電子式電測(cè)儀表

1、上一頁(yè)下一頁(yè)返 回 電子式電測(cè)儀表種類(lèi)很多，應(yīng)用范圍也很廣， 電子示波器是其中的一種 。按用途與特點(diǎn)分 類(lèi)如下： 通用示波器 取樣示波器 數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器 專(zhuān)用示波器 專(zhuān)用示波器有矢量示波器、環(huán)掃描示波器 和邏輯示波器等 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)3.1 3.1 電子示波器原理電子示波器原理3.2 3.2 電子示波器的應(yīng)用電子示波器的應(yīng)用3.3 3.3 取樣示波器取樣示波器3.4 3.4 數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3.1.1 3.1.1 示波器的基本結(jié)構(gòu)示波器的基本結(jié)構(gòu)通用示波器原理框圖 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回1 1示波管示波

2、管 簡(jiǎn)稱(chēng) CRT，它是一種利用高速電子沖擊熒光屏使它發(fā)光的顯示器件。示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三個(gè)部分組成系統(tǒng)和熒光屏三個(gè)部分組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)密封在一個(gè)喇叭狀的抽成真空的玻璃殼中。 被測(cè)信號(hào)經(jīng)垂直偏轉(zhuǎn)板顯示 (一條直線(xiàn)一條直線(xiàn))上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 電子槍在電源的作用下產(chǎn)生一精確聚焦的電子束，并對(duì)電子槍在電源的作用下產(chǎn)生一精確聚焦的電子束，并對(duì)其進(jìn)行加速使之達(dá)到很高速度射向熒光屏，在電子束射其進(jìn)行加速使之達(dá)到很高速度射向熒光屏，在電子束射向熒光屏過(guò)程中，穿過(guò)一組垂直偏轉(zhuǎn)板和一組水平偏轉(zhuǎn)向熒光屏過(guò)程中，穿過(guò)一組垂直偏轉(zhuǎn)板和一組水平偏轉(zhuǎn)板；板；l 當(dāng)只有交變的被測(cè)信號(hào)經(jīng)垂直放大器加

3、到垂直偏轉(zhuǎn)板時(shí)，當(dāng)只有交變的被測(cè)信號(hào)經(jīng)垂直放大器加到垂直偏轉(zhuǎn)板時(shí)，僅在屏幕上形成一條垂直線(xiàn)，其長(zhǎng)短反映被測(cè)信號(hào)的強(qiáng)僅在屏幕上形成一條垂直線(xiàn)，其長(zhǎng)短反映被測(cè)信號(hào)的強(qiáng)弱；弱；l 為了在屏幕上把交變被測(cè)信號(hào)描繪出來(lái)，必須在水平偏為了在屏幕上把交變被測(cè)信號(hào)描繪出來(lái)，必須在水平偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)掃描電壓，一般為鋸齒波電壓；轉(zhuǎn)板上加一個(gè)掃描電壓，一般為鋸齒波電壓；l 如僅有鋸齒波經(jīng)水平放大器加到水平偏轉(zhuǎn)板時(shí)，熒光屏如僅有鋸齒波經(jīng)水平放大器加到水平偏轉(zhuǎn)板時(shí)，熒光屏的光點(diǎn)從最左端向右作等速直線(xiàn)移動(dòng)，掃描結(jié)束光點(diǎn)迅的光點(diǎn)從最左端向右作等速直線(xiàn)移動(dòng)，掃描結(jié)束光點(diǎn)迅速?gòu)淖钣叶嘶氐皆c(diǎn)，在屏幕上顯示一條直線(xiàn)；速?gòu)淖钣叶嘶?/p>

4、到原點(diǎn)，在屏幕上顯示一條直線(xiàn)；上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 由于鋸齒波電壓隨時(shí)間作線(xiàn)性變化，因此，在屏幕上顯由于鋸齒波電壓隨時(shí)間作線(xiàn)性變化，因此，在屏幕上顯示一條水平直線(xiàn)，這條水平直線(xiàn)稱(chēng)為示一條水平直線(xiàn)，這條水平直線(xiàn)稱(chēng)為“時(shí)間基線(xiàn)時(shí)間基線(xiàn)”或或“時(shí)基時(shí)基”；l 為了觀(guān)察一個(gè)電壓變化波形，就需要為了觀(guān)察一個(gè)電壓變化波形，就需要在被測(cè)電壓加到垂在被測(cè)電壓加到垂直偏轉(zhuǎn)板的同時(shí)，將鋸齒波電壓加到水平偏轉(zhuǎn)板上直偏轉(zhuǎn)板的同時(shí)，將鋸齒波電壓加到水平偏轉(zhuǎn)板上，電，電子束在垂直和水平兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板的作用下，就可以在屏幕子束在垂直和水平兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板的作用下，就可以在屏幕上顯示變化的波形。上顯示變化的波形。偏轉(zhuǎn)原理 垂直偏轉(zhuǎn)板水

5、平偏轉(zhuǎn)板上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回2. 2. 掃描方式掃描方式( (連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描 ) ) 采用連續(xù)掃描時(shí)，掃描電壓為周期性鋸齒波電壓Tn； 為了顯示穩(wěn)定的信號(hào)波形，掃描電壓周期應(yīng)為被測(cè)信號(hào)周期Ts的整數(shù)倍； 如果TnnTs，屏幕上的波形會(huì)有“移動(dòng)”現(xiàn)象。 u 連續(xù)掃描上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 如果TnnTs，被測(cè)信號(hào)在屏幕上左移或右移；呈現(xiàn)不穩(wěn)定；l 為了使被測(cè)信號(hào)在熒光屏確定位置上重復(fù)出現(xiàn)，水平掃描信號(hào)應(yīng)出現(xiàn)在被測(cè)信號(hào)不同周期的相同點(diǎn)，實(shí)際上，示波器可以通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)掃描鋸齒波電壓信號(hào)的周期來(lái)通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)掃描鋸齒波電壓信號(hào)的周期來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)；l 雖然通過(guò)調(diào)節(jié)掃描電壓

6、周期來(lái)實(shí)現(xiàn)與被測(cè)信號(hào)同步，但由于干擾，還會(huì)有微小的變化，使屏幕上波形不穩(wěn)定，為了克服此現(xiàn)象，示波器內(nèi)頻率跟蹤電路，調(diào)整電路參數(shù)可以使掃描信號(hào)頻率自動(dòng)跟蹤被測(cè)信號(hào)頻率變化，稱(chēng)為“同步”或“整步”。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回u 觸發(fā)掃描 只有被測(cè)信號(hào)到來(lái)時(shí)才掃描一次，可以保證在波形的相同點(diǎn)啟動(dòng)掃描電壓，使顯示的波形穩(wěn)定不動(dòng)；上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 通常用被測(cè)信號(hào)的前沿使觸發(fā)電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖用被測(cè)信號(hào)的前沿使觸發(fā)電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖再去啟動(dòng)掃描電路；l 完成觸發(fā)、啟動(dòng)需要一定的時(shí)間，即掃描啟動(dòng)時(shí)刻略滯后于被測(cè)信號(hào)，這樣被測(cè)信號(hào)的前沿就無(wú)法在屏幕上顯示出來(lái)；l 圖3.1.1延遲線(xiàn)的作用就

7、是將被測(cè)信號(hào)延遲至掃描電壓產(chǎn)生后再送到垂直偏轉(zhuǎn)板，保證屏幕上顯示完整的被測(cè)電壓波形。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3. 3. 雙蹤顯示雙蹤顯示（用于比較）（用于比較） 雙蹤顯示實(shí)現(xiàn)的方法一般是用雙束示波管或用單束示波管外加電子開(kāi)關(guān)。 采用雙束示波管的示波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴。利用單束示波管實(shí)現(xiàn)雙蹤顯示利用單束示波管實(shí)現(xiàn)雙蹤顯示的方法如圖所示： 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回控制S1、S2的方法有兩種，即交替法和斷續(xù)法。 交替法：掃描鋸齒波信號(hào)控制S1、S2；只要S1、S2交替接通的速度足夠快，由于熒光屏的余輝效應(yīng)余輝效應(yīng)，熒光屏上就會(huì)看到兩個(gè)穩(wěn)定的波形斷續(xù)法：不用掃描鋸齒波信號(hào)控制

8、S1、S2；用一個(gè)固定頻率的方波，通常為10kHz，讓S1、S2按0.1ms的速度自行交替接通，熒光屏上就會(huì)看到兩個(gè)斷續(xù)虛線(xiàn)；如果被測(cè)信號(hào)頻率較低，虛線(xiàn)間距離較小，可以想象為一條實(shí)線(xiàn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回(a)交替法顯示波形 (b)斷續(xù)法顯示波形上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3.1.2 3.1.2 示波器的主要性能指標(biāo)示波器的主要性能指標(biāo)1.1. 頻率響應(yīng)范圍頻率響應(yīng)范圍 指被測(cè)信號(hào)在屏幕上顯示圖像幅度的下降小于3分貝的頻率區(qū)域，即上限頻率與下限頻率之差。 由于fHfL,所以頻率范圍可以用fH表示，即f fH H=f=fB B, f, fB B為示波器的頻率范圍為示波器的頻率范圍。 示波器

9、的頻率范圍越寬，其應(yīng)用范圍越廣。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回2. 時(shí)域響應(yīng)指標(biāo)時(shí)域響應(yīng)指標(biāo)上升時(shí)間tr：正脈沖前沿從基本幅度A的10%上升到90%所需時(shí)間；下降時(shí)間tf：正脈沖后沿從下垂后幅度A1的90%下降到10%所需時(shí)間；上沖量b、下沖量f、預(yù)充量d；下垂 ；平頂部分傾斜度e與A之比的百分?jǐn)?shù)。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回標(biāo)準(zhǔn)矩形方波的示波器顯示圖形 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3. 3. 掃描速度掃描速度 掃描速度即光點(diǎn)移動(dòng)的速度。 被測(cè)信號(hào)的頻率不同，掃描速度也不應(yīng)相同。 對(duì)于高頻信號(hào)，用高速掃描，對(duì)于緩慢變化的信號(hào)，要求用低速掃描。示波器掃描速度范圍越寬越好。示波器掃描速度范圍越寬越好。4. 4. 輸入阻抗輸入阻抗

10、 用輸入端測(cè)得的直流電阻和電容并聯(lián)來(lái)等效。 輸入阻抗越大，對(duì)被測(cè)信號(hào)的影響越小。輸入阻抗越大，對(duì)被測(cè)信號(hào)的影響越小。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3.2.13.2.1電壓的測(cè)量電壓的測(cè)量（數(shù)格子）（數(shù)格子）u 交流電壓的測(cè)量 22PPVV有效值)(/DIVHDIVVVPP上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回u 直流電壓的測(cè)量 “VOLTS/DIV”的指示值為0.5，則Vp-p=0.53.7=1.85V。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回u 時(shí)間間隔的測(cè)量 msms161/28格格時(shí)間間隔3.2.2 3.2.2 時(shí)間的測(cè)量時(shí)間的測(cè)量 水平擴(kuò)展系數(shù)格時(shí)間掃描時(shí)間系數(shù)格兩

11、點(diǎn)間水平距離時(shí)間間隔/s上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回u 上升時(shí)間的測(cè)量 ss36. 05/18 . 1格格上升時(shí)間上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3.2.3 3.2.3 兩個(gè)同頻率信號(hào)相位差的測(cè)量?jī)蓚€(gè)同頻率信號(hào)相位差的測(cè)量1 1直接測(cè)量法直接測(cè)量法（整周期對(duì)應(yīng)（整周期對(duì)應(yīng)360360）0360Dd004036091上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3.2.4 3.2.4 頻率的測(cè)量頻率的測(cè)量10/指示值周期數(shù)DIVSECNHzf 頻率測(cè)量的另一種方法是李薩育圖形法，即在示波器的X軸加可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，在Y軸加被測(cè)信號(hào)。反復(fù)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率和幅值，使示波器顯示穩(wěn)定的圓形或橢圓形，

12、則被測(cè)頻率fY=fX ，式中fX為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率值。 XYff 說(shuō)明：10為10格上一頁(yè)下一頁(yè)返 回取樣示波器原理框圖 單純的取樣示波器只能觀(guān)察重復(fù)性的周期信號(hào)、取樣單純的取樣示波器只能觀(guān)察重復(fù)性的周期信號(hào)、取樣門(mén)過(guò)載能力差、關(guān)鍵器件不過(guò)關(guān)，導(dǎo)致市場(chǎng)上很少有門(mén)過(guò)載能力差、關(guān)鍵器件不過(guò)關(guān)，導(dǎo)致市場(chǎng)上很少有單純的取樣示波器，被數(shù)字示波器所取代。單純的取樣示波器，被數(shù)字示波器所取代。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3.4.1 3.4.1 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本組成典型數(shù)字示波器原理框圖 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 數(shù)字存儲(chǔ)示波器有數(shù)字存儲(chǔ)示波器有實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)和和存儲(chǔ)存儲(chǔ)兩種工作模式；

13、兩種工作模式；l 實(shí)時(shí)模式的組成原理和一般模擬示波器相同，存儲(chǔ)工作實(shí)時(shí)模式的組成原理和一般模擬示波器相同，存儲(chǔ)工作模式，其工作過(guò)程分為存儲(chǔ)和顯示兩個(gè)階段；模式，其工作過(guò)程分為存儲(chǔ)和顯示兩個(gè)階段；l 在存儲(chǔ)階段，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆糯蠡蛩p，經(jīng)在存儲(chǔ)階段，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆糯蠡蛩p，經(jīng)“采采樣樣”和和“量化量化”處理成數(shù)字信號(hào)處理成數(shù)字信號(hào)，在邏輯控制電路的控，在邏輯控制電路的控制下制下存入存入RAMRAM中中，采樣和量化及寫(xiě)入過(guò)程在同一時(shí)鐘頻率，采樣和量化及寫(xiě)入過(guò)程在同一時(shí)鐘頻率下進(jìn)行；下進(jìn)行；l 在顯示工作階段，數(shù)字存儲(chǔ)器將數(shù)字信號(hào)從存儲(chǔ)器中取在顯示工作階段，數(shù)字存儲(chǔ)器將數(shù)字信號(hào)從存儲(chǔ)器中

14、取出，出，由由D/AD/A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)垂直放大器放大加到經(jīng)垂直放大器放大加到CRTCRT的的Y Y偏轉(zhuǎn)板；同時(shí)，偏轉(zhuǎn)板；同時(shí)，CPUCPU讀地址計(jì)數(shù)脈沖加到讀地址計(jì)數(shù)脈沖加到D/AD/A，得到階，得到階梯掃描電壓，到水平放大器放大，驅(qū)動(dòng)梯掃描電壓，到水平放大器放大，驅(qū)動(dòng)CRTCRT的的X X偏轉(zhuǎn)板，偏轉(zhuǎn)板，這樣在這樣在CRTCRT上重現(xiàn)模擬輸入信號(hào)；上重現(xiàn)模擬輸入信號(hào)；上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 這樣顯示的信號(hào)是光點(diǎn)包絡(luò)的形式，每一個(gè)點(diǎn)代表數(shù)據(jù)這樣顯示的信號(hào)是光點(diǎn)包絡(luò)的形式，每一個(gè)點(diǎn)代表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的一個(gè)數(shù)據(jù)字，點(diǎn)的垂直坐標(biāo)對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器中的一個(gè)數(shù)據(jù)字，點(diǎn)的垂直坐標(biāo)對(duì)應(yīng)存

15、儲(chǔ)單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，點(diǎn)的水平坐標(biāo)對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元的二進(jìn)制地址。二進(jìn)制數(shù)據(jù)，點(diǎn)的水平坐標(biāo)對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元的二進(jìn)制地址。l 如果對(duì)如果對(duì)D/AD/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)進(jìn)行插值處理，也可以獲得轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)進(jìn)行插值處理，也可以獲得連續(xù)的信號(hào)波形。連續(xù)的信號(hào)波形。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3.4.2 3.4.2 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的信號(hào)采集技術(shù)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的信號(hào)采集技術(shù)1 1采樣方式采樣方式（1）實(shí)時(shí)采樣 采樣方式分：實(shí)時(shí)采樣和等效時(shí)間采樣（非實(shí)時(shí)采樣）； 等效時(shí)間采樣分隨機(jī)采樣和順序采樣。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 信號(hào)的所有采樣點(diǎn)只是在單一的信號(hào)獲取階段中信號(hào)的所有采樣點(diǎn)只是在單一的信號(hào)獲取階段中取得，

16、即所有采樣點(diǎn)是示波器一次觸發(fā)而獲得的。取得，即所有采樣點(diǎn)是示波器一次觸發(fā)而獲得的。l 優(yōu)點(diǎn)：可以獲取非重復(fù)性或單一的短暫事件；優(yōu)點(diǎn)：可以獲取非重復(fù)性或單一的短暫事件；l 缺點(diǎn)：采樣速率必須足夠高，從而獲得足夠多的缺點(diǎn)：采樣速率必須足夠高，從而獲得足夠多的數(shù)據(jù)以保證正確地重構(gòu)波形。數(shù)據(jù)以保證正確地重構(gòu)波形。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回（2）等效時(shí)間采樣 隨機(jī)采樣隨機(jī)采樣隨機(jī)采樣 多點(diǎn)隨機(jī)采樣 等效時(shí)間采樣中，最終顯示的波形是由信號(hào)的每一次重復(fù)中獲取少量信息建立起來(lái)的。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 隨機(jī)采樣方式按一個(gè)隨機(jī)序列來(lái)獲取所需要的點(diǎn)，這個(gè)隨機(jī)采樣方式按一個(gè)隨機(jī)序列來(lái)獲取所需要的點(diǎn)，這個(gè)序列

17、和采樣點(diǎn)與存入存儲(chǔ)器中的位置相對(duì)應(yīng)；序列和采樣點(diǎn)與存入存儲(chǔ)器中的位置相對(duì)應(yīng)；l 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)多個(gè)周期的樣點(diǎn)的積累多個(gè)周期的樣點(diǎn)的積累，參照觸發(fā)時(shí)刻最終恢復(fù)出，參照觸發(fā)時(shí)刻最終恢復(fù)出被測(cè)波形；被測(cè)波形；l 隨機(jī)采樣的另一種方法是隨機(jī)采樣的另一種方法是多點(diǎn)隨機(jī)采樣多點(diǎn)隨機(jī)采樣，即一個(gè)采樣周，即一個(gè)采樣周期中采樣若干個(gè)點(diǎn)，這樣可以縮短采樣時(shí)間。期中采樣若干個(gè)點(diǎn)，這樣可以縮短采樣時(shí)間。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回 順序采樣順序采樣順序采樣，每個(gè)采樣周期的波形上只采樣一個(gè)點(diǎn)，每次延遲一個(gè)已知的時(shí)間t，采樣有序重復(fù)地進(jìn)行，直到獲得足以構(gòu)成一個(gè)完整波形的點(diǎn)；等效時(shí)間采樣只適用于周期性信號(hào)等效時(shí)間采樣只適用于周期性信號(hào)，對(duì)

18、于非周期性信號(hào)，只能采取實(shí)時(shí)采樣方式。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回2 2采樣速率采樣速率采樣速率又稱(chēng)數(shù)字化速率，有采樣速率又稱(chēng)數(shù)字化速率，有3 3種描述方式：種描述方式：用采樣次數(shù)描述，表示成用采樣次數(shù)描述，表示成；用采樣頻率來(lái)描述，如用采樣頻率來(lái)描述，如20MHz;20MHz;用信息率描述，表示為每秒種存儲(chǔ)多少位（用信息率描述，表示為每秒種存儲(chǔ)多少位（bit)bit)的的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回屏幕水平寬度掃描速率記錄長(zhǎng)度采樣速率采樣速率高，可以增大數(shù)字示波器的帶寬；采樣速率還受到存儲(chǔ)器容量的限制，該容量在數(shù)字示波器中稱(chēng)為記錄長(zhǎng)度，用能夠連續(xù)存入的最大字能夠連續(xù)存入的最大字節(jié)數(shù)

19、或采樣點(diǎn)數(shù)節(jié)數(shù)或采樣點(diǎn)數(shù)表示；在不同掃描速率時(shí)，要求的采樣速率是不一樣的，以防止采樣點(diǎn)過(guò)多而溢出采樣存儲(chǔ)器，具體關(guān)系為：上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3 3采樣器件采樣器件兩路組合采樣原理圖 并聯(lián)比較式A/D轉(zhuǎn)換器 可以通過(guò)A/D交叉復(fù)用交叉復(fù)用使采樣速率成倍提高；組合方式既降低了對(duì)A/D的要求，也降低了對(duì)采樣存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)速度要求，使存儲(chǔ)容量增大；交叉復(fù)用的結(jié)果使電路復(fù)雜程度增加，成本提高。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回CCD （電荷耦合器件）（電荷耦合器件） A/D技術(shù) CCD A/D組合采集原理圖 采樣CCD作為高速模擬存儲(chǔ)，高速模擬存儲(chǔ)，再進(jìn)行慢速A/D數(shù)字化處理；由于制造技

20、術(shù)上的原因，這種數(shù)字示波器的記錄長(zhǎng)度有限。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回4 4采樣存儲(chǔ)器采樣存儲(chǔ)器采樣存儲(chǔ)器必須具有與采樣速率相同的連續(xù)接收數(shù)據(jù)必須具有與采樣速率相同的連續(xù)接收數(shù)據(jù)的能力的能力；數(shù)字存儲(chǔ)示波器的采樣存儲(chǔ)器采樣類(lèi)似圖3.4.8所示的循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行，即各存儲(chǔ)單元按串行的方式依次尋址，且首尾相接，首尾相接，每次采樣數(shù)據(jù)按順序依次存儲(chǔ)，當(dāng)所有的單元存滿(mǎn)后，新數(shù)據(jù)覆蓋舊數(shù)據(jù)新數(shù)據(jù)覆蓋舊數(shù)據(jù)；nm是存儲(chǔ)器的容量是存儲(chǔ)器的容量，即前面介紹的記錄長(zhǎng)度記錄長(zhǎng)度。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回圖3.4.8 采樣存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)形式 由于存儲(chǔ)器容量有限，所以只能保存一段被測(cè)波形，觀(guān)察被測(cè)波形由示波器的觸發(fā)功能來(lái)

21、完成；如果示波器的采樣過(guò)程是在觸發(fā)后才開(kāi)始的，則觸發(fā)前的波形信息將無(wú)法觀(guān)測(cè)到；為了能觀(guān)測(cè)到觸發(fā)前的波形，采樣過(guò)程必須預(yù)先進(jìn)行，稱(chēng)預(yù)采樣，即觸發(fā)前的數(shù)據(jù)也存入存儲(chǔ)器中。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回5 5觸發(fā)方式觸發(fā)方式在模擬式示波器中，每次時(shí)基掃描都是由一個(gè)觸發(fā)事件啟動(dòng)的，模擬式示波器只能觀(guān)察到觸發(fā)以后的信號(hào)變化情況；在數(shù)字示波器沿用這一叫法，設(shè)置觸發(fā)功能，但此時(shí)的觸發(fā)僅是從存儲(chǔ)器中選取信號(hào)的一個(gè)標(biāo)志；數(shù)字示波器設(shè)有延遲環(huán)節(jié)，可以自由地改變觸發(fā)點(diǎn)的位置，如圖3.4.9，分正延遲觸發(fā)和負(fù)延遲觸發(fā)正延遲觸發(fā)和負(fù)延遲觸發(fā)。正延遲觸發(fā)可以觀(guān)測(cè)觸發(fā)點(diǎn)以后的波形；負(fù)延遲觸發(fā)可以觀(guān)測(cè)觸發(fā)點(diǎn)以前的波形；

22、觸發(fā)延遲時(shí)間可由程序設(shè)定。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回圖3.4.9 觸發(fā)功能示意圖 延遲觸發(fā)對(duì)觀(guān)測(cè)周期信號(hào)意義不大，但對(duì)于觀(guān)測(cè)單次非延遲觸發(fā)對(duì)觀(guān)測(cè)周期信號(hào)意義不大，但對(duì)于觀(guān)測(cè)單次非周期信號(hào)作用明顯周期信號(hào)作用明顯；下圖所示的振蕩器的起振過(guò)程，選擇觸發(fā)電平介于零和穩(wěn)定振幅之間的某個(gè)值，觸發(fā)極性選正、負(fù)5格，就可以在屏幕上同時(shí)看到觸發(fā)前后的情況；這種延遲觸發(fā)功能是數(shù)字示波器檢測(cè)故障的一種手段。可以利用故障形成的觸發(fā)信號(hào)，利用負(fù)延遲看故障前后情況。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回毛刺觸發(fā)捕捉尖峰干擾的波形 毛刺毛刺觸發(fā)具有識(shí)別尖峰干擾的功能；正向模式時(shí)，如發(fā)現(xiàn)一個(gè)上升沿后緊跟一個(gè)下降沿，則必為正尖峰（毛刺

23、）干擾正尖峰（毛刺）干擾；反向模式時(shí)，如發(fā)現(xiàn)一個(gè)下降沿后緊跟一個(gè)上升沿，則必為負(fù)尖峰（毛刺）干擾負(fù)尖峰（毛刺）干擾；在毛刺觸發(fā)模式下，示波器以最高采樣速率連續(xù)不斷地采集信號(hào)，無(wú)毛刺時(shí)，示波器不顯示；當(dāng)發(fā)現(xiàn)毛刺時(shí)，毛刺觸發(fā)器使采樣停止，并顯示尖峰干擾前后的波形。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3.4.3 3.4.3 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的波形顯示技術(shù)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的波形顯示技術(shù)1 1點(diǎn)顯示技術(shù)點(diǎn)顯示技術(shù)點(diǎn)顯示技術(shù)就是在屏幕上以有間隔點(diǎn)的形式將信號(hào)以有間隔點(diǎn)的形式將信號(hào)波形顯示出來(lái)波形顯示出來(lái)；考慮到有限帶寬問(wèn)題，一般要求每個(gè)信號(hào)周期顯示20-25點(diǎn)；點(diǎn)顯示方式可以實(shí)現(xiàn)用較少的點(diǎn)構(gòu)成波形，但存在視覺(jué)

24、混淆問(wèn)題。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回視覺(jué)混淆示意圖 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回2 2數(shù)據(jù)點(diǎn)插入技術(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)插入技術(shù)用數(shù)據(jù)點(diǎn)插入技術(shù)可以解決視覺(jué)錯(cuò)誤問(wèn)題，主要有兩種插入方法，即線(xiàn)性插入和曲線(xiàn)插入。線(xiàn)性插入按直線(xiàn)的方式將一些點(diǎn)插入到采樣點(diǎn)之間，當(dāng)數(shù)據(jù)點(diǎn)沒(méi)有落到信號(hào)頂峰時(shí)，會(huì)造成頂尖幅值誤差。曲線(xiàn)插入按照曲線(xiàn)的方式將一些點(diǎn)插入到采樣點(diǎn)之間，常用正弦插入法和改進(jìn)型正弦插入法。正弦插入法要對(duì)斜率突變處鄰近點(diǎn)進(jìn)行修正。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3.4.4 3.4.4 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的控制系統(tǒng)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的控制系統(tǒng) 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的控制系統(tǒng)需要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、人機(jī)控制等功能，用一個(gè)

25、微處理器很難及時(shí)完成這些任務(wù)，因此現(xiàn)代數(shù)字存儲(chǔ)示波器出現(xiàn)多多CPU系統(tǒng)系統(tǒng)。 通常一個(gè)CPU為主CPU，具有相應(yīng)的存儲(chǔ)器（ROM、RAM )、輸入輸出接口（ I/O ）和外設(shè)( 鍵盤(pán)、顯示器等 )，執(zhí)行管理整個(gè)儀器的軟件； 其余CPU為從CPU，在主CPU管理下完成一部分工作，如數(shù)據(jù)采集CPU、數(shù)據(jù)處理CPU、通信管理CPU等。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3.4.5 3.4.5 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要性能指標(biāo)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要性能指標(biāo)1 1最高采樣速率最高采樣速率sfDIVtNfs 最高采樣速率最高采樣速率指數(shù)字存儲(chǔ)示波器單位時(shí)間內(nèi)采樣次單位時(shí)間內(nèi)采樣次數(shù)數(shù)，也稱(chēng)數(shù)字化速率，用每秒種完

26、成A/D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來(lái)衡量，用頻率fs表示，單位為S/s（次/秒） 實(shí)時(shí)采樣速率隨掃描速率而變化：N為每格采樣點(diǎn)數(shù)，t/DIV為掃描速率。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回2 2存儲(chǔ)帶寬存儲(chǔ)帶寬BWBW （1）重復(fù)帶寬: 定義：當(dāng)示波器輸入不同頻率的等幅正弦信號(hào)時(shí)，屏幕上顯示的幅度下降至比基準(zhǔn)頻率的幅度低3dB時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率范圍即帶寬。 在數(shù)字示波器中有兩種帶寬：重復(fù)帶寬，單次帶寬。 也稱(chēng)等效帶寬，是指數(shù)字存儲(chǔ)示波器測(cè)量重復(fù)信號(hào)時(shí)的3dB帶寬，由于采用了非實(shí)時(shí)采樣技術(shù)（隨機(jī)或順序采樣），所以重復(fù)帶寬可以做得很寬。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回（2）單次帶寬kfBWsmax 也稱(chēng)有效存儲(chǔ)帶寬，是指用數(shù)字存儲(chǔ)示波器測(cè)量單次

27、信號(hào)時(shí)，能完整顯示被測(cè)波形的3dB寬度，與采樣速率和取樣點(diǎn)數(shù)有關(guān)，對(duì)應(yīng)公式為：fs為最高采樣速率，k為每周期的采樣點(diǎn)數(shù)。說(shuō)明：當(dāng)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的采樣速率足夠高時(shí)，其重復(fù)帶寬與單次帶寬一致，稱(chēng)實(shí)時(shí)帶寬。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回3 3分辨率分辨率 分辨率指示波器能分辨的最小電壓增量示波器能分辨的最小電壓增量，即量化的最小單元，包括垂直分辨率和水平分辨率兩種。 水平分辨率（時(shí)間分辨率）水平分辨率（時(shí)間分辨率）由采樣速率和存儲(chǔ)器的容量決定，常以屏幕每格含多少個(gè)采樣點(diǎn)或用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。如水平顯格為10格，如采用1KB的存儲(chǔ)器，則水平分辨率為1024/10=100點(diǎn)/DIV，或用百分?jǐn)?shù)表示為1

28、/1024=0.1%上一頁(yè)下一頁(yè)返 回4 4存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量即記錄長(zhǎng)度記錄長(zhǎng)度，由采樣存儲(chǔ)器的最大容量表示，數(shù)字存儲(chǔ)示波器常用256、512、1K、4K等容量的高速半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。 垂直分辨率（電壓分辨率）垂直分辨率（電壓分辨率）與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率相對(duì)應(yīng)，常以每格分級(jí)數(shù)或百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。如垂直顯示格為8格，采用8為A/D轉(zhuǎn)換器（256級(jí)），則垂直分辨率為32級(jí)/DIV,或用百分?jǐn)?shù)表示為1/256=0.39%上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回5 5讀出速度讀出速度 讀出速度指將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出的速度，常用“時(shí)間/DIV”表示，其中，“時(shí)間”為屏幕上每格對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)容量讀脈沖周期。使用

29、中應(yīng)根據(jù)顯示器、記錄裝置或打印機(jī)等對(duì)速度的要求進(jìn)行選擇。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回上一頁(yè)下一頁(yè)返 回 數(shù)字熒光示波器（Digital Phosphor Oscilloscopes）具有數(shù)字存儲(chǔ)示波器的各種優(yōu)點(diǎn)，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到先進(jìn)的觸發(fā)作用，樣樣俱全。同時(shí)，它也具有模擬示波器的明暗顯示和實(shí)時(shí)特性，能以數(shù)字形式產(chǎn)生顯示效果優(yōu)于模擬示波器的亮度漸次變化的化學(xué)熒光效果。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回lDPO的特點(diǎn)主要表現(xiàn)的特點(diǎn)主要表現(xiàn) （1） 快速波形捕獲速率和超強(qiáng)顯示能力快速波形捕獲速率和超強(qiáng)顯示能力 數(shù)字熒光顯示技術(shù)的應(yīng)用使DPO能以不同的灰度或色彩同時(shí)顯示信號(hào)的多幅圖像。DPO每秒可記錄200 000幅波形，其信號(hào)數(shù)據(jù)比一般的DSO多1 000倍，每次可捕獲500 000幅波形，這種快速波形捕獲速率結(jié)合高超的顯示能力，使DPO具有分析信號(hào)任何細(xì)節(jié)的性能。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回 （2） 連續(xù)高速采樣