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文檔簡介

1、數(shù)字示波器的調(diào)節(jié)與使用一、實驗?zāi)康?. 了解示波器的結(jié)構(gòu)與示波原理2. 掌握示波器的使用方法,學(xué)會用示波器觀測各種電信號的波形3. 學(xué)會用示波器測正弦交流信號的電壓幅值及頻率4. 學(xué)會用李薩如圖法,測量正弦信號頻率二、實驗儀器RIGOL DS1000型數(shù)字存儲示波器,DG 1 0 2 2函數(shù)波形發(fā)生器三、實驗原理1、雙蹤示波器的原理:雙蹤示波器控制電路主要包括:電子開關(guān)、垂直放大電路、水平放大電 路、掃描發(fā)生器、同步電路、電源等。圖1.雙蹤示波器原理方框圖其中,電子開關(guān)使兩個待測電壓信號YCH1和YCH2周期性地輪流作用在 丫偏轉(zhuǎn)板,這樣在熒光屏上忽而顯示YCH1信號波形,忽而顯示 YCH2信

2、號波形。由于熒光屏熒光物質(zhì)的余輝及人眼視覺滯留效應(yīng),熒光屏上看到的是兩個波 形。如果正弦波與鋸齒波電壓的周期稍不同,屏上出現(xiàn)的是一移動的不穩(wěn)定 圖形,這是因為掃描信號的周期與被測信號的周期不一致或不呈整數(shù)倍,以 致每次掃描開始時波形曲線上的起點均不一樣所造成的。為了獲得一定數(shù)量 的完整周期波形,示波器上設(shè)有“time/div ”調(diào)節(jié)旋鈕,用來調(diào)節(jié)鋸齒波電 壓的周期,使之與被測信號的周期呈合適的關(guān)系,從而顯示出完整周期的正 弦波形當(dāng)掃描信號的周期與被測信號的周期一致或是整數(shù)倍,屏上一般會顯示 出完整周期的正弦波形,但由于環(huán)境或其他因素的影響,波形會移動,為此 示波器內(nèi)裝有掃描同步電路,同步電路從

3、垂直放大電路中取出部分待測信號,輸入到掃描發(fā)生器,迫使鋸齒波與待測信號同步,此稱為“內(nèi)同步”。如果同步電路信號從儀器外部輸入,則稱為“外同步”。2 示波器顯示波形原理:如果在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波,在示波器的 X偏轉(zhuǎn)板加 上示波器內(nèi)部的鋸齒波,當(dāng)鋸齒波電壓的變化周期與正弦電壓的變化周期相 等時,則在熒光屏上將顯示出完整周期的正弦波形,如圖2所示。如果在示波器的YCH1 YCH2端口同時加上正弦波, 在示波器的X偏轉(zhuǎn)板加上示波器內(nèi) 部的鋸齒波,則在熒光屏上將得到兩個正弦波。圖2.示波器顯示正弦波形的原理3、數(shù)字存儲示波器的基本原理數(shù)字存儲示波器的基本原理框圖如圖3所示:In p

4、ut f aM A/D f DeMUX fu DiSplaL Display/MemoryMemo yK1J'圖3.數(shù)字存儲示波器的基本原理框圖數(shù)字示波器是按照采樣原理,利用A/D變換,將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變成 離散的數(shù)字序列,然后進行恢復(fù)重建波形,從而達到測量波形的目的。輸入緩沖器放大器(AMP將輸入的信號作緩沖變換,起到將被測體與示 波器隔離的作用,示波器工作狀態(tài)的變換不會影響輸入信號,同時將信號的 幅值切換至適當(dāng)?shù)碾娖椒秶ㄊ静ㄆ骺梢蕴幚淼姆秶?,也就是說不同幅值的信號在通過輸入緩沖放大器后都會轉(zhuǎn)變成相同電壓范圍內(nèi)的信號。A/D單元的作用是將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字序列,然后

5、按照數(shù)字序列的先后順序重建波形。所以A/D單元起到一個采樣的作用,它在采樣時鐘的作用下,將采樣脈沖到來時刻的信號幅值的大小轉(zhuǎn)化為數(shù)字表示的 數(shù)值。這個點我們稱為采樣點。A/D轉(zhuǎn)換器是波形采集的關(guān)鍵部件。多路選通器(DEMUX將數(shù)據(jù)按照順序排列,即將 A/D變換的數(shù)據(jù)按照其 在模擬波形上的先后順序存入存儲器,也就是給數(shù)據(jù)安排地址,其地址的順 序就是采樣點在波形上的順序,采樣點相鄰數(shù)據(jù)之間的時間間隔就是采樣間 隔。數(shù)據(jù)采集存儲器(Acquisition Memory)是將采樣點存儲下來的存儲單元,他將采樣數(shù)據(jù)按照安排好的地址存儲下來,當(dāng)采集存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)足夠復(fù)原波形的時候,再送入后級處理,用于復(fù)原

6、波形并顯示。處理器(卩P)及顯示內(nèi)存(Display Memory)。處理器用于控制和處理 所有的控制信息,并把采樣點復(fù)原為波形點,存入顯示內(nèi)存區(qū),并用于顯示。 顯示單元(Display)將顯示內(nèi)存中的波形點顯示出來,顯示內(nèi)存中的數(shù)據(jù)與 LCD顯示面板上的點是對應(yīng)的關(guān)系。4、李薩如圖形的基本原理如果在示波器的CH1通道加上一正弦波,在示波器的CH2通道加上另一正弦波,當(dāng)兩正弦波信號的頻率比值為簡單整數(shù)比時,在熒光屏上將得到李 薩如圖形,如下圖所示。這些李薩如圖形是 兩個相互垂直的簡諧振動合成 的 結(jié)果,它們滿足yfxnxny帀代表李薩如圖形與其中,fx代表CH1通道上正弦波信號的頻率,fy代表

7、CH2通道上正弦波信號 的頻率,nx代表李薩如圖形與假想水平線的切點數(shù)目,假想垂直線的切點數(shù)目nxnynx 4ny 38nxny四、實驗內(nèi)容與步驟1、觀察各種波形并測量正弦波形的電壓、周期和頻率調(diào)節(jié)信號發(fā)生器,分別觀察三角波、方波、正弦波形三種,熟悉信號發(fā)生器和示波器的使用。 選擇三個頻率段正弦波形, 分別測量對應(yīng)波形電壓 (峰-峰值)、周期和頻率。將數(shù)據(jù)填入表格,并計算絕對誤差。(注:標(biāo)準(zhǔn)值即信號發(fā)生器顯示的值)2、利用李薩如圖形測頻率將兩信號發(fā)生器分別從示波器的CH1輸入端和CH2輸入端輸入,將CH1和CH2輸入端信號置于XY模式,可保持CH1輸入端信號發(fā)生器的頻率不變(例 如fx=100

8、Hz),調(diào)節(jié)CH2輸入端信號發(fā)生器的頻率,使屏中出現(xiàn)大小適中的圖 形,即出現(xiàn)如講義中所示的李莎如圖形 ,計算出fy,讀出信號發(fā)生器上 CH2輸1、觀察各種波形正弦波、鋸齒波和三角波,測量3種正弦波形的電壓、頻率和周期,計算相對誤差。(注:標(biāo)準(zhǔn)值即信號發(fā)生器顯示的值)Vp p(v)f(Hz)T(s)測量值標(biāo)準(zhǔn)值測量值標(biāo)準(zhǔn)值測量值標(biāo)準(zhǔn)值信號1相對誤差信號2相對誤差信號3相對誤差2、利用李薩如圖形測頻率(拍照片)fy : fx1: 12: 13: 1fx( CH1 (Hz)100100100李薩如圖形nxnyfy(HZ)(計算值)f y (Hz)(測量值)五、思考題2. 怎樣用示波器定量地測量交流信

9、號的電壓有效值和頻率?3. 觀察兩個信號的合成李薩如圖形時,應(yīng)如何操作示波器?實驗儀器RIGOL DS1000E型數(shù)字存儲示波器多功能旋鈕菜單操作鍵iTibi&cit探頭補償信號輸出觸發(fā)控制RIGOL侃cUSB 接口外觸發(fā)輸入常用菜單jc運行控制|)液晶顯示模擬信號輸入垂直控制水平控制4>T運行狀態(tài)訂證觸發(fā)中狀態(tài) 觸發(fā)狀態(tài) 待觸發(fā)狀態(tài)波形停止?fàn)顟B(tài)波形顯示窗內(nèi)存中觸發(fā)位置當(dāng)前窗口位觸發(fā)位置CH1觸發(fā)模式、耦合方式Tirw 0u* n>-n ,.r-邊沿觸發(fā)脈寬觸發(fā)斜率觸發(fā)視頻觸發(fā)碼型觸發(fā) 持續(xù)時間觸發(fā)垂直檔位狀態(tài)水平時基檔位狀態(tài)卜;(觸發(fā)位移顯示打幵1>:雕IQ操作菜單

10、相關(guān)知識儲示波器的主要技術(shù)指標(biāo):1 .最大取樣速率fmax定義:單位時間內(nèi)完成的完整A / D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)最大取樣速率主要由 A/D轉(zhuǎn)換器的最高轉(zhuǎn)換速率來決定。最大取樣速率愈 高,儀器捕捉信號的能力愈強。數(shù)字存儲示波器在某個測量時刻的實際取樣速率可根據(jù)示波器當(dāng)時設(shè)定的掃描時間因數(shù)(t/diV )推算。其推算公式為f旦t/div式中,N每格的取樣數(shù),t/div 掃描時間因數(shù),掃描一格所占用的時 間,亦稱掃描速度。2.存儲帶寬:存儲帶寬與取樣速率密切相關(guān)。根據(jù)奈奎斯特取樣定理,如果 取樣速率大于或等于信號最高頻率分量的2倍,便可重現(xiàn)原信號波形。實際上,在數(shù)字存儲示波器的設(shè)計中,為保證顯示波形的分

11、辨率,往往要求增加 更多的取樣點,一般一個周期取410點。帶寬是決定示波器準(zhǔn)確測量信號的能力的基本參數(shù)之一。帶寬是表征示波器能準(zhǔn)確測量的頻率范圍。帶寬的 定義是指正弦輸入信號衰減至真實幅值的70.7%(-3dB)的頻率點。沒有足夠 的帶寬,示波器就不能觀測到高頻的變化。幅值將會失真,信號沿將會變得 平緩,細節(jié)將會丟失。5 倍原則:示波器需要的帶寬 =測量信號的最高頻率分量的頻率X 55 倍原則 可以提供 +/-2% 的測量誤差,對于通常的應(yīng)用已足夠。 3分辨率:分辨率用于反映存儲信號波形細節(jié)的綜合特性。分辨率包括垂直 分辨率和水平分辨率。 垂直分辨率與 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率相對應(yīng), 常以屏幕

12、 每格的分級數(shù)(級/div) 表示。水平分辨率由存儲器的容量來決定,常以屏 幕每格含多少個取樣點(點 /div )表示。4儲容量:存儲容量又稱記錄長度,用記錄一幀波形數(shù)據(jù)占有的存儲容量來表示,常以字(word)為單位。存儲容量與水平分辨率在數(shù)值上互為倒數(shù)關(guān) 系。數(shù)字存儲器的存儲容量通常采用 256B, 512B, 1KB, 4KB 等。存儲容量 愈大,水平分辨率就愈高。但存儲容量并非越大越好,由于儀器最高取樣速 率的限制,若存儲容量選取不恰當(dāng),往往會因時間窗口縮短而失去信號的重 要成分,或者因時間窗口增大而使水平分辨率降低。5讀出速度:讀出速度是指將存儲的數(shù)據(jù)從存儲器中讀出的速度,常用(時間)/div表示。其中,時間等于屏幕中每格內(nèi)對應(yīng)的存儲容量x讀脈沖周期。使用時,示波器應(yīng)根據(jù)顯示器、記錄裝置或打印機等對速度的不同要求,選 擇不同的讀出速度。注意事項1、AC 電源輸入應(yīng)該在 100V-240V, 47-63Hz ± 10%的選擇電壓范圍以內(nèi)。2、 第一次使用前先確認(rèn)安裝正確的保險絲值:100 V- 240 VAC 輸入電壓 : T 2A / 250V 。3、接地警告 : 為避免電擊,電源線的地線必須接地。使用本機時,為確保使用者的安全及周邊儀器安全,在與產(chǎn)品的輸入與輸出端子連接之前,確認(rèn)產(chǎn) 品已正確接地。4、保險絲的更換、保險絲規(guī)格

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