā)脈沖而言,產(chǎn)生了不同的推遲,即推遲脈沖為步進(jìn)推遲的；4. 取樣示波器的主要參數(shù)（ 1）取樣示波器的帶寬對取樣門的要求為元件

14、的高頻特性要足夠好；取樣脈沖本身要足夠窄, ；當(dāng)取樣門所用元件工作頻率足夠高時,取樣門的最高工作頻率與取樣脈沖底邊的寬度 成反比；精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載對于脈沖寬度為 的規(guī)章脈沖, 3db 截止頻率作為f3db0.44；對于底寬為 的尖脈沖,精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載3db 截止頻率為f 3db0.64；精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載因此,取樣門的最高工作頻率可表示為精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載f3db0.44 0.647-15精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載式中, 為取樣脈沖底寬；可見,取樣示波器的頻

15、帶寬度與取樣脈沖底邊的寬度成反比；（ 2）取樣密度取樣密度為指電路掃描時,在示波器屏幕x 軸上顯示的被測信號每格所對應(yīng)的取樣點(diǎn)數(shù),常用每厘米的光點(diǎn)數(shù)來表示；屏幕上的光點(diǎn)總數(shù)為精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載nu su s7-16精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載式中, us 為 x 方向最大偏轉(zhuǎn)電壓；u s 為階梯波每級上升的電壓；n 為屏幕上的光點(diǎn)總數(shù)；（3）等效掃速等效掃速定義為被測信號經(jīng)受時間與水平方向展寬的距離比；在通用示波器中掃描速度為熒光屏每厘米代表的時間（t/cm ）；在取樣示波器中,雖然 在屏幕上顯示n 個亮點(diǎn)需要n（mt+ t）的時間,但它等效于被測信號經(jīng)過了n t 的時間；ft1u st精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載nu f7-17精品學(xué)習(xí)資料精選