数字示波器原理与应用

1、数字存储示波器数字存储示波器原理与应用原理与应用大连理工大学大连理工大学 电信学院电信学院 赵泰洋赵泰洋 主要内容主要内容 1. 电子测量课程内容概述电子测量课程内容概述 2. 示波器的示波器的发发展展过过程程 3. 模模拟拟示波器的工作原理示波器的工作原理 5. 一一个个由由数数字示波器字示波器构构成的自成的自动测试动测试系系统统 4. 数字存储示波器的工作原理与使用方法数字存储示波器的工作原理与使用方法电子测量课程内容概述电子测量课程内容概述v 测量总论及误差理论测量总论及误差理论v 基本电参量测量基本电参量测量n时间与频率测量：频率计。n电压测量：直流、交流电压表。n阻抗测量：阻抗分析仪

2、。v 时域测量：示波器时域测量：示波器v 频域测量频域测量n信号分析和频域测量：频谱分析仪。n频率特性测量：扫频仪。n线性系统网络分析：网络分析仪。v 数据域测量（逻辑分析仪、误码数据域测量（逻辑分析仪、误码仪）仪）v 测试系统集成技术测试系统集成技术机械工业出版社古天祥等编著模拟示波器的主要技术指标模拟示波器的主要技术指标v 频带宽度频带宽度bw和上升时间和上升时间n频带宽度：输入信号上、下限频率之差。n上升时间：与频带宽度有关，它表示由于输入信号频带宽度的限制，当输入一个理想阶跃信号时，显示波形的上升沿的幅度从10%上升到90%所需的时间。n频带宽度与上升时间的关系可近似表示为： 0.35

3、rtsbw mhz例如，对于带宽为例如，对于带宽为100mhz的示波器，上升时间约为的示波器，上升时间约为3.5ns。 n五倍准则：示波器带宽应为待测信号最高频率的五倍。模拟示波器的主要技术指标模拟示波器的主要技术指标 图中所示三个信号分别图中所示三个信号分别是是400mhz，100mhz和和10mhz带宽下获得的信号。带宽下获得的信号。 模拟示波器的主要技术指标模拟示波器的主要技术指标一些典型信号的上升时间与信号带宽 模拟示波器的主要技术指标模拟示波器的主要技术指标v 时基因数时基因数n时基因数：表示单位距离代表的时间，单位为us/cm或ms/div。n当选择较小的时基因数时，可将高频信号在

4、水平方向上展开。v 偏转因数偏转因数 n偏转因数：在输入信号作用下，光点在荧光屏上垂直方向移动1格所需的电压值，单位为“v/div”或“mv/div”。n偏转因数越小，表示示波器观测微弱信号的能力越强。 模拟示波器的主要技术指标模拟示波器的主要技术指标ch1信号的峰峰值约为：2div*50mv/div=100mv。 周期约为：3.6div*0.4ms/div=1.44msch2信号的峰峰值约为：2.5div*2v/div=5v。 模拟示波器的主要技术指标模拟示波器的主要技术指标v 输入阻抗输入阻抗n当被测信号接入示波器时，输入阻抗成为被测信号的等效负载。n当输入直流信号时，输入阻抗用输入电阻表

5、示，一般为1m 。n当输入交流信号时，输入阻抗用输入电阻和输入电容并联表示，一般输入电阻为1m ，输入电容一般为33pf。n输入阻抗通常还与使用的探头有关。v 输入方式输入方式n直流（dc）：直接耦合。n交流（ac）：通过隔直电容耦合。n接地（gnd）：将输入接地，用于测量前确定零电平位置。 模拟示波器的主要技术指标模拟示波器的主要技术指标v 触发源选择方式触发源选择方式n触发源是指用于提供产生扫描同步信号的来源。n内触发（int）：由被测信号产生同步触发信号。n外触发（ext）：由外部输入信号产生同步触发信号。n电源触发（line）：利用50hz工频电源产生同步触发信号。模拟示波器的工作原理

6、模拟示波器的工作原理取样示波器的工作原理取样示波器的工作原理数字示波器与模拟示波器数字示波器与模拟示波器数字示波器的内部功能框图数字示波器的内部功能框图数字示波器的采样率数字示波器的采样率v 数字示波器的一个非常重要的指标：采样率数字示波器的一个非常重要的指标：采样率n采样率是指采样设备单位时间内对待测信号采样的次数。n单位为s/s（采样点/秒）。n采样率分为实时采样率和等效采样率。数字示波器的等效采样数字示波器的等效采样v 等效采样的工作原理与模拟取样示波器相似。等效采样的工作原理与模拟取样示波器相似。v 通常的数字示波器的等效采样率可达几通常的数字示波器的等效采样率可达几gs/s到几十到几

7、十gs/s。数字示波器的探头数字示波器的探头v 对示波器探头的要求：对示波器探头的要求：n将待测信号以较小的失真引入示波器。n对待测系统产生最小的影响。v 探头的功能探头的功能n在测试点或信号源与示波器之间建立一条信号的物理连接。v 理想的探头理想的探头n连接方便。n绝对的信号保真度。n零信号源负荷。n能够全面抗噪声。数字示波器的探头数字示波器的探头探头的频率特性探头的频率特性v 多数示波器探头可以看作一个低通滤波器。多数示波器探头可以看作一个低通滤波器。v 针对不同带宽的示波器应选用不同的探头。针对不同带宽的示波器应选用不同的探头。探头的动态范围探头的动态范围v 所有探头都有其电压安全极限，

8、我们称其为动态范围。所有探头都有其电压安全极限，我们称其为动态范围。v 通常无源探头的动态范围可以从几百伏到上千伏，而有源通常无源探头的动态范围可以从几百伏到上千伏，而有源探头的探头的 动态范围一般只有十几伏。动态范围一般只有十几伏。v 可利用衰减功能来提高探头的动态范围。可利用衰减功能来提高探头的动态范围。n如一个1：1时动态范围为50v的无源探头，若将其衰减切换开关放在10：1的位置，其动态范围就变为500v。 探头的补偿探头的补偿v 大多数探头都有补偿功能。大多数探头都有补偿功能。v 调节探头内的补偿网络，可调节探头内的补偿网络，可使信号失真达到最小。使信号失真达到最小。v 补偿时应使用

9、示波器上提供补偿时应使用示波器上提供的标准信号。的标准信号。数字示波器的互连特性数字示波器的互连特性 超声部件方向图测量系统超声部件方向图测量系统计算机转台麦克风放大器示波器rs232usb同轴线超声部件方向图测量系统超声部件方向图测量系统数字示波器的基本操作数字示波器的基本操作数字示波器的操作数字示波器的操作v 基本操作基本操作n正弦、方波信号的测量。n自动设置功能。n使用光标。v 高级操作高级操作n使用触发捕捉单次信号。n信号的fft运算。数字示波器的基本操作数字示波器的基本操作数字示波器的屏幕显示数字示波器的屏幕显示1 波形基线2 运行、停止状态3 触发位置4 展开点5 波形记录图标6

10、触发状态7 触发电平8 光标或测量读数9 触发设置信息11 水平读数显示13 通道读数显示数字示波器的探头输入端数字示波器的探头输入端数字示波器的按键区数字示波器的按键区数字示波器的光标操作数字示波器的光标操作v 光标光标 (cursor)n光标是为了在屏幕上进行波形测量而放置的标记。实验：使用数字示波器观察基本波形实验：使用数字示波器观察基本波形v 观察由信号源产生的正弦信号，并测量其各项参数：观察由信号源产生的正弦信号，并测量其各项参数：n频率、周期。n峰峰值（vpp）、有效值（rms）。v 观察由信号源产生的方波信号，并测量其各项参数：观察由信号源产生的方波信号，并测量其各项参数：n频率

11、、周期。n峰峰值（vpp）、有效值（rms）。n占空比。n上升时间、下降时间。数字示波器的触发功能数字示波器的触发功能v 触发功能触发功能n数字化仪器区别于传统仪器的功能之一。n在使用者设置一定的触发条件后，仪器对输入信号进行监测，当输入信号达到之前所设置的触发条件后，将触发点前后的一段信号存储并显示。n触发方式分为：自动触发、正常触发和单次触发。n触发条件有：边沿、视频等。实验：观察瞬态非周期信号的波形实验：观察瞬态非周期信号的波形v 利用示波器的触发功能观察一个瞬态非周期信号的波形，利用示波器的触发功能观察一个瞬态非周期信号的波形，比较各种不同触发功能。比较各种不同触发功能。实验：使用数字