示波器基本知識

示波器基本知識第1頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月1目錄波和波形什么是示波器示波器的主要指標(biāo)及其選擇指南數(shù)字示波器技術(shù)的發(fā)展第2頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月2目錄波和波形什么是示波器示波器的各個(gè)組成部分示波器的類型和區(qū)別數(shù)字示波器的工作原理示波器的主要指標(biāo)及其選擇指南數(shù)字示波器技術(shù)的發(fā)展第3頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月3波和波形什么是波波的類型波的參數(shù)示波器是測量波的基本儀器第4頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月4什么是波隨時(shí)間變化的模式稱為波，聲波、腦電波、海浪、電壓波形都是波波形能夠揭示信號的許多特性當(dāng)看到波形的高度變化，則表示電壓值在變化當(dāng)看到的是平坦的水平線，則表示在一段時(shí)間內(nèi)，信號沒有變化。平直斜線表示線性變化，電壓以恒定的斜率上升或下降。波形中的尖角指示的是突然的變更第5頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月5波的類型大多數(shù)波都屬于如下類型：正弦波方波和矩形波三角波和鋸齒波階躍波和脈沖波噪聲波復(fù)雜波還有很多波是上述波形的組合第6頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月6波的類型周期信號和非周期信號同步信號和異步信號第7頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月7波的參數(shù)周期頻率正脈沖寬度負(fù)脈沖寬度上升時(shí)間下降時(shí)間幅度占空比＋占空比－延遲相位突發(fā)寬度峰-峰值均值周期均值高低值最小值最大值過沖＋過沖－均方值周期均方值第8頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月8常見波形參數(shù)頻率和周期幅度和相位第9頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月9常見波形參數(shù)相位差第10頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月10目錄波和波形什么是示波器示波器的各個(gè)組成部分示波器的類型和區(qū)別數(shù)字示波器的工作原理示波器的主要指標(biāo)及其選擇指南數(shù)字示波器技術(shù)的發(fā)展第11頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月11什么是示波器示波器是形象地顯示信號隨時(shí)間變化波形地儀器，是一種綜合的信號特性測試儀，是電子測量儀器的基本種類。示波器的用途：電壓表，電流表，功率計(jì)頻率計(jì)，相位計(jì)脈沖特性，阻尼振蕩示波器的應(yīng)用：電子，電力，電工壓力，振動(dòng)，聲，光，熱，磁以示波器為基礎(chǔ)的儀器：邏輯分析儀，時(shí)域反射儀，晶體管特性測試儀，心電圖。。。。第12頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月12示波器的組成水平系統(tǒng)垂直系統(tǒng)掃描系統(tǒng)觸發(fā)系統(tǒng)顯示系統(tǒng)第13頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月13示波器的類型模擬示波器模擬數(shù)字混合示波器數(shù)字示波器數(shù)字熒光示波器取樣示波器第14頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月14示波器的典型結(jié)構(gòu)ARTDSODPO放大器水平放大器垂直放大器延遲線觸發(fā)放大器多路分解器采集信號存儲(chǔ)器uP顯示存儲(chǔ)器A/D放大器數(shù)字熒光器A/DuP模擬實(shí)時(shí)顯示串行處理并行處理第15頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月15示波器的刻度水平刻度垂直刻度觸發(fā)電平刻度格線第16頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月16第17頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月17示波器的主要指標(biāo)示波器的帶寬數(shù)字示波器的采樣率示波器的觸發(fā)和信號存儲(chǔ)先進(jìn)的DPO技術(shù)第18頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月18選擇示波器的帶寬第19頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月19帶寬是選擇示波器的第一參數(shù)示波器的結(jié)構(gòu)決定了帶寬的重要性：放大器的模擬帶寬決定了示波器的帶寬； 放大器是信號進(jìn)入示波器的大門，它的帶寬決定了示波器的帶寬，示波器能請進(jìn)什么樣的信號由這個(gè)大門來決定。數(shù)字示波器的帶寬也是模擬帶寬。第20頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月20帶寬測量AC波形的儀表通常有某種最大頻率，超過它，測量精度就會(huì)下降，這一頻率就是儀表的帶寬，它由儀器的幅頻特性決定。

定義：在幅頻特性中，儀表的靈敏度下降3dB，此時(shí)的頻率為儀表的帶寬。注：只能測量AC電壓的儀表，必須對高頻和低頻帶寬都加考慮。100%（0dB）71%（-3dB）儀表的帶寬（BW）

只能測量低頻交流的儀表在處也下滑。幅頻特性曲線第21頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月21選擇示波器的帶寬依據(jù)以諧波情況為核心選擇示波器；以上升沿情況選擇示波器；第22頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月22波形諧波除絕對的正弦波之外，周期波含的一切頻率分量稱諧波。諧波頻率是基波頻的整數(shù)倍。周期波無論其波形如何都有諧波。周期波給定的頻率為基波頻率。方波基波為正弦波第23頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月23以方波為例方波是由基波與無數(shù)奇次諧波疊加所構(gòu)成，包含的諧波越多，波形越近似方波。方波的質(zhì)量根據(jù)包含的諧波次數(shù)，其近似程度有所不同。每個(gè)諧波的幅度必須使波形成為方波所需要的恰當(dāng)值。此外，諧波之間的相位關(guān)系也必須正確：

諧波以不等量延遲，即使諧波幅度正確，方波也會(huì)失真。疊加3次諧波疊加5次諧波基波疊加7次諧波疊加9次諧波方波第24頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月24由方波為例得知正弦波只有一個(gè)基波，儀表的帶寬必須至少是波形的頻率。但是，在大多數(shù)情況下，這僅僅是最基本的，如果只是這樣，是不夠精確的，甚至是錯(cuò)誤的。要對波形進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，對于非正弦波的波形，必須考慮其諧波。假如組成波形的主要諧波分量超出儀表的帶寬，那么我們就不能精確地測得波形的參數(shù)。第25頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月25測量20MHz的方波在20MHz帶寬示波器測試所顯示的結(jié)果在200MHz帶寬示波器測試所顯示的結(jié)果示波器所顯示的波形儀器帶寬對測量波形影響第26頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月26帶寬對方波的影響帶寬如何在時(shí)域影響波形。信號進(jìn)入示波器首先是通過放大器，它是一個(gè)低通濾波器。放大器的帶寬很寬（和基波比較），輸出方波不表現(xiàn)失真。放大器的帶寬變窄，波形中的某些諧波不能通過，輸出的方波發(fā)生畸變，產(chǎn)生誤差。放大器帶寬很窄，輸出的幾乎完全不像方波，由于缺少主要的諧波分量，波形呈圓弧狀。低通濾波器高帶寬時(shí)的輸出中帶寬時(shí)的輸出低帶寬時(shí)的輸出輸入輸出第27頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月27波形的諧波與測量精度的關(guān)系 波形重要諧波數(shù)（基波10％）正弦波無諧波分量方波1:9三角波1:3脈沖波（占空比50％）1:9脈沖波（占空比25％）1:14脈沖波（占空比10％）1:26注：列出的影響波形的諧波數(shù)是基波的倍數(shù)：第28頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月2890％10％上升時(shí)間測量*上升時(shí)間理想的方波和脈沖波的電壓是有突然變化的波形，陡變有一定時(shí)間這取決于系統(tǒng)帶寬及其他電路參數(shù)。波形從一種電壓變至另一種電壓的時(shí)間稱為上升時(shí)間上升時(shí)間通常在過渡的10％至90％處第29頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月29測量儀表的帶寬將影響脈沖和方波的上升時(shí)間，上升時(shí)間和帶寬的關(guān)系由下式?jīng)Q定：T上升＝0.35/BWBW=帶寬（－3dB時(shí)的頻率）（單位Hz）波形從最小值過渡到最大值越快，所含諧波就越多，波形所含的頻率量也越高。儀表的上升時(shí)間應(yīng)小于被測量信號波形的上升時(shí)間。測量所得的上升時(shí)間＝信號上升時(shí)間2＋測量儀表上升時(shí)間2上升延同帶寬的關(guān)系第30頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月30波形上升時(shí)間與測量精度的關(guān)系 1:1 41% 2:1 22% 3:1 12% 4:1 5% 5:1 2% 7:1 1% 10:1 0.5%信號上升時(shí)間儀表上升時(shí)間之比 上升時(shí)間測量精度％第31頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月31總結(jié)：選擇示波器的帶寬波形的重要諧波列出的影響波形的諧波數(shù)是基波的倍數(shù)：波形重要諧波數(shù)（基波10％）正弦波1:1方波1:9三角波1:3脈沖波（占空比50％）1:9脈沖波（占空比25％）1:14脈沖波（占空比10％）1:26（正弦波基波為：1）上升時(shí)間與測量精度信號上升時(shí)間上升時(shí)間儀表上升時(shí)間測量精度

之比％1:141%2:122%3:112%4:15%5:12%7:11%10:10.5%第32頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月32采樣原理及應(yīng)用第33頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月33采樣采樣點(diǎn)數(shù)字化需要的保持時(shí)間采樣間隔采樣是等間隔地進(jìn)行；采樣率以“點(diǎn)/秒”來表示。第34頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月34采樣時(shí)發(fā)生了什么？采樣過程信號采樣數(shù)字化存儲(chǔ)采樣保持轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)順序存儲(chǔ)屏幕顯示選定部分的內(nèi)存屏幕1011100111110101...11…01…11…11…10…01…00…11…第35頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月35采樣過程模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號經(jīng)變換后最終恢復(fù)成模擬波形顯示在示波器上，通俗地說，采樣實(shí)際上是在用點(diǎn)來描繪進(jìn)入示波器的模擬信號?！八绤^(qū)”指的是儀表不捕獲信號的時(shí)間，如：數(shù)字化過程、數(shù)據(jù)處理過程，模擬示波器的回掃過程……數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，還可以進(jìn)行預(yù)觸發(fā)，后觸發(fā)的觀察與分析。第36頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月36泰克公司數(shù)字實(shí)時(shí)采樣技術(shù)輕易地捕捉到5ns的毛刺最小水平時(shí)基為100ns，即未能對單次毛刺進(jìn)行捕捉采樣率對單次信號的捕獲的影響第37頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月37欠幅脈沖捕捉毛刺捕捉實(shí)際工作中，比如：沖擊電流、破壞性試驗(yàn)的捕捉和測量，對欠幅脈沖、單脈沖、毛刺、電源中斷、電壓擊穿、開關(guān)特性等等瞬態(tài)信號和非重復(fù)信號進(jìn)行捕捉和分析，這些都是每天都要面對的。（穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的分析）單次信號的捕獲應(yīng)用廣泛第38頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月38只需一次觸發(fā)已采集信號所有資料實(shí)時(shí)采樣是最直觀的采樣方式，采樣率超過模擬帶寬4－5倍或更高。重復(fù)帶寬＝單次帶寬不僅適用捕獲重復(fù)信號，而且是捕捉單次信號以及隱藏在重復(fù)信號中的毛刺和異常信號的有效方法。數(shù)字實(shí)時(shí)采樣技術(shù)第39頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月39單次采樣帶寬也就是我們常說的實(shí)時(shí)帶寬，它是由模擬帶寬、采樣率以及波形重建的方法共同決定，因此它決定了所構(gòu)建的單次波形的完整性。波形重建的方法主要是指波形再現(xiàn)的插值算法。幅度時(shí)間對于單次事件，示波器必須具有足夠的采樣速率用以恢復(fù)單次捕捉所獲得的波形。奈奎斯特抽樣定律中指出采樣率至少為信號最高頻率帶寬的2倍從而保證信號在恢復(fù)時(shí)不發(fā)生混迭現(xiàn)象。單次采集帶寬第40頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月40總結(jié)：采樣率的選擇我們在確定示波器的帶寬后，還要選擇足夠的采樣率來與之相配合，這樣才能獲得適合于實(shí)際測量中的實(shí)時(shí)帶寬，從而獲得滿意的測量結(jié)果。如果在實(shí)際的測量中，比較重視單次信號的精確信息，我們建議采樣率要在帶寬的五倍以上，最好能在八到十倍。第41頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月41示波器的觸發(fā)和信號存儲(chǔ)第42頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月42示波器的觸發(fā)觸發(fā)電路的作用就是保證每次時(shí)基在屏幕上掃描的時(shí)候，都從輸入信號上與定義的觸發(fā)點(diǎn)相同的點(diǎn)開始，這樣每一次掃描的波形就同步的，從而顯示穩(wěn)定的波形，見圖b/c；沒有觸發(fā)電路在屏幕上看到的將會(huì)是具有隨機(jī)起點(diǎn)的很多波形雜亂重疊的圖象，見圖a。觸發(fā)是使用示波器最麻煩的一點(diǎn)，示波器提供了許多觸發(fā)方式，可根據(jù)測量問題加以應(yīng)用。作為數(shù)字示波器來說，觸發(fā)實(shí)際上參與了確定波形的存儲(chǔ)起點(diǎn)。}}}321不正常觸發(fā)正常觸發(fā)abc第43頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月43觸發(fā)耦合觸發(fā)耦合：觸發(fā)信號與觸發(fā)電路的耦合方式默認(rèn)時(shí)為DC耦合，觸發(fā)源直接連到觸發(fā)電路交流耦合：觸發(fā)源通過一個(gè)串聯(lián)的電容連到觸發(fā)電路HF抑制：使觸發(fā)源信號通過低通濾波器以抑制高頻分量，這意味即使一個(gè)低頻信號中包含很多高頻噪聲，仍能使其按低頻信號觸發(fā)。LF抑制：使觸發(fā)源信號通過一個(gè)高通濾波器以抑制其低頻成分，這對于顯示包含很多電源交流聲的信號時(shí)的情況是很有用的。TV觸發(fā)：在TV模式下觸發(fā)電平控制不起作用。這時(shí)示波器使用視頻信號中的同步脈沖作為觸發(fā)信號。TV觸發(fā)有兩種模式，TVF場和TVL行數(shù)字示波器的高級觸發(fā)功：單次、毛刺、寬度、欠幅脈沖、斜率、建立/保持邏輯（定時(shí)關(guān)系和狀態(tài)分析）TV（可選場/行和行計(jì)數(shù)）第44頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月44觸發(fā)隔離（Holdoff）有些信號具有多個(gè)可能的觸發(fā)點(diǎn)，如右圖數(shù)字信號。 該信號雖然在較長的時(shí)間周期內(nèi)是重復(fù)的，但是在短時(shí)間內(nèi)情況則不然，這樣一來，正常觸發(fā)掃描出的波形出現(xiàn)混迭。為解決這個(gè)問題，采用了觸發(fā)隔離功能，即在各次掃描之間加入延遲時(shí)基，使得掃描的每次觸發(fā)總是從相同的信號沿開始。從而得到穩(wěn)定的波形顯示。另一方面，觸發(fā)隔離的使用顯然在波形捕獲方面遭到了損失。隔離時(shí)間過短波形混迭正確隔離時(shí)間第45頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月45記錄長度定義：

一個(gè)波形記錄是指可被示波器一次性采集的波形點(diǎn)數(shù)。最大的記錄長度由示波器的存儲(chǔ)容量決定，要增加存儲(chǔ)容量才能增加記錄長度。記錄長度和觀看波形細(xì)節(jié)有關(guān)：第46頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月46波形的存儲(chǔ)示波器的存儲(chǔ)由兩個(gè)方面來完成：觸發(fā)信號和延時(shí)的設(shè)定確定了示波器存儲(chǔ)的起點(diǎn)；示波器的存儲(chǔ)深度決定了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的終點(diǎn)。記錄時(shí)間＝記錄長度/采樣率觸發(fā)點(diǎn)延時(shí)時(shí)間記憶長度起點(diǎn)終點(diǎn)第47頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月47記錄長度的計(jì)算記錄時(shí)間＝記錄長度/采樣率舉例：TDS3012B，記錄長度10K約為10000點(diǎn)時(shí)基與采樣率的關(guān)系第48頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月48

數(shù)字示波器的一個(gè)最顯著特點(diǎn)在于它容許用戶觀看觸發(fā)前的事件。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)被連續(xù)地存儲(chǔ)到內(nèi)存中，同時(shí)觸發(fā)事件在數(shù)據(jù)量足夠后停止采集。預(yù)觸發(fā)/后觸發(fā)采樣點(diǎn)數(shù)字化時(shí)間等間隔可選的預(yù)/后觸發(fā)第49頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月49毛刺預(yù)觸發(fā)單次采樣其他方面應(yīng)用如：開關(guān)特性輸入和輸出瞬態(tài)特性，以輸出信號觸發(fā)來觀看研究輸入的小信號。捕捉毛刺預(yù)觸發(fā)第50頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月50數(shù)字示波器的高級觸發(fā)功能高級觸發(fā)功能的模式，主要針對數(shù)字信號：首先，對偶爾出現(xiàn)問題的信號現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測；確定脈沖的受限狀態(tài)況，以及安排用一個(gè)脈沖，或者是與這些狀況相匹配的脈沖來觸發(fā)。具體形式有：脈沖寬度觸發(fā)；矮脈沖觸發(fā)；脈沖斜率觸發(fā)；邏輯觸發(fā)建立/保持時(shí)間觸發(fā)……第51頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月51數(shù)字示波器滾動(dòng)模式滾動(dòng)模式是一種可以應(yīng)用于全連續(xù)顯示的方式 在這種模式下，示波器采集采樣點(diǎn)并立即將采集的數(shù)據(jù)復(fù)制到顯示存儲(chǔ)器。而這些新的采樣點(diǎn)顯示于屏幕的右面，屏幕上已有的波形則向左滾動(dòng)。老的采樣點(diǎn)一但移到屏幕左面即行消失。這樣一來屏幕上顯示的波形總是反映出最新信號對時(shí)間變化的情況。由于有了滾動(dòng)模式，就可以用示波器來代替圖表記錄儀來顯示慢變化的現(xiàn)象，如化學(xué)過程、電池的沖放電周期或溫度對系統(tǒng)性能的影響等。第52頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月52先進(jìn)的DPO技術(shù)第53頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月53

數(shù)字熒光示波器

能夠以信號的三維信息，即：幅度，時(shí)間，以及幅度隨時(shí)間的變化，實(shí)時(shí)地顯示，存儲(chǔ)與分析復(fù)雜信號的新一代示波器。

數(shù)字熒光示波器（DPO）的定義第54頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月54數(shù)字熒光示波器泰克公司的數(shù)字熒光示波器是基于一種新的高速并行處理器結(jié)構(gòu)(DPX),它同時(shí)具有信號獲取和顯示處理能力DPX是泰克公司獨(dú)有的波形成像處理技術(shù),它負(fù)責(zé)建立和處理實(shí)時(shí)的顯示亮度等級DPX提供了比數(shù)字示波器多

1000倍的信號數(shù)據(jù)具有Y-T,X-Y,X-Y-Z顯示模式第55頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月55結(jié)構(gòu)比較ARTDSODPO放大器水平放大器垂直放大器延遲線觸發(fā)器顯示放大器多路分解器采集存儲(chǔ)器y微處理器顯示存儲(chǔ)器A/D顯示放大器采集光柵顯示存儲(chǔ)器A/D顯示數(shù)字磷光微處理器DPX波形圖像示波器模擬顯示串行處理并行處理NEWNEW第56頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月56波形的捕獲的比較模擬示波器數(shù)字熒光示波器數(shù)字存儲(chǔ)示波器第57頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月57示波器的波形捕獲率波形捕獲率也就是波形刷新率，已經(jīng)成為考核一臺(tái)示波器的重要參數(shù)之一；對于示波器來說，波形捕獲率高，就能夠組織更大數(shù)據(jù)量的波形質(zhì)量