電磁測(cè)量技術(shù)第7章時(shí)域測(cè)量

1、第七章第七章 時(shí)域測(cè)量時(shí)域測(cè)量本章要點(diǎn)：本章要點(diǎn)： 示波器的功用、分類、組成和波形顯示原理示波器的功用、分類、組成和波形顯示原理 通用示波器的組成原理、特性與應(yīng)用通用示波器的組成原理、特性與應(yīng)用 取樣技術(shù)在示波器中的應(yīng)用取樣技術(shù)在示波器中的應(yīng)用 數(shù)字示波器的組成原理數(shù)字示波器的組成原理、信號(hào)采集處理技術(shù)、信號(hào)采集處理技術(shù)、特性與功能特性與功能本章開始將介紹幾種本章開始將介紹幾種圖示式儀器圖示式儀器，從三個(gè)方面去進(jìn)行研究，即，從三個(gè)方面去進(jìn)行研究，即時(shí)域時(shí)域(Time Domain)(Time Domain)反映的幅度反映的幅度U U與時(shí)間與時(shí)間T T的關(guān)系的關(guān)系( (如如示波器示波器) )、頻

2、域頻域(Frequency Domain)(Frequency Domain)反映的幅度反映的幅度U U與頻率與頻率F F的關(guān)系的關(guān)系( (如頻如頻譜儀譜儀) )及調(diào)制域及調(diào)制域(Modulation Domain)(Modulation Domain)。下面將分三章介紹。下面將分三章介紹三三種圖示式儀器種圖示式儀器：時(shí)域時(shí)域示波器示波器、頻域頻域頻譜儀和數(shù)據(jù)域頻譜儀和數(shù)據(jù)域邏輯分析儀邏輯分析儀。 T T圖圖7.1 7.1 調(diào)頻波頻譜圖調(diào)頻波頻譜圖F FU U調(diào)制域調(diào)制域頻域頻域時(shí)域時(shí)域7.1 7.1 時(shí)域測(cè)量引論時(shí)域測(cè)量引論7.1.17.1.1 示波器的功用示波器的功用1. 1. 示波器是一

3、種基本的、示波器是一種基本的、應(yīng)用最廣泛應(yīng)用最廣泛的時(shí)域測(cè)量?jī)x器。的時(shí)域測(cè)量?jī)x器。2. 2. 是一種是一種全息儀器全息儀器。示波器能讓人們觀察到信號(hào)波形的全貌，。示波器能讓人們觀察到信號(hào)波形的全貌，能測(cè)量信號(hào)的幅度、頻率、周期等基本參量，能測(cè)量脈沖信能測(cè)量信號(hào)的幅度、頻率、周期等基本參量，能測(cè)量脈沖信號(hào)的脈寬、占空比、上升（下降）時(shí)間、上沖、振鈴等參數(shù)，號(hào)的脈寬、占空比、上升（下降）時(shí)間、上沖、振鈴等參數(shù)，還能測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)的時(shí)間和相位關(guān)系。這些功能是其它電子還能測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)的時(shí)間和相位關(guān)系。這些功能是其它電子儀器難以勝任的。儀器難以勝任的。 3. 3. 示波器從早期的示波器從早期的定性觀測(cè)定性

4、觀測(cè)，已發(fā)展到可以進(jìn)行，已發(fā)展到可以進(jìn)行精確測(cè)量精確測(cè)量。4. 4. 示波器是其它示波器是其它圖式儀器的基礎(chǔ)圖式儀器的基礎(chǔ)。對(duì)掃頻儀、頻譜儀、邏輯。對(duì)掃頻儀、頻譜儀、邏輯分析儀以及醫(yī)用分析儀以及醫(yī)用B B超等各種圖示儀器就容易理解了。超等各種圖示儀器就容易理解了。7.1.2 7.1.2 示波器的分類示波器的分類從從19471947年世界上第一臺(tái)示波器誕生至今經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展年世界上第一臺(tái)示波器誕生至今經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展進(jìn)步，已出現(xiàn)了多種多樣的示波器。大致情況如下：進(jìn)步，已出現(xiàn)了多種多樣的示波器。大致情況如下：技術(shù)原理上分為技術(shù)原理上分為：模擬示波器和數(shù)字示波器。也有廠家將模擬示：模擬示波器和

5、數(shù)字示波器。也有廠家將模擬示波器稱第一代示波器，而數(shù)字示波器按技術(shù)進(jìn)步情況已分為二、波器稱第一代示波器，而數(shù)字示波器按技術(shù)進(jìn)步情況已分為二、三、四代了。三、四代了。按顯示屏可分為按顯示屏可分為：陰極射線示波管（：陰極射線示波管（CRTCRT）、液品屏（）、液品屏（TFTTFT）及熒）及熒光屏（光屏（VFDVFD）。）。按顯示原理分為按顯示原理分為：光點(diǎn)掃描、光柵掃描和矩陣像素點(diǎn)顯示等。：光點(diǎn)掃描、光柵掃描和矩陣像素點(diǎn)顯示等。按帶寬分檔情況按帶寬分檔情況：模擬示波器：模擬示波器60MHz60MHz以下為低檔，以下為低檔，300MHz300MHz以上以上算高檔，最高帶寬只做到算高檔，最高帶寬只做到

6、12GHz12GHz水平。水平。 數(shù)字示波器數(shù)字示波器500MHz500MHz以下為低檔，以下為低檔，5002GHz5002GHz為中檔，為中檔，2GHz2GHz以上為高檔。以上為高檔。 當(dāng)今數(shù)字示波器雖已占主導(dǎo)地位，但模擬示波器是數(shù)字示波器的基礎(chǔ)，許多基當(dāng)今數(shù)字示波器雖已占主導(dǎo)地位，但模擬示波器是數(shù)字示波器的基礎(chǔ)，許多基本原理、術(shù)語、技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)用方法都是在模擬示波器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有些本原理、術(shù)語、技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)用方法都是在模擬示波器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有些領(lǐng)域還在應(yīng)用模擬示波器及其相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品，因此開始還得先介紹模擬示波器，領(lǐng)域還在應(yīng)用模擬示波器及其相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品，因此開始還得先介紹

7、模擬示波器，然后重點(diǎn)討論數(shù)字示波器。然后重點(diǎn)討論數(shù)字示波器。7.1.37.1.3 示波器的組成示波器的組成 Y Y（垂直）通道（垂直）通道：由探頭、衰減器、前置放大器、延遲線和：由探頭、衰減器、前置放大器、延遲線和輸出放大器組成，實(shí)質(zhì)上是個(gè)多級(jí)寬頻帶、高增益放大器，輸出放大器組成，實(shí)質(zhì)上是個(gè)多級(jí)寬頻帶、高增益放大器，主要對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行不失真的線性放大，以保證示波器的測(cè)主要對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行不失真的線性放大，以保證示波器的測(cè)量靈敏度。量靈敏度。X X（水平）通道（水平）通道：由觸發(fā)電路、時(shí)基發(fā)生器和水平輸出放大器：由觸發(fā)電路、時(shí)基發(fā)生器和水平輸出放大器組成，主要產(chǎn)生與被測(cè)信號(hào)相適應(yīng)的掃描鋸齒波。組成

8、，主要產(chǎn)生與被測(cè)信號(hào)相適應(yīng)的掃描鋸齒波。顯示屏顯示屏：主要由陰極射線管組成，：主要由陰極射線管組成，常以常以CRT (Cathode Ray Tube)CRT (Cathode Ray Tube)表示，通常稱為示波管。當(dāng)前以表示，通常稱為示波管。當(dāng)前以光點(diǎn)和光柵方式作顯示屏的主要光點(diǎn)和光柵方式作顯示屏的主要采用示波管。另外，平板顯示屏采用示波管。另外，平板顯示屏是后起之秀，發(fā)展很快，尤其是是后起之秀，發(fā)展很快，尤其是液晶顯示屏（液晶顯示屏（LCDLCD）已經(jīng)應(yīng)用于）已經(jīng)應(yīng)用于示波器了。示波器了。 Y(Y(垂直垂直) )通通 道道X(X(水平水平) )通通 道道電源電源圖圖7.2 7.2 示波器

9、的基本組成示波器的基本組成顯示屏顯示屏顯示屏的種類顯示屏的種類 當(dāng)前用于示波器的主要是：示波管、當(dāng)前用于示波器的主要是：示波管、TFTTFT液晶屏及熒光屏液晶屏及熒光屏VFDVFD。本節(jié)著重介紹當(dāng)前應(yīng)用最廣的。本節(jié)著重介紹當(dāng)前應(yīng)用最廣的示波管示波管和和TFTTFT液晶屏液晶屏。 示 波 管示 波 管CRT靜電偏轉(zhuǎn)靜電偏轉(zhuǎn)：光點(diǎn)軌跡顯示：光點(diǎn)軌跡顯示-用于示波器用于示波器、雷達(dá)距離顯示器、醫(yī)療儀器磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)：光柵增輝顯示磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)：光柵增輝顯示-用于電視機(jī)、醫(yī)療儀器、雷達(dá)環(huán)顯等被動(dòng)發(fā)光被動(dòng)發(fā)光： 液晶屏LCD+背光板-數(shù)字三用表等小型電子儀器平板顯示FPD主 動(dòng)主 動(dòng)發(fā)光發(fā)光液晶屏液晶屏TFT-示波

10、器示波器、計(jì)算機(jī)顯示器、電視機(jī)顯示器等熒光屏熒光屏VFD-示波器示波器、家電產(chǎn)品的顯示屏等離子等離子PDP-電視機(jī)顯示屏發(fā)光二極管發(fā)光二極管LED-數(shù)字儀表、大型廣告顯示屏場(chǎng)致發(fā)射場(chǎng)致發(fā)射FED-成品率低，尚處商品化研發(fā)中電致發(fā)光電致發(fā)光EL板板-儀表數(shù)顯、廣告裝飾 顯示屏的顯示屏的 種類種類7.27.2 示波管及波形顯示原理示波管及波形顯示原理 示波管屬于電真空器件，又稱為示波管屬于電真空器件，又稱為陰極射線管（陰極射線管（CRTCRT）。KG1G2A1A2Y2X2F6.3V-1KV0VX1亮度Ug1聚焦聚焦UA1輔助聚焦后加速極后加速極A315KV電子槍電子槍偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)熒光屏熒光屏Y

11、1真空玻璃管真空玻璃管圖7.3 陰極射線示波管Z Z軸軸蘭色：電力線蘭色：電力線紅色：等位面紅色：等位面7.2.1 7.2.1 示波管示波管1.1. 電子槍電子槍電子槍的作用是電子槍的作用是發(fā)射電子并形成強(qiáng)度可控制的很細(xì)的電子束發(fā)射電子并形成強(qiáng)度可控制的很細(xì)的電子束。它由以下幾部分組成：它由以下幾部分組成： 1.1.燈絲燈絲FF在交流低壓在交流低壓( (如如6.3V)6.3V)下使鎢絲燒熱下使鎢絲燒熱, ,用于加熱陰極。用于加熱陰極。2.2.陰極陰極KK是一個(gè)表面涂有氧化鋇（其逸出功小，內(nèi)部自由電子容易逸出）是一個(gè)表面涂有氧化鋇（其逸出功小，內(nèi)部自由電子容易逸出）的金屬的金屬 3.3.第一柵極

12、第一柵極G1G1調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)G1G1的電位可以調(diào)節(jié)示波器的亮度，常置于示波器的電位可以調(diào)節(jié)示波器的亮度，常置于示波器面板上供使用。面板上供使用。 當(dāng)控制信號(hào)加于當(dāng)控制信號(hào)加于G1G1，其，其亮度亮度可隨之改變，則可以傳遞信息，稱為示波器的可隨之改變，則可以傳遞信息，稱為示波器的Z Z軸軸電路。電路。4.4.第二柵極第二柵極G2G2隔離開隔離開G1G1和和A1A1，以減小亮度調(diào)節(jié)與聚焦調(diào)節(jié)的相互影響。，以減小亮度調(diào)節(jié)與聚焦調(diào)節(jié)的相互影響。5.5.第一陽極第一陽極A1A1與第二陽極與第二陽極A2A2構(gòu)成一個(gè)電子透鏡，對(duì)電子束起構(gòu)成一個(gè)電子透鏡，對(duì)電子束起聚焦聚焦作用。作用。 6.6.第二陽極第二陽極A

13、2A2是個(gè)更大的同軸圓筒，其上電壓較高，它主要與是個(gè)更大的同軸圓筒，其上電壓較高，它主要與A1A1構(gòu)成構(gòu)成電子透鏡。電子透鏡。 7.7.第三陽極第三陽極A3A3具有上萬伏的高壓，用于對(duì)電子束加速，故也稱具有上萬伏的高壓，用于對(duì)電子束加速，故也稱后加速后加速陽極陽極。 2.2. 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)1 1靜電偏轉(zhuǎn)靜電偏轉(zhuǎn)-光點(diǎn)法光點(diǎn)法-用干示波器用干示波器2.2.磁偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)-光柵法光柵法-用于電視機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器及示波器。用于電視機(jī)、計(jì)算機(jī)顯示器及示波器。2yyyaLsyUh UbU圖圖6.4 6.4 電子束的偏轉(zhuǎn)電子束的偏轉(zhuǎn)L LS SY YU Uy yU Ua a屏幕屏幕電子束電子束A A2

14、22yyyaLsyUh UbU比例系數(shù)稱為示波管的偏轉(zhuǎn)比例系數(shù)稱為示波管的偏轉(zhuǎn)因數(shù)，單位為因數(shù)，單位為cm/Vcm/V，它的倒，它的倒數(shù)數(shù)DDy y1 1h hy y稱為示波管的偏稱為示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度，單位為轉(zhuǎn)靈敏度，單位為V/cmV/cm。偏。偏轉(zhuǎn)靈敏度是示波管的重要參轉(zhuǎn)靈敏度是示波管的重要參數(shù)數(shù)。3.3. 熒光屏熒光屏在示波管正面內(nèi)壁涂上一層熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)將高速電子的在示波管正面內(nèi)壁涂上一層熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)將高速電子的轟擊動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽a(chǎn)生亮點(diǎn)。轟擊動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，產(chǎn)生亮點(diǎn)。 余輝時(shí)間余輝時(shí)間：當(dāng)電子束從熒光屏上移去后，光點(diǎn)仍能在屏上保持：當(dāng)電子束從熒光屏上移去后，光點(diǎn)仍能在屏上

15、保持一定的時(shí)間才消失。從電子束移去到光點(diǎn)：亮度下降為原始值一定的時(shí)間才消失。從電子束移去到光點(diǎn)：亮度下降為原始值的的1010，所延續(xù)的時(shí)間稱為余輝時(shí)間，所延續(xù)的時(shí)間稱為余輝時(shí)間 小于小于10s10s的為極短余輝；的為極短余輝； 不同熒光材料余輝時(shí)間不一樣：不同熒光材料余輝時(shí)間不一樣：10s10s1ms1ms為短余輝（通常是為短余輝（通常是藍(lán)色藍(lán)色，便于攝影感光）；，便于攝影感光）；1ms1ms0.1s0.1s為中余輝（通常為為中余輝（通常為綠色綠色，眼睛不易疲勞）；，眼睛不易疲勞）； 0.1s0.1s1s1s為長(zhǎng)余輝（通常是為長(zhǎng)余輝（通常是黃色黃色）；）；大于大于1s1s為極長(zhǎng)余輝（通常是為極

16、長(zhǎng)余輝（通常是黃色黃色）。）。7.2.27.2.2示波管波形顯示原理示波管波形顯示原理1.1.光點(diǎn)掃描顯示原理光點(diǎn)掃描顯示原理 光點(diǎn)位置控制：光點(diǎn)位置控制：( (示波管熒光屏示波管熒光屏) )u uy yY Y1 1Y Y2 21 12 23 34 40 0t t1 13 30 02 2 4 4(a)(a)(b)(b)t tX X2 2X X1 10 00 0u ux xT Ts sT Tn n+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + +光點(diǎn)在合力作用下移動(dòng)光點(diǎn)在合力作用下移動(dòng). .u uy y1 12 23 34 40 0t tT

17、 Ts su ux xu uy yu ux xX X1 1X X2 2Y Y1 1Y Y2 21 12 23 34 40 0t t0 0T Tn n1 12 23 34 40 0圖圖7.5 7.5 掃描過程掃描過程u uy yT Ts sT Tn nt t0 01 13 35 57 79 910108 86 64 42 20,80,81,91,95 53 37 7210210 4124126 68 81 1t tu ux x2 25 57 79 91 12 23 33 34 44 45 56 66 67 710108 8圖圖7.6 7.6 掃描電壓與被測(cè)信號(hào)同步掃描電壓與被測(cè)信號(hào)同步同步同步：

18、T Tn n/T/TS S=n=nN=1N=1，2 2，波形穩(wěn)定波形穩(wěn)定2.2.信號(hào)與掃描電壓的同步信號(hào)與掃描電壓的同步若顯示兩個(gè)正弦波怎么辦？若顯示兩個(gè)正弦波怎么辦？圖圖 7.7 7.7 掃描電壓與被測(cè)信號(hào)不同步掃描電壓與被測(cè)信號(hào)不同步54nsTT3.3.連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描連續(xù)掃描連續(xù)掃描：一開機(jī)就有掃描線，一開機(jī)就有掃描線，來信號(hào)同步后波形來信號(hào)同步后波形才穩(wěn)定。才穩(wěn)定。觸發(fā)掃描觸發(fā)掃描：一開機(jī)沒有掃描線，一開機(jī)沒有掃描線，來信號(hào)觸發(fā)后波形來信號(hào)觸發(fā)后波形才穩(wěn)定。才穩(wěn)定。T Ts st tt tt tt tu uy yu ux xu ux xu ux xT Tn nT T

19、n n圖圖7.8 7.8 連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的比較連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描的比較1mS1mS1S1S9999997.3 7.3 平板顯示技術(shù)平板顯示技術(shù)（只簡(jiǎn)介（只簡(jiǎn)介TFT-LCD TFT-LCD ）最為常見的為最為常見的為TFT-LCDTFT-LCD（Thin Film Transistor LCDThin Film Transistor LCD薄膜晶體管液晶顯示器）。薄膜晶體管液晶顯示器）。 圖圖7. 9 液晶顯示器的液晶顯示器的一個(gè)像素一個(gè)像素結(jié)構(gòu)原理圖結(jié)構(gòu)原理圖紅紅(R)熒光粉熒光粉綠綠(G)熒光粉熒光粉綠綠(G)可見光可見光藍(lán)藍(lán)(B)熒光粉熒光粉玻璃板玻璃板透明電極透明電極(公用公用)透

20、明電極透明電極液晶體液晶體背光燈源背光燈源液晶液晶(Liquid Crystal)(Liquid Crystal)介于液態(tài)與固態(tài)之間，具有規(guī)則性分子介于液態(tài)與固態(tài)之間，具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物，加電或受熱后會(huì)呈透明的液體狀態(tài)，斷電或冷排列的有機(jī)化合物，加電或受熱后會(huì)呈透明的液體狀態(tài)，斷電或冷卻后則會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶顆粒的混濁固體狀態(tài)。卻后則會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶顆粒的混濁固體狀態(tài)。 圖圖7.10 液晶平板顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖液晶平板顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖圖圖7.11 液晶平板顯示器的等效電路示意圖液晶平板顯示器的等效電路示意圖LCDLCD平板顯示器是矩陣式結(jié)構(gòu)平板顯示器是矩陣式結(jié)構(gòu) ，每一個(gè)交叉點(diǎn)就是一個(gè)像素，每

21、一個(gè)交叉點(diǎn)就是一個(gè)像素 行行（X X）驅(qū)動(dòng)信號(hào)由掃描電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)由掃描電路產(chǎn)生；列列（Y Y）驅(qū)動(dòng)信號(hào)則是將要顯示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)則是將要顯示的信號(hào)經(jīng)過數(shù)字化以后寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，而后再讀出用于顯示信號(hào)經(jīng)過數(shù)字化以后寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，而后再讀出用于顯示。 7.4 7.4 模擬示波器模擬示波器7.4.1 7.4.1 模擬示波器的組成模擬示波器的組成通用示波器是指示波器中應(yīng)用最廣泛的一種，它通常泛指采用通用示波器是指示波器中應(yīng)用最廣泛的一種，它通常泛指采用單束示波管、除取樣示波器及專用或特殊示波器以外的各種示單束示波管、除取樣示波器及專用或特殊示波器以外的各種示波器。波器。 圖圖7.12 7.12 通用

22、示波器的主要組成框圖通用示波器的主要組成框圖7.4.2 7.4.2 示波器的示波器的Y(Y(垂直垂直) )通道通道示波器的示波器的Y Y通道的任務(wù)是將被觀測(cè)的信號(hào)盡量不失真地加到示通道的任務(wù)是將被觀測(cè)的信號(hào)盡量不失真地加到示波管波管Y Y偏轉(zhuǎn)板上。偏轉(zhuǎn)板上。 1.1.探頭（探極）探頭（探極）作用作用提高輸入阻抗作用提高輸入阻抗作用減小外界干擾減小外界干擾提高可測(cè)測(cè)電壓幅度提高可測(cè)測(cè)電壓幅度分類分類無源電壓探頭無源電壓探頭有源電壓探頭有源電壓探頭有源電流探頭有源電流探頭注意：注意：探頭不能張冠李戴，必須配對(duì)使用探頭不能張冠李戴，必須配對(duì)使用。否則。否則300MHz300MHz帶帶寬的示波器可能不

23、到寬的示波器可能不到50MHz50MHz的效果。的效果。 1)1)無源電壓探頭無源電壓探頭20pF20pF示波器示波器180pF180pF探頭探頭圖圖7.13 7.13 通用示波器探極原理圖通用示波器探極原理圖輸入電阻：輸入電阻：1M10M1M10M輸入電容：輸入電容：180pF18pF180pF18pF展寬了頻帶：展寬了頻帶：50MHz50MHz左右左右 若附加若附加RLCRLC匹配網(wǎng)絡(luò)能匹配網(wǎng)絡(luò)能擴(kuò)展到擴(kuò)展到300MHz300MHz圖中電阻圖中電阻9M9M和和1M1M構(gòu)成分構(gòu)成分壓比：壓比：10101 1擴(kuò)展示波器的量程上限擴(kuò)展示波器的量程上限2) 2) 有源探頭有源探頭 圖圖7.15 7

24、.15 源極跟隨器式探頭的基本電路源極跟隨器式探頭的基本電路 現(xiàn)代示波器帶寬已達(dá)現(xiàn)代示波器帶寬已達(dá)幾十幾十GHzGHz，相應(yīng)要求探，相應(yīng)要求探頭必須也要寬頻帶，無頭必須也要寬頻帶，無源探頭已無法滿足。源探頭已無法滿足。 圖圖7.157.15是采用源極是采用源極跟隨器的有源探頭的簡(jiǎn)跟隨器的有源探頭的簡(jiǎn)單示例，實(shí)際好的寬帶單示例，實(shí)際好的寬帶探頭結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，售價(jià)探頭結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，售價(jià)千元以上。千元以上。2.2.耦合耦合與衰減器耦合耦合與衰減器c cACACDCDC50 50 1M1M1M1M地地20p20p730pf730pf. .1001001k1k10k10k100k100k1M1Mf f1KH

25、z1KHz 10K 10K 100K 100K 1M 1M 10M 10M 100M 100M 10M 10M 50 50 ACAC：交流耦合，電容：交流耦合，電容C C隔直隔直流，只能通過交流信號(hào)流，只能通過交流信號(hào)DCDC：直接耦合，信號(hào)中保留：直接耦合，信號(hào)中保留直流成分直流成分與信號(hào)源不匹配時(shí)帶寬衰減很快與信號(hào)源不匹配時(shí)帶寬衰減很快當(dāng)與當(dāng)與50 50 信號(hào)源匹配時(shí)可擴(kuò)展帶寬信號(hào)源匹配時(shí)可擴(kuò)展帶寬衰減器衰減器 圖圖7.17 7.17 輸入衰減器原理示意圖輸入衰減器原理示意圖u ui iu uo oC C1 1C C2 2R R1 1R R2 2對(duì)于直流或低頻情況：對(duì)于直流或低頻情況： 2

26、12oiuRuRR對(duì)于高頻情況對(duì)于高頻情況 212oiuZuZZ當(dāng)滿足當(dāng)滿足 R R1 1C C1 1= =R R2 2C C2 2 能在很寬頻率范圍得到最佳補(bǔ)償，使信號(hào)不失真。能在很寬頻率范圍得到最佳補(bǔ)償，使信號(hào)不失真。 R R1 1C C1 1=R=R2 2C C2 2R R1 1C C1 1RR2 2C C2 2R R1 1C C1 1Rttb b（釋抑放電時(shí)間大釋抑放電時(shí)間大于回掃時(shí)間于回掃時(shí)間）環(huán)路觸發(fā)掃描的原理環(huán)路觸發(fā)掃描的原理5)5)連續(xù)掃描狀連續(xù)掃描狀態(tài)態(tài)予置：予置：E E0 0EE1 1環(huán)路自激環(huán)路自激C Ch h放電至放電至E E1 1打開閘門，掃描打開閘門，掃描開始，到開

27、始，到U Up p ，C Ch h充充電，到電，到E E2 2掃描結(jié)束，掃描結(jié)束，C Ch h又放電。又放電。當(dāng)有信號(hào)（當(dāng)有信號(hào)（觸發(fā)脈觸發(fā)脈沖沖）則環(huán)路被信號(hào)）則環(huán)路被信號(hào)所同步。所同步。環(huán)路自激連續(xù)掃描的原理環(huán)路自激連續(xù)掃描的原理6)6)結(jié)論：結(jié)論： E E0 0調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)觸發(fā)掃描：觸發(fā)掃描：E E1 1E E0 0EE2 2-常態(tài)常態(tài)連續(xù)掃描：連續(xù)掃描：E E0 0EE1 1EE2 2-自動(dòng)、高頻自動(dòng)、高頻外觸發(fā)掃描：外觸發(fā)掃描： E E0 0EE2 2掃描環(huán)的巧妙加入，通過調(diào)節(jié)掃描環(huán)的巧妙加入，通過調(diào)節(jié)E E0 0（R RWW穩(wěn)定度）穩(wěn)定度）可使電路處于：可使電路處于： “常態(tài)常態(tài)” ”

28、 觸發(fā)掃描狀態(tài)；觸發(fā)掃描狀態(tài)；“自動(dòng)自動(dòng)” ” 低頻連續(xù)掃描狀態(tài)；低頻連續(xù)掃描狀態(tài)；“高頻高頻” ” 高頻連續(xù)掃描狀態(tài)高頻連續(xù)掃描狀態(tài)且不管哪種掃描都能自動(dòng)與被測(cè)信號(hào)同步。且不管哪種掃描都能自動(dòng)與被測(cè)信號(hào)同步。 說明說明：上面是以最簡(jiǎn)單的電路來講述環(huán)路工作原理的，實(shí)際：上面是以最簡(jiǎn)單的電路來講述環(huán)路工作原理的，實(shí)際 電路更完善更先進(jìn)。電路更完善更先進(jìn)。3.X3.X放大器（見圖放大器（見圖7.197.19） 1)1)作用：放大掃描鋸齒電壓并對(duì)稱地加至水平偏轉(zhuǎn)板作用：放大掃描鋸齒電壓并對(duì)稱地加至水平偏轉(zhuǎn)板2)2)特點(diǎn)：帶寬比特點(diǎn)：帶寬比Y Y通道窄通道窄5-105-10倍倍 3)3)按鈕：水平（按

29、鈕：水平（X X）位移）位移- - XYXY工作模式工作模式- - X X擴(kuò)展擴(kuò)展-X-X放大器增益：放大器增益：5 5；10 10 圖圖7.23 X7.23 X擴(kuò)展示意圖擴(kuò)展示意圖7.4.4 7.4.4 示波器的多波形顯示示波器的多波形顯示1.1.多線顯示和多蹤顯示多線顯示和多蹤顯示1)1)多線顯示多線顯示兩個(gè)電子束，兩個(gè)兩個(gè)電子束，兩個(gè)Y Y通道相互獨(dú)立，可以實(shí)時(shí)看到兩個(gè)瞬變信通道相互獨(dú)立，可以實(shí)時(shí)看到兩個(gè)瞬變信號(hào)。這種能產(chǎn)生多個(gè)電子束的示波管工藝要求較高、價(jià)格較貴。號(hào)。這種能產(chǎn)生多個(gè)電子束的示波管工藝要求較高、價(jià)格較貴。 2)2)多蹤顯示多蹤顯示u uA Au uB B圖圖7.24 7.

30、24 雙蹤示波器雙蹤示波器Y Y通道方框圖通道方框圖工作方式：工作方式：交替交替斷續(xù)斷續(xù)注意注意：由誰觸發(fā)？由誰觸發(fā)？A A 、 B B各自觸發(fā)，各自觸發(fā)，則不便比較時(shí)間則不便比較時(shí)間關(guān)系。關(guān)系。A A、B B共一觸發(fā)，共一觸發(fā)，便于比較時(shí)間關(guān)便于比較時(shí)間關(guān)系。系。(a) “(a) “交替交替”方式方式 適合觀測(cè)適合觀測(cè)高高頻信號(hào)頻信號(hào) 交替描繪交替描繪A A、B B兩路兩路 非實(shí)時(shí)（隔周）比較非實(shí)時(shí)（隔周）比較 (b) “(b) “斷續(xù)斷續(xù)”方式方式 適合觀測(cè)適合觀測(cè)低低頻信號(hào)頻信號(hào) 多次取樣，準(zhǔn)實(shí)時(shí)多次取樣，準(zhǔn)實(shí)時(shí) 波形非連續(xù)，可能波形非連續(xù)，可能uAuAuBuB漏掉信息漏掉信息 2.2.

31、雙時(shí)基掃描雙時(shí)基掃描 既可看全景，又可看局部（雷達(dá)、特寫鏡頭）既可看全景，又可看局部（雷達(dá)、特寫鏡頭） 圖圖7.26 7.26 雙掃描示波器的組成雙掃描示波器的組成工作方式：工作方式：A A工作模式；工作模式；B B加亮加亮A A；A A延遲延遲B B工作工作 7.4.5 7.4.5 模擬示波器的應(yīng)用模擬示波器的應(yīng)用 1.1.通用示波器的主要技術(shù)指標(biāo)通用示波器的主要技術(shù)指標(biāo) 1)1)帶寬帶寬、上升時(shí)間、上升時(shí)間Y Y通道的頻帶寬度通道的頻帶寬度( (B Bw w) )， WrBt35. 02)2)掃描速度掃描速度 掃描速度反映示波器在水平方向展開信號(hào)的能力。掃描速度掃描速度反映示波器在水平方向

32、展開信號(hào)的能力。掃描速度是光點(diǎn)的水平移動(dòng)速度，單位是是光點(diǎn)的水平移動(dòng)速度，單位是s/cms/cm，或，或s/divs/div。div(div(格格) )一一般為般為1cm1cm。 3)3)偏轉(zhuǎn)靈敏度偏轉(zhuǎn)靈敏度 偏轉(zhuǎn)靈敏度偏轉(zhuǎn)靈敏度D Dy y反映示波器觀察微弱信號(hào)的能力。單位為反映示波器觀察微弱信號(hào)的能力。單位為mV/cmmV/cm或或V/divV/div。4)4)輸入阻抗輸入阻抗示波器輸入阻抗一般可等效為電阻和電容并聯(lián)。示波器輸入阻抗一般可等效為電阻和電容并聯(lián)。5)5)掃描方式掃描方式 示波器掃描方式可分為連續(xù)和觸發(fā)掃描兩種，隨示波器功能的示波器掃描方式可分為連續(xù)和觸發(fā)掃描兩種，隨示波器功能

33、的 擴(kuò)展，還出現(xiàn)了多種的雙時(shí)基掃描。主要有延遲掃描、組合掃擴(kuò)展，還出現(xiàn)了多種的雙時(shí)基掃描。主要有延遲掃描、組合掃 描、交替掃描等，但此時(shí)示波器中要有兩套掃描系統(tǒng)。描、交替掃描等，但此時(shí)示波器中要有兩套掃描系統(tǒng)。 6)6)觸發(fā)特性觸發(fā)特性 為了將被測(cè)信號(hào)穩(wěn)定地顯示在屏幕上，掃描電壓必須在一定的為了將被測(cè)信號(hào)穩(wěn)定地顯示在屏幕上，掃描電壓必須在一定的觸發(fā)脈沖作用下產(chǎn)生。觸發(fā)脈沖作用下產(chǎn)生。 2.2.通用示波器的選用原則通用示波器的選用原則選用示波器的主要依據(jù)是上述各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)，但選用示波器的主要依據(jù)是上述各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)，但最主要的最主要的是帶寬是帶寬。 示波器示波器Y Y通道通道B BWW=1

34、00MHz=100MHzt tr r=0.35/=0.35/B BWW =3.5nS=3.5nSt tx x=0=0t tx x=10nS=10nSt trxrx=3.5nS=3.5nSt trxrx= =？t trxrx=10+3.5 =10+3.5 ？因兩獨(dú)立變量因兩獨(dú)立變量應(yīng)均方相加應(yīng)均方相加則則 22xrxrttt但這樣測(cè)讀太麻煩，最好但這樣測(cè)讀太麻煩，最好 0rt xrxtt這要滿足什么條件呢？經(jīng)誤差分析，這要滿足什么條件呢？經(jīng)誤差分析， ttrxrx/t/trxrx%圖圖7.28 7.28 示波器帶寬對(duì)讀出誤差的影響示波器帶寬對(duì)讀出誤差的影響%rxrxtt)(hrxfBWtt可得右

35、圖關(guān)系：可得右圖關(guān)系：t tx x/ /t tr r=1=1時(shí)，屏幕讀數(shù)相對(duì)誤差時(shí)，屏幕讀數(shù)相對(duì)誤差 %40/rxrxtt通常要求選用的示波器上升時(shí)間要通常要求選用的示波器上升時(shí)間要 t tx x/ /t tr r=3=35 5 對(duì)于一般連續(xù)信號(hào)對(duì)于一般連續(xù)信號(hào) B BWW/ /f fh h=3=35 5 這里這里f fh h是被測(cè)信號(hào)中的最高頻率是被測(cè)信號(hào)中的最高頻率分量。分量。提問：提問： 1 1 觀測(cè)一個(gè)觀測(cè)一個(gè)10MHz10MHz正弦波，為使失真小應(yīng)選什么示波器？正弦波，為使失真小應(yīng)選什么示波器？2 2 測(cè)量電視機(jī)的視頻信號(hào)要選什么示波器？測(cè)量電視機(jī)的視頻信號(hào)要選什么示波器？ 3 3

36、測(cè)量電視機(jī)的中頻信號(hào)要選什么示波器？測(cè)量電視機(jī)的中頻信號(hào)要選什么示波器？ 4 4 測(cè)量電視機(jī)的高頻信號(hào)要選什么示波器？測(cè)量電視機(jī)的高頻信號(hào)要選什么示波器？5 5倍準(zhǔn)則倍準(zhǔn)則：示波器所需示波器所需帶寬帶寬= =被測(cè)信號(hào)的被測(cè)信號(hào)的最高頻率最高頻率成分成分 5 5?！?30MHz30MHz120MHz120MHz20MHz 20MHz 3000MHz3000MHz6MHz6MHz38MHz38MHz501000MHz501000MHz500MHz 示波器示波器60MHz示波器示波器100MHz示波器示波器350MHz示波器示波器50MHz的方波實(shí)際上看起來是什么樣呢的方波實(shí)際上看起來是什么樣呢?沒

37、有足夠帶寬的影響沒有足夠帶寬的影響:波形上升時(shí)間慢波形上升時(shí)間慢幅度有衰減幅度有衰減3.3.通用示波器的基本測(cè)量方法通用示波器的基本測(cè)量方法利用示波器可以進(jìn)行電壓、頻率、相位差及其他物理量的測(cè)量1 1）電壓的測(cè)量）電壓的測(cè)量ppyUD h【例】：已知示波器的Y通道處于“校正”位置，靈敏度開關(guān)置于0.2v/cm，由Y輸入端直接輸入信號(hào)，在熒光屏上顯示的波形如下圖所示，求由4個(gè)脈沖組成的脈沖列中，幅度的最大差值。1.6 0.20.32ppyUD hV2 2）時(shí)間的測(cè)量）時(shí)間的測(cè)量xstS x3 3）相位的測(cè)量）相位的測(cè)量 線性掃描法線性掃描法1360 xx 李薩如圖形法測(cè)相位（橢圓法）李薩如圖形法

38、測(cè)相位（橢圓法）sin(t)sin(t)xxmyymUUUU010sinsinmmxxxx7.5 7.5 取樣技術(shù)在示波器中的應(yīng)用取樣技術(shù)在示波器中的應(yīng)用 以上介紹的通用示波器是以上介紹的通用示波器是“實(shí)時(shí)示波器實(shí)時(shí)示波器”，測(cè)量時(shí)間，測(cè)量時(shí)間( (一個(gè)掃一個(gè)掃描正程描正程)=)=被測(cè)信號(hào)的實(shí)際持續(xù)時(shí)間，被測(cè)信號(hào)的實(shí)際持續(xù)時(shí)間，看到的就是正發(fā)生的看到的就是正發(fā)生的。 但有兩點(diǎn)不足但有兩點(diǎn)不足:1. :1. B BWW 1500MHz 1500MHz周期重復(fù)信號(hào)難以實(shí)現(xiàn)周期重復(fù)信號(hào)難以實(shí)現(xiàn)取樣取樣 2. 2. 單次、非周期信號(hào)單次、非周期信號(hào)難以觀測(cè)（拍照）難以觀測(cè)（拍照）存儲(chǔ)存儲(chǔ) B BWW再

39、提高受到下列因素的限制：再提高受到下列因素的限制：（1 1）受到示波管的上限工作頻率的限制。）受到示波管的上限工作頻率的限制。（2 2）受）受Y Y通道放大器帶寬的限制；通道放大器帶寬的限制；(3) (3) 受時(shí)基電路掃描速度的限制。受時(shí)基電路掃描速度的限制。 7.5.1 7.5.1 取樣示波器的基本原理取樣示波器的基本原理 1.1.實(shí)時(shí)取樣和非實(shí)時(shí)取樣實(shí)時(shí)取樣和非實(shí)時(shí)取樣 取樣的概念取樣的概念是以少量間斷的樣品表征一個(gè)連續(xù)的完整過程。是以少量間斷的樣品表征一個(gè)連續(xù)的完整過程。例如，電影、數(shù)字音視頻技術(shù)都是建立在取樣技術(shù)的基礎(chǔ)上的。例如，電影、數(shù)字音視頻技術(shù)都是建立在取樣技術(shù)的基礎(chǔ)上的。 同理

40、，欲觀察一個(gè)波形，可以把這個(gè)波形在示波器上連續(xù)顯示，同理，欲觀察一個(gè)波形，可以把這個(gè)波形在示波器上連續(xù)顯示，也可以在這個(gè)波形上取很多的取樣點(diǎn)，把連續(xù)波形變換成離散也可以在這個(gè)波形上取很多的取樣點(diǎn)，把連續(xù)波形變換成離散波形，只要取樣點(diǎn)數(shù)足夠多，滿足取樣定理的要求，顯示這些波形，只要取樣點(diǎn)數(shù)足夠多，滿足取樣定理的要求，顯示這些離散點(diǎn)也能夠反映原波形的形狀。上述取樣方法叫離散點(diǎn)也能夠反映原波形的形狀。上述取樣方法叫“實(shí)時(shí)取樣實(shí)時(shí)取樣”。取樣信號(hào)。取樣信號(hào)u uo o( (t t) )的的頻譜比原信號(hào)頻譜比原信號(hào)u ui i( (t t) )還要寬。還要寬。由此可知，實(shí)時(shí)由此可知，實(shí)時(shí)取樣并不能解決示

41、波器在觀測(cè)高頻信號(hào)時(shí)所遇到的頻帶限制的取樣并不能解決示波器在觀測(cè)高頻信號(hào)時(shí)所遇到的頻帶限制的困難。困難。 u ui i( (t t) )t tt tt tU Uo o( (t t) )圖圖6.34 6.34 取樣過程取樣過程(a) (a) 輸入信號(hào)輸入信號(hào)(b) (b) 取樣門與取樣脈沖取樣門與取樣脈沖(c) (c) 取樣信號(hào)取樣信號(hào)U Uo o( (t t) )u ui i( (t t) )非實(shí)時(shí)取樣非實(shí)時(shí)取樣-不是在一個(gè)信號(hào)波形上完成全部取樣過程，而取不是在一個(gè)信號(hào)波形上完成全部取樣過程，而取樣點(diǎn)是分別取自若干個(gè)信號(hào)波形的不同位置，如圖樣點(diǎn)是分別取自若干個(gè)信號(hào)波形的不同位置，如圖6.356

42、.35所示。所示。 條件：條件：周期信號(hào)周期信號(hào) 連綿不斷連綿不斷取樣點(diǎn)間隔：取樣點(diǎn)間隔： mtmt + n+ nt t左圖左圖 m m =1=1（每個(gè)（每個(gè)周期取一點(diǎn)）周期取一點(diǎn)）若若 mm= =1010, ,10001000則波形展得更寬則波形展得更寬2.2.顯示信號(hào)的合成過程顯示信號(hào)的合成過程圖圖6.36 6.36 在屏幕上由取樣點(diǎn)合成信號(hào)波形的過程在屏幕上由取樣點(diǎn)合成信號(hào)波形的過程t tt tt tu ux xu uy yu uy yu u5 5u u1 1u u2 2u u3 3u u4 4兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上加什么樣的電加什么樣的電壓呢壓呢? ? 因要經(jīng)過因要經(jīng)過mtmt+t

43、t的停留時(shí)間，的停留時(shí)間，然后跳至下一然后跳至下一點(diǎn)。可見點(diǎn)?？梢奨 X、Y Y偏轉(zhuǎn)板上都應(yīng)偏轉(zhuǎn)板上都應(yīng)該加階梯波該加階梯波6.5.26.5.2 取樣示波器的基本組成取樣示波器的基本組成Y Y通道的作用是在取樣脈沖的作用下，把通道的作用是在取樣脈沖的作用下，把高頻信號(hào)變?yōu)榈皖l信高頻信號(hào)變?yōu)榈皖l信號(hào)號(hào)。延長(zhǎng)電路起記憶作用，把每個(gè)取樣信號(hào)幅度記錄下來并。延長(zhǎng)電路起記憶作用，把每個(gè)取樣信號(hào)幅度記錄下來并展寬。水平系統(tǒng)的主要任務(wù)是產(chǎn)生時(shí)基掃描信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生展寬。水平系統(tǒng)的主要任務(wù)是產(chǎn)生時(shí)基掃描信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生 t t步進(jìn)延遲脈沖送步進(jìn)延遲脈沖送Y Y軸系統(tǒng)。軸系統(tǒng)。 應(yīng)當(dāng)指出，取樣示波器是荷蘭菲利浦（應(yīng)

44、當(dāng)指出，取樣示波器是荷蘭菲利浦（PhilipsPhilips）公司最先研）公司最先研制成功的，制成功的，19691969年美國(guó)年美國(guó)HPHP公司也研制生產(chǎn)了取樣示波器，公司也研制生產(chǎn)了取樣示波器，帶寬已達(dá)帶寬已達(dá)18GHz18GHz，后來進(jìn)展緩慢，以至停產(chǎn)。其主要原因：，后來進(jìn)展緩慢，以至停產(chǎn)。其主要原因： 一是一是單純的取樣示波器只能觀測(cè)重復(fù)性的周期信號(hào)，應(yīng)用范單純的取樣示波器只能觀測(cè)重復(fù)性的周期信號(hào)，應(yīng)用范圍受限圍受限； 二是二是數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，已將數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，已將取樣技術(shù)融合到數(shù)字示波器中去了取樣技術(shù)融合到數(shù)字示波器中去了，現(xiàn)代數(shù)字示波器不僅可以觀測(cè)超高頻重復(fù)性的周期信號(hào)，還可現(xiàn)代數(shù)

45、字示波器不僅可以觀測(cè)超高頻重復(fù)性的周期信號(hào)，還可以觀測(cè)瞬態(tài)的單次脈沖，并且還具有存儲(chǔ)功能。以觀測(cè)瞬態(tài)的單次脈沖，并且還具有存儲(chǔ)功能。 因此，現(xiàn)在市場(chǎng)上已因此，現(xiàn)在市場(chǎng)上已很少見單純的取樣示波器了很少見單純的取樣示波器了，但取樣示波，但取樣示波器技術(shù)為現(xiàn)代數(shù)字示波器奠定了良好的基礎(chǔ)。器技術(shù)為現(xiàn)代數(shù)字示波器奠定了良好的基礎(chǔ)。 6.66.6 數(shù)字示波器數(shù)字示波器數(shù)字示波器通常稱為數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字示波器通常稱為數(shù)字存儲(chǔ)示波器(Digital Storage (Digital Storage OscilloscopeOscilloscope，縮寫，縮寫 DSO)DSO)。 這類這類 4441 4441

46、 型示波器，其實(shí)時(shí)帶寬為型示波器，其實(shí)時(shí)帶寬為2020或或40MHz40MHz，最大采樣，最大采樣率為率為10MS/s10MS/s或或25MS/s25MS/s。 6.6.1 6.6.1 數(shù)字示波器的組成原理數(shù)字示波器的組成原理 1.1.模擬模擬+ +數(shù)字存儲(chǔ)示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器 輸入輸入放大器放大器同步同步放大放大邏輯控邏輯控制電路制電路Y Y輸出輸出放大器放大器X X輸出輸出放大器放大器掃描掃描發(fā)生器發(fā)生器模擬模擬濾濾波波D /D /A AA/DA/DRAMRAM數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字輸入輸入Y Y圖圖6.38 6.38 模擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器框圖模擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器框圖模擬模擬顯示器顯示器2.2.單處

47、理器數(shù)字示波器單處理器數(shù)字示波器 RAMRAMCPUCPUROMROMGPIBGPIBI/OI/OI/OI/OI/OI/OD/AD/AD/AD/AA/DA/DX XY Y放大放大放大放大觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)信號(hào)X X通道通道Y Y通道通道CRTCRT取樣門取樣門取樣通道取樣通道與保持與保持U Ux xU Uy y圖圖6.39 6.39 數(shù)字儲(chǔ)示波器框圖數(shù)字儲(chǔ)示波器框圖被測(cè)信號(hào)被測(cè)信號(hào)u ui i其他其他命令命令或用軟件完成或用軟件完成t tU Ui iu us st tU U1 1s st tt tU Ux xt t鎖存及鎖存及D/AD/A變換變換讀出數(shù)字量讀出數(shù)字量A/DA/D變換及存儲(chǔ)變換及存儲(chǔ)存

48、儲(chǔ)數(shù)字量存儲(chǔ)數(shù)字量圖圖6.41 6.41 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的讀出顯示過程數(shù)字存儲(chǔ)示波器的讀出顯示過程圖圖6.40 6.40 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的采樣存儲(chǔ)過程數(shù)字存儲(chǔ)示波器的采樣存儲(chǔ)過程RAMRAMA A0 0A A1 1A A2 2A A3 3A A4 4A A5 5A A6 6A A7 7A A8 8A A9 9A A1010A A1111A A1212地址地址DD0 0DD1 1D D2 2D D3 3DD1212D D4 4D D5 5D D6 6D D7 7D D8 8DD9 9DD1010DD1111數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)A A0 0A A1 1A A2 2A A3 3A A4 4A A5 5A A6

49、6A A7 7A A8 8A A9 9A A1010A A1111A A1212地址地址DD0 0DD1 1DD2 2DD3 3DD1212DD4 4DD5 5DD6 6DD7 7DD8 8DD9 9DD1010DD1111數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)RAMRAM3.3.多處理器數(shù)字示波器（用北京普源精電的示波器來說明）多處理器數(shù)字示波器（用北京普源精電的示波器來說明）圖中包含了圖中包含了三個(gè)處理器三個(gè)處理器（主處理器、采集處理器和顯示控制器）（主處理器、采集處理器和顯示控制器），現(xiàn)分，現(xiàn)分5 5部分進(jìn)行介紹。部分進(jìn)行介紹。 1)1)模擬部分模擬部分由雙通道組成，被測(cè)信號(hào)進(jìn)入示波器后首先經(jīng)過前面板由雙通道組成，被

50、測(cè)信號(hào)進(jìn)入示波器后首先經(jīng)過前面板V/ V/ cmcm旋鈕實(shí)現(xiàn)衰減與增益的控制，包括粗調(diào)與微調(diào)的控制。旋鈕實(shí)現(xiàn)衰減與增益的控制，包括粗調(diào)與微調(diào)的控制。然后進(jìn)入前置放大器，該放大器決定示波器的模擬帶寬，然后進(jìn)入前置放大器，該放大器決定示波器的模擬帶寬，之后進(jìn)入后置放大以進(jìn)入之后進(jìn)入后置放大以進(jìn)入A/DA/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。3)3)采集處理器采集處理器采集處理器通過采樣系統(tǒng)在觸發(fā)的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)采集處理器通過采樣系統(tǒng)在觸發(fā)的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)A/DA/D量化后的量化后的波形進(jìn)行采集。采樣方式采用實(shí)時(shí)與等效采樣技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)波形進(jìn)行采集。采樣方式采用實(shí)時(shí)與等效采樣技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)2GSa/s2GSa/s的實(shí)時(shí)采樣與的實(shí)

51、時(shí)采樣與50GSa/s50GSa/s的等效采樣。的等效采樣。A/DA/D的工作原理的工作原理是采用并行是采用并行+ +流水線式的復(fù)合結(jié)構(gòu)。流水線式的復(fù)合結(jié)構(gòu)。 2)2)觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)系統(tǒng)觸發(fā)系統(tǒng)通過觸發(fā)選擇器切換觸發(fā)通道，之后進(jìn)入觸發(fā)比較觸發(fā)系統(tǒng)通過觸發(fā)選擇器切換觸發(fā)通道，之后進(jìn)入觸發(fā)比較器，通過不同的觸發(fā)電平比較方式實(shí)現(xiàn)不同的觸發(fā)功能。器，通過不同的觸發(fā)電平比較方式實(shí)現(xiàn)不同的觸發(fā)功能。波形控制器也是一個(gè)專用的處理器集成電路，將波形對(duì)應(yīng)的數(shù)波形控制器也是一個(gè)專用的處理器集成電路，將波形對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)的據(jù)點(diǎn)相關(guān)的電壓和時(shí)間值翻譯成電壓和時(shí)間值翻譯成顯示器上的垂直和水平像素位顯示器上的垂直和水平像

52、素位置，再將這些置，再將這些波形的像素位置波形的像素位置對(duì)應(yīng)地送至像素存儲(chǔ)器。對(duì)應(yīng)地送至像素存儲(chǔ)器。 5)5)顯示控制器顯示控制器 主處理器的功能包括對(duì)所有電路以及各輸入輸出接口的控制，主處理器的功能包括對(duì)所有電路以及各輸入輸出接口的控制，同時(shí)也對(duì)采集處理器采集到的波形進(jìn)行處理。同時(shí)也對(duì)采集處理器采集到的波形進(jìn)行處理。4)4)主微處理器主微處理器北京普源精電（北京普源精電（RIGOLRIGOL）科技有限公司簡(jiǎn)介）科技有限公司簡(jiǎn)介RIGOLRIGOL是業(yè)界領(lǐng)先從事電子測(cè)量和分析儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷是業(yè)界領(lǐng)先從事電子測(cè)量和分析儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的多元化高新技術(shù)企業(yè)，產(chǎn)品已銷往全球售的多元化高新技術(shù)

53、企業(yè)，產(chǎn)品已銷往全球6060多個(gè)國(guó)家和地多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。據(jù)說是區(qū)。據(jù)說是3 3個(gè)大學(xué)生創(chuàng)辦的民族企業(yè)，是國(guó)產(chǎn)數(shù)字示波器的個(gè)大學(xué)生創(chuàng)辦的民族企業(yè)，是國(guó)產(chǎn)數(shù)字示波器的領(lǐng)軍廠家，帶寬可達(dá)領(lǐng)軍廠家，帶寬可達(dá)1GHz1GHz以上！以上！顯示顯示顯示處理器顯示處理器RAMRAM放大器放大器觸發(fā)器觸發(fā)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器采集采集A A/ /D D數(shù)字處理器數(shù)字處理器連接到連接到計(jì)算機(jī)打印機(jī)計(jì)算機(jī)打印機(jī)的數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)總線協(xié)處理器協(xié)處理器操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件可存儲(chǔ)到可存儲(chǔ)到ICIC存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)卡軟盤軟盤硬盤硬盤輸入信號(hào)輸入信號(hào)4 4 歸檔歸檔1 1 采集采集3 3 測(cè)量與分析測(cè)量與分析2 2 顯示顯示圖圖

54、6.43 LeCroy6.43 LeCroy數(shù)字示波器工作原理簡(jiǎn)圖數(shù)字示波器工作原理簡(jiǎn)圖力科力科（ LeCroyLeCroy ）的產(chǎn)品，更）的產(chǎn)品，更突出突出了了數(shù)字處理和軟件數(shù)字處理和軟件的功能。的功能。 現(xiàn)代數(shù)字示波器在向功能模塊化發(fā)展，通常一臺(tái)數(shù)字示波器可現(xiàn)代數(shù)字示波器在向功能模塊化發(fā)展，通常一臺(tái)數(shù)字示波器可由由4 4大功能模塊組成，即捕獲、觀察、測(cè)量與分析）和歸檔。大功能模塊組成，即捕獲、觀察、測(cè)量與分析）和歸檔。 可見，現(xiàn)代數(shù)字示波器中軟件數(shù)據(jù)處理已占很大的比重了?？梢?，現(xiàn)代數(shù)字示波器中軟件數(shù)據(jù)處理已占很大的比重了。美國(guó)力科公司是世界美國(guó)力科公司是世界3 3大示波器廠商之一，主要做高

55、端產(chǎn)品。大示波器廠商之一，主要做高端產(chǎn)品。6.6.2 6.6.2 信號(hào)的采集處理技術(shù)信號(hào)的采集處理技術(shù)1.1.早期數(shù)字示波器的缺點(diǎn)早期數(shù)字示波器的缺點(diǎn)1)1)屏幕更新率低屏幕更新率低 更新率更新率是指每秒鐘在屏幕上描畫掃跡的次數(shù)，也稱是指每秒鐘在屏幕上描畫掃跡的次數(shù)，也稱波形捕獲率波形捕獲率，即即每秒可以捕獲的波形數(shù)目每秒可以捕獲的波形數(shù)目。 早期數(shù)字示波器不能像模擬示波器那樣進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，即不能早期數(shù)字示波器不能像模擬示波器那樣進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，即不能及時(shí)地反映被測(cè)信號(hào)的變化。這是由于它只有一個(gè)微處理器，及時(shí)地反映被測(cè)信號(hào)的變化。這是由于它只有一個(gè)微處理器，無法滿足實(shí)時(shí)處理的要求。無法滿足實(shí)時(shí)處

56、理的要求。 圖圖6.44 6.44 更新率低造成的信號(hào)丟失和改進(jìn)情況更新率低造成的信號(hào)丟失和改進(jìn)情況（a a）（b b）死 區(qū) 時(shí)死 區(qū) 時(shí)間間同時(shí)，更新率低造成顯示響應(yīng)慢，屏幕上看到的不是正在發(fā)同時(shí)，更新率低造成顯示響應(yīng)慢，屏幕上看到的不是正在發(fā)生的波形，而是從存儲(chǔ)器里調(diào)出來的前幾個(gè)周期的波形，這生的波形，而是從存儲(chǔ)器里調(diào)出來的前幾個(gè)周期的波形，這對(duì)用示波器作監(jiān)視進(jìn)行電路調(diào)試帶來很多的不便。對(duì)用示波器作監(jiān)視進(jìn)行電路調(diào)試帶來很多的不便。 例：右圖調(diào)延遲時(shí)間例：右圖調(diào)延遲時(shí)間T T，要多次反復(fù)調(diào)整才行。要多次反復(fù)調(diào)整才行。 t tU U0 0t t1 1t t2 2t t3 3t t4 4T T

57、試驗(yàn)示波器更新率試驗(yàn)示波器更新率是否滿足要求，一個(gè)簡(jiǎn)是否滿足要求，一個(gè)簡(jiǎn)便的方法是用函數(shù)發(fā)生器信號(hào)加到示波器便的方法是用函數(shù)發(fā)生器信號(hào)加到示波器上，快速更換波形（如上，快速更換波形（如正弦波正弦波方波方波三三角波角波），看屏幕上是否能快速跟上變化。），看屏幕上是否能快速跟上變化。 為此，現(xiàn)代數(shù)字示波器在提高更新率上作了很大的改進(jìn)，如泰為此，現(xiàn)代數(shù)字示波器在提高更新率上作了很大的改進(jìn)，如泰克（克（TektronixTektronix）公司采用）公司采用InstaVuInstaVu技術(shù)已達(dá)到了技術(shù)已達(dá)到了400000W/S400000W/S（波形（波形/ / 秒）以上，可以做到秒）以上，可以做到“

58、模擬示波器的感覺，數(shù)字示波器模擬示波器的感覺，數(shù)字示波器的性能的性能 的效果。的效果。 2)2)有混迭失真有混迭失真 混迭失真也稱頻混、假像，是數(shù)字示波器使用中要防止的現(xiàn)象?；斓д嬉卜Q頻混、假像，是數(shù)字示波器使用中要防止的現(xiàn)象。造成混迭失真的造成混迭失真的原因是欠采樣原因是欠采樣，采樣頻率太低，違背了奈奎斯，采樣頻率太低，違背了奈奎斯特取樣定理（取樣頻率必須高于信號(hào)最高頻率分量至少特取樣定理（取樣頻率必須高于信號(hào)最高頻率分量至少2 2倍以倍以上），即未采到足夠多的樣點(diǎn)來重構(gòu)波形，而造成的假象。上），即未采到足夠多的樣點(diǎn)來重構(gòu)波形，而造成的假象。 避免混迭失真的措施：避免混迭失真的措施： (

59、(a a) )( (b b) )A) A) 過采祥過采祥，即提高采樣速率，即提高采樣速率，在各種情況下都滿足奈奎斯在各種情況下都滿足奈奎斯特定理的要求；特定理的要求； B) B) 峰值檢測(cè)峰值檢測(cè)（包絡(luò)檢測(cè)），（包絡(luò)檢測(cè)），以峰值作為基本的采樣點(diǎn)，以峰值作為基本的采樣點(diǎn)，再補(bǔ)上其它的采樣點(diǎn)，則不再補(bǔ)上其它的采樣點(diǎn)，則不會(huì)混迭失真。會(huì)混迭失真。 上述兩個(gè)缺點(diǎn)是現(xiàn)代上述兩個(gè)缺點(diǎn)是現(xiàn)代DSODSO設(shè)計(jì)和使用中要防止的問題。設(shè)計(jì)和使用中要防止的問題。 2.2.采樣方式采樣方式數(shù)字示波器的采樣方式有實(shí)時(shí)采樣和等效采樣數(shù)字示波器的采樣方式有實(shí)時(shí)采樣和等效采樣 ( (非實(shí)時(shí)采樣非實(shí)時(shí)采樣) ) ，等效采樣又

60、可分為隨機(jī)采樣和順序采樣，如圖等效采樣又可分為隨機(jī)采樣和順序采樣，如圖6.586.58所示。所示。 1)1)實(shí)時(shí)采樣實(shí)時(shí)采樣 實(shí)時(shí)采樣是對(duì)每個(gè)采集周期的采樣點(diǎn)按時(shí)間順序進(jìn)行簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)采樣是對(duì)每個(gè)采集周期的采樣點(diǎn)按時(shí)間順序進(jìn)行簡(jiǎn)單的排列就能表達(dá)一個(gè)波形，排列就能表達(dá)一個(gè)波形， 一個(gè)一個(gè)周期周期（a a）實(shí)時(shí)采樣）實(shí)時(shí)采樣2)2)隨機(jī)采樣隨機(jī)采樣 由于實(shí)時(shí)采樣由于實(shí)時(shí)采樣DSODSO要求采樣速率高，例如帶寬為要求采樣速率高，例如帶寬為100MHz100MHz就就要求要求A/DA/D器件的轉(zhuǎn)換速度不能低于器件的轉(zhuǎn)換速度不能低于400MS/s400MS/s，這樣高速的，這樣高速的A/DA/D和采集數(shù)據(jù)